Condorchem Envitech | English

Tag : aguas residuales

Home/Posts Tagged "aguas residuales"

Procesos y tecnologías para el tratamiento de lodos

El tratamiento de lodos generados en los procesos de tratamiento de aguas residuales está regulados bajo legislaciones específica, permitiendo una vez tratados adecuadamente, emplearlos en el sector agrícola como fertilizantes. Así, la calidad de los lodos varía conforme a la composición del agua residual de partida.

CLASIFCACIÓN DE LOS LODOS

En función del criterio empleado podemos disponer de 3 clasificaciones de los lodos generados durante los procesos de tratamiento de aguas residuales:

a) Según el origen del efluente a tratar:

  • Lodos urbanos
  • Lodos industriales

b) Según la etapa del tratamiento del agua residual se hayan generado: Figura similar

  • Lodos Primarios
  • Lodos Secundarios (biológicos)
  • Lodos Mixtos
  • Lodos Terciarios (químicos o físico-químicos)

Clasificación de los lodos

c) Según el tipo de tratamiento en la línea de lodos

  • Espesamiento: lodos Espesados
  • Estabilización: lodos Estabilizados (digeridos)
  • Deshidratación: lodos Deshidratados

TRATAMIENTO DE LOS LODOS

Posteriormente a la caracterización de los lodos a tratar mediante diversos sistemas de análisis, entre los que destacan: cromatografía, espectroscopia fluorescente de Rayos X, análisis bacteriológico…se establecen los valores de los siguientes parámetros que permitirán determinar los procesos de tratamiento de lodos más adecuados en base a su destino final.

Tratamiento de lodos

Concretamente, los parámetros que inciden mayoritariamente en la adecuación de los lodos para su uso agrícola y que por tanto deben analizarse antes y después del tratamiento de los mismos son:

a) Metales pesados: Cd, Cr, Ni, Hg, Pb, Zn y Cu

Los metales pesados son uno de los parámetros a tener en cuenta para la caracterización de los lodos. Desde la década de los 70, se ha producido una reducción muy significativa en el contenido de los mismos en los lodos de depuradora. Las razones principales de esta drástica reducción han sido las distintas legislaciones que han ido surgiendo en los distintos países, con el fin de regular y limitar este tipo de elementos debido a sus efectos nocivos sobre el medioambiente. Esto ha llevado a la industria y a las distintas administraciones implicadas a desarrollar y optimizar sistemas de gestión de los mismos que han permitido reducir los niveles de metales pesados emitidos al medioambiente. Los dos procesos que más han contribuido a este hecho han sido:

  • Reciclaje
  • Sustitución

Gracias al desarrollo de tecnologías cada vez más optimizadas y procesos alternativos vinculados con ambos puntos se ha alcanzado una reducción muy significativa de las emisiones de de metales como el Cadmio, que en los últimos 30 o 40 años ha disminuido drásticamente su emisión al medioambiente (http://www.cadmium.org/environment/cadmium-emissions)

b) Microorganismos patógenos: Salmonella spp, Escherichia colli
c) Agronómicos: pH, Conductividad H, MO, NT, org NH3, P, Ca, Mg, K y Fe
d) Contaminantes orgánicos: AOS, LAS, Ftalatos, Nonilfenoles, Hidrocarburos aromáticos policíclicos, Policlorobifenilos, Dioxinas y furanos, Difenil éteres bromados

Así, teniendo en cuenta la línea de lodos podemos diferenciar 3 grandes etapas de tratamiento, en las que encontramos distintos procesos asociados:

1. Espesamiento

Los procesos de tratamiento de lodos que representan a esta etapa permiten una reducción del volumen del lodo a tratar, eliminando agua y aumentando así la concentración en sólidos. El objetivo principal es el incremento de la eficacia y la optimización económica de los procesos posteriores.

Los principales procesos de espesamiento son:

  • Espesamiento por gravedad: emplea la fuerza de la gravedad. La alimentación se produce por la zona central, en la parte inferior se recogen los lodos espesados y en la superior queda el sobrenadante. Este sistema se emplea en lodos primarios, físico-químicos y mixtos que decantan bien por gravedad. Los lodos biológico decantan lentamente
  • Espesamiento por flotación: el lodo se concentra en la parte superior, por la unión de microburbujas, generalmente de aire, a los sólidos en suspensión, que acaban siendo menos densos que el agua. Este tipo de sistema está indicado para el espesado ´de fangos biológicos debido a su baja capacidad de sedimentación.
  • Espesamiento mecánico: la concentración de lodo se lleva a cabo aumentando las fuerzas gravitacionales.
    • Centrifugación: se aplica una fuerza centrífuga que permite la separación. Se emplea principalmente en lodos biológicos. Suelen ser equipos caros que requieren medidas adecuadas de mantenimiento.
    • Tambor rotativo: separación por filtración, a través del tambor rotativo. Se emplea en caso de lodos biológicos. Los costes de intervención no son elevados, requieren de poco espacio y no producen olores.
    • Mesas espesadoras: la separación se produce por drenaje del agua a través de una cinta horizontal porosa en movimiento. Están indicadas para lodos activos o digeridos. No es adecuado en el caso de lodos físico-químicos.

