Con tantos procesos de tratamiento de aguas disponibles para gestionar los efluentes, ¿cómo seleccionar la mejor tecnología para su aplicación?
Todo empieza por analizar lo que hay en el agua; la elección de la gestión de las aguas residuales depende en gran medida de la calidad del agua de entrada y de la calidad deseada del efluente. Una planta de tratamiento de aguas in situ en una instalación de fabricación o una planta municipal suele constar de una serie de pasos que son responsables de distintos tipos de contaminación. Por ejemplo:
Contaminantes físicos
Sólidos en suspensión, sedimentos, metales
Contaminantes químicos
Productos químicos industriales, pesticidas, productos farmacéuticos/medicamentos
Contaminantes biológicos
Bacterias, virus, parásitos
Deben realizarse análisis del agua sobre parámetros como el análisis de la demanda química de oxígeno, el nivel de pH, la conductividad y la turbidez para determinar los pasos necesarios para limpiar el agua.
Muy a menudo es necesario un sólido paso final de «pulido» para tratar la demanda química de oxígeno recalcitrante y los contaminantes orgánicos que persisten en otras tecnologías.
Los procesos de tratamiento de aguas se despliegan para gestionar los efluentes de diferentes maneras para obtener diferentes resultados. A continuación analizamos los pros y los contras de las 10 tecnologías de tratamiento de aguas más populares y cómo Nyex™ puede mejorar o sustituir a otras tecnologías en un tren de tratamiento combinado.
Los efluentes con altos niveles de demanda biológica de oxígeno, demanda química de oxígeno y sólidos en suspensión suelen requerir equipos de aguas industriales como tamizado, filtrado, clarificación, una balsa para que el agua pase por un lecho biológico y, a veces, coagulación y floculación.
Nyex™ puede ser la mejor tecnología del agua para situarse aguas abajo de estos pasos para gestionar los contaminantes orgánicos restantes difíciles de tratar. Sin embargo, el proceso también se ha desplegado como un paso de pretratamiento eficaz para apoyar otras soluciones de agua como un lecho biológico o un sistema de ósmosis inversa. Esto se debe a que Nyex™ elimina los contaminantes químicos que podrían dañar estos procesos o hacer que el mantenimiento de la planta de tratamiento de agua fuera más laborioso si los contaminantes entraran en estos sistemas y los ensuciaran.
Nyex™ no sólo puede tratar el efluente final, sino que también puede gestionar flujos secundarios individuales de agua de proceso usada problemática, haciendo que esta agua sea apta para el reciclado de agua o permita el consentimiento de vertido como efluente comercial.
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El intercambio iónico es especialmente útil en el tratamiento de aguas industriales, ya que el proceso elimina metales pesados tóxicos, determinados productos farmacéuticos y también se utiliza para ablandar el agua.
La tecnología Nyex™ para el agua se ha utilizado junto con el intercambio iónico como parte de una planta de tratamiento de agua porque los procesos se dirigen a diferentes tipos de contaminación, proporcionando un resultado de tratamiento terciario más holístico.
Las plantas de tratamiento de agua por intercambio iónico eliminan las sales (cationes y aniones) para producir agua desmineralizada a partir de aguas subterráneas, agua de alimentación de calderas, aguas residuales industriales o permeado de ósmosis inversa.
El intercambio iónico también es eficaz para eliminar metales disueltos en el agua, como cadmio, zinc, plomo y níquel, que pueden ser tóxicos.
El intercambio iónico como tecnología del agua tiene muchas ventajas, en función de sus necesidades de tratamiento de aguas residuales, pero asegúrese de leer esta sección para tener clara la realidad del funcionamiento del tratamiento del agua mediante intercambio iónico.
La principal desventaja del intercambio iónico es que hay que parar la planta con frecuencia para realizar un lavado a contracorriente de la salmuera y eliminar las sales, minerales y metales acumulados. Esto significa que, o bien hay que interrumpir las operaciones, o bien se necesita otra planta de reserva, lo que duplica los gastos de capital.
Los buques de intercambio iónico requieren inspecciones periódicas y la descarga y carga de nuevas resinas de intercambio, lo que perturba las operaciones y supone costes operativos continuos.
Las nuevas resinas de intercambio deben ajustarse a las especificaciones del fabricante, lo que dificulta el cambio de proveedor sin sustituir todo el sistema.
Cuando se cierra una planta de tratamiento de agua por intercambio iónico, puede producirse un crecimiento microbiano que cause problemas de caudal y tratamiento al reiniciar el proceso. Esto añade costes de formación, mano de obra y funcionamiento.
