Tratamiento Físico de las Aguas Residuales

En general, las fuerzas físicas se emplean durante todo el proceso de tratamiento de las aguas residuales, aunque algunas son casi exclusivamente operaciones de tratamiento (desbaste, desengrase, preaereación y homogeneización neutralización ) y otros tratamientos primarios (floculación, sedimentación, flotación y filtración)

Remoción sólidos, rejas

Rejas tipo Envirocare		Reja Tratef
FMI	Reja gruesa Hycor	Microfiltro rotativo Tratef

Sedimentación

En términos de tratamiento de aguas residuales la sedimentación consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el dell agua. Es una de las operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Los términos sedimentación, clarificación y decantación se utilizan indistintamente en Latinoamérica.

Esta operación se emplea para la eliminación de arenas, de la materia en suspensión en flóculo biológico en los sdimentadores secundarios en los procesos de lodos activados, sedimentadores primarios, de los flóculos químicos cuando se emplea la coagulación química, y para la concentración de sólidos en los espesadores de lodos.

En la mayoría de los casos, el objetivo principal es la obtención de un efluente clarificado, pero también es necesario producir un lodo cuya concentración de sólidos permita su fácil tratamiento y manejo. En el proyecto de diseño de sedimentadores, es preciso prestar atención tanto a la obtención de un efluente clarificado como a la producción de un lodo concentrado.

En función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las partículas, se pueden producir cuatro tipos de sedimentación: discreta, floculenta, retardada (también llamada zonal), y por compresión. Es frecuente que durante el proceso de sedimentación, ésta se produzca por diferentes mecanismos en cada fase, y también es posible que los cuatro mecanismos de sedimentación se lleven a cabo simultáneamente.

Filtración

Proceso de separar un sólido suspendido (como un precipitado) del líquido en el que está suspendido al hacerlos pasar a través de un medio poroso por el cual el líquido puede penetrar fácilmente. La filtración es un proceso básico en la industria química que también se emplea para fines tan diversos como la preparación de café, la clarificación del azúcar o el tratamiento de aguas residuales. El líquido a filtrar se denomina suspensión, el líquido que se filtra, el filtrado, y el material sólido que se deposita en el filtro se conoce como residuo.

En los procesos de filtración se emplean cuatro tipos de material filtrante: filtros granulares como arena o carbón triturado, láminas filtrantes de papel o filtros trenzados de tejidos y redes de alambre, filtros rígidos como los formados al quemar ladrillos o arcilla (barro) a baja temperatura, y filtros compuestos de membranas semipermeables o penetrables como las animales. Este último tipo de filtros se usan para la separación de sólidos dispersos mediante diálisis.

Filtración al vacío Operación de filtración continua que generalmente se produce en un tambor cilíndrico rotativo. A medida que el tambor rota, parte de su circunferencia es sometida a vacío interno que atrae el lodo hacia el medio filtrante y elimina agua para su posterior tratamiento. La torta de lodo deshidratado se remueve con un raspador.

Filtración biológica Proceso que consiste en hacer pasar un líquido a través de un filtro biológico que contiene medios fijos en cuyas superficies se desarrollan películas biológicas que absorben y adsorben sólidos finos en suspensión, coloidales y disueltos y que liberan los productos finales de la acción bioquímica.

Filtrado Líquido que ha pasado a través de un filtro.

Flotación

En el tratamiento de aguas residuales, la flotación se emplea para la eliminación de la materia suspendida y para la concentración de los lodos biológicos. La principal ventaja del proceso de flotación frente al de sedimentación consiste en que permite eliminar mejor y en menos tiempo las partículas pequeñas o ligeras cuya deposición es lenta. Una vez que las partículas se hallan en superficie, pueden recogerse mediante un rascado superficial.

La flotación es una operación unitaria que se emplea para la separación de partículas sólidas o líquidas de una fase líquida. La separación se consigue introduciendo finas burbujas de gas, normalmente aire, en la fase líquida. Las burbujas se adhieren a las partículas, y la fuerza ascensional que experimenta el conjunto partícula-burbuja de aire hace que suban hasta la superficie del liquido. De esta forma, es posible hacer ascender a la superficie partículas cuya densidad es mayor que la del líquido, además de favorecer la ascensión de las partículas cuya densidad es inferior, como el caso del aceite en el agua.

Regulación

Regulación del caudal de entrada a un sistema de tratamiento con el objetivo de convertir flujos variables a un flujo constante.

