Aditivos fiables para plantas de tratamiento de aguas y aguas residuales

Antecedentes y cargas típicas
Las aguas residuales industriales y municipales suelen contener ortofosfato (PO₄-P), fosfatos condensados y metales pesados como Zn, Cu, Ni, Pb, Cr. El objetivo es lograr un cumplimiento estable de los valores límite a pesar de las fluctuaciones del flujo de entrada y de los agentes complejantes (por ejemplo, EDTA, aminas).

Principios químicos 

• Precipitación de fósforo: Formación de fosfatos de Fe/Al poco solubles utilizando sales de hierro/aluminio (FeCl₃, Fe₂(SO₄)₃, Al₂(SO₄)₃).

• Precipitación de metales pesados: Precipitación en forma de hidróxidos (aumento del pH) o sulfuros (en el caso de metales complejados y valores residuales estrictos).

• Coagulación/floculación: neutralización de la carga + polímeros (aniónicos/catiónicos) → flóculos macroscópicamente separables para sedimentación o DAF/flotación.

Ventana de pH óptimo (valores prácticos)

• Fe/Al-Phosphat: pH 6,0–7,2 (gute P-Restwerte < 1 mg/L möglich).

• Cu: pH 8-9, Zn: pH 9-10, Ni: pH 9,5-10,5 (precipitación de hidróxidos).

• Cr(VI): primera reducción a Cr(III) (por ejemplo, con FeSO₄/bisulfito sódico), después precipitado pH 7,5-8,5.

• Para agentes complejantes fuertes: precipitación de sulfuros (por ejemplo, ditiocarbamatos/sistemas tio) + polímeros.

Soluciones aditivas (ALMA AQUA)

• Coagulantes Fe/Al en diferentes basicidades para valores bajos de P residual.

• Craqueador de complejos EDTA/amina antes de la precipitación.

• Reactivos sulfídicos especiales para valores bajos de metales residuales.

• Polímeros de alto rendimiento (polvo/emulsión) adaptados al agua bruta, la temperatura y el régimen de agitación.

• Reguladores de pH (NaOH, lechada de cal, tira de CO₂) para un mantenimiento preciso de las ventanas.

Ventajas prácticas

• Cumplimiento fiable de los valores límite incluso con fluctuaciones de entrada.

• Menores costes químicos gracias a un funcionamiento con pH optimizado y a las sinergias de los polímeros.

• Separación robusta en sistemas de flotación con corrientes ricas en aceite/tensioactivos.

Definición del problema
Los lodos de precipitación/floculación y los lodos en exceso tienen un alto contenido en agua. Los costes de eliminación se correlacionan directamente con el volumen de lodos y la sustancia seca (SD) alcanzable. Objetivo: la mejor deshidratabilidad posible con un uso mínimo de productos químicos.

Mecanismos de acción y aditivos

• Polímeros catiónicos (polvo/emulsión): Puenteo y neutralización de la carga → copos más grandes y firmes.

• Agentes acondicionadores (minerales/orgánicos): cambian la carga superficial y la capa de hidratación, reducen el CST (Tiempo de Succión Capilar) y la SRF (Resistencia Específica a la Filtración).

• Sinergias: la precoagulación (por ejemplo, FeCl₃) + el polímero a dosis bajas pueden aumentar significativamente la TS.

• Aditivos: cal para mejorar la estructura (en función de la vía de utilización).

Dispositivos y régimen de esquila (¡importante!)

• Filtro prensa de cámara: alto contenido en materia seca (a menudo 35-45 % para los lodos químico-físicos).

• Centrifugadora: flexible, materia seca 20-30 % (según el tipo de lodo/polímero).

• Filtro prensa de banda: TS 18-28 %, pero bajo requerimiento de energía.

• Sensibilidad al cizallamiento: No "romper" el polímero después de una floculación lenta (ajustar la entrada del agitador/tornillo).

Rendimiento de ALMA AQUA

• cartera de polímeros (densidad de carga/viscosidad) para ajustarse con precisión al comportamiento isotérmico de sus lodos.

• Definir el tiempo de precontacto y envejecimiento en línea de los polímeros en polvo.

• Deshidratación piloto (móvil) para ajustar el punto de dosificación, la cizalla y la receta.

Ventajas prácticas

• Mejora de hasta dos dígitos % del ST: reducción significativa de los costes de eliminación.

• Funcionamiento estable de la máquina (menos desgarros/desbordamientos).

• Reducción del consumo de polímero mediante un preajuste y una formación adecuados.

Situación inicial
Muchas aguas residuales industriales son ricas en carbono (DQO/CSB elevados) pero pobres en nitrógeno y fósforo. Además, a menudo faltan oligoelementos (por ejemplo, Fe, Mg, Co, Ni, Zn), lo que limita la actividad de la biomasa (nitrificación, desnitrificación, absorción de P).

Barandillas y valores objetivo (reglas empíricas)

• Relación C:N:P (basada en DBO₅/COD):

  • aproximadamente 100 : 5 : 1 ( base DBO₅) o 100 : 2,5 : 0,5 (base DQO).

