TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

Cuando se habla de tratamiento de aguas residuales hay que considerar que, del consumo total de las aguas en el mundo, la gran mayoría se destina para usos industriales, denotando así, el gran impacto y demanda que aplica el sector industrial para el agua. Por ende, así como el sector industrial es el que posee mayor demanda en el uso del agua, también se convierte en el mayor contaminador de las mismas, debido a los residuos que se generan en las fábricas y que al final son vertidos en los recursos hídricos aledaños sin ningún tipo de tratamiento previo, contaminándolos y causando gran impacto ambiental sobre las fuentes hídricas a las que generalmente se le vierten este tipo de contaminantes.

Ante la problemática de los impactos ambientales que puede generar los vertimientos de aguas industriales sin tratamiento, se han implementado programas de gestión ambiental en la mayoría de las industrias que existen en el planeta, con el fin de controlar los residuos y contaminantes generados por este sector y mejorar la calidad del ambiente en el que normalmente vivimos.

Los programas de gestión ambiental que se adaptan en la mayoría de las industrias aplican tecnologías convencionales para el tratamiento de las aguas residuales generadas por ellas. Dichas tecnologías se basan en la desinfección y depuración de las aguas que incluyen métodos físicos, químicos y biológicos, entre los cuales destacan tratamientos para la eliminación de materia en suspensión, tratamientos para la eliminación de materia disuelta y tratamientos biológicos que se basan en el uso de bacterias degradantes. Además de usar esa estas tecnologías convencionales, también se aplican tecnologías complementarias y emergentes que pueden mejorar la calidad del agua tratada, estas se basan en oxidación y membranas; en Fibras y Normas de Colombia, implementamos el uso de las membranas para optimizar los procesos de tratamiento y producir agua para reúso o vertimientos que cumplen los parámetros establecidos por la legislación colombiana para el tratamiento de aguas residuales industriales.

Una vez realizados los tratamientos adecuados a las aguas residuales industriales se busca desarrollar un reúso de estas aguas para contribuir con el desarrollo sostenible de agua y el mantenimiento ambiental de dominios hidráulicos y marítimos.

TECNOLOGÍAS CONVENCIONALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

El conocimiento de los tratamientos de aguas residuales es una práctica que ha aplicado al pasar de los tiempos, desde la antigüedad y tiempos inmemoriales los tratamientos de estas aguas son fundamentales para mantener un equilibrio natural con el medio ambiente.

Tratamiento para la eliminación de sólidos en suspensión

Los sólidos suspendidos en las aguas residuales están compuestos por todo tipo de partículas que se caracterizan por ser de dos tipos; aquellas que pueden ser de varios centímetros y densas son generalmente inorgánicas, en cambio, suspensiones coloidales muy estables y con tamaños nanométricos generalmente pueden ser de naturaleza orgánica.

Para la eliminación de estas partículas contenidas en el agua, se suelen usar varios procesos físicos que se encargan de la separación y exclusión. Sin embargo, en muchos casos para facilitar la separación y eliminación de partículas se les agrega aditivos químicos; definiendo los procesos como fisicoquímicos.

Desbaste

Este proceso consiste en la eliminación de los sólidos de mayor tamaño a través de una rejilla metálica de 5 o mas mm de espesor, dispuestas de manera paralela y con poco espaciamiento, con el fin de hacer pasar fluir las aguas a tratar y retener los solidos que en otro proceso de depuración podría ser problemático su tratamiento. Esta etapa también es conocida como trampa de sólidos.

Sedimentación

Proceso físico que consiste en hacer que solidos de mayor tamaño y de mayor densidad que el agua se decanten hacia el fondo del tanque sedimentador, se basa en el uso de la gravedad haciendo que las partículas tomen una trayectoria descendente y dejar en superficie el agua libre de dichas partículas.  En aguas residuales industriales, partículas de gran tamaño y densidad como la arena es raro encontrarlas, por ello se recomienda que previo a este proceso se haga pasar el agua por procesos químicos de coagulación-floculación que consta de aplicar un reactivo floculante con el fin de aglomerar estas partículas de menor tamaño y transformarlas en flóculos para favorecer el proceso de sedimentación aumentando el tamaño y densidad de las partículas.

