tratamiento de aguas residuales

También llamada decantación o clarificación, es el proceso que utiliza la gravedad para eliminar partículas sólidas suspendidas en un líquido, dichas partículas tienen un peso mayor que el del agua que los contiene. Éste proceso se realiza en los sedimentadores o clarificadores, de los cuales existen varios tipos como: los sedimentadores simples, las unidades de contacto de sólidos y los sedimentadores de placas inclinadas. Éste proceso puede producir tipos diferentes de sedimentación: floculenta, discreta, zonal (llamada también retardada) y por compresión.

Estos procesos extraen partículas denominadas coloides, son muy pequeñas por lo que no asientan con la gravedad; tienen cargas eléctricas del mismo signo, por lo que están separadas eléctricamente.

La coagulación es el proceso que utiliza coagulantes químicos y energía de mezclado para desestabilizar o neutralizar  las cargas de los coloides que los mantienen separados.

Desestabilizando los coloides y promoviendo el choque de las partículas, éste proceso logra que se formen pequeños flóculos por aglomeración de las partículas. Los coagulantes que más se usan son los que se basan en aluminio y las basadas en hierro; también se usan cal hidratada y carbonato de magnesio.

La floculación es el proceso a través del cual, los gradientes de velocidad del líquido inducen a las particular a juntarse y formar progresivamente aglomerados de mayor tamaño llamadas flóculos. Se puede crear gradientes de velocidad por cámaras deflectadas, lechos de medios granulares, aire difuso, cámaras de flujo en espiral, cuchillas alternas y cuchillas giratorias.

En éste proceso se utilizan productos químicos llamados floculantes los cuales forman aglomerados que son los suficientemente grandes y pesados, para ser separados por asentamiento en sedimentadores. Los floculantes más usados son el sulfato de aluminio y el cloruro férrico que actúan también como coagulantes. De acuerdo a las necesidades también se puede hacer uso de poli-electrolitos.

Es el proceso a través del cual se logra separar el agua remanente del lodo,  incrementando así el contenido de sólidos en un lodo. Generalmente es una fase en el tratamiento de aguas residuales que es posterior a la sedimentación.

El espesamiento se puede realizar de las siguientes maneras:

Espesamiento por gravedad: en éste proceso, el peso de los sólidos es mayor que la de los líquidos, por lo que la gravedad los logra separar, concentrando los sólidos en la parte inferior, se puede usar floculantes para obtener un lodo más espeso. Los equipos que realizan éste procedimiento se llaman tanques con rastrillos mecánicos.

Espesamiento por flotación: en éste tipo de espesamiento, se llevan las partículas suspendidas hacia arriba haciendo uso de burbujas de aire, es efectivo en lodos de difícil sedimentación, concentra los sólidos en la parte superior. Se usan productos químicos como cloruro férrico, cal y polielectrolitos. Un espesador por flotación es mucho más pequeño que un espesador por gravedad.

Espesamiento por centrifugación: éste proceso sedimenta partículas sólidas por la fuerza centrífuga que se aplique. Concentra los sólidos en la zona periférica.

Es el proceso que separa partículas suspendidas y coloides del líquido que las contiene, utilizando un medio poroso.

La filtración se puede realizar:

• En medio granular: generalmente se utiliza arena o antracita y en ocasiones se usan lechos de dos capas, una capa de arena y otra de antracita.
• A través de membranas: se puede realizar:

Filtración por vacío: se efectúa por  tambores cilíndricos perforados los cuales giran en una tina. Se aplica el vacío en el interior de los cilindros y se realiza la extracción del líquido por medio del medio filtrante, los sólidos quedan en el filtro (membrana) y luego son recolectados.

Filtros prensa: éste tipo de filtros trabajan a presiones entre 100 a 250 lb/pulg2 usan placas verticales, suspendidas por marcos.

Éste proceso consiste en añadir un agente alcalinizante o un ácido a las aguas residuales.

Los ácidos más usados son: ácido sulfúrico y dióxido de carbono. Los agentes alcalinos más usados son: cal viva, cal hidratada (hidróxido de calcio), piedra caliza, caliza en polvo, hidróxido de sodio (soda cáustica), hidróxido de amonio, etc. Éste procedimiento ajusta el pH óptimo para que la actividad biológica siga el proceso, también ajusta el pH del efluente último de la depuradora, además éste proceso precipita metales pesados.

Es un proceso que pone en contacto íntimo del aire con el líquido. La aireación de las aguas residuales es necesaria para proporcionar oxígeno al efluente que se quiere tratar para proporcionarle a los microorganismos el oxígeno necesario para que realicen sus procesos de transformación y degradación de la materia orgánica contaminante. Además la aireación ayuda a eliminar CO2, remueve el ácido sulfhídrico, el hierro, el manganeso, sustancias volátiles, transfiere el oxígeno disuelto, elimina el gas metano, gas cloro y amonio, ayuda en reacciones de neutralización y precipitación. La transferencia de aire se realiza por difusores o agitadores mecánicos.

