Tratamiento de aguas residuales industriales
Procesos utilizados para el tratamiento de aguas residuales que las industrias producen como subproducto indeseable.

Las aguas residuales de un proceso industrial pueden convertirse en una planta de tratamiento en sólidos y agua tratada para su reutilización.
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El tratamiento de aguas residuales industriales describe los procesos utilizados para tratar las aguas residuales que las industrias producen como un subproducto indeseable. Después del tratamiento, las aguas residuales industriales tratadas (o efluentes) pueden reutilizarse o liberarse a un alcantarillado sanitario o a un agua superficial en el medio ambiente. Algunas instalaciones industriales generan aguas residuales que pueden tratarse en plantas de tratamiento de aguas residuales . La mayoría de los procesos industriales, como las refinerías de petróleo , las plantas químicas y petroquímicas, tienen sus propias instalaciones especializadas para tratar sus aguas residuales de modo que las concentraciones de contaminantes en las aguas residuales tratadas cumplan con las regulaciones sobre la eliminación de aguas residuales en alcantarillas o en ríos, lagos u océanos . [1] : 1412  Esto se aplica a las industrias que generan aguas residuales con altas concentraciones de materia orgánica (por ejemplo, aceite y grasa), contaminantes tóxicos (por ejemplo, metales pesados, compuestos orgánicos volátiles ) o nutrientes como el amoníaco . [2] : 180  Algunas industrias instalan un sistema de pretratamiento para eliminar algunos contaminantes (por ejemplo, compuestos tóxicos) y luego descargan las aguas residuales parcialmente tratadas al sistema de alcantarillado municipal. [3] : 60 

La mayoría de las industrias producen alguna cantidad de aguas residuales . Las tendencias recientes han sido minimizar dicha producción o reciclar las aguas residuales tratadas dentro del proceso de producción. Algunas industrias han tenido éxito en el rediseño de sus procesos de fabricación para reducir o eliminar los contaminantes. [4] Las fuentes de aguas residuales industriales incluyen la fabricación de baterías, la fabricación de productos químicos, las plantas de energía eléctrica, la industria alimentaria , la industria del hierro y el acero, el trabajo de metales, las minas y canteras, la industria nuclear, la extracción de petróleo y gas , el refinado de petróleo y productos petroquímicos , la fabricación farmacéutica, la industria de pulpa y papel , las fundiciones, las fábricas textiles , la contaminación industrial por aceite , el tratamiento del agua y la conservación de la madera . Los procesos de tratamiento incluyen el tratamiento de salmuera, la eliminación de sólidos (por ejemplo, precipitación química, filtración), la eliminación de aceites y grasas, la eliminación de compuestos orgánicos biodegradables, la eliminación de otros compuestos orgánicos, la eliminación de ácidos y álcalis y la eliminación de materiales tóxicos.

Tipos

Las instalaciones industriales pueden generar los siguientes flujos de aguas residuales industriales: [ cita requerida ]

Contaminantes

Las aguas residuales industriales podrían agregar los siguientes contaminantes a los cuerpos de agua receptores si no se tratan y gestionan adecuadamente:

Sectores industriales

Los contaminantes específicos generados y las concentraciones de efluentes resultantes pueden variar ampliamente entre los sectores industriales. [ cita requerida ]

Fabricación de baterías

Los fabricantes de baterías se especializan en la fabricación de pequeños dispositivos para equipos electrónicos y portátiles (por ejemplo, herramientas eléctricas) o unidades más grandes y de alta potencia para automóviles, camiones y otros vehículos motorizados. Los contaminantes generados en las plantas de fabricación incluyen cadmio, cromo, cobalto, cobre, cianuro, hierro, plomo, manganeso, mercurio, níquel, plata, zinc, aceite y grasa. [13]

Tratamiento centralizado de residuos

Una instalación de tratamiento centralizado de residuos (CWT) procesa residuos industriales líquidos o sólidos generados por instalaciones de fabricación externas. Un fabricante puede enviar sus residuos a una planta de CWT, en lugar de realizar el tratamiento in situ, debido a limitaciones como la disponibilidad limitada de terrenos, la dificultad para diseñar y operar un sistema in situ o las limitaciones impuestas por las regulaciones y permisos ambientales. Un fabricante puede determinar que utilizar una CWT es más rentable que tratar los residuos por sí mismo; este suele ser el caso cuando el fabricante es una pequeña empresa. [14]

Las plantas de tratamiento de aguas residuales suelen recibir desechos de una amplia variedad de fabricantes, incluidas plantas químicas, fabricación y acabado de metales, y aceite usado y productos derivados del petróleo de diversos sectores manufactureros. Los desechos pueden clasificarse como peligrosos , tener altas concentraciones de contaminantes o ser difíciles de tratar. En 2000, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos publicó regulaciones sobre aguas residuales para las instalaciones de tratamiento de aguas residuales en los Estados Unidos. [15]

