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Adsorción en carbón activado para el tratamiento de aguas residuales

Adsorción en carbón activadoEl proceso de adsorción consiste en la captación de sustancias solubles en la superficie de un sólido. Un parámetro fundamental es este caso será la superficie específica del sólido, dado que el compuesto soluble a eliminar se ha de concentrar en la superficie del mismo. La necesidad de una mayor calidad de las aguas está haciendo que este tratamiento esté en auge. Es considerado como un tratamiento de refino, y por lo tanto al final de los sistemas de tratamientos más usuales, especialmente con posterioridad a un tratamiento biológico.

Factores que afectan a la adsorción:

• Solubilidad: Menor solubilidad, mejor adsorción.
• Estructura molecular: Más ramificada, mejor adsorción.
• Peso molecular: Grandes moléculas, mejor adsorción.
• Problemas de difusión interna, pueden alterar la norma.
• Polaridad: Menor polaridad, mejor adsorción.
• Grado de saturación: Insaturados, mejor adsorción.

El sólido universalmente utilizado en el tratamiento de aguas es el carbón activo, aunque en los últimos años se han desarrollado diversos materiales sólidos que mejoran, en ciertas aplicaciones, las propiedades del carbón activo.

Hay dos formas clásicas de utilización de carbón activo, con propiedades diferentes y utilizándolo en diferentes aplicaciones:

Carbón activado granular (GAC). Se suele utilizar una columna como medio de contacto entre el agua a tratar y el carbón activado, en la que el agua entra por la parte inferior y asciende hacia la superior. El tamaño de partícula en este caso es mayor que en el otro. Se suele utilizar para eliminar elementos traza, especialmente orgánicos, que pueden estar presentes en el agua, y que habitualmente han resistido un tratamiento biológico. Son elementos, que a pesar de su pequeña concentración, en muchas ocasiones proporcionan mal olor, color o sabor al agua.

Carbón activo en polvo (CAP). Este tipo de carbón se suele utilizar en procesos biológicos, cuando el agua contiene elementos orgánicos que pueden resultar tóxicos. También se suele añadir al agua a tratar, y pasado un tiempo de contacto, normalmente con agitación, se deja sedimentar las partículas para su separación previa. Suelen ser operaciones llevadas a cabo en discontinuo.

La viabilidad económica de este proceso depende de la existencia de un medio eficaz de regeneración del sólido una vez agotada su capacidad de adsorción. El GAC se regenera fácilmente por oxidación de la materia orgánica y posterior eliminación de la superficie del sólido en un horno. Las propiedades del carbón activo se deterioran, por lo que es necesario reponer parte del mismo por carbón virgen en cada ciclo. Por otro lado el CAP es más difícil de regenerar, pero también es cierto que es más fácil de producir.

El coste es un parámetro importante a la hora de la elección del adsorbente. Alternativas al carbón activo son las zeolitas, arcillas (montmorillonita, sepiolita, bentonita, etc.), los denominados adsorbentes de bajo coste, procedentes en su mayor parte de residuos sólidos orgánicos. Recientemente se están desarrollando derivados de polisacáridos (biopolímeros derivados del almidón).

La aplicaciones de la operación de adsorción es amplia, desde un amplio abanico de sustancias orgánicas (colorantes, fenol, mercaptanos, etc) hasta metales pesados en todos sus estados de oxidación.

Intercambio iónico para el tratamiento de efluentes

Es una operación en la que se utiliza un material, habitualmente denominado resinas de intercambio iónico, que es capaz de retener selectivamente sobre su superficie los iones disueltos en el agua, los mantiene temporalmente unidos a la superficie, y los cede frente a una disolución con un fuerte regenerante.

La aplicación habitual de estos sistemas, es por ejemplo, la eliminación de sales cuando se encuentran en bajas concentraciones, siendo típica la aplicación para la desmineralización y el ablandamiento de aguas, así como la retención de ciertos productos químicos y la desmineralización de jarabes de azúcar.

Las propiedades que rigen el proceso de intercambio iónico y que a la vez determinan sus características principales son las siguientes:

  • Las resinas actúan selectivamente, de forma que pueden preferir un ión sobre otro con valores relativos de afinidad de 15 o más.
  • La reacción de intercambio iónico es reversible, es decir, puede avanzar en los dos sentidos.
  • En la reacción se mantiene la electroneutralidad.

Hay sustancia naturales (zeolitas) que tienen capacidad de intercambio, pero en las industrias se utilizan resinas poliméricas de fabricación sintética con muy claras ventajas de uso.

Entre las ventajas del proceso iónico en el tratamiento de aguas cabe destacar:

  • Son equipos muy versátiles siempre que se trabaje con relativas bajas concentraciones de sales.
  • Actualmente las resinas tienen altas capacidades de tratamiento, resultando compactas y económicas.
  • Las resinas son muy estables químicamente, de larga duración y fácil regeneración.
  • Existe cierta facilidad de automatización y adaptación a situaciones específicas.