Éste proceso convierte los elementos o compuestos químicos solubles, que están contaminando el agua, en insolubles, por lo que se convierten en sólidos suspendidos. Luego pueden ser removidos por otros procesos como sedimentación, coagulación, floculación o usando clarificadores, espesadores, etc. Cuando el agua está contaminada con metales, la precipitación química forma hidróxidos o sulfuros que son poco solubles.

Precipitación como hidróxidos:

Ésta precipitación usa agentes alcalinos como: hidróxido de calcio (lechada de cal), hidróxido de sodio (soda cáustica), hidróxido de potasio y los demás hidróxidos de metales alcalinos o alcalino-térreos.

Precipitación como sulfuros:

Ésta precipitación esa agentes como: ácido sulfhídrico, sulfuro de bario y sulfuro de sodio. Son especialmente eficientes en la remoción de mercurio y cromo hexavalente.

Estos depósitos sirven para obtener efluentes con bajo contenido de sólidos en suspensión y además es útil para reducir la concentración de cianuro.

En las aguas residuales el cianuro está en forma cianuro libre y cianuro WAD. Principalmente, es mediante la volatilización que se degrada naturalmente el cianuro en forma libre y WAD. Existen otros procesos como la oxidación biológica, la foto-descomposición y la precipitación que también contribuyen a la degradación del cianuro. Generalmente estos procesos se realizan en depósitos de relaves.

En el tratamiento del cianuro en la extracción del oro se usan:

Procesos de regeneración del cianuro: convierten el ión CN a HCN mediante la acidificación del efluente de cianuración, luego se separa el gas HCN por burbujeo y se reabsorbe en una solución alcalina para regenerar el NaCN o Ca(CN)2 y reutilizarlo en la operación. Se puede recuperar más del 92% del cianuro presente.

Procesos de destrucción del cianuro: estos procesos convierten el cianuro en formas no dañinas de cianuro o lo destruyen completamente. Sustancias como el cloro, ozono, oxígeno y peróxido de hidrógeno, que convierten el cianuro en cianato. Algunas formas para la destrucción del cianuro son: la clorinación alcalina, la adsorción mediante carbón activado, el proceso INCO anhídrido sulfuroso-aire, el proceso Degussa de peróxido de hidrógeno, acidificación, y tratamiento en bio-reactores bacterianos.

Es un proceso que hace uso de una sustancia a la cual se le denomina adsorbente. El adsorbente más utilizado es el carbón activado, otros son: arcillas, arcillas activadas, óxido de magnesio, alúmina activada, hidróxido de aluminio, resinas de intercambio iónico en polvo, etc.

La adsorción es la adhesión de partículas o coloides a la superficie de un adsorbente.

El intercambio de iones se realiza a través de unas esferas de gel que se denominan “Resinas de intercambio iónico”, que tienen la capacidad de intercambiar iones por otros, en una solución que pasa por ellos.

También se hace uso de resinas quelantes para recuperar o remover metales y además se usan resinas aniónicas para procesos más complejos.

La ósmosis inversa es el proceso que hace uso de presiones superiores a la osmótica, haciendo pasar el solvente a través de una membrana, quedando los sólidos atrás. Éste proceso se ayuda de las diferentes concentraciones que hay en ambos lados de la membrana utilizada.

En éste proceso la energía eléctrica o corriente continua da la fuerza necesaria para que los iones migren a través de las membranas semipermeables que comúnmente se usan.

Los electrolitos son removidos a la solución de mayor concentración.

Hay una técnica llamada electrodiálisis inversa, que consiste en cambiar cada cierto espacio de tiempo el flujo de energía hacia las membranas y el flujo de producto y efluente, lo que mantiene limpias las membranas.

Estos métodos hacen uso de especies biológicas y microorganismos, dejando que la eliminación de impurezas de las aguas residuales sea a través de procesos naturales. Pueden eliminarse acidez, sulfatos y metales. Este proceso se realiza en los llamados humedales, que pueden ser naturales o artificiales (construidos por el hombre) y éstos a su vez pueden ser aeróbicos y anaeróbicos. En algunas ocasiones se crean hábitats especiales para que los microbios utilizados realicen su actividad, por lo que no es raro ver que hagan uso de plantas que les brindan a éstos microorganismos, una fuente de sobrevivencia mientras realizan su trabajo. En los humedales se puede realizar: sedimentación, filtración, inmovilización física y química y descomposición química y biológica.

Ingeniería Ecológica es cuando se usan especies biológicas o microbiológicas manipuladas por el hombre para mejorarlas, de acuerdo a las necesidades de remoción de contaminantes, estas especies son puestas en un humedal artificial que está en un estanque artificial.

Es el proceso, que combina la tecnología de intercambio iónico y electrodiálisis, es una de las tecnologías más modernas que se usan en la actualidad. Se realiza pasando el agua de un electrodo positivo a uno negativo, permitiendo la eliminación de iones sin necesidad de usar productos químicos.