Trat de aguas resi indus

INFORME N°3

“TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES”

CURSO:ING. DEL AGUA Y MEDIO AMBIENTE

PROFESOR:ING. Mg.Sc. Ricardo Apaclla Nalvarte

GRUPO:A

ALUMNOS:

2014

ÍNDICE

I. INTRODUCCIÓN................................................3II.MARCO TEÓRICO...............................................3

2.1 TRATAMIENTOS PARA LA ELIMINACIÓN DE MATERIA EN SUSPENSIÓN 42.1.1 Desbaste................................................5

2.1.2 Sedimentación............................................52.1.3 Filtración................................................6

2.1.4 Flotación................................................72.1.5 Coagulación-Floculación....................................8

2.2 TRATAMIENTOS PARA LA ELIMINACIÓN DE MATERIA DISUELTA.....92.2.1. Precipitación.............................................9

2.2.2. Procesos Electroquímicos...................................92.2.3. Intercambio Iónico........................................9

2.2.4. Adsorción..............................................102.2.5. Desinfección............................................10

2.4 TRATAMIENTOS EMERGENTES.................................112.4.1 Oxidación...............................................11

2.4.1 Membranas.............................................15III.................................................BIBLIOGRAFÍA

16IV.ANEXOS.....................................................17

TABLA 1. Métodos de eliminación de compuestos orgánicos en aguas residuales............................................17

Tratamiento de aguas residuales industrialesIngeniería del agua y medio ambiente

I. INTRODUCCIÓN

El agua es tanto un derecho como una responsabilidad, y tienevalor económico, social y ambiental. Cada ciudadano, cadaempresa, ha de tomar conciencia de que el agua dulce de calidades un recurso natural, cada vez más escaso tanto a nivelsuperficial como subterráneo, necesario no sólo para eldesarrollo económico, sino imprescindible como soporte decualquier forma de vida en la naturaleza. No cabe duda de que laindustria es motor de crecimiento económico y, por lo tanto,clave del progreso social. Sin embargo, demasiado a menudo lanecesidad de maximizar el proceso productivo excluye de laplanificación la protección del Medio Ambiente.

El trabajo que nos ha tocado presentar en este segundo tallerreferente al tratamiento de aguas residuales industrialesconsiste en exponer las técnicas físicas, químicas y biológicasque existen para el tratamiento de estas aguas. El adecuadotratamiento de aguas residuales industriales y su posteriorreutilización para múltiples usos contribuye a un consumosostenible del agua y a la regeneración ambiental del dominiopúblico hidráulico y marítimo y de sus ecosistemas. Sin olvidarque el agua de calidad es una materia prima crítica para laindustria.

Expondremos diversos métodos de tratamiento que existen ydescribiremos detalladamente en qué consisten cada uno de ello,con el objetivo de aprender más y poder aplicarlos en elejercicio de nuestra carrera profesional y contribuir en esteproceso.

II. MARCO TEÓRICO

Los compuestos orgánicos e inorgánicos se encuentran en aguasresiduales procedentes de instalaciones industriales diversas. Adiferencia de las aguas residuales domésticas, los efluentesindustriales contienen con frecuencia sustancias que no seeliminan por un tratamiento convencional, bien por estar enconcentraciones elevadas, o bien por su naturaleza química.Muchos de los compuestos orgánicos e inorgánicos que se han


identificado en aguas residuales industriales son objeto deregulación especial debido a su toxicidad o a sus efectosbiológicos a largo plazo.

Los principales tratamientos en cada una de las categorías son:

Pre tratamientos y tratamientos primarios: cribado, neutralización, coagulación-floculación, sedimentación, filtración, floculación, desarenado y desaceitado. Tienen por objeto la eliminación de sólidos en suspensión, coloides, metales pesados y aceites y grasas.

Tratamientos secundarios: lodos activados, filtros percoladores, lagunaje, etc. Se elimina materia orgánica biodegradable.

Tratamientos terciarios: - Procesos de oxidación (destrucción o transformación de

materia orgánica y compuestos inorgánicos oxidables) y de reducción.

- Procesos de precipitación química: eliminación de metales y aniones inorgánicos.

- Arrastre con aire o vapor (stripping): eliminación de compuestos volátiles.

