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TNANEJO

DE RESIDUOS DE tA INDUSTRIA OUITUIICA Y AFIN Ediciones Universidad Católica de Chile Vice¡rectoría Académica Comisión Editorial Casilla I l4_D Santiago, Chile Fax (56_2)-6862 109

Manejo de residuos en la industria química v afÍn Juan Carlos Vega de Kuyper

@Inscripción N" l0l.216 Derechos reservados

Noviembre 1997 I.S.B.N. 956_ t4_0456_7

Juan Carlos Yega de Kuyper

primera edición: 1.000 ejemplares Diseño: José Miguel Canaga Impresor: Andros C.I.P. - pontificia Universidad Católica de Chile Vega de K., Juan Carlos Manejo de residuos químicos / Juan Carlos Vega de Kuvoer

Incluye bibliografía. Desechos Industriales. 2. Industrias euímicas - Eliminación de Desechos. 3. Desechos peligrosos.

l.

1997

628.4 dc

2O

RCAA2

EDICIONES UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CNILE

Sumruo

CpÍfUlO l.

Ll

Residuos industriales

Residuos indusfiales líquidos (RIL).

1.2. ContaminantesaÍnosféricos_ 1.3. Residuos indusniales sólidos 1.4. Clasificaciónde los residuos

18

3.5.

Tratamiento de aguas subtenáneas.

79

3.6.

Tratamiento de lodos.

81

23

(RIS).

34

CAPÍTULO 4. Manejo de residum industriales

34

4.1. 4.2. 4.3.

rrg'rín peligro.

CAPhULO 2. Normariva y gestión ambiental

2.1, Nomaüvageneral. 2.2. Normativa sobre residuos industiales líquidos. 2.3. Nomnativa sobre residuos indusfiales ,Oú¿or. 2.4. Normativa sobrc contaminantes ahosféricos. 2.5. Gstiónarnbiental. 2,6. Prevención y reducción

srólirlos

Descripción de residuos sólidos.

87

Manejo de residuos indusriales sólidos (NS).

87

Depósito de residuos industriales sólidos.

88

4t 44

CAPÍTULO 5. Manejo de contaminantes ahosféricos

47

11.

49

5.2. Tratamiento O coutaninantes 5.3. Contol de olores.

54

de residuos.

Reducción de contaminantes atmosféricos.

atmosfficos.

93

94 91

57

CAPÍIUIO 3. Ilahmienüo

de aguas rcsiduales

3.4.1.

Desiufección.

CAPÍTULO 6. Manejo de resirluos indushiales peüEmos

indushialc

3.1. Preúafamiento. 3.2. Traarnientoprinario. 3.2.1. Fundanento de la coagulación_floculación. 3.2.2. p¡¡íctica de la coagulación_floculación. 3.2.3. Deca¡tación. 3.2.4. Flotación con aire. 3.2.5. Neuhalización. 3.3. Traaniento secundario. 3.3.1. Tratamiento aeróbico. 3.3.2. Tratamis¡¡ean¿s¡56¡.r. 3.4. Tratanientoterciario

64

6.1. 6.2.

65 65 68 70

Naturaleza y origen de los residuos indusniales pügrosos (RIP).

103

Tratamiento de residrros indusniales pügrosos.

108

6.2.1. 6.2.2. 6.2.3.

Incineracitn.

109

1ra¡¿¡¡isqls q[ímico,

l14

Disoosicidn en vertederos.

116

'-t

'f

.t

j

70

CAPITIiLO 7. Manejoide residuos de laboratorios

70

7.L

Criterios para el manejo racional de reactivos y solveutes.

t2t

7t

7.2. 7.3, 7.4. 7.5.

Precauciones preüas al manejo de residuos.

122

Manejo de residuos de laborarorios.

t23

Condiciones y exigencias par¿ un r¿tamiento efectivo.

t25

Tratamiento de residuos.

t26

7t 73

74

3.4.2_ Adsorción.

75

3.4.3. 3.4.4. 3.4.5.

krtercambioiónico.

76

Osmosisinvena

77

Electrodirálisis.

78

79

BIBLIOGRAFÍA

133

ÍNucr nr MArERras

131

.,:s

.'!

ii Pnóloco

jé ,$; .,¡,*l

.¡&: lai

':i .1t...

*, '6 ir.

S" fru dicho que aparte de los tres componentes del desarrollo: económico, social y cultural, debe agregarse actualmente un cuarto: el componente ambiental, para que aquel sea completo y por, ende, sustentable. Por lo tanto, para que tenga lugar el desarro-

i:! :¿, .,f

."3

llo la industria debe evitar la contaminación y considerar que el gasto que se realice en prevención, reducción y tratamiento de sus desechos en el presente, es una inversió¡ para el futuro. De hecho, la protección del ambiente ffae ventajas económicas. A decir del Dr. Francesco di Castri: "la ecología es un instrumento para aumentar la productividad y la competiúvidad".

La sociedad suele tener una mala imagen de la industria química, porque supone que es la responsable de la generación de casi todos los contaminantes que se aprecian diariamente como: humos, material particulado y malos olores, sin percatarse de que éstos son responsabilidad de otras actividades, entre ellas el transporte. En la realidad, la industria química consolidada es una de las actividades menos contaminantes, porque posee plena conciencia del riesgo de éstas y de las consecuencias de su quehacer. A este respecto, la industria química chilena no es una -excepción y se está preparando para enfrentar normativas cadavez más exigentes y a mayores desafíos, como los que implican un mercado globai. Por estas razones, se hace necesario que todos sus profesionales conozcan, en forma simple y cómoda, la manera como: prevenir, reducir y tratar los desechos o residuos de esta actividad. Esta breve monografía pretende cumplir tal fin, introduciendo al lector en el tema. Está dirigida a profesionales del iárea química y de industrias afines que requieran conocer los principios básicos sobre contaminantes sólidos, líquidos y gaseosos, y la forma como manejarlos para preveniilos,

reducirlos o tratarlos. También desea servir a profesores y alumnos de universidades así como al personal de centros de investigación cuando deban emprender la tarea de tratar sus residuos. Aun cuando no contiene elementos sobre diseño de equipos y plantas de tratamiento, que son propios de la Ingeniería Ambiental, sus principios químicos pueden ser la base para acceder a esta disciplina. Contiene los elementos de la principal normativa vigente sobre tratamiento de residuos industriales, para que el profesional preocupado o ocupado de la preservación del ambiente sepa lo que puede y lo que debe hacer. La obra estiá escrita en un lenguaje directo, y para entregar gran parte de la información hace uso intensivo de la tabulación. Aunque el tema sobre tratamiento de residuos aparezca como muy extenso, no significa que sea el más importante. No cabe duda que a este respecto la prevención y reducción son más relevantes en el manejo de residuos; sin embargo, sus acciones son más dependientes de las características de cada industria, por lo que las propuestas son más limitadas. Es.ta monografía, al igual que toda actividad humana, es digna de mejorarse, por lo que solicito a mis lectores me hagan saber sus observaciones u objeciones al contenido. Agradezco muy especialmente al profesor Ing. Químico Rafael Gana O. su valiosa dedicación y gran acuciosidad para mejorar el manuscrito original; al profesor Dr. Mario Scotti R, por las observaciones realizadas a esta obra, y a la Sra. Rossy Mrezal.., por su paciente y fructÍfero trabajo erf el computador. I

i

"l hL

-t

Auro{ i I

CmÍrwo i,i'' !.*

j*\'i5

Rssnuos

INDUSTRIALES

Rnsmuos Innusrrulms

+"'

Lu, ,urtuncias que emite la industria se pueden ciasifrcar, según su estado de agregación, en tres tipos de residuos: Gases v Vanores

Líouidos

Sólidos

.

. Orgánicos

. Lodos químicos

. Residuos acuosos

. Envases, contenedores . Polvos

Gases de combustión

. Otros gases

. Compuestos orgánicos volátiles (COV)

I

Los residuos o desechos industriales pueden tener significado diferente según el emisor, la autoridad o la sociedad que los sientel El Ministerio de Salud los ha deñnido como:

"Todo aquel residuo sóIido o líquido, o eombinaclones de éstos, provenientes de losprocesos industriales y que por sus características frsicas, químicas o microbiológicas no pueden asimilarse a los residuos sólidos domésticos".

ArLl7, Decreto Supremo N'745 del Ministerio

de Salud, 1993.