2. Estabilización

Cualquiera de los 3 procesos principales empleados en la estabilización de los lodos permite una reducción de la MO presente en los mismos, con el fin de:

a) Reducir los patógenos
b) Eliminar olores
c) Reducir o eliminar la capacidad de putrefacción de la MO

Los procesos de estabilización se dividen en:

2.1. Estabilización biológica

2.1.1 Estabilización aeróbica

Proceso biológico en el que, por acción microbiológica, se oxida MO, mediante un aporte de oxígeno en los digestores abiertos. De este modo se reduce la masa final del lodo, modificándolo para adecuarlo a procesos posteriores.

Se emplea como tratamiento secundario de una EDAR sin tratamiento primario. También puede emplearse para lodos mixtos con un aporte más elevado de oxígeno. Los factores que afectan a este proceso son:

  • Tiempo de retención
  • Temperatura
  • Necesidades de oxígeno y de mezcla

2.1.2 Estabilización aeróbica termófila

Se trata de una digestión aeróbica autotérmica termófila desarrollada para conseguir cumplir las regulaciones cada vez más estrictas. Se basa en la conservación de la energía térmica generada en la digestión aeróbica de la MO de los lodos, para alcanzar y mantener temperaturas termófilas (50-70 ºC).

2.1.3 Compostaje

Se trata de un proceso de descomposición bilógica y estabilización de MO en condiciones controladas y aeróbicas, desarrollando temperaturas termófilas, producto del calor generado biológicamente. El resultado es un producto estable y libre de patógenos. La MO se descompone en CO2, agua, minerales y MO estabilizada.

Se puede llevar a cabo solo con lodos o mezclándolos con agentes estructurantes que faciliten las condiciones aeróbicas. Las principales etapas son:

  • Mezclado
  • Fermentación o compostaje
  • Maduración
  • Refino

Es efectivo en la descontaminación de contaminantes orgánicos como: Hidrocarburos de petróleo, compuestos monoaromáticos, explosivos, clorofenoles, algunos pesticidas y compuestos aromáticos policíclicos.

Los microorganismos pueden actuar mineralizándolos o transformándolos parcialmenete.

En el caso de los contaminantes metálicos no son retirados significativamente durante el proceso. Se producen reacciones de oxidación y reducción de los mismos que influyen en la solubilidad, reduciéndose su disponibilidad y toxicidad en la fracción sólida.

Es necesario un adecuado control, de los parámetros críticos (pH, aireación, humedad, relación C/N) para evitar condiciones anaeróbicas en la masa de compostaje que provoquen aumento de olores

2.1.4 Estabilización anaeróbica

Es uno de los métodos más comunes para la estabilización de lodos. Consiste en la degradación de la MO, por la acción de en ausencia de oxígeno, liberando energía, metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), gracias a la acción de algunos tipos de bacterias.

Se produce en 4 etapas: Hidrólisis, Acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis.

Estos sistemas se clasifican en: baja carga, alta carga, contacto anaeróbico y con separación de gases. En este proceso deben controlarse:

  • pH
  • Temperatura
  • Alimentación de fango
  • Tiempo de retención
  • Producción de gas

2.2 Estabilización química

Es una alternativa a la estabilización biológica para el tratamiento de lodos. El objetivo de este tipo de estabilización es la de reducir o minimizar los patógenos y reducir sustancialmente los microorganismos capaces de producir olores.

2.2.1 Estabilización con cal

El producto aplicado mayoritariamente es la cal. Se añade al lodo a la dosis adecuada para mantener el pH a 12 durante el tiempo suficiente (mínimo 2 h) para eliminar o reducir los microorganismos patógenos y los responsables de los olores. Este sistema se suele usar:

  • Depuradoras pequeñas con incorporación de lodos a terrenos naturales o almacenados antes del transporte
  • Depuradoras con necesidad de estabilización adicional
  • Sistema complementario de estabilización durante periodos en que otros sistemas están fuera de servicio

Normalmente se incorpora antes del secado de los lodos aunque también puede emplearse a posteriori, empleando menores cantidades de cal. La dosificación de cal depende de:

  • Tipo de lodo
  • Composición química del lodo (incluyendo la MO)
  • Concentración del lodo

Durante el proceso de tratamiento de lodos mediante cal viva es necesario mantener el pH por arriba de 12, por un tiempo mínimo de 2 horas, para asegurarse la destrucción de los patógenos y proporcionar la suficiente alcalinidad residual para que el pH no descienda a menos de 11. Permitiendo, así, el tiempo suficiente para almacenamiento o disposición del lodo estabilizado. La cantidad de cal necesaria para estabilizar el lodo está determinada por el tiempo del mismo, su composición química y la concentración de sólidos. A grosso modo, el rango va desde el 6 hasta el 51%. Teniendo en cuenta que los lodos primarios son los que menos cantidad de cal requieren y los lodos activados los que mayor cantidad emplean.