El siguiente esquema resume el diagrama general de tratamiento:


En el contexto del tratamiento de contaminantes en efluentesacuosos, la aplicación de una técnica no destructiva se entiendecomo una etapa previa de concentración antes de abordar sudestrucción química. El carácter oxidable de la materia orgánicahace que a transformación en compuestos no tóxicos consista, enúltimo extremo, aunque no necesariamente en la mineralización oconversión a dióxido de carbono y agua. En muchos casos, elobjetivo de los procesos de oxidación no es la mineralizacióncompleta, con conversión del carbono orgánico a dióxido decarbono, sino la transformación de los contaminantes ensustancias biodegradables que no originen problemas deinhibición de biomasa en tratamientos biológicos convencionaleso que permitan la descarga sin originar problemas deecotoxicidad.

La aplicación de un método u otro depende fundamentalmente de laconcentración del contaminante y del caudal de efluente.Determinadas técnicas, como la incineración y algunostratamientos de oxidación, son utilizables sólo cuando laconcentración de compuestos orgánicos es elevada, mientras queotras, como la adsorción y los procesos de oxidación avanzada,


son útiles en efluentes con baja concentración de contaminante(Andreozzi, 1999).

2.1 TRATAMIENTOS PARA LA ELIMINACIÓN DE MATERIA ENSUSPENSIÓN

La materia en suspensión puede ser de muy diversa índole,desde partículas de varios centímetros y muy densas(normalmente inorgánicas), hasta suspensiones coloidalesmuy estables y con tamaños de partícula de hasta unos pocosnanómetros (normalmente de naturaleza orgánica). También laconcentración de los mismos, tanto en el agua a tratar comoen el agua una vez tratada, juega un papel fundamental a lahora de la elección del tratamiento más conveniente.

Las operaciones para eliminar este tipo de contaminación deaguas suelen ser las primeras en efectuarse, dado que lapresencia de partículas en suspensión suele no serindeseable en muchos otros procesos de tratamiento.

La eliminación de esta materia en suspensión se suele hacermediante operaciones mecánicas. Sin embargo, en muchoscasos, y para favorecer esa separación, se utilizanaditivos químicos, denominándose en este caso tratamientosquímico-físicos.

A continuación se describen las operaciones unitarias máshabituales. La utilización de una u otra es función de lascaracterísticas de las partículas (tamaño, densidad, forma,etc.) así como de la concentración de las mismas.

2.1.1 DesbasteEs una operación en la que se trata de eliminarsólidos de mayor tamaño que el que habitualmentetienen las partículas que arrastran las aguas. Elobjetivo es eliminarlos y evitar que dañen equiposposteriores del resto de tratamientos. Suele ser untratamiento previo a cualquier otro.El equipo que se suele utilizar son rejas por las quese hace circular el agua, construidas por barrasmetálicas de 6 o más mm, dispuestas paralelamente yespaciadas entre 10 y 100 mm. Se limpian con


rastrillos que se accionan normalmente de formamecánica.En otros casos, si el tipo de sólidos lo permite, seutilizan trituradoras, reduciendo el tamaño desólidos y separándose posteriormente porsedimentación u otras operaciones.

2.1.2 SedimentaciónOperación física en la que se aprovecha la fuerza dela gravedad que hace que una partícula más densa queel agua tenga una trayectoria descendente,depositándose en el fondo del sedimentador. Estaoperación será más eficaz cuanto mayor sea el tamañoy la densidad de las partículas a separar del agua,es decir, cuanto mayor sea su velocidad desedimentación, siendo el principal parámetro dediseño para estos equipos. A esta operación desedimentación se le suele denominar tambiéndecantación.Realmente, este tipo de partículas (grandes y densas,como las arenas) se tienen en pocas ocasiones enaguas industriales. Lo más habitual es encontrarsólidos poco densos, por lo que es necesario, parahacer más eficaz la operación, llevar a cabo unacoagulación-floculación previa, que como se explicarámás adelante, consiste en la adición de ciertosreactivos químicos para favorecer el aumento deltamaño y densidad de las partículas.La forma de los equipos donde llevar a cabo lasedimentación es variable, en función de lascaracterísticas de las partículas a sedimentar(tamaño, forma, concentración, densidad, etc.)

