Secciones
- Presencia de contaminantes en las aguas residuales
- Procesos de separación de las aguas residuales
- Concentración de contaminantes separados
- Resumen
Presencia de contaminantes en las aguas residuales
El agua natural más pura se encuentra en la atmósfera en forma de vapor. Durante su precipitación en la tierra como lluvia, arrastra consigo impurezas que se encuentran suspendidas en el aire (polvo, polen…etc.). Una buena parte de esta agua acaba en el mar lo que colabora en mantener el equilibrio salino y la purificación de este medio, mientras que el resto lo hace en la superficie sólida del planeta nutriendo ríos, pantanos y lagos, así como los acuíferos subterráneos. Adicionalmente, tenemos el agua que precipita en forma sólida en las épocas invernales y/o en los puntos elevados de las montañas.
El agua pura tiende a combinarse buscando su estabilidad, lo que hace de ella un buen disolvente. Así, las sales minerales solubles que encuentra a su paso se integran en su seno mediante un proceso conocido como disolución, lo que contribuye de forma importante al fenómeno de la erosión y transformación de los terrenos.
Estas sales disueltas colaboran a la potabilidad y conductividad del agua, pero cuando se superan determinados límites de salinidad pasan a ser un contaminante que se necesita gestionar.
La eliminación de estas sales también se lleva a cabo cuando se requiere agua de proceso con baja o ninguna salinidad (aguas desmineralizadas), o cuando se necesita separar de forma selectiva algunos contaminantes específicos, como en el caso de los ablandamientos, eliminación de nitratos, o separaciones selectivas de determinados cationes y aniones.
Además de compuestos inorgánicos, el agua también puede contener contaminación orgánica de origen vegetal y animal, y otros contaminantes como compuestos orgánicos, bacterias, virus, etc. No obstante, una gran parte de la contaminación de las aguas procede de la actividad humana, tanto doméstica como industrial.
Las tecnologías de depuración de aguas permiten separar distintos tipos de partículas en función de su tamaño y naturaleza. De esta forma, el agua es regenerada para su reutilización o vertido.
Estas tecnologías se pueden agrupar en función de la magnitud en la que se basan para llevar a cabo la separación.
Procesos de separación de las aguas residuales
Separación de contaminantes por masa
Para la separación de sólidos de tamaño grande o mediano (hasta aprox. 1 mm), se utilizan sistemas puramente físicos. Como son las rejas, los tamices y las cribas, que no son más que procesos filtrantes abiertos con luz de paso adecuada al tamaño de los sólidos. La extracción de los sólidos separados es mecánica, y se suele hacer mediante rastrillos manuales o con peines automáticos.
Otros métodos de separación física son la decantación y la flotación, que permiten la eliminación de los materiales en suspensión. La flotación combina la sedimentación con la flotación de los materiales menos densos, con o sin ayuda de aire insuflado.
La decantación y la centrifugación son procesos de separación que aprovechan la diferencia de masa y densidad de las partículas con relación al solvente para conseguir la separación. Cuanto más pesen las partículas, más fácil es su separación.
Con frecuencia se utilizan reactivos químicos (coagulante y floculantes) con los que se alcanzan rendimientos más de separación más elevados. Esta combinación de procesos químicos y físicos se conoce como proceso fisicoquímico.
Existen alternativas a la centrifugación para el tratamiento de efluentes con altas cargas de lodos, como son la separación mediante filtros prensa o con filtros banda, que emplean telas filtrantes para separar los sólidos.
Separación de contaminantes por tamaño
Los siguientes procesos se emplean para la separación contaminantes de mayor tamaño:
- Sistemas de filtración simple en lechos de arena.
- Sistemas duales arena / antracita.
- Sistemas de diatomeas o mixtos.
Son tecnologías físicas de separación que utilizan la percolación para retener los contaminantes sólidos en el lecho filtrante. Estos sistemas de filtración pueden llegar a niveles fiables de 50 – 100 μm. de separación.
Para filtrar partículas de tamaños inferiores se utilizan tecnologías de separación con membranas de microfiltración, ultrafiltración y nano filtración. Cuando filtramos a estos niveles se habla de unidades de medida como la fracción de micra y el Dalton.
Separación de contaminantes por difusión
Cuando es preciso reducir la carga salina del agua residual, se puede optar por tratamientos más sofisticados como la difusión a través de membranas semipermeables, como es el caso de la osmosis inversa, la diálisis o la electrodiálisis. Estas tecnologías reducen la salinidad total (TDS) por encima del 99%. La unidad de medida a nivel dimensional es el Amstrong, pero en la práctica, se mide la conductividad (μS/cm) del agua tratada a la que se denomina permeado.
Las tecnologías de filtración (microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración) aprovechan la diferencia de tamaño de las partículas que se desean separar en relación con el tamaño de poro de la membrana. No es el caso de la ósmosis inversa.
La ósmosis inversa aprovecha la difusión o permeabilidad que tienen las sustancias contaminantes para atravesar una membrana. Mientras que el solvente permea la membrana con relativa facilidad, las partículas en suspensión y disueltas no pueden hacerlo, o les cuesta mucho.