2.2.2 Oxidación con cloro

Se incorpora una dosis alta de cloro al lodo a tratar. Se lleva a cabo en reactores cerrados y se necesitan periodos de retención cortos. Por ahora este sistema no está extendido a nivel industrial.

estabilización biológica de lodos

Estabilización química de lodos

2.3 Acondicionamiento

Los lodos de consistencia gelatinosa pueden dificultar las operaciones de secado. En estos casos se realiza un acondicionamiento previo para mejorar las características del lodo para su deshidratación. Los métodos más frecuentes son:

2.3.1 Acondicionamiento químico

Da como resultado la coagulación de los sólidos y la liberación del agua absorbida, Se usa antes de cualquier proceso de secado. Los productos químicos empleados son:

  • Cloruro férrico
  • Cal
  • Sulfato de alúmina
  • Polímeros orgánicos

Los 3 primeros proveen desinfección y estabilización del lodo. Los polímeros no provocan desinfección pero son más fáciles de alimentar y suelen ser más económicos.

El objetivo de este tipo de estabilización es la de reducir o minimizar los patógenos y reducir sustancialmente los microorganismos capaces de producir olores.

2.3.2 Acondicionamiento térmico

Se lleva a cabo un calentamiento de los lodos a temperaturas que varían entre 160-210 ºC durante cortos períodos de tiempo bajo presión. Esto provoca una coagulación de los sólidos y un cambio en la estructura, reduciéndose la afinidad del agua por parte de los sólidos del lodo.

El lodo queda esterilizado, prácticamente desodorizado y aumentando significativamente su capacidad de deshidratación

3. Deshidratación

Se trata de una operación física (natural o mecánica) empleada para reducir el contenido de humedad del lodo y su volumen. Sus objetivos principales son:

  • Aumentar el contenido de materia seca del solo de un 3-40%
  • Disminuir los costes de transporte por reducción de volumen
  • Mejorar el manejo y transporte de los lodos
  • Evitar olores
  • Aumentar el poder calorífico por disminución de la humedad

Los sistemas más extendidos son los mecánicos por delante de los naturales. Desde el punto de vista económico las tecnologías de deshidratación prevalecen en orden descendente:

  • Centrífugas
  • Filtros de prensa de correa
  • Filtros de prensa

3.1 Sistemas mecánicos

3.1.1 Centrífugas

Consisten en un tambor cilindro-cónico de eje horizontal que se fundamenta en la fuerza de centrifugación para la separación de la fase sólida del agua. Hay dos tipos de centrifugación en la deshidratación de los lodos:

a) Centrifugación contra corriente: los sólidos y el líquido circulan en sentido contrario dentro del cilindro.
b) Centrifugación equicorriente: la fracción sólida y la líquida discurren en el mismo sentido.

3.1.2 Filtro de prensa

Los filtros prensa constan de una serie de placas rectangulares verticales dispuestas una detrás de otra sobre un bastidor. Sobre las caras de estas placas se colocan telas filtrantes, generalmente de tejidos sintéticos. El espacio que queda entre dos placas, en su parte central hueca, es el espesor que adquirirá la torta resultante. Este espesor puede oscilar entre 15-30 mm.

La superficie de los filtros prensa puede ser de hasta 400 m2, y la superficie de las placas de 2 m2. Estos filtros suelen estar formados por más de 100 placas. El proceso de filtrado varía entre 25 horas, dependiendo de la duración de las diferentes etapas que pasamos a enumerar a continuación:

  • Llenado
  • Filtrado
  • Descarga
  • Limpieza

Con este proceso de tratamiento de lodos se consigue una estanqueidad del 35-45%, según las características del lodo a tratar. Se necesita personal especializado y cualificado para su mantenimiento y explotación.

3.1.3 Filtro de banda

Es un sistema de alimentación continua de fango, donde se realiza también un acondicionamiento químico, generalmente con polielectrolitos.

En los filtro banda primero se produce un drenaje por gravedad y después se hace pasar al fango por una aplicación mecánica de presión para que se produzca la deshidratación, gracias a la acción de una telas porosas.

Es un método barato, ya que no necesita una gran inversión inicial, los costes de mantenimiento y explotación son bajos y la instalación representa un bajo consumo energético.

3.2 Sistemas naturales

3.2.1 Eras de secado

Se trata de un sistema de deshidratación natural. Son capas de materiales drenantes dispuestas de forma vertical en un receptáculo.

El fango se hace pasar sobre estas capas de grava o arena produciéndose el filtrado y la deshidratación de los lodos por evaporación. Esta evaporación dependerá de las condiciones climáticas de la zona, los días de exposición de los lodos y las características del lodo.

El material drenante suele estar formado por por capas de 10 cm de arenas sobre una capa de grava de 10-20 cm, colocando una red de tuberías en la parte inferior para recoger el agua que volverá a ser tratada en la E.D.A.R. La capa de arena debe reponerse cada cierto tiempo ya que se pierden arenas en el proceso de filtrado y recogida de los lodos.

