CURSO ESPECIALIZADO EN

SANEAMIENTO Y

TRATAMIENTO

DE AGUAS RESIDUALES

POR ING.JOSE VIZCARRA LLERENA

Módulo IV

Tratamiento de aguas residuales Industriales

1.- Introducción

En todo proceso de fabricación industrial se generan efluentes industriales de

desecho de una gran variedad y características dependiendo del tipo de proceso

industrial de procedencia. Esto difiere de las aguas residuales urbanas, donde las

características de las aguas en cuanto a tipo de contaminante son muy similares de una

población a otra.

Esto hace que el problema de tratamiento de las aguas residuales industriales tenga

una gran complejidad, ya que la carga de contaminantes puede ser muy diferentes en

diversidad (Materia orgánica, SS, metales, compuestos organoclorados, entre otros) y

cantidades en función al tipo de industria.

El tratamiento y manejo apropiado de las aguas residuales industriales es esencial

para alcanzar la calidad meta del agua en diferentes puntos a lo largo de los cuerpos

de agua en donde son depositadas las aguas residuales.

A pesar de la indiscutible importancia económica las industrias presentan problemas

significativos de contaminación al ambiente. Algunas tipologías industriales, tales

como: textil, papel y celulosa, química, farmacéutica, entre otras, generan grandes

volúmenes de efluentes de naturaleza principalmente refractaria. Además de que

estos efluentes se reconocen por la capacidad de aumentar la cantidad de sustancias

tóxicas lanzadas en los cuerpos de agua, afectando los ecosistemas acuáticos.

Algunos efluentes industriales son ricos en materia orgánica disuelta, de la cual una

parte es de difícil degradación y permanece reminiscente después del tratamiento por

procesos biológicos.

2.- Aguas residuales Industriales

Las aguas residuales industriales son las que proceden de cualquier instalación

industrial, en cuyo proceso de producción se emplee el agua, incluyéndose los

efluentes líquidos residuales, aguas de proceso y aguas de refrigeración

2.1.- Efluentes líquidos residuales

Son corrientes que se originan en la fabricación de productos, siendo principalmente

disoluciones de productos químicos tales como lejías negras, baños de curtido de

pieles, efluentes ácidos, melazas de producción.

Se debe de intentar la recuperación de subproductos con el fin de mejorar la calidad

de dichas corrientes y ahorrar costos por reciclaje de materias primas para el

proceso de producción.

2.2.- Agua de Proceso

Se originan en la utilización del agua como medio de transporte, lavado, refrigeración

directa y que puede contaminarse con los productos de fabricación o incluso de los

líquidos residuales.

Generalmente su contaminación es <10% de la de los efluentes líquidos residuales

aunque su volumen es 20 – 50 veces mayor. Una buena práctica es depurar estas

corrientes a fin de recuperar gran parte de la corriente y reciclarla al proceso.

2.3.- Aguas de refrigeración

No han entrado en contacto directo con los productos y por ende la única

contaminación que arrastran es su temperatura.

Sin embargo hay que considerar también la existencia de productos que eviten

problemas de operación que pueden ser contaminantes, ejemplo alguicidas, fungicidas,

estabilizantes contra corrosiones.

3.- Tipos de vertido y clasificación de las industrias

Se denomina vertido industrial a la emisión de aguas residuales por parte de una

industria a ríos, lagos o mar, previamente depurados hasta los niveles exigidos por la

legislación.

Estos vertidos industriales pueden clasificarse en:

3.1.- Continuos

Provenientes de procesos en los que existe una entrada y una salida continua de agua

(Procesos de lavado, transporte y refrigeración).

3.2.- Discontinuos

Proceden de operaciones intermedias del proceso. Son los de mayor carga

contaminante (emulsiones, lejías negras o verdes, etc.) que al aumentar el tamaño de la

industria, algunos vertidos discontinuos pueden convertirse en continuos.

Se pueden distinguir distintos tipos de industrias que generan aguas residuales, por

ejemplo en Perú existen fuentes antropogénicas que causan contaminación de los

recursos Hidricos datos sacados del ANA, 2012.

Tabla 1: Fuentes antropogénicas de contaminación de los recursos hídricos en el

Perú

4.- Demanda de agua

Cada actividad aporta una contaminación determinada por lo que es conveniente

conocer el origen del vertido industrial para valorar su carga contaminante e

incidencia en el medio receptor, generalmente ríos, lagos o mares.

Tabla 2: Demanda consuntiva total: Distribución por regiones hidrográficas por

actividad.

5.- Instalaciones para el Tratamiento de efluentes Industriales

Los efluentes industriales deben ser depurados hasta los límites exigidos por la

legislación vigente en materia de medioambiente, previamente a ser vertidos al

entorno.

