Procesos químicos y físicos para la limpieza de las aguas residuales

En el tratamiento de aguas residuales se emplean procesos químicos y físicos para resolver problemas particulares. Se utilizan cribas, tamices o tecnologías de membrana para separar las sustancias sólidas. Mediante la precipitación o la nanofiltración se pueden eliminar los metales pesados de las aguas residuales.

Combinación de procesos para el tratamiento de efluentes

Dependiendo de la composición de las aguas residuales, a menudo se realiza un tratamiento físico-químico de los efluentes que consta de determinados subpasos. Nuestros expertos le ayudarán a encontrar una solución económica y eficiente para el tratamiento de sus aguas residuales mediante la combinación apropiada de estos pasos de proceso con la tecnología de tratamiento correcta.

DAS ofrece el proceso adecuado de tratamiento químico y físico de aguas y efluentes para cada aplicación

Si el agua residual contiene sustancias no hidrosolubles o coloides, se puede lograr un tratamiento de aguas residuales eficiente, por ejemplo, mediante sedimentación, filtración o separación centrífuga. Dependiendo de la composición de las aguas residuales, DAS Environmental Expert GmbH implementa también, como parte del tratamiento físico, la flotación, en la que las partículas de las sustancias quedan adheridas a finas burbujitas de aire por efecto de las fuerzas de adhesión. Una limpieza preliminar mecánica confiable es especialmente importante en el tratamiento de aguas residuales domésticas, para proteger la tecnología de las fases de tratamiento posteriores frente a posibles daños.

En el tratamiento químico de aguas residuales, la adición selectiva de determinadas sustancias permite que las sustancias contaminantes disueltas en los efluentes se puedan separar más fácilmente. Así, en una precipitación, una sustancia previamente disuelta se transforma en una sustancia poco soluble, de modo que se puede filtrar y separar del líquido más fácilmente. Otras posibilidades para la eliminación de sustancias nocivas son el intercambio de iones, la floculación o el tratamiento de ozono-UV.

Procesos físicos para el tratamiento de aguas residuales

Separación de sustancias finas y gruesas con ayuda de cribado y tamices

Con cribas y tamices se eliminan las sustancias sólidas nocivas del agua. Con este proceso mecánico se separan, por ejemplo, pañales, cabellos, toallitas húmedas y toallas higiénicas del flujo de aguas residuales. Antes de la limpieza de aguas residuales industriales, los tamices capturan también fibras textiles, etiquetas de papel, restos de plástico o residuos de producción, tales como cáscaras de papa u otros restos de cáscaras.

Dependiendo del ámbito de aplicación, se utilizan cribas finas o gruesas. Estas limpian el agua mediante barras dispuestas en paralelo. Por el contrario, los tamices cuentan con rejillas, orificios y mallas. Con diversos tamaños de abertura, desde los tamices gruesos (> 20mm) hasta los microtamices (<0,05 mm), estos separan desde las sustancias sólidas emergentes de la basura gruesa resultante de nuestra civilización, hasta arena y partículas de lodo del flujo de aguas residuales.

De vital importancia es la limpieza preliminar mecánica en el tratamiento de aguas residuales domésticas. Sobre todo las fibras, en especial las fibras textiles extremadamente resistentes a las rasgaduras de las toallitas húmedas y vellón o material no tejido, que contienen las aguas representan todo un desafío. Estas fibras tienden a entrelazarse y pueden producir obstrucciones y causar enormes daños en las bombas y agitadores.

Los especialistas de DAS Environmental Expert GmbH seleccionan junto a usted los tamices rotativos o cribados autolimpiantes adecuados, para evitar de antemano posibles daños en sus instalaciones de tratamiento y, con ello, mantenimientos innecesarios, que le permiten ahorrar costos.

Separación mecánica de sustancias sólidas mediante filtración

Mediante la filtración se separan las sustancias sólidas de los líquidos. Para ello, la mezcla que se debe separar pasa por un filtro; en el caso más sencillo, este puede ser de papel. Para aplicaciones técnicas se utilizan mayormente filtros de tejido textil o metal. Frecuentemente se utilizan también filtros de arena, tamices rotativos y filtros de tela.

Con ayuda de las instalaciones de filtrado se pueden eliminar del agua sustancias orgánicas e inorgánicas en suspensión, arena y polvos. En la tecnología de aguas residuales, este proceso de separación mecánico se emplea, entre otras cosas, para la deshidratación de los lodos en filtros prensa. En el tratamiento del agua para uso industrial y del agua potable proveniente de aguas superficiales también se aplica una filtración; por regla general, en un proceso de varias etapas.

La filtración por membrana también es un proceso de separación mecánico. En este caso, una membrana sirve como medio de filtrado. Este método se utiliza normalmente para separar componentes muy pequeños.

