Tratamiento de aguas residuales industriales
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El tratamiento de aguas residuales industriales describe los procesos utilizados para tratar las aguas residuales producidas por las industrias como un subproducto no deseado. Después del tratamiento, las aguas residuales industriales tratadas (o efluentes) pueden reutilizarse o liberarse a un alcantarillado sanitario o al agua superficial en el medio ambiente. Algunas instalaciones industriales generan aguas residuales que pueden tratarse en plantas de tratamiento de aguas residuales . La mayoría de los procesos industriales, como refinerías de petróleo , productos químicos y petroquímicos.Las plantas tienen sus propias instalaciones especializadas para tratar sus aguas residuales, de modo que las concentraciones de contaminantes en las aguas residuales tratadas cumplan con las regulaciones relativas a la disposición de las aguas residuales en alcantarillas o ríos, lagos u océanos . [1] : 1412 Esto se aplica a las industrias que generan aguas residuales con altas concentraciones de materia orgánica (por ejemplo, aceite y grasa), contaminantes tóxicos (por ejemplo, metales pesados, compuestos orgánicos volátiles) o nutrientes como el amoníaco. [2] : 180 Algunas industrias instalan un sistema de pretratamiento para eliminar algunos contaminantes (por ejemplo, compuestos tóxicos) y luego descargan las aguas residuales parcialmente tratadas al sistema de alcantarillado municipal. [3] : 60
La mayoría de las industrias producen algunas aguas residuales . Las tendencias recientes han sido minimizar dicha producción o reciclar las aguas residuales tratadas dentro del proceso de producción. Algunas industrias han tenido éxito en rediseñar sus procesos de fabricación para reducir o eliminar contaminantes, a través de un proceso llamado prevención de la contaminación . [4]Las fuentes de aguas residuales industriales incluyen la fabricación de baterías, plantas de energía eléctrica, industria alimentaria, industria del hierro y el acero, minas y canteras, industria nuclear, extracción de petróleo y gas, fabricación de productos químicos orgánicos, refinación de petróleo y petroquímicos, industria de pulpa y papel, fundiciones, fábricas textiles , contaminación por aceite industrial, tratamiento de aguas, conservación de madera. Los procesos de tratamiento incluyen tratamiento con salmuera, remoción de sólidos (por ejemplo, precipitación química, filtración), remoción de aceites y grasas, remoción de orgánicos biodegradables, remoción de otros orgánicos, remoción de ácidos y álcalis, remoción de materiales tóxicos.
Visión general
Los procesos industriales pueden generar los siguientes flujos de aguas residuales industriales:
- Lavado a contracorriente (tratamiento de agua) , enjuague de partículas acumuladas de lechos filtrantes
- Purga de calderas , impurezas concentradas por generación de vapor
- Agua de enfriamiento , liberada con potencial contaminación térmica después de su uso para condensar vapor o reducir la temperatura de la maquinaria por conducción o evaporación.
- Salmuera , corrientes de desechos de ablandamiento de agua, intercambio iónico, ósmosis inversa o desalinización
- Efluente de depurador húmedo , que contiene contaminantes eliminados de los gases de combustión de la chimenea para cumplir con los objetivos de calidad del aire.
- Drenaje ácido de minas , procedente de la deshidratación de minas de carbón y metal.
- Agua producida , un subproducto de la producción de petróleo y gas natural.
Las actividades que producen aguas residuales industriales incluyen: [ cita requerida ]
- Drenaje de sitios industriales (que contienen limo, arena, álcali, aceite, residuos químicos);
- Aguas de enfriamiento industrial (que contienen biocidas , calor, lodos, limo)
- Aguas de procesamiento industrial
- Residuos orgánicos o biodegradables , incluidos residuos de hospitales , mataderos , lecherías y fábricas de alimentos .
- Residuos orgánicos o no biodegradables de difícil tratamiento procedentes de la fabricación de productos farmacéuticos [5] o plaguicidas
- Desperdicio de pH extremo de la fabricación de ácidos y álcalis
- Residuos tóxicos del revestimiento metálico , la producción de cianuro , la fabricación de pesticidas , etc.
- Sólidos y emulsiones de papeleras , fábricas productoras de lubricantes o aceites hidráulicos , alimentos, etc.
- Las minas de deshidratación producidas por agua pueden contener radionúclidos o metales pesados en suspensión o disueltos en el drenaje ácido de la mina.