Fabricación de productos químicos

Descarga de productos químicos en el río Cuyahoga

Fabricación de productos químicos orgánicos

Los contaminantes específicos que descargan los fabricantes de productos químicos orgánicos varían ampliamente de una planta a otra, dependiendo de los tipos de productos fabricados, como productos químicos orgánicos a granel, resinas, pesticidas, plásticos o fibras sintéticas. Algunos de los compuestos orgánicos que pueden descargarse son benceno , cloroformo , naftaleno , fenoles , tolueno y cloruro de vinilo . La demanda bioquímica de oxígeno (DBO), que es una medida bruta de una variedad de contaminantes orgánicos, puede usarse para medir la efectividad de un sistema de tratamiento biológico de aguas residuales y se usa como parámetro regulatorio en algunos permisos de descarga. Las descargas de contaminantes metálicos pueden incluir cromo , cobre , plomo , níquel y zinc . [16]

Fabricación de productos químicos inorgánicos

El sector de productos químicos inorgánicos abarca una amplia variedad de productos y procesos, aunque una planta individual puede producir una gama limitada de productos y contaminantes. Entre los productos se incluyen compuestos de aluminio, carburo de calcio y cloruro de calcio, ácido fluorhídrico, compuestos de potasio, bórax, compuestos a base de cromo y flúor, y compuestos a base de cadmio y zinc. Los contaminantes vertidos varían según el sector de productos y la planta individual, y pueden incluir arsénico, cloro, cianuro, fluoruro y metales pesados ​​como cromo, cobre, hierro, plomo, mercurio, níquel y zinc. [17]

Centrales eléctricas

Ilustración de corrientes de aguas residuales descargadas por plantas de energía eléctrica a carbón típicas en los Estados Unidos

Las centrales eléctricas que utilizan combustibles fósiles , en particular las que utilizan carbón , son una fuente importante de aguas residuales industriales. Muchas de estas plantas vierten aguas residuales con niveles significativos de metales como plomo , mercurio , cadmio y cromo , así como arsénico , selenio y compuestos de nitrógeno ( nitratos y nitritos ). Las corrientes de aguas residuales incluyen la desulfuración de gases de combustión , las cenizas volantes , las cenizas de fondo y el control del mercurio en los gases de combustión . Las plantas con controles de contaminación del aire, como depuradores húmedos, normalmente transfieren los contaminantes capturados a la corriente de aguas residuales. [18]

Los estanques de cenizas , un tipo de embalse superficial, son una tecnología de tratamiento ampliamente utilizada en las plantas de carbón. Estos estanques utilizan la gravedad para sedimentar partículas grandes (medidas como sólidos suspendidos totales ) de las aguas residuales de las centrales eléctricas. Esta tecnología no trata los contaminantes disueltos. Las centrales eléctricas utilizan tecnologías adicionales para controlar los contaminantes, según el flujo de residuos particular en la planta. Estas incluyen el manejo de cenizas secas, el reciclaje de cenizas en circuito cerrado, la precipitación química , el tratamiento biológico (como un proceso de lodos activados ), los sistemas de membranas y los sistemas de evaporación-cristalización. [18] Los avances tecnológicos en membranas de intercambio iónico y sistemas de electrodiálisis han permitido un tratamiento de alta eficiencia de las aguas residuales de desulfuración de gases de combustión para cumplir con los límites de descarga recientes de la EPA. [19] El enfoque de tratamiento es similar para otras aguas residuales industriales de alta incrustación. [ cita requerida ]

Industria alimentaria

Residuos del procesamiento de mariscos vertidos en el puerto de la ciudad de Sitka, Alaska

Las aguas residuales generadas por las operaciones agrícolas y de procesamiento de alimentos tienen características distintivas que las distinguen de las aguas residuales municipales comunes gestionadas por plantas de tratamiento de aguas residuales públicas o privadas en todo el mundo: son biodegradables y no tóxicas, pero tienen una alta demanda biológica de oxígeno (DBO) y sólidos suspendidos (SS). [20] Los componentes de las aguas residuales de los alimentos y la agricultura suelen ser complejos de predecir, debido a las diferencias en la DBO y el pH en los efluentes de los productos vegetales, frutales y cárnicos y debido a la naturaleza estacional del procesamiento de alimentos y la poscosecha. [ cita requerida ]

El procesamiento de alimentos a partir de materias primas requiere grandes volúmenes de agua de alta calidad. El lavado de vegetales genera agua con altas cargas de materia particulada y algo de materia orgánica disuelta . También puede contener surfactantes y pesticidas.

Las instalaciones de acuicultura (granjas de peces) suelen descargar grandes cantidades de nitrógeno y fósforo, así como sólidos en suspensión. Algunas instalaciones utilizan medicamentos y pesticidas, que pueden estar presentes en las aguas residuales. [21]

Las plantas procesadoras de lácteos generan contaminantes convencionales (DBO, SS). [22]

El sacrificio y procesamiento de animales produce desechos orgánicos provenientes de fluidos corporales, como sangre y contenido intestinal . Los contaminantes generados incluyen DBO, SS, bacterias coliformes , aceite y grasa, nitrógeno orgánico y amoníaco . [23]