· Sedimentadores rectangulares: La velocidad dedesplazamiento horizontal del agua es constante y sesuelen utilizar para separar partículas densas ygrandes (arenas).Este tipo de sedimentación se denomina discreta, dadoque las partículas no varían sus propiedades físicasa lo largo del desplazamiento hacia el fondo del


sedimentador. Suelen ser equipos poco profundos, dadoque, al menos teóricamente, este parámetro no influyeen la eficacia de la separación, siendo el principalparámetro el área horizontal del mismo.

· Sedimentadores circulares: Son más habituales. En ellosel flujo de agua suele ser radial desde el centrohacia el exterior, por lo que la velocidad dedesplazamiento del agua disminuye al alejarnos delcentro del sedimentador. Esta forma de operar esadecuada cuando la sedimentación va acompañada de unafloculación de las partículas, en las que el tamañode flóculo aumenta al descender las partículas, y porlo tanto aumenta su velocidad de sedimentación.

·Sedimentadores lamelares: Han surgido como alternativa alos sedimentadortes poco profundos, al conseguirseuna mayor área de sedimentación en el mismo espacio.Consisten en tanques de poca profundidad quecontienen paquetes de placas (lamelas) o tubosinclinados respecto a la base, y por cuyo interior sehace fluir el agua de manera ascendente. En lasuperficie inferior se van acumulando las partículas,desplazándose de forma descendente y recogiéndose enel fondo del sedimentador.

Las partículas depositadas en el fondo de los equipos(denominados fangos) se arrastran mediante rasquetas desdeen fondo donde se “empujan” hacia la salida. Estos fangos,en muchas ocasiones y en la misma planta de tratamiento, sesometen a distintas operaciones para reducir su volumen ydarles un destino final.

2.1.3 FiltraciónLa filtración es una operación en la que se hace pasar elagua a través de un medio poroso, con el objetivo deretener la mayor cantidad posible de materia ensuspensión.


El medio poroso tradicionalmente utilizado es un lecho dearena, de altura variable, dispuesta en distintas capas dedistinto tamaño de partícula, siendo la superior la máspequeña y de entre 0.15 y 0.3 mm. Es una operación muyutilizada en el tratamiento de aguas potables, así como enel tratamiento de aguas para reutilización, para eliminarla materia en suspensión que no se ha eliminado enanteriores operaciones (sedimentación). En aguasindustriales hay mas variedad en cuanto al materialfiltrante utilizado, siendo habitual el uso de Tierra deDiatomeas. También es habitual, para mejorar la eficacia,realizar una coagulación-floculación previa.

Hay muchas maneras de clasificar los sistemas defiltración: Por gravedad o a presión, lenta o rápida, detorta o en profundidad.

· Filtración por gravedad: El agua circula verticalmente yen descenso a través del filtro por simple gravedad.Dentro de este tipo, podemos hablar de dos formas deoperar, que nos lleva a tener una filtración lenta,apenas utilizados actualmente, o una filtraciónrápida. El mecanismo de la separación de sólidos esuna combinación de asentamiento, retención, adhesióny atracción, por lo que se eliminan partículas muchomenores que el espacio intersticial. Es un sistemamuy utilizado en tratamiento para aguas potables.

· Filtración por presión. Normalmente están contenidos enrecipientes y el agua se ve forzada a atravesar elmedio filtrante sometida a presión. También en estecaso puede haber filtración lenta, en la que en lasuperficie del filtro se desarrolla una tortafiltrante donde la filtración, a través de esasuperficie, es por mecanismos físicos y biológicos.Por otro lado, en la filtración rápida se habla defiltración en profundidad, es decir, cuando la mayorparte de espesor de medio filtrante está activo parael proceso de filtración y la calidad del filtradomejora con la profundidad. Esta filtración a presiónse suele utilizar más en aguas industriales.


En la actualidad y en algunas de sus aplicaciones,estos métodos están siendo desplazados poroperaciones con membranas, especialmente por microfiltración, de las que se hablará en el capítulocorrespondiente.

