tratamiento de aguas residuales industriales

Capítulo 01 - Pregunta 01

En una industria de fabricación de evaporadores para aparatos frigoríficos se utilizan taladrinas (emulsiones de aceite en agua) como refrigerantes en las operaciones de corte, mecanizado, laminación, etc. Las taladrinas deben reciclarse periódicamente, pues el contacto directo con la pieza metálica y el paso del tiempo son algunas de las causas de su degradación.En la actualidad, la emulsión, que contiene un 5% de aceites y un 95% de agua, se gestiona globalmente, con el consiguiente coste del transporte y tratamiento (ver figura).Se ha pensado en aplicar una MTD, de tal forma que se modifique el proceso productivo y se recicle el agua contenida en la emulsión, con lo que únicamente deba gestionarse el aceite no reutilizable. En este sentido ¿qué medida se podría proponer para lograr dicho objetivo?

La modificación consiste en la instalación de un depósito subterráneo de 3.000 litros donde se depositan, por gravedad, la taladrina recirculada y los vertidos producidos durante el proceso de fabricación. Después de un filtrado, la taladrina se envía a un depósito central de distribución para ser reutilizada.Cuando se considera que la taladrina es defectuosa, desde el mismo recipiente colector se envía a un depósito vertical de 25.000 litros desde el cual se alimenta una unidad automática de microfiltración tangencial, constituida por dos módulos de filtración con membranas cerámicas, con una capacidad de

filtración de 2.900 l/semana. En dicha unidad se separa el agua, que puede ser reutilizada ya que es de muy buena calidad, de los aceites no reutilizables que han de ser gestionados como residuos (ver figura).


¿Cuál es el objeto principal de la depuración fisicoquímica?

La depuración físicoquímica comprende los procesos de coagulación, floculación y decantación. Su objetivo principal es la clarificación del agua, es decir, la separación de los sólidos en suspensión y la materia coloidal.


¿En qué consiste el proceso biológico de depuración de las aguas residuales?

El proceso biológico consiste en la eliminación de la carga de polución, especialmente de la materia orgánica disuelta, mediante la acción de diversos tipos de microorganismos que la asimilan, convirtiéndola en biomasa insoluble fácilmente separable.


¿Qué indicaría un agua residual urbana con un pH de 5?

Un pH tan ácido sería indicativo de una fuente de vertido industrial. En este caso, sería indispensable un tratamiento previo en la propia fabrica, pues de lo contrario se podría dañar el sistema secundario o biológico de la depuradora municipal.


Elaborar una lista con las principales variables que influyen en el diseño de filtros de medio granular, así como a los diferentes parámetros que afecta.

VARIABLE SIGNIFICADO

1. Características del medio filtrante:

Influye en la eficacia de eliminación de partículas y en el aumento de la pérdida de carga.

a) Tamaño del grano.b) Distribución del tamaño del grano.c) Forma, densidad y 2. Porosidad del lecho filtrante.

Determina la cantidad de sólidos almacenables en el filtro.

3. Profundidad del lecho filtrante.

Afecta a la pérdida de carga y a la duración del ciclo.

4. Velocidad de filtración.

Junto con las variables 1,2,3 y 6, permite calcular la pérdida de carga con agua limpia.

5. Pérdida de carga admisible.

Variable de proyecto.

6. Características del agua residual a tratar:a) Concentración de sólidos en suspensión.b) Distribución y tamaño del flóculo o partícula.c) Consistencia del flóculo.d) Carga del flóculo o partícula.e) Propiedades del fluido.

Afecta a las características de eliminación para una configuración dada del lecho filtrante. Las características indicadas del agua a tratar pueden ser controladas, hasta cierto punto, por parte del proyectista.


¿Cuál es la diferencia entre la filtración directa y la filtración tangencial?

En la filtración directa todo el líquido a filtrar debe atravesar totalmente el medio filtrante, mientras que en la filtración tangencial debe existir un flujo permanente que arrastre todas las partículas que no son capaces de atravesar el medio filtrante y un flujo que acompañe a todas las partículas que han atravesado el medio o membrana filtrante.