En Fibras y Normas de Colombia hacemos uso de equipos que implementan paneles lamelares en su interior, con el objetivo de acelerar el proceso de sedimentación, constan de tanques de poca altura en el cual se hace fluir agua a tratar de manera ascendente a través de los lámeles e impidiendo el paso de los flóculos o partículas de mayor tamaño, asegurando la sedimentación en la parte inferior del tanque.

Filtración

Este proceso se basa en el principio de percolación y consta en hacer pasar el agua a través de un medio poroso que se encarga de retener la mayor cantidad de partículas de menor tamaño y que están en suspensión.

Existe diversas maneras de clasificar los procesos de filtración, entre los dos mas comunes se encuentran aquellos que filtran por gravedad y aquellos que filtran a presión:

Filtración por gravedad:

El agua a tratar fluye a través del medio poroso de manera vertical y descendiente por acción de la gravedad. Estos filtros son considerados de filtración lento y son utilizados muy poco y prácticamente se basa en la combinación de procesos como asentamiento, retención, adhesión y atracción por lo que se eliminan partículas de tamaños superiores a 5 micras que quedan adheridas en los espacios intersticiales de los poros.

Filtración por presión:

Estos procesos se llevan a cabo en filtros donde el agua tratar se ve forzada a atravesar el medio filtrante debido a que es sometida a presión. Se considera más rápida que los procesos por gravedad y se tienen los mismos principios, solo que con mayor velocidad.

Actualmente estos procesos de filtración se están viendo reemplazados por el uso de membranas que aceleran mayormente el proceso de filtrado además de retener partículas de tamaños aun menores.

Flotación

Proceso físico que consiste principalmente en la generación de pequeñas burbujas de aire para asociar las partículas que están contenidas en el agua, las cuales serán elevadas y llevadas a la parte superior del tanque o cámara en el que este proceso se lleva a cabo, para posteriormente excluirlas del sistema; siempre y cuando las partículas que son elevadas presentan densidades inferiores o similares a la del agua.

Coagulación – Floculación

Este proceso es fundamental para el tratamiento de las aguas residuales. Existen partículas de tamaños extremadamente pequeños que son considerados como una suspensión coloidal, debido a esas suspensiones coloidales los procesos de sedimentación serian extremadamente lentos, lo que afecta el tratamiento y la depuración de las aguas. Por ello, se hace uso de un reactivo químico que acompañe este proceso mecánico con el objetivo de mejorar la efectividad de los sistemas de eliminación de las partículas en suspensión. Como se había mencionado anteriormente, las suspensiones coloidales son muy estables, por ello es necesario aplicar dicho reactivo para conseguir desestabilizar las suspensiones (coagulación), todo esto con el fin de facilitar el proceso de floculación que se encarga de conseguir partículas que sean fácilmente sedimentables, a través de la aglomeración (creando flóculos) de partículas para aumentar los tamaños y densidades de las mismas.

Tratamientos para la eliminación de la materia disuelta

Al que los solidos suspendidos, en las aguas residuales también se hace presente materias disueltas que poseen gran variedad en concentraciones y características químicas; entre las mas representativas sobresales aquellas que poseen grandes cantidades de sales inorgánicas disueltas, materias orgánicas, sustancias orgánicas como pesticidas y pequeñas cantidades de material inorgánico. Todas las características mencionadas anteriormente entran en categorías de eliminación primordial, debido a que sus altas concentraciones pueden ser considerada perjudicial para el medio ambiente y afectaría la calidad de vida de las personas en ligares aledaños a los vertimientos de estos materiales.

Precipitación

Este proceso describe procesos como la formación de sales insolubles y la trasformación química de iones, basándose en la eliminación de sustancias disueltas por la aplicación de un reactivo que tenga como objetivo la creación de un compuesto insoluble, facilitando su eliminación por cualquiera de los procesos de eliminación de sólidos en suspensión.