En rigo¡ se considera residuo industrial a cualquier materia que no es el producto objeto de fabricación. De acuerdo con la anterior clasificación, los residuos industriales se agruparán en: residuos acuosos, contaminantes atmosféricos y residuos sG

lidos. De_ellos, se expondrá su naturaleza química, generalidades sobre su -generación y efectos que ocasionan al hombre y al ambiente. 1.1. Residuos Industriales Líquidos (RIL)

la Superintendencia de Servicios Sanitarios. Este organismo estatal también debe proteger los servicios sanitarios de recolección de aguas servidas de los eventuales deterioros y problemas ocasionados por los vertidos de aguas residuales en la red. Para controlar la calidad de estas aguas residuales,

Los residuos acuosos industriares

::Hl,T;JJ;j:TTru,icos,.er

-RIL-

constituven, junto con los _uyo. p.oblema en er manejo de ras emi_

actividadindustria,,;:illH:;;:;:::ffi

ffi Jll-T+"r#",T*"*,f

los efectos dañinos de contaminantes típicos del agua. Tabla

I.I . Contaminantes químicos

ha establecido un conjunto de metodologías analíticas. Dichas metodologías,

aplicables a la realidad nacional, son de uso normal y rutinario, reproducibles y útiles para el análisis cuantitativo de matrices complejas, como son las aguas residuales. Las metodolo_eías analíticas mencionadas están contenidas en el Marutal de Ancílisis de Residuos Industriales Líquidos (RIL) ¡,

Aguas Servitlas Dotttésticas y sirven para determinar los si_guientes parámetros analíticos útiles para controlar el agua:

del agua y sus efectos

'pH . Sólidos suspendidos . DBO, . Hidrocarburos . Metales pesados

Orgánicos Aceites y grasas Detergenbs Hidroca¡buros Fenoies Pesticidas

Cloroformo

Tóxicos para la vida acuática Su espuma impide aireación del agua Tóxicos para Ia vida acuáüca

. . . . .

Tóxicos para la vida acuática; forman clorofenoles Tóxicos para el hombre Tóxico en general

Metales pesados Ae, B, C(VD, Cu Fe, Mq Mo, Ni, pb,

Nitró-eeno

Sulfato Triclorometano

Coliformes fecales

. . . . .

Temperatura

Sólidossedimentables DQO Aceites y grasas Arsénico Cromo hexavalente Fósforo

Sulfuro Fenol Detergentes

Tóxicos en general

A continuación, se define el significado de algunos de estos parámetros analíticos y el de otros. que se manejan corrientemente para tipificar un

Sb, Se, Sn, Zn.

As, Cd, Hg, TI

(Cd,Cu,Cr,Fe,Ni,Pb, Zn,Mn) Cianuro

. . . . .

RIL.

Muy tóxicos en general

Otros

Sólidos suspendidos *

Fosfatos y nitratos Sulfatos

Representan a las sustancias que no se disuelven y que son retenidas por un filtro Millipore o por un filtro de fibra de vidrio.

Sulfuros Cianuros

hoducen eutroñzación Corroen el concreto Olores desagradables

Tóxicos en general

La protección y preservación de la calidad de los recursos m descargas de aguas residuales hídricos de in¿urt iul", y domésticas está a cargo

de

Sólidos sedimentables Es la fracción de sólidos suspendidos que sedimentan luego de I hora de reposo en un cono Imhoff.

Demanda bioquímica de oxigeno (DBO5) Es el monto de

bio,ógicame",.:ff"T,Hfil,T::lTfl oscuridad a 20"C durante 5 días.

ff [illHTlff

:1.il Aceites y grasas

Demanda química de oxígeno (DeO)

Material tóxico

:":1,,ffi ;,:ffi::::J.,"Tü*Jffi.ff;Í:::t::,,x1"*#: -potasio

ria se oxida con dicromato de en caliente durante 2 ho¡as en medio ácido' puesto que la acción de este oxidante afecta a toda la materia oxidable, el valor de la DeO es siempre mayor que el de la DB05.

Coliformes Tejidos y tintorería

Tejidos algodón

pH

5.4-11,5

y sintéticos

DB05

1G35.000 mgÁt

Sól.susp.

Cromo Comp.lenólicos

Los parámetros más significativos de los RIL de actividades caracte_ rísticas se exponen en la Tabra

r.z, q.r. ,".oge los valores esperados según los antecedentes bibliográficos aisponiUfes

Tabra

I'2'

Sulfu¡o Só1. totales

Celulosa

Pulpa química

Residuos industriares ,íquidos de producciones F- vt.s!!¡urrsr caracteu¡ rísticas

908-32.800 mg/lt

pH DB05

l4-335Kglton.

Sói.susp.

10,5-17fu/ton.

Material tóxico Turbie.lad Aceites y grasas Fenoles Curtiembres

pli

Cuero

1,5-13

1

Aceites comestibles

Azúcar

.

Aceiúe

vegetal

,

DBOs

:

Só1. suqp.

Azúca¡ remolacha

pH

DPot

37-1

DQO

28-260Kglton

Sól.susn.

47-145Kglton

l0Kg/ton

I

S{l.totales

DB05

140-595Kg/ton

I

Sól.susp. Sól.sed.

Abeites ." v $asas I

6,6-43Kgfton.

C¡omo total

0,24,9Kg/ton.

+.

Aceites y grasas

Material tóxico Coliformes

pH

Plásticos, fibras

Plásúcos, celofán,

pH

rayón

DB05

l-l35Kg/ton

DQO

0-334Kglton

Sól.susp.

G70 Kg/ton

DB05 Sól.susp.

Aceites y grasas

Sól.sed. Fenoles

-.;

Iabones,deterg,

Artículos limpieza

pH

5

Fosfatos

DB05

0,1-32,5Kg/ton

pH

DQO

0,3-20Kg/ton

DQO

1,3 Kg/ton

Sól.susp.

Sól.susp. Grasas y aceites

1,9 Kg/ton

Detergentes Refinería petróleo

Combustibles

60-2.000

Siderurgia

Acero

rnlt

DBOs

pH DB05

NH3

Grasas y aceites

Cadmio

Amonio Cromo Sol.Susp.

pH

Fluoru¡os

0,4 mg/lt

Fenoles

0,ó mg/lt

Sulfuros

4,3 mgAt

Niftatos

1,41

mgilt

pH

Só1. susp. Só1.

1,44 mg/lt

Z\tc

Suifuros

fosforados

1,41 mg,{t

Hieno

Fenoles

Nitrogenados y

1.720-42.800m/lt

Sól.susp.

DQO

Fertilizantes

pH

dis.

0-50 mg/lt

DQO

500-i000 mg/tr

Sói.susp.

NH3

Grasas y aceites

Cloruros

0-160 mg/lt

Cianuros

C¡omatos

0-250 mg/lt

Metales pesados

Nitratos Sulfatos

500-3000 mg/tt

Calcio

1.2. Contaminantes atmosféricos

Flúor

Vidrio

Fosfatos

10-50 mg/lt

Urea y oüos

5-100 mg4t (N,)

Grasas y aceites

Fabricación

pH

10-100

rrsnr

9

DQO

4,6 Kg/ton

Só1.susp.

690 Kg/ton.

Sól.dis.

8 Kg/ton

Grasas

y aceites

Sulfatos

Los contaminantes atrnosféricos Son Sustancias que alteran la composición del aire. Se originan en fuentes o en procesos naturales como, por ejemplo, en los océanos en los que se producen gases o vapores como: CO' CO2, CH4, N2O, CS2, COS, CH3CI, etc.; en los volcanes cuyas erupciones emiten a la atmósfera óxidos de N y S, H2S, COS, HCl, HF así como también cenizas y partículas sólidas; en algunos vegetales que emiten compuestos orgánicos como terpenos; en los incendios forestales que vierten cantidades importantes de CO' CO, óxidos de N, SO' HCN y en las descargas eléctricas que generan óxidos de N y O' Esta contaminación es

un- mecanismo en H=SO* a través de

perf-ectamente asimilada por la natura.leza, la cual, mediante mecanismos físicos y químicos, transporta y transforma los contaminantes en ella generados.

