Técnicos Superiores en Salud Ambiental

Aula permanente de Ciencias de la Salud de Mojácar

Contaminación del agua:

Nuevos desafíos y soluciones

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1. Elevada carga orgánica.

2. Presencia de componentes tóxicos para los microorganismos (que son los responsables de los procesos biológicos de tratamiento).

3. Presencia de sustancias no biodegradables o difícilmente biodegradables.

Características especiales de las aguas residuales industriales:

CONTAMINANTES EMERGENTES EN AGUAS URBANAS E INDUSTRIALES

Valores característicos – Aguas Urbanas

Valores característicos – Aguas Industriales

10 a 50 mg/L P totalAltas temperaturas

Lavandería

aprox. 150 g de metales pesados/m3

aprox. 100 g de CN/m3

Recubrimientos metálicos

1000-2000 mg/L DBO7

Presencia de CromoCurtidurías

100-1000 mg/L DBO7

Colorantes, SH2, oxidantes fuertesIndustria Textil

5000-10000 mg/L DBO7Conservas de pescado

1000-2000 mg/L DBO7

10 a 20 mg/L P totalMatadero

1000-2000 mg/L DBO7Industrias láctea

Tratamiento de las ARI

Instalación Industrial

Instalación Industrial + EDAR

EDAR

Para poder ser vertidas en la red de alcantarillado deben de ser por lo menos asimiladas a residuales

urbanas.

Tratamientos convencionales y específicos

Convencionales:Pretratamientos y en los niveles primario y secundario, tales como el desbaste, la sedimentación, la flotación, la coagulación-floculación y los tratamientos biológicos.

Específicos:Químicos:Descomposición por oxidación química de los contaminantes presentesFísicos: Separan los contaminantes mediante adsorción, filtración o intercambio iónico.

Clasificación de los tratamientos químicos

Oxidación directa:WAO y CWAOOxidación en condiciones supercríticas.

Oxidación Avanzada:Sin aporte de energía:

O3 en medio alcalinoO3 + H2O2

FentonCon aporte de energía:

UV (+oxidantes)Ultrasonidos (+oxidantes)ElectroquímicosFotocatálisis.

I. Oxidación directa

El agente oxidante es el oxígeno (puro o aire)Existen dos tratamientos comerciales: oxidación húmeda no catalítica (WAO, de Wet Air Oxidation) y catalítica (CWAO, de Catalytic Wet Air Oxidation)Se trabaja a altas temperaturas y presiones, aunque menores en el caso de la catalítica.

Proceso Comercial ZIMPRO® para WAO

II. Oxidación AvanzadaLos agentes oxidantes son los radicales libres (como HO2

•, OH•) de modo que el proceso se diseña para producirlos.La reacción de oxidación es mucho más rápida que cuando el oxígeno o el ozono actúan como oxidante directo.

Un radical es un átomo o molécula (puede ser un ión) que presenta un electrón desapareado (impar), lo que los hace enormemente

reactivos. Su tiempo de vida es por ello muy pequeño.

x xx

x

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Clasificación de los procesos de oxidaciónavanzada

Procesos sin aporte de energíaOzonización en medio alcalinoOzonización en presencia de H2O2

Proceso FentonProcesos sin aporte de energía

Procesos con radiación UVProcesos con ultrasonidosProcesos electroquímicosProcesos fotocatalíticos

Ozonización en medio alcalino

Esquema de un Proceso de Ozonización

Eliminación de índigo mediante ozonización en medio alcalino

Es el colorante azul de tipo azoico, usado en las prendas vaqueras (“blue jeans”)Originalmente extraído de las plantas, hoy día es sintético.Su toxicidad oral es bajaEs poco biodegradable

Proceso Fenton (Fe2+ + H2O2)Estos métodos aprovechan la reacción entre el H2O2 y el catión ferroso (Fe2+) para formar radicales hidroxilo.

La regeneración del hierro en forma ferrosa se produce normalmente por la reacción:

2 32 2

2 2 2

2 2 2 2

Fe H O Fe HO HO

HO H O H O HOO

HOO H O O H O HO

+ + • −

• •

• •

+ → + +

+ → +

+ → + +

3 2Fe RH Fe R H+ + • ++ → + +

Proceso Fenton (Fe2+ + H2O2)Balsa de aguas de lavado de aceitunas

Balsa de aguas de lavado de aceite.

Proceso Fenton (Fe2+ + H2O2)

Balsa de alpeorujo

Proceso Fenton (Fe2+ + H2O2)

Tanque de oxidación

pH IC pH IC

Tanque de neutralización

Decantador troncocónico o lamelar

Aguapara riego

Agua residual

OxidanteCatalizador

Coagulante

Disolución alcalina

Salida de lodos

Filtro

Diagrama de flujo de un proceso Fenton para la depuración de las aguas residuales de la

producción de aceite de oliva

Proceso Fenton (Fe2+ + H2O2)

Tanque de oxidación

pH IC pH IC

Tanque de neutralización

Decantador troncocónico o lamelar

Aguapara riego

Agua residual

OxidanteCatalizador

Coagulante

Disolución alcalina

Salida de lodos

Filtro

Planta piloto para la depuración de aguas residuales de la producción de aceite de oliva y del lavado de la aceituna mediante proceso Fenton.

Proceso Fenton (Fe2+ + H2O2)

Planta industrial situada en Baeza (Jaén) para la depuración de aguas residuales de la producción de aceite de oliva y del lavado de la aceituna mediante proceso Fenton.

