Soluciones Efectivas para el Tratamiento de Aguas Residuales Industriales

Tratamiento de Aguas Residuales Industriales

El agua se usa en la industria para necesidades de proceso, enfriamiento, generación de vapor, supresión de polvo y muchos otros usos. El agua residual industrial es el descarte acuoso resultante tras usar agua para estos fines. Es el resultado de sustancias (distintas al agua) disueltas o suspendidas en agua.

El tratamiento cubre mecanismos y procesos para tratar aguas contaminadas por uso en las actividades anteriores. El objetivo es eliminar sustancias disueltas y suspendidas para que el agua tratada pueda descargarse segura al ambiente, reciclarse en el mismo proceso o usarse en otro diferente.

Constituyentes del Agua Residual

El agua residual industrial contiene los siguientes constituyentes que necesitan tratamiento adecuado:

• Sólidos suspendidos: Contaminantes visibles a simple vista, generalmente filtrables con papel de filtro común. Tienen tendencia a ser >1-2 micras. Si el agua se deja reposar sin perturbar, se sedimentan en el fondo con el tiempo.
• Sólidos disueltos: No visibles, no removibles por filtración. Definidos como materiales <0,45 micras. Son sustancias normalmente solubles o inversamente solubles. Las normalmente solubles: más solubles con temperatura creciente. Las inversamente solubles (iones de "dureza"): sales de calcio, magnesio, estroncio, bario; menos solubles al aumentar temperatura. Forman incrustaciones en superficies calientes de tubos de calderas o intercambiadores.
• Sólidos coloidales: Ni lo bastante pequeños para ser disueltos ni lo bastante grandes para suspendidos. Aparecen como neblina en el agua; no se ven partículas distintas. Rango típico: ~0,45-2,0 micras. No sedimentan por ser tan pequeños que sus cargas iónicas superficiales los afectan grandemente. Una suspensión coloidal es estable.
• Color: Tipo de suspensión coloidal. Moléculas orgánicas que aportan color a agua superficial cruda son macromoléculas en rango coloidal menor. En agua toman carga iónica superficial que las estabiliza y no sedimentan.
• Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) y Demanda Química de Oxígeno (DQO): DBO: oxígeno consumido por bacterias durante descomposición de materia orgánica. Nivel seguro de DBO es esencial para agua residual de calidad. DBO alta: riesgo de contaminación adicional, interfiere tratamiento, afecta producto final. Factores que contribuyen a DBO alta: nitratos, fosfatos, temperatura. Cada factor afecta vida vegetal (algas) y organismos que descomponen contaminantes. Mejor tratamiento ocurre en ambiente que soporte vida bacteriana con población controlada para no fomentar descomposición rápida (DBO alta). DQO: oxígeno consumido en descomposición y oxidación, específicamente descomposición de orgánicos y oxidación de inorgánicos/químicos. DQO se usa usualmente para aguas residuales industriales.

Tecnologías de Tratamiento

Las tecnologías se dividen en cuatro categorías: (i) químicas, (ii) físicas, (iii) biológicas, (iv) de membranas.

Tecnologías Químicas

• Neutralización: Ajuste de alcalinidad/acidez a pH neutro (7).
• Precipitación: Adición de químicos para cambiar composición de contaminantes de modo que nuevo compuesto se asiente durante sedimentación. Usada para remoción de metales pesados (precipitados como hidróxidos). Requiere pretratamiento para remover sustancias que interfieren la precipitación.
• Coagulación: Uso de químicos para causar aglomeración de contaminantes y posterior sedimentación. Para clarificación de agua con coloides y sólidos suspendidos. Sílice o polielectrolitos ayudan a formar material de sedimentación rápida. Aguas con aceites emulsionados pueden clarificarse por coagulación. Muy eficiente para reducción de color, menos para DQO.
• Adsorción: Uso de químico que hace que ciertos contaminantes se adhieran a su superficie para remoción posterior. Carbón activado o superficies activas sintéticas.
• Intercambio iónico: Remoción de aniones y cationes indeseables. Cationes intercambiados por hidrógeno o sodio; aniones por hidroxilo. Resinas: red orgánica/inorgánica con grupos funcionales. La mayoría sintéticas por polimerización de compuestos orgánicos.

Tecnologías Físicas

• Tamizado (Screening): Remoción de sólidos gruesos mediante dispositivo de cribado.
• Clarificación y sedimentación: Proceso común y esencial. Clarificadores: tanques o bacines que retienen agua residual por tiempo, permitiendo que sólidos suspendidos se asienten al fondo.
• Flotación: Con burbujas pequeñas de aire/gas inyectadas. Burbujas hacen que partículas contaminantes suban a superficie para remoción. Usada usualmente para separación de aceites. Aceite libre flota y se desnatta.
• Desaireación (Air stripping): Remoción de compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles por flujo de aire.

Tecnologías Biológicas

Tratamiento más natural que otros métodos. Microorganismos se alimentan de materiales complejos en agua residual y los convierten en sustancias más simples, preparando agua para tratamiento posterior. Objetivo principal: reducir nivel DBO.

• Proceso de lodos activados por aire: Proceso aeróbico donde bacterias consumen materia orgánica, nitrógeno y oxígeno del agua y crecen nuevas bacterias. Bacterias suspendidas en tanque de aireación por acción de mezcla del aire soplado.
• Proceso de lodos activados de alta pureza: Similar al anterior pero inyectando oxígeno puro en lugar de aire.
• Proceso de laguna/estanque aireado: Similar a lodos activados por aire. Aeradores mecánicos inyectan aire o causan agitación violenta para transferir oxígeno.
• Proceso de filtro percolador (Trickling filter): Proceso aeróbico de película fija. Tanque con medio de alta relación superficie/volumen. Agua residual descargada en parte superior y percola (gotea) por el medio. Bacterias crecen en medio usando materia orgánica y nitrógeno. Figura 1 muestra proceso típico.
• Proceso biológico rotativo: Película fija aeróbico similar a filtro percolador pero medio soportado horizontalmente a través del tanque. Medio donde crecen bacterias rota continuamente, alternando entre agua residual y aire.
• Proceso de zanja de oxidación: Similar a lodos activados. Físicamente anillo con dispositivos de aireación mecánica.

Figura 1: Proceso típico de filtro percolador

Tecnologías de Membranas

Cada vez más importantes. Permiten remover partículas, coloides y macromoléculas, desinfectando agua. Clasificadas según rango de tamaño de especies separadas.

• Ósmosis inversa: Separa sales disueltas y orgánicos pequeños.
• Nanofiltración: Desmineralización selectiva o concentración de soluciones orgánicas. Separación de antibióticos.
• Ultrafiltración: Separa emulsiones, coloides, macromoléculas o proteínas.
• Microfiltración: Separa partículas pequeñas, coloides grandes y células microbianas.