2.1.4 FlotaciónOperación física que consiste en generar pequeñas burbujasde gas (aire), que se asociarán a las partículas presentesen el agua y serán elevadas hasta la superficie, de dondeson arrastradas y sacadas del sistema. Obviamente, estaforma de eliminar materia en suspensión será adecuada enlos casos en los que las partículas tengan una densidadinferior o muy parecida a la del agua, así como en el casode emulsiones, es decir, una dispersión de gotas de unlíquido inmiscible, como en el caso de aceites y grasas.En este caso las burbujas de aire ayudan a “flotar” másrápidamente estas gotas, dado que generalmente la densidadde estos líquidos es menor que la del agua.En esta operación hay un parámetro importante a la horadel diseño: La relación aire/sólidos, ml/l de aireliberados en el sistema por cada mg/l de concentración desólidos en suspensión contenidos en el agua a tratar. Esun dato a determinar experimentalmente y suele tener unvalor óptimo comprendido entre 0.005 y 0.06.En el tratamiento de aguas se utiliza aire como agente deflotación, y en función de cómo se introduzca en ellíquido, se tienen dos sistemas de flotación:

· Flotación por aire disuelto (DAF): En este sistema el airese introduce en el agua residual bajo una presión devarias atmósferas. Los elementos principales de estosequipos son la bomba de presurización, el equipo deinyección de aire, el tanque de retención o saturadory la unidad de flotación propiamente dicha, dondetiene lugar la reducción brusca de la presión, por loque el aire disuelto se libera, formando multitud demicroburbujas de aire.

· Flotación por aire inducido: La operación es similar alcaso anterior, pero la generación de burbujas se


realiza a través de difusores de aire, normalmentesituados en la parte inferior del equipo deflotación, o bien inducidas por rotores o agitadores.En este caso el tamaño de las burbujas inducidas esmayor que en el caso anterior.Históricamente la flotación se ha utilizado paraseparar la materia sólida o liquida flotante, esdecir, con una menor densidad que el agua. Sinembargo la mejora en la generación de burbujasadecuadas y la utilización de reactivos parafavorecer la operación (por ejemplo sustancias quedisminuyen la tensión superficial) ha hecho posiblela utilización de esta operación para la eliminaciónde materia más densa que el agua. Así se utiliza enel tratamiento de aguas procedentes de refinerías,industria de la alimentación, pinturas, etc. Unatípica aplicación es también, aunque no seaestrictamente tratamiento de aguas, el espesado defangos. En esta operación se trata de “espesar” oconcentrar los fangos obtenidos en operaciones comola sedimentación.

2.1.5 Coagulación-FloculaciónComo ya se ha mencionado en varias ocasiones, en muchoscasos parte de la materia en suspensión puede estarformada por partículas de muy pequeño tamaño (10-6 – 10-9m), lo que conforma una suspensión coloidal. Estassuspensiones coloidales suelen ser muy estables, en muchasocasiones debido a interacciones eléctricas entre laspartículas.Por tanto tienen una velocidad de sedimentaciónextremadamente lenta, por lo que haría inviable untratamiento mecánico clásico. Una forma de mejorar laeficacia de todos los sistemas de eliminación de materiaen suspensión es la adición de ciertos reactivos químicosque, en primer lugar, desestabilicen la suspensióncoloidal (coagulación) y a continuación favorezcan lafloculación de las mismas para obtener partículasfácilmente sedimentables. Es una operación que se utilizaa menudo, tanto en el tratamiento de aguas residualesurbanas y potables como en industriales (industria de laalimentación, pasta de papel, textiles, etc.)


Los coagulantes suelen ser productos químicos que ensolución aportan carga eléctrica contraria a la delcoloide. Habitualmente se utilizan sales con cationes dealta relación carga/masa (Fe3+, Al3+) junto conpolielectrolitos orgánicos, cuyo objetivo también debe serfavorecer la floculación:

· Sales de Fe3+: Pueden ser Cl3Fe o Fe2(SO4)3, coneficacia semejante. Se pueden utilizar tanto enestado sólido como en disoluciones. La utilización deuna u otra está en función del anión, si no se deseala presencia de cloruros o sulfatos.

· Sales de Al3+: Suele ser Al2(SO4)3 o policloruro dealuminio. En el primer caso es más manejable endisolución, mientras que en el segundo presenta laventaja de mayor porcentaje en peso de aluminio porkg dosificado.

· Polielectrolitos: Pueden ser polímeros naturales o sintéticos, no iónicos (poliacrilamidas) aniónicos (ácidos poliacrílicos) o catiónicos (polivinilaminas). Las cantidades a dosificar son mucho menores que para las sales, pero tanto la eficacia como el coste es mucho mayor.

