Distintos métodos e innovaciones para el tratamiento de aguas residuales.
Las aguas residuales, debido a la gran cantidad de sustancias (algunas de ellas tóxicas) y microorganismos que portan, pueden ser causa y vehículo de contaminación, en lugares donde son evacuadas sin un tratamiento previo. Se puede definir la polución del agua como una modificación, generalmente provocada por el hombre, de la calidad del agua, haciéndola impropia y peligrosa para el consumo humano, la industria, la agricultura, la pesca, las actividades recreativas, así como para los animales domésticos y la vida natural.
Figura.- Descarga de agua residual sin tratamiento
Algunas de estas sustancias tienen un comportamiento desconocido en los
organismos vivos. En otros casos, es evidente que la contaminación ambiental
del agua por diversas sustancias, que quizás no estén en alta concentración en
el medio, pero a las que el hombre está expuesto durante largos períodos de
tiempo, es importante en varias enfermedades crónicas, incluido el cáncer.
Dentro de este concepto se incluyen aguas con diversos orígenes:
Aguas residuales domésticas o aguas negras: proceden de las heces y
orina humanas, del aseo personal y de la cocina y de la limpieza de la casa.
Suelen contener gran cantidad de materia orgánica y microorganismos, así como
restos de jabones, detergentes, lejía y grasas.
Aguas blancas: pueden ser de procedencia atmosférica (lluvia, nieve o
hielo) o del riego y limpieza de calles, parques y lugares públicos. En
aquellos lugares en que las precipitaciones atmosféricas son muy abundantes,
éstas pueden evacuarse por separado para que no saturen los sistemas de
depuración.
Aguas residuales industriales: proceden de los procesamientos realizados
en fábricas y establecimientos industriales y contienen aceites, detergentes,
antibióticos, ácidos y grasas y otros productos y subproductos de origen
mineral, químico, vegetal o animal. Su composición es muy variable, dependiendo
de las diferentes actividades industriales.
Aguas residuales agrícolas: procedentes de las labores agrícolas en las
zonas rurales. Estas aguas suelen participar, en cuanto a su origen, de las
aguas urbanas que se utilizan, en numerosos lugares, para riego agrícola con o
sin un tratamiento previo.
El agua que está contaminada por aguas residuales o por excretas del
hombre o animales, puede intervenir, directa o indirectamente en la propagación
de enfermedades, favoreciendo el desarrollo de artrópodos o moluscos, los
cuales son cadenas epidemiológicas, o difundiéndose agentes infecciosos
procedentes de excretas de enfermos y portadores, que a través de ella pueden
llegar al agua de bebida, o a las hortalizas, que son regadas con estas aguas,
sin tratamiento previo.
Además, contribuye a la emisión de gases de efecto invernadero y a la contaminación de los mantos acuíferos con nitratos y sales solubles. Otro aspecto nocivo, es el olor fétido que despide, además, por ser agua de re-uso, en algunas ocasiones contiene detergentes que en ocasiones no pueden ser degradados por el suelo. También es posible que contengan elementos potencialmente tóxicos como metales pesados, compuestos orgánicos como grasa, aceite y fármacos. (Pérez S. “Las aguas negras y sus beneficios” Ciencia UNAM.)
Además, contribuye a la emisión de gases de efecto invernadero y a la contaminación de los mantos acuíferos con nitratos y sales solubles. Otro aspecto nocivo, es el olor fétido que despide, además, por ser agua de re-uso, en algunas ocasiones contiene detergentes que en ocasiones no pueden ser degradados por el suelo. También es posible que contengan elementos potencialmente tóxicos como metales pesados, compuestos orgánicos como grasa, aceite y fármacos. (Pérez S. “Las aguas negras y sus beneficios” Ciencia UNAM.)
Importancia Ecológica y Sanitaria.
A continuación se relacionan los principales inconvenientes de las aguas
residuales:
Malos olores y sabores.
Son consecuencia de la diversidad de sustancias que portan, y sobre
todo, de los productos de la descomposición de éstas, especialmente en aquellos
procesos, sobre todo anaerobios, en los que se descompone materia orgánica, con
desprendimiento de gases.
La proliferación de microorganismos.
Los procesos de descomposición, la presencia de vegetación acuática,
mohos, hongos, etc., y la reducción de sulfatos a sulfuros, en condiciones
anóxicas.