El procesamiento de alimentos para su venta produce desechos generados por la cocción que suelen ser ricos en materia orgánica vegetal y también pueden contener sal , saborizantes , colorantes y ácidos o álcalis . También puede haber grandes cantidades de grasas, aceites y grasas ("FOG"), que en concentraciones suficientes pueden obstruir las líneas de alcantarillado. Algunos municipios exigen a los restaurantes y empresas de procesamiento de alimentos que utilicen interceptores de grasas y regulen la eliminación de FOG en el sistema de alcantarillado. [24]

Las actividades de procesamiento de alimentos, como la limpieza de plantas, el transporte de materiales, el embotellado y el lavado de productos, generan aguas residuales. Muchas instalaciones de procesamiento de alimentos requieren un tratamiento in situ antes de que las aguas residuales operativas puedan aplicarse a la tierra o descargarse en un curso de agua o un sistema de alcantarillado. Los altos niveles de sólidos suspendidos de partículas orgánicas aumentan la DBO y pueden dar lugar a importantes recargos por el alcantarillado. La sedimentación, el cribado con alambre en cuña o la filtración con cinta rotativa (microcribado) son métodos que se utilizan habitualmente para reducir la carga de sólidos orgánicos suspendidos antes de la descarga. [ cita requerida ]

Aguas residuales de la industria del vidrio en Luisiana

Fabricación de vidrio

Los desechos de la fabricación de vidrio varían según el tipo de vidrio fabricado, que incluye fibra de vidrio , vidrio plano , vidrio laminado y envases de vidrio, entre otros. Las aguas residuales vertidas por las plantas de vidrio pueden incluir amoníaco, DBO, demanda química de oxígeno (DQO), flúor , plomo, aceite, fenol y/o fósforo. Los vertidos también pueden ser altamente ácidos (pH bajo) o alcalinos (pH alto). [25]

Siderurgia

La producción de hierro a partir de sus minerales implica potentes reacciones de reducción en altos hornos. Las aguas de refrigeración están inevitablemente contaminadas con productos, especialmente amoníaco y cianuro . La producción de coque a partir de carbón en plantas de coquización también requiere refrigeración por agua y el uso de agua en la separación de subproductos. La contaminación de las corrientes de desechos incluye productos de gasificación como benceno , naftaleno , antraceno , cianuro, amoníaco , fenoles y cresoles junto con una gama de compuestos orgánicos más complejos conocidos colectivamente como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). [26]

La conversión de hierro o acero en láminas, alambres o varillas requiere etapas de transformación mecánica en caliente y en frío que emplean frecuentemente agua como lubricante y refrigerante. Los contaminantes incluyen aceites hidráulicos , sebo y sólidos particulados. El tratamiento final de los productos de hierro y acero antes de su posterior venta a la industria incluye el decapado en ácido mineral fuerte para eliminar el óxido y preparar la superficie para el estañado o cromado o para otros tratamientos de superficie como la galvanización o la pintura . Los dos ácidos que se utilizan habitualmente son el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico . Las aguas residuales incluyen aguas de enjuague ácidas junto con el ácido residual. Aunque muchas plantas operan plantas de recuperación de ácido (en particular las que utilizan ácido clorhídrico), donde el ácido mineral se elimina por ebullición de las sales de hierro, queda un gran volumen de sulfato ferroso o cloruro ferroso altamente ácido que debe eliminarse. Muchas aguas residuales de la industria del acero están contaminadas por aceite hidráulico, también conocido como aceite soluble. [ cita requerida ]

Trabajo de metales

Muchas industrias realizan trabajos sobre materias primas metálicas (por ejemplo, chapa metálica, lingotes ) a medida que fabrican sus productos finales. Las industrias incluyen la fabricación de automóviles, camiones y aviones; fabricación de herramientas y hardware; equipos electrónicos y máquinas de oficina; barcos y embarcaciones; electrodomésticos y otros productos para el hogar; y equipos industriales estacionarios (por ejemplo, compresores, bombas, calderas). Los procesos típicos que se llevan a cabo en estas plantas incluyen rectificado , mecanizado , revestimiento y pintura, grabado químico y fresado , desengrasado con disolventes , galvanoplastia y anodizado . Las aguas residuales generadas por estas industrias pueden contener metales pesados ​​(los contaminantes de metales pesados ​​comunes de estas industrias incluyen cadmio, cromo, cobre, plomo, níquel, plata y zinc), cianuro y varios disolventes químicos, aceite y grasa. [27] [28]

Minas y canteras

Efluente de aguas residuales mineras en Perú, con pH neutralizado por escorrentía de relaves

Las principales aguas residuales asociadas con minas y canteras son lodos de partículas de roca en agua. Estos surgen de la lluvia que lava las superficies expuestas y los caminos de acarreo y también de los procesos de lavado y clasificación de rocas. Los volúmenes de agua pueden ser muy altos, especialmente los relacionados con las lluvias en sitios grandes. [29] Algunas operaciones de separación especializadas, como el lavado de carbón para separar el carbón de la roca nativa utilizando gradientes de densidad , pueden producir aguas residuales contaminadas por hematita particulada fina y surfactantes . Los aceites y los aceites hidráulicos también son contaminantes comunes. [30]

