Tratamiento de Agua: Sus Diversos Tipos de Acuerdo a su Uso, Distintas Tecnologías Existentes y Futuras..

Ing. Carlos A. Tomé

Introducción Decálogo del Agua 01 Sin agua no hay vida. 02 Las fuentes de abastecimiento de agua no son inagotables. 03 La contaminación del agua, en cualquier forma, es nociva para el género humano

o cualquier otra especie con vida. 04 El agua debe ser de calidad apropiada al uso que se destina, y cumplir siempre

con los estándares de salubridad emanados de las autoridades competentes. 05 Cuando el agua usada es retornada, como efluente de un proceso, a su medio

natural, no debe contaminar ese medio ni alterar el equilibrio del mismo, ni el medio ambiente que lo rodea.

06 Deben inventariarse todas las fuentes de agua disponibles, con una correcta evaluación de su capacidad de reserva.

07 Las autoridades competentes deben preparar e implementar planes para una correcta administración de los recursos acuíferos.

08 La protección de los recursos de agua reclaman una mayor y mejor investigación sobre el tema; la capacitación continua y el entrenamiento de sus especialistas y un programa de difusión adecuado.

09 El agua es HERENCIA de todos. Su valor debe ser considerado por cada uno de nosotros. Es nuestro DEBER propender a un uso moderado y limitado.

10 El agua NO tiene fronteras. Ella pertenece en su totalidad a la HUMANIDAD. Este decálogo, palabras más palabras menos, fue publicado en el Manual Degremont, Edición 1973, La pregunta que hoy podemos formularnos es:¿Cuánto se ha hecho y cuánto se ha avanzado sobre el tema? El Ciclo del Agua Trataremos distintos tipos de tratamientos de acuerdo al origen del agua y sus variados usos posteriores al tratamiento I.- De Agua de Mar a Agua Potable Definimos como: Agua de Mar Aquella con contenido desde 10.000 hasta 40.000 mg/l. de sólidos disueltos. Agua Salada La que tiene desde 1.000 hasta 10.000 mg/l. de sólidos disueltos. Esta agua la encontramos en la desembocadura de ríos o lagunas en el mar.

Las aguas con valores superiores 1.000 mg/l. de sólidos disueltos no son aptas para el consumo humano o para procesos industriales. La escasez de agua dulce que se presenta en el mundo y que seguirá creciendo, hace necesario conocer las tecnologías a aplicar con mayor eficiencia para obtener agua potable. Estas tecnologías tienen como objetivo reducir los sólidos disueltos contenidos en el agua de alta salinidad. Para lograr lo dicho anteriormente debemos hacer un acondicionamiento precio (Ej.: filtración por medios mecánicos) y un pre-tratamiento de debacterización del agua de mar o agua salada. Los tratamientos más apropiados para la obtención de agua potable para este caso son[

• Acondicionamiento químico del agua, que garantiza la repetitividad y constancia de los parámetros fijados para que sea considerada potable o apta para usos industriales.

• Proceso de desmineralización por medio de Osmosis Inversa (RO).

Más adelante describiremos este sistema, su operación y sus costos. Hay plantas modulares y flexibles, tipo paquete, que utilizando el sistema de Osmosis Inversa, encuentran aplicación para la obtención de agua potable en:

• Campamentos civiles y militares.

• Áreas en desarrollo como parte de su infraestructura previa, necesaria para recibir su población.

• Áreas desérticas.

Las evidentes ventajas son:

• Unidades pre-ensambladas y probadas en fabrica.

• Unidades tipo paquete de fácil transporte.

• Actividades de campo reducidas para su instalación y puesta en marcha. Energéticamente independientes al tener su propio generador Diesel de energía.

Entra Foto 1. Contenedor Tomarlo del Folleto Bono Artes II.- De Agua Potable a Agua Desmineralizada Definimos como Agua Desmineralizada la que tiene bajo o extremadamente bajo contenido salino. La calidad del agua desmineralizada normalmente se evalúa por su conductividad eléctrica específica, medida en MegaOhm.cm. ( MO.cm) o microSiemens/cm ( µS/cm). Entre los usos que se da al agua desmineralizada encontramos:

• Procesos donde el agua es “materia prima” y debe presentar siempre características fijas y reproducibles, prácticamente sin desviaciones de sus valores; ejemplos son la industria farmacéutica, la industria alimenticia y la industria de bebidas.

