Seccions

Emulsions: aigües residuals amb olis

Una emulsió és una barreja de líquids immiscibles. És una suspensió de petites gotes d’un líquid disperses en un altre líquid. Les emulsions es diferencien d’altres col·loides perquè sempre es componen de fases líquides.

Les emulsions es classifiquen d’acord amb la mida de les gotes disperses de la següent manera:

Emulsió Mida de la gota
Macro emulsió 0,2 – 50 mm
Micro emulsió 0,01 – 0,2 mm

Hi ha tres requisits imprescindibles per formar una emulsió:

  • Dos líquids immiscibles
  • Suficient agitació per dispersar el líquid en petites gotes.
  • Un emulsionant per estabilitzar la dispersió.

Existeixen compostos, com els tensioactius, que són emulsionants (o emulgents), és a dir, mantenen barrejades dues substàncies que són immiscibles.

Com es formen les emulsions olioses?

En el cas de l’aigua i l’oli, les emulsions són causades per agitació en la barreja degut a que l’oli es trenca en el líquid i es dispersa en forma de petites gotes.

La tensió interfacial afavoreix el fenomen de coalescència en les gotes disperses, de manera que es redueix la seva àrea total.

D’acord amb la seva combinació, les emulsions es classifiquen en:

  • Emulsions directes. Emulsions que combinen una fase dispersa lipofílica (atreta per les grasses) i una fase contínua hidrofil·lica (atreta per l’aigua).
  • Emulsions inverses. Emulsions que combinen una fase dispersa hidrofil·lica i una fase contínua lipofílica, és a dir, a l’inrevés de les directes.
  • Emulsions múltiples. Emulsions que presenten com a fase dispersa una emulsió inversa i com a fase contínua un líquid aquós.

Les dues fases que componen una emulsió són sempre diferents i es classifiquen en:

  • Fase contínua. La fase que és predominant respecte a l’altra, és a dir, aquella dins la qual es dispersa un dels líquids que componen l’emulsió. També se la denomina “fase dispersant”. En el cas de les emulsions olioses, la fase contínua és l’aigua.
  • Fase dispersa. La fase que és minoritària respecte a l’altra, és a dir, que es dispersa dins la fase dispersant. En aquest cas l’oli.

Aigües residuals amb presència d’olis emulsionats

En aplicacions industrials, es generen emulsions olioses en situacions com:

  • Aigües contaminades amb hidrocarburs.
  • Aigua injectada en pous de perforació per desplaçar l’oli.
  • Lubricant en processos de mecanitzat per reduir el desgast de les peces metàl·liques.
  • Aigües d’esbandida en processos galvànics i de tractament de superfícies.

Hi ha una àmplia varietat d’activitats i processos industrials que produeixen aigües residuals oleoses.

  • Explotacions petrolíferes
  • Refineries
  • Activitats de mineria
  • Efluents de sentina i aigua de lastre d’embarcacions
  • Estacions de manteniment d’aeronaus i de vehicles
  • Fuites de processos amb olis
  • Escorrentia d’aigües pluvials
  • Tallers mecànics
  • Processats de carn i explotacions avícoles
  • Processat de peix
  • Processat de làctics
  • Producció de pintura
  • Producció de sabó i detergents
  • Indústries tèxtils
  • Indústries químiques

Problemes d’aigües residuals olioses

Els efluents oliosos poden tenir un impacte significatiu en el medi ambient, per la qual cosa és crucial gestionar-los adequadament per protegir tant la nostra salut com la dels ecosistemes aquàtics.

Aquests són alguns perills d’una gestió incorrecta de les aigües residuals olioses:

Contaminació de l’aigua

Quan els olis i grasses es descarreguen en punts com rius, llacs o mars, contaminen l’aigua. Això pot danyar la vida aquàtica i afectar les espècies que depenen d’aquests ecosistemes.

