Tratamiento de aguas residuales industriales

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 industriales tratadas (o efluentes) se pueden reutilizar o verter a un alcantarillado sanitario oa aguas superficiales en el medio ambiente. Algunas instalaciones industriales generan aguas residuales que pueden ser tratadas en plantas de tratamiento de aguas residuales. 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 normas relativas a la eliminación de aguas residuales en alcantarillas o en ríos, lagos u océanos.Esto se aplica a las industrias que generan aguas residuales con altas concentraciones de materia orgánica (por ejemplo, aceite y grasa), contaminantes tóxicos (por ejemplo, metales pesados, compuestos orgánicos volátiles) o nutrientes como el amoníaco. Algunas industrias instalan un sistema de pretratamiento para eliminar algunos contaminantes (p. ej., compuestos tóxicos) y luego descargan las aguas residuales parcialmente tratadas al sistema de alcantarillado municipal.

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 tenido éxito en el rediseño de sus procesos de fabricación para reducir o eliminar los contaminantes.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 del hierro y el acero, la metalurgia, las minas y canteras, la industria nuclear, la extracción de petróleo y gas, la refinación de petróleo y la petroquímica, la fabricación farmacéutica, la industria de la pulpa y el papel., fundiciones, fábricas textiles, contaminación por aceites industriales, tratamiento de aguas y conservación de la madera. Los procesos de tratamiento incluyen tratamiento con salmuera, eliminación de sólidos (p. ej., 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.

Tipos

Las instalaciones industriales pueden generar los siguientes caudales de aguas residuales industriales:

• Flujos de desechos del proceso de fabricación, que pueden incluir contaminantes convencionales (es decir, controlables con sistemas de tratamiento secundario), contaminantes tóxicos (por ejemplo, solventes, metales pesados) y otros compuestos nocivos como los nutrientes.
• Corrientes residuales que no son de proceso: purga de calderas y agua de refrigeración, que producen contaminación térmica y otros contaminantes
• Drenaje de sitios industriales, generado tanto por instalaciones de fabricación, industrias de servicios y sitios de energía y minería.
• Corrientes residuales de los sectores de energía y minería: drenaje ácido de mina, agua producida de la extracción de petróleo y gas, radionúclidos
• Corrientes residuales que son subproductos de procesos de tratamiento o enfriamiento: retrolavado (tratamiento de agua), salmuera.

Contaminantes

Las aguas residuales industriales podrían agregar los siguientes contaminantes a los cuerpos de agua receptores si las aguas residuales no se tratan y manejan adecuadamente:

• Metales pesados, incluidos mercurio, plomo y cromo
• Materia orgánica y nutrientes como desechos de alimentos: Ciertas industrias (por ejemplo, procesamiento de alimentos, desechos de mataderos, fibras de papel, material vegetal, etc.) descargan altas concentraciones de demanda bioquímica de oxígeno (DBO), nitrógeno amoniacal y aceite y grasa.
• Partículas inorgánicas como arena, gravilla, partículas metálicas, residuos de caucho de neumáticos, cerámica, etc.;
• Toxinas como pesticidas, venenos, herbicidas, etc.
• Productos farmacéuticos, disruptores endocrinos, hormonas, compuestos perfluorados, siloxanos, drogas de abuso y otras sustancias peligrosas
• Microplásticos como perlas de polietileno y polipropileno, poliéster y poliamida
• Contaminación térmica de centrales eléctricas y fabricantes industriales
• Radionucleidos de la extracción de uranio, el procesamiento de combustible nuclear, la operación de reactores nucleares o la eliminación de desechos radiactivos.
• Algunas descargas industriales incluyen contaminantes orgánicos persistentes como las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS).

Sectores industriales

Los contaminantes específicos generados y las concentraciones de efluentes resultantes pueden variar ampliamente entre los sectores industriales.

Fabricación de baterías

Los fabricantes de baterías se especializan en la fabricación de pequeños dispositivos para equipos electrónicos y portátiles (p. ej., herramientas eléctricas) o unidades más grandes 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, aceite y grasa, plata y zinc.