Las aguas residuales de las minas de metales y de las plantas de recuperación de minerales están inevitablemente contaminadas por los minerales presentes en las formaciones rocosas nativas. Después de la trituración y extracción de los materiales deseables, pueden entrar en la corriente de aguas residuales materiales indeseables. En el caso de las minas de metales, esto puede incluir metales no deseados como el zinc y otros materiales como el arsénico . La extracción de metales de alto valor como el oro y la plata puede generar lodos que contienen partículas muy finas en las que la eliminación física de los contaminantes se vuelve particularmente difícil. [31]

Además, las formaciones geológicas que albergan metales económicamente valiosos, como el cobre y el oro, a menudo consisten en minerales de tipo sulfuro. El procesamiento implica moler la roca en partículas finas y luego extraer el metal o los metales deseados, y la roca sobrante se conoce como relaves. Estos relaves contienen una combinación no solo de metales residuales indeseables, sino también componentes de sulfuro que eventualmente forman ácido sulfúrico al exponerse al aire y al agua, lo que inevitablemente ocurre cuando los relaves se eliminan en grandes embalses. El drenaje ácido de mina resultante , que a menudo es rico en metales pesados ​​(porque los ácidos disuelven los metales), es uno de los muchos impactos ambientales de la minería . [31]

Industria nuclear

Los residuos generados por la industria nuclear y radioquímica se tratan como residuos radiactivos . [ cita requerida ]

Los investigadores han estudiado la bioacumulación de estroncio por parte de Scenedesmus spinosus ( alga ) en aguas residuales simuladas. El estudio afirma que S. spinosus posee una capacidad de biosorción altamente selectiva para el estroncio, lo que sugiere que podría ser adecuado para su uso en aguas residuales nucleares. [32]

Extracción de petróleo y gas

Las operaciones de pozos de petróleo y gas generan agua producida , que puede contener aceites, metales tóxicos (por ejemplo , arsénico , cadmio , cromo , mercurio, plomo), sales, productos químicos orgánicos y sólidos. Algunas aguas producidas contienen trazas de material radiactivo de origen natural . Las plataformas de petróleo y gas en alta mar también generan drenaje de cubierta, desechos domésticos y desechos sanitarios. Durante el proceso de perforación, los sitios de los pozos generalmente descargan recortes de perforación y lodo de perforación (fluido de perforación). [33]

Refinación de petróleo y petroquímica

Los contaminantes descargados en las refinerías de petróleo y plantas petroquímicas incluyen contaminantes convencionales (DBO, aceite y grasa, sólidos suspendidos ), amoníaco, cromo, fenoles y sulfuros. [34]

Fabricación farmacéutica

Las plantas farmacéuticas suelen generar una variedad de aguas residuales de proceso, incluidos disolventes, soluciones ácidas y cáusticas gastadas, agua de reacciones químicas, agua de lavado de productos, vapor condensado, purga de depuradores de control de la contaminación del aire y agua de lavado de equipos. Las aguas residuales no procesales suelen incluir agua de refrigeración y escorrentía del sitio. Los contaminantes generados por la industria incluyen acetona , amoníaco, benceno, DBO, cloroformo, cianuro, etanol , acetato de etilo , isopropanol , cloruro de metileno , metanol , fenol y tolueno. Las tecnologías de tratamiento utilizadas incluyen tratamiento biológico avanzado (p. ej. lodos activados con nitrificación), filtración multimedia , destrucción de cianuro (p. ej. hidrólisis ), extracción con vapor y reciclaje de aguas residuales. [35]

Industria de pulpa y papel

Descarga de aguas residuales de una fábrica de papel en Estados Unidos

Los efluentes de la industria de pulpa y papel son generalmente altos en sólidos suspendidos y DBO. Las plantas que blanquean pulpa de madera para la fabricación de papel pueden generar cloroformo , dioxinas (incluyendo 2,3,7,8-TCDD ), furanos , fenoles y demanda química de oxígeno (DQO). [36] Las fábricas de papel independientes que utilizan pulpa importada pueden requerir solo un tratamiento primario simple, como sedimentación o flotación por aire disuelto . Las mayores cargas de DBO o DQO, así como los contaminantes orgánicos, pueden requerir un tratamiento biológico como lodos activados o reactores anaeróbicos de manta de lodos de flujo ascendente . Para las fábricas con altas cargas inorgánicas como la sal, pueden requerirse tratamientos terciarios, ya sean tratamientos generales de membrana como ultrafiltración u ósmosis inversa o tratamientos para eliminar contaminantes específicos, como nutrientes.

Fundiciones

Los contaminantes descargados por las fundiciones no ferrosas varían con el mineral de metal base. Las fundiciones de bauxita generan fenoles [37] : 131  pero normalmente utilizan cuencas de sedimentación y evaporación para gestionar estos desechos, sin necesidad de descargar rutinariamente aguas residuales. [37] : 395  Las fundiciones de aluminio normalmente descargan fluoruro , benzo(a)pireno , antimonio y níquel , así como aluminio. Las fundiciones de cobre normalmente generan cadmio , plomo, zinc, arsénico y níquel, además de cobre, en sus aguas residuales. Las fundiciones de plomo descargan plomo y zinc. Las fundiciones de níquel y cobalto descargan amoníaco y cobre además de los metales base. Las fundiciones de zinc descargan arsénico, cadmio, cobre, plomo, selenio y zinc. [38]