Los contaminantes de origen antropogénico, procedentes de las ciuda-

La especie HOSO' se transforma el principal componen,i"ndo el H"Soo atmosférico no del todo conocido, hidrólisis se puede formar por Ei Liá" *ffti¡to' ádemás' rc de la lluvia ácida' (Ot)' del SO' con ozono del SO. formado por oxidación

des e industrias, que se vierten de manera incontrolada, continua y amplia, son emitidos en un 807o por procesos de combustión de sustancias fósiles.

Los combustibles fósiles -gas natural, petróleo y carbón- son mezclas de hidrocarburos, sustancias azufradas nitrogenadas, oxigenadas y otras. La combustión completa de los hidrocarburos los transforma en CO, vapor de agua y calor. Esta combustión, que es una rápida reacción con Or, se puede representar por la siguiente ecuación para el caso de un hidrocarburo de

fórmula CnH,-:

Cn H,m

SO,

-

[]#J

o:

------->

nCo" + mH.o + calor

bustibles fósiles contienen, igualmente, compuestos oxigenados, nitrogenados, sulfurados y metalizados, en la combustión también se generan óxidos de S, N y de metalbs como: At,Zn, Si, Fe, Ti, etc. Se han podido identif,rcar más de 50 sustancias diferentes en la combustión de combustibles fósiles. Algunas de ellas están reconocidas como cancerígenas, como es el caso del benzopireno (s(cción 5.2) El dióxido de azufre (SO,), generado en la combustión de combustibles fósiles, en especial del carbón mineral, se oxida en la atmósfera, principalmente, por acción de radicales hidroxilos (HO), los que, a su vez, se forman por reacción del oxígeno atómico con el vapor de H2O. El oxígeno atómico (O), cuya vida media es muy breve, se genera por disociación de la molécula de oxígeno por acción de la energía ultravioleta (Eur).

Or+E*---+

2O

O + H"O---+ 2HO

HO--+

HOSO2

SO, + O'

+H.O -----+ H'SOt

racciones, cenrrares

;;1'¡'i: :l:::XT;illffi ,l,1T"J::".:l? (NOt) por reacclo

y dióxitlo de nitrógeno

estas combusttones: en las condiciones de

N'

+

O' ---+

N, + 20"

es incompleta, como ocurre en

SO, +

----+

de explosión' caieque se venfica en motores aire' con oxidación La

'"^;t;;'

la mayoría de los casos, se forman, además, otros productos carbonados. Estos últimos son compuestos con estados de oxidación intermedios como: ejl monóxido de carbono (CO), alcoholes, aldehídos y otros. Asimismo, se forma carbono, como el típico hollín, componente del material particulado. Puesto que los comSi la combustión

SO, + O¡

--+

2 NO 2

NOt

urbana mediante transforman en la atmósfera Estos gases emitidos se de la energía deN se disociapor efecto reacciones totoqrri*r.ui. el cual' a su vez' se

"iutJ.t¿" *onOxido y oxígeno atómico ultravioleta (E ru), oJo (O't)' molecular para dar ozono combina con el oxígeno NOr+Ew + NO+O O+Ot -_+ O¡

porque reacciona con no se debería acumular En principio, este ozono el NO regenerándose NOr'

,

NO+03

-->

NO" +Oz

otros radicales' se contaminadas existen pero dado que en las atmósferas acumulación de o' con el resultado final de tecle'i;Ñ; ciclo el rompe es nociVo de altitud)' El ozono t0-1? YSin embargo' e1 ozono situado en en las capas b"j"' d;i;;opo't"'u para la salud por porque absorbe fuerte'" ";;";'eactividad' de altitud) es beneficioso ra estratosfera rrz-só m para la vida en el del sol' y' tÁién' es ttociva mente la luz tfV que procede

CAP. I

planera' El ozono estratosférico

se forma por disociación de una molécura de oxígeno mediante ra-energía luminosa lEuu ), seguida de una combinación de oxígeno molecular con el

oxígeno atómico

ciación:

O, +Euu

O+O,

--+

-eenerado en dicha diso-

lt

-

C-Cl

l"l

+ Euu

------+

-C.

/

Resüluos In¿Iustriales 21

+ Cl.

Compuestoorganoclorado Radicaleslibres

20 O:

-

La generación de ozono está compensada por su descomposición mediante los siguientes

El radical libre cloro (Cl'), que corresponde al átomo de cloro, descompone fácilmente el ozono para formar oxígeno molecular (Or) y óxido de cloro (ClO'), que, también, es un radical:

procesos que también ocurren en ra estratosfera.

Cl.+O,+O:+ClO. O, +O

20,

El CIO' reacciona con el oxígeno atómico para formar oxí_9eno

O, + Euu -----+ - O, + O

a"

molecular y cloro atómico, el cual inicia un nuevo ciclo destructivo:

concenrración estacionaria. Sin embargo, ésta pue_

,l*,ffi?T";.,;1":stratosfera

que reaccionen con ", re duc e n e r o z on o

llegan especies químicas

"o-n,o-inun,.,

;::: :,':', ffi :fl :;::, ", : cloro y bromo, el.HO y el CO. La molécula NrO es "';:ffi capaz de llegar a la estratosfera donde

:;:

""#l¡l:Ti::

se disocia en nitrógeno y oxígeno atómico que, como se expresó, descompone el ozono.

NrO+Euv

*

---+

Cl. +

O"

La reacción neta de estas dos últimas reacciones

es la descomposición

de ozono, ponieirdo de manifiesto la actividad catalítica del átomo de cloro:

O, + O.

------) 2 O"

Como puede fácilmente deducirse, pequeñas cantidades de compues-

N" +O

tos clorados originan un gran perjuicio.

Además de los residuos que se emiten en ra combustión

de sustancias fósiles, productos habituales qu" t".-inun en la atmósfera son ros com_ puestos orgánicos volátiles (COV) provenientes de diversas actividades in_ dustriales' Entre ellos están los solventes clorados que

se emprean en desengrasado' extracción y componentes de adhesivos: solventes oxigenados como: alcohole ',os

tosdosúrtimos,ipo,;';,T'Tffi í,"j1,11i,1]"':il":1".:.11':"*bonados.EsI en: pmturas' tintas' pesticidas,

plastificanter

ClO. + O.

y;;; producros.

Los solventes clorados poseen un arto impacto ambiental debido a que son degradados químicamente por la luz UV que, como ya.";;;, es com_ ponente de la radiación solar. La energía de la luz UV ó;j;;ficienre_ mente elevada como para romper el enlace carbono-cloro de estos compuestos, proceso fotoquímico que da lugar a radicares libres:

Otros compuestos clorados y bromados que tienen un impacto ambiental

extraordinariamente negativo son los clorofluorcarbonos (CFC) y bromot'luorcarbonos (halones). Ambos tipos de sustancias halogenadas son compuestos líquidos muy volátiles, por lo que escapan fácilmente a la troposfera y luego a la estratosfera. Está comprobado que tanto los CFC como los halones destruyen la capa de ozono estratosférico. Por esta razón las Naciones Unidas promovió el Protocolo de Montreal, en 1987, acuerdo internacional al que adhirió Chile, el cual limita, controla y regula la producción, el consumo y el comercio de sustancias depredadoras de la capa de ozono. La naturaleza de estas sustancias, consumos en 1993, usos y efectos sobre el ozono (potencial agotador del ozono) se dan en la Tabla 1.3.

CAP.l / Residuos Industriales 33

Thbra

I'6'

contaminantes atmosféricos industriares. sector Químiafin

ca Inorgánica y

So" Explosivos

Qca.Inorgánica básica

Amoníaco

Partículas

Ac.clorhídrico Ac. nítrico Carbonato sodio

Ac.sulñírico Azufre Fertilizantes

Nitr¿dos

Fabricación

0,05-170

0,015-63

Partículas

No*

So*

trazas

0,5-68

NO x

trazas- 1,5

HNo3

0,005-137

H2s04

0,15-94

co

co

trazas-1

Arenas y ripios

Partículas

0,05

Hormigón

Partículas

0,012-0,12

Limpieza carbón Perlita

Partículas

8-12,5

Partículas

10,5

Roca fosfórica

Partículas

t-20

Canteras

Part.totales

1-3

Part.suspensión

0,05-2,25

Partículas

o,0l-25,5

co

9-7A

0-100 45 1,5-100

CI,

0,s-8000 Kg1100 0,75 Kg/100 ton 0,1-1,5

Hg HCI

Nq

Minerales no metiílicos

Klm3

0-27,5

Partículas

3

NH3

3s

SO,

0-48(H2S04)

SO,

Fluoruro (gas)

trazas-0,05

2-162(3)

Fluoruro (part.)