El carbón activado absorbe los contaminantes en la estructura interna del carbón. La eliminación de contaminantes es eficaz, pero el proceso debe detenerse periódicamente y el carbón debe regenerarse o sustituirse. El tratamiento de las aguas residuales no es posible una vez que el medio de carbono se «gasta». En este punto, se envía a incineración o vertedero, lo que tiene consecuencias perjudiciales para el medio ambiente. A pesar de estos problemas, el proceso es una tecnología del agua muy popular y se utiliza a menudo en el tratamiento de aguas industriales.
Nyex puede utilizarse antes de un proceso de carbón activado granular para reducir el mantenimiento del CAG.
El carbón activo no requiere dosificación química y el propio medio suele estar fabricado con materiales naturales, como madera o cáscara de coco.
El carbón activado se utiliza a menudo para mejorar el sabor y el olor del agua potable, ya que elimina sustancias orgánicas como la geosmina y el MIB, que causan estos problemas en los suministros municipales de agua potable.
El CAG y el CAP pueden provocar una huella de carbono significativa que su departamento de sostenibilidad no apruebe. Esto se debe a que la eficacia del carbón disminuye a medida que absorbe los contaminantes. Dependiendo de lo altos que sean los niveles de DQO, a menudo es necesario sacarlo del tanque de tratamiento y transportarlo fuera de las instalaciones para su regeneración o eliminación, lo cual es muy poco respetuoso con el medio ambiente.
Los costes operativos pueden ser muy elevados en aplicaciones en las que la demanda química de oxígeno (DQO) o la carga de contaminantes es alta en el tratamiento de aguas industriales. Esto se debe a que el carbón absorbe/filtra los contaminantes y requiere su sustitución una vez lleno, lo que se traduce en un coste continuo regular.
Durante el servicio de renovación del carbón, la planta no está operativa, por lo que o bien hay que hacer planes para desviar las aguas residuales a otra planta o lecho de carbón (doble inversión) o bien hay que aceptar operaciones discontinuas.
Se requiere un mantenimiento cuidadoso del lecho de carbón para garantizar que el medio no se deje demasiado tiempo sin regenerar o sustituir, ya que esto provocaría que el proceso se volviera ineficaz y se corre el riesgo de que los niveles de DQO o contaminantes específicos permanezcan en el efluente y provoquen riesgos de contaminación y multas medioambientales.
Un lecho de carbón activado ofrece condiciones ideales para el crecimiento de microorganismos que pueden bloquear e inhibir el tratamiento. Sin embargo, esto no es un problema cuando se utiliza un proceso de oxidación avanzada, ya que los radicales hidroxilo (-OH) inhiben el crecimiento de microorganismos.
El carbón activado no funciona con sustancias orgánicas no absorbentes.
El ozono es un potente agente oxidante y, como tratamiento de aguas residuales, oxida todos los compuestos orgánicos de forma muy eficaz siempre que el ozono se mezcle eficazmente con las aguas residuales contaminadas. Está bien probado y es probablemente el Proceso de Oxidación Avanzada (POA) más popular, sólo que es muy caro (CapEx y OpEx) – ver más abajo.
A veces, esta tecnología del agua se dosifica con peróxido de hidrógeno para aumentar su eficacia, pero esto puede inhibir los pasos posteriores del tratamiento y hacer que esta agua no sea apta para su reutilización.
El tratamiento del agua con ozono es una opción desinfectante eficaz que alcanza niveles de desinfección más altos que el cloro dosificado o los rayos UV. Además, no hay posibilidad de que vuelvan a crecer microorganismos.
El tratamiento de aguas residuales con ozono oxida los contaminantes inorgánicos y orgánicos tanto con ozono como con radicales hidroxilo cuando se dosifica con peróxido de hidrógeno.
Los sistemas de ozono tienen un coste de capital extremadamente elevado debido al alto riesgo asociado a los gases de ozono, los sistemas deben ser altamente automatizados y robustos.
Los costes de funcionamiento de una planta de tratamiento de agua con ozono también son muy elevados. Suele consumir 10 kWh por kg de ozono. Además, el oxígeno es caro de comprar. Si optas por fabricar tu propio ozono procesando oxígeno del aire, sólo acabas con un 4% del volumen como ozono, por lo que no es eficiente. Además, el ozono tiene una vida media de 12 minutos, por lo que su planta necesita utilizar el ozono dentro de los 5 minutos siguientes a su producción para lograr algún tipo de eficiencia.