Tratamiento de residuos centralizado

Una instalación de tratamiento centralizado de desechos (CWT) procesa desechos industriales líquidos o sólidos generados por instalaciones de fabricación fuera del sitio. Un fabricante puede enviar sus desechos a una planta de CWT, en lugar de realizar el tratamiento en el sitio, debido a limitaciones como la disponibilidad limitada de terrenos, la dificultad para diseñar y operar un sistema en el sitio o las limitaciones impuestas por las regulaciones y permisos ambientales. Un fabricante puede determinar que usar un CWT es más rentable que tratar los desechos en sí; este suele ser el caso cuando el fabricante es una pequeña empresa.

Las plantas de 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 desechos pueden clasificarse como peligrosos, tener altas concentraciones de contaminantes o ser difíciles de tratar. En el año 2000, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. publicó normas sobre aguas residuales para las instalaciones de CWT en EE. UU.

Fabricación de productos químicos

Fabricación de productos químicos orgánicos

Los contaminantes específicos vertidos por los fabricantes de productos químicos orgánicos varían mucho de una planta a otra, según los tipos de productos fabricados, como productos químicos orgánicos a granel, resinas, pesticidas, plásticos o fibras sintéticas. Algunos de los compuestos orgánicos que pueden descargarse son benceno, cloroformo, naftaleno, fenoles, tolueno y cloruro de vinilo. La demanda bioquímica de oxígeno (DBO), que es una medida bruta de una gama de contaminantes orgánicos, se puede utilizar para medir la eficacia de un sistema de tratamiento biológico de aguas residuales y se utiliza como parámetro reglamentario en algunos permisos de descarga. Las descargas de contaminantes metálicos pueden incluir cromo, cobre, plomo, níquel y zinc.

Fabricación de productos químicos inorgánicos

El sector de los 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 descargados varían según el sector del producto y la planta individual, y pueden incluir arsénico, cloro, cianuro, fluoruro; y metales pesados ​​como cromo, cobre, hierro, plomo, mercurio, níquel y zinc.

Plantas de energía eléctrica

Las centrales eléctricas de combustibles fósiles, en particular las centrales de carbón, son una fuente importante de aguas residuales industriales. Muchas de estas plantas descargan aguas residuales con niveles significativos de metales como plomo, mercurio, cadmio y cromo, así como compuestos de arsénico, selenio y nitrógeno (nitratos y nitritos). Las corrientes de aguas residuales incluyen la desulfuración de gases de combustión, cenizas volantes, cenizas de fondo y control de mercurio de gases de combustión. Las plantas con controles de contaminación del aire, como depuradores húmedos, normalmente transfieren los contaminantes capturados a la corriente de aguas residuales.

Los estanques de cenizas, un tipo de embalse superficial, son una tecnología de tratamiento ampliamente utilizada en plantas de carbón. Estos estanques utilizan la gravedad para asentar 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, según el flujo de residuos particular de la planta. Estos incluyen el manejo de cenizas secas, el reciclaje de cenizas de circuito cerrado, la precipitación química, el tratamiento biológico (como un proceso de lodos activados), los sistemas de membrana y los sistemas de evaporación y cristalización. Los avances tecnológicos en las membranas de intercambio iónico y los sistemas de electrodiálisis han permitido un tratamiento de alta eficiencia de las aguas residuales de desulfuración de gases de combustión para cumplir con los límites de descarga recientes de la EPA.El enfoque de tratamiento es similar para otras aguas residuales industriales de gran escala.

Industria de alimentos

Las aguas residuales generadas a partir de 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). Los componentes de las aguas residuales de la agricultura y la alimentación suelen ser complejos de predecir, debido a las diferencias en la DBO y el pH en los efluentes de productos vegetales, frutales y cárnicos y debido a la naturaleza estacional del procesamiento de alimentos y la poscosecha.

El procesamiento de alimentos a partir de materias primas requiere grandes volúmenes de agua de alta calidad. El lavado de verduras genera aguas con altas cargas de material particulado y algo de materia orgánica disuelta. También puede contener tensioactivos y pesticidas.

Las instalaciones de acuicultura (granjas de peces) a menudo descargan grandes cantidades de nitrógeno y fósforo, así como sólidos en suspensión. Algunas instalaciones usan medicamentos y pesticidas, que pueden estar presentes en las aguas residuales.

Las plantas de procesamiento de lácteos generan contaminantes convencionales (BOD, SS).

