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Tratamiento de emulsiones (aguas residuales aceitosas)

tratamiento de emulsiones aceitosasAunque se dice que «aceite y agua no se mezclan», y en gran parte es cierto, sí que pueden existir como una solución, la cual se la conoce con el nombre de emulsión. El tratamiento de emulsiones, o aguas residuales aceitosas, es imprescindible debido al alto contenido contaminante de estos efluentes.

En una emulsión en la que el agua es el componente mayoritario, el aceite aparece como gotas dispersas de forma uniforme en toda la fase acuosa. La concentración y el tamaño de las gotas de aceite dependen básicamente de la agitación. Si la emulsión se deja reposar, los dos componentes tendrán tendencia a irse separando debido a la diferencia de densidad. Aunque generalmente no se conseguirá una separación perfecta y parte de las gotas de aceite permanecerán en suspensión en el agua. Existen compuestos, como los tensoactivos, que son emulsionantes (o emulgentes), es decir, mantienen mezcladas dos sustancias que son inmiscibles.

En múltiples aplicaciones industriales se generan emulsiones aceitosas, como es el caso de:

  • Aguas contaminadas con hidrocarburos.
  • Agua inyectada en pozos de perforación para desplazar el aceite.
  • Lubricante en procesos de mecanizado, utilizado para reducir el desgaste de las piezas metálicas.
  • Aguas de enjuague en procesos galvánicos y de tratamiento de superficies.

En todos estos casos, tanto si se desea verter estos efluentes a la red pública de alcantarillado como si se tiene la intención de reutilizar el agua, será necesario un sistema eficiente de tratamiento de emulsiones aceitosas. Existen diferentes procesos que permiten este objetivo, si bien no hay ninguna técnica que sea adecuada para todas las situaciones que se puedan dar, a excepción de la evaporación al vacío. Lo procesos más utilizados para la separación del agua del aceite son los siguientes:

Flotación por aire disuelto (DAF). En unas condiciones de ausencia de agitación, se aprovecha la diferencia de densidad para separar el aceite del agua por flotación. A medida que se van formando las gotas de aceite en el seno de la fase acuosa, van ascendiendo hasta la superficie. Para acelerar el proceso de flotación del aceite, se burbujea aire por la parte inferior del tanque. La separación es eficiente pero se requiere un gran espacio y equipos de dimensiones considerables cuando el caudal a tratar es elevado. No obstante, esta técnica no es viable cuando las emulsiones de aceite y agua son estables, casos en los que se debe intentar previamente romper la emulsión mediante la adición de algún producto químico.

Evaporación al vacío. El proceso de evaporación es el único que permite separar el aceite del agua sin la necesidad de pretratar el efluente y sin requerir más procesos posteriores, puesto que el agua producida es de elevada calidad y permite su reutilización directa. En cuanto a los residuos, a diferencia de los procesos de membranas, no genera ningún otro efluente residual. Se genera un residuo semisólido que por su composición se puede revalorizar en otros procesos, como en una codigestión anaerobia. Otra gran ventaja de la evaporación al vacío de los efluentes aceitosos es su elevada capacidad de adaptación a las características cambiantes del efluente a tratar, lo cual hace que se trate de una alternativa robusta y eficaz. Además, al operar en condiciones de vacío, el consumo energético es contenido obteniéndose una elevada eficiencia energética. Son equipos compactos y por lo general no se requiere de un gran espacio físico y su utilización es sencilla y puede ser automatizada. Sin duda, es la alternativa clave para el tratamiento de los efluentes aceitosos.

Tratamiento biológico. La eliminación de aceites y grasas mediante degradación biológica, aunque es posible, presenta una serie de dificultades que se deben salvar, tanto en condiciones aerobias como en anaerobias. En primer lugar, el aceite y las grasas no disponen de una composición que permita su biodegradación si no se dosifican productos químicos o se mezclan con otros residuos, de manera que los microorganismos hallen todos los nutrientes que necesitan para su crecimiento. En segundo lugar, el proceso biológico no soporta bien fluctuaciones en el caudal o en la carga de entrada. Además, en un proceso aerobio, la biodegradación de aceites y grasas conlleva un gran consumo de oxígeno, lo cual requiere un elevado consumo de energía y unos costes de operación elevados. Y finalmente, el funcionamiento de este proceso necesita de un operador cualificado.

Membranas VSEP. La utilización de membranas filtrantes potencialmente puede permitir la producción de agua de gran calidad a partir de cualquier emulsión de aceite en agua. No obstante, la filtración mediante membranas tiene un talón de Aquiles: el ensuciamiento de las membranas, el cual es debido a la formación de una capa formada por una biopelícula, materia orgánica, depósitos inorgánicos o de naturaleza coloidal, etc. Esta capa se acumula sobre las membranas por procesos naturales durante el proceso de filtración y produce una disminución en la capacidad de tratamiento. Para subsanar este problema se han desarrollado las membranas vibratorias VSEP. Se trata de una técnica alternativa en la que la producción de ondas de cizallamiento en la superficie de la membrana tangentes a la superficie de ésta realiza la acción de limpieza. La vibración de la membrana y la producción de las ondas de cizallamiento consiguen que los sólidos depositados sobre la superficie de la membrana se resuspendan en el líquido y sean arrastrados por éste, exponiendo de nuevo los poros de la membrana al líquido. Una gran diferencia en relación a las membranas convencionales consiste en que el diseño básico es vertical en vez de horizontal, lo cual hace que el espacio necesario por unidad sea menor que en otros sistemas de separación.