¿Qué factores afectan a los procesos de coagulación/floculación?Son varios los factores que afectan a este tratamiento fisicoquímico:a) pH. Es un factor muy importante, ya que condiciona el tipo de coagulante a

emplear, determinando la dosificación y restringiendo la formación de flóculos (velocidad y tamaño).b) Temperatura. El aumento de temperatura facilita el proceso de floculación/coagulación, aumentando la velocidad de las reacciones químicas. En épocas frías, las aguas son más difíciles de tratar y requieren mayores dosis de reactivos.c) Naturaleza de la materia a eliminar. Las suspensiones minerales floculan rápidamente a partir de una dosis mínima, que no es proporcional a la materia en suspensión. Sin embargo, los coloides orgánicos requieren cantidades mayores de reactivos, que aumentan proporcionalmente a la materia a eliminar.d) Velocidad y orden en el que se agregan los reactivos. En general, puede decirse que una buena coagulación debe cumplir las siguientes condiciones:- El primer flóculo aparece antes de 2 minutos de agitación lenta.- Este primer flóculo debe ser pesado y voluminoso.- La turbidez de la capa superficial de 2,5 cm de espesor, a los 5 minutos de iniciada la sedimentación, no difiere en más de un 2% de la turbidez final.- La mayor parte de los flóculos sedimentan en los primeros 20 minutos.


¿En qué consiste la coagulación? ¿Qué es la floculación?La coagulación consiste en la neutralización de las cargas eléctricas y desestabilización de los coloides, seguido de una adsorción superficial de las partículas desestabilizadas sobre el hidróxido formado. La floculación es una operación consistente en la agregación de los microflóculos o coágulos primarios formados a través de enlaces o puentes de unión, constituyendo los flóculos secundarios con entidad suficiente para decantar por gravedad.


¿Qué reactivos se emplean en el proceso de coagulación

Los principales reactivos empleados en el proceso de coagulación son el sulfato de aluminio, el policloruro de aluminio, el cloruro férrico y el sulfato férrico.


Enumerar las ventajas de los diversos procesos de fangos activados.

PROCESO VENTAJAS

ConvencionalSuministro de aire uniforme a lo largo de toda la superficie del canal.

Mezcla completaCarga orgánica y demanda de oxígeno uniformes en toda la longitud del tanque.

Aireación gradualCaudales de aireación diferentes en función de la demanda de oxígeno.

Alimentación escalonada

Amortiguación de los picos de carga. Flexibilidad de la operación.

Estabilización por contacto

Reducción del volumen de aireación.

Aireación prolongada Carga orgánica pequeña.

Proceso KrausApto para aguas residuales con bajo contenido en nitrógeno.Mejora la sedimentabilidad del fango.

Alta carga Requiere poco espacio.


¿Qué es la edad del fango?

La edad del fango es el tiempo que un flóculo de fango activado permanece en la balsa de activación. Para plantas de depuración sin nitrificación, es de unos 4 días; si la depuración se lleva a cabo con nitrificación, oscila entre 8 y 10 días.


¿Qué es el Índice Volumétrico de Fangos (IVF) o Índice de Mohlmann?

Se trata de una medida de las características de sedimentabilidad del fango. Un índice bajo permite mantener grandes cantidades de sólidos en suspensión volátiles.


¿Qué es un filtro percolador?

Un filtro percolador es un lecho formado por un medio permeable al que se adhieren los microorganismos y, a través del cual, percola el agua residual. El medio filtrante suele estar formado por material plástico de elevada superficie específica.


¿Cuáles son las partes de un decantador secundario?

Un decantador secundario se divide en cuatro zonas: clarificación (o zona de seguridad), separación (donde se distribuye la mezcla agua+fango), almacenamiento intermedio y espesado (donde se desarrolla la concentración del fango activado sedimentado).


Los diferentes sistemas de fangos activos pueden caracterizarse por su carga másica, que es una aproximación de la relación entre la masa diaria de contaminación que debe eliminarse y la masa de bacterias depuradoras. El fin que se debe alcanzar desde el punto de vista del funcionamiento de la planta es reducir las posibles variaciones de carga másica. ¿Cuáles serían los parámetros a controlar?