La depuración de los efluentes industriales requiere de las siguientes etapas.

Ajuste de pH.

Tratamiento Primario.

Tratamiento fisicoquímico.

Tratamiento secundario o biológico.

Como podemos ver no es necesario pretratamiento como el desbaste o el desarenado,

como se puede ver en el caso del tratamiento de aguas residuales urbanas, ya que el

efluente de las industrias proviene del agua de proceso empleado por las actividades

de estas.

Para casi la totalidad de los tipos de industria, basta con las cuatro etapas citadas

anteriormente para el cumplimiento de la legislación.

Existe otro tipo de tratamiento llamados avanzados o terciarios, tales como la

oxidación avanzada o la eliminación de nutrientes como P o N, que serán tratados en

otros apartados.

5.1.- Ajuste de pH

El ajuste de pH es una etapa básica para el acondicionamiento del agua residual,

previamente a someterse a cualquier tratamiento posterior o bien, para sufrir algún

proceso determinado de tratamiento que requiera unos valores determinados.

Normalmente, el pH debe ajustarse a valores en torno a 6 y 8, siendo 7.5 el valor

objetivo. La reacción de neutralización puede realizarse con:

Tabla 3: Neutralización.

Tipo de efluente en función del pH Agentes neutralizantes

Efluente ácido pH<7 NaOH o CaOH

Efluente básico pH>7 Ácido Sulfúrico

El ajuste de pH se realiza en un tanque o deposito agitado mecánicamente, donde se

realiza la dosificación de los agentes neutralizantes en función del tipo de efluente.

El tanque agitado debe de contar con un indicador de temperatura en continuo,

además de una sonda de pH enclavada al sistema de dosificación de agentes

neutralizantes, de forma que se regule en automático la cantidad dosificada, mediante

unas válvulas automáticas para ajustar el pH hasta el valor preestablecido de 7.5.

Fig. 1.- Neutralización.

5.2.- Tratamiento Primario

El objetivo principal de un tratamiento primario es la reducción de los sólidos en

suspensión (SS) del agua residual industrial, dentro de estos SS se puede distinguir a:

Sólidos sedimentable: Sedimentan al dejar el agua residual en condiciones de

reposo durante una hora.

Sólidos flotantes: Definibles por contraposición a los sedimentables.

Sólidos Coloidales: Tamaño de 10-3 – 10 micras.

Como, en general, parte de los SS están constituidos por materia orgánica, otra

consecuencia del tratamiento primario suele ser la reducción de la DQO. El grado de

reducción depende del proceso utilizado y de las características del agua residual

industrial.

5.2.1.- Tipos de procesos

Aunque exiten multiples procesos que pueden considerarse incluidos dentro del

tratamiento primerio (Filtración, tamizado, lagunaje, entre otros) los principales

procesos se puede clasificar según:

Procesos de separación Sólido-Líquido.

o Decantación Primaria.

o Flotación.

o Proceso Mixto (decantación – flotación).

Procesos complementarios de mejora.

o Floculación.

o Coagulación.

5.2.1.1.- Procesos de separación Sólido – Líquido

5.2.1.1.1.- La Decantación Primaria.

Reducir los SS de las aguas residuales por acción de la gravedad. Por tanto, solo se

puede pretender la eliminación de los sólidos sedimentables y las materias flotantes,

no la materia en estado coloidal.

Existen 4 tipos de sedimentación los cuales son:

Sedimentación clase 1 o de partículas discretas (desarenado).

Sedimentación clase 2 o de partículas floculantes (decantación primaria).

Sedimentación clase 3 o zonal (decantación secundaria en proceso de fangos

activos).

Sedimentación clase 4 o de compresión (espesamiento de fangos por gravedad).

En la sedimentación de partículas discretas estas decantan de forma independiente y

con una velocidad de sedimentación constante.

En la decantación primaria, las partículas tienen ciertas características que producen

su floculación durante la sedimentación.

Los parámetros de diseño son:

Carga Superficial: Es el caudal de fluido dividido por la superficie del

depósito sedimentable.

Tiempo de Retención: Volumen del depósito dividido entre el caudal.

Generalmente en este proceso se usan dos tipos de decantadores los cuales son:

Decantadores Circulares: El agua entra por el centro del decantador y es

recogido en toda la periferia del mismo. Se evita las perturbaciones producidas

por la disipación de la energía del agua en la entrada mediante la instalación de

deflectores o corona de reparto en los circulares. La salida del agua se hace

con un canal concéntrico con el decantador, que dispone de un distribuidor de

flujo de forma triangular que evita las fluctuaciones de caudal y mejora el

reparto.