Los procesos de tratamiento típicos utilizados en la industria son la precipitación química, la sedimentación y la filtración. [37] : 145 

Fábricas textiles

Las fábricas textiles , incluidos los fabricantes de alfombras , generan aguas residuales a partir de una amplia variedad de procesos, que incluyen limpieza y acabado, fabricación de hilos y acabado de tejidos (como blanqueo , teñido , tratamiento de resinas , impermeabilización y retardante de llama ). Los contaminantes generados por las fábricas textiles incluyen DBO, SS, aceite y grasa, sulfuro, fenoles y cromo. [39] Los residuos de insecticidas en los vellones son un problema particular en el tratamiento de las aguas generadas en el procesamiento de la lana. Las grasas animales pueden estar presentes en las aguas residuales, que si no están contaminadas, se pueden recuperar para la producción de sebo o su posterior procesamiento. [ cita requerida ]

Las plantas de teñido de textiles generan aguas residuales que contienen colorantes sintéticos (por ejemplo, colorantes reactivos, colorantes ácidos, colorantes básicos, colorantes dispersos, colorantes de tina, colorantes de azufre, colorantes mordientes, colorantes directos, colorantes de injerto, colorantes solventes, colorantes pigmentados) [40] y naturales, espesante de goma (guar) y varios agentes humectantes, tampones de pH y retardantes o aceleradores de colorantes. Después del tratamiento con floculantes y agentes de sedimentación a base de polímeros, los parámetros de monitoreo típicos incluyen DBO, DQO, color (ADMI), sulfuro, aceite y grasa, fenol, TSS y metales pesados ​​(cromo, zinc , plomo, cobre).

Contaminación por aceite industrial

Las aplicaciones industriales en las que el petróleo entra en la corriente de aguas residuales pueden incluir zonas de lavado de vehículos, talleres, depósitos de almacenamiento de combustible, centros de transporte y generación de energía. A menudo, las aguas residuales se vierten en el alcantarillado local o en los sistemas de desechos industriales y deben cumplir con las especificaciones ambientales locales. Los contaminantes típicos pueden incluir solventes, detergentes, arenilla, lubricantes e hidrocarburos.

Tratamiento de agua

Muchas industrias tienen la necesidad de tratar el agua para obtener agua de muy alta calidad para sus procesos. Esto puede incluir síntesis química pura o agua de alimentación de calderas. Además, algunos procesos de tratamiento de agua producen lodos orgánicos y minerales de filtración y sedimentación que requieren tratamiento. El intercambio iónico con resinas naturales o sintéticas elimina los iones de calcio , magnesio y carbonato del agua, reemplazándolos típicamente con iones de sodio , cloruro , hidroxilo y/u otros. La regeneración de columnas de intercambio iónico con ácidos fuertes y álcalis produce aguas residuales ricas en iones de dureza que se precipitan fácilmente, especialmente cuando se mezclan con otros componentes de las aguas residuales.

Conservación de la madera

Las plantas de conservación de madera generan contaminantes convencionales y tóxicos, entre ellos arsénico, DQO, cobre, cromo, pH anormalmente alto o bajo, fenoles, sólidos suspendidos, aceite y grasa. [41]

Métodos de tratamiento

Los sistemas de flotación por aire disuelto se utilizan ampliamente en refinerías de petróleo , plantas químicas y fábricas de papel.

Los diversos tipos de contaminación de las aguas residuales requieren una variedad de estrategias para eliminar la contaminación. [1] La mayoría de los procesos industriales, como las refinerías de petróleo , las plantas químicas y petroquímicas tienen instalaciones in situ para tratar sus aguas residuales de modo que las concentraciones de contaminantes en las aguas residuales tratadas cumplan con las regulaciones sobre la eliminación de aguas residuales en alcantarillas o en ríos, lagos u océanos. [1] : 1412  Los humedales artificiales se están utilizando en un número cada vez mayor de casos, ya que proporcionan un tratamiento in situ productivo y de alta calidad. Otros procesos industriales que producen una gran cantidad de aguas residuales, como la producción de papel y pulpa, han creado preocupación ambiental, lo que ha llevado al desarrollo de procesos para reciclar el uso del agua dentro de las plantas antes de que tengan que limpiarse y eliminarse. [42]

Una planta de tratamiento de aguas residuales industriales puede incluir uno o más de los siguientes elementos en lugar de la secuencia de tratamiento convencional de las plantas de tratamiento de aguas residuales:

Tratamiento de salmuera

El tratamiento con salmuera implica la eliminación de iones de sal disueltos en el flujo de desechos. Si bien existen similitudes con la desalinización de agua de mar o agua salobre , el tratamiento industrial con salmuera puede contener combinaciones únicas de iones disueltos, como iones de dureza u otros metales, lo que requiere procesos y equipos específicos.

Los sistemas de tratamiento de salmuera suelen optimizarse para reducir el volumen del vertido final y lograr una eliminación más económica (ya que los costos de eliminación suelen basarse en el volumen) o para maximizar la recuperación de agua dulce o sales. Los sistemas de tratamiento de salmuera también pueden optimizarse para reducir el consumo de electricidad, el uso de productos químicos o el espacio físico ocupado.

