Secciones
- Emulsiones: aguas residuales con aceites
- ¿Cómo se forman las emulsiones aceitosas?
- Aguas residuales con presencia de aceites emulsionados
- Problemas de aguas residuales aceitosas
- Tecnologías para el tratamiento de aguas residuales con aceites
- Conclusions
Emulsiones: aguas residuales con aceites
Una emulsión es una mezcla de líquidos inmiscibles. Es una suspensión de pequeñas gotas de un líquido dispersas en otro líquido. Las emulsiones se diferencian de otros coloides porque se componen siempre de fases líquidas.
Las emulsiones se clasifican de acuerdo con el tamaño de las gotas dispersas de la siguiente forma:
| Emulsión | Tamaño de gota |
|---|---|
| Macro emulsión | 0,2 – 50 mm |
| Micro emulsión | 0,01 – 0,2 mm |
Hay tres requisitos imprescindibles para formar una emulsión:
- Dos líquidos inmiscibles
- Suficiente agitación para dispersar el líquido en pequeñas gotas.
- Un emulsificante para estabilizar la dispersión.
Existen compuestos, como los tensoactivos, que son emulsionantes (o emulgentes), es decir, mantienen mezcladas dos sustancias que son inmiscibles.
¿Cómo se forman las emulsiones aceitosas?
En el caso del agua y el aceite, las emulsiones son causadas por agitación en la mezcla debido a que el aceite se rompe en el líquido y se dispersa en forma de pequeñas gotas.
La tensión interfacial favorece el fenómeno de coalescencia en las gotas dispersas, de forma que se reduce su área total.
De acuerdo con su combinación, las emulsiones se clasifican en:
- Emulsiones directas. Emulsiones que combinan una fase dispersa lipofílica (atraída por las grasas) y una fase continua hidrofílica (atraída por el agua).
- Emulsiones inversas. Emulsiones que combinan una fase dispersa hidrofílica y una fase continua lipofílica, o sea, al revés de las directas.
- Emulsiones múltiples. Emulsiones que presentan como fase dispersa una emulsión inversa y como fase continua un líquido acuoso.
Las dos fases que componen una emulsión son siempre distintas y se clasifican en:
- Fase continua. La fase que es predominante a la otra, o sea, aquella dentro de la cual se dispersa uno de los líquidos que componen la emulsión. También se le denomina “fase dispersante”. En el caso de las emulsiones aceitosas, la fase continua es el agua.
- Fase dispersa. La fase que es minoritaria frente a la otra, o sea, que se dispersa dentro de la fase dispersante. En este caso el aceite.
Aguas residuales con presencia de aceites emulsionados
En aplicaciones industriales, se generan emulsiones aceitosas en situaciones como:
- Aguas contaminadas con hidrocarburos.
- Agua inyectada en pozos de perforación para desplazar el aceite.
- Lubricante en procesos de mecanizado para reducir el desgaste de las piezas metálicas.
- Aguas de enjuague en procesos galvánicos y de tratamiento de superficies.
Hay una amplia variedad de actividades y procesos industriales que producen aguas residuales oleosas.
- Explotaciones petrolíferas
- Refinerías
- Actividades de minería
- Efluentes de sentina y agua de lastre de embarcaciones
- Estaciones de mantenimiento de aeronaves y de vehículos
- Fugas de procesos con aceites
- Escorrentía de aguas pluviales
- Talleres mecánicos
- Procesados de carne y explotaciones avícolas
- Procesado de pescado
- Procesado de lácteos
- Producción de pintura
- Producción de jabón y detergentes
- Industrias textiles
- Industrias químicas
Problemas de aguas residuales aceitosas
Los efluentes aceitosos pueden tener un impacto significativo en el medio ambiente, por lo que es crucial gestionarlos adecuadamente para proteger tanto nuestra salud, como la de los ecosistemas acuáticos.
Estos son algunos peligros de una incorrecta gestión de las aguas residuales aceitosas:
Contaminación del agua
Cuando los aceites y grasas se descargan en puntos como ríos, lagos o mares, contaminan el agua. Esto puede dañar la vida acuática y afectar a las especies que dependen de estos ecosistemas.
Alteración del equilibrio ecológico
Los efluentes aceitosos alteran el equilibrio natural de los ecosistemas acuáticos. Esto afecta a los organismos que viven en el agua, como peces, aves y plantas acuáticas.
Además, la acumulación de aceites en la superficie del agua puede dificultar la oxigenación y la entrada de luz solar, afectando a la fotosíntesis y la cadena alimentaria.
Enfermedades y toxicidad
Los aceites y grasas pueden contener sustancias tóxicas, como metales pesados o productos químicos. Estos contaminantes pueden ser absorbidos por los organismos acuáticos y, en última instancia, afectar a los seres humanos que los consumen.
Además, la toxicidad favorece que los organismos enfermen.
Impacto en la biodiversidad
La contaminación por aceites puede reducir la biodiversidad en los ecosistemas acuáticos. Algunas especies pueden no sobrevivir o abandonar el área debido a la presencia de aceites. Esto afecta la diversidad y la estabilidad del ecosistema.
