Conservación del agua en procesos de tratamiento de aguas residuales

Conservación del agua en procesos de tratamiento de aguas residuales

Ya sea por decisión propia o por mandato, los propietarios e ingenieros de diseño de varias plantas generadoras de energía e industriales nuevas están eligiendo alternativas al agua fresca como aporte de planta. Una alternativa cada vez más común es el efluente de las plantas de tratamiento públicas, es decir, las plantas municipales de tratamiento de aguas residuales. Estas aguas por lo general contienen altas concentraciones de amoníaco, nitrito o nitrato, compuestos orgánicos, fosfato, surfactantes y sólidos suspendidos, todos los cuales, si no son tratados, pueden causar problemas graves de ensuciamiento microbiológico en las torres y sistemas de enfriamiento

Relleno de película de torre de enfriamiento sucia

Sin embargo, con el pretratamiento apropiado y el tratamiento químico del agua de enfriamiento, estas fuentes pueden utilizarse con éxito. 

En la tabla siguiente se describen los principales componentes de diversas fuentes de agua en los Estados Unidos.

Tabla 1.  Comparación de varias aguas en los Estados Unidos
(Los valores aparte del pH y la conductividad se expresan en unidades de mg/l)

Como puede verse, el agua gris (también conocida como efluente de aguas residuales tratadas o agua recuperada) contiene concentraciones más altas de varias impurezas.

La clarificación básica es una técnica común para el tratamiento inicial, pero en la mayoría de los casos solo elimina los sólidos suspendidos y algunos compuestos orgánicos grandes. El uso de un coagulante a base de aluminio o hierro precipita el fosfato y, por lo tanto, puede ser una forma útil de clarificación básica. Al igual que otras tecnologías, el diseño de los clarificadores ha mejorado notablemente con respecto a los grandes clarificadores circulares de bajo caudal que eran comunes el siglo pasado. Ahora, en sistemas como el de lastre (por lo general microarena o magnetita), los caudales por capacidad del clarificador pueden ser de 10 a 20 mayores que con los estilos anteriores.

Sin embargo, la clarificación no hace nada para eliminar las impurezas de nitrógeno soluble, en particular el amoníaco y los nitritos y nitratos. Muchos compuestos orgánicos también pasan a través de un clarificador. Por lo tanto, incluso con la clarificación de sólidos suspendidos y la eliminación de fosfato, aún pueden ingresar muchos alimentos y nutrientes en la planta. Estos problemas pueden mitigarse mediante la selección de procesos biológicos para el pretratamiento.

Durante muchos años se han utilizado métodos biológicos para tratar las aguas residuales municipales e industriales. Un proceso muy común es el de lodo activado, en el cual el flujo de residuos ingresa en depósitos grandes, llenos de microorganismos benéficos que consumen los compuestos orgánicos y los nutrientes de nitrógeno y fósforo. Se usa el término “activado” porque se inyecta aire en el volumen del estanque, por lo general en varios lugares, para crear un ambiente aeróbico para los microbios, transformando el material soluble en células nuevas que pueden eliminarse como sólidos suspendidos. Una variante común de esta tecnología es el filtro de goteo, en el cual las aguas residuales fluyen sobre el medio fijo al que están unidos los organismos, formando una base estable para que los microbios eliminen los residuos.

Una dificultad con estas tecnologías es que los procesos de tratamiento son lentos y requieren estanques de gran volumen o una extensa superficie del medio. Han surgido otras dos tecnologías como alternativas líderes: biorreactores de membrana (membrane bioreactors, MBR) y biorreactores de lecho móvil (moving-bed bioreactors, MBBR). A continuación se presenta un diagrama esquemático básico del primero.

Un biorreactor de membrana es, en esencia un proceso de lodo activado mejorado, en el cual los microorganismos benéficos consumen los alimentos y nutrientes que ingresan en el contenedor principal a través de la zona de mezclado. Un flujo de reciclaje ayuda a llevar organismos activos, bien establecidos, a la entrada de la zona de mezclado. Una de las principales diferencias entre un biorreactor de membrana y el lodo activado convencional es el uso de membranas de ultrafiltración en lugar de un clarificador tradicional para separar los sólidos del efluente. El proceso de microfiltración produce un flujo muy claro, en esencia libre de sólidos suspendidos. Una deficiencia de este proceso más básico de biorreactor de membrana es que el amoníaco en el flujo se convierte en nitrito o nitrato, pero el nitrógeno permanece. Por lo tanto, el nitrógeno aún puede servir de nutriente en el sistema de agua de enfriamiento de la planta. De ser necesario, este problema puede resolverse expandiendo el sistema de MBR para incluir cámaras de reacción anóxica que fomente la desnitrificación, donde los microorganismos puedan convertir el nitrito o nitrato en nitrógeno elemental.

Con los MBBR, la unidad de reacción principal incluye un medio de plástico móvil que sirve como sitio al que pueden unirse los microorganismos benéficos para consumir los nutrientes y el alimento del afluente. Dado que el contenedor de reacción se agita con agitadores mecánicos, el asentamiento, la flotación o la filtración deben efectuarse fuera del contenedor.

Los representantes de ChemTreat pueden ayudar al personal de la planta a evaluar los requisitos químicos para los procesos descritos arriba y recomendar programas para los sistemas de proceso y de enfriamiento alimentado por el agua de aporte resultante. En futuras publicaciones del blog se analizarán métodos para tratar los flujos de aguas residuales generados en la planta.

Comuníquese con ChemTreat si requiere asistencia para diseñar un programa de tratamiento personalizado para su aplicación. Al igual que con otras tecnologías, se requiere un análisis detallado para determinar la factibilidad para utilizar los métodos. Siempre consulte los manuales y las guías de su equipo.