El tratamiento de salmuera se encuentra comúnmente cuando se tratan purgas de torres de enfriamiento, agua producida a partir de drenaje gravitacional asistido por vapor (SAGD), agua producida a partir de extracción de gas natural como gas de veta de carbón , agua de reflujo de fractura, drenaje ácido de roca o mina , rechazo de ósmosis inversa, aguas residuales de cloro-álcali , efluentes de fábricas de pulpa y papel, y corrientes de desechos del procesamiento de alimentos y bebidas.

Las tecnologías de tratamiento de salmuera pueden incluir: procesos de filtración por membrana, como la ósmosis inversa ; procesos de intercambio iónico como la electrodiálisis o el intercambio de cationes de ácidos débiles ; o procesos de evaporación, como concentradores y cristalizadores de salmuera que emplean recompresión mecánica de vapor y vapor. Debido a los estándares de descarga cada vez mayores, ha surgido el uso de procesos de oxidación avanzada para el tratamiento de salmuera. Algunos ejemplos notables, como la oxidación de Fenton [45] [46] y la ozonización [47], se han empleado para la degradación de compuestos recalcitrantes en salmuera de plantas industriales.

La ósmosis inversa puede no ser viable para el tratamiento de salmuera, debido al potencial de ensuciamiento causado por sales de dureza o contaminantes orgánicos, o daños a las membranas de ósmosis inversa por hidrocarburos .

Los procesos de evaporación son los más extendidos para el tratamiento de salmueras, ya que permiten el mayor grado de concentración, hasta de sal sólida. También producen el efluente de mayor pureza, incluso de calidad de destilado. Los procesos de evaporación también son más tolerantes a los compuestos orgánicos, los hidrocarburos o las sales de dureza. Sin embargo, el consumo de energía es alto y la corrosión puede ser un problema, ya que el motor principal es agua salada concentrada. Como resultado, los sistemas de evaporación suelen emplear materiales de titanio o acero inoxidable dúplex .

Gestión de salmuera

La gestión de salmueras examina el contexto más amplio del tratamiento de salmueras y puede incluir la consideración de políticas y regulaciones gubernamentales, sostenibilidad corporativa , impacto ambiental, reciclaje, manejo y transporte, contención, tratamiento centralizado en comparación con el tratamiento in situ, prevención y reducción, tecnologías y economía. La gestión de salmueras comparte algunos problemas con la gestión de lixiviados y la gestión de residuos más general . En los últimos años, ha habido una mayor prevalencia en la gestión de salmueras debido al impulso global por la descarga cero de líquidos (ZLD) / descarga mínima de líquidos (MLD). [48] En las técnicas ZLD / MLD, se utiliza un ciclo de agua cerrado para minimizar las descargas de agua de un sistema para la reutilización del agua . Este concepto ha ido ganando terreno en los últimos años, debido al aumento de las descargas de agua y al avance reciente en la tecnología de membranas. Cada vez más, también ha habido mayores esfuerzos para aumentar la recuperación de materiales de las salmueras, especialmente de la minería, las aguas residuales geotérmicas o las salmueras de desalinización. [49] [50] [51] [52] [53] [54] Diversas publicaciones demuestran la viabilidad de la extracción de materiales valiosos como bicarbonatos de sodio, cloruros de sodio y metales preciosos (como rubidio, cesio y litio). El concepto de ZLD/MLD abarca la gestión aguas abajo de las salmueras de aguas residuales, para reducir los vertidos y también derivar productos valiosos de ellas.

Eliminación de sólidos

La mayoría de los sólidos se pueden eliminar mediante técnicas de sedimentación simples y los sólidos se recuperan como lodo o pulpa. Los sólidos muy finos y los sólidos con densidades cercanas a la densidad del agua plantean problemas especiales. En tal caso, puede ser necesaria la filtración o la ultrafiltración . Aunque se puede utilizar la floculación , utilizando sales de alumbre o la adición de polielectrolitos . Las aguas residuales del procesamiento industrial de alimentos a menudo requieren un tratamiento in situ antes de poder descargarse para evitar o reducir las tarifas de recargo de alcantarillado. El tipo de industria y las prácticas operativas específicas determinan qué tipos de aguas residuales se generan y qué tipo de tratamiento se requiere. La reducción de sólidos como productos de desecho, materiales orgánicos y arena es a menudo un objetivo del tratamiento de aguas residuales industriales. Algunas formas comunes de reducir los sólidos incluyen la sedimentación primaria (clarificación), la flotación por aire disuelto (DAF), la filtración por banda (microcribado) y el cribado de tambor.

Eliminación de aceites y grasas

La eliminación eficaz de aceites y grasas depende de las características del aceite en términos de su estado de suspensión y tamaño de gota, lo que a su vez afectará la elección de la tecnología de separación. El aceite en las aguas residuales industriales puede ser aceite ligero libre, aceite pesado, que tiende a hundirse, y aceite emulsionado, a menudo denominado aceite soluble. Los aceites emulsionados o solubles normalmente requieren un "craqueo" para liberar el aceite de su emulsión. En la mayoría de los casos, esto se logra reduciendo el pH de la matriz de agua.

