Pro­ce­sos quí­mi­cos y físi­cos para la lim­pie­za de las aguas residuales

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.