El inconveniente que presenta este proceso es la gran superficie de terreno que se requiere.

Sistemas con reactores aeróbicos para tratar aguas residuales

Los tratamientos biológicos de aguas residuales (reactores aeróbicos y anaeróbicos) aprovechan la capacidad de determinados microorganismos (entre los que destacan las bacterias) de asimilar la materia orgánica y los nutrientes disueltos en el agua residual a tratar para su propio crecimiento, llevando a cabo la eliminación de componentes solubles en el agua. La materia orgánica soluble es asimilada por los microorganismos como fuente de carbono. Tras esta operación se separa por decantación la biomasa generada del sobrenadante. Para el crecimiento de los microorganismos es necesario, aparte de la materia orgánica, la presencia de nitrógeno y fósforo en el efluente. Si su concentración no es suficiente, se deberán aportar al tratamiento.

La aplicación tradicional consiste en la eliminación de materia orgánica biodegradable, tanto soluble como coloidal, así como la eliminación de compuestos que contienen nitrógeno y fósforo. Es uno de los tratamientos más habituales, no solo en el caso de aguas residuales urbanas, sino en buena parte de las aguas industriales, por su sencillez y su bajo coste económico de operación.

Los únicos requisitos para la aplicación satisfactoria de estas tecnologías son que la contaminación sea biodegradable y que no haya presencia de ningún compuesto biocida en el efluente a tratar.

Los microorganismos pueden asimilar la materia orgánica consumiendo oxigeno, o bien en completa ausencia de éste, lo que nos lleva a disponer de 2 sistemas de tratamiento biológico de aguas residuales:

La selección del tipo de proceso biológico más conveniente se debe analizar caso a caso en función de las características del efluente a tratar.

SISTEMAS MEDIANTE REACTORES AERÓBICOS

Los sistemas aérobicos de tratamiento de aguas residuales, aprovechan la capacidad de los microorganismos de asimilar materia orgánica y nutrientes (nitrógeno y fósforo) disueltos en el agua residual para su propio crecimiento, en presencia de oxígeno, que actuará como aceptor de electrones en el proceso de oxidación de la materia orgánica.

Esta particularidad conlleva unos rendimientos energéticos elevados y una importante generación de fangos, consecuencia del alto crecimiento de las bacterias en condiciones aeróbicas.

etapas de los sistemas aeróbicos

ETAPAS DE LOS TRATAMIENTOS CON REACTORES AERÓBICOS

Un sistema de tratamiento aeróbico se compone de las siguientes etapas:

1. Pretratamiento: En esta etapa se procede a la eliminación de los sólidos de gran tamaño que llegan a la planta de tratamiento de agua. Estos materiales, si no son eliminados eficazmente, pueden producir serias averías en los equipos. Las piedras, arena, latas, etc. producen desgaste de las tuberías y de las conducciones así como de las bombas. Los aceites y grasas que puedan llegar también son eliminados en esta etapa con el fin de evitar que el tratamiento biológico se ralentice, su rendimiento disminuya así como la calidad del efluente. Se emplean para ello tanto operaciones físicas como mecánicas. Las principales operaciones que pueden emplearse en función de la procedencia del agua residual a tratar, de su calidad o de los tratamientos posteriores son:

  • Separación de grandes sólidos: siempre que las aguas a tratar puedan contener sólidos de gran tamaño se emplea este sistema que consiste en un pozo situado a la entrada del colector que permita concentrar los sólidos y las arenas decantadas en una zona especifica donde se puedan extraer de una forma eficaz.
  • Desbaste: Esta operación evita obstrucciones de partes posteriores de la instalación por la llegada masiva de grandes sólidos. Consiste en el uso de rejas con distintas separaciones entre barrotes que permiten separar los sólidos según su tamaño.
  • Tamizado: Esta operación está indicada cuando las aguas residuales contiene grandes cantidades de sólidos flotantes o residuos. Se emplean tamices de distinto grosor.
  • Desarenado: permite eliminar partículas sólidas superiores a 200 micras que puedan ocasionar problemas de taponación de conducciones o bombas o abrasiones en los distintos equipos.
  • Desaceitado-desengrasado: Permite es eliminar grasas, aceites, espumas y demás materiales flotantes más ligeros que el agua, que puedan distorsionar los procesos de tratamiento posteriores. Se efectúan normalmente por insuflación de aire con el fin de desemulsionar y aumentar la flotación de las grasa.

2. Tratamiento Primario: En esta etapa del tratamiento se eliminan los sólidos en suspensión de las aguas a tratar empleándose para ello, distintos procesos físico-químicos Estos sólidos pueden ser: sedimentables, flotantes o coloidales.

