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Cómo tratar aguas residuales industriales

industrial wastewaterAnte el inicio de la generación de aguas residuales por parte de una empresa, se debe plantear la conveniencia de una correcta gestión ambiental mediante la adopción de unas políticas ambientales adecuadas, lo que supone fomentar el desarrollo sostenible de la empresa, practicar una conducta seria y responsable en relación a la gestión ambiental, así como implantar la máxima prevención en materia ambiental.

La correcta gestión de las aguas residuales supone numerosas ventajas para la empresa de carácter ambiental, económico, fiscal y de imagen pública:

 

  • Una gestión correcta de las aguas demuestra el interés de la empresa por el medio ambiente y ya es un valor por sí sólo. Además de ser un requisito, no único pero sí necesario, para la implantación de un sistema de gestión medioambiental certificado tipo ISO 14001 o EMAS.
  • El cumplimiento de la normativa vigente local, regional y estatal en materia de vertido de aguas residuales supone un importante ahorro económico en sanciones impuestas por la Administración. En general, las sanciones económicas están calculadas para que de ningún modo salga más rentable liquidar las sanciones que hacer las cosas correctamente desde el primer momento. Es por ello que tratar adecuadamente las aguas residuales es habitualmente la opción más económica. Cabe también destacar que si el incumplimiento de la normativa es tipificado por la administración como muy grave, incluso puede darse el extremo de que se clausure el vertido, obviando las consecuencias que pueda tener para la actividad de la empresa esta medida.
  • El hecho de verter las aguas residuales con un nivel de contaminación bajo supone la reducción de los impuestos que gravan la contaminación vertida (canon de vertido), que dependen del volumen y de la carga contaminante de las aguas residuales evacuadas. Si el caudal es elevado, el ahorro económico que supone reducir el canon de vertido es considerable.

Para tratar adecuadamente las aguas residuales, el primer paso consiste en conocer las características del efluente o de los efluentes que se han de verter. Es necesario realizar una caracterización de las aguas residuales mediante una campaña de análisis. Aunque esta caracterización suponga un coste económico, su realización es clave para garantizar el éxito del diseño y funcionamiento de las futuras instalaciones encargadas de tratar el agua. La campaña de muestreo y análisis debe ser diseñada y ejecutada por un profesional, que determinará de qué efluente y cuándo se deben coger las muestras, las cuales podrán ser simples o integradas. El objetivo es conseguir que las muestras analizadas sean representativas y el conjunto de análisis aporte información de qué vierte la empresa, cómo lo vierte y cuándo lo vierte.

A continuación se debe analizar la normativa local, regional y estatal que pueda regular y limitar el vertido. En función de las características del vertido y de lo recogido en la normativa se establecerá el objetivo a cumplir por las instalaciones de tratamiento de las aguas que se deberán diseñar.

La importancia de la campaña de caracterización reside en el hecho de que si ésta no es efectiva, el diseño de las instalaciones no será el óptimo y muy probablemente las aguas residuales no resulten adecuadamente tratadas.

Las instalaciones que albergarán los diferentes procesos de tratamiento de las aguas residuales deberán ser diseñadas por una empresa especializada, que disponga de profesionales experimentados y que sea experta en numerosas y variadas técnicas de tratamiento de aguas residuales. Sin duda, la mejor opción para el cliente que no conoce los entresijos del tratamiento de aguas residuales, es contratar el diseño, construcción y entrega llaves en mano de las instalaciones de depuración a una empresa especializada.

Una vez las instalaciones de tratamiento estén construidas y funcionando correctamente, es momento de tramitar ante la administración competente el permiso de vertido. Éste es preceptivo y en sí mismo es uno de los objetivos que justifica toda la inversión realizada.

También debe tenerse en cuenta que se puede dar el caso de que, para reducir al máximo los impuestos, sea económicamente interesante diseñar los procesos de tratamiento no sólo para cumplir los límites de vertido, sino para reducir al máximo la carga contaminante vertida. Así, de este modo, se reducen considerablemente los impuestos ambientales, como es el caso del canon de vertido, que en la mayoría de lugares existe con uno u otro nombre. Reducir la contaminación vertida por encima de lo que obliga la legislación genera unos costes de explotación mayores, pero cuando el caudal es elevado, se compensan sobradamente con la reducción de impuestos. Se debe evaluar esta posibilidad caso a caso.

Finalmente, el hecho de gestionar correctamente las aguas residuales permite poder optar a obtener un certificado de gestión ambiental del tipo ISO 14001 o EMAS, el cual siempre es valorado muy positivamente en un mercado globalizado donde al medio ambiente cada vez se le concede mayor importancia.