Acción tóxica. Es el efecto y la repercusión que tienen algunos residuos
sobre la flora y fauna natural de las masas hídricas receptoras y sobre los
consumidores que utilicen esas aguas, o que se vean afectados por la
acumulación de estas sustancias tóxicas en la cadena alimentaria.
Los efectos tóxicos pueden ser:
-Letales: causan muerte por envenenamiento directo.
-Subletales: por debajo de los niveles que causan la muerte, pero que
pueden afectar al crecimiento, reproducción o actividad de los organismos.
-Agudos: causan un efecto (normalmente la muerte) en un corto
período de tiempo.
-Crónicos: causan un efecto letal o subletal durante un período de
tiempo prolongado.
-Acumulativos: se incrementa el efecto con dosis sucesivas.
Composición
del agua residual.
Tres grupos de caracteres se pueden tener en cuenta para los diferentes
componentes del agua residual:
Físicos
Químicos
Biológicos
Características físicas.
Algunas de las características físicas de las aguas residuales urbanas
son las siguientes:
Temperatura.
Turbidez.
Color. Suele ser gris o pardo, debido a los procesos biológicos
anóxicos el color puede pasar a ser negro.
Sólidos. Se pueden clasificar en:
Totales: residuos que quedan tras la evaporación y secado
Fijos: residuos remanentes después de la evaporación y carbonización
Volátiles: es la diferencia entre sólidos totales y fijos.
Características químicas.
Existen una serie de parámetros que tienen una especial importancia para describir composición de las aguas residuales:
Materia orgánica. Constituye la tercera parte de los elementos de
las aguas residuales, siendo los principales compuestos que se pueden hallar:
- Proteínas (40-60 %)
- Carbohidratos (25-50 %)
- Grasas y aceites (10 %)
La materia orgánica también puede aportar azufre, hierro y fósforo.
La mayoría de los aminoácidos presentes en la naturaleza pueden
detectarse en las aguas residuales, como producto de la descomposición de
proteínas.
Otros compuestos importantes son los azúcares como la glucosa, lactosa,
sacarosa, fructosa y galactosa; y los ácidos como el acético, propiónico, butírico,
láctico y cítrico.
También, se pueden encontrar celulosa, almidón y lignina.
Las grasas son descompuestas más lentamente por las bacterias, pero
pueden actuar sobre ellas los ácidos minerales, dando glicerina y ácidos
grasos; éstos, a su vez, pueden reaccionar con los álcalis, dando glicerina y
jabones (sales alcalinas de ácidos grasos).
Hay una serie de parámetros que son de gran interés en el tratamiento de
las aguas residuales, puesto que, permiten conocer el contenido en materia
orgánica de éstas. Los más importantes son:
Demanda bioquímica de oxigeno (DBO): es la cantidad de oxígeno que necesitan
los microorganismos para degradar la materia orgánica presente en el agua.
Demanda química de oxigeno (DQO): mide la cantidad de materia orgánica del
agua, mediante la determinación del oxígeno necesario para oxidarla, pero en
este caso proporcionado por un oxidante químico como el permanganato potásico o
el dicromato potásico.
Carbono orgánico total (COT).
Demanda total de oxígeno (DTO).
Materia inorgánica: Los componentes inorgánicos de mayor interés, en
las aguas residuales, son:
PH: la actividad biológica se desarrolla dentro de un intervalo de pH
generalmente estricto. Un PH que se encuentre entre los valores de 5 a 9, no
suele tener un efecto significativo sobre la mayoría de las especies.. Un aspecto importante del pH es la agresividad
de las aguas ácidas o alcalinas, que da lugar a la solubilización de sustancias
por ataque a los materiales. También es más difícil de tratar por métodos
biológicos, que sólo pueden realizarse entre valores de pH de 6,5 a 8,5.
Cloruros: se consideraban como indicador indirecto de contaminación
fecal, ya que el hombre elimina unos 6 gr de cloruros al día aproximadamente en
las excretas.
Alcalinidad: nos mide la cantidad de carbonatos, bicarbonatos e
hidróxidos presentes en el agua.
Nitrógeno: es esencial para el crecimiento de microorganismos y plantas;
la limitación de nitrógeno puede producir cambios en la composición bioquímica
de los organismos, y reducir sus tasas de crecimiento.