  • Sedimentación: Separación por gravedad que permite que las partículas más densas que el agua se depositen en el fondo del sedimentador. Será más eficaz cuanto mayor sea el tamaño y la densidad de las partículas a separar del agua, es decir, cuanto mayor sea su velocidad de sedimentación, siendo el principal parámetro de diseño para estos equipos. A esta operación de sedimentación se le suele denominar también decantación. La decantación primaria permite eliminar los sólidos en suspensión (60%, aprox) y la materia orgánica (30%, aprox) y protege los procesos posteriores de oxidación biológica de la intrusión de fangos inertes de densidad elevada. Pueden emplearse sedimentadores rectangulares, circulares y lamelares.
  • Flotación: Se fundamenta en la diferencia de densidades y permite separa la materia sólida o líquida de menor densidad que la del fluido que asciende a la superficie. Se utiliza aire como agente de flotación, y en función de cómo se introduzca en el líquido, se tienen dos sistemas de flotación: Flotación por aire disuelto (DAF) en el que el aire se introduce en el agua residual bajo una presión de varias atmósferas y Flotación por aire inducido donde la generación de burbujas se realiza a través de difusores.
  • Coagulación – Floculación: si hay presencia de partículas de tamaño muy reducido se forman suspensiones coloidales, de gran estabilidad debido a las interacciones eléctricas entre las mismas, con una lenta velocidad de sedimentación. Así, para mejorar su eliminación, se añaden reactivos químicos que desestabilizan la suspensión coloidal (coagulación) y favorecen la floculación de las mismas para obtener partículas fácilmente sedimentables. Los coagulantes suelen ser productos químicos que en solución aportan carga eléctrica contraria a la del coloide.
  • Filtración: La filtración es una operación en la que se hace pasar el agua a través de un medio poroso, con el objetivo de retener la mayor cantidad posible de materia en suspensión. El medio poroso tradicionalmente utilizado es un lecho de arena, de altura variable.

3. Tratamiento secundario: Los tratamientos secundarios se fundamentan en procesos biológicos en los que se emplean microorganismos (entre las que destacan las bacterias) para llevar a cabo la eliminación de materia orgánica biodegradable, tanto coloidal como disuelta, así como la eliminación de compuestos que contienen elementos nutrientes (N y P). En la mayor parte de los casos, la materia orgánica es oxidada por los microorganismos que la usan como fuente de energía para su crecimiento.  Los procesos aerobios se basan en la eliminación de los contaminantes orgánicos por su transformación en biomasa bacteriana con la ayuda de oxígeno (que actuará como aceptor de electrones en el proceso de oxidación), CO2 y H2O.

  • Digestión: En los sistemas aeróbicos el agua residual pasa a un reactor-digestor aeróbico, donde se encuentran los microorganismos responsables de oxidar la materia orgánica disuelta, empleando para ello un flujo de oxígeno.
  • Decantación: la separación de los lodos formados se produce por gravedad en los sedimentadores secundarios.

4. Tratamiento Terciario: en función de la calidad del efluente obtenido, del destino final del mismo y de la legislación vinculada en cada caso, se aplica un tratamiento terciario al mismo, con el fin de eliminar la carga orgánica residual y aquellas otras sustancias contaminantes no eliminadas en los tratamientos secundarios, como por ejemplo, los nutrientes, fósforo y nitrógeno. Puede usarse cualquier combinación de proceso, desde tratamientos físicos, químicos o biológicos. Generalmente serán:

  • Procesos de filtración: microfiltración, ultrafiltración
  • Intercambio iónico
  • Ósmosis inversa
  • Adsorción
  • Membrana
  • Desinfección: La desinfección consiste en eliminar o inactivar los microorganismos patógenos o cualquier otro microorganismo vivo con el fin de asegurar la reutilización del agua tratada. Los principales procesos de desinfección son:
    • Cloración
    • Ozonización
    • Electrodesinfección

CLASIFICACIÓN DE LOS REACTORES AERÓBICOS

En función del sistema empleado para el crecimiento de la biomasa, los sistemas de tratamiento aeróbico se clasifican en:

1. Biomasa en Suspensión (lodos activados): la biomasa crece libre o en suspensión en el interior del biorreactor, produciendo la formación de flóculos.

  • Proceso convencional.
  • Reactores secuenciales (SBR): Este tipo de reactor opera en discontinuo y se dan todos los procesos en el mismo tanque de forma secuencial en el tiempo. Es una buena alternativa para aquellas industrias que producen pequeños efluentes pero con una elevada variabilidad en cuanto a sus características.reactores anaeróbicos secuenciales SBR
  • Reactores de Biomembrana (MBR): Este reactor es similar al de fangos activos con la singularidad de que dispone de un módulo de membranas de ultrafiltración en su interior. Este módulo permite la separación del fango y el líquido mediante membranas, obteniendo importantes ventajas en relación a los tradicionales decantadores secundarios. Es una alternativa para aquellos casos en los que se dispone de poco espacio.Reactores de biomembrana MBR
  • BIOCARB®: Es un modelo exclusivo patentado por Condorchem Envitech y se basa en el desarrollo de un reactor aeróbico de lecho fijo cuyo material de relleno es carbón lignítico granulado. El carbón filtra, adsorbe y hace de soporte para la biopelícula, además de alimentar a los microorganismos de minerales y elementos traza. Por otro lado, el proceso de adsorción realiza una doble contribución al proceso al laminar los picos de carga de contaminantes y al hacer que el tiempo de residencia de los contaminantes en el interior del reactor aumente con lo que es posible la degradación de compuestos orgánicos persistentes. El reactor BioCarb® se ha demostrado especialmente efectivo en el tratamiento de contaminantes difíciles de biodegradar y con color. Además, la inmovilización de la biomasa en la superficie del carbón lignítico permite realizar en una sola etapa un tratamiento biológico y fisicoquímico de las aguas residuales.