0,0003-0,120

Partículas

Partícula.s

Coke metahirgico

4,2-6

sq

0,05-100 0,01-2

0,45-1,5

co

0,035-0,5

0,25-1

Partículas

HC

t-40

0,14

Fluoru¡os

No*

0,005-0,015

4,02-0,07s

NH3

0,01-1

Partículas

0,1-8,5

co

72

M,

Partículas

Fluoruros Fibra üdrio

0,0005-45

0,025-88

No^ Fosforados

1,3

Partículas

SO,

HC NH3 Cloro-soda

2,1-s,l(s)

No*

Partículas SO"

co

Fundición fierro

I 2(F)

Ferroaleacignes

Partículas

22,5-tU)

o,3-29

Fundició¡ acero

Partículas

0,05-20

No"

0,005-0,1

Partículas

5-68

So*

30-625

0,02-*15

0,03-1

No"

a,r-14,6

Fluoruros

Fundición cobre (concentrados)' -..

0,01-6,3

Producción broace

Partículas

t-37

Fundición plomo

Partículas

0,8-193

SOx

hazas-1 10

Fundición zinc

Partículas

1,5-60

so*

550

LÁr. i / 1.3. Residuos Industriales Sólidos (RIS)

Peligrosos :

Los residuos sólidos se producen como consecuencia de la

actividad doméstica e industriar, siendo la primera la que contribuye mayoritariamente a su generación- Los RIS están constituidos por productos fuera de normas, productos caducados, materiales y productos deteriorados, residuos de pro_ cesos y contror' recortes, envases y recipientes de materias primas, etc. En la industria química las sales y roáos son ejemplo, de desechos,

así como los productos defectuosos "on,un., o fuera de especificación. A raíz der aumento de ra actividad industriar y der nivel de ui¿u ¿. tu foúru.ion, .. produce un incremento en la generación de residuos sóridos cuya gestión obliga a reducir el volumen de los desect o. qu. se generan. Esta reducción puede lograrse básicamente de dos maneras: disminuyendo su generación. lo cual implica limita¡ y aprovechar mejor las materias primas y reciclando o transformando los residuos. Al_qunos criterios gen".ules ,oi." pr"u.n.lOn y disminución de residuos sólidás se dan en la sección 2.2. Respecto del reciclaje, hay sectores industriales chilenos que esÉn demandando mate_ riales que se encuentran en la basura para su reciclaje como: el papel y cartón' el vidrio, el aruminio y los plásticos, con cuya recuperación se reducen.costos de materia prima y de energía. La recuperación del paper y cartón representa una tasa del 45vo; ladei vidrio un 35vo,promovida a través de una campaña de solidaridad; la del alumi: . pa¡a latas oe beui¿as, con una

1996.

Inertes No inertes

: :

s-e

Toxicidad

Patogenia

Reactividad

Si presenta cualesquiera de las siguientes propiedades: Reacciona en forma violenta e inmediata. Reacciona violentamente en contacto con agua. Forma mezclas potencialmente explosivas con agua. Genera gases, vapores o humos tóxicos cuando se mezcla con agua. Contiene los aniones cianuro (CN-) o sulfuro (S=) que por reacción liberan gases tóxicos en cantidad peligrosa. Produce reacciones explosivas con el calor. Está definido como explosivo (minería, pirotecnia).

Corrosividad

Si presenta cualesquiera de las siguientes propiedades: Posee

pH ,2 6>- 12,5 en solución acuosa.

Penetra el acero SAE 1020 a velocidad año a.55oC, según norma.

Toxicidad

ctasi¡can en tres categorías:

No causan agresión al ambiente (vidrio, arenas, cenizas). causar agresión, pero con efectos moderados fy¡Oen (plásticos, materia orgánica).

.

Si presenta cualesquiera de las si-euientes propiedades: Posee punto de inflamación menor a 60oC. Se inflama por fricción, absorción de humedad o espontáneamente a 25oC y 1 atmósfera. Reacciona con un oxidante que libera Or.

Desde el punto de visra der peli-rro que los residuos industriales pue-

den causa¡ a la salud o al ambienie,

Corrosividad

Inflamabilidad:

l

1'1' clasificación de los residuos industriares según perigro

Dañan al hombre, al ambiente o a ambos.

. .

*""p";;;:':';?tJfr$íiTt:iffi::

en forma de recipientes de aceites comestibres,

Intlustriales i5

La peli-erosidad se define por las si-euientes características: . Inflamabilidad . Reactividad

tico que' con mala imagen, recién empieza a operar. un prástico de gran consumo, yportanto de acumulación en vertederos, es elporietilent"r.tt¿uto (PET) bebidas no retornables y otros' su producción en chile fue de 6.200 toneladas en tlóiy s" pr.ue que se reciclará algo más de120Vo en

riesitlLtos

Patogenia

>

6,35 mm/

Si presenta cualesquiera de las siguientes propiedades: Produce mortalidad en ratones o dermatitis en conejos según nonnas. - Es o contiene una o más sustancias declaradas como tóxicos por organismos oficiales. Conúene microorganismos o sus toxinas, capaces de pro-

ducir enfermedades.

CAP. I

Tizbla r '3

'

Algunos compuestos destructores de la capa afectos al protocolo ¿e fvloni..ul.

de

ozono

Refrigeración

Haión

1301

Residuos

In¿lustriales 29

Otra fuente de contaminantes atmosféricos la constituye la basura doméstica, cuyo componente orgánico se descompone por acción anaeróbica cuando se dispone en vertederos. Como resultado de la transformación microbiana de esta biomasa, se _qeneran gases y vapores tales como: CH*, CO,, H,S, mercaptanos, aminas. ácidos alifáticos, etcétera. La Tabla 1.4. resume los principales contaminantes atmosféricos, la manera como se generan y los efectos materiales que causan.

Tabla

Espumas

/

1.4.

Generación y efectos materiales de los contaminantes atmosféricos

Exrinción incendios Combustión de combustibles con compues-

Conoe metales, ataca algodón,

tos azuftados (carbón, petróleo)

recubrimientos, muros, pigmentos.

Durante la combustión, por reacción de N2 y

Muchos solventes oxigenados así cor solventes hidrocarbonados constituyen los cov que son, igualmenr". o."no del ozono y orras sustan_ cias róxicas. Los hidroc;ril;ñprecursores

cian por

efec

to d"

::'iff#::ffi

h

i;

"ñ"ffil,o"o;::ffi

"il

J:.:,1iT,1'":,:,,,.";

Acción de la radiación solar sobre capas de Ia estratosfera (O, + O -+ Of y en algunos

Ataca gomas. pigmentos. pinru-

procesos indusriaies (oxidación, blanqueo,

rial oxidable. A nivel troposférico

desinfección).

+

to, o;os.-s

salud.

Producen cloro atómico que des-

rpa$, aii"."rr*."r0*r"

fl

Estos contaminal No} participan en

la

e

secundarios de la atmósfera, otro con_ el nitrato de peroxiaceuro

cH3C_o_o_NO2

altas concentraciones tienen efec-

R.,

Aparte der ozono y de los radicales ribres como ros de cloro conraminanfes

,I;f[:fi:r];:;Hil:r

ras. Produce oxldación de mate-

tos nocivos para

1,ffi*:;**1,j1"1ry;;;._,",il"1,.,urR.R" R-R' + Euv _+ R.

e irriranre a"

O, (motores, procesos industriales).

truye O, estratosférico.

