Ing. Carlos Tomé Rodríguez

Introducción

Cada día es más evidente y está más claro que el progreso económico y la correcta conservación del medio ambiente se conducen por caminos paralelos.

El desarrollo sostenible implica un manejo muy cuidadoso de los recursos disponibles, entre los que se encuentra el agua.

Es una obligación ineludible e irrenunciable encontrar un justo equilibrio entre ecología, tecnologías y economía.

Se necesitan soluciones totales hoy y en el futuro.

Las reservas mundiales de agua ocupan un lugar de suma importancia y muy especial dentro de los recursos naturales. El agua es base de vida, el elemento fundamental de nuestro entorno y esencial en muchos procesos industriales como los que se desarrollan en las industrias de alimentación y bebidas.

Mucho agua, poco agua o agua contaminada son causa de catástrofes naturales, sequías y erosión de suelos o enfermedades y epidemias.

Muchos elementos químicos como el Calcio, Magnesio, Manganeso, Hierro, son disueltos cuando están largo tiempo en contacto con agua pura; esos elementos disueltos son los que luego le aportan ciertas características al agua tales como: turbidez, color, olor, sabor, dureza, alcalinidad, que a veces son características indeseables para usos industriales o para el consumo humano.
El costo del agua cruda más el costo de su tratamiento adecuado pueden llegar a influir fuertemente en el costo de elaboración de nuestro producto y consecuentemente en el precio de venta del mismo. Además para que nuestro proceso fabril sea fiable debemos suministrar el agua en forma constante, tanto en calidad como en cantidad. De ahí la importancia de la elección de un tratamiento adecuado desde el punto de vista técnico-económico.

Debido a la existencia de regulaciones legales, ya sean federales, estatales o municipales, las aguas residuales provenientes de procesos industriales ya no pueden ser vertidas a cauces naturales ( ríos, mares, lagunas) o acuíferos subterráneos sin un tratamiento previo para cumplir con las reglas vigentes emanadas de la autoridad competente.

Las tecnologías utilizadas para tratar las aguas residuales deben también conducir a la re-utilización de esas aguas tratadas e incluso de ser posible conseguir agua potable.

Como vimos anteriormente para la industria el costo del agua tratada, así como el costo del tratamiento de las aguas residuales provenientes de su proceso industrial está incrementándose en forma dramática, lo que hace que los tratamientos de efluentes están siendo cada vez más atractivos.

Potabilización de Agua de Mar

Trataremos este tema por la importancia actual que tiene y que tendrá próximamente en futuro cercano. Recordemos que el 97,5 % del agua disponible es agua salada o agua de mar.

La importancia que tiene obtener agua potable del agua de mar en México surge de la observación que éste país posee más de 10.000 km. de litoral marítimo con costas bañadas por los océanos Pacífico y Atlántico y el Golfo de México. Podemos asegurar que éste país tiene una posición principalmente privilegiada con respecto a otros países.

Las ventajas de este tipo de plantas es que reducen el tiempo de trabajo en campo para su instalación y puesta en marcha.

Su campo de aplicación es bastante amplio: Complejos industriales, Campamentos civiles o militares, Pequeñas comunidades, Areas en desarrollo, etc.

Desmineralización de Agua Potable

Necesitamos agua desmineralizada ( o deionizada ) para su aplicación en diferentes procesos industriales.

• Para reposición de agua de alimentación de calderas en ciclos térmicos de alta presión o de baja presión.
• Procesos donde el agua es “materia prima” y debe presentar características fijas y reproducibles en el tiempo, por ejemplo en las industrias de alimentación y bebidas para conservar el mismo sabor del producto.
• Procesos de lavados donde deben evitarse depósitos salinos ( industria
• Electrónica, industria metalmecánica e industria textil).

La calidad del agua desmineralizada se mide por su conductividad eléctrica específica y se expresa en microSiemens/ cm, o su inversa la resistencia eléctrica específica expresada en MegaOhm/cm.

Para conseguir agua desmineralizada en escala industrial disponemos de dos procesos: Intercambio Iónico y Osmosis Inversa. Con el primero conseguimos agua con rangos entre 1 y 10 microSiemens/cm y con Osmosis Inversa rangos de 5 a 30 microSiemens/cm.

Intercambio Iónico

Este sistema se utilizó primeramente para ablandar o suavizar aguas duras utilizando zeolitas naturales que cambiaban cationes calcio y magnesio que son causa de la dureza del agua. Una vez saturadas las zeolitas se regenan con solución de cloruro de sodio.

