El tratamiento de aguas residuales industriales describe los procesos utilizados para tratar las aguas residuales producidas por las industrias como un subproducto indeseable. Después del tratamiento, las aguas residuales (o efluentes) industriales tratadas 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 ser tratadas en plantas depuradoras . 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 relativas a la eliminación de aguas residuales en alcantarillas o en ríos, lagos u océanos . [1] : 1412 Esto se aplica a industrias que generan aguas residuales con altas concentraciones de materia orgánica (por ejemplo, aceites y grasas), 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 algunas aguas residuales . Las tendencias recientes han sido minimizar dicha producción o reciclar las aguas residuales tratadas dentro del proceso de producción. Algunas industrias han logrado rediseñar 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 siderúrgica, la metalurgia, las minas y canteras, la industria nuclear, la extracción de petróleo y gas , el refinado de petróleo y los productos petroquímicos , la fabricación farmacéutica y la pulpa. y la industria papelera , fundiciones, fábricas textiles , contaminación por aceites industriales , tratamiento de aguas y conservación de la madera . Los procesos de tratamiento incluyen tratamiento de salmuera, eliminación de sólidos (por ejemplo, precipitación química, filtración), eliminación de aceites y grasas, eliminación de compuestos orgánicos biodegradables, eliminación de otros compuestos orgánicos, eliminación de ácidos y álcalis y eliminación de materiales tóxicos.
Las instalaciones industriales pueden generar los siguientes flujos de aguas residuales industriales: [ cita necesaria ]
Las aguas residuales industriales podrían agregar los siguientes contaminantes a los cuerpos de agua receptores si no se tratan y gestionan adecuadamente:
Los contaminantes específicos generados y las concentraciones de efluentes resultantes pueden variar ampliamente entre los sectores industriales. [ cita necesaria ]
Los fabricantes de baterías se especializan en la fabricación de pequeños dispositivos electrónicos y equipos 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]
Una instalación de tratamiento centralizado de residuos (CWT) procesa residuos industriales líquidos o sólidos generados por instalaciones de fabricación fuera del sitio. Un fabricante puede enviar sus desechos a una planta CWT, en lugar de realizar el tratamiento en el sitio, debido a limitaciones tales como disponibilidad limitada de terreno, dificultad para diseñar y operar un sistema en el sitio o limitaciones impuestas por regulaciones y permisos ambientales. Un fabricante puede determinar que utilizar un CWT es más rentable que tratar los residuos en sí; Este suele ser el caso cuando el fabricante es una pequeña empresa. [14]
Las plantas CWT a menudo reciben 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 residuos pueden clasificarse como peligrosos , tener altas concentraciones de contaminantes o ser difíciles de tratar. En 2000, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. publicó regulaciones sobre aguas residuales para instalaciones de CWT en EE. UU. [15]
Los contaminantes específicos vertidos por 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 se pueden verter 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 biológico de tratamiento de aguas residuales y se utiliza como parámetro regulatorio en algunos permisos de descarga. Las descargas de contaminantes metálicos pueden incluir cromo , cobre , plomo , níquel y zinc . [dieciséis]
El sector de productos químicos inorgánicos cubre una amplia variedad de productos y procesos, aunque una planta individual puede producir una gama limitada de productos y contaminantes. Los productos incluyen compuestos de aluminio; carburo de calcio y cloruro de calcio; ácido fluorhídrico; compuestos de potasio; bórax; compuestos a base de cromo y flúor; 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 y fluoruro; y metales pesados como cromo, cobre, hierro, plomo, mercurio, níquel y zinc. [17]
Las centrales eléctricas de combustibles fósiles , en particular las que funcionan con carbón , son una fuente importante de aguas residuales industriales. Muchas de estas plantas vierten aguas residuales con niveles importantes de metales como plomo , mercurio , cadmio y cromo , además de arsénico , selenio y compuestos nitrogenados ( nitratos y nitritos ). Las corrientes de aguas residuales incluyen la desulfuración de los gases de combustión , las cenizas volantes , las cenizas de fondo y el control del mercurio de los gases de combustión . Las plantas con controles de la 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 alimentadas con carbón. Estos estanques utilizan la gravedad para sedimentar las 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, dependiendo del flujo de residuos particular de la planta. Estos 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 que el tratamiento de alta eficiencia de las aguas residuales de desulfuración de gases de combustión cumpla con los límites de descarga recientes de la EPA. [19] El enfoque de tratamiento es similar para otras aguas residuales industriales con alta incrustación.