El mayor reto de una planta de ozono es conseguir que el ozono penetre en el agua de manera uniforme y con burbujas lo suficientemente pequeñas como para maximizar el tiempo de tratamiento. Normalmente, los difusores se bloquean por los contaminantes, lo que provoca que grandes áreas del tanque de tratamiento se queden sin tratar.
Uno de los principales inconvenientes de un POA con ozono es que requiere una química compleja adaptada a cada contaminante específico.
Las torres de ozonización tienen una eficacia de transferencia del 50-70%, por lo que casi siempre se necesita otra planta de tratamiento de agua aguas abajo de la planta de ozono.
Un sistema de ozono contiene concentraciones mortales de ozono, por lo que es esencial disponer de detectores y procedimientos de seguridad cuidadosos. Esto requiere tiempo para supervisar el sistema, planificar los accidentes, formar al personal de las instalaciones y sufragar los seguros pertinentes. El tratamiento con ozono también depende del uso de oxígeno líquido, que es muy inflamable y debe cumplir los requisitos de seguridad contra incendios de las instalaciones.
Durante el tratamiento, el ozono puede producir subproductos nocivos como el bromato, que como carcinógeno suele ser más dañino que el contaminante original.
Los procesos tradicionales de oxidación avanzada (POA), como el ozono + peróxido de hidrógeno (O3/H2O2), se basan en la generación de radicales hidroxilo a partir del H2O2, que actúa como agente oxidante del proceso. La limitación es que los radicales hidroxilo creados no son selectivos: pueden agotarse cuando «barren» otros parámetros de calidad del agua como la materia orgánica, la turbidez, la alcalinidad y el nitrito. Esto reduce la eficacia del sistema durante la oxidación de contaminantes y significa que el agua de entrada debe ser de una calidad muy específica para que el proceso sea eficaz.
La filtración es un paso necesario en la mayoría de las aplicaciones de tratamiento de aguas industriales. Los distintos tamaños de filtro eliminan las partículas y determinados contaminantes. Pero el problema es que la filtración de los contaminantes sólo desplaza el problema: aún hay que tratar con los lodos filtrados tóxicos más concentrados.
Las tecnologías Nyex™ pueden utilizarse en combinación con distintos tipos de filtros para protegerlos de sustancias químicas peligrosas según sea necesario.
La filtración del agua es buena para eliminar las partículas en suspensión del efluente y pretratar el agua para su posterior tratamiento mediante un proceso AOP o de desinfección. Los contaminantes son capturados por los filtros, que de otro modo podrían inhibir las etapas de tratamiento que se encuentran aguas abajo.
Los filtros son muy fáciles de usar y resultan rentables, ya que las opciones naturales, como la arena o la grava, son muy baratas de adquirir.
No todos los contaminantes o bacterias son capturados por un proceso de filtrado. Las partículas más pequeñas atraviesan la membrana, lo que requiere un proceso adicional de tratamiento del agua.
Si los filtros de una planta de tratamiento de efluentes no reciben un mantenimiento suficiente, se obstruirán y dejarán de ser eficaces para la eliminación de partículas en suspensión. Los periodos de mantenimiento deben considerarse cuidadosamente en función de los niveles fluctuantes de contaminantes en las aguas residuales que pasan. En ocasiones, el mantenimiento puede perturbar el tratamiento y exigir la formación del personal.
Fenton (reactivo de Fenton) es una tecnología del agua de eficacia probada que se basa en la dosificación de productos químicos. El uso de Fenton para el tratamiento de aguas residuales suele ser el último recurso, ya que el proceso produce un lodo tóxico que requiere tratamiento especializado o incineración, con graves consecuencias para el medio ambiente.
Los sistemas Nyex™ son una alternativa sin productos químicos. Nuestro proceso utiliza adsorción con oxidación electroquímica sin dosificación. No hay residuos secundarios ni lodos que gestionar, lo que es mejor para la RSC y el OpEx.
El proceso Fenton puede hacer frente a niveles más altos de demanda química de oxígeno (DQO). De hecho, cuanto mayor es la DQO, más eficaz es el tratamiento, pero, por supuesto, se necesitan más productos químicos, por lo que aumentan los costes operativos.
El proceso Fenton funciona a temperatura ambiente y presión atmosférica.
El coste continuo de los productos químicos de tratamiento del agua para hacer funcionar el proceso Fenton es elevado. Además, a medida que los gobiernos toman medidas drásticas contra los procesos de tratamiento de aguas residuales que generan subproductos como los lodos, el coste recurrente de retirar y eliminar los lodos también aumenta.