2.2 TRATAMIENTOS PARA LA ELIMINACIÓN DE MATERIA DISUELTA

2.2.1. PrecipitaciónConsiste en la eliminación de una sustancia disueltaindeseable, por adición de un reactivo que forme uncompuesto insoluble con el mismo, facilitando así sueliminación por cualquiera de los métodos descritosen la eliminación de la materia en suspensión.

Un reactivo de muy frecuente uso en este tipo deoperaciones es el Ca2+, dada la gran cantidad desales insolubles que forma, por ejemplo es el métodoutilizado para la eliminación de fosfatos(nutriente). Además posee cierta capacidadcoagulante, lo que hace su uso masivo en aguas


residuales urbanas y muchas industriales decaracterísticas parecidas.

2.2.2. Procesos ElectroquímicosEstá basado en la utilización de técnicaselectroquímicas, haciendo pasar una corrienteeléctrica a través del agua (que necesariamente ha decontener un electrolito) y provocando reacciones deoxidación-reducción tanto en el cátodo como en elánodo. Por tanto se utiliza energía eléctrica comovector de descontaminación ambiental, siendo su costeuno de las principales desventajas de este proceso.Sin embargo como ventajas cabe destacar laversatilidad de los equipos, la ausencia tanto de lautilización de reactivos como de la presencia defangos y la selectividad, pues controlar el potencialde electrodo permite seleccionar la reacciónelectroquímica dominante deseada.

2.2.3. Intercambio IónicoEs una operación en la que se utiliza un material,habitualmente denominado resinas de intercambioiónico, que es capaz de retener selectivamente sobresu superficie los iones disueltos en el agua, losmantiene temporalmente unidos a la superficie, y loscede frente a una disolución con un fuerteregenerante.La aplicación habitual de estos sistemas, es porejemplo, la eliminación de sales cuando se encuentranen bajas concentraciones, siendo típica la aplicaciónpara la desmineralización y el ablandamiento deaguas, así como la retención de ciertos productosquímicos y la desmineralización de jarabes de azúcar.Entre las ventajas del proceso iónico en eltratamiento de aguas cabe destacar:o Son equipos muy versátiles siempre que se trabaje

con relativas bajas concentraciones de sales.o Actualmente las resinas tienen altas capacidades

de tratamiento, resultando compactas y económicas


o Las resinas son muy estables químicamente, delarga duración y fácil regeneración

o Existe cierta facilidad de automatización yadaptación a situaciones específicas

2.2.4. AdsorciónEl proceso de adsorción consiste en la captación desustancias solubles en la superficie de un sólido. Unparámetro fundamental es este caso será la superficieespecífica del sólido, dado que el compuesto solublea eliminar se ha de concentrar en la superficie delmismo. La necesidad de una mayor calidad de las aguasestá haciendo que este tratamiento esté en auge. Esconsiderado como un tratamiento de refino, y por lotanto al final de los sistemas de tratamientos másusuales, especialmente con posterioridad a untratamiento biológico.

2.2.5. DesinfecciónLa desinfección pretende la destrucción oinactivación de los microorganismos que puedancausarnos enfermedades, dado que el agua es uno delos principales medios por el que se transmiten. Losorganismos causantes de enfermedades pueden serbacterias, virus, protozoos y algunos otros. Ladesinfección se hace imprescindible para laprotección de la salud pública, si el agua a tratartiene como finalidad el consumo humano. En el caso deaguas residuales industriales, el objetivo puede serno solo desactivar patógenos, sino cualquier otroorganismo vivo, si lo que se pretende es reutilizarel agua.Para llevar a cabo la desinfección se pueden utilizardistintos tratamientos:Tratamiento físico (calor, radiación..), ácidos obases, etc… pero fundamentalmente se utilizan agentesoxidantes, entre los que cabe destacar el clásico Cl2y algunos de sus derivados, o bien procesos deoxidación avanzada (O3, fotocatálisis heterogénea).