Las aguas residuales generadas por operaciones agrícolas y de procesamiento de alimentos tienen características distintivas que las diferencian 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 están suspendidas. sólidos (SS). [20] Los componentes de las aguas residuales alimentarias y agrícolas suelen ser complejos de predecir, debido a las diferencias en DBO y pH en los efluentes de productos vegetales, frutales y cárnicos y debido a la naturaleza estacional del procesamiento de alimentos y la poscosecha. [ cita necesaria ]
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 material particulado y algo de materia orgánica disuelta . También puede contener tensioactivos y pesticidas.
Las instalaciones de acuicultura (piscifactorías) 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 de los fluidos corporales, como la sangre y el contenido intestinal . Los contaminantes generados incluyen DBO, SS, bacterias coliformes , aceites y grasas, nitrógeno orgánico y amoníaco . [23]
El procesamiento de alimentos para la venta produce desechos generados al cocinar que a menudo son ricos en materia orgánica vegetal y también pueden contener sal , saborizantes , colorantes y ácidos o álcalis . También pueden estar presentes grandes cantidades de grasas, aceites y grasas ("FOG") que, en concentraciones suficientes, pueden obstruir las tuberías de alcantarillado. Algunos municipios exigen que los restaurantes y las empresas de procesamiento de alimentos utilicen interceptores de grasa 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 tratamiento in situ antes de que las aguas residuales operativas puedan aplicarse al suelo o descargarse a una vía fluvial o a un sistema de alcantarillado. Los altos niveles de sólidos suspendidos de partículas orgánicas aumentan la DBO y pueden generar importantes recargos en el alcantarillado. La sedimentación, el cribado con alambre tipo cuña o la filtración con cinta giratoria (microcribado) son métodos comúnmente utilizados para reducir la carga de sólidos orgánicos suspendidos antes de la descarga. [ cita necesaria ]
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 residuales incluye productos de gasificación como benceno , naftaleno , antraceno , cianuro, amoníaco, fenoles , cresoles junto con una variedad de compuestos orgánicos más complejos conocidos colectivamente como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH). [25]
La conversión de hierro o acero en láminas, alambres o varillas requiere etapas de transformación mecánica en frío y en caliente que emplean frecuentemente agua como lubricante y refrigerante. Los contaminantes incluyen aceites hidráulicos , sebo y partículas sólidas. El tratamiento final de los productos de hierro y acero antes de su comercialización incluye el decapado en ácido mineral fuerte para eliminar el óxido y preparar la superficie para estañado o cromado o para otros tratamientos de superficie como galvanización o pintura . Los dos ácidos comúnmente utilizados son el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico . Las aguas residuales incluyen aguas de enjuague ácidas junto con ácido residual. Aunque muchas plantas operan plantas de recuperación de ácido (particularmente aquellas que usan 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 por eliminar. Muchas aguas residuales de la industria siderúrgica están contaminadas por aceite hidráulico, también conocido como aceite soluble. [ cita necesaria ]
Muchas industrias realizan trabajos con materias primas metálicas (por ejemplo, láminas de metal, lingotes ) mientras fabrican sus productos finales. Las industrias incluyen la fabricación de automóviles, camiones y aviones; fabricación de herramientas y ferretería; 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 , recubrimiento y pintura, grabado químico y fresado , desengrasado con solventes , 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 diversos solventes químicos, aceites y grasas. [26] [27]
Las principales aguas residuales asociadas con minas y canteras son lodos de partículas de roca en el agua. Estos surgen de la lluvia que lava las superficies expuestas y los caminos de acarreo y también del lavado de rocas y los procesos de nivelación. Los volúmenes de agua pueden ser muy altos, especialmente los que surgen debido a las precipitaciones en sitios grandes. [28] 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 en partículas finas y tensioactivos . Los aceites y aceites hidráulicos también son contaminantes comunes. [29]
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 ingresar materiales indeseables a la corriente de aguas residuales. 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. [30]