La mayoría de las tecnologías de separación tendrán un rango óptimo de tamaños de gotas de aceite que se pueden tratar de manera efectiva. Cada tecnología de separación tendrá su propia curva de rendimiento que describe el rendimiento óptimo en función del tamaño de las gotas de aceite. Los separadores más comunes son los tanques o fosos de gravedad, los separadores de aceite y agua API o paquetes de placas, el tratamiento químico mediante flotación por aire disuelto, las centrífugas, los filtros de medios y los hidrociclones.

El análisis del agua aceitosa para determinar el tamaño de las gotas se puede realizar con un analizador de partículas de vídeo.

Separadores de aceite y agua API

Un separador de aceite-agua API es un dispositivo diseñado para separar grandes cantidades de aceite y sólidos suspendidos de las aguas residuales industriales producidas en refinerías de petróleo , plantas petroquímicas , plantas químicas , plantas de procesamiento de gas natural y otras fuentes de agua oleosa industrial. El separador API es un dispositivo de separación por gravedad diseñado utilizando la Ley de Stokes para definir la velocidad de ascenso de las gotas de aceite en función de su densidad y tamaño. El diseño se basa en la diferencia de gravedad específica entre el aceite y las aguas residuales porque esa diferencia es mucho menor que la diferencia de gravedad específica entre los sólidos suspendidos y el agua. Los sólidos suspendidos se depositan en el fondo del separador como una capa de sedimento, el aceite sube a la parte superior del separador y las aguas residuales limpias son la capa intermedia entre la capa de aceite y los sólidos. [55]

Hidrociclón

Los separadores hidrociclónicos funcionan en un proceso en el que las aguas residuales entran en la cámara ciclónica y se hacen girar bajo fuerzas centrífugas extremas, más de 1000 veces la fuerza de la gravedad. Esta fuerza hace que las gotas de agua y aceite (o partículas sólidas) se separen. Los materiales separados se descargan por un extremo del ciclón, mientras que el agua tratada se descarga por el extremo opuesto para su posterior tratamiento, filtración o descarga. Los hidrociclones también se pueden utilizar en una variedad de contextos, desde la separación sólido-líquido hasta la separación aceite-agua. [56] [57] [58] [59]

Eliminación de compuestos orgánicos biodegradables

El material orgánico biodegradable de origen vegetal o animal suele poder tratarse mediante procesos de tratamiento de aguas residuales convencionales , como lodos activados o filtros percoladores . [1] [60] Pueden surgir problemas si las aguas residuales se diluyen excesivamente con agua de lavado o están muy concentradas, como sangre o leche sin diluir. La presencia de agentes de limpieza, desinfectantes, pesticidas o antibióticos puede tener efectos perjudiciales en los procesos de tratamiento. [ cita requerida ]

Proceso de lodos activados

Tanque de lodos activados en la planta de tratamiento de aguas residuales de Beckton , Reino Unido. Las burbujas blancas se deben al sistema de aireación por difusión.

El proceso de lodos activados es un tipo de proceso de tratamiento biológico de aguas residuales para tratar aguas residuales industriales o cloacales mediante aireación y un flóculo biológico compuesto por bacterias y protozoos . Es una de las varias alternativas de tratamiento biológico de aguas residuales en el tratamiento secundario , que se ocupa de la eliminación de materia orgánica biodegradable y sólidos suspendidos. Utiliza aire (u oxígeno ) y microorganismos para oxidar biológicamente los contaminantes orgánicos, produciendo un lodo residual (o flóculo ) que contiene el material oxidado.

El proceso de lodos activados para eliminar la contaminación carbonosa comienza con un tanque de aireación donde se inyecta aire (u oxígeno) en las aguas residuales. A continuación, se introduce un tanque de sedimentación para permitir que los flóculos biológicos (el manto de lodos) se sedimenten, separando así los lodos biológicos del agua tratada clara. Parte de los lodos residuales se reciclan en el tanque de aireación y el resto se retira para su posterior tratamiento y eliminación definitiva.

Proceso de filtrado percolador

Sección transversal esquemática de la cara de contacto del medio del lecho en un filtro percolador.
Un sistema típico de filtro percolador completo

Un filtro percolador consiste en un lecho de rocas , grava , escoria , turba o un medio plástico sobre el cual las aguas residuales fluyen hacia abajo y entran en contacto con una capa (o película) de limo microbiano que cubre el medio del lecho. Las condiciones aeróbicas se mantienen mediante el aire forzado que fluye a través del lecho o por convección natural del aire. El proceso implica la adsorción de compuestos orgánicos en las aguas residuales por la capa de limo microbiano, la difusión del aire en la capa de limo para proporcionar el oxígeno necesario para la oxidación bioquímica de los compuestos orgánicos. Los productos finales incluyen gas de dióxido de carbono , agua y otros productos de la oxidación. A medida que la capa de limo se espesa, se vuelve difícil que el aire penetre en la capa y se forma una capa anaeróbica interna. [ cita requerida ]

Eliminación de otros compuestos orgánicos

Los materiales orgánicos sintéticos, como disolventes, pinturas, productos farmacéuticos, pesticidas, productos de la producción de coque , etc., pueden ser muy difíciles de tratar. Los métodos de tratamiento suelen ser específicos para el material que se está tratando. Los métodos incluyen el procesamiento de oxidación avanzada , la destilación , la adsorción, la ozonización, la vitrificación , la incineración , la inmovilización química o la eliminación en vertederos. Algunos materiales, como algunos detergentes, pueden ser capaces de degradarse biológicamente y, en tales casos, se puede utilizar una forma modificada de tratamiento de aguas residuales.