El sacrificio y procesamiento de animales produce desechos orgánicos a partir de fluidos corporales, como sangre y contenido intestinal. Los contaminantes generados incluyen DBO, SS, bacterias coliformes, aceite y grasa, nitrógeno orgánico y amoníaco.

El procesamiento de alimentos para la venta produce desechos generados por la cocción 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 líneas de alcantarillado. Algunos municipios requieren 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.

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 en el lugar antes de que las aguas residuales operativas puedan aplicarse al suelo o descargarse a un canal o sistema de alcantarillado. Los altos niveles de sólidos suspendidos de partículas orgánicas aumentan la DBO y pueden resultar en tarifas de recargo significativas para el alcantarillado. La sedimentación, el tamizado con alambre en forma de cuña o la filtración con banda giratoria (microtamizado) son métodos que se usan comúnmente para reducir la carga de sólidos orgánicos en suspensión antes de la descarga.

Siderurgia

La producción de hierro a partir de sus minerales implica poderosas reacciones de reducción en los 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 coque también requiere refrigeración por agua y el uso de agua en la separación de subproductos. La contaminación de las corrientes de desechos incluye productos de gasificación como benceno, naftaleno, antraceno, cianuro, amoníaco, fenoles, cresoles junto con una gama de compuestos orgánicos más complejos conocidos colectivamente como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP).

La conversión de hierro o acero en láminas, alambres o varillas requiere etapas de transformación mecánica en caliente y en frío 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 posterior venta para fabricación incluye el decapadoen ácido mineral fuerte para eliminar el óxido y preparar la superficie para el estañado o cromado o para otros tratamientos superficiales 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 ácidos residuales. 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 para eliminar. Muchas aguas residuales de la industria siderúrgica están contaminadas con aceite hidráulico, también conocido como aceite soluble.

Trabajo de metales

Muchas industrias realizan trabajos en materias primas metálicas (por ejemplo, láminas de metal, lingotes) mientras fabrican sus productos finales. Las industrias incluyen la fabricación de automóviles, camiones y aeronaves; fabricación de herramientas y ferretería; equipos electrónicos y máquinas de oficina; barcos y botes; 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, maquinado, revestimiento y pintura, grabado químico y fresado, desengrasado con solventes, galvanoplastia y anodizado. Las aguas residuales generadas por estas industrias pueden contener metales pesados ​​como cadmio, cromo, cobre, plomo, níquel, plata y zinc; cianuro y varios solventes químicos orgánicos; y aceite y grasa.

Minas y canteras

Las principales aguas residuales asociadas con las 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 de los procesos de clasificación y lavado de rocas. Los volúmenes de agua pueden ser muy altos, especialmente los derivados de la lluvia en sitios grandes. Algunas operaciones de separación especializadas, como el lavado de carbón para separar el carbón de la roca nativa usando gradientes de densidad, pueden producir aguas residuales contaminadas con partículas finas de hematites y surfactantes. Los aceites y los aceites hidráulicos también son contaminantes comunes.

Las aguas residuales de las minas de metales y 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, los materiales indeseables pueden entrar en la corriente de aguas residuales. Para 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.

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 los metales deseados, y la roca sobrante se conoce como relaves. Estos relaves contienen una combinación no solo de metales sobrantes indeseables, sino también de componentes de sulfuro que eventualmente forman ácido sulfúrico al exponerse al aire y al agua que inevitablemente ocurre cuando los relaves se eliminan en grandes embalses. El drenaje ácido de la mina resultante, que a menudo es rico en metales pesados ​​(porque los ácidos disuelven los metales), es uno de los muchos impactos ambientales de la minería.

Industria nuclear

La producción de residuos de la industria nuclear y radioquímica se trata como residuos radiactivos.

Los investigadores han analizado la bioacumulación de estroncio por Scenedesmus spinosus (algas) en aguas residuales simuladas. El estudio afirma una capacidad de biosorción altamente selectiva para el estroncio de S. spinosus, lo que sugiere que puede ser apropiado para el uso de aguas residuales nucleares.

