Seccions
- Presència de contaminants en les aigües residuals
- Processos de separació de les aigües residuals
- Concentració de contaminants separats
- Resum
Presència de contaminants en les aigües residuals
L’aigua natural més pura es troba a l’atmosfera en forma de vapor. Durant la seva precipitació a la terra com a pluja, arrossega impureses que es troben suspeses a l’aire (pols, pol·len…etc.). Una bona part d’aquesta aigua acaba al mar, cosa que col·labora a mantenir l’equilibri salí i la purificació d’aquest medi, mentre que la resta ho fa a la superfície sòlida del planeta nodrint rius, pantans i llacs, així com els aqüífers subterrànies. Addicionalment, tenim l’aigua que precipita en forma sòlida a les èpoques hivernals i/o als punts elevats de les muntanyes.
L’aigua pura tendeix a combinar-se buscant la seva estabilitat, cosa que la fa un bon dissolvent. Així, les sals minerals solubles que troba al seu pas s’integren en el seu si mitjançant un procés conegut com a dissolució, cosa que contribueix de manera important al fenomen de l’erosió i transformació dels terrenys.
Aquestes sals dissoltes col·laboren a la potabilitat i conductivitat de l’aigua, però quan es superen determinats límits de salinitat passen a ser un contaminant que cal gestionar.
L’eliminació d’aquestes sals també es duu a terme quan es requereix aigua de procés amb baixa o cap salinitat (aigües desmineralitzades), o quan cal separar de manera selectiva alguns contaminants específics, com en el cas dels suavitzaments, eliminació de nitrats, o separacions selectives de determinats cations i anions.
A més de compostos inorgànics, l’aigua també pot contenir contaminació orgànica d’origen vegetal i animal, i altres contaminants com compostos orgànics, bacteris, virus, etc. No obstant això, una gran part de la contaminació de les aigües procedeix de l’activitat humana, tant domèstica com industrial.
Les tecnologies de depuració d’aigües permeten separar diferents tipus de partícules en funció de la seva mida i naturalesa. D’aquesta manera, l’aigua es regenera per a la seva reutilització o abocament.
Aquestes tecnologies es poden agrupar en funció de la magnitud en què es basen per dur a terme la separació.
Processos de separació de les aigües residuals
Separació de contaminants per massa
Per a la separació de sòlids de mida gran o mitjana (fins a aprox. 1 mm), s’utilitzen sistemes purament físics. Com són les reixes, els tamisos i les cribes, que no són més que processos filtrants oberts amb llum de pas adequada a la mida dels sòlids. L’extracció dels sòlids separats és mecànica, i s’acostuma a fer mitjançant rastells manuals o amb pentinats automàtics.
Altres mètodes de separació física són la decantació i la flotació, que permeten l’eliminació dels materials en suspensió. La flotació combina la sedimentació amb la flotació dels materials menys densos, amb o sense ajuda d’aire insuflat.
La decantació i la centrifugació són processos de separació que aprofiten la diferència de massa i densitat de les partícules en relació amb el dissolvent per aconseguir la separació. Com més pesin les partícules, més fàcil és la seva separació.
Amb freqüència s’utilitzen reactius químics (coagulant i floculants) amb els quals s’aconsegueixen rendiments de separació més elevats. Aquesta combinació de processos químics i físics es coneix com a procés fisicoquímic.
Existeixen alternatives a la centrifugació per al tractament d’efluents amb altes càrregues de fangs, com són la separació mitjançant filtres premsa o amb filtres banda, que empren teles filtrants per separar els sòlids.
Separació de contaminants per mida
Els següents processos s’empren per a la separació de contaminants de mida més gran:
- Sistemes de filtració simple en llits de sorra.
- Sistemes duals sorra / antracita.
- Sistemes de diatomees o mixtos.
Són tecnologies físiques de separació que utilitzen la percolació per retenir els contaminants sòlids al llit filtrant. Aquests sistemes de filtració poden arribar a nivells fiables de 50 – 100 μm de separació.
Per filtrar partícules de mides inferiors s’utilitzen tecnologies de separació amb membranes de microfiltració, ultrafiltració i nanofiltració. Quan filtrem a aquests nivells es parla d’unitats de mesura com la fracció de micra i el Dalton.
Separació de contaminants per difusió
Quan cal reduir la càrrega salina de l’aigua residual, es pot optar per tractaments més sofisticats com la difusió a través de membranes semipermeables, com és el cas de l’osmosi inversa, la diàlisi o l’electrodiàlisi. Aquestes tecnologies redueixen la salinitat total (TDS) per sobre del 99%. La unitat de mesura a nivell dimensional és l’Angstrom, però en la pràctica, es mesura la conductivitat (μS/cm) de l’aigua tractada a la qual es denomina permeat.
Les tecnologies de filtració (microfiltració, ultrafiltració i nanofiltració) aprofiten la diferència de mida de les partícules que es volen separar en relació amb la mida de porus de la membrana. No és el cas de l’osmosi inversa.
L’osmosi inversa aprofita la difusió o permeabilitat que tenen les substàncies contaminants per travessar una membrana. Mentre que el dissolvent permea la membrana amb relativa facilitat, les partícules en suspensió i dissoltes no poden fer-ho, o els costa molt.
Aquest mateix principi s’aplica també per als processos de diàlisi i electrodiàlisi, encara que en aquesta última, l’aplicació d’un potencial elèctric actua com a força impulsora que permet la separació.