Fósforo: es también esencial para el crecimiento de los organismos. Las
formas en que se puede encontrar en las aguas residuales, son ortofosfato,
polifosfato y fosfato orgánico.
Azufre: es requerido para la síntesis de proteínas y se libera cuando
éstas se descomponen.
Compuestos tóxicos: algunos componentes de las aguas residuales son muy
tóxicos para los organismos y microorganismos, y por ello, son de gran
importancia en cuanto al vertido y tratamiento. Si se hace un vertido
indiscriminado sobre masas de agua receptoras, pueden destruir la biota
acuática o acumularse en ella, afectando a la cadena alimentaria y pudiendo
llegar al hombre. Su efecto sobre las plantas de tratamiento biológico puede
ser drástico, al morir por contaminación los microorganismos que lo realizan, y
paralizarse, por tanto, los procesos.
Metales pesados: algunos de los siguientes se pueden encontrar en las
aguas residuales confiriéndoles un carácter tóxico: cobre, cromo, boro, plomo,
plata, arsénico, antimonio (efecto cancerígeno), bario (efectos sobre el
corazón, vasos sanguíneos y nervios), flúor (fluorosis) y selenio (produce
cáncer y caries). Algunos metales como el níquel, manganeso, plomo, cromo,
cadmio, zinc, cobre, hierro y mercurio, se encuentran como elementos trazas en
muchas aguas, y son necesarios para la vida biológica.
Características biológicas.
Las aguas residuales, dependiendo de su composición y concentración,
pueden llevar gran cantidad de organismos. También influyen en su presencia la
temperatura y el pH, puesto que cada organismo requiere unos valores
determinados de estos dos parámetros para desarrollarse. A continuación se
describen los principales grupos de organismos que se pueden encontrar.
Bacterias: pueden ser de origen fecal o bacterias implicadas en procesos de
biodegradación, tanto en la naturaleza como en las plantas de tratamiento. Las
bacterias coliformes se utilizan como indicador de polución por vertidos de
origen humano, ya que cada persona elimina diariamente de 100,000 a 400,000
millones de coliformes a través de las heces, además de otras clases de
bacterias.
Virus: proceden de la excreción, por parte de individuos infectados, ya
sean humanos o animales. Poseen la capacidad de adsorberse a sólidos fecales y
otras materias particuladas, favoreciendo de esta forma su supervivencia
durante tiempos prolongados en las aguas residuales. La gran supervivencia de
los virus origina la resistencia a algunos tratamientos de aguas residuales,
constituyendo un peligro para las aguas receptoras.
Algas: su crecimiento está favorecido por la presencia en las aguas
residuales de distintas formas de fósforo y nitrógeno, así como de carbono y
vestigios de elementos tales como hierro y cobalto, dando lugar a procesos de
eutrofización.
Protozoos: los que se encuentran más frecuentemente en las aguas residuales
son amebas, flagelados y los ciliados libres y fijos.
Hongos: la mayoría son aerobios estrictos, pueden tolerar valores de pH
relativamente bajos, y tienen baja demanda de nitrógeno. Esto les hace
desempeñar una función importante en el tratamiento de aguas residuales
industriales.
Soluciones a la Escasez de Agua.
Hay varias soluciones disponibles capaces de afrontar en forma efectiva
la escasez de agua. Estas incluyen al reúso de agua, almacenamiento, manejo, conservación
y numerosas tecnologías de tratamiento de agua como la desalinización. Por lo
general, se deben adoptar una o más soluciones o enfoques en forma conjunta
para ser eficaces, en función de si la solución es adoptada por una corporación
que depende de la disponibilidad de agua o por una entidad gubernamental.
Agregar agua a través del reúso o la desalinización, por ejemplo, no es una
panacea. Sin una buena gestión del agua y de adecuadas estrategias para abordar
la demanda, que continúa en aumento, la solución será siempre incompleta.
Algunas de estas soluciones: Reúso de Agua y Tecnología de descarga de
Cero Líquido.
Varias estrategias y enfoques insurreccionadas para el rehúso de aguas también
pueden aliviar la escasez de agua en el caso de industrias y municipios. Estos
incluyen el reciclaje y rehúso de agua y el uso de sistemas de descarga de cero líquidos.