Limpieza de las aguas residuales con tecnología de membranas

Con la filtración por membrana se pueden separar del agua residual y concentrar sustancias disueltas y no disueltas. Así, la separación se realiza bajo presión; la membrana, con un ancho de poros determinado, retiene partículas (p. ej. moléculas) a partir de un cierto tamaño. Los diferentes procesos se emplean para el tratamiento del agua, para la limpieza de las aguas residuales, para el reciclaje de aguas de proceso y para la concentración de materiales reciclables para su recuperación.

La microfiltración se utiliza para separar partículas, bacterias y levaduras. Se emplea, entre otras cosas, para la esterilización en frío y la separación de emulsiones de aceite y agua.

La ultrafiltración es un proceso importante para el tratamiento del agua potable y las aguas residuales. Sirve para separar partículas, microorganismos, proteínas y turbiedades del agua, entre otros, en el biorreactor de membrana (MBR).

La ultrafiltración se utiliza por ejemplo para la limpieza del agua de recirculación en piscinas de natación. Dado que se puede evitar bastante bien la formación de capas obstructoras adheridas sobre la membrana, las instalaciones de tratamiento de aguas residuales ya existentes se están completando cada vez más con una ultrafiltración llamada “polishing step” (paso de pulido). En el reequipamiento de instalaciones de tratamiento clásicas más antiguas, la ultrafiltración se puede insertar directamente en o después del depósito de bioventilación para reemplazar pasos de tratamiento posteriores o para aumentar el rendimiento del tratamiento biológico de aguas residuales.

La nanofiltración permite separar virus, iones de metales pesados, moléculas grandes y partículas muy pequeñas. Este proceso se emplea en el ablandamiento del agua y en el tratamiento del agua potable.

La ósmosis inversa es un paso de proceso importante en la concentración de los lixiviados de vertederos, en el tratamiento del agua potable en regiones rurales que no están conectadas a la red de alimentación, en la desalinización de agua marina o en la descalcificación del agua de calderas en centrales eléctricas. Para ello, se aumenta la concentración de sustancias disueltas en líquidos a través de una membrana semipermeable, invirtiendo el proceso de ósmosis con presión: si la presión es superior a la presión osmótica respectiva, se produce la difusión las moléculas del solvente sobre el lado de la membrana sobre el cual se encuentran las sustancias disueltas ya menos concentradas. Este proceso se emplea también para obtener agua ultrapura.

Tratamiento de aguas residuales mediante flotación

En la flotación, las sustancias dispersas o suspendidas de los líquidos se transportan a la superficie con ayuda de pequeñas burbujas de gas, donde se retiran con un dispositivo de remoción. Los procesos de flotación se emplean en el tratamiento de aguas residuales para separar aceites, grasas y sustancias sólidas finas suspendidas.

Cuantas más pequeñas sean las microburbujas, mejor se depositan las partículas o gotas. Por esta razón, en la tecnología de tratamiento de aguas residuales se utiliza frecuentemente la flotación por aire disuelto (dissolved air flotation – DAF). Esta se ha destacado por su eficiencia y economicidad comprobadas. Los procedimientos de flotación se pueden potenciar además empleando medios auxiliares, tales como colectores, espumadores, reguladores o dispositivos de presión.

Separación de sustancias sólidas por sedimentación

En la sedimentación se utiliza la fuerza de gravedad en tanques de sedimentación para separar las partículas sólidas. Un tanque de sedimentación es un tanque plano y casi sin flujo de corriente, especial para los procesos de sedimentación. Las partículas sólidas se depositan sobre el fondo.

Los procesos de sedimentación se utilizan de forma múltiple en el tratamiento de aguas residuales: en el tanque de decantación primaria se depositan las sustancias no disueltas. Estas forman el lodo primario, que a continuación se espesa y se transforma en anaeróbico en el digestor. Esto genera lodo digerido y gas de digestión, que en su forma ya limpia como biogás se puede utilizar para producir electricidad y cubrir la demanda energética. En el digestor se pueden introducir también lodos de depuración generados de forma aeróbica, luego de que se los haya separado por sedimentación del agua residual en el depósito de decantación. Las partículas que son más pesadas que el agua pueden separarse del líquido con ayuda de desarenadores o colectores de lodos.

Procesos químicos para el tratamiento de aguas residuales

Neutralización

La neutralización se utiliza en la tecnología de aguas residuales para ajustar el valor de pH. En especial, después de procesos como la precipitación y la floculación, y para neutralizar aguas residuales industriales, se añaden ácidos o bases según necesidad.

Oxidación/reducción

Las reacciones redox (reducción-oxidación) se aplican en el tratamiento químico de aguas residuales y en el tratamiento del agua potable de forma diversa. Así, se utiliza la oxidación radical con ozono y peróxido de hidrógeno para eliminar eficientemente del agua potable los hidrocarburos clorados y pesticidas.