Cenizas y carbón activo para el tratamiento de aguas residuales

Las cenizas que se producen en los procesos de combustión que se llevan a cabo en centrales energéticas de biomasa y carbón mineral pueden ser recuperadas y ser utilizadas para el tratamiento de aguas residuales.

Dichas cenizas pueden emplearse tal y como se han recogido o bien ser tratadas antes de su utilización en caso de que sea necesario mejorar su capacidad adsorbente.

El uso de estas cenizas procedentes de centrales energéticas tiene una gran utilidad en industrias que generen residuos tóxicos tales como metales pesados (mercurio y cadmio) y colorantes, ya que facilita su eliminación con una gran efectividad.

Tal y como sucede cuando se lleva a cabo un tratamiento mediante carbón activado, basta con poner las cenizas en contacto con el efluente contaminado. Para ello se hace pasar la corriente de agua a través de un filtro fijo, de forma que las cenizas absorban los contaminantes y dejen pasar el agua, ya limpia, por el filtro.

Por su parte, el carbón activo es uno de los principales adsorbentes para el tratamiento de aguas contaminadas y su uso es válido en diferentes entornos, tanto para filtros de uso doméstico como para el tratamiento de vertidos en entornos naturales con altos niveles de contaminación por agentes químicos tóxicos.

Se trata además de una tecnología muy económica y que todavía lo puede ser más, ya que desde hace años se está analizando la posibilidad de obtener carbón activo a partir de materias primas autóctonas y, por lo general, muy baratas como las maderas de olivo, encina, eucalipto, troncos de jara y retama, trocos de vid o huesos de cereza.

Entre las principales características del carbón activo destaca el elevado grado de desarrollo del área superficial y porosidad que posee, propiedades que le confieren una alta capacidad para adsorber gases, vapores y solutos en disolución. La principal ventaja respecto a otras alternativas para el tratamiento de aguas residuales es su fácil preparación y regeneración a un bajo coste, además de que se trata de un adsorbente muy versátil y químicamente estable.

Las investigaciones más actuales buscan formulas para aprovechar materiales desechables tan abundantes como el plástico, gomas y otros residuos de origen industrial para preparar adsorbentes carbonosos.

Optimización del uso del agua en la industria papelera: tratamiento de aguas y reutilización de aguas residuales

Las industrias papeleras siempre han sido consideradas como grandes consumidoras de recursos naturales, especialmente agua, ya que es un elemento imprescindible en diferentes momentos del proceso de producción.

En los últimos años numerosas empresas de este sector se han esforzado en reducir el consumo y han invertido en sistemas que permiten la reutilización de agua dentro de las fábricas. A pesar de ello, la cantidad de agua que se continúa consumiendo en este sector es importante.

Otro aspecto a considerar es que, contrariamente a lo que sucede en otras industrias, la producción de pasta y papel precisa de agua de buena calidad para conseguir un buen producto, y dependiendo de donde este situada la fabrica puede darse el caso de que sea necesario consumir agua disponible en las redes de abastecimiento de poblaciones.

Para subsanar este problema, la principal apuesta de la industria del papel ha ido encaminada a la reutilización de agua dentro de las fábricas.

Dado que la producción de pasta y papel requiere de agua en numerosas etapas del proceso productivo, incorporar tecnologías de tratamiento de aguas residuales en la cadena de producción hace posible que una misma corriente de agua pueda ser reutilizada en la misma etapa del proceso, o que pueda ser enviada y aprovechada en otra etapa.

De esta forma, aquella agua que ha visto mermada su calidad (básicamente debido a una mayor concentración de materia orgánica y sólidos en suspensión) puede ser tratada mediante tecnologías de filtración, coagulación-floculación, membranas, o evaporación y continuar formando parte del proceso productivo, sin necesidad de recurrir continuamente a recursos externos.

La elección de la mejor tecnología para obtener agua de calidad dependerá de la composición del agua de aporte que ha de ser transformada, ya que a veces puede ser suficiente con un tratamiento biológico y en otras ocasiones es necesario un tratamiento más exhaustivo.

Lo mismo sucede cuando hablamos de su reutilización, ya que la composición del efluente determinara que sistema es el más apropiado para reciclarla y que pueda ser utilizada en el mismo proceso o enviada a otro diferente.

Desde hace aproximadamente una década también se han experimentado grandes progresos en la utilización de aguas provenientes de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas (EDARs), que son sometidas a un tratamiento para aumentar calidad y poder ser incorporadas al proceso productivo. De esta forma se evita consumir agua potable destinada a la población.

A continuación os dejamos un interesantísimo link a un documento elaborado por Julio Salomé y Ainhoa Goikoetxea en el que se profundiza sobre el uso del agua en la industria del papel y en como hacer el mejor uso posible.

Gestión y control del agua en la industria papelera.