- Agua utilizada en fracturación hidráulica
Sectores industriales
Fabricación de baterías
Los fabricantes de baterías se especializan en fabricar pequeños dispositivos para equipos electrónicos y portátiles (por ejemplo, herramientas eléctricas) o unidades más grandes y de alta potencia para automóviles, camiones y otros vehículos motorizados. Los contaminantes generados en las plantas de fabricación incluyen cadmio, cromo, cobalto, cobre, cianuro, hierro, plomo, manganeso, mercurio, níquel, aceite y grasa, plata y zinc. [6]
Plantas de energía eléctrica
Las centrales eléctricas de combustibles fósiles , en particular las de carbón , son una fuente importante de aguas residuales industriales. Muchas de estas plantas descargan aguas residuales con niveles importantes de metales como plomo , mercurio , cadmio y cromo , así como compuestos de arsénico , selenio y nitrógeno ( nitratos y nitritos ). Las corrientes de aguas residuales incluyen la desulfuración de los gases de combustión , las cenizas volantes , las cenizas de fondo y el control del mercurio de los gases de combustión . Plantas con controles de contaminación del aire comoLos depuradores húmedos generalmente transfieren los contaminantes capturados a la corriente de aguas residuales. [7]
Los estanques de cenizas , un tipo de embalse de superficie, son una tecnología de tratamiento ampliamente utilizada en las plantas de carbón. Estos estanques utilizan la gravedad para depositar grandes partículas (medidas como sólidos suspendidos totales ) de las aguas residuales de las centrales eléctricas. Esta tecnología no trata los contaminantes disueltos. Las centrales eléctricas utilizan tecnologías adicionales para controlar los contaminantes, dependiendo de la corriente de desechos particular en la planta. Estos incluyen manejo de cenizas secas, reciclaje de cenizas de circuito cerrado, precipitación química , tratamiento biológico (como un proceso de lodo activado ), sistemas de membranas y sistemas de evaporación-cristalización. [7] Avances tecnológicos en membranas de intercambio iónico yLos sistemas de electrodiálisis han permitido un tratamiento de alta eficiencia de aguas residuales de desulfuración de gases de combustión para cumplir con los límites de descarga recientes de la EPA. [8] El enfoque de tratamiento es similar para otras aguas residuales industriales de gran escala.
Industria de alimentos
Las aguas residuales generadas por operaciones agrícolas y de procesamiento de alimentos tienen características distintivas que las distinguen de las aguas residuales municipales comunes gestionadas por plantas de tratamiento de aguas residuales públicas o privadas en todo el mundo: son biodegradables y no tóxicas, pero tienen una alta demanda biológica de oxígeno (DBO) y están suspendidas. sólidos (SS). [9] Los componentes de las aguas residuales alimentarias y agrícolas son a menudo complejos de predecir, debido a las diferencias en la DBO y el pH en los efluentes de productos vegetales, frutales y cárnicos y debido a la naturaleza estacional del procesamiento de alimentos y la poscosecha.
El procesamiento de alimentos a partir de materias primas requiere grandes volúmenes de agua de alta calidad. El lavado de verduras genera aguas con altas cargas de material particulado y algo de materia orgánica disuelta . También puede contener tensioactivos y pesticidas.
Las instalaciones de acuicultura (piscifactorías) a menudo descargan grandes cantidades de nitrógeno y fósforo, así como sólidos en suspensión. Algunas instalaciones usan medicamentos y pesticidas, que pueden estar presentes en las aguas residuales. [10]
Las plantas de procesamiento de lácteos generan contaminantes convencionales (DBO, SS). [11]
El sacrificio y procesamiento de animales produce desechos orgánicos de los fluidos corporales, como la sangre y el contenido intestinal . Los contaminantes generados incluyen DBO, SS, bacterias coliformes , aceite y grasa, nitrógeno orgánico y amoníaco . [12]
El procesamiento de alimentos para la venta produce desechos generados por la cocción que a menudo son ricos en material orgánico vegetal y también pueden contener sal , aromatizantes , colorantes y ácidos o álcalis . También pueden estar presentes cantidades muy importantes de aceite o grasas.
Las actividades de procesamiento de alimentos como la limpieza de plantas, el transporte de materiales, el embotellado y el lavado de productos generan aguas residuales. Muchas instalaciones de procesamiento de alimentos requieren un tratamiento en el lugar antes de que las aguas residuales operativas puedan aplicarse a la tierra o descargarse en un canal o un sistema de alcantarillado. Los altos niveles de sólidos en suspensión de partículas orgánicas aumentan la DBO y pueden resultar en importantes recargos por alcantarillado. La sedimentación, el cribado con alambre de cuña o la filtración con banda giratoria (micro cribado) son métodos comúnmente utilizados para reducir la carga de sólidos orgánicos suspendidos antes de la descarga.
Siderurgia
La producción de hierro a partir de sus minerales implica potentes reacciones de reducción en altos hornos. Las aguas de refrigeración están inevitablemente contaminadas con productos, especialmente amoniaco y cianuro . La producción de coque a partir de carbón en plantas de coquización también requiere refrigeración por agua y el uso de agua en la separación de subproductos. La contaminación de corrientes de desechos incluye productos de gasificación como benceno , naftaleno , antraceno , cianuro, amoníaco, fenoles , cresoles junto con una gama de compuestos orgánicos más complejos conocidos colectivamente comohidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH). [13]
La conversión de hierro o acero en láminas, alambres o varillas requiere etapas de transformación mecánica en frío y en caliente que emplean frecuentemente agua como lubricante y refrigerante. Los contaminantes incluyen aceites hidráulicos , sebo y partículas sólidas. El tratamiento final de los productos de hierro y acero antes de la venta posterior a la fabricación incluye el decapado en ácido mineral fuerte para eliminar el óxido y preparar la superficie para el cromado o el estaño o para otros tratamientos de superficie como la galvanización o la pintura . Los dos ácidos comúnmente utilizados son el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico.. Las aguas residuales incluyen aguas de enjuague ácidas junto con ácidos residuales. Aunque muchas plantas operan plantas de recuperación de ácido (particularmente las que usan ácido clorhídrico), donde el ácido mineral se elimina por ebullición de las sales de hierro, queda un gran volumen de sulfato ferroso o cloruro ferroso altamente ácido para eliminar. Muchas aguas residuales de la industria del acero están contaminadas por aceite hidráulico, también conocido como aceite soluble.