Este mismo principio se aplica también para los procesos de diálisis y electrodiálisis, aunque en ésta última, la aplicación de un potencial eléctrico actúa como fuerza impulsora que permite la separación.
Separación de sales por carga iónica
Las resinas de intercambio iónico son otra tecnología eficiente y de gran popularidad para la separación de sales, ya que logran obtener aguas desmineralizadas de alta calidad (conductividad ≤ 0,1 μS/cm).
Para obtener agua ultrapura se emplean los denominados lechos mixtos (LM) de resina catiónica y aniónica, o bien los sistemas mixtos de membranas y resinas denominados Electrodesionización (EDI).
En el caso del intercambio iónico, la carga iónica permite establecer diferencias entre unos iones y otros. Por ejemplo, una resina catiónica intercambiará los iones con carga positiva (cationes) sin interaccionar nada con los iones con carga negativa (aniones).
Separación por presión de vapor
La destilación separa y condensa cada compuesto mediante la ebullición del agua residual. Los diferentes contaminantes se separan en distintos puntos de evaporación, condensación y presión de vapor.
Este proceso se basa en la diferente presión de vapor de las sustancias puras que componen la mezcla a tratar. Cuanto mayor sea la diferencia entre las presiones de vapor de los diferentes componentes de la mezcla, con mayor facilidad se separarán las sustancias mediante destilación.
Separación por solubilidad
La diferente solubilidad de un soluto en un fluido o en otro, permite que se pueda llevar a cabo una separación efectiva mediante absorción o mediante extracción.
Separación por área superficial
El carbón activo proporciona elevadas superficies con alta tensión superficial debido a su porosidad morfológica y a los micro diferenciales de carga. Estas características favorecen la adhesión de pequeñas partículas.
Separación de contaminantes por evaporación a vacío y cristalización
Los evaporadores al vacío alcanzan la ebullición de las aguas residuales a temperaturas bajas al operarse en vacío. Esto permite un importante ahorro energético, a la vez que los contaminantes se separan y deshidratan hasta llegar a cristalizarlos en los denominados cristalizadores al vacío. Este proceso es el que obtiene un agua condensada de mayor calidad.
Los evaporadores al vacío destacan en el tratamiento de vertidos complejos, ya que permiten alcanzar altas concentraciones en los materiales separados, que en ocasiones son recuperables.
La siguiente tabla presenta los diferentes métodos y tecnologías de separación de contaminantes presentes en aguas residuales:
Concentración de contaminantes separados
Los residuos separados mediante las tecnologías analizadas en este artículo tienen concentraciones que varían en el 1 – 4 %, a excepción de los que se separan en rejas y tamices que tienen concentraciones mayores.
La mayor parte de estos contaminantes deben ser enviados a gestores autorizados, por lo que es importante minimizar su volumen para reducir los costes de gestión y transporte. Además, y salvo excepciones, los vertederos no aceptan residuos con concentraciones menores del 30% en MS, por lo que éstos deben ser sometidos a procesos de concentración mediante distintos sistemas de deshidratación.
Los procesos más habituales para reducir su volumen son los sistemas de filtrado mecánico como los filtros prensa y los filtros banda que utilizan telas filtrantes para concentrar los residuos, o bien los decanters centrífugos que los concentran por fuerza centrífuga. Estos residuos se suelen someter a procesos de coagulación y floculación a fin de mejorar el rendimiento del secado mecánico.
Como se ha indicado en el apartado anterior, existen otros sistemas de separación y concentración de contaminantes como son la evaporación y la cristalización al vacío. Estas tecnologías son las más eficientes a la hora de minimizar los residuos que se han de enviar a gestor, a la vez que permiten obtener condensados de alta calidad que, en muchos casos, pueden ser reutilizados como subproductos, lo que contribuye a reducir los costes de explotación de las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Las tecnologías de evaporación y cristalización son especialmente eficientes cuando se dispone de fuentes de energía económicas. Por ejemplo, cuando hay disponibilidad de energía sobrante como vapor o agua caliente, o cuando se dispone de fuentes de energías renovables.
La humedad de los residuos resultantes se puede reducir hasta su práctica sequedad, lo que redunda en un menor coste de transporte y evacuación o manipulación.
La utilización de los cristalizadores se suele limitar a la recuperación de productos valiosos, o bien a la concentración máxima de contaminantes peligrosos.
Resumen
Las aguas residuales contienen sustancias contaminantes que se encuentran en el medio natural, o bien que son aportadas por las actividades humanas. Estos contaminantes deben ser separados para utilizar estar aguas en procesos específicos, o bien para retornarlas al medio ambiente, para lo que se utilizan distintas técnicas de tratamiento en función del tipo de sustancias y el destino del agua tratada.
Los procesos más utilizados van desde un simple tamizado hasta sistemas de obtención de aguas ultrapuras por intercambio iónico y membranas semipermeables.
Los contaminantes separados lo hacen en forma de residuos sólidos o fangos, y, en la mayor parte de los casos requieren de su acondicionamiento y deshidratación para ser llevados a gestor.
En los casos de residuos aprovechables se utilizan sistemas de evaporación a vacío y/o cristalizadores, a fin de minimizar su volumen y coste, a la vez que se recupera un condensado de alta calidad.