Esta técnica, aunque genera un caudal de agua de gran calidad, también genera un efluente concentrado que requiere su correspondiente gestión. Además, para alargar la vida útil de las membranas vibrantes, es conveniente realizar un pretratamiento del alimento. Como en cualquier proceso de membranas, el cuidado, limpieza y mantenimiento de las membranas son factores muy importantes a tener en cuenta.

En resumen, las emulsiones aceitosas deben ser tratadas con anterioridad a su vertido. Existen diferentes procesos que pueden separar el aceite del agua e incluso producir un efluente de agua de elevada calidad que permita su reutilización. De entre todas las alternativas posibles, la que presenta mayores ventajas es la evaporación al vacío, por su sencillez, flexibilidad, robustez y eficacia.

Biometanización de RSU (Residuos sólidos urbanos)

La biometanización es un proceso en el que una selección natural de microorganismos descompone mediante una digestión anaerobia la materia orgánica, en ausencia de oxígeno, en biogás y un residuo sólido estabilizado (aproximadamente, la mitad en peso que el residuo de partida). El biogás, que es una mezcla de metano, dióxido de carbono y otros gases minoritarios, puede ser utilizado como combustible puesto que, si bien su composición depende de la materia orgánica digerida, la riqueza en metano suele estar entorno al 60%.

A pesar de que el proceso de digestión anaerobia se estudia desde a mediados del siglo pasado, su aplicación para el tratamiento de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) es relativamente reciente. De hecho, la implantación de la recogida selectiva de residuos, con la separación de la fracción orgánica, ha sido una de las causas que han empujado al desarrollo de nuevas vías de tratamiento. La FORSU se caracteriza por tener una elevada humedad, por lo que salidas típicas como la incineración o la disposición en vertedero no son las más adecuadas.

Así pues, los tratamientos más interesantes para la fracción orgánica son dos: la biometanización y el compostaje, con sus respectivas variantes. La ventaja principal que presenta la primera técnica en relación a la segunda es el hecho de que se trata de una tecnología que no sólo no consume energía, sino que la produce. Además, se trata de una energía renovable que contribuye a la disminución de la producción de gases con efecto invernadero. Este balance energético obviamente tiene un impacto positivo en los costes de explotación. Además, la digestión anaerobia es una tecnología especialmente adecuada para el tratamiento de residuos sólidos con un grado de humedad alto y que requiere un equilibrio de nutrientes menos estricto que el compostaje. Esto hace que en el caso de falta de disponibilidad de residuos de origen vegetal, la digestión anaerobia pueda ser técnicamente más adecuada. En contraposición, el proceso de biometanización es más complejo, porque necesita más etapas de proceso desde que la fracción orgánica entra en planta. Esto repercute en una mayor inversión inicial para su implantación.

En el proceso de biometanización se ha comprobado que en la mayoría de casos se produce mayor cantidad de biogás, y con una riqueza más elevada de metano, si el sustrato a digerir es una mezcla de FORSU y lodos de EDAR, lo que se conoce como codigestión. Los lodos de EDAR son una fuente muy importante de nutrientes y además en una proporción muy equilibrada.

El proceso de biometanización se inicia con la alimentación del sustrato orgánico (FORSU, lodos de EDAR o una mezcla de ambos) en el digestor anaeróbico, el cual opera con un tiempo de residencia en torno a 20-25 días. Del digestor salen dos efluentes, uno gaseoso, el biogás; y el otro líquido, el fango digerido con un 5% de concentración en peso. El fango digerido, ya estabilizado, puede ser utilizado en aplicaciones agrícolas como fertilizante (compost), una vez esté deshidratado. En el proceso de deshidratación, normalmente mediante filtración o centrifugación, se consigue concentrar hasta alrededor de un 25-35% de sequedad. La fracción líquida obtenida en la deshidratación deberá ser tratada correctamente, puesto que su carga, sobretodo en nitrógeno y fósforo, es elevada. Una alternativa es tratar esta corriente mediante un proceso biológico de depuración, el cual necesitará de la adición de una fuente de carbono externa para permitir el crecimiento de la biomasa. Otra opción, aún más sostenible, consiste en concentrar la fracción líquida de la deshidratación mediante un proceso de evaporación al vacío, aprovechando la energía térmica residual producida en la transformación del biogás en electricidad (cogeneración). El biogás suele ser utilizado para producir electricidad mediante motores de combustión o bien microturbinas.

En ambos casos, fruto de la producción de la energía eléctrica, se produce un calor residual que es necesario eliminar. Este calor puede ser utilizado eficientemente para precalentar el sustrato de entrada al digestor y así mantener éste trabajando constantemente a la temperatura óptima de operación (36 ºC en la digestión anaerobia mesofílica y entre 45 ºC y 65 ºC en el caso de la termofílica) a la vez que para evaporar el agua de la fracción líquida de la deshidratación. Como resultado de esta evaporación-concentración se obtiene un residuo prácticamente seco, con una reducción en peso en torno al 75%, y una corriente de agua de gran pureza.

Así pues, la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos puede ser revalorizada mediante una planta de biometanización, sostenible y energéticamente autosuficiente. Esta planta puede ser diseñada y explotada de manera que transforme la FORSU en compost, el cual tiene salida en aplicaciones agrícolas, energía eléctrica, apta para ser vendida a la red general eléctrica, y agua de elevada pureza.

Biometanización de RSU