Depuradoras biológicas biocarb

2. Biomasa Fija: la biomasa crece adherida a un soporte que puede ser natural o artificial, formando una lama o película.

  • Biodiscos: conjunto de discos de un material determinado (madera, polietileno corrugado, poliestireno corrugado, pvc) que giran en torno a un eje horizontal, situados dentro en el reactor. Sobre este soporte se desarrolla gradualmente una película de biomasa bacteriana, que emplea como sustrato para su metabolismo la materia orgánica soluble presente en el agua residual. Cuando la superficie del disco se encuentra en contacto con el aire, la biomasa adherida al disco toma el oxígeno necesario para que durante el período de inmersión se produzca la degradación de la materia orgánica presente en el agua residual.Biodiscos
  • Biofiltros: El aire es aspirado cerca del foco de emanación y habitualmente guiado a una cámara de acondicionamiento. Aquí es saturado de humedad y luego guiado a un lecho de biomasa fijada. Las sustancias contaminantes se absorben a la biopelícula de biomasa formada sobre el relleno y aquí posteriormente son digeridos por microorganismos. En el proceso de digestión y metabolización son transformados en compuestos que ya no huelen.
  • Filtros percoladores: Se “deja caer” o rocía agua de desecho decantada sobre el filtro. Al migrar el agua por los poros del filtro, la materia orgánica se degrada por la biomasa que cubre el material del filtro.Filtros percoladores
  • Filtros de lecho móvil (MBBR)El cultivo bacteriano encargado de la depuración se encuentra en forma de biopelícula adherido a soportes de alta superficie específica (relleno filtrante). Estos soportes se encuentran sumergidos y en movimiento en el reactor biológico.

Filtros de lecho móvil

La selección de un proceso biológico de biomasa fija o biomasa en suspensión de más conveniente sólo se puede hacer después de analizar las características del efluente, el tipo de proceso industrial que lo genera, el grado de depuración requerido y las necesidades globales del usuario:

biomasa fija vs biomasa en suspensión

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE SISTEMAS AERÓBICOS FRENTE A ANAERÓBICOS: CRITERIOS BÁSICOS PARA SU SELECCIÓN

Los criterios que ayudan a seleccionar si es más conveniente un proceso aerobio, o bien si un proceso anaerobio será mayor provechoso, son la concentración de materia orgánica a eliminar, si es necesaria la eliminación de nitrógeno, la disponibilidad de espacio físico y la relación entre el OPEX y el CAPEX del proyecto. En la siguiente tabla se puede observar cómo en función de estos criterios, qué tipo de proceso (aerobio o anaerobio) es más conveniente:

sistemas aeróbicos vs sistemas anaeróbicos

Ventajas:

  • Permite tratar una gran variedad de aguas residuales: los dos requisitos que deben cumplir es que sean biodegradables.
  • La digestión aerobia nos proporciona un mayor rendimiento. Y = 0,4 lo que quiere decir que de 1 gramo de materia orgánica se sacan 0,4 gramos de biomasa.
  • Facilidad de operación.
  • CAPEX bajos.
  • Minimiza la producción de olores.
  • Reduce los coliformes y organismos patógenos, así como las grasas.
  • Produce sobrenadante clarificado.
  • Pueden emplearse una mayor número de tipos de bacterias para la digestión.
  • Reduce la tasa de respiración de los lodos.

Desventajas:

  • OPEX elevados debido al gasto energético continuado asociado a la aireación.
  • Muchos parámetros a controlar para que los resultados sean óptimos: pH, Temperatura, % Materia Orgánica, Caudal de entrada, % tóxicos (biocidas).
  • En una parada por mantenimiento o avería los costes aumentan frente a la necesidad de mantener los niveles de Materia Orgánica necesaria para la supervivencia de los microorganismos.

LODOS GENERADOS: EL RETO DE LOS SISTEMAS AERÓBICOS

Uno de los mayores retos de los sistemas aeróbicos, es la gestión de los lodos generados. En el siguiente esquema se puede ver de forma general la gestión de los mismos, en función del contenido de los mismos. Cabe destacar que actualmente en muchos casos y siempre que sea posible, tras el tratamiento aeróbico se aplica un tratamiento anaeróbico para la gestión de los lodos.

tratamientos de lodos de reactores aeróbicos

Evaporador de aguas residuales industriales

Evaporador de aguas residualesEl evaporador de aguas residuales Envidest MVR FC es un sistema de concentración al vacío diseñado para el tratamiento de aguas residuales industriales cuyo tratamiento acostumbra a ser complejo: aguas salinas (o salmueras), aguas aceitosas, aguas de baños de trabajo, rechazos de ósmosis inversa, etc.