Tratamiento Químico de las Aguas Residuales

Las principales operaciones químicas son:

Precipitación química
Adsorción
Desinfección por cloración u ozonización
Eliminación de sustancias inorgánicas disueltas

• Intercambio iónico
• Osmosis inversa
• Ultrafiltración
• Transferencia de gases

Coagulación

Es la desestabilización de los coloides por la acción de reactivos químicos. El estado coloidal se caracteriza por su alta superficie específica, de forma que las moléculas del coloide se unen con moléculas del disolvente y se impide su agregación. Los coloides hidrófobos se estabilizan mediante la formación de capas de iones. El procedimiento más empleado para desestabilizar los coloides es la utilización de raectivos químicos

Los factores que afectan al proceso de coagulación son el pH, el contenido en sales y su tipo, la alcalinidad, la naturaleza del coloide, la temperatura y el grado de agitación.

Los coagulantes que suelen emplearse en el tratamiento de agua son:
1) los basados en el aluminio, como el sulfato de aluminio, los policloruros de aluminio y el aluminato sódico
2) Los basados en el hierro, como los sulfatos férrico y ferroso y el cloruro férrico.
3) Los coagulantes orgánicos de tipo polielectrolito.
4) Mezclas y formulaciones de los anteriores, específicas para cada caso.

Precipitación

La tecnología de pretratamiento más común para la eliminación de contaminantes es la precipitación química la cual se utiliza para reducir la concentración de metales en el agua residual a niveles que no causen preocupación. Antes de seleccionar un sistema de precipitación química para la separación de metales se deben considerar varios factores entre los que se distinguen:

• La capacidad demostrada del sistema para atenerse a los límites de descarga
• El gasto de capital necesario
• Los costos operacionales y de mantención
• La flexibilidad para ampliar o mejorar el sistema para cumplir con necesidades futuras
• La cantidad de contaminante y la cantidad hidráulica permitida en el presente y las que se propongan para el futuro.
• La frecuencia, volumen y características de las descargas del proceso industrial
• La conservación del agua y las posibilidades de su recuperación
• Los resultados de los estudios de tratabilidad de aguas residuales representativas usando la tecnología de tratamiento que se propone.

La precipitación química es un proceso de tres pasos que consiste en la coagulación, la floculación y la sedimentación. Las fuerzas entre las partículas de los contaminantes se reducen o eliminan mediante la adición de productos químicos, lo que permite la interacción de partículas mediante el movimiento molecular y la agitación física. La mezcla rápida permite la dispersión en el agua residual del producto químico utilizado en el tratamiento y promueve el choque de partículas, lo que hace que las partículas se agrupen para formar otras de mayor tamaño, es decir la coagulación. Los productos químicos añadidos para promover dicha agregación se denominan coagulantes y tienen dos propósitos básicos: (1) desestabilizar las partículas, lo que permite la interacción, y (2) promover la agrupación de partículas. reforzando así la floculación.

Después de un período de mezcla rápida es necesario disminuír la velocidad de la mezcla para que se formen flóculos más grandes. (Si la velocidad de mezcla es alta, los flóculos continúan siendo destruidos por excesivo contacto físico). Este proceso se denomina floculación. Debido al tamaño de las partículas sigue siendo necesario algo de mezcla para que exista contacto entre las masas de sólidos y promover así la formación de flóculos que se sedimentaran rápidamente.

Durante la precipitación, los sólidos se separan del líquido normalmente por sedimentación. lo que debe resultar en dos capas claramente visibles: una sólida y una líquida, que pueden separarse fácilmente.

Mientras que la precipitación química esta basada en la solubilidad en agua de los diferentes tipos de iones, raramente pueden lograse concentraciones iguales al grado de solubilidad. Como se indicó anteriormente la precipitación química se realiza la mayor parte de las veces utilizando hidróxido de sodio, compuestos de sulfato (alumbre o sulfato férrico) o sulfuros (sulfuro de sodio o sulfuro de hierro). La adición de estos compuestos a aguas residuales portadoras de metales forma hidróxidos de metal o sulfuros de metal respectivamente, y la solubilidad en el agua de éstos es limitada.

Normalmente el equipo de coagulación consiste de estanques con impulsores rotativos para la mezcla rápida. pero se pueden utilizar batidores y bombeadores o deflectores en línea. El equipo de floculación consiste en estanques con palas para la agitación y la floculación lenta. El equipo de sedimentación normalmente consiste de una unidad clarificadora que tiene placas inclinadas (separador de láminas) o tubos. Estas unidades funcionan mediante gravedad, necesitan poco espacio, su costo de instalación y mantenimiento es mínimo.