Separació de sals per càrrega iònica
Les resines d’intercanvi iònic són una altra tecnologia eficient i de gran popularitat per a la separació de sals, ja que aconsegueixen obtenir aigües desmineralitzades d’alta qualitat (conductivitat ≤ 0,1 μS/cm).
Per obtenir aigua ultrapura s’empren els denominats llits mixtos (LM) de resina catiónica i aniónica, o bé els sistemes mixtos de membranes i resines denominats Electrodesionització (EDI).
En el cas de l’intercanvi iònic, la càrrega iònica permet establir diferències entre uns ions i altres. Per exemple, una resina catiónica intercanviarà els ions amb càrrega positiva (cations) sense interactuar gens amb els ions amb càrrega negativa (anions).
Separació per pressió de vapor
La destil·lació separa i condensa cada compost mitjançant l’ebullició de l’aigua residual. Els diferents contaminants es separen en diferents punts d’evaporació, condensació i pressió de vapor.
Aquest procés es basa en la diferent pressió de vapor de les substàncies pures que componen la mescla a tractar. Com més gran sigui la diferència entre les pressions de vapor dels diferents components de la mescla, amb més facilitat es separaran les substàncies mitjançant destil·lació.
Separació per solubilitat
La diferent solubilitat d’un solut en un fluid o en un altre, permet que es pugui dur a terme una separació efectiva mitjançant absorció o mitjançant extracció.
Separació per àrea superficial
El carbó actiu proporciona elevades superfícies amb alta tensió superficial a causa de la seva porositat morfològica i als microdiferencials de càrrega. Aquestes característiques afavoreixen l’adhesió de petites partícules.
Separació de contaminants per evaporació al buit i cristal·lització
Els evaporadors al buit aconsegueixen l’ebullició de les aigües residuals a temperatures baixes en operar en buit. Això permet un important estalvi energètic, alhora que els contaminants es separen i deshidraten fins a arribar a cristal·litzar-los en els denominats cristal·litzadors al buit. Aquest procés és el que obté una aigua condensada de major qualitat.
Els evaporadors al buit destaquen en el tractament de vessaments complexos, ja que permeten assolir altes concentracions en els materials separats, que en ocasions són recuperables.
La taula següent presenta els diferents mètodes i tecnologies de separació de contaminants presents en aigües residuals:
Concentració de contaminants separats
Els residus separats mitjançant les tecnologies analitzades en aquest article tenen concentracions que varien entre l’1 i el 4 %, a excepció dels que es separen en reixes i tamisos que tenen concentracions més altes.
La major part d’aquests contaminants han de ser enviats a gestors autoritzats, per la qual cosa és important minimitzar-ne el volum per reduir els costos de gestió i transport. A més, i excepte excepcions, els abocadors no accepten residus amb concentracions inferiors al 30% en MS, per la qual cosa aquests han de ser sotmesos a processos de concentració mitjançant diferents sistemes de deshidratació.
Els processos més habituals per reduir-ne el volum són els sistemes de filtrat mecànic com els filtres premsa i els filtres banda que utilitzen teles filtrants per concentrar els residus, o bé els decanters centrífugs que els concentren per força centrífuga. Aquests residus s’acostumen a sotmetre a processos de coagulació i floculació per tal de millorar el rendiment del secat mecànic.
Com s’ha indicat a l’apartat anterior, existeixen altres sistemes de separació i concentració de contaminants com són l’evaporació i la cristal·lització al buit. Aquestes tecnologies són les més eficients a l’hora de minimitzar els residus que s’han d’enviar a gestor, alhora que permeten obtenir condensats d’alta qualitat que, en molts casos, poden ser reutilitzats com a subproductes, cosa que contribueix a reduir els costos d’explotació de les plantes de tractament d’aigües residuals.
Les tecnologies d’evaporació i cristal·lització són especialment eficients quan es disposa de fonts d’energia econòmiques. Per exemple, quan hi ha disponibilitat d’energia sobrant com a vapor o aigua calenta, o quan es disposa de fonts d’energies renovables.
La humitat dels residus resultants es pot reduir fins a la seva pràctica sequedat, cosa que repercuteix en un menor cost de transport i evacuació o manipulació.
L’ús dels cristal·litzadors s’acostuma a limitar a la recuperació de productes valuosos, o bé a la concentració màxima de contaminants perillosos.
Resum
Les aigües residuals contenen substàncies contaminants que es troben en el medi natural, o bé que són aportades per les activitats humanes. Aquests contaminants han de ser separats per utilitzar aquestes aigües en processos específics, o bé per retornar-les al medi ambient, per a la qual cosa s’utilitzen diferents tècniques de tractament en funció del tipus de substàncies i la destinació de l’aigua tractada.
Els processos més utilitzats van des d’un simple tamisat fins a sistemes d’obtenció d’aigües ultrapures per intercanvi iònic i membranes semipermeables.
Els contaminants separats ho fan en forma de residus sòlids o fangs, i, en la major part dels casos, requereixen el seu condicionament i deshidratació per ser portats a gestor.
En els casos de residus aprofitables s’utilitzen sistemes d’evaporació al buit i/o cristal·litzadors, per tal de minimitzar-ne el volum i cost, alhora que es recupera un condensat d’alta qualitat.