Tratamiento para la eliminación del color en aguas residuales de la industria textil

efluente agua textilLa industria textil se caracteriza porque su actividad requiere un elevado consumo de agua, energía y productos químicos auxiliares. Esto se traduce en la generación de una gran cantidad de agua residual, con elevadas concentraciones de colorantes, contaminantes orgánicos biodegradables y refractarios, materias en suspensión, tensioactivos, sales y compuestos clorados. Además, puesto que en la gran mayoría de los casos, la producción es discontinua, existe una gran variabilidad en la cantidad y la naturaleza de la contaminación de las aguas residuales generadas. Estas características hacen que sea un efluente industrial de difícil tratamiento.

Los requerimientos normativos, así como la necesidad de ahorrar energía y reutilizar el agua en la industria, hacen necesario que se desarrollen nuevos procesos que permitan eliminar la contaminación del agua a la vez que posibiliten la reincorporación del efluente en el proceso productivo.

Uno de los parámetros que requiere mayor esfuerzo para su eliminación –con unos costes razonables– es el color. Los colorantes no suelen ser tóxicos, pero sí muy poco biodegradables. En una EDAR urbana se estima que sólo se elimina el 20%-30% del color del afluente. Además, los colorantes se manifiestan en el agua a muy pequeñas concentraciones, por lo que el rendimiento de eliminación deberá ser muy elevado.

Tradicionalmente se han aplicado diversas tecnologías basadas en tratamientos físico-químicos para la eliminación del color de los efluentes textiles. No obstante, existen otras posibilidades que se van abriendo paso en función del tipo de colorante a eliminar. A continuación se repasan las técnicas que, según el caso concreto, pueden ser utilizadas para tratar el color en el agua residual, indicando sus ventajas e inconvenientes:

  1. Coagulación-floculación: se basa en la adición de polielectrolitos o floculantes inorgánicos (sales de hierro o aluminio), que forman flóculos con las moléculas de colorante facilitando su eliminación por decantación. Las eficacias de eliminación son altas, pero en el proceso se generan lodos que deben ser tratados. Los mejores rendimientos se logran al aplicar un exceso de coagulante, aunque esto puede aumentar la concentración de contaminante en el efluente.
  2. Proceso Fenton: se oxida el colorante con una combinación de peróxido de hidrógeno y sulfato ferroso (reactivo Fenton), en condiciones ácidas. El agente responsable de la oxidación es el radical hidroxilo, el cual es muy reactivo; se forma por la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en un medio ácido. Los radicales hidroxilo oxidan el tinte, y el compuesto formado, precipita con el ion férrico y compuestos orgánicos. Las ventajas de esta alternativa son varias: se consiguen altas velocidades de decoloración si las concentraciones de los reactivos implicados son elevadas, no se forman compuestos clorados como en otras técnicas oxidantes y no existen limitaciones de transferencia de masa por tratarse de un sistema homogéneo. Sin embargo, sus principales desventajas son los costes asociados al tratamiento de lodos (se genera una gran cantidad de lodos poco densos y, por consiguiente, difíciles de decantar) y a los costes de los reactivos (se requiere la adición continua y estequiométrica de Fe(II) y H2O2).
  3. Ozonización: se destruyen las moléculas de colorante en base a la elevada capacidad oxidante del ozono. La reacción de oxidación es rápida, se pueden tratar altos caudales, no se generan residuos ni lodos y se obtiene un efluente incoloro y con baja DQO. Sin embargo debe comprobarse la toxicidad del efluente, pues en algunos casos los compuestos generados tienen mayor carácter tóxico que los colorantes de partida. Otra gran desventaja de la ozonización es el corto tiempo de vida media del ozono, entorno a 20 minutos, lo cual repercute significativamente en el coste del proceso. Se ha observado que cuando se complementa la producción de ozono con la adición de peróxido de hidrógeno, se consigue un incremento significativo tanto en la velocidad como en el rendimiento de eliminación.
  4. Tecnología de membranas: permite una separación efectiva de las moléculas de colorante y otros compuestos de tamaño mayor al del poro de la membrana seleccionada. Principalmente se emplean membranas de ósmosis inversa y nanofiltración. Mediante este procedimiento es posible tratar grandes volúmenes de afluente de forma continua y con un alto grado de separación. Los efluentes son de una calidad excelente y en la mayoría de los casos permiten la reutilización del mismo. Las principales desventajas de estas técnicas son la generación de un residuo con una alta concentración de contaminante y la dificultad y coste de substitución de las membranas.
  5. Adsorción: se basa en la retención física de las moléculas de colorante en la superficie del adsorbente que se utilice. La eficacia del proceso de adsorción está influenciada por una gran variedad de parámetros, entre ellos la interacción entre el colorante y el adsorbente, la superficie específica de éste, el tamaño de la molécula de colorante, la temperatura, el pH y el tiempo de contacto. Así pues, es fundamental el tipo de adsorbente elegido. Un adsorbente muy utilizado es el carbón activo, aunque también se emplean otros adsorbentes inorgánicos. Los procesos de adsorción generan efluentes de alta calidad, aunque presentan una serie de desventajas que los hace no competitivos para el tratamiento de efluentes coloreados: son procesos lentos; no selectivos, de manera que hay una competición entre las moléculas de tinte y otros compuestos presentes en el efluente; no destructivos, generándose un residuo que debe ser eliminado; la desorción es un proceso difícil y costoso y, por último, los adsorbentes suelen ser caros.
  6. Técnicas electroquímicas: se basan en la hidrólisis del colorante a través de agentes secundarios generados electrolíticamente mediante la aplicación de un potencial. Los procesos son limpios, operan a baja temperatura y en muchos casos no requieren la adición de productos químicos a las aguas residuales. No obstante, su alto consumo de energía y la generación de compuestos secundarios por reacciones paralelas disminuyen la potencialidad del método.
  7. vii) Procesos biotecnológicos: la aplicación de microorganismos a la degradación de aguas que contienen tintes sintéticos es una opción interesante por las ventajas derivadas del tratamiento biológico, ya que son procesos relativamente económicos y pueden permitir la degradación parcial o total de los componentes iniciales. Aunque mediante el proceso convencional de lodos activos, aerobio, no se degrada el colorante y el bajo rendimiento de eliminación se atribuye a la adsorción sobre los lodos. Mediante procesos anaerobios se consiguen elevados rendimientos de eliminación para una gran variedad de colorantes, aunque la cinética del proceso es lenta. Por otro lado, se están desarrollando sistemas en los que el colorante es degradado mediante la acción de enzimas producidas por hongos ligninolíticos en cultivos in vivo e in vitro. Son procesos muy selectivos en los que se alcanzan rendimientos muy elevados. Sin embargo, no son procesos económicos y se están desarrollando para su aplicación en continuo, recuperando las enzimas utilizadas.