Acción axrosféric4 procesos industriales

(PAN)

que se generan

Deteriora v reduce la vida úti1 de

materiaies (> 10 mic¡ones).

deposita en pulmones (

I

Veñido controlad0

3.2. Tratamiento primario Fígura

3'l'

Etapas de tratomiento compreto tle'guas residuares ind.ustriares

3.1. Pretratamiento

. El primer paso para la depuración de las aguas residuales es la eliminación de cuerpos sólidos o materias grasas para evitar su interferencia en los procesos que se utilizan en las etapas posteriores. El pretratami"nro .onrru de los siguientes procesos físicos qu" ," aplican según la naturareza der agua residual. criba"do, se aplica cuando el agua residual arrastra materias excesivamente gruesas' Se realiza por medio de rejilras o matas; éstas pueden ser gruesas, con una separación ribre entre bar¡as de 5-15 cm que se disponen al comienzo del cribado y finas, con una separación de 1,5_5 cm, que retie_ nen la mayor parte de las materias que no pueden eliminarse por sedimen_ tación. Thmimdo, separa ros residuos sóridos cuyo vorumen es superior a una separación de 1 mm entre ras barras del tamiz. Se emplean tamices estáti_ cos o rotatorios que sean autolimpiables. Desarenado, elimina la arena y partículas minerales más o menos finas con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales del pretratamiento,

los que deterioran los equipos. Los

desarenadores longitudinales' de fác'construcción y ut'izados para aguas residuales in_

dustriales, consisten nujo horizonrar es ría de las partículas orgánicas

i"J.H

ffi:t1t11:ffiil:Tfl#

"iil::,"::ttravés deiestanque, y permite sedimentar

arena, que es más pesada.

a

ra

Desengrasado, separa los aceites, grasas y sustancias menos densas que el agua. se realiza por flotación de áichas materias por medio de ai¡e

Las aguas residuales urbanas de origen doméstico prescntan impurezas or-9ánicas y otras cuya naturaleza y concentración son bastante similares de una ciudad a oüa, por lo que el tipo de tratamiento es análogo. Sin embargo, los residuos industriales líquidos (RIL) son muy diversos y su naturaleza depe nde del tipo de industria que los emite, por lo que es necesario realizar previamente estudios de tratabilidad de estos RIL para conocer el procedimiento de eliminación de los contaminantes y entregar un vertido con valor permitido de carga orgánica e inorgánica a los cursos receptores de agua. Estos estudios consisten en determinar, a nivel de laboratorio, el proceso y las condiciones más adecuadas para ffatar un RLL, ei que normalmente se ensaya poniendo muestras de éste con reactivos en vasos de precipitado, que se agitan a una velocidad común durante un tiempo determinado. Las variables que se estudian en estos análisis son, entre otras, la separación de sólidos suspendidos y la reducción de la DQO. Conocido el procedimiento y las condiciones de operación más apropiadas, se somete el RIL a procesos de coagulación-floculación, decanta,

ción, flotación y neutralización, según tes y las exigencias de calidad. 3,2.1,

F

sea la naturaleza ds los contaminan-

undamentl de Ia coagulación.flocalución

Una forma de separar los sólidos no sedimentables que forman coloides, es su coagulación seguida de floculación. Los coloides son partículas fina-

mente divididas que están dispersas en el agua u otra fase. El tamaño de estas partículas está comprendido enrre 0,2p (0,2.i0-acm) y 3-5 mp (3-5 . 10-7 cm). Debido a este diminuto tamaño, la relación entre la superf,rcie y el volumen es relativamente muy grande, de manera que las propiedades superhciales, tales como la adsorción y la capa eléctrica, desempeñan un papel importante en la estabilidad de los coloides. La coagulación de éstos

r/!.

,AP.

consiste en introducir en el agua un coa-gulante capaz de neutralizar la carga eléctrica del coloide p¿1ra que fbrme un aglomerado de partículas. cuya mali or

densidad permita su precipitación. La floculación es la agrupación de las partículas descar-eadas que se ponen en contacto unas con otras (flóculos). La estabilidad de los coioides se debe básicamente a su carga. generalmente negativa. y a la solvatación. La existencia de esta carga eléctrica provoca la repulsión entre estas partículas diminutas. la cual evita su agrev posterior sedimentación. La solvatación es la disposición espiicial -eación de los diversos iones contenidos en el agua en tomo a las partículas coloidales. en virtud de su carga. con la consiguiente formación de capas. E,s eviciente que las interacciones entre el coloide. el agua y los iones disueltos condicionan la posibilidad de agregación coloidal. Existen dos tipos de coioides: los reversibies. que son termodinámicamente estables. como las micelas constituidas por: jabones, deter_eentes. proteínas y almidones, y los ineversibles, que son termodinámicamente inestables tales como: las arcillas, los óxidos metálicos y los microorganismos. Estos últimos son los más importantes en el tratamiento de aguas. La desestabilización de los coloides se puede lograr de tres maneras: adición de iones que se adsorben o reaccionan con 1a superficie del coloide, adición de polielectrólitos naturales o sintéticos y adición de sales metálicas. Los mecanismos por los cuales se produce la desestabilización coloidal son: la compresión de la doble capa, que se logra por adición de iones de distinta car,qa que la original del coloide; la adsorción y neutralización de la carga, que se logra por adición de iones tales como el de dodecilamonio (Cl,HrsN"Hr); la inmersión en un precipitado, que se logra por adición de compuestos que en concentración superior al producto de solubilidad precipitan atrapando a los coloides y la adsorción y lcontacto interpartícula, que se alcanza por adición de polímeros que provocan la unión entre los coloides. Los principales coagulantes empleados son: sales de aluminio, de fierro v algunos polímeros. Se precisa la ejecución previa de ensayos de labo-

ratorio para determinar qué sustancias dan lugar a la coagulación y la floculación, en la mejor forma posible. La desestabilización coloidal producida por sales de AI(III) y Fe(III) esrá condicionada por tres facrores interrelacionados: dosis de coagulante, pH y concentración coloidal. La dosis de coagulante a añadir depende de la concentración coloidal. La acción de los coagulantes se ve afectada por la sobredosihcación y el pH. Así, cuando el pH disminuye, por debajo del punto isoeléctrico. aumenta la carga posi-

ili I Txüuniento

tle 'lgutts Kesklrtdles LrL

la neutralización por carga' Detiva de las especies metálicas favoreciendo son ácidos se produce una modibido a que los sulfatos de AI(III) y Fe(lll)

ticacióndelaalcalinidaddelagua.porloqueeneltratamientodeaguas residu¿rles es común la adición

"

é""'

de cal o sosa para elevar su pH'

Las suspensiones coloidales concentradas se desestabilizan

que con las ciiluidas es conveniente ei:tcientemente a pH bajos. mientras N;r,co. para neutralizar la acidez aumentar la alcarinidad con ca(oH), o pH neutro' dei coagulante metálico y mantener un

Atendiendoalarelaciónentrelaconcentracióncoloidai,vlaalcalinidad coloidaies' se pueden det-inir cuatro tipos de suspensiones

Es el sisrema mis senciAlta concenrración coloiclal. baja alcalinidad. óptima de Ilo de tratar. ya que sólo requiere determinar la dosis

.

coagulante.

.AltaConcentracióncoloidal,aitaalcalinidacl.Ladesestabiliz-aciónse alta de coagulante' produce a pH neutro o áciclo y por una dosihcación

Tambiénsepuedeio.qfareliminandolaalcalinidadporlavadoyprovopH' con dosis baja de coagulante y bajo cando ia desestabilización

.Bajaconcentracióncoloidal,altaalcalinidad.Lacoagulaciónrequiere

.

Una alternativa es dosificaciones relativamente bajas de coagulantes' la concentración añadir coadyuvantes de coagulación para aumentar coloidal y así mejorar el contacto interpartícula' Es el sistema ntr,'ts diiícil Baja concentracián coloidal, baja alcalinidad. el medio' aumentar de coagulación. Para lograrlo hay que alcalinizar

o ambos alavez' las partículas coloidales mediante coadyuvantes ei coaguiante Un ejemplo de las reacciones químicas que experimenta natural de1 alcalinidad la sulfaro de alúmina (sulfato de Al hidratado) según : medio [Ca(HCO.)2] la da la siguiente ecuación

..----+ 2Ai(OH)r + 3CaSO-' + óCo' + 14H'O A1.(SO1)3 1+H,O + 3Ca1HCO,), es: Con agregado de cal [Ca(OH)r] la ecuación