Trabajo de metales
Muchas industrias realizan trabajos con materias primas metálicas (por ejemplo, láminas de metal, lingotes ) mientras fabrican sus productos finales. Las industrias incluyen la fabricación de automóviles, camiones y aviones; fabricación de herramientas y hardware; equipos electrónicos y máquinas de oficina; barcos y embarcaciones; electrodomésticos y otros productos para el hogar; y equipos industriales estacionarios (por ejemplo, compresores, bombas, calderas). Los procesos típicos que se llevan a cabo en estas plantas incluyen rectificado , mecanizado , recubrimiento y pintura, grabado químico y fresado , desengrasado con solvente , galvanoplastia y anodizado.. Las aguas residuales generadas por estas industrias pueden contener metales pesados como cadmio, cromo, cobre, plomo, níquel, plata y zinc; cianuro y diversos disolventes químicos orgánicos; y aceite y grasa. [14] [15]
Minas y canteras
Las principales aguas residuales asociadas con las minas y canteras son lodos de partículas de roca en el agua. Estos surgen del lavado de superficies expuestas a la lluvia y caminos de acarreo y también de los procesos de lavado y nivelación de rocas. Los volúmenes de agua pueden ser muy altos, especialmente los que surgen relacionados con las lluvias en sitios grandes. [16] Algunas operaciones de separación especializadas, como el lavado de carbón para separar el carbón de la roca nativa mediante gradientes de densidad , pueden producir aguas residuales contaminadas por partículas finas de hematita y tensioactivos . Los aceites y los aceites hidráulicos también son contaminantes comunes. [17]
Las aguas residuales de las minas de metales y las plantas de recuperación de minerales están inevitablemente contaminadas por los minerales presentes en las formaciones rocosas nativas. Después de la trituración y extracción de los materiales deseables, pueden entrar materiales indeseables en la corriente de aguas residuales. Para las minas de metales, esto puede incluir metales no deseados como el zinc y otros materiales como el arsénico . La extracción de metales de alto valor como el oro y la plata puede generar lodos que contienen partículas muy finas donde la eliminación física de contaminantes se vuelve particularmente difícil. [18]
Además, las formaciones geológicas que albergan metales económicamente valiosos como el cobre y el oro muy a menudo consisten en minerales de tipo sulfuro. El procesamiento implica triturar la roca en partículas finas y luego extraer los metales deseados, y la roca sobrante se conoce como relaves. Estos relaves contienen una combinación no solo de metales sobrantes indeseables, sino también de componentes de sulfuro que eventualmente forman ácido sulfúrico al exponerse al aire y al agua que inevitablemente ocurre cuando los relaves se eliminan en grandes depósitos. El drenaje ácido resultante de la mina , que a menudo es rico en metales pesados (porque los ácidos disuelven los metales), es uno de los muchos impactos ambientales de la minería . [18]
Industria nuclear
La producción de residuos de la industria nuclear y radioquímica se trata como residuos radiactivos .
Los investigadores han analizado la bioacumulación de estroncio por Scenedesmus spinosus ( algas ) en aguas residuales simuladas. El estudio afirma una capacidad de biosorción altamente selectiva para el estroncio de S. spinosus, lo que sugiere que puede ser apropiado para el uso de aguas residuales nucleares. [19]
Extracción de petróleo y gas
Las operaciones de pozos de petróleo y gas generan agua producida , que puede contener aceites, metales tóxicos (por ejemplo, arsénico, cadmio, cromo, mercurio, plomo), sales, productos químicos orgánicos y sólidos. Parte del agua producida contiene trazas de material radiactivo natural . Las plataformas de petróleo y gas en alta mar también generan drenaje de cubierta, desechos domésticos y desechos sanitarios. Durante el proceso de perforación, los pozos suelen descargar recortes de perforación y lodo de perforación (fluido de perforación). [20]
Fabricación de productos químicos
Fabricación de productos químicos orgánicos
Los contaminantes específicos vertidos por los fabricantes de productos químicos orgánicos varían ampliamente de una planta a otra, según los tipos de productos fabricados, como productos químicos orgánicos a granel, resinas, pesticidas, plásticos o fibras sintéticas. Algunos de los compuestos orgánicos que pueden descargarse son benceno , cloroformo , naftaleno , fenoles , tolueno y cloruro de vinilo . Demanda de oxigeno bioquímico(DBO), que es una medida bruta de una variedad de contaminantes orgánicos, puede usarse para medir la efectividad de un sistema biológico de tratamiento de aguas residuales y se usa como parámetro reglamentario en algunos permisos de descarga. Las descargas de contaminantes metálicos pueden incluir cromo , cobre , plomo , níquel y zinc . [21]