El tratamiento de efluentes coloreados es un problema medioambiental que aún no ha sido resuelto satisfactoriamente para obtener, de forma general, un rendimiento elevado mediante un proceso estable, sostenible y económico. La elección de la tecnología más conveniente depende de numerosos factores, como el colorante utilizado, la cantidad y variedad de contaminantes del agua, el caudal vertido, el régimen de producción, etc. En cualquier caso, es absolutamente básico, para garantizar el éxito en la elección de la tecnología y en el diseño del tratamiento, realizar una completa campaña de caracterización del vertido.

Tratamiento para la eliminación o reducción de NOx (oxidos de nitrógeno)

reducción catalítica selectivaGran parte de la contaminación ambiental se debe a las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), que son emitidas de forma masiva a la atmósfera y son causantes de graves problemas como el  smog fotoquímico (Contaminación del aire por ozono originado por reacciones fotoquímicas, y otros compuestos. Como resultado se observa una atmósfera de un color plomo o negro. El ozono es un compuesto oxidante y tóxico que puede provocar en el ser humano problemas respiratorios), la lluvia ácida y la pérdida de la capa de ozono. En las últimas décadas se está realizando un esfuerzo para desarrollar tecnologías que limiten estas emisiones.

La principal fuente de desequilibrio de los niveles de NOx globales se debe al sector del transporte y representa un 55% del total, el resto se debe al sector energético (23%), básicamente en plantas de producción de energía, sector industrial y agricultura, y en menor medida a fuentes naturales. Actualmente el transporte por carretera es el principal emisor de óxidos de nitrógeno. En los últimos años se ha impulsado el uso del biodiesel. Aunque el biodiesel tiene sus ventajas, con su uso los NOx se ven incrementados hasta un 12%.

La necesidad de frenar los riesgos ambientales derivados de los contaminantes emitidos a la atmosfera ha hecho que se impongan límites legales a las emisiones. Los estándares impuestos generalmente regulan emisiones de NOx, CO, HC (hidrocarburos inquemados) y MP (partículas).

Tanto las plantas de combustión como los vehículos pueden equiparse con las tecnologías de control de emisiones que consiguen eliminar en un 90% las emisiones de los denominados NOx (NOx = óxido nítrico NO + Oxido nitroso N2O y dióxido de nitrógeno NO2). Esto se puede conseguir mediante la aplicación de medios tecnológicos o un uso más eficiente de la energía, aunque a la práctica se suelen combinar ambas estrategias. Otra medida acertada sería substituir la energía fósil por fuentes de energía renovables.