Extracción de petróleo y gas

Las operaciones de pozos de petróleo y gas generan agua producida, que puede contener aceites, metales tóxicos (p. ej., arsénico, cadmio, cromo, mercurio, plomo), sales, productos químicos orgánicos y sólidos. Parte del agua producida contiene trazas de material radiactivo natural. Las plataformas de petróleo y gas en alta mar también generan drenaje de cubierta, desechos domésticos y desechos sanitarios. Durante el proceso de perforación, los pozos normalmente descargan recortes de perforación y lodo de perforación (fluido de perforación).

Refinación de petróleo y petroquímica

Los contaminantes vertidos en refinerías de petróleo y plantas petroquímicas incluyen contaminantes convencionales (DBO, aceite y grasa, sólidos en suspensión), amoníaco, cromo, fenoles y sulfuros.

Fabricación farmacéutica

Las plantas farmacéuticas generalmente generan una variedad de aguas residuales de proceso, incluidos solventes, soluciones ácidas y cáusticas gastadas, agua de reacciones químicas, agua de lavado de productos, vapor condensado, purga de depuradores de control de contaminación del aire y agua de lavado de equipos. Las aguas residuales que no son de proceso suelen incluir 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 (p. ej., lodos activados con nitrificación), filtración multimedia, destrucción de cianuro (p. ej., hidrólisis), extracción con vapor y reciclaje de aguas residuales.

Industria de la pulpa y el papel

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 (incluyendo 2,3,7,8-TCDD), furanos, fenoles y demanda química de oxígeno (DQO). Las fábricas de papel independientes que utilizan pulpa importada solo pueden requerir un tratamiento primario simple, como sedimentación o flotación por aire disuelto. Las cargas aumentadas de DBO o DQO, así como los contaminantes orgánicos, pueden requerir un tratamiento biológico, como lodos activados o reactores anaeróbicos de manto de lodos de flujo ascendente. Para molinos con altas cargas inorgánicas como la sal, se pueden requerir tratamientos terciarios, ya sea tratamientos generales de membrana como ultrafiltración u ósmosis inversa o tratamientos para eliminar contaminantes específicos, como nutrientes.

Fundiciones

Los contaminantes descargados por las fundiciones no ferrosas varían con el mineral de metal base. Las fundiciones de bauxita generan fenoles, pero por lo general utilizan tanques de sedimentación y evaporación para gestionar estos desechos, sin necesidad de descargar aguas residuales de manera rutinaria. Las fundiciones de aluminio normalmente descargan 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 base. Las fundiciones de zinc descargan arsénico, cadmio, cobre, plomo, selenio y zinc.

Los procesos de tratamiento típicos utilizados en la industria son la precipitación química, la sedimentación y la filtración.

Fabricas textiles

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 hilados y el acabado de telas (como el blanqueo, el teñido, el tratamiento con resina, la impermeabilización y la ignifugación retardante). Los contaminantes generados por las fábricas textiles incluyen DBO, SS, aceite y grasa, sulfuro, fenoles y cromo. 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, las cuales, si no están contaminadas, pueden recuperarse para la producción de sebo o un procesamiento posterior.

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 ingrain, colorantes solventes, colorantes de pigmentos) y colorantes naturales, espesantes de goma (guar) y diversos agentes humectantes, tampones de pH y retardantes o aceleradores de colorantes. Después del tratamiento con agentes de sedimentación y floculantes a base de polímeros, los parámetros típicos de monitoreo incluyen DBO, DQO, color (ADMI), sulfuro, aceite y grasa, fenol, TSS y metales pesados ​​(cromo, zinc, plomo, cobre).

Contaminación por aceite industrial

Las aplicaciones industriales en las que el petróleo ingresa a la corriente de aguas residuales pueden incluir bahías de lavado de vehículos, talleres, depósitos de almacenamiento de combustible, centros de transporte y generación de energía. A menudo, las aguas residuales se descargan en el alcantarillado local o en los sistemas de desechos comerciales y deben cumplir con las especificaciones ambientales locales. Los contaminantes típicos pueden incluir solventes, detergentes, arena, lubricantes e hidrocarburos.

Tratamiento de aguas

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 de filtración y sedimentación que requieren tratamiento. El intercambio de iones usando 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 de las aguas residuales.

Conservación de la madera

Las plantas de conservación de madera generan contaminantes convencionales y tóxicos, incluidos arsénico, DQO, cobre, cromo, pH anormalmente alto o bajo, fenoles, aceite y grasa, y sólidos en suspensión.