Fabricación de productos químicos inorgánicos
El sector de los productos químicos inorgánicos cubre una amplia variedad de productos y procesos, aunque una planta individual puede producir una gama limitada de productos y contaminantes. Los productos incluyen compuestos de aluminio; carburo de calcio y cloruro de calcio; ácido fluorhídrico; compuestos de potasio; bórax; compuestos a base de cromo y flúor; compuestos a base de cadmio y zinc. Los contaminantes vertidos varían según el sector del producto y la planta individual, y pueden incluir arsénico, cloro, cianuro, fluoruro; y metales pesados como cromo, cobre, hierro, plomo, mercurio, níquel y zinc. [22]
Refino de petróleo y petroquímicos
Los contaminantes descargados en refinerías de petróleo y plantas petroquímicas incluyen contaminantes convencionales (DBO, aceite y grasa, sólidos en suspensión ), amoníaco, cromo, fenoles y sulfuros. [23]
Industria de pulpa y papel
El efluente de la industria de la pulpa y el papel generalmente tiene un alto contenido de sólidos en suspensión y DBO. Las plantas que blanquean pulpa de madera para la fabricación de papel pueden generar cloroformo , dioxinas (incluido 2,3,7,8-TCDD ), furanos , fenoles y demanda química de oxígeno (DQO). [24] Es posible que las fábricas de papel independientes que utilizan pulpa importada solo requieran un tratamiento primario simple, como la sedimentación o la flotación por aire disuelto . El aumento de las cargas de DBO o DQO, así como los contaminantes orgánicos, pueden requerir un tratamiento biológico, como lodos activados oreactores de manto de lodos anaeróbicos de flujo ascendente . Para molinos con altas cargas inorgánicas como la sal, se pueden requerir tratamientos terciarios, ya sea tratamientos generales de membrana como ultrafiltración u ósmosis inversa o tratamientos para eliminar contaminantes específicos, como nutrientes.
Fundiciones
Los contaminantes descargados por las fundiciones no ferrosas varían con el mineral de metal base. Las fundiciones de bauxita generan fenoles [25] : 131 pero normalmente utilizan depósitos de sedimentación y evaporación para gestionar estos desechos, sin necesidad de descargar habitualmente aguas residuales. [25] : 395 Las fundiciones de aluminio normalmente descargan fluoruro , benzo (a) pireno , antimonio y níquel , así como aluminio. Las fundiciones de cobre suelen generar cadmio, plomo, zinc, arsénico y níquel, además de cobre, en sus aguas residuales. Las fundiciones de plomo descargan plomo y zinc. Las fundiciones de níquel y cobalto descargan amoníaco y cobre además de los metales base. Las fundiciones de zinc descargan arsénico, cadmio, cobre, plomo, selenio y zinc. [26]
Los procesos de tratamiento típicos utilizados en la industria son la precipitación química, la sedimentación y la filtración. [25] : 145
Fabricas textiles
Las fábricas de textiles , incluidos los fabricantes de alfombras , generan aguas residuales a partir de una amplia variedad de procesos, que incluyen limpieza y acabado, fabricación de hilo y acabado de telas (como blanqueado , teñido , tratamiento de resina , impermeabilización y retardantes de llama ). Los contaminantes generados por las fábricas textiles incluyen DBO, SS, aceite y grasa, sulfuro, fenoles y cromo. [27] Insecticidalos residuos en los vellones son un problema particular en el tratamiento de las aguas generadas en el procesamiento de la lana. Es posible que haya grasas animales en las aguas residuales que, si no están contaminadas, se pueden recuperar para la producción de sebo o su posterior aprovechamiento.
Las plantas de teñido de textiles generan aguas residuales que contienen sintéticos (por ejemplo, tintes reactivos, tintes ácidos, tintes básicos, tintes dispersos, tintes de tina, tintes de azufre, tintes mordientes, tintes directos, tintes ingrain, tintes solventes, tintes pigmentados) [28] y tintes naturales , espesante de goma (guar) y diversos agentes humectantes, tampones de pH y retardadores o aceleradores de colorantes. Después del tratamiento con floculantes y agentes de sedimentación a base de polímeros, los parámetros de monitoreo típicos incluyen DBO, DQO, color (ADMI), sulfuro, aceite y grasa, fenol, TSS y metales pesados (cromo, zinc , plomo, cobre).
Contaminación por aceite industrial
Las aplicaciones industriales donde el petróleo ingresa a la corriente de aguas residuales pueden incluir bahías de lavado de vehículos, talleres, depósitos de almacenamiento de combustible, centros de transporte y generación de energía. A menudo, las aguas residuales se descargan en el alcantarillado local o en los sistemas de desechos comerciales y deben cumplir con las especificaciones ambientales locales. Los contaminantes típicos pueden incluir disolventes, detergentes, arenilla, lubricantes e hidrocarburos.