Eliminación de ácidos y álcalis

Los ácidos y los álcalis se pueden neutralizar normalmente en condiciones controladas. La neutralización suele producir un precipitado que requiere tratamiento como residuo sólido que también puede ser tóxico. En algunos casos, pueden desprenderse gases que requieran tratamiento de la corriente de gas. Por lo general, se requieren otras formas de tratamiento después de la neutralización.

Los flujos de desechos ricos en iones de dureza , como los de los procesos de desionización, pueden perder fácilmente los iones de dureza en una acumulación de sales de calcio y magnesio precipitadas. Este proceso de precipitación puede causar una grave formación de sarro en las tuberías y, en casos extremos, puede provocar el bloqueo de las tuberías de eliminación. En la década de 1970, una tubería de descarga marina industrial de un metro de diámetro que abastecía a un importante complejo químico quedó bloqueada por dichas sales. El tratamiento se realiza mediante la concentración de las aguas residuales de desionización y su eliminación en vertederos o mediante una gestión cuidadosa del pH de las aguas residuales liberadas.

Eliminación de materiales tóxicos

Los materiales tóxicos, incluidos muchos materiales orgánicos, metales (como zinc, plata, cadmio , talio , etc.), ácidos, álcalis y elementos no metálicos (como arsénico o selenio ) son generalmente resistentes a los procesos biológicos a menos que estén muy diluidos. Los metales a menudo se pueden precipitar modificando el pH o tratándolos con otros productos químicos. Sin embargo, muchos son resistentes al tratamiento o la mitigación y pueden requerir concentración seguida de enterramiento en vertederos o reciclaje. Los compuestos orgánicos disueltos se pueden incinerar en las aguas residuales mediante el proceso de oxidación avanzada.

Cápsulas inteligentes

La encapsulación molecular es una tecnología que tiene el potencial de proporcionar un sistema para la eliminación reciclable de plomo y otros iones de fuentes contaminadas. Las nanocápsulas, microcápsulas y milicápsulas, con tamaños en los rangos de 10 nm a 1 μm, 1 μm a 1 mm y >1 mm, respectivamente, son partículas que tienen un reactivo activo (núcleo) rodeado por un portador (cubierta). Hay tres tipos de cápsulas bajo investigación: cápsulas a base de alginato , nanotubos de carbono y cápsulas hinchables de polímero. Estas cápsulas proporcionan un posible medio para la remediación del agua contaminada. [61]

Eliminación de la contaminación térmica

Para eliminar el calor de las aguas residuales generadas por las centrales eléctricas o plantas manufactureras , y así reducir la contaminación térmica , se utilizan las siguientes tecnologías:

Otros métodos de eliminación

A algunas instalaciones, como los pozos de petróleo y gas, se les puede permitir bombear sus aguas residuales bajo tierra a través de pozos de inyección . Sin embargo, la inyección de aguas residuales se ha vinculado con la sismicidad inducida . [63]

Costes y tasas por residuos industriales

Las economías de escala pueden favorecer una situación en la que las aguas residuales industriales (con tratamiento previo o sin tratamiento) se descargan en el alcantarillado y luego se tratan en una gran planta de tratamiento de aguas residuales municipal. Por lo general, en ese caso se aplican cargos por desechos industriales. O podría ser más económico tener un tratamiento completo de las aguas residuales industriales en el mismo lugar donde se generan y luego descargar estas aguas residuales industriales tratadas a un cuerpo de agua superficial adecuado. Esto reduce efectivamente los cargos por tratamiento de aguas residuales cobrados por las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales al tratar previamente las aguas residuales para reducir las concentraciones de contaminantes medidas para determinar las tarifas de usuario. [64] : 300–302 

Las plantas de aguas residuales industriales también pueden reducir los costos del agua cruda al convertir aguas residuales seleccionadas en agua recuperada utilizada para diferentes propósitos.

Sociedad y cultura

Objetivos globales

La comunidad internacional ha definido el tratamiento de las aguas residuales industriales como una parte importante del desarrollo sostenible al incluirlo en el Objetivo de Desarrollo Sostenible 6. La meta 6.3 de este objetivo es “De aquí a 2030, mejorar la calidad del agua reduciendo la contaminación , eliminando el vertimiento y minimizando la liberación de productos químicos y materiales peligrosos , reduciendo a la mitad la proporción de aguas residuales sin tratar y aumentando sustancialmente el reciclado y la reutilización segura a nivel mundial”. [65] Uno de los indicadores de esta meta es la “proporción de corrientes de aguas residuales domésticas e industriales tratadas de manera segura”. [66]

Véase también

Referencias

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