La precipitación química se utiliza para remover la mayoría de los metales de las aguas residuales, y algunas especies aniónicas como sulfato y fluoruro. Los compuestos orgánicos en las aguas residuales pueden formar complejos de metal y reducir la eficacia de este tipo de tratamiento. en cuyo caso probablemente se necesite realizar estudios a nivel laboratorio o de proyecto piloto para determinar los métodos de tratamiento apropiados para romper el complejo y hacer que se precipite el metal. Frecuentemente este problema puede resolverse utilizando mejores técnicas de separación de residuos en vez de mediante el tratamiento de residuos.

Intrecambio iónico

En el proceso de intercambio iónico el agua residual pasa por un recipiente con partículas aniónicas o catiónicas de resina. A medida que la solución pasa por el lecho de resina se realiza un intercambio en el que los iones inocuos (U o OH) de la resina, reemplazan a los iones de la misma carga que se desea eliminar (Cu2+ o CN-), los cuales se encuentran disueltos en la solución.

Cada resina tiene un número específico de lugares para iones, lo que determina el máximo número de intercambios por unidad de resina. En el proceso de intercambio llega un momento en que la resina agota totalmente su capacidad para absorber iones y debe ser sometida a un proceso de enjuague regenerador que produce una solución de poco volumen con una alta concentración de los iones que se desea separar.

Las unidades de intercambio iónico pueden ser estanques pero normalmente se utilizan columnas cerradas bajo presión. El proceso puede realizarse en una sola unidad o en unidades en paralelo o en serie.

La resina utilizada en la columna se selecciona de acuerdo con los componentes que se necesita separar. Las resinas pueden clasificarse en líneas generales en resinas catiónicas ácidas fuertes o débiles, y resinas aniónicas básicas fuertes o débiles. Las resinas de base o ácido fuerte funcionan indistintamente del pH, mientras que el funcionamiento de las resinas de ácido o base débil depende del pH. También se puede usar cationes que formen compuestos quelatos pero son costosos.

El uso mas efectivo del intercambio de iones en el pretratamiento es para tratar residuos y aguas de enjuague procedentes de los procesos de electroplastía con el fin de separar y recuperar los metales, el cianuro, los ácidos y las bases. El proceso de intercambio iónico puede recuperar los productos químicos de ácido, cobre, níquel, cobalto y cromo procedentes de los baños de electroplastia. También puede recuperar las soluciones ácidas gastadas y purificar las soluciones de electroplastía para que sean recicladas.

E1 intercambio iónico se ha convenido en un método común para reciclar baños de cromo en operaciones de cromado que utilizan ácido crómico. Para ello se utilizan resinas aniónicas. Debido a que el ión cromato es aniónico. la regeneración de las resinas con sosa cáustica produce bicromato sódico, el cual luego se procesa con una resina catiónica ácida para generar una solución concentrada de ácido crómico que puede ser añadida al baño de electroplastia. A veces es necesario añadir agua evaporada antes de reusarlo.

El intercambio iónico es apropiado para separar metales en bajas concentraciones en corrientes de desecho de alto caudal. También puede eliminar aniones inorgánicos (halogenuros, sulfatos, nitratos, ácidos inorgánicos (carboxílicos, sulfónicos. fenólicos), y aniones orgánicos. Igualmente se utiliza para recuperar substancias valiosas, como metales preciosos. Algunos laboratorios fotográficos recuperan la plata haciendo pasar el agua residual procedente del revelado por columnas de intercambio iónico y recogiendo la plata en la solución regeneradora.

Oxidación

En algunos casos la reducción de toxicidad puede ser lograda mediante la oxidación química. Los oxidantes más comunes incluyen permanganato, ozono y peróxido de hidrógeno. La degradación química de compuestos orgánicos resistentes puede tomar varias formas:

Degradación primaria, en la cual ocurre un cambio estructural en el compuesto primario, resultando en una biodegradabilidad mejorada.

Degradación aceptable, en la cual la degradación ocurre hasta un punto donde la toxicidad es reducida.

Degradación última, la que resulta de una degradación completa a CO2 y H20 y otros compuestos orgánicos.

El empleo de oxidantes químicos para obtener la degradación última de los compuestos orgánicos puede ser extremadamente costoso, y requerirá mayor demanda de oxidante. Sin embargo, una degradación primaria o aceptable de los compuestos puede ser llevada a cabo con una demanda de oxidante mucho menor y por lo tanto, integrada con el tratamiento biológico puede representar una solución costo efectiva para reducir toxicidad.