Tratamiento de aguas
Muchas industrias tienen la necesidad de tratar el agua para obtener agua de muy alta calidad para sus procesos. Esto puede incluir síntesis química pura o agua de alimentación de calderas. Además, algunos procesos de tratamiento de agua producen lodos orgánicos y minerales por filtración y sedimentación que requieren tratamiento. El intercambio iónico con resinas naturales o sintéticas elimina los iones de calcio , magnesio y carbonato del agua, reemplazándolos típicamente con sodio , cloruro , hidroxilo.y / u otros iones. La regeneración de columnas de intercambio iónico con ácidos y álcalis fuertes produce aguas residuales ricas en iones de dureza que se precipitan fácilmente, especialmente cuando se mezclan con otros constituyentes de aguas residuales.
Conservación de madera
Las plantas de conservación de madera generan contaminantes convencionales y tóxicos, que incluyen arsénico, DQO, cobre, cromo, pH anormalmente alto o bajo, fenoles, aceite y grasa y sólidos en suspensión. [29]
Contaminantes
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La composición de las aguas residuales industriales varía ampliamente. Esta es una lista parcial de contaminantes químicos o físicos que pueden estar contenidos en las aguas residuales industriales:
- Metales pesados , incluidos mercurio , plomo y cromo
- Materia orgánica como desperdicios de alimentos , desperdicios de mataderos , fibras de papel, material vegetal, etc .;
- Partículas inorgánicas como arena , arenilla, partículas metálicas, residuos de caucho de neumáticos, cerámica , etc .;
- Toxinas como pesticidas , venenos , herbicidas , etc.
- Productos farmacéuticos , compuestos disruptores endocrinos, hormonas, compuestos perfluorados, siloxanos, drogas de uso indebido y otras sustancias peligrosas [30] [31] [32]
- Microplásticos como perlas de polietileno y polipropileno, poliéster y poliamida [33]
- Contaminación térmica de centrales eléctricas y fabricantes industriales
- Radionúclidos de la extracción de uranio , el procesamiento de combustible nuclear , el funcionamiento de reactores nucleares o la eliminación de desechos radiactivos .
Métodos de tratamiento
Visión general
Los diversos tipos de contaminación de las aguas residuales requieren una variedad de estrategias para eliminar la contaminación. [1] La mayoría de los procesos industriales, como refinerías de petróleo , plantas químicas y petroquímicas , tienen instalaciones en el lugar para tratar sus aguas residuales, de modo que las concentraciones de contaminantes en las aguas residuales tratadas cumplan con las regulaciones relativas a la eliminación de aguas residuales en alcantarillas o ríos, lagos u océanos. [1] : 1412 Los humedales artificiales se utilizan en un número cada vez mayor de casos, ya que proporcionan un tratamiento in situ productivo y de alta calidad. Otros procesos industriales que producen una gran cantidad de aguas residuales como la producción de papel y pulpahan creado preocupación ambiental, lo que ha llevado al desarrollo de procesos para reciclar el uso del agua dentro de las plantas antes de que tengan que limpiarse y eliminarse. [34]
Una planta de tratamiento de aguas residuales industriales puede incluir uno o más de los siguientes en lugar de la secuencia de tratamiento convencional de las plantas de tratamiento de aguas residuales:
- Un separador de agua y aceite API , para eliminar el aceite de fase separada de las aguas residuales. [35] : 180
- Un clarificador , para eliminar sólidos de las aguas residuales. [36] : 41–15
- Un filtro de desbaste , para reducir la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales. [36] : 23-11
- Una planta de filtración de carbono , para eliminar los compuestos orgánicos disueltos tóxicos de las aguas residuales. [35] : 210
- Un sistema avanzado de reversión de electrodiálisis (EDR) con membranas de intercambio iónico .
Tratamiento de salmuera
Esta sección no cita ninguna fuente . ( Febrero de 2020 ) |
El tratamiento con salmuera implica eliminar los iones de sal disueltos de la corriente de desechos. Aunque existen similitudes con la desalinización de agua de mar o agua salobre , el tratamiento de salmuera industrial puede contener combinaciones únicas de iones disueltos, como iones de dureza u otros metales, que requieren procesos y equipos específicos.
Los sistemas de tratamiento de salmuera generalmente se optimizan para reducir el volumen de la descarga final para una eliminación más económica (ya que los costos de eliminación a menudo se basan en el volumen) o maximizar la recuperación de agua dulce o sales. Los sistemas de tratamiento de salmuera también pueden optimizarse para reducir el consumo de electricidad, el uso de productos químicos o la huella física.
El tratamiento de salmuera se encuentra comúnmente al tratar la purga de la torre de enfriamiento, el agua producida a partir del drenaje por gravedad asistido por vapor (SAGD) , el agua producida a partir de la extracción de gas natural , como el gas de vetas de carbón , el agua de reflujo de fractura, la mina ácida o el drenaje de roca ácida , el rechazo de ósmosis inversa, el cloro -agua residual alcalina , efluentes de fábricas de pulpa y papel, y corrientes de desechos del procesamiento de alimentos y bebidas.
Las tecnologías de tratamiento de salmuera pueden incluir: procesos de filtración por membranas, como ósmosis inversa ; procesos de intercambio iónico tales como electrodiálisis o intercambio catiónico de ácido débil ; o procesos de evaporación, tales como concentradores de salmuera y cristalizadores que emplean recompresión mecánica de vapor y vapor. Debido a las crecientes normas de descarga, ha surgido el uso de procesos de oxidación avanzada para el tratamiento de salmuera. Algunos ejemplos notables como la oxidación de Fenton [37] [38] y la ozonización [39] se han empleado para la degradación de compuestos recalcitrantes en salmuera de plantas industriales.