Procesos electroquímicos

Este proceso electroquímico consiste en hacer pasar una corriente eléctrica a través el agua a tratar, la cual previamente tendrá contenida un electrolíto, provocando así, reacciones oxido-reducción (REDOX).

A pesar de que los productos que hacen uso de la electrolisis son efectivos para reemplazar otros procesos que se efectúan en la depuración de las aguas residuales tales como la coagulación o la floculación con el fin de remplazar los reactivos químicos que pueden alterar la composición química del agua, en los tratamientos de las aguas industriales es más común usar procesos de oxidación o reducción directa.

Adsorción

Este proceso se suele usar una vez se hayan aplicado procesos biológicos al agua a tratar, ubicándolo en una de las fases finales de los tratamientos de aguas residuales. Este proceso consiste en utilizar sustancias solubles que se adhieran a la superficie de los sólidos, con la finalidad de eliminar la concentración de la superficie. También es considerado un tratamiento de refinamiento en el que se suele usar carbón activado para eliminar los elementos trazas, especialmente los orgánicos y que resistan los procesos biológicos previos.

Desinfección

Este proceso químico busca la eliminación, destrucción o inactivación de los organismos que pueden ser contaminantes y patógenos para la protección de la salud pública, debido a que las aguas residuales industriales pueden contener otro tipo de organismos vivos, se recomienda aplicar estos procesos en caso que se pretenda reutilizar las aguas para alguna actividad adicional.

Tratamientos biológicos

Estos procesos consisten en el uso de microrganismos que en la mayoría de los casos es la aplicación de bacterias, que tienen como función la eliminación y degradación de aquellos compuestos contaminantes en las aguas a tratar, aprovechado la actividad simbiótica de mismas bacterias sobre estos componentes para la proliferación de ellas y efectuar la eliminación de la materia orgánica biodegradable de manera soluble y coloidal. Entre los más conocidos procesos biológicos que se aplican en plantas de tratamiento de aguas residuales industriales, sobresalen dos tipos de proceso que se encargan de la eliminación de los sólidos suspendidos por degradación biológica y favoreciendo la depuración de las aguas, dichos procesos son conocidos s como sistemas aerobios y anaerobios.

Sistemas aerobios

Se aplica este sistema a aguas que tiene grandes concentraciones de O2, y este elemento sirve de aceptor de electrones, obteniendo rendimientos energéticos elevados lo que genera fangos debido a la proliferación aeróbica de las bacterias. Existen varios tipos de tratamientos aeróbico, entre los cuales los mas conocidos son cultivos en suspensión y cultivos fijos.

Cultivos en suspensión: proceso de lodos activados y modificaciones en la forma de operar, en el que se aplica aireación prolongada, estabilización por contacto y se mantiene el reactor discontinuo secuencial.

Cultivos fijos: Los microorganismos se pueden inmovilizar en la superficie de los sólidos transformándose en biomasas soportada en el que se destacan los filtros percoladores que también se conocen como lechos bacterianos.

Sistemas anaerobios

En este proceso, las grandes cantidades de CO2 trabajan como receptor de los electrones o también la propia materia orgánica en descomposición, generando como producto la generación de carbono reducido CH4; al generar este tipo de compuesto químico, la reacción química que se obtiene es gas combustible.

El tratamiento anaerobio es el proceso biológico que es mas utilizado para el tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, este proceso es considerado uno de los mas lentos, por lo tanto, obliga a tener tiempos elevados de retención para que los microrganismos se encarguen de la descomposición de la materia orgánica y generando metano como resultado, por ello, es necesario utilizar reactores o digestores con alto contenido de bacterias y favorezca la reproducción simbiótica de las mismas.

Este proceso es demasiado complejo debido a que no solo trabajan bacterias anaeróbicas estrictas en los procesos de descomposición, sino que también hacen presencia las bacterias facultativas, que producen compuestos de metano y dióxido de carbono en ausencia de oxigeno como resultado a través de una gran serie de procesos que en teoría deben estar en perfecto equilibrio.