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 deseado; la roca sobrante se conoce como relaves. Estos relaves contienen una combinación no sólo de metales sobrantes indeseables, sino también de 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 resultante de la mina , que a menudo es rico en metales pesados (porque los ácidos disuelven los metales), es uno de los muchos impactos ambientales de la minería . [30]
La producción de residuos de la industria nuclear y radioquímica se considera residuo radiactivo . [ cita necesaria ]
Los investigadores han observado la bioacumulación de estroncio por el alga Scenedesmus spinosus en aguas residuales simuladas. El estudio afirma una capacidad de biosorción altamente selectiva del estroncio de S. spinosus, lo que sugiere que puede ser apropiado para el uso de aguas residuales nucleares. [31]
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. Parte del agua producida contiene trazas de material radiactivo natural . Las plataformas marinas de petróleo y gas también generan drenaje de cubierta, desechos domésticos y sanitarios. Durante el proceso de perforación, los sitios de pozos generalmente descargan recortes de perforación y lodo de perforación (fluido de perforación). [32]
Los contaminantes vertidos en refinerías de petróleo y plantas petroquímicas incluyen contaminantes convencionales (DBO, aceites y grasas, sólidos suspendidos ), amoníaco, cromo, fenoles y sulfuros. [33]
Las plantas farmacéuticas suelen generar una variedad de aguas residuales de procesos, incluidos solventes, 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 que no son de proceso generalmente incluyen 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 (por ejemplo, lodos activados con nitrificación), filtración multimedia , destrucción de cianuro (por ejemplo, hidrólisis ), extracción con vapor y reciclaje de aguas residuales. [34]
Los efluentes de la industria de la pulpa y el papel generalmente tienen un alto contenido de sólidos en suspensión y DBO. Las plantas que blanquean la pulpa de madera para la fabricación de papel pueden generar cloroformo , dioxinas (incluido el 2,3,7,8-TCDD ), furanos , fenoles y demanda química de oxígeno (DQO). [35] Es posible que las fábricas de papel independientes que utilizan pulpa importada solo requieran 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 tratamientos biológicos como lodos activados o reactores anaeróbicos de flujo ascendente de manto de lodos . Para molinos con altas cargas inorgánicas como la sal, es posible que se requieran tratamientos terciarios, ya sea tratamientos generales de membrana como ultrafiltración u ósmosis inversa o tratamientos para eliminar contaminantes específicos, como nutrientes.
Los contaminantes vertidos por las fundiciones de metales no ferrosos varían según el mineral de metal base. Las fundiciones de bauxita generan fenoles [36] : 131 , pero normalmente utilizan cuencas de sedimentación y evaporación para gestionar estos desechos, sin necesidad de descargar aguas residuales de forma rutinaria. [36] : 395 Las fundiciones de aluminio suelen descargar fluoruro , benzo(a)pireno , antimonio y níquel , además de aluminio. Las fundiciones de cobre suelen generar 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 básicos. Las fundiciones de zinc vierten arsénico, cadmio, cobre, plomo, selenio y zinc. [37]
Los procesos de tratamiento típicos utilizados en la industria son la precipitación química, la sedimentación y la filtración. [36] : 145
Las fábricas textiles , incluidos los fabricantes de alfombras , generan aguas residuales a partir de una amplia variedad de procesos, incluidos la limpieza y el acabado, la fabricación de hilos y el acabado de tejidos (como blanqueo , teñido , tratamiento de resina , impermeabilización y retardantes de llama ). Los contaminantes generados por las fábricas textiles incluyen DBO, SS, aceites y grasas, sulfuros, fenoles y cromo. [38] 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, pueden recuperarse para la producción de sebo o un procesamiento posterior. [ cita necesaria ]
Las plantas de teñido de textiles generan aguas residuales que contienen colorantes sintéticos (p. ej., colorantes reactivos, colorantes ácidos, colorantes básicos, colorantes dispersos, colorantes de tina, colorantes de azufre, colorantes mordientes, colorantes directos, colorantes incrustados, colorantes solventes, colorantes pigmentados) [39] y colorantes naturales. , espesante de goma (guar) y diversos agentes humectantes, tampones de pH y retardantes o aceleradores de tintes. Después del tratamiento con floculantes y agentes sedimentadores a base de polímeros, los parámetros de monitoreo típicos incluyen DBO, DQO, color (ADMI), sulfuro, aceite y grasa, fenol, SST y metales pesados (cromo, zinc , plomo, cobre).