Acidificación y cambio climático
Los efluentes aceitosos a menudo contienen gases de efecto invernadero, lo que contribuye al cambio climático. Además, pueden aumentar la acidificación de los océanos, afectando a los corales y otros organismos marinos.
Tecnologías para el tratamiento de aguas residuales con aceites
Con este tipo de efluentes, tanto si se desea verterlos a la red pública de alcantarillado como si se tiene la intención de reutilizar el agua, será necesario un sistema eficiente de tratamiento de emulsiones aceitosas.
Estas plantas de tratamiento de aguas residuales aceitosas suelen combinar distintas tecnologías, cuyo diseño y selección dependerá de diversos factores como la composición del agua residual, o los objetivos del cliente.
Las tecnologías más eficientes para la separación del agua del aceite son las siguientes:
Flotación por aire disuelto (DAF)
Esta técnica permite separar los aceites emulsionados en el agua. Para ello, se recoge parte del efluente tratado y se presuriza en un depósito con aire, para luego liberarlo con un sistema de manifold, generando microburbujas de tamaños del orden de 50 μm. Estas burbujas se adhieren a las partículas en suspensión y les hacen perder peso aparente haciéndolas flotar, valiéndose también para ello del fenómeno de coalescencia.
Antes de tratar el vertido mediante flotación, deben desestabilizarse los coloides que constituyen la emulsión. Para ello, se aportan reactivos coagulantes, como el sulfato de aluminio o cloruro férrico, que neutralizan las cargas de los coloides, y así facilitan la formación pequeños flóculos o coágulos.
Tras la coagulación se procede a la floculación mediante la adición de un reactivo floculante, que habitualmente son polímetros de cadena larga (polielectrolitos). Los flóculos obtenidos tienen un tamaño y densidad que permiten su separación por flotación DAF. Para que estos procesos se desarrollen de forma adecuada, es preciso que se hagan reaccionar en depósitos que faciliten el contacto y el régimen de agitación adecuados, o bien en un floculador que proporcione el régimen turbulento y tiempo de contacto necesarios para que su eficiencia sea la adecuada.
Evaporación al vacío
El proceso de evaporación es el único que permite separar el aceite del agua sin la necesidad de pretratar el efluente y sin requerir más procesos posteriores, puesto que el agua producida por los evaporadores al vacío es de elevada calidad y puede ser reutilizada directamente.
En cuanto a los residuos, a diferencia de otros sistemas, como los de separación por membranas, no se genera ningún otro efluente residual tras el proceso de evaporación. Se obtiene un residuo semisólido que por su composición se puede revalorizar en otros procesos.
Otra gran ventaja de la evaporación al vacío para tratar aguas residuales aceitosas es su elevada capacidad de adaptación a las características cambiantes del efluente a tratar, lo cual hace que se trate de una alternativa robusta y eficaz. Además, al operar en condiciones de vacío, el consumo energético es contenido, obteniéndose una elevada eficiencia energética.
Son equipos compactos y, por lo general, no se requiere de un importante espacio físico para su instalación. Su utilización es sencilla y puede ser automatizada. Sin duda, es la mejor alternativa para el tratamiento de los efluentes aceitosos.
Tratamiento biológico
La eliminación de aceites y grasas mediante degradación biológica presenta una serie de dificultades que complican el proceso, tanto en condiciones aerobias como en anaerobias.
En primer lugar, el aceite y las grasas no disponen de una composición que permita su biodegradación si no se dosifican previamente productos químicos o se mezclan con otros residuos, de manera que los microorganismos consigan todos los nutrientes que necesitan para su crecimiento.
En segundo lugar, el proceso biológico no soporta bien fluctuaciones en el caudal o en la carga de entrada. Además, en un proceso aerobio, la biodegradación de aceites y grasas conlleva un gran consumo de oxígeno, lo cual requiere un elevado aporte de energía y unos costes de operación elevados. Y finalmente, por su complejidad, el funcionamiento de este proceso necesita de operadores cualificados.
Separadores por coalescencia
En el proceso de coalescencia, la separación de una emulsión en dos fases inmiscibles se lleva a cabo tres etapas: recolección, coalescencia y separación por gravedad. La introducción del medio coalescente se lleva a cabo con la finalidad de mejorar los procesos de recolección y de coalescencia.
La capilaridad y las características húmedas del medio contribuyen en la coalescencia gota a gota que tiene lugar una vez recogido el arrastre en un lugar de destino.
La separación por gravedad que se lleva a cabo aguas abajo del medio coalescedor depende sobre todo de la geometría del vaso y del tiempo de “arranque” y de residencia de la fase dispersa.
Un coalescedor de placas se usa en la sección líquida de un separador o depurador para optimizar el grado de separación líquido-líquido. El flujo a través de los estrechos espacios entre las placas es laminar, y las gotitas se separan debido a que la distancia que las fases dispersas tienen que recorrer hasta la interfaz se reduce mucho.
Las placas se agrupan en un pequeño compartimento que encaja en el trayecto principal. El principio operativo de los separadores de placas paralelas se basa en la diferencia de densidad entre las fases de aceite y agua: las gotas de aceite en la fase acuática suben hasta la interfaz aceite/agua y las gotas de agua en la fase oleosa se quedan.
