Requisitos del sistema.
Se enumeran solo los requisitos considerados adicionales.
Separación de los sólidos.
La captación de los efluentes debe permitir que la menor cantidad posible de sólidos ingresen al sistema, salvo cuando por condiciones del tratamiento convenga lo contrario.
Esto es así porque los sólidos que se separen en esta fase se pueden disponer más fácilmente y además su volumen es más reducido. Si llegan a los sedimentadores los barros formados son de más difícil manejo y además el contenido de humedad es mayor.
Cómo ejemplos tenemos los restos sólidos de vegetales que se pueden usar como alimento de ganado si no se mezclan con otros residuos que lo hagan inadecuado para este uso y/o no sufren degradación parcial al ser arrastrados por los líquidos.
Reducción y/o eliminación de grasas, lubricantes, aceites, etc.
Las grasas y aceites, en especial los lubricantes, generan graves problemas en el sistema de tratamiento, de manera que si evita el ingreso de estos al efluente general o bien se limita su traslado mediante cámaras interceptoras se facilitará el tratamiento.
Separación y/o mezcla conveniente de corrientes.
Este punto es de especial importancia ya que en el diseño del tratamiento puede considerarse la posibilidad de tratar en forma diferenciadas alguna corriente, en este caso el sistema de captación y traslado debe permitir esta opción.
Este es el caso de la industria frigorífica, donde se faenas animales, que el sistema debe manejar por separado los efluentes verdes de los rojos.
Un ejemplo ilustrativo.
A fin de facilitar la comprensión de la propuesta planteare el caso del tratamiento de los efluentes de una curtiembre con uso de curtientes vegetales (tanino de quebracho) en el que se aplico esta innovación en el rediseño del mismo.
Dado que la empresa estaba operando desde hacia varios años y tenía gravísimos problemas de los efluentes era imperioso una solución al problema.
La empresa tenía un sistema de sistema único de recolección de los efluentes y una planta de tratamiento que operaba con la capacidad ampliamente desbordada.
El cumplimiento de las normas, en base al tratamiento convencional, requería duplicar el tamaño de la planta con una inversión, llevada a valores actuales, del orden de los 1,500,000 usd
Las características del efluente de esta industria son:
- Alta DBO.
- Alta DQO.
- Lenta biodegrabilidad de la carga orgánica.
- Alto contenido de sólidos sedimentables.
- Contenido de sulfuros.
- Contenido elevado de grasas insolubles.
- Contenido elevado de grasas solubles.
- Color intenso derivado de los taninos.
- Cambios intensos de pH.
Planteado el problema de esta manera el problema presenta una gran complejidad y una gran cantidad de aspectos de difícil abordaje.
El proceso de producción es complejo, tiene muchas etapas y cada una de estas tiene muchos pasos.
Cómo primer paso se decidió caracterizar en forma exhaustiva los parámetros de cada paso y cada etapa del proceso industrial.
En base de este análisis se determino que, en base a los efluentes puntuales, se podía agrupar a estos en tres grupos:
1 –Efluentes con alta DBO, DQO, sulfuros, sólidos sedimentables y grasas insolubles pero sin color (sin taninos), pH francamente alcalino2 –Efluentes con taninos (elevado color, alta DBO y DQO), sin sulfuros y con grasas solubles3 –Efluentes claros con niveles bajos de DBO y DQO, sin taninos y francamente ácidos.
En los ensayos de laboratorio sobre el tratamiento se observaron los siguientes aspectos:
- Los taninos dificultaban de manera notable la sedimentación de los sólidos sedimentables y la compactación de los barros.
- El color era más fácilmente eliminable cuando más concentrado era el efluente.
- La eliminación de sulfuros era más rápida y eficiente cuando se trataba por separado la fracción del efluente que lo contenía.
- El pH de la mezcla final era cercano a la neutralidad.
Estos aspectos llevaron a la conclusión de replantear totalmente el tratamiento, incluyendo el replanteo del proceso.Se propuso y se pusieron en marcha las siguientes acciones:
- La implementación de mejoras en los procesos, alguna ya mencionadas en los puntos iniciales.
- Mejoras en la distribución de equipos
- Recolección diferenciada de los efluentes
- Tratamiento diferenciado en una primera fase.