Las aplicaciones industriales en las que el petróleo ingresa al flujo de aguas residuales pueden incluir áreas 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 sistemas de alcantarillado locales o de residuos comerciales y deben cumplir con las especificaciones ambientales locales. Los contaminantes típicos pueden incluir disolventes, detergentes, arena, lubricantes e hidrocarburos.
Muchas industrias tienen la necesidad de tratar el agua para obtener agua de muy alta calidad para sus procesos. Esto podría incluir síntesis química pura o agua de alimentación de calderas. Además, algunos procesos de tratamiento de agua producen lodos orgánicos y minerales procedentes de la filtración y sedimentación que requieren tratamiento. El intercambio iónico utilizando resinas naturales o sintéticas elimina los iones de calcio , magnesio y carbonato del agua, reemplazándolos típicamente con sodio , cloruro , hidroxilo y/u otros iones. La regeneración de columnas de intercambio iónico con ácidos y álcalis fuertes produce aguas residuales ricas en iones de dureza que precipitan fácilmente, especialmente cuando se mezclan con otros componentes del agua residual.
Las plantas preservadoras de madera generan contaminantes convencionales y tóxicos, incluidos arsénico, DQO, cobre, cromo, pH anormalmente alto o bajo, fenoles, sólidos suspendidos, aceites y grasas. [40]
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 y las plantas químicas y petroquímicas , cuentan con instalaciones in situ para tratar sus aguas residuales, de modo que las concentraciones de contaminantes en las aguas residuales tratadas cumplan con las normas relativas a la eliminación de aguas residuales en alcantarillas o en ríos, lagos u océanos. [1] : 1412 Los humedales artificiales se utilizan 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 agua utilizada dentro de las plantas antes de que tenga que limpiarse y eliminarse. [41]
Una planta de tratamiento de aguas residuales industriales puede incluir uno o más de los siguientes en lugar de la secuencia de tratamiento convencional de las plantas de tratamiento de aguas residuales:
El tratamiento con salmuera implica eliminar los iones de sal disueltos del flujo de residuos. Aunque existen similitudes con la desalinización de agua de mar o agua salobre , el tratamiento de salmuera industrial 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 generalmente se optimizan para reducir el volumen de la descarga final para una eliminación más económica (ya que los costos de eliminación a menudo se basan en el volumen) o maximizar la recuperación de agua dulce o sales. Los sistemas de tratamiento de salmuera también se pueden optimizar para reducir el consumo de electricidad, el uso de productos químicos o la huella física.
El tratamiento con salmuera se encuentra comúnmente cuando se trata la purga de torres de enfriamiento, agua producida a partir de drenaje por gravedad asistido por vapor (SAGD), agua producida a partir de la extracción de gas natural , como gas de veta de carbón , agua de reflujo de fractura, drenaje ácido de mina o roca ácida , rechazo de ósmosis inversa, Aguas residuales cloro-álcalis , efluentes de fábricas de pulpa y papel, y corrientes residuales 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 catiónico con ácido débil ; o procesos de evaporación, tales como concentradores de salmuera y cristalizadores que emplean recompresión mecánica de vapor y vapor. Debido a los cada vez mayores estándares de vertido, ha surgido el uso de procesos de oxidación avanzada para el tratamiento de salmueras. Algunos ejemplos notables, como la oxidación de Fenton [44] [45] y la ozonización [46], 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 contaminación causada 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, tan alto como el de la sal sólida. También producen efluentes de la más alta pureza, incluso con calidad de destilado. Los procesos de evaporación también son más tolerantes a compuestos orgánicos, hidrocarburos o sales de dureza. Sin embargo, el consumo de energía es elevado 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 .