Los parámetros a controlar son los siguientes:- El contenido en oxígeno disuelto del licor mixto.- El caudal de fangos en exceso.- El caudal de fangos recirculados.- El conocimiento de la contaminación- La evaluación de la calidad del agua depurada.


Al hilo de la pregunta anterior, qué es lo que se pretende conseguir?

- Mantener un rendimiento de depuración elevado, en los períodos de aumento de la contaminación.- Reducir los gastos de energía cuando disminuya la contaminación, evitando que se mantenga inútilmente en el sistema un exceso de fangos activados, con relación al estrictamente necesario para el rendimiento deseado de depuración.- Asegurar un desarrollo regular de la flora biológica.


¿De qué manera influye la presión aplicada al agua de alimentación en el proceso de ósmosis inversa?

La presión aplicada al agua de alimentación afecta a la presión neta de operación, que a su vez afecta directamente al flujo de permeado. Una presión mayor del agua de alimentación generará un mayor flujo de permeado. Sin embargo, la presión del agua de alimentación no afecta al transporte de sales a través de la membrana.


¿De qué manera influye la temperatura del agua de alimentación en el proceso de ósmosis inversa?


¿En qué consiste la polarización de la membrana?

A medida que el agua fluye a través de la membrana y las sales son rechazadas por ésta, se forma un lecho cerca de la superficie de la membrana en el que la concentración de sales excede a la concentración de sales del volumen total de la solución. Este incremento de la concentración de sales se denomina polarización y tiene como efecto la reducción del caudal de agua de producto y de rechazo de

sales en base a estimaciones teóricas. Los efectos de la polarización son, entre otros:- Superior incremento de la presión osmótica en la superficie de la membrana que en la masa de agua bruta.- Reducción del porcentaje de flujo de agua que atraviesa la membrana.- Aumento del flujo de sales a través de la membrana.


¿En qué principio se fundamenta el proceso de intercambio iónico? ¿Cómo se regenera la resina? Aplicaciones.

El proceso de intercambio iónico consiste en eliminar un ion no deseado presente en una disolución acuosa, sustituyéndolo por otro inocuo. Dicho intercambio se produce al poner en contacto la disolución acuosa con una sal sólida insoluble, la resina. El proceso continúa hasta que los centros activos de la resina están totalmente ocupados por el ion que se está eliminando de la disolución. La resina se regenera poniéndola en contacto con una disolución concentrada de los iones originales de la resina, normalmente cloruro sódico. Su aplicación más importante en la gestión de residuos es la eliminación de los metales pesados en las aguas residuales.


¿Cuáles son las aplicaciones más habituales de las resinas?

Las aplicaciones más habituales de las resinas son la descalcificación, la desmineralización total, la descarbonatación, la desnitrificación y la retención selectiva de metales y compuestos específicos.


Explica el procedimiento de desmineralización

El proceso de desmineralización habitual es el de lechos separados, donde se dispone, en primer lugar, un intercambiador catiónico en el que se produce el intercambio por iones H+. Debido a ello, el agua a la salida de la columna será ácida. A continuación, se dispone el intercambiador aniónico, donde se produce

el intercambio por iones hidróxido.


¿Cuáles son las principales problemáticas que presenta la reutilización del agua?

Las principales problemáticas que presenta la reutilización del agua guardan relación tanto con aspectos de gestión del sistema como, especialmente, en relación a los costes (en la actualidad, y por desgracia, el coste del agua regenerada en muchos casos, es superior al agua de primer uso, debido a los costes de producción y transporte).


En relación a los procesos de desinfección ¿por qué es importante eliminar la presencia de sólidos en las aguas residuales?

La presencia de sólidos en las aguas residuales interfiere en los procesos de desinfección, pues incrementa las dosis de reactivos o la irradiación necesaria para una eficaz desinfección. Además, puede reducir la eficacia y el resultado final de la desinfección debido a que los microorganismos asociados a los sólidos pueden estar completamente protegidos de la actuación del agente desinfectante.


¿Por qué es importante la reutilización del agua?