2.4 TRATAMIENTOS EMERGENTES

2.4.1 Oxidación

Oxidación Química

Incineración: Consiste en la oxidación térmica completa delresiduo en fase gas y a temperatura elevada. Es un método


útil únicamente cuando se trata de pequeñas cantidades deaguas con una concentración elevada de contaminantesoxidables. En caso contrario, los costes de operaciónasociados a la necesidad de utilizar un combustibleauxiliar, se vuelven excesivos. Aunque los costes deinmovilizado son elevados, la tecnología está bienestablecida. Puede ser una buena elección tecnológicacuando se utiliza en combinación con una operación deseparación previa que concentre el contaminante, porejemplo una ultrafiltración. Aún así, en el tratamientode efluentes líquidos resulta una técnica costosa ademásde impopular.

Oxidación húmeda no catalítica (WAO): La oxidación húmedaes un proceso clásico de tratamiento que se ha venidoaplicando desde hace más de cincuenta años y en el cualla materia orgánica, soluble o en suspensión, se oxidacon oxígeno disuelto procedente de aire o corrientesgaseosas enriquecidas en oxígeno. La química del procesotranscurre por vía radicalaria, de forma que son losradicales formados a partir del oxígeno, los quereaccionan con la materia orgánica. Por este motivo, laoxidación húmeda, tanto catalítica como no catalítica, seincluye a veces entre los procesos avanzados deoxidación, cuya característica definitoria es laimplicación de radicales hidroxilo como agentes oxidantesindirectos. Aquí se ha reservado, sin embargo, ladenominación de avanzados para los procesos basadosespecíficamente en la promoción de radicales hidroxilo.Los demás, que pueden incluir hidroxilos entre lasespecies oxidantes, pero cuyo diseño no está determinadopor su generación, se han clasificado como procesos deoxidación directa. Una característica esencial de losprocesos de oxidación húmeda no catalítica es laformación de ácidos carboxílicos como productos finalesno mineralizables y que esencialmente corresponden a losácidos fórmico, acético y oxálico. La proporción de estoscompuestos es variable en función de los parámetros dediseño del proceso, pero típicamente representan el 5-10%del carbono orgánico total (Total Organic Carbon = TOC)del efluente de partida. Puesto que se tata de compuestosbiodegradables, es posible limitar la extensión de la


oxidación teniendo en cuenta que se trata de compuestosque no presentan problemas de toxicidad en depuradoras.Si, por el contrario, las concentraciones de contaminanteson bajas y no es posible utilizar la oxidación comopretratamiento antes de un sistema de depuraciónbiológica, es necesario utilizar catalizadores con el finde evitar temperaturas de proceso prohibitivas. Latemperatura de tratamiento de los procesos de oxidaciónhúmeda es función de la naturaleza de los compuestos quese deben degradar, pero en general oscila entre 150 y350ºC con una presión de operación entre 20 y 200 bardependiendo esencialmente de la temperatura. Elrendimiento de la oxidación, medido como porcentaje dedemanda química de oxígeno oscila entre el 75 y el 90%.La oxidación húmeda se puede aplicar en corrientes cuyocontenido en materia oxidable oscile entre 500 y 15000mg/L de demanda química de oxígeno y se vuelveautotérmica para valores de demanda química de oxígenosuperiores a 20 g/L.

Oxidación húmeda catalítica (CWAO): En casos en los quesea necesario alcanzar una tasa de mineralización alta,el proceso de oxidación húmeda se puede llevar a cabo enpresencia de catalizadores con el fin de acelerar lavelocidad de la reacción de degradación de los compuestosorgánicos. La oxidación húmeda catalítica (CWAO) es capazde mineralizar la práctica totalidad de los contaminantesorgánicos junto con compuestos inorgánicos tales comocianuros y amoníaco y como la oxidación húmeda, puedeutilizar aire u oxígeno como agente oxidante. Elcatalizador hace posible la operación en condiciones detemperatura y presión más moderadas que las de laoxidación húmeda no catalítica y, por tanto, mejorar elbalance económico del proceso. Los catalizadores suelenser metales u óxidos metálicos soportados, pero tambiénse han estudiado otras sustancias, tanto en sistemashomogéneos como heterogéneos. La oxidación húmedacatalítica permite llevar a cabo la oxidación decompuestos orgánicos en agua a presión moderada (encualquier caso superior a la presión de vapor del agua yen general en el rango 15-50 bar) y a una temperaturacomprendida entre 120°C y 250°C, que es funciónesencialmente del tipo de catalizador. La eficacia del