+3CaSO-' + l"lH"O Al"(SO+)¡' l4H"O+Ca(OH)t ----+ 2A1(OH)'

de fórmula El AI(OH)3 es en realidad un acuocomplejo hidratado voluminoso y gelatinoso' caracterís[(A1(H2O)3(OH): nH'O)] de aspecto

de partículas de hmaño coloidal ticas que permiten la precipitación conjunta

I

C AP.711

I Trc¡omiento

.l¿

.7íuar li¿ri¿rt¿r

i,¡l¡d¡¡i¿ler

en suspensión. LIn proceso similar ocurre con las sales fémicas FeCl., y Fe.(SOr)3. Los floculantes se conocen también como ayudantes de coa_eulación y su función es favorecer este proceso ya sea por aumento de ia velocidad de floculación o por un aumento de tamaño del flócuio. Se pueden clasificar en t-loculantes natr-lrales y sintéticos. Ejempios de los primeros son: el almidón, las colas. geiatinas, gomas, alginatos y taninos. Actúan funtlamentalmente por enlace de hidrógeno. Los floculantes sintéticos son polímeros de elevado peso molecular, solubles en agua, que poseen a lo largo de sus cadenas grupos atómicos con gran afinidad por ias superficies sólidas. Se

coagulación es muy breve, inf-erior al segundo. La utiiización óptima del coagulante exige que la neutralización sea total antes que una pane del reactivo haya comenzado a precipitar. P¿ra la mezcla de los reactivos se utiliza. a veces, ítnicamente la turbulencia que tiene el agua residual, pero conviene disponer de estanques con agitación que permitan una mezcla rápida. Los tiempos de residencia en es-

clasifican en tres clases:

aplica un tratamiento por etapas; mientras que si el caudal es superior a 1 m-t/ hr y la concentración de sólidos es menor o iguai l,5Vo se aplica un tratamiento continuo. En una u otra modalidad, el tratamiento consiste en homogeneizar el RIL en un estanque pala minimizar las fluctuaciones de pH. de

.

Floculantes no-iónicos, como la poliacrilamida:

i{

'l

CH.CH

t

\

l

CONH,

'

'

tos estanques oscilan entre 0,5-3 min. El tratamiento de coagulaciónfloculación de manera discontinua ("batch") o continua depende del caudai v la concentración de contaminantes del RIL. Cuando el RIL generado por día no supera los 25 m3 y la concentración de sólidos es menor o i-sual a 5%. se

Floculantes iónicos, son polielectrólitos que presentan grupos iónicos o grupos ionizables. La carga de estos polímeros en solución depende del grado de ionización y del pH. pueden ser aniónicos como ciertas poliacrilamidas o ácidos poliacrílicos que poseen el grupo carboxilato

sólidos suspendidos. de sólidos sedimentabies y de f1ujo. De esta manera se lograuna mayor eficiencia en el tratamiento. El estanque de homogeneización tiene un sistema de aireación pafa no sólo homogeneizar sino que, también. para evitar la sedimentación de sólidos en suspensión. El RIL homogeneizado se transfiere a otro estanque en el cual se teahza el tratamiento de coaguia-

(-COO-) o catiónicos que poseen el grupo amonio cuaternario (-R:*N).

ción-floculación mediante agitación

Floculantes copoliméricos, se obtienen por reacciones

coagulante y un polímero agregados secuencialmente y según la estequiometría aconsejada por los ensayos previos de laboratorio. Se produce la precipitación de los flóculos que contienen los contaminantes. A continuación, se fi1tra el contenido total del estanque mediante un ñ1tro prensa para separar los flóculos del agua. Esta agua se puede verter al sistema de alcantarillado o se

de

polimerización de dos monómeros. Ejemplos son los copolímeros de estireno-ácido maieico y ácido acrílico-ácido maleico. La Figura 3.2 muestra la interacción entre un polímero y flóculos, que lleva a un aumento de su tamaño.

to tto

de la mezcla con un regulador de

pH' un

puede reusar. Los flóculos separados constituyen los lodos o fansos. La Figura 3.3 es un esquema del tratamiento de coaguiación-floculación' regulador de pH

Figura 3.2. Acción de polímeros floculantes

agua al alcdlsn liado o a reprÉe-

s!mienlo

3.2,2, Prdctica de Ia coagulación-floculación Puesto que la desestabilización de ros coloides por neutralización de sus cargas es el principal 0bjetivo de la coagulación, es necesario que el coagulante se difunda con la mayor rapidez posible, ya que el tiempo de

Estmque d€

hhmiento

Eshque

de

homogeneización

Figura 3.3. Esquema de una instalación de coagulación-JToculación

b9

L r\¡'.

3,2.3, Decatúación La decantación es la separación, por la acción de la gravedad. de sólidos en suspensión cuyas partícuias son más pesadas que el agua. Es una de las operaciones más empleadas en el trataniento de aguas residuales. Se

emplea para la eliminación de arenas. flóculos formados en procesos de coagr"rlación-floculación u originados en procesos biológicos. Se empiean ecluipos estáticos, en los cuales la decantación se realiza sin recirculación de lodos o decantadores dinírmicos en los cuales existe recirculación de iodos prefbrmados.

3.2.4, Flotsción con uire Esta operación se utiliza cuando se trata de eliminar sólidos en suspen-

sión con una densidad próxima a la dei agua o eliminar aceites y grasas. Este tratamiento consiste en formar burbujas en el agua residual sobre las cuaies se fijan las partículas haciéndolas flotar a la superficie. desde la cual se retiran. La principal ventaja de la flotación respecto de la decantación es que la flotación requiere menos tiempo y permite una mayor carga de sólidos en el agua residual. La principal operación de este tratamiento es ia flotación con aire disuelto (DAF) (ver sección 3.1). Se realiza sometiendo el líquido a depurar a una presión de 3 a 4 Kg/cm2 con aire hasta lograr una saturación; luego, el agua saturada con aire a esa presión se énvía a un estanque o columna donde se realiza la flotación, formándose en la masa líquida Lrna gran cantidad de microburbujas que se hjan sobre las partículas a eliminar, permitiendo que leviten a la superficie. 3.2. 5. l{ eutr alización

En ocasiones los RIL requieren ajustar su pH antes de su vertimiento para cumplir con la normativa o previo a un tratamiento biológico. En estos

i

lI I

I

i!lltl:ll1('¡1!(' u( ' t.{¡t(¿r

fundamentalmente en tbrir una decantación posterior. La caliza se utiliza pasar la corriente de ma de iecho. con un espesor superior a 1 m, haciendo utilizaen tbrn-ra ascendente. El ácido sulfúrico es el más

asua a neutralizar do para neutralizar RIL ¿rlcalinos. preciso ajustarlo en Daclo que ei pH tiene una variación lo.uarítmica, es y así evitar errores' varias etapas. si los valores son mu)- altos o muy bajos

3.3. Tratamiento secundario

EltratamientosecundarioobiológicodeRlLconsisteenlaeliminación de Ios contaminantes biodegradables del agua trediante para los cuales estos contaminantes constituyen el ali-

nricroorganismos. denomina reactor mento. El espacio donde se realiza este tratamiento se ambientales adebiológico, en el que se deben mantener las condiciones

cuadasparapermitireldesarrolloóptimodedichosmicroorganismos.De en el tratamanera esquemática' los procesos biológicos que se utilizan miento de aguas residuales

se

pueden clasificar en aeróbicos y anaeróbicos'

Los procesos aeróbicos demandan oxígeno para el desarrollo

de

se evita la enmicroorganismos. mientras que en los procesos anaeróbicos trada de oxígeno al reactor' de los conComo consecuencia del consumo por los microorganismos que consbiomasa taminantes orgánicos y nutrientes del RIL, se genera una gaseoso tituye un lodo o fango, lo cual exi-se extracción ulterior. Producto

que el de uno anaeróbico típico de un tratamiento aeróbico es el CO, en tanto

eselCH*.Elbalanceenergéticodeunprocesoaeróbicoimplicaunconsuenergía' mo de energía, mientras que en uno anaeróbico se genera para RIL biodegradailes de mediana y alta concentración en materia orgánica'superiorosgn'enDQo.eltratamientoanaeróbicoofrececlaras úldmo es preferiventajas económicas sobre el aeróbico. Sin embargo, este esú más probada' do porque se sabe más sobre é1, dado que su tecnología

casos, los reactivos más utilizados son: la soda cáustica, la cal, la caliza y el

3.3,1, Tratamiento aerébico

ácido sulfúrico como reguiadores del pH. La rápida reacción de la soda cáustica y su -sran solubilidad en agua son los factores que deciden su utilización, pese a su mayor costo. La reacción de la cal con las sustancias ácidas puede producir productos insolubles que precipitan como: sulfatos. fluoruros o fosfatos de calcio, lo cual obliga

que se puede rebiodegradabie contenida en un RIL ocurre en una forma presentar por la siguiente ecuación:

Enuntratamientoaeróbicolaasimilacióndelamateriaorgánica

IttL' C'rP. l.ii i 'f rt¿ltutttertlo d¿ '-lS!l¿lJ ncrl'ILtuL()

Materia orgánica + Microorganismos + O.

una adecuada concentración de ción para mantener en el reactor biológico

bacterias.

y evacua para su tratalnlento' El resto de los lodos o fangos se extrae se un esquema de tratamiento aeróbico si ello es posible' La Figura 3'-1 muestra

I

J NJuevos Microorganismos +

CO, + H.O

Por lo tanto, para el tratamiento de estas agLtas se debe considerar no sólo la instalación depuradora sino que. también. la disposición de Ios lodos que se generan.