La reutilización del agua es importante, ya que mejora su disponibilidad en relación a fomentar nuevos usos (el agua es un factor limitante); proporciona una mayor garantía para usos urbanos y otorga una mayor calidad al agua en aquellas depuradoras que vierten a los cauces fluviales.


¿Qué factores influyen en la acción de los desinfectantes?

Los principales factores que influyen en la acción de los desinfectantes son:

- Tiempo de contacto.- Tipo y concentración del agente desinfectante.- Intensidad y naturaleza del agente desinfectante.- Temperatura.- Número y tipo de organismos.- Naturaleza del medio líquido.


La relación que proporciona la reducción en el número de organismos del efluente clorado de un proceso de tratamiento primario es:

donde:- Nt : número de organismos coliformes en el instante t.- N0 : número de organismos coliformes en el instante t0.- Ct : concentración de cloro residual medido amperométricamente en el instante t (mg/l).- t : tiempo de permanencia (min).Estimar la concentración de cloro residual que se debe mantener para conseguir una cantidad de coliformes igual o inferior a 2·102/100 ml en el efluente de una instalación de tratamiento de fangos activados, suponiendo que el contenido de coliformes en el efluente es de 107/100 ml. El tiempo de contacto exigido es de 30 minutos.


Elaborar una lista con los principales problemas medioambientales derivados del proceso de curtición de pieles.

Se puede decir que el proceso de curtición se enfrenta a una serie de problemas ambientales:- En primer lugar, la naturaleza orgánica de la piel hace que ésta sea perecedera, de rápida degradación, ocasionando fuertes olores e infecciones.- En segundo lugar, para evitar la putrefacción de las pieles, se añade sal. La desalación constituirá otra fuente de problemas, ya que el agua utilizada incrementará el contenido de sal en los efluentes que van a la alcantarilla y luego a la depuradora. Una alternativa a la conservación con sal es hacerla con frío, pero ésta última resulta mucho más cara.- Después de desalar la piel hay que quitar la grasa. Este paso está solucionado gracias a la reutilización que se hace de esta materia debido a su composición. Son lípidos y proteínas que acaban procesándose para fabricar productos para animales y artículos cosméticos.- El cromo trivalente, un metal pesado y tóxico, es otro obstáculo medioambiental. Resulta imprescindible para endurecer la piel, pero repercute de forma muy negativa en los fangos de las aguas residuales.


Se desea neutralizar un agua residual procedente de una industria de curtidos que contiene 0,1 M de HCl (0,1 moles/l) llevándolo a pH=7 a través de un lecho de caliza. Calcular, si el caudal de agua residual es de 23 m3/h, la cantidad de CaCO3 que se necesitará diariamente, teniendo en cuenta que por efectos de diseño se considera una reactividad del 80%.

- Para determinar la cantidad diaria de carbonato:


Elaborar una lista con las medidas que deben implantarse para obtener un ahorro de agua y evitar la contaminación en una industria textil.

Las medidas que deben implantarse son:- Recuperación de las aguas de escurrido para su reutilización. Se trata de aguas muy limpias que se pueden usar otras veces, bien por sí solas o bien mezclándolas con agua limpia para diluir su carga contaminante.- Escoger correctamente los productos químicos utilizados. Es necesario estudiar las propiedades ecológicas de los productos utilizados, intentando utilizar productos biodegradables que no sean tóxicos para el medio ambiente. Por ejemplo, se debe evitar la utilización de colorantes que contengan metales pesados.- Automatización e informatización de los procesos. Se trata de ajustar correcta y automáticamente todas las variables que intervienen en el consumo de agua: caudal, temperatura, pH, conductividad, potencial redox, dosificación de colorantes, etc.- Renovación de la tecnología. La aparición en el mercado de las tecnologías que necesitan menos agua por cantidad de producto hace que se puedan alcanzar ahorros de agua considerables. Un ejemplo es la utilización de autoclaves con una relación de baño, en muchos casos, inferior a 5:1(5 kg de agua por cada kg de producto).- Depuración de las aguas. Tradicionalmente se han aplicado tratamientos fisicoquímicos a las aguas residuales, debido a la baja proporción de materia biodegradable contenida. Actualmente, se están aplicando tratamientos biológicos que resultan muy eficaces.