proceso en cuanto a la reducción de DQO puede oscilarentre el 75% y el 99%: el catalizador permite alcanzargrados de oxidación elevados o trabajar con menorestiempos de residencia a eficacia reducida, un equilibrioque decide el tipo de contaminante a eliminar. Laoxidación húmeda catalítica está particularmente indicadaen el caso de efluentes concentrados (demandas químicasde oxígeno mayores que 10000 mg/L, para las cuales elproceso no requiere aporte externo de energía) o quecontengan compuestos no biodegradables o tóxicos para lossistemas biológicos de depuración. El proceso no eseficaz económicamente frente a los procesos avanzados deoxidación en el caso de efluentes con baja carga orgánica(demandas químicas de oxígeno menores que 5000 mg/L).

Oxidación húmeda supercrítica (SWAO): En los procesos deoxidación húmeda mencionados hasta ahora el oxidanteprimario debe atravesar la interfase gas-líquido. Estoimpone limitaciones al diseño de reactores puesto quedebe de tenerse en cuenta una posible limitación a lavelocidad de transferencia de materia. Si se rebasa elpunto crítico del agua (647.096 K, y 22.064 MPa)desaparece la diferencia entre fases a la vez que loscoeficientes de transporte alcanzan valores elevados, loque permite operar con velocidades de oxidación elevadas.De esta forma, los compuestos orgánicos tóxicos yrefractarios a la oxidación pueden degradarse con graneficacia a temperaturas comprendidas entre 400 y 650º Ccon tiempos de residencia muy pequeños (30-90 s). Además,el proceso permite tratar efluentes con contaminantes muydiversos, incluyendo metales, que son transformados ensus óxidos. Por otro lado, la presión que requiereoxidación supercrítica es muy elevada y en lascondiciones de presión y temperatura de la operaciónexiste una fuerte incidencia de la corrosión debida a laoxidación de halógenos, fósforo y azufre, factores ambosque fuerzan a utilizar materiales costosos. Finalmente,en agua supercrítica la solubilidad de muchos compuestosinorgánicos es pequeña, por lo que las sales tienden adepositarse en el reactor y en las conduccionesocasionando problemas de erosión y taponamiento. La Tabla3.1 resume alguna de las características más importantesde los procesos de oxidación directa con énfasis especial


en sus limitaciones. De nuevo es conveniente indicar, quela diferencia entre procesos de oxidación directa yprocesos avanzados de oxidación es bastante arbitraria yque se ha reservado la denominación de “avanzados” paralos procesos basados en la generación de radicaleshidroxilo en su versión más restrictiva.

Procesos avanzados de oxidación (AOP)

Oxidación avanzada con ultrasonidos (O3/US y H2O2/US)

Recientemente se ha descrito el uso de ultrasonidos comofuente de energía para la degradación de compuestos


orgánicos en medio acuoso. Los ultrasonidos generanburbujas de cavitación que crecen durante los ciclos decompresión-descompresión hasta alcanzar un tamaño críticodesde el cual implotan transformando la energía en calor.En el interior de las burbujas de cavitación, lascondiciones de temperatura y presión pueden alcanzar los5000ºC y 1000 bar, condiciones en las cuales incluso lasmoléculas de agua se decomponen homolíticamente generandoradicales HO+ y H+. Los radicales formados puedenrecombinarse de la misma forma o reaccionar consustancias presentes en el medio de reacción originandosu degradación en el caso de tratarse de moléculasorgánicas complejas. La eficacia de los ultrasonidos esmayor cuanto más elevada sea su frecuencia. En cualquiercaso, los radicales pueden escapar de las burbujas decavitación difundiendo hacia el seno de la fase yfavoreciendo la extensión de la oxidación. Obviamente, lageneración de radicales se facilita si en el medioexisten moléculas que se rompan con facilidad tales comoozono o peróxido de hidrógeno, que por otro lado son losprecursores habituales de radicales hidroxilo en losprocesos avanzados de oxidación. Sin embargo, lageneración de ultrasonidos es costosa y el método estáaún en sus primeas fases de desarrollo lejos de unaposible aplicación comercial.