Métodos de tratamiento

Los diversos tipos de contaminación de las aguas residuales requieren una variedad de estrategias para eliminar la contaminación. La mayoría de los procesos industriales, como las refinerías de petróleo, 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. Los humedales construidos se están utilizando en un número cada vez mayor de casos, ya que proporcionaron 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 generado preocupación ambiental, lo que ha llevado al desarrollo de procesos para reciclar el uso del agua dentro de las plantas antes de que tengan que limpiarse y eliminarse.

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:

• Un separador de agua y aceite API, para eliminar la fase separada del aceite de las aguas residuales.
• Un clarificador, para eliminar los sólidos de las aguas residuales.
• Un filtro de desbaste, para reducir la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales.
• Una planta de filtración de carbón, para eliminar los compuestos orgánicos disueltos tóxicos de las aguas residuales.
• Un sistema avanzado de inversión de electrodiálisis (EDR) con membranas de intercambio iónico.

Tratamiento de salmuera

El tratamiento con salmuera consiste en eliminar los iones de sal disueltos del flujo de desechos. 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, que requieren 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 pueden optimizarse para reducir el consumo de electricidad, el uso de productos químicos o la huella física.

El tratamiento de salmuera se encuentra comúnmente cuando se trata la purga de la torre de enfriamiento, el agua producida a partir del drenaje por gravedad asistido por vapor (SAGD), el agua producida a partir de la extracción de gas natural como el gas de veta de carbón, el agua de reflujo de fracturación, el drenaje ácido de mina o roca, el rechazo de ósmosis inversa, el cloro. -aguas residuales alcalinas, 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 tales como electrodiálisis o intercambio catiónico de ácido débil; o procesos de evaporación, tales como concentradores de salmuera y cristalizadores que emplean vapor y recompresión mecánica de vapor. Debido a los estándares de descarga cada vez mayores, ha surgido el uso de procesos de oxidación avanzada para el tratamiento de salmuera. Se han empleado algunos ejemplos notables, como la oxidación y ozonización de Fenton, 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 ensuciamiento causado por sales de dureza o contaminantes orgánicos, o daño 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 la sal sólida. También producen efluentes de la más alta pureza, incluso con calidad de destilado. Los procesos de evaporación también son más tolerantes con compuestos orgánicos, hidrocarburos o sales de dureza. Sin embargo, el consumo de energía es alto 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.

Gestión de salmuera

La gestión de la salmuera examina el contexto más amplio del tratamiento de la salmuera y puede incluir la consideración de las políticas y regulaciones gubernamentales, la sostenibilidad corporativa, el impacto ambiental, el reciclaje, el manejo y el transporte, la contención, el tratamiento centralizado en comparación con el in situ, la evitación y la reducción, las tecnologías y la economía. La gestión de salmuera comparte algunos problemas con la gestión de lixiviados y la gestión de residuos más general. En los últimos años, ha habido una mayor prevalencia en la gestión de la salmuera debido al impulso global de descarga de líquido cero (ZLD) / descarga de líquido mínima (MLD). 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 cobrando fuerza en los últimos años, debido al aumento de las descargas de agua y al reciente avance en la tecnología de membranas.

Eliminación de sólidos

La mayoría de los sólidos se pueden eliminar utilizando técnicas simples de sedimentación con los sólidos recuperados como lodo o lodo. Los sólidos muy finos y los sólidos con densidades cercanas a la densidad del agua plantean problemas especiales. En tal caso, puede ser necesaria la filtración o la 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 en el sitio antes de que puedan descargarse para evitar o reducir las tarifas de recargo de 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, suele ser un objetivo del tratamiento de aguas residuales industriales. Algunas formas comunes de reducir los sólidos incluyen la sedimentación primaria (clarificación),

Eliminación de aceites y grasas

La eliminación efectiva de aceites y grasas depende de las características del aceite en términos de estado de suspensión y tamaño de las gotas, lo que a su vez afectará la elección de la tecnología del separador. El aceite en las aguas residuales industriales puede ser aceite liviano libre, aceite pesado, que tiende a hundirse, y aceite 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 bajando el pH de la matriz de agua.

La mayoría de las tecnologías de separadores tendrán un rango óptimo de tamaños de gotas de aceite que se pueden tratar de manera efectiva.