Para dispersiones de hasta 50-100 micras, se puede obtener una separación eficiente con esta técnica, y es el diseño de equipo adecuado en contextos con potencial para sólidos o líquidos alquitranados. Separación de aceite/agua y eliminación de nieblas de diésel y keroseno. Su rendimiento de reducción de aceites no es muy elevado, pero, en determinados sectores tienen aplicación (gasolineras, escorrentías, separaciones previas…etc.).
Membranas vibratorias (VSEP)
La utilización de membranas filtrantes permite la producción de agua de gran calidad a partir de cualquier emulsión de aceite en agua.
No obstante, la filtración mediante membranas tiene un punto débil que es su ensuciamiento, que es difícilmente reversible, y se debe a la formación de una capa de suciedad que puede estar formada por una biopelícula, materia orgánica, depósitos inorgánicos o de naturaleza coloidal, etc. Esta capa se acumula sobre las membranas durante el proceso de filtración y disminuye la eficiencia de tratamiento de las membranas.
Para subsanar este problema se han desarrollado las membranas vibratorias VSEP. Se trata de una tecnología alternativa, que limpia las membranas mediante la producción de ondas de cizallamiento tangentes a la superficie de la membrana. La vibración de la membrana y la producción de las ondas de cizallamiento consiguen que los sólidos depositados sobre la superficie de la membrana se reintegren en el líquido y sean arrastrados por éste, exponiendo de nuevo los poros de la membrana al líquido.
Una gran diferencia con relación a las membranas estáticas convencionales es que el diseño básico es vertical en vez de horizontal, lo cual hace que el espacio necesario por unidad sea menor que en otros sistemas de separación.
Además, para alargar la vida útil de estas membranas, es conveniente realizar un pretratamiento del agua de aporte. Como en cualquier proceso de membranas, su cuidado, limpieza y mantenimiento son factores muy importantes para garantizar un rendimiento y longevidad óptimas.
Esta técnica, aunque genera un caudal de agua de gran calidad, también produce un efluente concentrado que requiere de su posterior gestión.
Membranas cerámicas
Es una tecnología muy eficiente para la eliminación de aceites y grasas, ya que estas membranas se caracterizan por su elevada hidrofilicidad, atrayendo el agua y rechazando el aceite. Este comportamiento permite obtener un efluente filtrado de alta calidad.
Es una tecnología robusta y compacta que permite obtener agua apta para su reutilización en determinadas aplicaciones. Adicionalmente, esta agua puede ser tratada con ósmosis inversa en el caso de que se requiera eliminar las sales disueltas.
Los flujos de permeado son significativamente mayores que los obtenidos con membranas poliméricas, de naturaleza hidrófoba. También destaca la elevada resistencia mecánica, térmica y química del material cerámico, que permite operar en condiciones extremas de pH y temperatura (por ejemplo, en el tratamiento de baños de desengrase).
La operatividad de las membranas cerámicas se mide por ciclos, dado que las membranas se van ensuciando y, cada tiempo predeterminado, se debe realizar un lavado químico, que suele utilizar reactivos muy agresivos para restaurar las condiciones de operación del sistema. Además, al tratarse de un sistema de filtración tangencial, se debe trabajar a caudales de recirculación muy elevados para que no se produzcan atascos, lo que conlleva instalaciones costosas y de alto consumo energético.
La electrocoagulación
Esta tecnología funciona suministrando una corriente a una serie de electrodos metálicos. Los ánodos se oxidan, por lo que los iones metálicos se liberan en el electrolito. Estos iones neutralizan la carga de la solución y la desestabilizan.
En el caso de aguas residuales aceitosas, los iones metálicos servirán para desestabilizar la emulsión de aceite y agua, permitiendo que las gotas de aceite se unan (coalescencia) y suban a la superficie. La separación también es ayudada por el cátodo. Mientras el ánodo se oxida, el cátodo produce burbujas que ayudan en la flotación de estas partículas.
La electrocoagulación facilita la operación, uso y mantenimiento de los tanques de reacción, ya que no se requieren productos químicos para la desestabilización. Como beneficio adicional, también produce volúmenes de lodo mucho más bajos que, a menudo, se pueden reutilizar para diversas aplicaciones.
El principal obstáculo de la coagulación es su limitación en cuanto a la variedad de aguas residuales aceitosas que puede tratar.
Conclusión
Las emulsiones aceitosas deben ser tratadas con anterioridad a su vertido, dado su alto potencial contaminante, que afecta tanto al medio ambiente como a los ecosistemas.
Existen diferentes procesos con los que se puede separar el aceite del agua e incluso producir un efluente de agua de elevada calidad óptimo para su reutilización. De entre todas las alternativas posibles, la que presenta mayores ventajas es la evaporación al vacío, por su sencillez, flexibilidad, robustez y eficacia.
Bibliografía y consultas
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
COALESCEDORES / SEPARADORES LÍQUIDO-LÍQUIDO (awscorp.it)