Si bien los cambios no se implementaron en la totalidad por el cierre de la empresa, las mejoras introducidas permitieron ampliar la capacidad de tratamiento de la planta, y mejoraron notablemente la calidad del efluente final.Estas mejoras fueron:
- Se eliminó la necesidad de agregados (catalizadores) para eliminar los sulfuros.
- Se redujo la cantidad de barros de los sedimentadores.
- Se eliminaron los malos olores de la planta de efluentes.
- Se redujo el color hasta niveles aceptados.
- Se redujo la DBO final a valores aceptados por las normativas.
Las inversiones realizadas – incluyendo las obras de captación y en el tratamiento – fueron del orden de 100,000 usd, para una solución casi completa del problema (comparece este valor con los 1,500,000 usd mencionados). Por otra parte se redujeron los costos operativos de la planta de efluentes en alrededor del 20 %.
El enfoque integrado en el planteo de un STE, es una innovación que forma permite un mejor diseño del tratamiento propiamente dicho de los efluentes líquidos.
El adecuado tratamiento de los puntos vistos en el proceso de producción permitirá la transformar los efluentes en subproductos o bien en darle valor al efluente, obviamente esto tendrá una decisiva influencia sobre el tamaño de la planta de tratamiento de los efluentes y sobre el costo del tratamiento.Es importante resaltar que:
- Mejor aprovechamiento insumos = menores costos de producción.
- Mejor tratabilidad de los efluentes = menores costos operativos del STE.
- Menos cantidad de efluentes = menor inversión en la planta de tratamiento.
El esquema planteado se centró en los efluentes líquidos, pero se adecua tanto para efluentes sólidos, gaseosos.
TRATAMIENTO DE EFLUENTES.
También al igual que en el caso de las aguas residuales urbanas, para el tratamiento de las aguas residuales industriales podemos hablar de los mismos procesos generales: tratamientos primarios, secundarios y terciarios, utilizándose sólo los que sean de aplicación al proceso industrial concreto.
Los principales tratamientos en cada una de las categorías son:
1. Pretratamientos 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.
2. Tratamientos secundarios: lodos activados, filtros percoladores, lagunaje, etc. Se elimina materia orgánica biodegradable.
3. 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.
1. TRATAMIENTOS FISICO-QUIMICO.
Con la denominación de tratamientos físico-químico de aguas residuales industriales se engloban una serie de tratamientos primarios y terciarios que se suelen aplicar frecuentemente en las industrias.
a)Tratamientos primarios:
· Homogenización de efluentes: con el mezclado y homogenización de los distintos efluentes generados en el proceso productivo se consigue disminuir las fluctuaciones de caudal de los diferentes vertidos, consiguiendo una única corriente de caudal y concentración más constante. Se suelen realizar en tanques agitados.·
Cribado: al igual que en el caso de las aguas residuales urbanas, esta etapa sirve para eliminar los sólidos de gran tamaño presentes en el agua residual. Se suelen realizar mediante rejillas, con aberturas entre 5-90 mm.·
Neutralización: la neutralización (tratamiento ácido-base del agua residual) puede utilizarse para los siguientes fines:
– Ajuste final del pH del efluente último antes de la descarga al medio receptor: 5 -5,9;
– Antes del tratamiento biológico: pH entre 6,5-8,5 para una actividad biológica óptima;
– Precipitación de metales pesados: es la aplicación más importante. Intervienen diversos factores: producto de solubilidad del metal, pH óptimo de precipitación, concentración del metal y del agente precipitante, presencia de agentes complejantes del metal (cianuros, amonio). Los metales pesados se precipitan normalmente en forma de hidróxidos, utilizando cal hasta alcanzar el pH óptimo de precipitación (6-11).
· Coagulación-floculación: para eliminar sólidos en suspensión y material coloidal.
La Coagulación consiste en la desestabilización de las partículas coloidales, empleando productos químicos (coagulantes) que neutralizan la carga eléctrica de los coloides.
La Floculación consiste en la agrupación de las partículas coloidales desestabilizadas, formando agregados de mayor tamaño denominados “flóculos”, los cuales sedimentan por gravedad. Para favorecer la formación de flóculos más voluminosos y su sedimentación, se suelen utilizar determinados productos químicos (floculantes), generalmente de naturaleza polimérica. Estos floculantes establecen puentes de unión entre los flóculos inicialmente formados.