• Procesos industriales donde depósitos de sales deben evitarse siempre; industria

microelectrónica (circuitos impresos), industria textil ( procesos de lavado y teñido), industria metalmecánica (procesos de decapado de láminas).

Para obtener agua desmineralizada (o deionizada) disponemos de dos tecnologías actualmente conocidas: Intercambio Iónico (Ix) Y Osmosis Inversa (Ro). II.1 Intercambio Iónico (Ix) En este proceso se produce un intercambio de cationes (iones con carga eléctrica positiva) y aniones (iones con carga eléctrica negativa) entre el agua a tratar y resinas diseñadas para tal fin. Las resinas utilizadas para este sistema de intercambio deben tener generalmente una estructura macromolecular y unos radicales básicos o ácidos: Se presentan en forma de gránulos de máxima homogeneidad y sus dimensiones deben ser tales que no se pierda en la precolación. Los cambios producidos en su estado durante el proceso de intercambio no deben causar deterioro en su estructura física. En los intercambiadores catiónicos las moléculas deben contener radicales ácidos (HSO3 o HCO2). En los intercambiadores aniónicos las moléculas deben tener radicales básicos del tipo NH3OH. Los rangos de conductividad eléctrica específica conseguidos con este tipo de tratamiento varían entre 1 y 10 µS/cm. Los equipos de tratamiento por intercambio iónico están compuestos en la mayoría de los casos por dos cadenas paralelas, cada cadena cuenta con una columna catiónica y una columna aniónica. Mientras una cadena se encuentra en operación, la otra cadena se encuentra en proceso de regeneración de sus resinas o en stand-by. Cuando la capacidad de intercambio de las resinas se ha detenido por saturación de las mismas es necesaria su regeneración: La regeneración se realiza utilizando soluciones ácidas o soluciones básicas de acuerdo al tipo de resina. Se ilustra a continuación el proceso de intercambio iónico: En Operación:

R –H + X+ => R –X + H+ P –Y +OH- => P –Y + OH-

En Regeneración:

R –X + H + => R –H + X+ P –Y +OH- => P –Y + OH+

Este proceso de desmineralización es apto para tratar aguas con sólidos totales disueltos entre 1 y 10,000 mg/l.

Entra Foto 2. Gráfica de la Columna en Operación y en Regeneración Diapositiva No. 5 de la presentación power point La variación del costo del agua a tratar por medio de Intercambio Iónico se muestra en la Figura 3. Entra Fig 3. Variación del costo de Operación Euros/m3 Diapositiva No. 9 presentación power point. Ventajas de este Sistema:

• Alta flexibilidad de operación • Alta calidad del agua desmineralizada • Tecnología actualmente bien conocida y vastamente usada • Reducidos costos de instalación

Desventajas de este Sistema

• Alto costo de regeneración • La descarga de los químicos de regeneración debe ser tratada previamente a su

vertido II.2 Osmosis Inversa (RO) Este es un proceso físico bajo presión hidráulica, que permite obtener agua desmineralizada con rangos de conductividad eléctrica específica entre 5 y 30 µS/cm. Este sistema es apto para tratar aguas con contenido de sólidos en suspensión variable entre 100 y 50,000 mg/l. De este sistema puede decirse que es un sistema de filtración cruzada donde el agua a tratar es enviada a membranas semipermeables que permiten el pasaje del agua desmineralizada ( llamado filtrado) mientras el agua con alto contenido de sólidos (concentrado) pasa derecho a la descarga. (Entra Fig. 4 Corte de la Membrana Diapositiva No. 11 de la presentación power point Las membranas son de construcción muy delicada: Hay membranas orgánicas y membranas cerámicas, éstas ultimas todavía muy caras comparativamente. Para las membranas orgánicas se requiere un acondicionamiento previo del agua a tratar: eliminación de partículas sólidas y cloro. El lavado de las membranas cuando éstas son saturadas debe realizarse con soluciones adecuadas que generalmente formulan y venden los mismos fabricantes de las membranas. El Factor de Recuperación (RF) de agua de este sistema se define como la relación entre el volumen filtrado y el volumen alimentado.