Se han desarrollado dos tipos de técnicas para controlar las emisiones de estos compuestos. Por un lado, tenemos las denominadas “acciones primarias” que actúan antes de la formación de los NOx. Existe una gran variedad de técnicas primarias, aunque todas se basan en la modificación de los parámetros de operación o del diseño de los sistemas de combustión de las instalaciones. El inconveniente que presentan es que la reducción de NOx alcanzada mediante  estos sistemas no sobrepasa el 50-60%, lo que supone una limitación para cumplir la legislación vigente.

Una alternativa económica para la reducción de NOx es la combinación de catalizadores NSR (Nox Storage-Rduction) y SCR (Reducción Catalítica Selectiva) que puede conducir a una mayor conversión de NOx y selectividad de N2 que con el uso del NSR por separado. A pesar de los beneficios de este sistema hibrido, hay que tener en cuenta  que inconveniente típico del uso de los catalizadores es el envenenamiento por óxidos de azufre. Aún así, el principal hándicap de la la implementación de esta tecnología es poder almacenar diversos compuestos para realizar cada una de las fases de la reacción catalítica, lo representa un gran inconveniente cuando trabajamos con niveles de emisión muy bajos.

El otro tipo de medidas, es decir, las acciones secundarias, consisten en el tratamiento de efluentes para eliminar los óxidos de nitrógeno ya formados. Y se caracterizan por la aplicación de tecnologías húmedas como las tecnologías de oxidación y las de absorción, y la aplicación de tecnologías en seco que están compuestas por las tecnologías catalíticas tanto selectivas como no selectivas, que a través de su instalación permiten asegurar que los niveles de emisión no superan lo establecido por la legislación de cada zona.

Por lo que concluimos que hay que apostar e invertir esfuerzos en  el desarrollo de sistemas híbridos, por acoplamiento, de tecnologías catalíticas de post-tratamiento, ya que representan una tecnología optima para minimización del impacto del NOx.

Eliminación de metales pesados de un efluente industrial mediante electrocoagulación

efluente industrialLas industrias que generan efluentes con un mayor contenido de metales pesados son: minería, quema de carbón, siderúrgica, pintura, colorantes, textiles, galvánica, metalmecánica, curtiembre, baterías, etc.
En dichos efluentes es habitual encontrar metales como Cr, Pb, An, Ni, Cu, por lo que es muy peligroso vertirlos directamente, ya que pueden ser fácilmente absorbidos por peces y vegetales y posteriormente acumularse en el cuerpo humano a través de la ingesta de dichos productos alimenticios.

Altas cantidades de elementos como CR, Pb o Ni están asociados a enfermedades de extrema gravedad como el cáncer de pulmón. Igualmente, el plomo y sus componentes son cancerigenos y fácilmente distribuibles mediante la sangre a múltiples órganos y tejidos, como el hígado, pulmones, riñones, cerebro, músculos, etc.

Para eliminar los efectos adversos de los metales pesados en la salud humana y en el medio ambiente en imprescindible someter las aguas residuales industriales a tratamiento antes de que sean vertidas.
Hay numerosas opciones a la hora de su tratamiento, como pueden ser la precipitación, coagulación-floculación, intercambio iónico, membranas, flotación, adsorción, solventes, concentración o electrocoagulación.

En este artículo nos vamos a centrar en la electrocoagulación y la electrocoagulación-electroflotación, que son tecnologías aplicables en un amplio rango de sistemas de tratamiento de aguas industriales y aguas residuales, y particularmente efectivas para la eliminación de metales pesados.

Se trata de dos tecnologías basadas en los conceptos de celdas electroquímicas, concretamente conocidas como celdas electrolíticas. Es un proceso electrolítico, una fuente de corriente directa es conectada a un par de electrodos inmersos en un líquido que actúa como electrólito. La base de la electrocoagulación es la formación en el mismo lugar de una especie coagulante que puede remover contaminantes del agua y agua residual que esta siendo tratada. Las especies coagulantes son las responsables de la agregación, así como de la precipitación de partículas suspendidas, y simultáneamente, de la adsorción de disolventes contaminantes.

El proceso de tratamiento contempla tres mecanismos:

  • Oxidación del anodo.
  • Desprendimiento de burbujas de gas hidrógeno en el cátodo.
  • Sedimentación o flocación de flóculos formados.

Las pruebas realizadas para efluentes altamente contaminados de metales pesados confirman que la electrocoagulación es un proceso eficiente, que además no genera contaminación secundaria, como sucede en un tratamiento físico-químico.

El problema es cuando en el efluente, además de metales pesados, se encuentran otros contaminantes de tipo orgánico o salino, ante los cuales la electrocoagulación es poco efectiva. En estos casos es más recomendable aplicar tecnologías de concentración, como la evaporación al vacío y la cristalización.