El análisis del agua aceitosa para determinar el tamaño de las gotas se puede realizar con un analizador de partículas de video. Cada tecnología de separador tendrá su propia curva de rendimiento que describe el rendimiento óptimo en función del tamaño de las gotas de aceite. los separadores más comunes son los tanques o pozos de gravedad, los separadores de agua y aceite API o los paquetes de placas, el tratamiento químico a través de DAF, las centrífugas, los filtros de medios y los hidrociclones.

Separadores de agua y aceite API

Un separador de agua y aceite API es un dispositivo diseñado para separar cantidades brutas de aceite y sólidos en suspensión de aguas residuales industriales producidas en refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas químicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras fuentes industriales de agua aceitosa. El separador API es un dispositivo de separación por gravedad diseñado utilizando la Ley de Stokes para definir la velocidad de ascenso de las gotas de aceite en función de su densidad y tamaño. El diseño se basa en la diferencia de gravedad específica entre el aceite y las aguas residuales porque esa diferencia es mucho menor que la diferencia de gravedad específica entre los sólidos en suspensión y el agua. Los sólidos en suspensión se depositan en el fondo del separador como una capa de sedimentos, el aceite sube a la parte superior del separador y el agua residual limpia es la capa intermedia entre la capa de aceite y los sólidos.

Separadores de aceite de hidrociclón

Los separadores de aceite de hidrociclón operan en el proceso en el que las aguas residuales ingresan a la cámara del ciclón y se hacen girar bajo fuerzas centrífugas extremas, más de 1000 veces la fuerza de la gravedad. Esta fuerza hace que las gotas de agua y aceite se separen. El aceite separado se descarga desde un extremo del ciclón donde el agua tratada se descarga a través del extremo opuesto para su posterior tratamiento, filtración o descarga.

Eliminación de orgánicos biodegradables.

El material orgánico biodegradable de origen vegetal o animal generalmente se puede tratar mediante procesos de tratamiento de aguas residuales convencionales extendidos, como lodos activados o filtros percoladores. Pueden surgir problemas si las aguas residuales se diluyen excesivamente con agua de lavado o si 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.

Proceso de lodos activados

El proceso de lodos activados es un tipo de proceso biológico de tratamiento de aguas residuales para el tratamiento de aguas residuales o aguas residuales industriales mediante aireación y un flóculo biológico compuesto por bacterias y protozoos. Utiliza aire (u oxígeno) y microorganismos para oxidar biológicamente los contaminantes orgánicos, produciendo un lodo residual (o flóculo) que contiene el material oxidado. La disposición general de un proceso de lodos activados para eliminar la contaminación carbonosa incluye los siguientes elementos: Un tanque de aireación donde se inyecta aire (u oxígeno) en el licor mezclado. A esto le sigue un tanque de sedimentación (generalmente denominado "clarificador final" o "tanque de sedimentación secundario") para permitir que los flóculos biológicos (el manto de lodo) se asienten, separando así el lodo biológico del agua clara tratada.Los tipos de plantas incluyen plantas paquete, zanja de oxidación, pozo profundo/tratamiento vertical, cuencas aireadas superficialmente, reactores secuenciales por lotes (SBR). Los métodos de aireación incluyen aireación difusa, aireadores de superficie (conos) o, en raras ocasiones, aireación con oxígeno puro.

Proceso de filtrado por goteo

Un filtro percolador consta de un lecho de rocas, grava, escoria, musgo de turba o medios plásticos sobre los cuales las aguas residuales fluyen hacia abajo y entran en contacto con una capa (o película) de limo microbiano que cubre el medio del lecho. Las condiciones aeróbicas se mantienen por aire forzado que fluye a través de la cama o por convección natural de aire. El proceso implica la adsorción de compuestos orgánicos en las aguas residuales por la capa de limo microbiano, la difusión de aire en la capa de limo para proporcionar el oxígeno necesario para la oxidación bioquímica de los compuestos orgánicos. Los productos finales incluyen gas de dióxido de carbono, agua y otros productos de la oxidación. A medida que la capa de limo se espesa, se vuelve difícil que el aire penetre en la capa y se forma una capa anaeróbica interna.

Eliminación de otros orgánicos.