La ósmosis inversa puede no ser viable para el tratamiento con salmuera, debido al potencial de ensuciamiento causado por sales de dureza o contaminantes orgánicos, o daño a las membranas de ósmosis inversa por hidrocarburos .
Los procesos de evaporación son los más extendidos para el tratamiento de salmueras, ya que permiten el mayor grado de concentración, tan alto como la sal sólida. También producen efluentes de la más alta pureza, incluso con calidad de destilado. Los procesos de evaporación también son más tolerantes con compuestos orgánicos, hidrocarburos o sales de dureza. Sin embargo, el consumo de energía es alto y la corrosión puede ser un problema, ya que el motor principal es el agua salada concentrada. Como resultado, los sistemas de evaporación normalmente emplean titanio o materiales de acero inoxidable dúplex .
Manejo de salmuera
La gestión de la salmuera examina el contexto más amplio del tratamiento de la salmuera y puede incluir la consideración de las políticas y regulaciones gubernamentales, la sostenibilidad corporativa , el impacto ambiental, el reciclaje, la manipulación y el transporte, la contención, centralizada en comparación con el tratamiento en el sitio, la evitación y reducción, las tecnologías y la economía. La gestión de salmuera comparte algunos problemas con la gestión de lixiviados y la gestión de residuos en general .
Remoción de sólidos
La mayoría de los sólidos se pueden eliminar mediante técnicas simples de sedimentación y los sólidos se recuperan en forma de lechada o lodo. Los sólidos muy finos y los sólidos con densidades cercanas a la densidad del agua plantean problemas especiales. En tal caso, puede ser necesaria una filtración o ultrafiltración . Aunque, se puede usar la floculación , usando sales de alumbre o la adición de polielectrolitos. Las aguas residuales del procesamiento industrial de alimentos a menudo requieren un tratamiento en el sitio antes de que puedan descargarse para prevenir o reducir los recargos por alcantarillado. El tipo de industria y las prácticas operativas específicas determinan qué tipos de aguas residuales se generan y qué tipo de tratamiento se requiere. La reducción de sólidos como productos de desecho, materiales orgánicos y arena es a menudo un objetivo del tratamiento de aguas residuales industriales. Algunas formas comunes de reducir los sólidos incluyen la sedimentación primaria (clarificación), la flotación por aire disuelto o (DAF), la filtración por banda (micro cribado) y el cribado en tambor.
Eliminación de aceites y grasas
La eliminación efectiva de aceites y grasas depende de las características del aceite en términos de su estado de suspensión y tamaño de gota, lo que a su vez afectará la elección de la tecnología del separador. El aceite en las aguas residuales industriales puede ser aceite ligero libre, aceite pesado, que tiende a hundirse, y aceite emulsionado, a menudo denominado aceite soluble. Los aceites emulsionados o solubles requerirán típicamente "craqueo" para liberar el aceite de su emulsión. En la mayoría de los casos, esto se logra reduciendo el pH de la matriz del agua.
La mayoría de las tecnologías de separadores tendrán un rango óptimo de tamaños de gotas de aceite que se pueden tratar de manera efectiva.
El análisis del agua aceitosa para determinar el tamaño de las gotas se puede realizar con un analizador de partículas de video. Cada tecnología de separador tendrá su propia curva de rendimiento que describe el rendimiento óptimo en función del tamaño de las gotas de aceite. los separadores más comunes son tanques o fosas por gravedad, separadores de aceite-agua API o paquetes de placas, tratamiento químico mediante DAF, centrifugadoras, filtros de medios e hidrociclones.
- Separadores de API
Muchos aceites se pueden recuperar de las superficies de aguas abiertas mediante dispositivos de desnatado. Considerados como una forma confiable y económica de eliminar aceite, grasa y otros hidrocarburos del agua, los desnatadores de aceite a veces pueden alcanzar el nivel deseado de pureza del agua. En otras ocasiones, el desnatado también es un método rentable para eliminar la mayor parte del aceite antes de utilizar filtros de membrana y procesos químicos. Los skimmers evitarán que los filtros se ceguen prematuramente y mantendrán bajos los costos de los productos químicos porque hay menos aceite para procesar.
Debido a que el desnatado de grasa implica hidrocarburos de mayor viscosidad, los desnatadores deben estar equipados con calentadores lo suficientemente potentes para mantener la grasa fluida para la descarga. Si la grasa flotante se forma en grumos sólidos o esteras, se puede utilizar una barra rociadora, un aireador o un aparato mecánico para facilitar la eliminación. [40]
Sin embargo, los aceites hidráulicos y la mayoría de los aceites que se han degradado en algún grado también tendrán un componente soluble o emulsionado que requerirá un tratamiento adicional para eliminarlo. Disolver o emulsionar aceite con surfactantes o solventes generalmente agrava el problema en lugar de resolverlo, produciendo aguas residuales que son más difíciles de tratar.
