Tratamiento de efluentes industriales

1. Generalidades.

Mientras que todos los vertidos urbanos presentan impurezas minerales y orgánicas cuya naturaleza y concentración son bastantes similares de una ciudad a otra, y por ello sus líneas de tratamiento son análogas, los vertidos industriales, debido a su gran diversidad, necesitan una investigación propia de cada tipo de industria y la aplicación de procesos de tratamientos específicos.

Pueden citarse algunos factores principales que la contaminación industrial tiene en común con la contaminación de origen urbano, pero las vías de depuración, normalmente, deben definirse industria por industria.

Al enumerar las principales industrias, se ve que según las contaminaciones que producen, justifican tratamientos biológicos (parecidos a los de las aguas urbanas) o tratamientos estrictamente químicos (como en las industrias de ácidos)

Las estaciones de tratamiento de aguas industriales se destinan a cumplir unas normas de vertido, que no se refieren únicamente a la de D.B.O., a la D.Q.O. y a los contenidos de materiales en suspensión, sino, también, a un cierto número de compuestos minerales y orgánicos. Por otra parte, estas normas se definen, en varios países, según las diversas ramas profesionales.

La definición de todo tratamiento deberá basarse en:

• el conocimiento de los diversos contaminantes;
• la caracterización de los efluentes;
• la organización de los desagües y la separación de los efluentes;

La elección entre los diversos métodos de depuración fisicoquímica y/o biológica.

Por lo tanto, el buen funcionamiento de la instalación dependerá de que se realice previamente un estudio minucioso, ya que cualquier elemento nocivo, que no se hubiera tenido en cuenta, podría perturbar seriamente la instalación.

2. Factores específicos de contaminación.

Las aportaciones significativas de contaminación que se enumeran seguidamente, se han clasificado en función de los métodos de tratamiento que le son aplicables.

• Elementos insolubles separables físicamente con o sin floculación: materias grasas, flotantes (grasas, hidrocarburos alifáticos, alquitranes, aceites orgánicos, etc.).
  Materias sólidas en suspención (arenas, óxidos, hidróxidos, pigmentos, azufre coloidal, látex, fibras, etc.).
• Elementos orgánicos separables por adsorción: colorantes, detergentes, compuestos macromoleculares diversos, compuestos fenolados.
• Elementos separables por precipitación: metales tóxicos o no, Fe, Cu, Zn, Ni, Be, Ti, Al, Pb, Hg, Cr, precipitables en una cierta zona de PH; sulfitos, fosfatos, sulfatos, fluoruros, por adición de Ca²⁺.
• Elementos que pueden precipitar en forma de sales insolubles de hierro o de complejos: sulfuros, fosfatos, cianuros, sulfocianuros.
• Elementos separables por desgasificación o stripping: H₂S, NH₄, alcoholes, fenoles y sulfuros.
• Elementos que necesitan una reacción de oxidación-reducción: cianuros, cromo hexavalente, sulfuros, cromo, nitrito.
• Ácidos y bases: ácido clorhídrico, nítrico, sulfúrico y fluorhídrico; bases diversas.
• Elementos que pueden concentrarse por intercambio iónico o por ósmosis inversa: radionucleidos tales como iodo, Mo, Cs; sales de ácidos y de bases fuertes; compuestos orgánicos ionizados (intercambio iónico) o no (osmosis inversa).
• Elementos que se adaptan a un tratamiento biológico: todos los elementos biodegradables por definición; por ejemplo, azúcares, proteínas, fenoles. Los tratamientos biológicos pueden aplicarse también, después de su aclimatación, a compuestos orgánicos tales como el formol, la anilina y ciertos detergentes.