Cuando se utiliza agua en un sitio industrial con un sistema de circuito
cerrado (el agua de la instalación es continuamente utilizada y tratada, luego
es reutilizada otra vez sin ser liberada en las cloacas o descargada)
generalmente se la refiere a la instalación como de descarga cero.
El agua reciclada o regenerada puede utilizarse en una variedad de
aplicaciones en las industrias, tanto dentro de las instalaciones como en la
propia comunidad. Las aplicaciones típicas para el agua reciclada incluyen
riego superficial de huertos y viñedos, campos de golf, riego de áreas
paisajísticas y de cultivos alimentarios. Otros usos incluyen la recarga de
agua subterránea, preservación o aumento de ecosistemas tales como humedales o
hábitat marino y en procesos industriales. El agua no potable puede utilizarse
para la limpieza de inodoros, para el riego de jardines, lavado de vehículos y
calles y otros propósitos similares.
Estos sistemas permiten que las aguas residuales, que generalmente se
ven como una materia inútil y desechable, puedan convertirse en un recurso
valioso. Grupo Awainnova NGC, con la Tecnología de Electro-floculación
Iónica a bajo voltaje y C.D. con electrodos tipo D.S.A. y amplia experiencia en
el tratamiento avanzado de agua de proceso y aguas residuales para su
re-utilización, ha diseñado sistemas para el rehúso del agua por medio de
diversos procesos industriales, agrícolas y municipales. Su tecnología de tratamiento de agua tiene la capacidad de producir agua pura y ultra pura
para ser reutilizada en varias aplicaciones, incluyendo la re-circulación como
agua potable.
La Tecnología de Electro-floculación
Iónica a bajo voltaje y C.D. con electrodos tipo D.S.A. ofrece al mundo una
excelente alternativa, completamente efectiva y alto grado de eficiencia y
viabilidad.
Descripción de la Tecnología de Electro-floculación Iónica a bajo voltaje y C.D. con electrodos tipo D.S.A. para tratamiento de agua residual.
La tecnología de Electro-Floculación con Electrodos tipo
D.S.A. aplica la electroquímica, la cual es la rama de la química dedicada al
estudio de la interacción y correlación de los procesos químicos y eléctricos
mediante las reacciones de óxido-reducción.
Algunas de las principales técnicas electroquímicas son: electrocoagulación, oxidación electroquímica electro-incineración y procesos de electro-Fenton.
Algunas de las principales técnicas electroquímicas son: electrocoagulación, oxidación electroquímica electro-incineración y procesos de electro-Fenton.
Por ello en este tipo de reacciones se produce básicamente un intercambio entre
los electrones de los átomos contaminantes y los iones o moléculas de la
solución, mediante la aplicación de una diferencia de potencial, que provoca
una fuerte, efectiva y eficiente corriente eléctrica donde los electrones
fluyen desde el punto más negativo hasta el más positivo.
Esta técnica tiene un gran potencial para eliminar las desventajas de los tratamientos clásicos, tradicionales y/o modernos para aguas residuales de cualquier tipo e implica la generación de fenómenos químicos y físicos. Usa electrodos para proveer iones al agua residual que se desea tratar.
Esta técnica tiene un gran potencial para eliminar las desventajas de los tratamientos clásicos, tradicionales y/o modernos para aguas residuales de cualquier tipo e implica la generación de fenómenos químicos y físicos. Usa electrodos para proveer iones al agua residual que se desea tratar.
El objetivo general es disminuir las concentraciones de componentes
contaminantes del agua residual tantos físicos, químicos y biológicos en el
efluente mediante un coagulante generado ‘in situ’; esta coagulante se forma
por una reacción de oxidación y "sacrifico" de los ánodos.
Cuando un potencial es aplicado a los electrodos, elaborados de
diferentes metales y aleaciones especiales con metales como el titanio,
tungsteno, níquel, molibdeno, hierro y aluminio, carbón mineral, entre otros
muchos, ocurre el siguiente proceso: Los metales del ánodo se disuelven dando
origen a iones metálicos, los cuales son hidrolizados inmediatamente para
formar hidróxidos y poli-hidróxidos, estas sustancias son excelentes agentes
coagulantes. La coagulación se logra cuando estos cationes son atraídos por las
partículas negativas presentes en la solución.