RF = volumen filtrado/volumen alimentado

Este factor de recuperación es altamente dependiente del valor de los Sólidos Totales Disueltos. Para agua de mar podemos llegar a recuperar hasta 40% del total alimentado y para agua de pozo se puede alcanzar hasta 80%. En la Figura 5 se muestra la variación del costo por m3 de agua desmineralizada de este proceso Entra Fig 5. Variación de Costo de Operación Euros/m3 Diapositiva No. 14 de la presentación power point Ventajas de este Sistema:

• Bajo costo de operación • Bajo consumo de productos químicos • La descarga de concentrado no necesita tratamiento y el concentrado puede ser

usado como fertilizante

Desventajas de este Sistema

• Alto costo de instalación • Alto costo de reposición de membranas • Necesidad de acondicionamiento del agua de alimentación • Tecnología aún hoy no muy conocida

Entra Figura No. 6 Comparación de Costos Diapositiva No. 15 de la presentación en power point Comparación entre Intercambio Iónico (IX) y Osmosis Inversa (RO) Para establecer cuál es la mejor opción entre Intercambio Iónico y Osmosis Inversa es necesario conocer:

• Calidad y costo del agua a tratar • Costo de los productos químicos necesarios para la regeneración y pre-

tratamiento • Costo de la energía eléctrica • Costo de tratamiento de la descarga de los químicos de regeneración. • Caudal de agua a tratar • Costo de los equipos • Grado de conocimiento, capacitación y entrenamiento de los usuarios sobre

ambas tecnologías II.3 Pulido de Agua Desmineralizada Esta tecnología está basada en Intercambio Iónico de Lecho Mixto, permitiendo obtener agua desmineralizada con rangos de conductividad eléctrica específica por debajo de 0,2 µS/cm

II.4 Electrodeionización (EDI) Esta es una tecnología ya conocida pero que se está desarrollando para su aplicación en forma extensiva, con alta eficiencia. Se estima que esto ocurrirá en muy corto tiempo. Se trata de un proceso de separación de iones, realizado a través de membranas semipermeables, bajo la acción de un campo eléctrico, que seleccionan la migración de cationes y aniones. Con este sistema se espera llegar a aguas con un rango de conductividad eléctrica específica por debajo de 1 µS/cm. III.- Recuperación de Agua de Calidad En los procesos industriales donde se utiliza vapor de agua, a veces el condensado de vapor es ligeramente contaminado por causas propias del proceso. Se trata de quitar del condensado los contaminantes para poder reutilizarlo en el ciclo térmico. Los contaminantes que con mayor frecuencia se encuentran en los condensados son: aceites, hidrocarburos, productos corrosivos y a veces agua salada. Para estos casos se dispone actualmente de las siguientes tecnologías:

• Separadores de aceites de placas coalescentes • Filtros de carbón activado para adsorber pequeñas cantidades de aceites e

hidrocarburos • Filtros pre-capa o filtros de cartuchos para remover productos sólidos corrosivos • Intercambio Iónico para remover sólidos disueltos

En corto plazo se estima tener en el mercado una nueva tecnología de filtros coalescentes con resinas leofílicas diseñadas especialmente para remoción de aceites con alta eficiencia, sin uso de consumibles. IV.- Deaereación Termofísica Este sistema se utiliza cuando es necesario el uso de vapor de agua a alta presión en procesos industriales. Con el deaereador se logra optimizar las características físicas, químicas y térmicas del agua de alimentación de calderas de alta presión. El objetivo a lograr por la Deaereación Termofísica es:

• Ahorro de energía calórica, ya que por inyección de vapor se calienta el agua desmineralizada hasta la temperatura de trabajo de la caldera.