Deben recordarse los puntos siguientes:

1. La relación entre la D.Q.O. y la D.B.O. en aguas industriales es muy diferente de la que se obtiene en aguas domésticas. Esta relación evoluciona en las diversas fases del tratamiento, pudiendo llegar la D.Q.O. final, en algunos casos, hasta más de 5 veces el valor de la D.B.O. correspondiente.
2. La presencia de tóxicos muy activos puede enmascarar la presencia de materias biodegradables y falsear la medida de la D.B.O..
3. Nociones de tratabilidad biológica de los efluentes.

3. Caracterización de los efluentes.

Para la buena definición de una estación de tratamiento de aguas residuales, es necesario disponer de los siguientes datos, cuidadosamente establecidos:

• Volúmenes diarios;
• Caudales horarios mínimo y máximo;
• Composición del agua de aportación a la fábrica;
• Fabricaciones continuas, discontinuas;
• Importancia y periodicidad de las puntas de contaminación;
• Posibilidad de separación de circuitos;
• Posibilidades de tratamientos o de recirculaciones locales o parciales;
• Contaminaciones secundarias, incluso débiles u ocasionales, que puedan afectar seriamente al funcionamiento de ciertos órganos de los equipos de tratamiento (colas, alquitranes, fibras, aceites, arenas, etc.).

Al realizar el proyecto de una fábrica, estos datos, recogidos después del análisis de las fabricaciones, deben compararse con informaciones procedentes de fábricas existentes.

Cuando se trata de acondicionar una fábrica ya existente, conviene realizar una comparación de las cantidades de contaminantes, detectados mediante un análisis continuo y sistemático de los efluentes, con los consumos de productos químicos de la fábrica.

4. Tratamientos separados.

A veces resulta conveniente aislar ciertos efluentes y someterlos a un tratamiento específico. Se impone esta forma de proceder siempre que el efluente que procede de una unidad de fabricación presenta una de las siguientes características:

• Concentraciones muy elevadas de D.Q.O. o de D.B.O. debido a la presencia de compuestos solubles;
• Concentraciones medias o elevadas de H₂S, de NH₄ o de elementos tóxicos.

En lugar de diluir estos efluentes, suele ser más económico utilizar uno de los siguientes procedimientos:

• Concentración con vistas a reutilizar el producto;
• Destrucción por pirólisis directa del líquido o del vapor procedente de su stripping;
• Extracción líquido-líquido.

Se citan tres ejemplos de reducción de la contaminación del efluente general de una fábrica:

• Regeneración de baños usados muy diversos (galvanoplastita, mecánica), por eliminación discontinua o continua de sus impurezas en disolución o en suspensión;
• Tratamiento químico de licores de sales o de ácidos cuya concentración es superior al umbral de solubilidad de la sal de calcio correspondiente, que puede entonces precipitar;
• Tratamiento de aceites solubles por vía química, térmica o por separación por membranas.

5. Tratamientos preliminares.

Las condiciones de tratamiento previo de los efluentes generales de fábricas son también más variadas que en el caso de aguas residuales urbanas.

Las operaciones de desbaste automático son deseables en la mayoría de las industrias e indispensables en algunas de ellas.

El desarenado sólo se realiza en algunos casos particulares; y el desaceitado se utiliza con bastante frecuencia: los hidrocarburos y aceites proceden a veces de fabricaciones, y sistemáticamente de los circuitos de engrase o de almacenamiento de carburante.

También se prevé frecuentemente la regulación del caudal hidráulico y de la carga contaminante, que puede llevarse a cabo:

• Mediante el empleo de depósitos derivados, en los que se almacena el agua de tormentas cuando la red es unitaria y cuando las lluvias, de volumen siempre menor que en áreas urbanas, arrastran y diluyen contaminantes. La finalidad de estos depósitos es, por lo tanto, la de evitar que la línea de tratamiento haya de dimensionarse en función de unas puntas excepcionales de caudal.
• Mediante el empleo de depósitos de homogeneización, en los que se almacena durante algunas horas, e incluso por espacio de varios días, la totalidad de los efluentes producidos por una unidad o por toda la fábrica. Es indispensable prever la agitación de estos depósitos. Su objetivo es el de reducir las puntadas de contaminación, con el fin de evitar sobrecargas de concentración perjudiciales para el funcionamiento regular de la línea de depuración. Con ello, se consigue, a demás, un cierto grado de previsión en la explotación.