Métodos electroquímicos: Los procesos electroquímicospara la oxidación de contaminantes orgánicos se basan enla utilización de energía eléctrica para romper losenlaces de las moléculas. Se clasifican como procesosavanzados de oxidación porque los electrones setransfieren al compuesto orgánico en último extremomediante la intervención de radicales hidroxilo. (Aunquela oxidación electroquímica de compuestos orgánicos estáfavorecida termodinámicamente con respecto a la oxidacióndel agua, ésta es mucho más rápida debido a su mayorconcentración.) La principal ventaja de este tipo deprocesos es evitar la introducción de reactivos endisolución. En la oxidación anódica, los compuestosorgánicos se oxidan mediante los radicales hidroxilos


generados en un ánodo a partir de la oxidación demoléculas de agua. En la oxidación electroquímica, loscompuestos orgánicos reaccionan con oxidantes molecularesgenerados electroquímicamente, como el peróxido dehidrógeno que se produce en cátodos, por ejemplo degrafito, a partir del oxígeno disuelto en el medio:

La capacidad oxidativa del peróxido de hidrógeno puede incrementarse en medio ácido con la introducción de una sal de Fe(II) de una forma similar a la que se describió al tratar el reactivo de Fenton. En este caso, a las víasya descritas para la regeneración del catalizador a partir del Fe(III), se une la reducción catódica directa:

El proceso descrito se conoce como Electro-Fenton y, encaso de que se combine con aporte de radiaciónultravioleta, Foto-Electro-Fenton. El ánodo suele ser dePb/PbO2 o de platino. Este tipo de procesos presenta comodesventaja fundamental su coste elevado en comparacióncon otros procesos de oxidación avanzada. Además, esnecesario convertir el efluente en conductor para lo quesuele ser necesario añadir una sal.

2.4.1 Membranas

Las membranas son barreras físicas semipermeables queseparan dos fases, impidiendo su íntimo contacto yrestringiendo el movimiento de las moléculas a través deella de forma selectiva. Este hecho permite la separaciónde las sustancias contaminantes del agua, generando unefluente acuoso depurado. La rápida expansión, a partir de1960, de la utilización de membranas en procesos deseparación a escala industrial ha sido propiciada por doshechos: la fabricación de membranas con capacidad paraproporcionar elevados flujos de permeado y la fabricaciónde dispositivos compactos, baratos y fácilmenteintercambiables donde disponer grandes superficies de


membrana. Características de los procesos de separación conmembranas:

Permiten la separación de contaminantes que se encuentrandisueltos o dispersos en forma coloidal

Eliminan contaminantes que se encuentran a bajaconcentración

Las operaciones se llevan a cabo a temperatura ambiente Procesos sencillos y diseños compactos que ocupan poco

espacio Pueden combinarse con otros tratamientos No eliminan realmente el contaminante, únicamente lo

concentran en otra fase Pueden darse el caso de incompatibilidades entre el

contaminante y la membrana Problemas de ensuciamiento de la membrana: necesidad de

otras sustancias para llevar a cabo la limpieza, ajustes depH, ciclos de parada para limpieza del equipo

Deficiente escalado: doble flujo-doble de equipos (equiposmodulares)

Ruido generado por los equipos necesarios para conseguiraltas presiones

Uso

Filtración en línea

Las membranas de dispone en la línea de flujo del efluente quese desea tratar (alimentación), quedando las partículascontaminantes retenidas en el interior de las membranas ygenerándose una corriente depurada (permeado). Las membranasutilizadas son de tipo filtro profundo, dispuestas en cartuchos.

Filtración tangencial

El efluente que se desea tratar se hace circular tangencialmentea la membrana. Los contaminantes quedarán en la superficie de lamembrana, siendo arrastrados por el flujo tangencial, evitándose


el ensuciamiento de la membrana. Esta forma de operar genera apartir de la alimentación dos corrientes o flujos: concentrado,con una concentración de contaminantes mayor que en laalimentación, y permeado, con una concentración de contaminantesque hacen posible su vertido o reutilización. Las membranasutilizadas son de tipo tamiz o densas.

III.BIBLIOGRAFÍA

Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales. Consultado el 30 de mayo del 2014. Disponible en: http://www.madrimasd.org/informacionidi/biblioteca/publicacion/doc/vt/


vt2_tratamientos_avanzados_de_aguas_residuales_industriales.pdf

IV. ANEXOS

TABLA 1. Métodos de eliminación de compuestos orgánicos en aguasresiduales

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