Con el objetivo de establecer la evolución del caudal de las aguas residuales que llegan a una planta de tratamiento, se ha realizado una campaña de muestras en una industria textil. En la siguiente tabla se muestra la evolución del caudal instantáneo (en m3/h) con el tiempo (0-24 h) para un ciclo diurno.

TIEMPO (h) CAUDAL (m3/h)

0 40

5 52

8 140

10 130

12 128

14 120

18 20

23 60

24 40

Determinar el caudal del tanque de homogeneización.

En primer lugar se calcula el promedio de caudal de cada intervalo y el promedio de volumen.Para el periodo comprendido entre 0 y 5 horas, el caudal promedio es: (40+52)/2 = 46 m3/h

Para el periodo de tiempo entre 5 y 8 horas:(52+140)/2 = 96 m3/h

Para el resto de periodos, el caudal promedio se calcula análogamente. El promedio de volumen se calcula como:- volumen medio = caudal medio x tiempoEs decir, para el periodo de tiempo entre 0 y 5 horas:

46 m3/h x 5 h = 230 m3Todos estos cálculos se resumen en la siguiente tabla:

PERIODO (h) CAUDAL MEDIO (m3/h) VOLUMEN MEDIO (m3)

0-5 46 230

5-8 96 288

8-10 135 270

10-12 129 258

12-14 124 248

14-18 70 280

18-23 40 200

23-24 50 50

El caudal se calcula a partir del cociente entre el volumen del tanque y el tiempo transcurrido. El volumen total se obtiene como la suma de los volúmenes medios.Es decir:

El tiempo transcurrido es de 24 horas; por tanto, el caudal es:


Las industrias de baños galvánicos constituyen, potencialmente, una fuente de generación de residuos y aguas residuales con una concentración significativa de metales pesados. Por otro lado, el proceso de galvanizado requiere, en las fases de lavado y escurrido, unos caudales de agua significativos, con lo cual, sin un esfuerzo de racionalización, el consumo de este recurso puede llegar a ser muy importante, así como el caudal de efluentes generado.A continuación se muestra un proceso de niquelado químico.

- ¿Qué modificaciones se podrían llevar a cabo para la minimización de residuos en el proceso de niquelado?

Uno de los motivos para llevar a cabo las modificaciones es evitar los costes asociados a la gestión de los residuos generados y al tratamiento de las aguas residuales. Otros factores relevantes son la posibilidad de alcanzar un vertido prácticamente nulo y un ahorro considerable de agua. La modificación consiste en la recirculación de los efluentes procedentes de las diferentes etapas del proceso galvánico. Con la nueva instalación, todos los efluentes, incluidos los de regeneración de las resinas de intercambio iónico y los que se originan en las operaciones de desgrasado van a parar a un único depósito de concentrados, desde el que se alimenta un evaporador al vacío que funciona con bomba de calor. En este equipo se produce una agua destilada de muy buena calidad, y

unos fangos que se filtran en un filtro de prensa y se secan. Se trata de una recuperación casi total, ya que el único residuo que se produce, y en menor cantidad que con un tratamiento fisicoquímico, es el fango secado. El esquema del nuevo proceso es el siguiente:

Este proyecto de minimización reduce de manera significativa la cantidad de fangos, y elimina casi totalmente los vertidos de aguas residuales. En consecuencia, se conseguirá minimizar notablemente la contaminación. También cabe considerar al ahorro de agua que se obtendrá con la nueva instalación, así como la baja conductividad del agua reciclada en el proceso galvánico. Esta característica puede influir en una mejor calidad del recubrimiento de las piezas metálicas.