La gestión de salmuera examina el contexto más amplio del tratamiento de salmuera y puede incluir la consideración de políticas y regulaciones gubernamentales, sostenibilidad corporativa , impacto ambiental, reciclaje, manipulación y transporte, contención, centralizado en comparación con el tratamiento in situ, evitación y reducción, tecnologías y economía. La gestión de salmueras comparte algunos problemas con la gestión de lixiviados y la gestión más general de residuos . En los últimos años, ha habido una mayor prevalencia en la gestión de salmueras debido al impulso global para la descarga cero de líquidos (ZLD)/descarga mínima de líquidos (MLD). [47] 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 los recientes avances en la tecnología de membranas. Cada vez más, también se han realizado mayores esfuerzos para aumentar la recuperación de materiales de las salmueras, especialmente de la minería, las aguas residuales geotérmicas o las salmueras de desalinización. [48] [49] [50] [51] [52] [53] Diversa literatura demuestra 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 posterior de salmueras de aguas residuales, para reducir los vertidos y también para obtener productos valiosos de ellos.
La mayoría de los sólidos se pueden eliminar mediante técnicas de sedimentación simples y los sólidos se recuperan en forma de lodo o lodo. Los sólidos muy finos y los sólidos con densidades cercanas a la del agua plantean problemas especiales. En tal caso , puede ser necesaria una filtración o 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 tratamiento in situ antes de poder ser descargadas para evitar o reducir los recargos por 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 con cinta (microcribado) y el cribado en tambor.
La eliminación efectiva de aceites y grasas depende de las características del aceite en términos de su estado de suspensión y tamaño de las gotas, lo que a su vez afectará la elección de la tecnología del separador. El petróleo en las aguas residuales industriales puede ser petróleo ligero libre, petróleo pesado, que tiende a hundirse, y petróleo emulsionado, a menudo denominado aceite soluble. Los aceites emulsionados o solubles normalmente requerirán "craqueo" para liberar el aceite de su emulsión. En la mayoría de los casos esto se logra reduciendo el pH de la matriz del agua.
La mayoría de las tecnologías de separadores tendrán una gama óptima de tamaños de gotas de aceite que pueden tratarse eficazmente. Cada tecnología de separador tendrá su propia curva de rendimiento que describe el rendimiento óptimo según el tamaño de la gota de aceite. Los separadores más comunes son tanques o fosos por gravedad, separadores API de agua y aceite o paquetes de placas, tratamientos químicos mediante flotaciones de aire disuelto, centrífugas, filtros de medios e hidrociclones.
El análisis del agua aceitosa para determinar el tamaño de las gotas se puede realizar con un analizador de partículas por vídeo.
Los separadores de hidrociclón operan en el proceso donde las aguas residuales ingresan a la cámara del ciclón y giran 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 desde un extremo del ciclón donde 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 de aceite y agua. [55] [56] [57] [58]
El material orgánico biodegradable de origen vegetal o animal suele ser posible de tratar mediante procesos de tratamiento de aguas residuales convencionales ampliados , como lodos activados o filtros percoladores . [1] [59] 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 necesaria ]
El proceso de lodos activados es un tipo de proceso de tratamiento biológico de aguas residuales para el tratamiento de aguas residuales o industriales mediante aireación y un flóculo biológico compuesto por bacterias y protozoos . Es una de varias alternativas de tratamiento biológico de aguas residuales en Tratamiento Secundario, que se ocupa de la eliminación de materia orgánica biodegradable y sólidos en suspensión. Utiliza aire (u oxígeno ) y microorganismos para oxidar biológicamente 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) al agua residual. A esto le sigue un tanque de sedimentación para permitir que los flóculos biológicos (la capa de lodo) se sedimenten, separando así el lodo biológico del agua clara tratada. Parte de los lodos residuales se recicla al tanque de aireación y el resto de los lodos residuales se elimina para su posterior tratamiento y eliminación final.