La formación de lodos tóxicos a partir del proceso Fenton debe someterse a un tratamiento especializado por parte de terceros, que a menudo requiere la incineración o el depósito en vertederos. Esto tiene implicaciones medioambientales negativas que pueden dañar la reputación de una empresa y obstaculizar las estrategias medioambientales.
UV AOP (proceso de oxidación avanzada ultravioleta/oxidación UV) es una solución de tratamiento del agua que combina las cualidades desinfectantes de la luz UV con un agente oxidante (peróxido de hidrógeno). Los radicales hidroxilos producidos por el H2O2, actúan como agente oxidante del proceso.
La oxidación UV puede verse inhibida por la turbidez (color) del agua y, por tanto, resultar ineficaz contra determinados efluentes industriales. Nyex™ ofrece una solución probada contra el agua turbia y puede utilizarse delante de la AOP UV para aumentar la eficacia.
La AOP UV puede mineralizar la materia orgánica en compuestos orgánicos estables como H₂O y CO₂ y no produce residuos secundarios como los lodos.
La AOP UV es un proceso de tratamiento de aguas residuales industriales que requiere tiempos de retención bajos en comparación con las tecnologías convencionales debido a las rápidas velocidades de reacción y a los altos potenciales de oxidación de los oxidantes.
Dependiendo de los contaminantes que necesiten tratamiento, la química del sistema puede ser complicada. Esto requiere una formación especializada y un mantenimiento continuo que incrementa los costes del tratamiento.
La dosificación de peróxido de hidrógeno puede tener efectos negativos en las fases posteriores del tratamiento y hacer que el agua tratada no sea apta para su reutilización.
La eficacia de este tratamiento del agua depende de lo bien que se mezcle el H2O2. Es necesario distribuirlo uniformemente en el tanque de tratamiento para que tenga la oportunidad de reaccionar con todos los contaminantes.
El peróxido de hidrógeno se utiliza para dosificar un sistema UV, pero es un oxidante peligroso de almacenar y utilizar. Requiere formación COSHH y operaciones cuidadosas, lo que supone un gasto adicional.
Una vez reducido el nivel de contaminación, la naturaleza aleatoria de los radicales hidroxilo inhibe la capacidad de este proceso para seguir tratando la contaminación. Esto se debe a que, a medida que se reduce la concentración de contaminantes, es posible que los radicales hidroxilo de vida corta no «choquen» con un compuesto contaminante antes de desaparecer. Para lograr niveles bajos de reducción se necesitan más radicales hidroxilo, lo que añade costes.
La ósmosis inversa (OI) utiliza la presión para forzar el agua a través de una membrana parcialmente permeable para separar los contaminantes. Desgraciadamente, los contaminantes no se destruyen durante la ósmosis inversa, sino que los contaminantes concentrados que no atraviesan la membrana se desechan. Este rechazo siempre requiere un tratamiento especializado adicional o se transporta en camión para su incineración, lo que es perjudicial para el medio ambiente.
La ósmosis inversa funciona muy bien, pero los filtros se bloquean, lo que provoca mucho tiempo de inactividad. Supone un alto coste de inversión y un alto coste operativo (véase más abajo). Nyex puede colocarse para tratar el flujo de rechazo de ósmosis inversa o la entrada de ósmosis inversa para prolongar la vida útil de las membranas y evitar el tiempo de inactividad.
El tratamiento del agua por ósmosis inversa tiene la capacidad de eliminar muchos contaminantes de las aguas residuales sin necesidad de añadir productos químicos.
Una de las aplicaciones más importantes de la filtración por ósmosis inversa es la separación del agua de mar o salobre y la sal para producir agua potable segura.
Los sistemas de ósmosis inversa (OI) suponen un alto coste de inversión (CapEx) y de explotación (OpEx). Bombean agua a muy alta presión a través de los filtros, que están hechos de un material similar a las pieles de los bidones.
En general, los sistemas de ósmosis inversa requieren mucho mantenimiento. Hay que pretratar el agua para evitar que los filtros se obstruyan. A pesar de los intentos de proteger los filtros, la realidad es que se obstruyen y, cuando lo hacen, su mantenimiento o sustitución resultan caros.
Aunque la ósmosis inversa trata el agua sin dosificación química, se utilizan biocidas para limpiar los filtros y evitar que las bacterias queden atrapadas en las membranas (bioincrustaciones).
El flujo de rechazo de un sistema de ósmosis inversa contiene el doble de sal que el agua de mar, que a menudo se devuelve al océano, con un impacto incalculable en el ecosistema.