Las aguas residuales de las industrias de gran escala tales como las refinerías de petróleo , plantas petroquímicas , plantas químicas y plantas de procesamiento de gas natural comúnmente contienen cantidades brutas de aceite y sólidos en suspensión. Esas industrias utilizan un dispositivo conocido como separador de agua y aceite API que está diseñado para separar el aceite y los sólidos en suspensión de sus efluentes de aguas residuales . El nombre se deriva del hecho de que dichos separadores están diseñados de acuerdo con los estándares publicados por el Instituto Americano del Petróleo (API). [41] [42]
El separador API es un dispositivo de separación por gravedad diseñado mediante la ley de Stokes para definir la velocidad de subida de las gotas de aceite en función de su densidad y tamaño. El diseño se basa en la diferencia de gravedad específica entre el aceite y las aguas residuales porque esa diferencia es mucho menor que la diferencia de gravedad específica entre los sólidos en suspensión y el agua. Los sólidos suspendidos se depositan en el fondo del separador como una capa de sedimento, el aceite sube a la parte superior del separador y el agua residual limpia es la capa intermedia entre la capa de aceite y los sólidos. [41]
Normalmente, la capa de aceite se quita y posteriormente se vuelve a procesar o desechar, y la capa de sedimento del fondo se elimina mediante un raspador de cadena y vuelo (o dispositivo similar) y una bomba de lodos. La capa de agua se envía a un tratamiento adicional para la eliminación adicional de cualquier aceite residual y luego a algún tipo de unidad de tratamiento biológico para la eliminación de compuestos químicos disueltos indeseables.
Los separadores de placas paralelas son similares a los separadores API pero incluyen conjuntos de placas paralelas inclinadas (también conocidos como paquetes paralelos). Las placas paralelas proporcionan más superficie para que las gotas de aceite suspendidas se fusionen en glóbulos más grandes. Dichos separadores aún dependen de la gravedad específica entre el aceite suspendido y el agua. Sin embargo, las placas paralelas mejoran el grado de separación de aceite y agua. El resultado es que un separador de placas paralelas requiere mucho menos espacio que un separador API convencional para lograr el mismo grado de separación. [43]
- Separadores de aceite de hidrociclón
Los separadores de aceite de hidrociclón operan en el proceso donde las aguas residuales ingresan a la cámara del ciclón y se hacen girar bajo fuerzas centrífugas extremas más de 1000 veces la fuerza de la gravedad. Esta fuerza hace que las gotas de agua y aceite se separen. El aceite separado se descarga desde un extremo del ciclón donde el agua tratada se descarga a través del extremo opuesto para su posterior tratamiento, filtración o descarga.
Eliminación de orgánicos biodegradables
El material orgánico biodegradable de origen vegetal o animal suele ser posible de tratar utilizando procesos de tratamiento de aguas residuales convencionales extendidos , como lodos activados o filtros percoladores . [1] [41] Pueden surgir problemas si las aguas residuales se diluyen excesivamente con agua de lavado o están muy concentradas, como sangre o leche sin diluir. La presencia de agentes de limpieza, desinfectantes, pesticidas o antibióticos puede tener impactos perjudiciales en los procesos de tratamiento. [ cita requerida ]
Proceso de lodos activados
El lodo activado es un proceso bioquímico para el tratamiento de aguas residuales y aguas residuales industriales que utiliza aire (u oxígeno ) y microorganismos para oxidar biológicamente contaminantes orgánicos, produciendo un lodo residual (o flóculo ) que contiene el material oxidado. En general, un proceso de lodos activados incluye:
- Un tanque de aireación donde se inyecta aire (u oxígeno) y se mezcla completamente con las aguas residuales.
- Un tanque de sedimentación (generalmente denominado clarificador o "sedimentador") para permitir que se asienten los lodos residuales. Parte del lodo residual se recicla al tanque de aireación y el lodo residual restante se elimina para su posterior tratamiento y eliminación final. [ cita requerida ]
Proceso de filtrado por goteo
Un filtro de goteo consiste en un lecho de rocas , grava , escoria , turba o medio plástico sobre el cual las aguas residuales fluyen hacia abajo y entran en contacto con una capa (o película) de lodo microbiano que cubre el medio del lecho. Las condiciones aeróbicas se mantienen mediante el flujo de aire forzado a través del lecho o por convección natural del aire. El proceso implica la adsorción de compuestos orgánicos en las aguas residuales por la capa de lodo microbiano, la difusión de aire en la capa de lodo para proporcionar el oxígeno necesario para la oxidación bioquímica de los compuestos orgánicos. Los productos finales incluyen dióxido de carbono.gas, agua y otros productos de la oxidación. A medida que la capa de limo se espesa, resulta difícil que el aire penetre en la capa y se forma una capa anaeróbica interna. [ cita requerida ]
Eliminación de otros orgánicos
Los materiales orgánicos sintéticos, incluidos disolventes, pinturas, productos farmacéuticos, pesticidas, productos de la producción de coque, etc., pueden ser muy difíciles de tratar. Los métodos de tratamiento suelen ser específicos del material que se está tratando. Los métodos incluyen procesamiento avanzado de oxidación , destilación , adsorción, ozonización, vitrificación , incineración , inmovilización química o eliminación en vertederos. Algunos materiales, como algunos detergentes, pueden sufrir degradación biológica y, en tales casos, se puede utilizar una forma modificada de tratamiento de aguas residuales.