Hoy para conseguir la deonización del agua se utilizan resinas sintéticas, diseñadas especialmente, de tipo catiónico y de tipo aniónico, alojadas en columnas separadas y puestas ambas columnas en serie.

Las resinas catiónicas son aptas para intercambiar cationes como Ca++, Mg++ y Na+, aportados por el agua a tratar, con iones positivos como H+, aportados por la resina.

Las resinas aniónicas son aptas para intercambiar aniones como CO3=, Cl- y SO4= , aportados por el agua a tratar con iones Hidroxilo OH-, aportado por la resina.

Los iones H+ y HO- se atraen mutuamente por su diferente carga eléctrica y forman moléculas de agua H2O.

El proceso de intercambio se ilustra en la siguiente figura.

El proceso de intercambio se interrumpe cuando las resinas están saturadas y en ese momento es necesario proceder a la regeneración con soluciones ácidas o básicas según sea la resina. El efluente de las regeneraciones debe ser tratado antes de enviarlo al drenaje.

El proceso de regeneración consta de tres pasos. Lavado en contracorriente, regeneración propiament6e dicha en contracorriente o equicorriente y finalmente enjuague final para retirar exceso de regenerante.

El agua obtenida por equipos de “Lecho Mixto” alcanza una calidad de 0,2 microSiemens/cm, esa calidad es constante a lo largo del ciclo de operación igual que su pH.

Estos sistemas se utilizan como pulido final del agua después procesos convencionales de Intercambio Iónico u Osmosis Inversa.

Osmosis Inversa

Estos sistemas están basados en el “Fenómeno Osmótico”, por el cual una solución de baja concentración de sales pasa a través de una membrana hacia una solución de alta concentración de sales, La diferencia de presión a ambos lados de la membrana se conoce como presión osmótica.

El agua a tratar sometida a una presión superior a la presión osmótica es obligada a pasar a través de la membrana semipermeable, quedando retenidos antes de la membrana los cationes y los aniones que forman el “concentrado” o rechazo del equipo. El líquido filtrado recibe el nombre de permeado.

En estos equipos se define como Factor de recuperación la relación porcentual entre el permeado y el volumen total alimentado al equipo:

RF= Caudal Filtrado/Caudal Alimentado x 100

Para agua de mar RF es aproximadamente 40 %

Para agua de pozo RF puede tener un rango entra 60 y 80 %.

Los sistemas de Osmosis Inversa comenzaron a usarse a escala industrial entre 1959 y 1960, Las primeras membranas fueron de carácter orgánico (acetato de celulosa) arrolladas en forma de espiral para aumentar la superficie de intercambio, con el tiempo comenzaron a utilizarse las resinas llamadas de fibra hueca y hoy ya se utilizan con ventaja las membranas cerámicas.

Los consumos de energía eléctrica han mejorado con el correr del tiempo bajando de 20 KWh/m3 a 5 KWh/m3 actuales por la incorporación de turbinas de recuperación.

Estos sistemas de tratamiento garantizan una retención de cationes y aniones de hasta 99,5 % y retención de virus, bacterias y pirógenos de hasta 95 %.

Para saber cuál es el sistema más conveniente a usar entre Intercambio Iónico y Osmosis Inversa debemos conocer : costo del agua cruda a ser tratada, costo de la energía eléctrica, costo de los químicos de regeneración y pretratamiento, destino de la descarga de regeneración, costo de la inversión de cada uno de los equipos y el conocimiento que tengan los futuros operadores.

En la figura siguiente se muestran los campos de aplicación de los dos sistemas y sus respectivos costos operativos.

Tratamiento de aguas residuales

Como vimos anteriormente las aguas residuales provenientes de procesos industriales deben ser tratadas antes de su vertido y acondicionadas para satisfacer las normas legales en vigencia.

Los tratamientos se basan en la degradación de los contaminantes contenidos en el agua residual. Los contaminantes pueden ser moléculas orgánicas, compuestos orgánicos, compuestos nitrogenados, compuestos fosforosos, metales pesados, aceites, grasas y otros.

Para su tratamiento contamos con Tratamientos Físico-Químicos, Tratamientos Biológicos y combinaciones de ambos tratamientos.

Tratamientos Físico-Químicos

En estos tratamientos la degradación de los contaminantes se logra por una fuerte oxidación de los mismos.

Por la dosificación de electrolítos se crean fuerzas electrostáticas que reducen las partículas sólidas al tamaño de partículas coalescentes que se unen y crecen en forma de flóculos. Los flóculos son separados del agua por su gravedad específica ( Sedimentación) o por remoción superficial (Flotación) .