Los materiales orgánicos sintéticos, incluidos los disolventes, las pinturas, los productos farmacéuticos, los pesticidas, los productos de la producción de coque, etc., pueden ser muy difíciles de tratar. Los métodos de tratamiento a menudo son específicos para el material que se está tratando. Los métodos incluyen el procesamiento de oxidación avanzada, la destilación, la adsorción, la ozonización, la vitrificación, la incineración, la inmovilización química o la eliminación en vertederos. Algunos materiales, como algunos detergentes, pueden sufrir degradación biológica y, en tales casos, se puede utilizar una forma modificada de tratamiento de aguas residuales.

Eliminación de ácidos y álcalis

Los ácidos y los álcalis generalmente se pueden neutralizar en condiciones controladas. La neutralización produce con frecuencia un precipitado que requerirá tratamiento como un residuo sólido que también puede ser tóxico. En algunos casos, se pueden generar gases que requieran tratamiento para la corriente de gas. Generalmente se requieren otras formas de tratamiento después de la neutralización.

Los flujos de residuos ricos en iones de dureza como los de los procesos de desionización pueden perder fácilmente los iones de dureza en una acumulación de sales de calcio y magnesio precipitadas. Este proceso de precipitación puede provocar un enrasado severo de las tuberías y, en casos extremos, provocar el bloqueo de las tuberías de eliminación. Una tubería de descarga marina industrial de 1 metro de diámetro que servía a un importante complejo químico fue bloqueada por tales sales en la década de 1970. El tratamiento se realiza mediante la concentración de aguas residuales de desionización y eliminación en vertederos o mediante una gestión cuidadosa del pH de las aguas residuales vertidas.

Eliminación de materiales tóxicos.

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 se pueden precipitar cambiando el pH o mediante el tratamiento con otros productos químicos. Muchos, sin embargo, son resistentes al tratamiento o la mitigación y pueden requerir concentración seguida de vertido o reciclaje. Los compuestos orgánicos disueltos pueden incinerarse dentro de las aguas residuales mediante el proceso de oxidación avanzada.

Cápsulas inteligentes

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-1 μm, 1 μm-1 mm y >1 mm, respectivamente, son partículas que tienen un reactivo activo (núcleo) rodeado por un portador (cubierta). Hay tres tipos de cápsulas en investigación: cápsulas a base de alginato, nanotubos de carbono, cápsulas hinchables de polímeros. Estas cápsulas proporcionan un medio posible para la remediación del agua contaminada.

Eliminación de la contaminación térmica

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:

• estanques de enfriamiento, cuerpos de agua diseñados para el enfriamiento por evaporación, convección y radiación
• torres de enfriamiento, que transfieren el calor residual a la atmósfera a través de la evaporación o transferencia de calor
• cogeneración, un proceso en el que el calor residual se recicla para calefacción doméstica o industrial.

Otros métodos de eliminación

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.

Costos y cargos por desechos comerciales

La eliminación de aguas residuales de una planta industrial es un problema difícil y costoso. Aunque las economías de escala pueden favorecer el uso de una gran planta municipal de tratamiento de aguas residuales para la eliminación de pequeños volúmenes de aguas residuales industriales, el tratamiento y la eliminación de aguas residuales industriales pueden ser menos costosos que los costos prorrateados correctamente para volúmenes más grandes de aguas residuales industriales que no requieren la secuencia convencional de tratamiento de aguas residuales de una pequeña planta de tratamiento de aguas residuales municipales.

Las plantas de aguas residuales industriales pueden reducir los costos de agua cruda al convertir aguas residuales seleccionadas en agua recuperada utilizada para diferentes propósitos. Las plantas de tratamiento de aguas residuales industriales pueden reducir los cargos por tratamiento de aguas residuales recaudados por las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales mediante el pretratamiento de las aguas residuales para reducir las concentraciones de contaminantes medidos para determinar las tarifas de los usuarios.

Sociedad y Cultura

Objetivos globales

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 el vertido y minimizando la liberación de productos químicos y materiales peligrosos, reduciendo a la mitad la proporción de aguas residuales sin tratar y aumentando sustancialmente el reciclaje y la reutilización segura a nivel mundial". Uno de los indicadores para esta meta es la "proporción de flujos de aguas residuales domésticas e industriales tratadas de manera segura".