En una empresa química dedicada a la producción de ácido clorhídrico (HCl) a partir de cloruro sódico (NaCl) y ácido sulfúrico (H2SO4), se quiere implantar un sistema periódico de auditorías que permita evaluar la actividad contaminante de la empresa y perfilar la política a seguir en el ámbito medioambiental en los años venideros. La reacción que tiene lugar es:- 2NaCl + H2SO4 2HCl + Na2SO4

En el proceso de obtención de ácido clorhídrico, la sal común se hace reaccionar junto al ácido sulfúrico en un horno, enfriándose el vapor resultante en una torre

de enfriado (cooling tower). Por una parte, se obtiene ácido clorhídrico en forma de gas (cloruro de hidrógeno), que se absorbe sobre agua y, por otra, ácido sulfúrico residual. El cloruro de hidrógeno no absorbido sobre el agua se condensa en un condensador. El sólido que queda en el horno se enfría y se seca, retirándose en forma de sulfato sódico.

Considerar los aspectos más representativos del impacto ambiental sobre el medio que se tendrían en cuenta a la hora de elaborar una auditoría ambiental.

En cuanto a las materias primas, se debe controlar el almacenamiento del cloruro sódico y los tanques de ácido sulfúrico mediante la adopción de medidas de limpieza, impermeabilización (en el caso de almacenes de cloruro sódico), posibilidad de vertidos de ácido sulfúrico, etc. El procedimiento es análogo en cuanto a los productos finales. En este sentido, el mismo sistema de inspección se lleva a cabo en los tanques de almacenamiento de HCl y del envasado de Na2SO4. Se realizan análisis de los estándares de producción y las posibles desviaciones. El proceso tiene el consumo de agua como parte integrante del mismo, además del agua de refrigeración de la planta. En este contexto, se tienen las siguientes premisas:- El agua de proceso, purificada mediante ósmosis inversa, se introduce en el equipo de absorción en relación con el gas introducido para llegar a la concentración deseada de ácido clorhídrico.- El agua de refrigeración, que resulta necesaria en el condensador y en la torre de enfriado.Ambos tipos de aguas se suministran por la compañía local de aguas y son enviadas al colector público. Por lo que hace referencia a las utilities, el calor necesario en el horno y el calentamiento del agua de proceso hasta la temperatura de trabajo se consiguen a través de una caldera de fuel que, mediante un compresor, consigue el vapor de media y baja presión utilizado en el proceso. El compresor se utiliza en la producción del aire comprimido necesario para accionar los equipos neumáticos. En cuanto a los vertidos, éstos se pueden realizar en tres medios diferentes:- Medio atmosférico. Principalmente, se realizan mediciones de posibles

emisiones de dióxido de azufre (SO2) en la chimenea del horno.- Medio acuático. Se controla mediante mediciones de contenido anormal en sales (cloruros y sulfatos) en el agua enviada al colector.- Medio terrestre. La fábrica no tiene residuos sólidos derivados directamente del proceso. Existe un servicio contratado de recogida diaria de basura.El principal residuo es el H2SO4 sobrante del proceso que se obtiene de la torre de enfriado. El ácido se almacena en tanques, donde es recogido por una empresa contratada para sus posterior reconversión a SO2. Los restos de materias primas no conformes se almacenan en una sección señalada del almacén de materias primas para su posterior retorno al proveedor. Los restos de pallets rotos o desmontados quedan apartados para su posterior tratamiento (devolución o recogida). Los demás tipos de residuos (bolsas, sacos, embalajes, bidones,...) se recogen en contenedores descubiertos repartidos por la fábrica. Un caso especial es el de los residuos del taller mecánico. La chatarra se recoge para su posterior recogida por una empresa contratada a tal efecto, mientras que los fluidos (aceites y refrigerantes) se recogen en bidones especialmente destinados para ello.

Anexo II - Pregunta 01

¿Cómo se define simulación de un modelo?

La simulación está basada en la obtención de los valores de las variables de estado mediante la resolución de un modelo formulado. A partir de las variables de estado obtenidas, se pueden calcular los valores de otras variables no definidas como de estado.

Anexo II - Pregunta 02

¿Cuáles son las etapas para elaborar correctamente un modelo?

Los pasos necesarios para elaborar correctamente un modelo son:- Definición de los límites del sistema.- Elección del tipo de modelo.- Elección de las variables de estado.- Identificación de los procesos.- Desarrollo del sistema de ecuaciones.- Verificación de la representatividad del modelo: calibración.- Validación del modelo.

tratamiento de aguas residuales industriales

Documents