Decantadores rectangulares: La alimentación es generalmente por uno de los

lados más estrechos, saliendo el agua por el lado opuesto, también a través de

un vertedero triangular. También la acumulación de fangos puede ser por

gravedad o por rasquetas. Existen dos tipos básicos de equipos de rasquetas

para la acumulación de fangos. En ambos casos las rasquetas recorren el

decantador a lo largo del mismo ocupando cada rasqueta todo su ancho.

5.2.1.1.2.- Flotación por aire disuelto

El método DAF además de eliminar materia sólida y/o líquida de densidad inferior a la

del agua, es capaz de eliminar sólidos de densidad superior. El proceso DAF consiste

en la creación de microburbujas de aire en el seno del agua residual, las cuales se unen

a las partículas a eliminar formando agregados capaces de flotar por tener una

densidad inferior a la del agua.

El objetivo del Sistema DAF es doble reduce materias flotantes y reduce las SS.

La creación de burbujas en el Sistema DAF se realiza a través de los siguientes pasos:

Presurización de un flujo de agua empleando compresores.

Disolución de aire en dicho flujo, sobresaturándolo, respecto a condiciones

normales de presión.

Despresurización a presión atmosférica, con lo que el exceso disuelto por

encima del de saturación se libera de forma de microburbuja.

Por otro lado, el tamaño de la burbuja de aire puede afectar de modo importante a la

eficiencia de la flotación por diversos motivos.

El rendimiento en la adherencia entre burbujas y partículas es función del

tiempo que dichas burbujas se mantiene en la suspensión y la oportunidad de

contactos con dichas partículas, por tanto, a menor diámetro de burbuja,

menor velocidad ascensional de las mismas, y mayor tiempo de retención.

A mayor tiempo de burbujas, más caudal de aire será necesario para conseguir

la equipartición en el tanque de flotación.

A mayor tamaño de burbuja, mayor turbulencia, y puede perder eficacia.

5.2.1.1.3.- Proceso Mixto

El rendimiento del Sistema DAF para bajas concentraciones de SS depende entre

otros factores de la formación de un buen enlace partícula – burbuja de aire, por lo

que debe haber un estado de mezcla perfecta.

Así, habrá partículas que nos son flotantes o que bien sedimentaran en el depósito de

flotación, o bien se irán con el efluente de salida. Par evitar este problema aparece el

decantador- flotador, consistente en un decantador primario convencional en cuyo

interior se ubica un flotador. El proceso se completa con el sistema de presurización –

sobresaturación típica del proceso DAF. Presenta mejores eficiencias que ambos

procesos por separado.

5.3.- Tratamiento Fisicoquímico

El tratamiento fisicoquímico del agua residual tiene como finalidad, mediante la

adición de ciertos productos químicos, la alteración del estado físico de estas

sustancias que permanecerán por tiempo indefinido de forma estable para

convertirlas en partículas susceptibles de separación por sedimentación.

Mediante este tratamiento se puede llegar a eliminarse del 80 al 90% de la materia

total suspendida, del 40 al 70% de la DBO5 y del 30 al 40% de la DQO.

5.3.1.- Etapas del tratamiento Fisicoquímico

5.3.1.1.- Coagulación

Desestabiliza los coloides por neutralización de sus cargas, dando lugar a la formación

de un flóculo o precipitado. La coagulación de las partículas coloidales se consigue

añadiéndole al agua un producto químico (electrolito llamado coagulante. Normalmente

se utilizan sales de hierro y aluminio. Y se pueden considerar dos mecanismos básicos

de proceso:

Neutralización de la carga del coloide.

Inmersión de un precipitado o flóculo de barrido.

Los factores que influyen en el proceso de coagulación son:

pH

Agitación rápida de la muestra.

Algunos de los coagulantes más utilizados en la industria son el sulfato de aluminio,

sulfato ferroso, sulfato férrico, entre otros.

5.3.1.2.- Floculación.

Trata la unión entre los flóculos ya formados con el de aumentar su volumen y peso de

forma que pueden decantar. Consiste en la captación mecánica de las partículas

neutralizadas dando lugar a un entramado de sólidos de mayor volumen, con lo que se

consigue un aumento considerable del tamaño y de la densidad de las partículas

coaguladas, aumentando por tanto la velocidad de sedimentación de los flóculos.

Existen además ciertos productos químicos llamados floculantes que ayudan en el

proceso de floculación. Un floculante actúa reuniendo las partículas individuales en

aglomerados aumentando la calidad del flóculo.