La Tecnología de Electro-floculación Iónica a bajo voltaje y C.D. con
electrodos tipo D.S.A. implica varias etapas: desestabilización del
contaminante, ruptura de enlaces químicos y emulsiones, formación de floculos
y/o coágulos, suspensión y sedimentación de partículas; remoción del material
contaminante por flotación, sedimentación y filtración.
Etapas de proceso.
Metodología de solución con Electro-Tratamiento.
En principio, es necesario definir las variables de caracterización y
diseño del proceso en laboratorio de investigación y desarrollo, por lo general
se consideran: caracterización físico-química, caracterización y concentración
contaminante de la muestra, valores de conductividad, PH, conductividad
eléctrica, DBO5, DQO, entre otros.
En seguida es importante definir las variables de diseño del equipo,
siendo necesario conocer:
Temperatura de proceso, materiales del equipo, flujo
de proceso, determinar geometría de los electrodos, intensidad, densidad,
frecuencias y tipo de corriente, voltaje y distancia entre los electrodos y
agitación, entre otros.
Componentes
del diseño de una planta tratadora de agua residual de Electro-floculación con
electrodos tipo D.S.A.
Sus
principales componentes son:
Infraestructura básica común:
- Cuerpo contenedor de agua residual.
- Depósito de lodos inocuos.
- Cisterna de agua tratada.
- Infraestructura de conducción de agua residual.
- Infraestructura de conducción de agua tratada.
- Transformación-generación de energía eléctrica.
Equipamiento de la planta tratadora de agua residual con la tecnología
de Electro-floculación Iónica a bajo voltaje y C.D. con electrodos tipo D.S.A.:
- Reactores de electro-floculación principales.
- Reactores de electro-floculación secundarios (en función del grado de limpieza objetivo.
- Fuentes de poder rectificadoras de voltaje y corriente.
- Equipos de filtración convencional.
- Equipos de filtración de pulido.
- Desinfección mediante luz ultravioleta y ozonización.
Diagrama de flujo de proceso. Componentes de la planta de Electro-Tratamiento.
Ventajas de la Tecnología de Electro-floculación Iónica a bajo voltaje y C.D. con electrodos tipo D.S.A.:
Como ventajas sobre los tratamientos convencionales, biológicos,
evaporación, físico-químicos, ósmosis inversa y ultrafiltración (entre otros
convencionales o tradicionales) que la tecnología de Electro-floculación Iónica
a bajo voltaje y C.D. con electrodos tipo D.S.A. aplicada al tratamiento de
agua residual ofrece podemos citar los siguientes:
- Alta efectividad y eficiencia en el tratamiento cumpliendo la normatividad ecológica o de salubridad se vaya aplicar.
- No permite la generación de malos olores ni proliferación de insectos o fauna indeseable.
- No genera ruidos de equipos de proceso fuera de los límites permisibles.
- Requiere de mucho menor tiempo de proceso o residencia para que se produzca el tratamiento objeto.
- Requiere de muy poca superficie ya que emplea equipos muy compactos.
- Equipamiento muy fácil de operar.
- Bajos costos de operación.
- Consumo energético menor.
- Alta eficiencia volumétrica de recuperación de agua casi del 95%.
- Su único insumo importante es la corriente eléctrica, por lo tanto no se presenta una contaminación secundaria.
- Posee características de crecimiento modular para el incremento de volumen de agua a tratar o de la calidad de agua.
Otras dos ventajas muy importantes comparadas con los métodos
tradicionales, de la tecnología de Electro-floculación Iónica a bajo voltaje y
C.D. con electrodos tipo D.S.A. es que:
- Se caracteriza por mayor versatilidad, flexibilidad arquitectónica, fácil automatización, agrado visual arquitectónico y compatibilidad medio ambiental.
- No tiene posibilidad alguna para la generación de lodos, esto dado que la única materia prima utilizada en su proceso de electro-tratamiento es la energía eléctrica.
Únicamente recupera lodos producto de la extracción de los
sólidos contenidos en el agua residual, estos lodos recuperados se encontrarán
en estado completamente inocuo, por lo que no requiere de procesos adicionales
de secado o tratamientos adicionales, ya que, como producto del
electro-tratamiento, estos lodos inocuos recuperados cumplen ampliamente con
toda normatividad de residuos no peligrosos tales como NOM-004-SEMARNAT-2002 y
norma NOM-052-SEMARNAT-2005.