Alteració de l’equilibri ecològic

Els efluents oliosos alteren l’equilibri natural dels ecosistemes aquàtics. Això afecta els organismes que viuen a l’aigua, com peixos, aus i plantes aquàtiques.

A més, l’acumulació d’olis a la superfície de l’aigua pot dificultar l’oxigenació i l’entrada de llum solar, afectant la fotosíntesi i la cadena alimentària.

Malalties i toxicitat

Els olis i grasses poden contenir substàncies tòxiques, com metalls pesants o productes químics. Aquests contaminants poden ser absorbids pels organismes aquàtics i, en última instància, afectar els éssers humans que els consumeixen.

A més, la toxicitat afavoreix que els organismes emmalalteixin.

Impacte en la biodiversitat

La contaminació per olis pot reduir la biodiversitat en els ecosistemes aquàtics. Algunes espècies poden no sobreviure o abandonar l’àrea a causa de la presència d’olis. Això afecta la diversitat i l’estabilitat de l’ecosistema.

Acidificació i canvi climàtic

Els efluents oliosos sovint contenen gasos d’efecte hivernacle, cosa que contribueix al canvi climàtic. A més, poden augmentar l’acidificació dels oceans, afectant els coralls i altres organismes marins.

Tecnologies per al tractament d’aigües residuals amb olis

Amb aquest tipus d’efluents, tant si es vol abocar-los a la xarxa pública de clavegueram com si es té la intenció de reutilitzar l’aigua, serà necessari un sistema eficient de tractament d’emulsions olioses.

Aquestes plantes de tractament d’aigües residuals olioses solen combinar diferents tecnologies, el disseny i selecció de les quals dependrà de diversos factors com la composició de l’aigua residual o els objectius del client.

Les tecnologies més eficients per a la separació de l’aigua de l’oli són les següents:

Flotació per aire dissolt (DAF)

Aquesta tècnica permet separar els olis emulsionats en l’aigua. Per a això, es recull part de l’efluent tractat i es pressuritza en un dipòsit amb aire, per després alliberar-lo amb un sistema de manifold, generant microbombolles de mides de l’ordre de 50 μm. Aquestes bombolles s’adhereixen a les partícules en suspensió i els fan perdre pes aparent fent-les flotar, valent-se també per això del fenomen de coalescència.

Abans de tractar el vessament mitjançant flotació, s’han de desestabilitzar els col·loides que constitueixen l’emulsió. Per a això, s’aporten reactius coagulants, com el sulfats d’alumini o clorur fèrric, que neutralitzen les càrregues dels col·loides, i així faciliten la formació de petits flòculs o coàguls.

Després de la coagulació es procedeix a la floculació mitjançant l’addició d’un reactiu floculant, que habitualment són polímers de cadena llarga (polielectròlits). Els flòculs obtinguts tenen una mida i densitat que permeten la seva separació per flotació DAF. Perquè aquests processos es desenvolupin adequadament, és precís que es facin reaccionar en dipòsits que facilitin el contacte i el règim d’agitació adequats, o bé en un floculador que proporcioni el règim turbulent i temps de contacte necessaris perquè la seva eficiència sigui l’adequada.

Evaporació al buit

El procés d’evaporació és l’únic que permet separar l’oli de l’aigua sense la necessitat de pretractar l’efluent i sense requerir més processos posteriors, ja que l’aigua produïda pels evaporadors al buit és d’alta qualitat i pot ser reutilitzada directament.

Quant als residus, a diferència d’altres sistemes, com els de separació per membranes, no es genera cap altre efluente residual després del procés d’evaporació. S’obté un residu semisòlid que per la seva composició es pot revaloritzar en altres processos.

Una altra gran avantatge de l’evaporació al buit per tractar aigües residuals olioses és la seva elevada capacitat d’adaptació a les característiques canviants de l’efluent a tractar, la qual cosa fa que sigui una alternativa robusta i eficaç. A més, en operar en condicions de buit, el consum energètic és contingut, obtenint una elevada eficiència energètica.