Un filtro percolador consiste en un lecho de rocas , grava , escoria , turba o medio plástico sobre el cual el agua residual fluye hacia abajo y entra en contacto con una capa (o película) de limo microbiano que cubre el medio del lecho. Las condiciones aeróbicas se mantienen mediante el flujo de aire forzado a través del lecho o mediante la convección natural del aire. El proceso implica la adsorción de compuestos orgánicos en las aguas residuales por la capa de lodo microbiano y la difusión de aire en la capa de lodo para proporcionar el oxígeno necesario para la oxidación bioquímica de los compuestos orgánicos. Los productos finales incluyen dióxido de carbono gaseoso, agua y otros productos de la oxidación. A medida que la capa de limo se espesa, resulta difícil que el aire penetre en la capa y se forma una capa anaeróbica interna. [ cita necesaria ]
Los materiales orgánicos sintéticos, incluidos 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 del material que se está tratando. Los métodos incluyen procesamiento de oxidación avanzado , destilación , adsorción, ozonización, vitrificación , incineración , inmovilización química o eliminación en vertederos. Algunos materiales, como algunos detergentes, pueden ser capaces de sufrir degradación biológica y, en tales casos, se puede utilizar una forma modificada de tratamiento de aguas residuales.
Los ácidos y álcalis normalmente se pueden neutralizar en condiciones controladas. La neutralización frecuentemente produce un precipitado que requerirá tratamiento como un residuo sólido que también puede ser tóxico. En algunos casos, pueden desprenderse gases que requieran tratamiento para la corriente de gas. Generalmente se requieren otras formas de tratamiento después de la neutralización.
Las corrientes residuales ricas en iones de dureza procedentes de procesos de desionización pueden perder fácilmente los iones de dureza en una acumulación de sales precipitadas de calcio y magnesio. Este proceso de precipitación puede causar enrasamiento severo en las tuberías y, en casos extremos, causar el bloqueo de las tuberías de eliminación. En la década de 1970, dichas sales bloquearon una tubería de descarga marina industrial de 1 metro de diámetro que daba servicio a un importante complejo químico. 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.
Los materiales tóxicos, incluidos muchos materiales orgánicos, metales (como zinc, plata, cadmio , talio , etc.), ácidos, álcalis, elementos no metálicos (como arsénico o selenio ) son generalmente resistentes a los procesos biológicos a menos que estén muy diluidos. Los metales a menudo pueden precipitarse cambiando el pH o tratándolos con otros productos químicos. Muchos, sin embargo, son resistentes al tratamiento o la mitigación y pueden requerir concentración seguida de vertidos o reciclaje. Los compuestos orgánicos disueltos se pueden incinerar en las aguas residuales mediante el proceso de oxidación avanzado.
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 nano, micro 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 (cáscara). Hay tres tipos de cápsulas bajo investigación: cápsulas a base de alginato , nanotubos de carbono , cápsulas hinchables de polímero. Estas cápsulas proporcionan un posible medio para la remediación de aguas contaminadas. [60]
Para eliminar el calor de las aguas residuales generadas por las centrales eléctricas o plantas de fabricación , y así reducir la contaminación térmica , se utilizan las siguientes tecnologías:
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 relacionado con la sismicidad inducida . [62]
Las economías de escala pueden favorecer una situación en la que las aguas residuales industriales (con pretratamiento o sin tratamiento) se descarguen al alcantarillado y luego se traten en una gran planta municipal de tratamiento de aguas residuales. Normalmente, en ese caso se aplican cargos por residuos comerciales. O podría ser más económico tener un tratamiento completo de las aguas residuales industriales en el mismo sitio donde se generan y luego descargar estas aguas residuales industriales tratadas en una masa de agua superficial adecuada. Esto reduce efectivamente los cargos por tratamiento de aguas residuales cobrados por las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales mediante el pretratamiento de las aguas residuales para reducir las concentraciones de contaminantes medidas para determinar las tarifas de los usuarios. [63] : 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.
La comunidad internacional ha definido el tratamiento de 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 "Para 2030, mejorar la calidad del agua reduciendo la contaminación , eliminando los vertidos y minimizando la liberación de productos químicos y materiales peligrosos , reduciendo a la mitad la proporción de aguas residuales no tratadas y aumentando sustancialmente el reciclaje y la reutilización segura a nivel mundial". [64] Uno de los indicadores de esta meta es la "proporción de flujos de aguas residuales domésticas e industriales tratados de forma segura". [sesenta y cinco]
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