Los principales compuestos químicos usados como coagulantes son:
– Sales de aluminio: sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, policloruro de aluminio (polímero inorgánico de aluminio).
– Sales de hierro: cloruro de hierro (III), sulfato de hierro (III).– Polielectrolitos: poliamidas, poliacrilamidas catiónicas, aniónicas o no iónicas.
· Decantación: Se utiliza para la eliminación de materia en suspensión que pueda llevar el agua residual, eliminación de los flóculos precipitados en el proceso de coagulación floculación o separación de contaminantes en un proceso de precipitación química (metales, p.e)·
Filtración: La filtración es una operación que consiste en hacer pasar un líquido que contiene materias en suspensión a través de un medio filtrante que permite el paso del líquido pero no el de las partículas sólidas, las cuales quedan retenidas en el medio filtrante. De este modo, las partículas que no han sedimentado en el decantador son retenidas en los filtros.·
Separación de fases:– Separación sólido-líquido: separación de sólidos en suspensión. Se suelen emplear la sedimentación, la flotación (para sólidos de baja densidad) y la filtración.
Separación líquido-líquido: la separación de aceites y grasas es la aplicación más frecuente.
Tratamientos terciarios:
El objetivo principal de los tratamientos terciarios es la eliminación de contaminantes que perduran después de aplicar los tratamientos primario y secundario; son tratamientos específicos y costosos, que se usan cuando se requiere un efluente final de mayor calidad que la obtenida con los tratamientos convencionales. Las principales técnicas son:
· Arrastre con vapor de agua o aire: denominados como procesos de “stripping”, para la eliminación de compuestos orgánicos volátiles (COV), como disolventes clorados (tricloroetileno, clorobenceno, dicloroetileno, etc.) o contaminantes gaseosos (amoníaco, etc.).·
Procesos de membrana: en estos procesos el agua residual pasa a través de una membrana porosa, mediante la adición de una fuerza impulsora, consiguiendo una separación en función del tamaño de las moléculas presentes en el efluente y del tamaño de poro de la membrana. – Intercambio iónico: sirve para eliminar sales minerales, las cuales son eliminadas del agua residual que atraviesa una resina, por intercambio con otros iones (H+ en las resinas de intercambio catiónico y OH- en las de intercambio aniónico) contenidos en la misma.·
Adsorción con carbón activo: para eliminar compuestos orgánicos. Se puede utilizar en forma granular (columnas de carbón activado granular: GAC) y en polvo (PAC).·
Procesos de oxidación: sirven para eliminar o transformar materia orgánica y materia inorgánica oxidable. Los principales procesos de oxidación se pueden clasificar en:
– procesos convencionales de oxidación: se usan como oxidantes ozono, peróxido de hidrógeno, permanganato de potasio, hipoclorito de sodio, cloro y oxígeno.–
Procesos de oxidación avanzada: *combinaciones de oxidantes: O3 + UV, O3 + H2O2, H2O2 + UV, O3 + alto pH. *procesos a alta temperatura y presión: oxidación con aire húmedo (WAO), oxidación en condiciones supercríticas, etc.*detoxificación solar: utiliza la radiación UV solar, con catalizador de TiO2.·
Procesos de reducción: para reducir elementos metálicos en alto estado de oxidación (reducción de Cr6+ a Cr3+ mediante sulfito de sodio, tiosulfato de sodio, sulfato ferroso, etc).·
Precipitación química: se basa en la utilización de reacciones químicas para la obtención de productos de muy baja solubilidad. La especie contaminante a eliminar pasa a formar parte de esa sustancia insoluble, que precipita y puede ser separada por sedimentación y filtración.
TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS O SECUNDARIOS.