Hidrólisis: es la ruptura de las moléculas grandes, solubles e insolubles transformándose en moléculas de menor tamaño que no representa complejidad en ser transportadas dentro de las células y metabolizadas. Se considera la etapa mas lenta de la descomposición de la materia orgánica y aun no empieza a generarse el CH4.

Formación de ácidos y acetato: En esta fase los productos finales de la hidrólisis son transformados en compuestos de bajo peso molecular, transformándose en ácidos orgánicos de cadena corta.

Metanogénesis: Esta etapa es la mas critica en los procesos de degradación de la materia orgánica y se caracteriza por ser la mas lenta de todo el proceso. Se desarrolla a partir de la fermentación del ácido acético formado en la anterior etapa produciendo metano y dióxido de carbono.

TECNOLOGÍAS EMERGENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Además de las tecnologías convencionales que se aplican para el tratamiento de aguas residuales industriales, actualmente se han implementado unas nuevas técnicas que optimizan el proceso de depuración de las aguas residuales producidas por las industrias, por ello, aunque las anteriormente mencionada se usan de manera constante en el proceso de depuración también se usan estos procedimientos que llevan a mejorar el resultado e inclusive reemplazan algunas de las técnicas mencionadas anteriormente.

Oxidación

Existen diversos tipos de oxidación que se aplican para el tratamiento de las aguas residuales industriales, entre los cuales podemos tener incineración, oxidación húmeda catalítica y no catalítica.

Incineración

Este método es útil solamente cuando se tienen pocas cantidades de agua a tratar y posean grandes cantidades de contaminantes oxidables. Consiste principalmente en la oxidación térmica del residuo en fase de gas y altas temperaturas. Puede ser la mejor elección tecnológica cuando se combina con una operación de separación que concentre el contaminante.

Oxidación húmeda no catalítica

La oxidación húmeda es un proceso en el que la materia orgánica soluble o suspendida se oxida a traces de oxígeno disuelto procedente del aire o corrientes gaseosas con altos contenidos de oxígeno. La condición esencial de la oxidación húmeda no catalítica es la formación de ácidos carboxílicos como producto final no mineralizable y está compuesto por acido fórmico, acético y oxálico.

Oxidación húmeda catalítica

El proceso de oxidación húmeda con presencia de catalizadores tiene como objetico el aumento de la velocidad de descomposición de los compuestos orgánicos. La oxidación húmeda catalítica tiene propiedades de mineralización de los contaminantes orgánicos e inorgánicos como cianuro, amoniaco y los compuestos producidos por la oxidación húmeda no catalítica.

El catalizador hace que las temperaturas y presión aplicadas en el proceso sean mas controladas que las sometidas en la oxidación húmeda no catalítica y por lo tanto optimiza los valores económicos del proceso. Dichos catalizadores pueden ser metales e inclusive oxido de metales soportados.

Membranas

Son consideras barreras físicas semipermeables que se encargan de la separación de fases o estados de la materia, evitando el movimiento de partículas o moléculas que deseen atravesarla de manera selectiva. Este proceso individualmente es el más conocido y aplicado en el momento de realizar la suficiente depuración del agua para los vertimientos.

El uso de estas membranas se ha producido un amplio auge de demanda, debido a que las sustancias contaminantes en el agua, este filtro podía eliminarlas y generar un efluente acuoso depurado.

Entre las características positivas más notables del uso de las membranas están: la eliminación de contaminantes que se encuentran en bajas cantidades de concentración; los procesos que se llevan a cabo dentro de las membranas son sencillos; el espacio utilizado por las membranas es mínimo por lo que se puede resaltar en su compacidad; permite la separación de los contaminantes que se encuentran disueltos o dispersos de manera coloidal; las operaciones de funcionamiento se llevan a cabo bajo temperatura ambiente y son fácilmente escalables, por ende si se desea complementar cualquier otro proceso con el uso de una membrana es totalmente posible.