A medida que el coste de la eliminación de las aguas residuales mediante un gestor externo sigue aumentando, cada vez son más las empresas que evalúan la posibilidad de reciclar una parte o la totalidad de sus aguas residuales. Ya son muchos los sectores industriales que actualmente implantan plantas de tratamiento de aguas residuales, tanto primarias como secundarias, en sus propias instalaciones con el objetivo de ahorrar costes en la gestión de residuos y ser, a su vez, más eficientes en su respeto por el medio ambiente.

La evaporación al vacío es una tecnología que permite el tratamiento de efluentes complejos que habitualmente son enviados a un gestor externo. El siguiente vídeo muestra con gran detalle el funcionamiento del Envidest MVR FC, un evaporador al vacío por circulación forzada diseñado y fabricado por Condorchem Envitech. Se trata de un sistema eficaz para el tratamiento de una gran diversidad de aguas residuales, que ha sido instalado con éxito en una gran variedad de sectores industriales.

El Envidest MVR FC es un evaporador de aguas residuales capaz de producir hasta 2.000 litros/hora de destilado (agua tratada).

Funcionamiento del evaporador de aguas residuales Envidest MVR FC

Basta con encender la bomba de vacío desde el panel de control principal y el tanque de la caldera del evaporador se llena. Debido a que el sistema esté bajo vacío, valores cercanos a los 600 milibares (mb) (0.6bar) son generados.

Una vez que el depósito de la caldera está lleno, se activa la bomba de recirculación y las resistencias eléctricas empiezan a trabajar para alcanzar una temperatura de funcionamiento de 600C (1400F).

Cuando la temperatura se alcanza, las resistencias eléctricas se detienen y debido al vacío del sistema, un valor alrededor de los 240 MB (2.4bar) se alcanza en el depósito de la caldera del evaporador.

A partir de este momento el agua residual empieza a evaporarse y la bomba root se activa. Esta toma el agua residual evaporada desde el depósito de la caldera y la comprime mediante la elevación de la temperatura y la presión de vapor. Luego transfiere el agua residual tratada al intercambiador de placas. En el intercambiador de calor de placas encontramos el agua residual entrante en un lado y en el otro el vapor del agua residual ya tratada.

Debido a la diferencia de temperatura entre los dos lados de las placas, el agua residual entrante más fría se calienta y el vapor de agua residual pierde calor, volviendo de nuevo a su estado líquido. Este líquido, denominado destiladoc sale del intercambiador de calor y se recoge en un depósito de destilado.

El agua residual entrante, que ahora se ha beneficiado de la transferencia de calor en el intercambiador de calor de placas, fluye hacia el tanque de la caldera del evaporador inicial.

A medida que el nivel en el depósito inicial de la caldera va bajando, una válvula de alimentación de entrada se abre para permitir de forma automática la entrada de más agua residual.

El destilado que se ha acumulado en el depósito de destilado se descarga a través de una bomba centrífuga. Este destilado pasa a través de un segundo intercambiador de calor de placas. En el lado contrario de las placas encontramos agua residual entrante. Este intercambiador de calor adicional aumenta aún más la eficiencia del sistema mediante el aumento de la temperatura de las aguas residuales a tratar. También ayuda a enfriar aún más el destilado de la descarga.

A medida que el sistema continúa tratando las aguas residuales, aumenta el nivel de concentrado en el depósito de la caldera del evaporador. Dicho depósito se configura de forma que vaya llevando a cabo descargas parciales programadas del concentrado, el cual será devuelto al depósito de suministro de aguas residuales.

Ósmosis forzada para el tratamiento de aguas salinas

Ósmosis forzadaLa ósmosis forzada (en inglés Forward Osmosis, o FO) es una tecnología emergente de membranas que presenta una serie de características ventajosas en relación a la ósmosis inversa. Aunque actualmente se presenta como una tecnología complementaria, tiene proyección suficiente para llegar a ser la opción de referencia en numerosas aplicaciones.

A nivel industrial, la ósmosis forzada se basa en el fenómeno natural en el que un solvente fluye desde una región con una baja presión osmótica, a través de una membrana semipermeable, hasta otra región con una elevada presión osmótica. Este fenómeno ocurre continuamente en la naturaleza, en las plantas, en los árboles, en las bacterias, en las células animales, etc.

La ósmosis forzada es un proceso mediante el cual se produce agua de gran calidad a partir de un efluente acuoso con mayor o menor grado de contaminación, utilizando una membrana semipermeable y una solución con una elevada presión osmótica. En el proceso se consume muy poca energía, puesto que se lleva a cabo a presiones muy bajas y a temperatura ambiental, siendo ésta una de las ventajas más destacadas.