Los tratamientos secundarios son procesos biológicos, en los que la depuración de la materia orgánica biodegradable del agua residual se efectúa por la actuación de microorganismos (fundamentalmente bacterias), que se mantienen en suspensión en el agua o bien se adhieren a un soporte sólido formando una capa de crecimiento. Los efluentes industriales con carga orgánica depurable por métodos biológicos, corresponden principalmente a industrias de carácter agroalimentario, aunque otras industrias como papeleras, farmaceúticas, etc., también producen vertidos que pueden ser sometidos a estos tratamientos secundarios. Los procesos biológicos pueden ser de dos tipos principales: aerobios y anaerobios (en ausencia de aire); en general, para aguas con alta carga orgánica (industrias agroalimentarias, residuos ganaderos, etc.) se emplean sistemas anaerobios y para aguas no muy cargadas, sistemas aerobios. En la práctica pueden ser empleadas ambas técnicas de forma complementaria. Los tratamientos biológicos engloban tanto el proceso de reacciones biológicas comentado, como la posterior separación de los fangos por decantación. Entre las variables a controlar en estos procesos se encuentran la temperatura (en anaerobios esencialmente), oxígeno disuelto, el pH, nutrientes, sales y la presencia de inhibidores de las reacciones.
Tratamientos aerobios. Los más empleados son el de lodos activados y tratamientos de bajo coste: filtros percoladores, biodiscos, biocilindros, lechos de turba, filtros verdes y lagunaje (este sistema se puede considerar como “mixto”, ya que se dan tanto en procesos aerobios como anaerobios, dependiendo de la profundidad). En todos estos procesos, la materia orgánica se descompone convirtiéndose en dióxido de carbono, y en especies minerales oxidadas.·
Tratamientos anaerobios. La descomposición de la materia orgánica por las bacterias se realiza en ausencia de aire, utilizándose reactores cerrados; en un proceso anaerobio, la mayoría de las sustancias orgánicas se convierte en dióxido de carbono y metano. Los productos finales de la digestión anaerobia son el biogás (mezcla gaseosa de metano, dióxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno), que se puede aprovechar para la producción energética, y los lodos de digestión (compuestos no biodegradables y biomasa). Estos tratamientos tienen tres aplicaciones principales: – Residuos ganaderos. – Aguas residuales industriales con alta carga orgánica. – Lodos de depuradora.·
Tratamientos mixtos: en algunos casos se utilizan tratamientos aerobios y anaerobios, bien de forma consecutiva, alternante o produciéndose ambos a la vez. Esto último es lo que sucede en las denominadas lagunas facultativas, con zonas de depuración aerobia (zona más superficial) y anaerobia (zonas más profundas). En los sistemas de lagunaje se combinan las lagunas de los tres tipos, anaerobias, aerobias y facultativas.
TRATAMIENTO DE LOS LODOS
En todo tratamiento de aguas residuales se producen, junto al agua depurada, una serie de lodos o fangos que deben ser tratados adecuadamente. Según el tipo de tratamiento y la naturaleza de los contaminantes eliminados, serán lodos de naturaleza predominantemente inorgánica u orgánica. Los objetivos finales buscados en el tratamiento de los lodos son:
– Reducción de volumen: concentración del fango para hacer más fácil su manejo.– Reducción del poder de fermentación: reducción de materia orgánica y de patógenos, para evitar la producción de olores y la evolución del lodo sin control.
Las principales etapas en el tratamiento de los lodos son: espesamiento (concentración) por decantación o flotación, digestión (estabilización para fangos fermentables), deshidratación y evacuación.
1. Espesamiento: reducción de volumen en tanques de sedimentación o flotación, según la naturaleza del fango. A veces se realiza un acondicionamiento previo, de tipo físico-químico (coagulación floculación, elutriación) o térmico.
2. Digestión: para fangos de naturaleza orgánica. En procesos de carácter aerobio (similar a fangos activos) o anaerobio (aprovechamiento energético).
3. Deshidratación y secado: con el objetivo de una eliminación lo más completa posible del agua del fango. Normalmente con una etapa de acondicionamiento previo. Métodos más utilizados: filtros de vacío, filtros prensa, filtros banda, centrífugas, evaporación térmica o en eras de secado.
4. Evacuación: depósito o destino final de los lodos. Métodos principales: vertedero de seguridad o de residuos sólidos urbanos según sus características; incineración con o sin adición de combustible adicional según el poder calorífico de los lodos, se generan cenizas, escorias y gases que necesitan tratamiento, con o sin recuperación de energía; compostaje, descomposición biológica controlada, de la materia orgánica, en condiciones aerobias, con el fin de obtener “compost”