Són equips compactes i, en general, no es requereix un espai físic important per a la seva instal·lació. La seva utilització és senzilla i pot ser automatitzada. Sens dubte, és la millor alternativa per al tractament dels efluents oliosos.

ENVIDEST MFE 2

Tractament biològic

L’eliminació d’olis i grasses mitjançant degradació biològica presenta una sèrie de dificultats que compliquen el procés, tant en condicions aeròbies com anaeròbies.

En primer lloc, l’oli i les grasses no disposen d’una composició que permeti la seva biodegradació si no es dosifiquen prèviament productes químics o es barregen amb altres residus, de manera que els microorganismes aconsegueixin tots els nutrients que necessiten per al seu creixement.

En segon lloc, el procés biològic no suporta bé fluctuacions en el cabal o en la càrrega d’entrada. A més, en un procés aerobi, la biodegradació d’olis i grasses comporta un gran consum d’oxigen, cosa que requereix un elevat aport d’energia i uns costos d’operació elevats. I finalment, per la seva complexitat, el funcionament d’aquest procés necessita d’operadors qualificats.

Separadors per coalescència

En el procés de coalescència, la separació d’una emulsió en dues fases immiscibles es duu a terme en tres etapes: recol·lecció, coalescència i separació per gravetat. La introducció del medi coalescent es realitza amb la finalitat de millorar els processos de recol·lecció i de coalescència.

La capil·laritat i les característiques humides del medi contribueixen en la coalescència gota a gota que té lloc un cop recollit l’arrossegament en un lloc de destinació.

La separació per gravetat que es duu a terme aigües avall del medi coalescedor depèn sobretot de la geometria del vas i del temps d’“arrencada” i de residència de la fase dispersa.

Un coalescedor de plaques s’usa a la secció líquida d’un separador o depurador per optimitzar el grau de separació líquid-líquid. El flux a través dels estrets espais entre les plaques és laminar, i les gotetes es separen perquè la distància que les fases disperses han de recórrer fins a la interfície es redueix molt.

Les plaques s’agrupen en un petit compartiment que encaixa en el trajecte principal. El principi operatiu dels separadors de plaques paral·leles es basa en la diferència de densitat entre les fases d’oli i aigua: les gotes d’oli en la fase aquàtica pugen fins a la interfície oli/aigua i les gotes d’aigua en la fase oleosa es queden.

Per a dispersiones de fins a 50-100 micres, es pot obtenir una separació eficient amb aquesta tècnica, i és el disseny d’equip adequat en contextos amb potencial per a sòlids o líquids alquitrànics. Separació d’oli/aigua i eliminació de boires de dièsel i querosè. El seu rendiment de reducció d’olis no és molt elevat, però, en determinats sectors tenen aplicació (benzineres, escorrenties, separacions prèvies…etc.).

Membranes vibratòries (VSEP)

La utilització de membranes filtrants permet la producció d’aigua de gran qualitat a partir de qualsevol emulsió d’oli en aigua.

No obstant això, la filtració mitjançant membranes té un punt feble que és la seva brutícia, que és difícilment reversible, i es deu a la formació d’una capa de brutícia que pot estar formada per una biopel·lícula, matèria orgànica, dipòsits inorgànics o de naturalesa col·loïdal, etc. Aquesta capa s’acumula sobre les membranes durant el procés de filtració i disminueix l’eficiència de tractament de les membranes.

Per subsanar aquest problema s’han desenvolupat les membranes vibratòries VSEP. Es tracta d’una tecnologia alternativa, que neteja les membranes mitjançant la producció d’ones de cisallament tangents a la superfície de la membrana. La vibració de la membrana i la producció de les ones de cisallament aconsegueixen que els sòlids dipositats sobre la superfície de la membrana es reintegrin en el líquid i siguin arrossegats per aquest, exposant de nou els porus de la membrana al líquid.