Proceso Fenton (Fe2+ + H2O2)Aplicación “in situ”

Procesos con radiación UVLa foto-oxidación directa sólo es posible con sustancias que presentan absorbancia a estas longitudes de onda, y en general forma mezclas complejas de productos intermedios.

Por eso se suele acompañar de otros oxidantes que ayuden a mejorar el proceso, ya que tanto el ozono como el peróxido de hidrógeno, absorben la radiación UV y forman radicales. Posibles combinaciones: O3+UV, H2O2+UV, O3+H2O2+UV ó Fe2++H2O2+ UV (Foto-Fenton)

En cuanto al proceso Foto-Fenton, la radiación UV contribuye a acelerar notablemente la velocidad del proceso Fenton convencional, al favorecer la regeneración de la forma reducida del hierro.

Proceso Calgon UV/H2O2 para la eliminación de contaminantes orgánicos del agua

Reactor abierto para el tratamiento de aguas residuales con radiación UV

Procesos fotocatalíticosSe emplean sólidos semiconductores, que como absorben radiación electromagnética, generándose huecos electrónicos de elevado poder oxidante en su superficie.

Pueden oxidar tanto a la materia orgánica presente, como a la propia agua, generando radicales que también contribuyen a la oxidación de la primera.

El principal fotocatalizador que se utiliza es el dióxido de titanio (TiO2), que puede activarse mediante la radiación solar. Los mejores resultados se obtienen a pH ligeramente ácido y en combinación con otros generadores de hidroxilos, tales como ozono o peróxido de hidrógeno.

Fotorreactor instalado en la PSA usado para la depuración de aguas de lavado de recipientes de pesticidas

Principales tratamientos específicos de naturaleza física

Procesos de membranaProcesos de membrana: Las membranas actúan como un filtro aunque su papel es más activo ya que en función de sus propiedades, interaccionan con la sustancia a separar, lo que les permite trabajar de forma muy selectiva.AdsorciAdsorcióón:n: Consiste en la fijación de una sustancia, denominada adsorbato, en la superficie de otra, denominada adsorbente.Intercambio iIntercambio ióónico:nico: Los iones disueltos en el agua residual se intercambian por otros de la misma carga que se encuentran sobre un medio sólido, que se denominan resinas cambiadoras de iones.

Procesos de membrana: formas de operaciónFiltraciFiltracióón en ln en líínea (nea (DeadDead--endend FiltrationFiltration): ): Es análoga a la filtración clásica. El flujo es perpendicular a la superficie filtrante.

FiltraciFiltracióón tangencial (Crossn tangencial (Cross--FlowFlow FiltrationFiltration): ): El flujo es paralelo a la superficie filtrante. Genera una fase concentrada (retenido) y otra diluida (permeado).

Algunas configuraciones de las membranas

1. Cartuchos (filtración en línea)

Algunas configuraciones de las membranas

2. Membranas enrolladas en espiralMembrana en forma de bolsa, con un separador interno. Se enrollan en espiral alrededor del tubo de permeado.

Diferentes operaciones con membranas

Microfiltración y UltrafiltraciónSe basan en el mismo principio que la filtración clásica, es decir, en la exclusión por tamaños.Son aplicables para eliminar partículas coloidales y macromoléculas (hasta unos 10 nm en el caso de la UF).Aplicaciones:

MF: Esterilización por filtración, depuración de aguas con dispersiones coloidales de aceites.UF: BMR, recuperación de proteínas y eliminación de partículas de pintura y recuperación de aceites.

Ósmosis inversa

Es capaz de eliminar los iones disueltos.Se usa especialmente para la desalación del agua para consumo humano.Requiere la aplicación de elevadas presiones, por lo que consume una gran cantidad de energía.

AdsorciónConsiste en eliminar materia disuelta o coloidal mediante su unión a la superficie de un material adecuado (adsorbente).

Puede deberse a interacciones físicas (débiles) o químicas (más fuertes).

Para que sea eficaz el adsorbente debe tener una elevada área superficial, que puede ser tanto externa como interna.

Un buen ejemplo de adsorbente es el carbón activo, que puede alcanzar un área superficial de 1000 m2/g.

Otros adsorbentes interesantes son los materiales residuales, tales como los huesos de aceituna, neumáticos triturados, cáscara de coco, etc.

Obtención del carbón activoEs parecido al grafito, pero su estructura es amorfa.Puede obtenerse a partir de sustancias con alto contenido en carbono, como carbón, madera, cáscaras de coco, etc. Mediante pirólisis y posterior activación.

Sistemas de tratamiento con carbón activo

El agua es bombeada a través de tanques o columnas en serie rellenas de carbón activo.

Puede añadirse el carbón granulado al agua, pero esto exigirá un posterior filtrado.

A medida que el agua fluye por la columna, los contaminantes se adsorben en la superficie.

Una vez saturada la superficie se debe regenerar (limpiar).

Agua limpia

Agua residual

Sistemas de tratamiento con carbón activo

Activatedcarbon

AplicacionesEs muy efectivo con sustancias poco solubles en el agua, como las moléculas orgánicas.

Amplia gama de productos químicos: combustibles, PCBs, dioxinas, metales, etc.

Es más económico que otros métodos, como los procesos de oxidación.

Como todo método físico, no destruye los contaminantes, por lo que debe llevarse a un vertedero controlado, quemarse, etc.