Los tratamientos aeróbicos se pueden clasificar en tratanientos con biom¿isa suspendida y tratamientos con biomasa fija. Con biomasa suspendida operan aquellos que utilizan iodos actit'ados y lagunas aireadas: con biomasa tija trabajan los biot'iltros y los contacrores. Como todo ser vivo, los microorganismos son afectados por ias condiciones ambientales, entre elias: la temperatura (35-40"C), que int-luye en la velocidad de crecimiento; el oxígeno disueito, cuya concentración mínima debe ser 2 pp*; el pH, y su valor óptimo debe estar entre 6.5 y 8.5; la salinidad, cuyo límite miíximo debe ser 3.000 ppm. Con el fin de conocer el proceso biológico del RIL a tratar, se estudia el comportamiento de una siembra de microorganismos para saber cómo evoluciona su población o su biomasa en el tiempo. La presencia de compuestos tóxicos tales como: fenoles, cianuros, compuestos de cadmio, aceites, etc., ai'ecta el crecimiento o lo anula. El tratamiento aeróbico más extendido para la purif,rcación de aguas residuales es el de lodos activados. El proceso se fundamenta en el empleo de microorganismos aeróbicos para descomponer la materia or_qánica con formaciónt de un lodo floculado. El tratamiento es similar a Ia autodepuración natural que se realiza por microorganismos aeróbicos y, por lo tanto, el control del oxígeno es de primordial importancia. El tratamiento consiste en inducir el desarrollo de un cuitivo bacteriano disperso en forma de flóculos o lodos activados en un depósito aireado y agitado, alimentado con el RIL a purificar. La agitación tiene por finalidad /

,]

Íi .1

s

evitar la sedimentación y homogeneizar los lodos en el agua; en tanto que la aireación sirve para hacer frente a los requerimientos de O. de las bacterias aeróbicas depuradoras. Después de un tiempo de contacto suficiente, la mezcla acuosa se envía a un estanque decantador secundario, que actúa como clarificador, en el cual se separa el agua depurada de ios lodos. Un porcentaje de estos últimos se recirculan al estanque o depósito de airea-

convencionai de lodos activados'

\ tlu.nle

Purga dc ioclos

Fic.-1.4. Esc¡uemtt

LIe

neróbico tle lodos ctctitadt¡s untt instalaciórt para traf amientt¡

LosRlLpuedencontenerunacantidadinsut.icientedenutrientespara

que en estos casos un desarrollo bacteriano apropiado' por lo gar ios nutrientes deficitarios'

se

deben agre-

3.3,2. Tratamiento anaeróbico poseen una

para aguas industriales con residuos biodegradables que qu^e provient" DQO superior a 5 Kg/m3, como para lodos 1"-]:,1.::-^1|;1 tratamientoaeróbico,elprocesoanaeróbicoofrececlarasventaSaSecono-

micas.Enesteprocesolud.s"omposicióndelamateriaorgánicaporbactesu desa-

que el oxígeno necesario para rias se realizaen ausencia de aire, ya La descomposición pasa rrollo 1o obtienen del propio material orgánico' y mineralización' obteniéndose por tres procesos: ti.ueiattion, gasihcación licuefacción un grupo de bacterias un producto sólido inerte y gases' En la en proreínas, carbohiclratos y lípicios' degrada la materia orgánicaiai como: y butiratos' los cuaies por compuestos más simples: acetatos' proplonatos en la etapa de gasificación' acción de otros tipos áe bacterias se transforman'

en metano. orgánica' los distintos tipos de Para la descomposición de la materia

bacteriasqueactúanenestecomplejoprocesodebentenerconciicionesade-de óptima para el desarrollo cuadas para su desarrollo' Así' ia temperatura pH para la digestión anaeróbica las bacterias metanogénicas es 35oc; el amopresencia de compuestos como: está comprendido entre 6'2 y 1 '8'La la grasos, que se forman en níaco, sulfuro de hidrógeno (H.S) y ácidos

descomposición de la mateda orgánica. pueden lle_sar a ser inhibidores del desarroilo bacteriano en concentraciones elevadas y, por ro tanto, deben ser controlados.

El equipo de un reactor anaeróbico convencional. en el cuar se encuentra sedimentada, se muestra en Ia Figura 3.5.

3,4,1, Desinfección

El objetil'o de la desinfección

ra biomasa

es matar, en forma selectiva si es preciso, los organismos vivos que transmiten inf-ecciones a trar'és del agua. para que se alcance dicho objetivo, las sustancias desinfectantes cleben tener las si-

guientes propiedades: . Destruir los organismos patógenos. . Ser atóxicos para el l-iombre y los animales, y no tener sabor desagra-

gas

. :':i.r'

Entrada

lodo__->

Lodo en digestién

.

Calelacción reactor

Tener bajo costo, ser seguros y fáciles de aimacenar, transportar. apli-

car y analizar. Ser persistentes para evitar la recontaminación.

El desinfectante más simple es la luz natural. cuyo conponente ultravioleta (lJV) produce absorción de parte de los áciclos nucleicos con

x'"2Salida lodo digerido

Fi9.3.5. Esrluerna de reactor anaeróbico convencional

una tecnología más moderna para el proceso anaeróbico es er reactor

de manto de lodos y

dable.

flujo ascendente ryesgr, que posee un soporle sobre

el cual se adhieren los microorganismos.

destrucción de 1a célula. Para que sea eficaz, el agua debe estar incoiora y libre de sustancias que absorban la luz. La aplicación directa de luz uv hace más efi.caz y controlabie la desinfección, pero requiere de equipos caros y de alto consumo de energía eléctrica. Los desirit-ectantes no naturales más empleados son ei cloro ¡r el ozono. El agua potable se desinfecta con cloro gaseoso como, así también, las aguas negras. a 1as que se apiica mediante cloradores. La disolucrón clel cioro en agua implica su hidrólisis y luego su ionización:

--> HCIO+HCI __+ H* +ClO* HC1O (--

Cl, +H,O 3.4. Tratamiento terciario Se aplica para la eliminación de contaminantes que no fueron erimina_ dos en los t¡atamientos pnmario y secundario. Si ra carga orgánica era muy alta, se observa que los afluentes, aun después del tratamiento secundario. siguen presentando altas tasas de DeO y DBO.

Los objetivos que se persiguen en el tratamiento terciario o avanzado son: la desinfección para eliminar gérmenes patógenos y parásitos,

la eliminación del coror y de los detergenres, ta ehmi-nacio" á" r"ri",os para combatir Ia eutrofización de los cuerpos receptores, ra eiiminación total o

parcial de compuestos nitrogenados tales como: amoníaco, nitratos y nitritos y la reducción del contenido de materias en suspensión, en solución v de

carga orgánica.