Neutralización

El tratamiento biológico de las aguas residuales funciona de forma más efectiva en un pH de 7. Las variaciones en el pH pueden tener un gran impacto en la eficacia del tratamiento de los sistemas biológicos y llegar a inhibir totalmente la actividad microbiana. Por otra parte, un pH de menos de 5 puede causar corrosión en la estructura del sistema colector y un pH de 11-12 o más, puede causar quemaduras a los trabajadores de la planta de tratamiento que entren en contacto con las aguas residuales.

Otra razón por la que se debe mantener el pH bajo control, es para mejorar lo más posible los resultados del pretratamiento. El pH es especialmente importante en los procedimientos para la eliminación de metales, por lo que es un componente crucial en el pretratamiento de las aguas residuales.

El sistema de control del pH es generalmente uno de los siguientes tres tipos: continuo sin control, controlado por tandas o lotes y continuo controlado. El más simple de todos es un sistema contmuo sin control, que consiste en hacer pasar una corriente de aguas residuales ácidas sobre un lecho de trozos de piedra caliza.

Osmosis inversa

Método avanzado utilizado en el tratamiento del agua potable o industrial y que usa una membrana semipermeable para separar las impurezas del agua. Se aplica una fuerza extema para revertir el flujo osmótico normal, lo que produce un cambio en el agua: de una solución de mayor concentración de soluto a otra de menor concentración. También denominada hiperfiltración.

La osmosis inversa es el flujo espontáneo de agua de una solución diluída a una solución más concentrada a través de una membrana semipermeable. La osmosis inversa requiere la aplicación de presión para contrarrestar la presión osmótica y hacer que el flujo de agua pase a través de la membrana a la solución mas diluida. Esto incrementa la concentración de contaminantes en el agua residual y reduce el volumen de agua contaminada.

Esta tecnología permite separar los iones y moléculas pequeñas. Las unidades de osmosis inversa pueden ser fácilmente dañadas por las condiciones ambientales y deben ser cuidadosamente revisadas para asegurarse que no hayan sido afectadas por productos químicos, ensuciadas o atascadas. El mantenimiento de un pH de entre 5 a 7,5 ayuda a reducir al mínimo la suciedad y el atasco.

La osmosis inversa no es efectiva para desechos con un alto contenido orgánico ya que el material orgánico disuelve la membrana. Antes de proceder a la osmosis inversa hay que retirar los agentes oxidantes como el hierro y el manganeso, la materia particulada y el aceite y la grasa. El crecimiento de materia orgánica en la membrana (que se produce en concentraciones bajas de materia orgánica) puede también reducir la eficacia de la misma, aunque este problema se elimina añadiendo cloro u otro biocida. El funcionamíento en serie de varias unidades de osmosis inversa puede facilitar el manejo de flujos y concentraciones de contaminantes variables.

Ultrafiltración

Proceso de remoción de partículas coloidales y dispersas de un líquido, el cual consiste en hacer pasar el mismo, a través de una membrana aplicando alta presión.

La ultrafiltración es similar a la osmosis inversa excepto que, el tamaño de los poros de la membrana es mayor (los poros de la membrana de microfiltración son más grandes que los de la membrana de ultrafiltración y ésta tiene poros más grandes que la membrana de osmosis inversa), por lo tanto la separación de contaminantes es mucho menor. Mientras la osmosis inversa es capaz de separar especies iónicas, los procesos de ultrafiltración y microfiltración sólo pueden separar moléculas y partículas más grandes. Una aplicación práctica de la ultrafiltración es la recuperación de limpiadores alcalinos.

Los materiales cáusticos calientes que se utilizan para limpiar el aceite de las piezas de metal antes de someterlas a la electroplastia u otros procesos de acabado de metales pueden ser circulados por un sistema de ultrafiltración para separar el aceite residual de los limpiadores cáusticas y otros similares. Este uso de la ultrafiltración puede eliminar la necesidad de tirar lotes de limpiador alcalino, así como facilitar un baño alcalino limpio consistente y reducir el ácido que se utiliza en la neutralización, así como la generación de desechos sólidos.

El período de amortización de este tipo de sistema puede ser inferior a un año (y el aceite recuperado puede usarse como combustible). Este sistema es recomendado para aceites emulsionados, ya que la separación de aceites sueltos se lleva a cabo mejor mediante algun tipo de mecanismo de separación por gravedad.

Tratamiento Biológico de Aguas Residuales

Lagunas aereadas

Lagunas aereadas Aeromix
Para ver manuales de diseño de lagunas convencionales visite página de Cepis

Biodiscos

Biodiscos tipo Walker

Diagrama de flujo biodisco típico

Filtro percolador