Para la explotación del fenómeno natural en aplicaciones concretas, se pueden utilizar dos fluidos con diferentes presiones osmóticas para que, por ejemplo, agua pura de una solución de agua marina, fluya a través de la membrana para diluir una solución con una presión osmótica aún mayor. Es importante destacar que este fenómeno natural se produce a temperatura ambiente y sin la necesidad de aplicar una presión importante. La única energía necesaria externa es la que se requiere para superar la resistencia a la fricción en ambos lados de la membrana (normalmente, 2-3 bar). La solución de elevada presión osmótica se la conoce como «agente osmótico» (draw solution en inglés) y debe de ser de manipulación sencilla y segura, de preparación sencilla y de separación fácil del producto final (generalmente agua de alta calidad).

En comparación con un sistema de ósmosis inversa convencional, la ósmosis forzada presenta una larga lista de ventajas. La principal reside en el hecho de que la ósmosis forzada se lleva a cabo a presiones reducidas, con el consecuente ahorro energético que ello representa. Asimismo, las membranas de ósmosis forzada son más resistentes al ensuciamiento y toleran mejor el cloro, por lo que las limpiezas son menos necesarias y más efectivas, alargando así la vida útil de las membranas. No obstante, la ósmosis forzada no produce agua de alta calidad apta para su uso en una única etapa, puesto que después de la etapa de ósmosis forzada el agua está mezclada con el agente osmótico y se precisa de una segunda etapa para separar el agente osmótico del agua producida. En la segunda etapa, se regenera el agente osmótico a la vez que se produce el agua de alta calidad (figura 1).

Los dos procesos, el de ósmosis forzada y el de regeneración del agente osmótico, están unidos por la recirculación de la solución del agente osmótico, la cual tiene una presión osmótica superior a la del alimento. El agente osmótico concentrado permite que se produzca el flujo de agua pura desde la solución alimento. Como consecuencia, el agente osmótico se diluye con el flujo de agua pura que atraviesa la membrana. El agente osmótico diluido, posteriormente, se concentra al separarlo del agua pura en el sistema de regeneración. La combinación de la operación de los dos sistemas es un parámetro clave en el diseño del sistema para que la operación del conjunto sea sencilla, robusta y fiable.

esquema ósmosis forzada

Las ventajas más importantes de la ósmosis forzada en relación a la ósmosis inversa convencional son las siguientes:

  • Consumo energético menor, especialmente en el caso de soluciones con presiones osmóticas elevadas.
  • Baja propensión al ensuciamiento de la membrana.
  • Limpieza más fácil y efectiva de la membrana.
  • Mayor vida útil de la membrana.
  • Costes de operación más bajos.

La ósmosis forzada puede ser utilizada en una amplia variedad de aplicaciones posibles, ya que permite el tratamiento de aguas marines y salmueras, de aguas con sales minerales y metales, de efluentes con alta carga orgánica y de efluentes con sílice entre otros tipos de efluentes, siendo las más destacadas las que se relacionan a continuación:

  • Producción de agua en zonas con problemas de escasez.
  • Tratamiento de efluentes cuando la normativa obligue a la reutilización.
  • Implantación de un sistema de vertido cero.
  • Tratamiento de efluentes complejos y difíciles de tratar con tecnologías convencionales.
  • Alternativa viable cuando se requiera reducir el consumo de energía.

Así pues, la ósmosis forzada es una tecnología emergente, totalmente viable y fiable, que se presenta como una clara competidora de la ósmosis inversa convencional y de otras tecnologías de separación. A modo de resumen, la ósmosis forzada:

  • Es un proceso alternativo a la ósmosis inversa, en el que se reduce la energía y se disminuye la proporción de rechazo producido.
  • Es una tecnología que se presenta como una alternativa emergente a los procesos de evaporación térmica convencionales.
  • Permite una amplia variedad de aplicaciones diferentes.
  • Es una tecnología emergente que se seguirá desarrollando y aún se obtendrán mejores rendimientos.
  • Reduce costes de inversión y de operación en las aplicaciones de vertido cero en comparación con otras tecnologías.
  • Las próximas mejoras servirán para reducir las necesidades del pretratamiento e incrementar aún más su eficiencia.

Condorchem Envitech pone al alcance de sus clientes el diseño e implantación de sistemas óptimos de ósmosis forzada. Concretamente, dispone de tres opciones de tratamiento mediante esta tecnología, en las que el agente osmótico es una solución termolítica, capaces de satisfacer las necesidades de muy diversos clientes,. Las opciones tecnológicas son las siguientes:

OPCIÓN 1

  • Solución focalizada en la membrana.
  • Elevada recuperación de agua, incluso en el caso de efluentes que ensucian considerablemente la membrana.
  • Tratamiento para efluentes con sílice, contaminación orgánica y minerales.

OPCIÓN 2

  • Tecnología considerada el buque insignia de la ósmosis forzada.
  • Máxima recuperación de agua de alta calidad.
  • Tratamiento de salmueras de hasta 250.000 ppm de sólidos disueltos totales.

OPCIÓN 3

  • Recuperación completa del agua. Solución de vertido cero.
  • Combina tecnología MBC con cristalizadores.
  • Mejora de la eficiencia en relación a los procesos de evaporación multiefecto.