Una gran diferència respecte a les membranes estàtiques convencionals és que el disseny bàsic és vertical en comptes d’horitzontal, cosa que fa que l’espai necessari per unitat sigui menor que en altres sistemes de separació.

A més, per allargar la vida útil d’aquestes membranes, és convenient realitzar un pretractament de l’aigua d’aportació. Com en qualsevol procés de membranes, la seva cura, neteja i manteniment són factors molt importants per garantir un rendiment i longevitat òptims.

Aquesta tècnica, tot i que genera un cabal d’aigua de gran qualitat, també produeix un efluente concentrat que requereix la seva posterior gestió.

Membranes ceràmiques

És una tecnologia molt eficient per a l’eliminació d’olis i grasses, ja que aquestes membranes es caracteritzen per la seva elevada hidrofilicitat, atraient l’aigua i rebutjant l’oli. Aquest comportament permet obtenir un efluente filtrat d’alta qualitat.

És una tecnologia robusta i compacta que permet obtenir aigua apta per a la seva reutilització en determinades aplicacions. Addicionalment, aquesta aigua pot ser tractada amb òsmosi inversa en cas que es requereixi eliminar les sals dissoltes.

Els fluxos de permeat són significativament majors que els obtinguts amb membranes polimèriques, de naturalesa hidrofòbica. També destaca l’elevada resistència mecànica, tèrmica i química del material ceràmic, que permet operar en condicions extremes de pH i temperatura (per exemple, en el tractament de banys de desgreixat).

L’operativitat de les membranes ceràmiques es mesura per cicles, ja que les membranes s’embruten i, cada temps predeterminat, s’ha de realitzar un rentat químic, que sol utilitzar reactius molt agressius per restaurar les condicions d’operació del sistema. A més, en tractar-se d’un sistema de filtració tangencial, s’ha de treballar a cabals de recirculació molt elevats perquè no es produeixin embussos, cosa que comporta instal·lacions costoses i d’alt consum energètic.

L’electrocoagulació

Aquesta tecnologia funciona subministrant un corrent a una sèrie d’elèctrodes metàl·lics. Els ànodes s’oxiden, per la qual cosa els ions metàl·lics es alliberen a l’electròlit. Aquests ions neutralitzen la càrrega de la solució i la desestabilitzen.

En el cas d’aigües residuals olioses, els ions metàl·lics serviran per desestabilitzar l’emulsió d’oli i aigua, permetent que les gotes d’oli s’uneixin (coalescència) i pugin a la superfície. La separació també és ajudada pel càtode. Mentre l’ànode s’oxida, el càtode produeix bombolles que ajuden en la flotació d’aquestes partícules.

L’electrocoagulació facilita l’operació, ús i manteniment dels dipòsits de reacció, ja que no es requereixen productes químics per a la desestabilització. Com a benefici addicional, també produeix volums de fang molt més baixos que, sovint, es poden reutilitzar per a diverses aplicacions.

L’obstacle principal de la coagulació és la seva limitació pel que fa a la varietat d’aigües residuals olioses que pot tractar.

Conclusió

Les emulsions olioses han de ser tractades abans del seu abocament, donat el seu alt potencial contaminant, que afecta tant el medi ambient com els ecosistemes.

Hi ha diferents processos amb els quals es pot separar l’oli de l’aigua i fins i tot produir un efluente d’aigua d’alta qualitat òptim per a la seva reutilització. De totes les alternatives possibles, la que presenta més avantatges és l’evaporació al buit, per la seva senzillesa, flexibilitat, robustesa i eficàcia.

Bibliografia i consultes

https://concepto.de/emulsion-quimica/
https://www.tecnoaqua.es/media/uploads/noticias/documentos/articulo-tecnico-filtracion-ceramica-tratamiento-reutilizacion-aguas-aceitosas-origen-industrial-tecnoaqua.es_.pdf
COALESCEDORS / SEPARADORS LÍQUID-LÍQUID (awscorp.it)

    Interessat en aquesta solució?