Algunas veces se realizan operaciones previas de neutralización, de oxidación y de reducción, para tratar efluentes concentrados o tóxicos. En estas operaciones intervienen autómatas de regulación de PH o de potencial redox.

6. Tratamientos fisicoquímicos.

La depuración fisicoquímica puede constituir, según el caso, una etapa intermedia o la etapa final del tratamiento total. Tiene una o varias finalidades:

• Precipitación de metales o de sales tóxicas;
• Eliminación de aceites en emulsión y de materias diversas en suspensión;
• Clarificación con reducción simultánea de D.B.O. coloidal y de la D.Q.O. correspondiente.

Este tratamiento implica la necesidad de mantener una zona de PH bastante reducida, y, según la naturaleza del proceso (precipitación, cristalización, adsorción o floculación), puede realizarse en reactores-decantadores o clarificadores muy diferentes:

1. Flotadores tales como el Flotazur o el Sediflotazur, en eliminación de aceites o fibras;
2. Reactores, como el Turbactor, y reactores-decantadores, como el Circulator, el Densator o el Turbocirculator, para la precipitación de sales o hidróxidos;
3. Clarificadores-reactores de circulación de fangos, como el Turbocirculator, el decantador R.P.S., el Accelator, en situaciones mixtas;
4. Clarificadores de lechos de fangos, como el Pulsator y el superpulsator, cuando es preciso separar un flóculo tenue o cuando se desea desarrollar las propiedades adsorbentes del lecho de fangos.

La elección entre estos aparatos depende no sólo del proceso dominante que haya de efectuarse, sino también de otros parámetros propios de la industria considerada.

Según las circunstancias, esta depuración fisicoquímica puede ir precedida o seguida de uno de los procesos siguientes:

• Neutralización;
• Oxidación o reducción;
• Desgasificación o stripping.

Sólo se requiere una filtración en caso de normas de vertido muy estrictas relativas a la materia en suspención y a los metales totales.

7. Tratamientos biológicos.

La posibilidad de recurrir a tratamientos biológicos, es decir, a una depuración de tipo biológica depende de la biodegradabilidad de los efluentes, y deben tenerse en cuenta, en su concepción, ciertas peculiaridades de las aguas industriales:

Las aguas que se han sometido, generalmente con varios propósitos, a un tratamiento fisicoquímico previo, se encuentran poco cargadas de materias en suspención;

Su composición en nutrientes casi nunca es equilibrada, con lo que debe practicarse una corrección referente al fósforo y/o al nitrógeno;

Una deficiencia inicial de microorganismos debe compensarse mediante una siembra adecuada y la aclimatación de organismos específicos;

La presencia de compuestos biodegradables puede hacer necesario el mantenimiento de una relativa constancia de su concentración y el desarrollo de una flora específica;

Las concentraciones demasiado elevadas de sales minerales y, sobre todo, sus variaciones rápidas, pueden perturbar el desarrollo de la depuración;

La nitrificación-desnitrificación puede verse afectada por unas concentraciones demasiado elevadas de D.Q.O. y de amoníaco y dentro de ciertas zonas de PH;

Debe prestarse una atención especial al mantenimiento de zonas de temperaturas bastante constante, ya que la temperatura de ciertos efluentes favorece el desarrollo de bacterias termófilas.

Composición de la línea de tratamiento:

Fangos activados de alta carga, a media carga o, en el caso general, en aeración prolongada;

Lechos bacterianos de materiales plásticos ordenados, en pretratamiento o en tratamiento de afino;

Lechos bacterianos tradicionales;

Filtros de biolite, en tratamiento principal o en tratamiento de afino;

Lagunas aireadas o mixtas, en tratamiento de afino.