Eliminación de ácidos y álcalis
Los ácidos y los álcalis generalmente se pueden neutralizar en condiciones controladas. La neutralización produce con frecuencia un precipitado que requerirá tratamiento como un residuo sólido que también puede ser tóxico. En algunos casos, pueden desprenderse gases que requieran tratamiento para la corriente de gas. Por lo general, se requieren algunas otras formas de tratamiento después de la neutralización.
Las corrientes de residuos ricas en iones de dureza como resultado de los procesos de desionización pueden perder fácilmente los iones de dureza en una acumulación de sales de calcio y magnesio precipitadas. Este proceso de precipitación puede causar un enrasado severo de las tuberías y, en casos extremos, puede causar el bloqueo de las tuberías de eliminación. Una tubería de descarga marina industrial de 1 metro de diámetro que abastecía a un importante complejo químico fue bloqueada por tales sales en la década de 1970. El tratamiento se realiza mediante la concentración de aguas residuales desionizadas y su eliminación en vertederos o mediante una gestión cuidadosa del pH de las aguas residuales vertidas.
Eliminación de materiales tóxicos
Los materiales tóxicos, incluidos muchos materiales orgánicos, metales (como zinc, plata, cadmio , talio , etc.), ácidos, álcalis, elementos no metálicos (como arsénico o selenio ) son generalmente resistentes a los procesos biológicos a menos que estén muy diluidos. Los metales a menudo pueden precipitarse cambiando el pH o mediante el tratamiento con otros productos químicos. Sin embargo, muchos son resistentes al tratamiento o la mitigación y pueden requerir concentración seguida de vertedero o reciclaje. Los orgánicos disueltos se pueden incinerar dentro de las aguas residuales mediante el proceso de oxidación avanzado.
Cápsulas inteligentes
La encapsulación molecular es una tecnología que tiene el potencial de proporcionar un sistema para la eliminación reciclable de plomo y otros iones de fuentes contaminadas. Las nano, micro y milicápsulas, con tamaños en los rangos de 10 nm-1μm, 1μm-1mm y> 1mm, respectivamente, son partículas que tienen un reactivo activo (núcleo) rodeado por un portador (cubierta). tipos de cápsulas en investigación: cápsulas a base de alginato , nanotubos de carbono , cápsulas de hinchamiento de polímero. Estas cápsulas proporcionan un posible medio para la remediación del agua contaminada. [44]
Eliminación de la contaminación térmica
Para eliminar el calor de las aguas residuales generadas por centrales eléctricas o plantas de fabricación , y así reducir la contaminación térmica , se utilizan las siguientes tecnologías:
- Estanques de enfriamiento , cuerpos de agua diseñados para enfriamiento por evaporación , convección y radiación.
- Torres de enfriamiento , que transfieren el calor residual a la atmósfera mediante evaporación o transferencia de calor.
- cogeneración , un proceso en el que el calor residual se recicla para fines de calefacción doméstica o industrial. [45]
Otros métodos de eliminación
Es posible que se permita a algunas instalaciones, como los pozos de petróleo y gas, bombear sus aguas residuales bajo tierra a través de pozos de inyección . Sin embargo, la inyección de aguas residuales se ha relacionado con la sismicidad inducida . [46]
Costos y cargos por residuos comerciales
La eliminación de aguas residuales de una planta industrial es un problema difícil y costoso. Aunque las economías de escala pueden favorecer el uso de una gran planta municipal de tratamiento de aguas residuales para la eliminación de pequeños volúmenes de aguas residuales industriales, el tratamiento y la eliminación de aguas residuales industriales pueden ser menos costosos que los costos distribuidos correctamente para grandes volúmenes de aguas residuales industriales que no requieren la secuencia convencional de tratamiento de aguas residuales de una pequeña depuradora municipal. [36] : 40-4–40-11
Las plantas de aguas residuales industriales pueden reducir los costos de agua cruda al convertir aguas residuales seleccionadas en agua recuperada utilizada para diferentes propósitos. Las plantas de tratamiento de aguas residuales industriales pueden reducir los cargos por tratamiento de aguas residuales cobrados por las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales mediante el tratamiento previo de las aguas residuales para reducir las concentraciones de contaminantes medidas para determinar las tarifas de los usuarios. [47] : 300–302
Ver también
- Mejores prácticas de gestión para la contaminación del agua (BMP)
- Lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales
- Agua purificada (para uso industrial)
- Purificación de agua (para agua potable)
Referencias
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Otras lecturas
- Federación del Medio Ambiente del Agua (2020). Gestión, tratamiento y eliminación de aguas residuales industriales; Manual de práctica FD-3 (3ª ed.). Alexandria, VA: Water Environment Federation. ISBN 978-1-57278-369-0.
enlaces externos
- Federación del Medio Ambiente del Agua - Sociedad profesional
- Base de datos de tecnología de tratamiento de aguas residuales industriales - EPA
- Tecnología de tratamiento de residuos
- Alcantarillado
- Procesos industriales
- La contaminación del agua
- Saneamiento