En el tratamiento de aguas residuales se emplean también procesos de oxidación para eliminar compuestos difícilmente biodegradables. Especialmente efectiva es la limpieza fotoquímica, en la que se generan radicales hidroxílicos mediante luz UV a partir de peróxido de hidrógeno o de ozono en presencia de agua. Los procesos de oxidación avanzada (POA) se utilizan, entre otras cosas, para degradar principios activos farmacéuticos, tales como antibióticos, citostáticos u hormonas y otras trazas de sustancias antropogénicas.

Con ayuda del ozono se realiza además la oxidación del hierro y el manganeso en agua de pozo. Por el contrario, los procesos de reducción se requieren para la transformación de iones de metales pesados en, por ejemplo, sulfuros difícilmente solubles.

Adsorción y quimisorción

Adsorción se denomina a la acumulación de sustancias en la superficie de un cuerpo sólido. Se trata típicamente de un proceso físico, con el que las moléculas quedan adheridas a la superficie límite por efecto de las fuerzas de Van der Waals. Si las sustancias se adhieren a la superficie de una sustancia sólida por efecto de uniones químicas, esto se denomina quimisorción. A diferencia de la adsorción, frecuentemente la quimisorción es irreversible.

En la limpieza de las aguas residuales se emplean carbones activados para colectar las sustancias disueltas en el agua, que no se pueden eliminar suficientemente con procesos económicos como los métodos del tratamiento biológico de aguas residuales, la precipitación y la floculación. Así, los colorantes de las industrias de teñido de tejidos, a menudo solo se pueden eliminar por completo mediante el método de adsorción a carbón activado. También se adhieren al carbón activado las trazas de sustancias antropogénicas, como residuos de medicamentos, y sustancias orgánicas polares, como compuestos organohalogenados adsorbibles COA.

El carbón activado dotado puede utilizarse además para eliminar arsénico y metales pesados. También el granulado de hidróxido de hierro es adecuado para eliminar el metaloide tóxico llamado arsénico del agua potable, de las aguas subterráneas contaminadas y aguas residuales industriales muy cargadas. Con esto, el hidróxido de hierro reacciona con los iones de arseniato formando arseniato de hierro. Este proceso es muy eficiente y económico a la vez.

Precipitación

La precipitación es un proceso químico con el que se separa de una solución una sustancia previamente disuelta en ella. Un método usual para ello es la reacción de precipitación por adición de las sustancias adecuadas. Así se pueden precipitar metales pesados por transferencia a hidróxidos de metal difícilmente solubles. En ocasiones, se puede requerir también una precipitación como carbonato o sulfuro.

Frecuentemente, los aniones se pueden precipitar como sal de calcio, sal de hierro o sal de aluminio. De este modo se pueden separar los iones de fluoruros mediante una reacción de precipitación con leche de cal. En el curso del tratamiento de aguas residuales en la planta de tratamiento, la concentración de fosfatos se reduce añadiendo sales tales como sulfato de hierro (II), cloruro férrico y cloruro de aluminio. Este proceso, llamado precipitación fosfatada, se puede integrar como precipitación simultánea en la fase de depuración biológica o agregar como etapa de proceso posterior separada.

Floculación

La floculación crea las condiciones para que se puedan separar del agua también las partículas más finas, que se encuentran en suspensión o en forma de solución coloidal. Por ejemplo, en cargas superficiales iguales, estas pequeñísimas partículas sólidas no se pueden juntar en aglomerados más grandes a causa de su repulsión electrostática recíproca.

Con la ayuda de los químicos adecuados, llamados floculantes, se pueden aglomerar estas partículas. En ello se generan los macrocopos, que luego sedimentan. La floculación se aplica para mejorar las propiedades de sedimentación y eliminación de agua de los lodos de depuración. Al emplear sales de hierro y aluminio como floculante se puede realizar a la vez una precipitación de fosfato.

Intercambiador de iones

Los intercambiadores de iones son materiales con los que se reemplazan los iones de una solución por otros iones. Así, por ejemplo, con un intercambiador de cationes se pueden cambiar iones de calcio por iones de sodio. Cuando este intercambiador de iones está agotado, es decir totalmente saturado con iones de calcio, se debe regenerar.

Este proceso funciona porque los iones se unen más fuertemente al intercambiador de iones cuanto mayor sea su carga y, a igual carga, cuanto mayor sea el radio de los iones. El ion más fuertemente adherente reemplaza al ion más débilmente adherente.

Los intercambiadores de iones son adecuados para la separación selectiva de metales pesados y aniones. Por ello, se emplean como “filtro supervisor” luego de la precipitación/floculación. Se usan además para el ablandamiento, desalinización y cambio de salinización del agua. Son especialmente importantes en la industria de semiconductores, donde se utilizan para obtener agua desmineralizada extremadamente limpia, llamada agua ultrapura.

Los intercambiadores de iones se utilizan también en el tratamiento de aguas residuales emergentes de equipos de recubrimiento galvánico que contienen iones de metal o para la limpieza de aguas residuales con fenol de la industria química. Así, tanto los iones de metal como los fenoles se pueden recuperar.