Tratamientos Biológicos

En este tipo de tratamiento la degradación de los contaminantes se logra por medio de bacterias ad-hoc desarrolladas en un medio de alimentación (Biofiltración), o bacterias dispersas en suspensión (lodos activados).

Los sistemas actuales más usados se basan en lodos activados ya sean anaeróbicos o aeróbicos.

Procesos Anaeróbicos

Estos procesos son los que han recibido mayor cantidad de avances tecnológicos en los últimos años, por lo que podemos decir que son los más modernos y los más económicos de operar.

En ellos la materia orgánica se transforma en Biogas, mezcla rica de gas metano y dióxido de carbono.

En estos procesos es conveniente mezclar el agua residual proveniente de los procesos industriales con los desagües sanitarios,( después de haber pasado estos últimos por cámaras o fosas sépticas), ya que ambos presentan características similares, básicamente orgánicas. Loa efluentes sanitarios contienen cantidades significantes de nitrógeno y fósforo, nutrientes indispensables en los procesos biológicos.

El “corazón” de estos sistemas es el reactor anaeróbico de metanización. Hay disponibles varios tipos de reactores, todos eficientes, debiéndose elegir el tipo de reactor de acuerdo al efluente a tratar. Los reactores más usados son los conocidos por sus siglas en inglés UASB ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket) y PCR (Polyesthirene Contac Reactor), los que se muestran en las figuras siguientes.

El diagrama de proceso se muestra a continuación

Después de un pretratamiento mecánico para eliminar partes gruesas se encuentra el tanque de ecualización donde se produce además la hidrólisis y acidificación del efluente. En este tanque las moléculas orgánicas son solubilizadas e hidrolisadas convirtiéndose en ácidos orgánicos, etanol, hidrógeno y dióxido de carbono.

A continuación se encuentra el reactor anaeróbico de metanización, donde el efluente pasa a través de un manto expandido de lodos activados metanogénico. Parte del líquido es recirculado a una velocidad ascendente constante y parte sigue a un separador de lodo, gas y líquido clarificado.

Entonces el líquido tratado se envía al cuerpo receptor y el biogas se filtra y se quema en una antorcha o a una caldera para su utilización.

Como subproducto del proceso se obtiene lodo anaeróbico estable que puede usarse para el arranque y puesta en servicio de otros reactores anaeróbicos.

El efluente puede garantizarse para los siguientes valores:

DBO5 ( Demanda Biológica de Oxígeno) < 60 mg/l
SST ( Sólidos Suspendidos Totales) < 60 mg/l
pH 6 a 9

Procesos Aeróbicos

El uso de este tipo de procesos se ha extendido últimamente debido a las innovaciones tecnológicas recibidos por los mismos. En ellos la materia orgánica de transforma en agua y dióxido de carbono.

El proceso comienza también en un tanque de ecualización, continuando en un tanque de aereación donde se encuentran los lodos activados y a los cuales se le inyecta una gran cantidad de aire por medio de sopladores superficiales que es el responsable de la remoción de la carga orgánica:

El efluente tratado en el tanque de aereación pasa a un tanque de decantación (clarificador secundario) de sección circular, con fondo troncocónico, dotado de un puente móvil rascador. El lodo sedimenta en el fondo y el efluente tratado sin sólidos, vierte por la parte superior.

El lodo activado sedimentado es recirculado al tanque de aereación de modo de mantener niveles mínimos de sólidos activos en su interior y una calidad del lodo satisfactoria para el proceso:
Las características del agua efluente en procesos aeróbicos son:

DBO5 < 30 mg/l
SST < 30 mg/l
pH 6 a 9

En muchas aplicaciones por razones técnico-económicas se utilizan combinaciones de ambos procesos, anaeróbicos y aeróbicos.

La tendencia debe ser desarrollar equipos de tratamiento de efluente de tipo prefabricados de diseños modulares, probados en fábrica del proveedor, de fácil transporte e instalación, reduciendo al mínimo las obras en planta del comprador y el tiempo de puesta en marcha, especialmente si se trata de plantas alimentarias donde las condiciones de asepsia son prioritarias.

Un ejemplo de estas plantas se ilustra en la figura siguiente.

Para concluir diremos que el futuro en tratamiento de aguas residuales parece dirigirse hacia el uso de rectores biológicos en los cuales la materia orgánica es separada del agua a través de membranas semipermeables.

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