Tanto el ácido hipocloroso (HCIO) como el hipoclorito (CiO

)

son

bactericidas, pero el primero es más activo. Además, se prefiere ei cloro al hipoclorito sódico por su menor precio. pese a su dificultad operacional. La cloración no sólo produce desinf'ección con destrucción cie bacterias y aigas sino que, también, reducción de la DQO por oxidación de los compuestos orgánicos presentes, eiiminación total o parcial de colores y olores por oxidación de los compuestos que los generan y transformación de cianuros a CO, y Nr. Sin embargo, pueden fonna¡se compuestos clorados

como los clorof-enoles y cloroaminas derivados del amoníaco (NH,CI, blHcl2, NCl3). Así, por ejemplo, la monocioroamina se forma según la siguiente reacción:

HCIO +

NH,

---+

NH"CI + H.O

Tanto los derivados clorados del amoníaco como los clorofenoles son los responsables de olores y sabores desagradables del agua potable. Para lograr la desinfección, se debe agregar exceso de cloro para satisfacer su demanda y para dejar un residuo que destruya las bacterias de posible contaminación posterior al tratamiento. La acción bactericida del ozono (Or) se debe a que éste se transforma fácilmente en oxígeno molecula¡ y atónico: O, + O, + O. El oxígeno atómico es el oxidante más enérgico que se conoce, y actúa con facilidad sobre los compuestos orgánicos. Aparte de un mayor poder oxidante que ei cloro, el ozono disminuve la tendencia a la formación de espuma en las aguas residuales después de su tratamiento y en los efluentes se convierte rápidamente en oxígeno molecular de manera que la ozonización no deja olor ni sabor residual. El tratamiento con ozono tiene, sin embargo, el inconveniente de un alto precio, como consecuencia de su generación. Para ésta, se hace pasar aire seco entre placas en las cuales se produce una descarga eléctrica de alto voltaje, que transforma parte del oxígeno del aire en ozono. Su dosificación se regula modificando el voltaje. Una vez aplicado a las aguas tiene una vida de treinta minutos. 3,4,2. Adsorción

de trazas y se

que contlenen utiliza especialmente en el tratamiento de RIL

residuos no biodegradables'

3,4.3 lntercambio iónico Estetratanxentosebasaenelintercanrbiodeitlnescontrnrinantesdel

en una resina polimérica' ia cual agua por otros no contaminantes presentes El intercambio es adecuado está dispuesta. generalmente' en una columna'

y medianas: para descarpara el tratamiento de RIL de industrias pequeñas

tar cromatos

y cianuros;

de para recuperación de oro' descontaminación

mercurioiparaeliminacióndeantibióticosydenutrientescontaminantes y fosfato y para retener de1 agua tales como: nitrito, nitrato, amoníaco cationes se denomiisótopos radiactivos. Los polímeros que intercambian

nanresinascatiónicasylosqueintercambiananionesseliamanresinas aniónicas.Lascorrespondientesreaccionesdeintercambioiónicoserán: Res

Na + Mn* -----+

Res

lvl + nNa*

Cl + An- ------+

Res

A + nCl-

Res

A un anión mono o siendo M un catión mono o polivalente contaminante; que contiene el catión polivalente contaminante del agua y Res una resina sodio y el anión cloruro que no contaminan' Efluente

Afluente S,: debe a la propiedad que poseen los materiales adsorbentes de fijar sobre su superficie moléculas orgánicas como: fenoles, hidrocarburos y compuestos clorados. En esta forma se eliminan muchas sustancias responsables del color, olor y sabor de un líquido. El adsorbente más empleado es el carbón

activo, para cuya fabricación se emplea antracita, carbones grasos o bituminosos. coke de petróleo, turba, madera. a los cuales se les confiere una gran superficie especíhca, 700- 1.500 m2/g, mediante técnicas químicas y térmicas. El carbón activo es un adsorbente de "amplio espectro", sobre el cual se fijan, con mayor eficacia, las moléculas or_gánicas de mayor peso molecular que aquellas de menor peso. Por esta razón, la adsorción con carbón activo es un tratamiento complementario al tratamiento biológico porque en este último los compuestos que más fácilmente se degradan son los compuestos de bajo peso molecular, quedando residuos de los de alto peso molecular. Este adsorbente fija también los metales pesados en forma

Mg2*, gu2*, Pe3*, Na* SO*,-,NO3 ' HCOI cl

Na*, Cl-

so42-' I{O3-' HCO., Na*

clFigura 3.6. Proceso de interca¡nbio iónico

El p.oceso total de intercambio iónico. que comienza con resinr catiónica. se esquematiza en la Figura 3.6 La re-generacrón de las resinas que contienen los iones contaminantes se realiza haciendo pasar soluciones concentradas de Nacl a través de ellas para restablecer su capacidad original.

3,4,4 ?vnosis inversa Si se pone en dos cornpartirnentos separados por una membrana semipermeable, a_gua impura en un compal-timento y agua pura en el otro, se produce paso del agua pura hacia el compaftinlento que contiene la

3."1.5 Electrodiálisis Este tratamiento también utiliza membranas semipermeables. pero en este caso no dejan pasar el agua y sí los iones. Consiste en disponer. en alternada, membranas semipermeables a los cationes con otras

forma

semipermeables a los aniones. de tal manera que entre ellas se van creando compartimentos que se llenan con el agua que se quiere purif,rcar. En 1os electrodos clos compartimentos extelnos de esta disposición, se ponen dos que se soneten a una diferencia de potencial. En estas condiciones, 1os a la cationes migran hacia el polo negativo y los aniones al positivo. Gracias

solución

disposición alternada de las membranas, se iogra qLle en uilos

de agua impura, siguiendo la tendencia espontánea a igualar la concentración en ambos compartimentos. Flste hecho origina una presión hidrostática

compartimentos se vaya concentrando la sai y en los otros se obtenga agua más pura (Figura 3.8).

denominada presión osmótica, en el compartimento de la solución o del a-9ua impura. Sin embar-eo. si se aplica una presión hidrostática externa mayor a la osmótica, se producirá un fl,jo de agua pura en senticlo inverso, osmosis inversa. quedando las sales retenidas por la membrana. (Figura 3.7).

|

l_I P osmr

v

".*,.

Aeua pura

t' Figura 3.7. a) Presión osmótic'directa. b) presión osmótica invers'

Este tratamiento, que tiene aplicación para la eiiminación de impurezas iónicas tales como: nitratos, fosfatos. sulfatos, iones metálicos, coloides, compuestos orgánicos y también de microorganismos, se lleva a cabo con tacilidad mediante membranas de acerato de celulosa y de poliamidas. Las de acetato de celulosa se emplean para caudales grandes por unidad de superficie, mientras que las de poliamiclas son apropiadas para soportar cau-

membrana

\agua/ desalinizada

Figura 3.8. Electrodiálisis de agua salina

El principal uso de esta técnica desalinizadora es la potabilización de aguas salobres poco mineralizadas.

dales menores.

3.5. Tratamiento de aguas subterráneas

Este tratamiento es aclecuado para ra desalinización de agua de mar para transtbrmarla en potable, razón por la cual puede ser útil en ciudades costeras del norte de Chile que tengan energía eléctrica barata.

la Si bien es cierto que las aguas subterráneas no son aguas residuales, consuimportancia creciente que tienen en muchas industrias de elevado

CAP.

fi ¡

mo, justifica hacer en este apartado una breve introducción al tratamiento de aguas subterráneas' especialmente si están contaminadas, porque

ill / 'iratarniento

ae Aguus ilesttlLu¿les lnt;i¡s¡riales 81

3.6, Tratamiento de lodos

este

tratamiento tiene muchos aspectos análogos al de ias aguas residuales in-

dustriales. Las aguas de captación subterránea se caracterizrn por tener un contenido de impurezas relativamente estabre en el tiempo. La depuración de éstas exi-ee un tratamiento más simple. En pnmer lugar, se ,on'.r"n a aireación. con lo cual se eliminan los contaminantes volátiles tales como: HrS, CO,, CH*. A continuación, se añade cal viva (CaO) o apagada [Ca(OH),] con ei fin de disminuir su dureza, representada, básicamente, por los iones Mgt* ,"- cal*' con er ion calcio, se forma carbonato cálcico insolubre por reacción con el ion bicarbonato presente en el agua:

caz* +2HCo3 +Ca(oH), _-,_+ 2CaCo, +2H.o Si el ion bicarbonato no está presente, entonces es preciso agregar carbonato sódico. Por otra parte, a pH suficientemente arcarino er ion magnesio precipita como hidróxido:

Mg'*

+

2Ho -----+ Mg(oH),

Las partículas de CaCO, y Mg(OH), se dejan precipitar en un esranque primario. En esta etapa, una parte importante del material sólido puede estar en suspensión, debiéndose, en este caso, agrega-r un coagulant", sulfato de aiuminio o de fierro o, bien, polielectrólitos, "olno en otro estanque. Er efluente de este segundo estanque se desinfecta mediante cloración

v el

agua así tratada se puede filtrar si es preciso. La figura 3.9 muestra un dialrama de flujo de este

tratamiento. cal

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I Figura 3.9. Tratamiento de aguas subterráneas

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