La coagulación y la floculación se utilizan para tratar los efluentes; la adición de un coagulante provoca la formación de un «flóculo» que atrapa los contaminantes y los sólidos en suspensión. A continuación, pueden eliminarse del agua mediante separación.
La coagulación y la floculación se utilizan habitualmente como métodos secundarios de tratamiento de aguas residuales y funcionan realmente bien como etapa de pretratamiento con los sistemas Nyex™.
La coagulación y la floculación reducen el tiempo necesario para sedimentar los sólidos en suspensión al permitir que se agrupen en un flóculo para facilitar su eliminación.
La coagulación es un método eficaz para eliminar algunas (no todas) las bacterias, virus y pequeñas partículas que, de otro modo, serían difíciles de eliminar.
El flóculo se forma en un lodo que requiere un tratamiento especializado por parte de terceros, lo que implica la incineración o el vertido, ambos perjudiciales para el medio ambiente.
La coagulación y floculación en el tratamiento de aguas residuales implica la dosificación de productos químicos, lo que conlleva gastos continuos de compra de los productos químicos para el tratamiento del agua, formación y evaluaciones de salud y seguridad.
El proceso requiere una dosificación química precisa y un control cuidadoso para seguir siendo eficaz. Puede ser un método de tratamiento de aguas residuales inadecuado si la calidad del agua de entrada fluctúa con frecuencia. Factores como el tipo de producto químico, la cantidad de mezcla y el nivel de pH deberán modificarse y, a menudo, será necesario realizar una «prueba del frasco» para comprobar el rendimiento.
La desinfección del agua se utiliza para matar microorganismos patógenos y detener su reproducción. Esto es especialmente importante en aplicaciones de agua potable. La desinfección del agua puede dividirse en dos tipos: química y física. La desinfección química utiliza cloro, dióxido de cloro, ozono, alcoholes, detergentes y peróxido de hidrógeno. Algunos de estos productos químicos también eliminan la DQO del agua.
Otros productos químicos que se añaden al agua durante el proceso de potabilización son el hidróxido de sodio para ajustar el pH y, en algunos casos, productos químicos para la fluoración.
La desinfección del agua evita la propagación de infecciones transmitidas por el agua al eliminar patógenos como bacterias, virus y parásitos. Es un método de desinfección residual ampliamente adoptado y relativamente sencillo de realizar.
El control de la dosificación de productos químicos requiere tiempo y un cuidadoso seguimiento continuo, pero es posible obtener una imagen muy precisa de la calidad del agua. Esto se ajusta a los requisitos de salud pública y es una de las razones por las que este método se utiliza ampliamente.
Si las bacterias no se eliminan por completo, pueden permanecer activas y volver a contaminar el agua con el tiempo. Esto significa que a menudo es necesario un segundo paso de desinfección, como la dosificación de cloro, después de una desinfección física para que las bacterias no vuelvan a crecer en el agua a medida que se distribuye por una red de suministro de agua.
La desinfección química a veces deja un sabor y un olor residuales en el agua, lo que causa problemas a los consumidores.
El tratamiento biológico de las aguas residuales es una etapa del tratamiento secundario de los efluentes que elimina los contaminantes que quedan tras el tratamiento primario de las aguas residuales. Un proceso biológico se basa en microorganismos para descomponer de forma natural los residuos orgánicos del agua.
Si hay fenol u otros productos químicos peligrosos que matarán a los insectos, Nyex puede colocarse delante del proceso biológico para eliminar el fenol, protegiendo el proceso.
El tratamiento biológico anaerobio de las aguas residuales es un proceso sin oxígeno que también produce biogás. Esto significa que el operador puede utilizar el gas como combustible o para calefacción, por ejemplo para cocinar.
En general, el tratamiento biológico es un proceso bastante barato.
El tratamiento biológico de las aguas residuales es un proceso lento y suele ocupar mucho espacio, sobre todo la digestión anaerobia.
El tratamiento aeróbico requiere aireación que puede consumir altos niveles de energía para funcionar.
Este proceso también produce biosólidos/lodos que requieren una eliminación especializada, que a menudo implica la incineración y el vertido, lo que tiene un impacto medioambiental negativo.
Aunque el tratamiento biológico puede eliminar una serie de contaminantes orgánicos, los residuos de algunos productos químicos y farmacéuticos permanecen en el efluente después del tratamiento.
El agua de entrada a un proceso biológico también debe controlarse cuidadosamente, ya que hay algunos contaminantes orgánicos que pueden dañar los sistemas biológicos, haciéndolos ineficaces. Aquí es donde podemos ayudar, eliminando sustancias químicas como el fenol para proteger a los insectos.