• Por medio de la inyección de vapor en contracorriente se eliminan los gases o condensables, como el oxígeno y el dióxido de carbono, no convenientes para la eficiencia del ciclo térmico.

Entra Fig. 7 Deaereador Tomarlo del folleto Bono Artes Se dispone de dos tipos de deaereadores: Atmosféricos:

• Construidos Con un solo tanque.

• Separación por inyección de vapor en el propio tanque. • No sujeto a la aprobación de uso por autoridad competente ( Boiler Code ).. • Temperatura de trabajo mayor de 98 ° C. • Bajo costo de instalación. •

A Presión:

• Torres de separación y almacenamiento separadas. • Alta eficiencia de transferencia de calor y separación de gases. • Puede tratar agua en condiciones de saturación. • La temperatura es acorde con la temperatura de trabajo de la caldera.

Se está trabajando en nuevos diseños para la torre deaereadora, esperando:

• Reducir costos. • Grandes superficies de intercambio • Aumento de la eficiencia de transmisión de calor

V.- Tratamiento de Aguas Residuales Las aguas residuales provenientes de procesos industriales deben ser tratadas antes de su vertido a un cauce o lecho natural. Los parámetros de vertido son fijados por las autoridades competentes y tienen por objeto no contaminar el cauce y el medio ambiente que lo rodea. Los contaminantes más comunes encontrados en un efluente industrial son: moléculas orgánicas pesadas, compuestos nitrogenados y fosforosos, sólidos suspendidos, aceites, y metales pesados. Se cuenta actualmente con dos tecnologías ampliamente usadas: Tratamiento Físico-Químico y Tratamiento Biológico, cuyas finalidades son la degradación de todos los contaminantes presentes en el agua residual y que alteran el equilibrio del cauce de vertido y su medio ambiente. V.1 Tratamiento FisicoQuímico En este tratamiento se consigue la degradación de contaminantes por una fuerte oxidación, debido al agregado de electrolitos adecuados. Fuerzas electroquímicas desarrolladas entre las moléculas destruyen las partículas y las hacen coalescentes, agrupándose en flóculos cuyo tamaño es creciente. Los flóculos son separados del agua por su diferente peso específico (sedimentación) o removidos de la superficie por inyección de aire (flotación). V.2 Tratamiento Biológico de Lodos Activados La degradación de los contaminantes es producida por acción bacterial. Se produce el desarrollo de bacterias adecuadas en un medio de alimentación (biofiltración) o dispersas como bacterias suspendidas en el lodo activado. Las moléculas contaminantes son metabolizadas por la actividad aeróbica de las bacterias presentes en el lodo. El agua a tratar es aereada y puesta en contacto con lodo recirculado en una primera etapa del

proceso; en una segunda etapa se produce una fuerte oxigenación, formándose un manto bacterial que flota y puede ser separado. Conviene siempre la recirculación permanente de los lodos, pues así se puede aumentar la carga hidráulica y la carga orgánica, reduciéndose el tamaño de la planta. Para los sistemas descriptos hay fabricantes que pueden entregar plantas modulares, tipo paquete, que pueden crecer de acuerdo a las necesidades. Estas plantas se entregan pre-ensambladas y probadas en fábrica. El tiempo de montaje y puesta en marcha es mucho menor que para construcción tradicional. Foto No. 8 Tomarlo del folleto Bono ARtes VI.- Recuperación del Agua en Tratamiento de Efluentes EL agua tratada y los lodos provenientes de los sistemas biológicos pueden ser usados con diversos fines. El agua como refrigerante en torres de enfriamiento, condensadores evaporáticos y otros tipos de intercambiadores de calor y el lodo puede ser utilizado como fertilizante. Foto No. 9 Tomarlo del folleto de Bono Artes El agua tratada posteriormente por ultrafiltración puede reusarse en el ciclo térmico o aplicarle tratamientos tales como desinfección por inyección de cloro gaseoso y radiación ultravioleta, adsorción de moléculas orgánicas de tal forma que pueda ser usada en otras etapas de los procesos industriales. Cat Ingeniería Tel/Fax: 52 55 58 13 06 89 panitome@prodigy.net.mx .