Hay factores que influyen en el proceso de la floculación:

Coagulación previa lo más perfecta posible.

Agitación lenta y homogénea.

Temperatura del agua.

Características del agua.

Tipos de floculante.

5.3.1.3.- Decantación o Flotación.

Su finalidad es la de separar los agregados formados del seno del agua.

5.4.- Tratamiento Biológico:

El objetivo del tratamiento biológico de las aguas residuales son la estabilización de la

materia orgánica y la coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no

sedimentables. En el caso de las aguas residuales urbanas, el principal objetivo es

reducir el contenido orgánico, y en muchos casos, los nutrientes como el nitrógeno y

fósforo.

Estos procesos son realizados por microorganismos especializados como podemos ver

en la tabla 4.

Tabla 4: Procesos biológicos usados en aguas residuales.

Los principales microorganismos que participan son bacterias, hongos, algas y

protozoarios.

5.4.- Tratamiento de fangos:

En los procesos de depuración se producen unos lodos o fangos con unas

concentraciones de sólidos en suspensión muy diluidas, que hay que concentrar y

tratar antes de su evacuación de la planta de tratamiento de aguas residuales.

Dentro de los procesos generadores de fangos, en las plantas depuradoras se

encuentran entre otros:

5.4.1.- Decantación

La concentración de estos lodos va a depender del tipo de sólido, de las

características del equipo utilizado, así como de la velocidad de decantación y tiempo

de retención utilizados en el diseño.

5.4.2.- Decantación posterior al proceso de coagulación – floculación

En este caso, la cantidad de fangos a eliminar será mayor que en el caso de la

decantación primaria, pues se van a eliminar además de los SS presentes en el agua

residual, los hidróxidos de los reactivos utilizados como coagulantes.

5.4.3.- Procesos Biológicos

En este tipo de proceso se generan fangos compuestos en su mayoría por la biomasa

formada en los mismos. Dependiendo del tipo de proceso utilizado, la concentración de

estos fangos es muy baja pues varía desde un 0.8% en un proceso de lodos activados

convencional hasta de 0.5 - 0.6% en el caso de oxidación total.

Una característica fundamental de estos lodos activados es que se trata de materia

orgánica fácilmente degradable.

5.4.4.- Procesos de Flotación

Estos fangos son separados por superficie en forma de espuma y generalmente vienen

acompañados de cantidades variables de grasas y aceites, asi como de los reactivos a

sus derivados utilizados en la coagulación. La concentración de estos fangos está

comprendida entre un 3 y un 3.5%.

5.4.5.- Lodos formados en reacciones químicas de precipitación

Determinados iones presentes en el agua residual, reaccionan con determinado

reactivo, generando una sal insoluble, que es separada posteriormente por

decantación, lo que da lugar a la aparición de lodos. La composición de estos fango va a

ser de compuestos inorgánicos, que son objeto de precipitación, excepto que el agua

residual traiga sólidos en suspensión de tipo orgánico y se decanten conjuntamente.

5.4.6.- Objeto del tratamiento de fangos

Su objeto fundamental es la obtención, a partir de los lodos generados en diversos

procesos de un sólido estable con un grado de deshidratación adecuado, que sea

fácilmente evacuable de la planta depuradora.

5.4.7.- Aplicaciones del tratamiento de fangos

Concentrar los fangos diluidos obtenidos en diferentes procesos de la PTAR,

de tal manera que el resto de los tratamientos de fangos resulten de menor

tamaño, al obtener un menor volumen.

Destruir la materia orgánica biodegradable presente en los fangos

concentrados, con el fin de conseguir su estabilidad.

Deshidratar los fangos estabilizados, de tal manera que se obtenga un sólido,

fácilmente transportable en la caja de un camión a destino final.

5.4.8.- Procesos utilizados en el tratamiento de fangos

5.4.8.1.- Espesado

Los lodos purgados en los diferentes procesos de la PTAR, presentan unas

concentraciones muy bajas en SS, siendo preciso aumentar dicha concentración con el

fin de que los equipos de los sucesivos tratamientos resulten de un menor tamaño.

Espesado por gravedad

Espesado por flotación

5.4.8.2.- Estabilización del fango

La destrucción de la materia orgánica biodegradable presente en los fangos

Estabilización química (cal)

Estabilización biológica (microoganismos)

5.4.8.3.- Deshidratación

El fango espesado y estabilizado tiene una concentración todavía muy baja,

encontrándose en forma líquida y con un volumen importante. Con el fin de poderlo

evacuar de la PTAR y enviarlo a destino final, el ultimo tratamiento a que se le somete

es a un proceso de deshidratación los cuales pueden ser:

Centrifugación.

Filtración.