8. Eliminación de la D.Q.O. no biodegradable.

La depuración biológica constituye la vía más racional para la reducción de la D.B.O. y de su correspondiente D.Q.O.. Sin embargo, la aplicación de reglamentaciones cada vez más rigurosas puede hacer que sea necesaria la eliminación complementaria de la D.Q.O. no biodegradable, de color y de ciertos compuestos específicos.

Esta D.Q.O. se debe a compuestos orgánicos, en general disueltos y de naturaleza muy diversa: disolventes, hidrocarburos aromáticos, derivados nitrados y sulfonados, etc...

Los procedimientos usuales para la eliminación de esta D.Q.O. son los siguientes:

Primero: adsorción a través de carbón activo con regeneración térmica o química o a través de adsorbentes diversos.

Segundo: ultrafiltración y ósmosis inversa.

Tercero: intercambio iónico.

Cuarto: oxidaciones diversas (aire, oxígeno, ozono, cloro).

9. Fangos industriales.

Naturalmente, el carácter específico de las aguas residuales industriales se observa también en los fangos producidos, que a veces son de predominio y otras -y este es el caso más frecuente- de predominio mineral.

En general, los fangos de depuraciones fisicoquímicas son más abundantes que los que proceden de las depuraciones biológicas. Se observa, por último, que los fangos procedentes de la clarificación de aguas de aportación industriales son a veces preponderantes. Todas la técnicas de tratamiento que se han definido para los fangos urbanos son igualmente aplicables en este caso. Se citan simplemente algunas particularidades relativas al espesamiento y a la deshidratación mecánica.

A. Espesamiento de fangos:

El espesamiento se lleva a cabo, sobre todo por decantación, aplicándose cargas superficiales muy variables, de 10 a 800 Kg. MS/(m2.d), según la composición de los fangos. La presencia de hidrocarburos en cantidad apreciable puede dar lugar a una segunda fase líquida en el espesador y dificultar se funcionamiento.

B. Deshidratación de fangos:

El volumen de los fangos orgánicos producidos no justifica, en general, el empleo del acondicionamiento térmico. Por el contrario, es frecuente la realización de un acondicionamiento químico, utilizándose polielectrolitos sintéticos y/o reactivos minerales, y, en menor escala, cargas de materias inertes.

Los condicionamientos de filtrabilidad o de sedimentabilidad por escurrido centrífugo de los fangos difieren no sólo según su composición química, sino también según su modo de formación. Se producen variaciones de filtrabilidad en las relaciones de 1 a 10, según los productos, y de 1 a 3 para un mismo producto.

Cuando no se conocen exactamente las características de los fangos, es indispensable realizar ensayos previos.

Para mejorar la filtrabilidad de un fango, puede recurrirse, a veces a ciertos subproductos de la fábrica.

C. Destino final de los fangos:

Según la naturaleza de los fangos, la formas de evacuación de los mismos son muy diferentes:

Los fangos minerales relativamente estables y no tóxicos, pueden esparcirse como abono, descargarse en escombreras al aire libre o utilizarse como material inerte.

Los fangos minerales inestables o tóxicos deben almacenarse en vertederos controlados, estabilizarse o incluso; en algunos casos, tratarse por incineración; los fangos tóxicos, y en especial los que contengan metales pesados, sólo podrán almacenarse en vertederos estancos, aislados de toda capa freática.

Los fangos orgánicos, fermentables en general, deben estabilizase antes de su esparcimiento descarga en vertedero, o eliminarse por incineración.

Cuando los fangos ricos en aceites no son recuperables, deben incinerarse. Cuando son muy autocombustibles, pueden contribuir a la eliminación, por incineración, de otros fangos más pobres.

Evidentemente, la solución ideal es reintroducir los fangos a la fabricación, pero, en la práctica, esta posibilidad se presenta raras veces. Se intenta sobre todo valorar los fangos, pero su comercialización esta estrechamente ligada al costo de su trasporte.