• Nitrificación: requiere suficiente alcalinidad (∼ 7,1 mg CaCO₃ por mg NH₄-N oxidado) y DO ≥ 1,5-2,0 mg/L.

• Desnitrificación: requiere una reposición de la fuente de C fácilmente disponible (control de la carga).

• Mantenga la relación F/M y el IVS dentro del corredor objetivo (evite el bulking sludge).

Soluciones aditivas (ALMA AQUA)

• Macronutrientes:

  • Nitrógeno como NH₄⁺/NO₃- (puede dosificarse en función del proceso),

  • Fósforo como PO₄³- (dinámico, para controlar los valores de P residual y los riesgos de estruvita).

• Mezclas de oligoelementos: Fe, Mg, Co, Ni, Zn, Cu, Mn en formas biodisponibles (quelatos estables, evitar la sobredosificación).

• Soluciones combinadas para saltos de arranque/carga (protección de la actividad a corto plazo).

Seguimiento y control

• En línea: NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P, pH, OD, temperatura.

• Laboratorio: pruebas OUR/ATU (rendimiento de nitrificación), IVS, F/M, microscopía (seguimiento de filamentos).

• Control de tendencias: dosis adaptativa de C:N:P acoplada a la DQO y la demanda de oxígeno del afluente.

Ventajas prácticas

• Valores de descarga constantes (NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P) a pesar de las fluctuaciones de entrada.

• Biología robusta con regeneración rápida tras choques (toxinas, temperatura).

• Reducción de los aportes externos de carbono mediante una gestión específica de los micro/macronutrientes.

Reto
Muchas aguas residuales industriales -procedentes, por ejemplo, de la industria química, alimentaria o textil- contienen residuos orgánicos difíciles de biodegradar. Entre ellos se encuentran hidrocarburos de cadena larga, compuestos aromáticos, tensioactivos y colorantes. Éstos dan lugar a valores muy elevados de DQO (demanda química de oxígeno) y sobrecargan las etapas biológicas, ya que los microorganismos sólo pueden utilizar estas sustancias lentamente o no pueden hacerlo en absoluto.

Soluciones con aditivos de proceso
Los procesos químicos oxidativos son la primera opción en este caso. El proceso Fenton, en el que el peróxido de hidrógeno forma radicales hidroxilo altamente reactivos en presencia de hierro como catalizador, ha demostrado ser especialmente eficaz. Éstos atacan incluso a las moléculas orgánicas estables y las descomponen en compuestos más pequeños y biodegradables. También se puede utilizar ácido peracético u ozono para aumentar la velocidad de degradación.

A menudo resulta útil una combinación adicional con precipitantes y floculantes. Los productos de degradación resultantes de la oxidación se precipitan y separan directamente, lo que reduce aún más los valores de DQO residual. Unas condiciones de pH precisas (normalmente de ligeramente ácidas a neutras) y una estrategia de dosificación correcta son cruciales para la eficacia, ya que una dosificación excesiva o insuficiente conlleva una pérdida de eficacia o un mayor consumo de productos químicos.

Ventajas prácticas
Se pueden conseguir reducciones de la DQO del 50-80 % con una etapa de oxidación previa. Esto reduce significativamente la carga de las etapas de tratamiento biológico, disminuye la energía necesaria para la aireación y garantiza el cumplimiento de los límites de vertido, incluso con aguas residuales industriales muy contaminadas.

Reto
Los sistemas de membranas como la ultrafiltración (UF), la nanofiltración (NF) o la ósmosis inversa (RO) son componentes clave del tratamiento moderno del agua. Sin embargo, son sensibles a los depósitos. Las incrustaciones causadas por carbonato cálcico, sulfato cálcico o silicatos, así como el ensuciamiento causado por sustancias orgánicas, partículas o biopelículas, provocan aumentos de presión, pérdidas de rendimiento y acortan la vida útil de las membranas. Incluso pequeñas cantidades de precipitación pueden empeorar el Índice de Densidad de Sedimentos (IDS) y acortar considerablemente los ciclos de limpieza.

Enfoques de solución con aditivos
Los antiincrustantes son inhibidores especiales que inhiben la cristalización de los formadores de dureza y mantienen las sales en solución. Son eficaces incluso a dosis bajas y permiten un grado de concentración significativamente mayor en el sistema. Los dispersantes lo complementan estabilizando las partículas finas y los coloides e impidiendo que se adhieran a la superficie de la membrana.

El control selectivo del pH también aumenta la solubilidad de las sales críticas y ayuda a proteger la membrana. El pretratamiento del agua bruta también es importante: la floculación, la sedimentación o la filtración reducen el grado de turbidez y minimizan la carga de la membrana.

Ventajas prácticas
Con una estrategia de aditivos personalizada, los intervalos de limpieza pueden prolongarse considerablemente y la vida útil de la membrana aumentar varios años. Al mismo tiempo, la calidad del permeado se mantiene constantemente alta y los costes operativos de energía y productos de limpieza se reducen significativamente.

El reto
Las plantas de tratamiento de aguas residuales producen numerosos flujos secundarios, como el agua de lavado de los filtros de arena, los flujos de desalinización de los sistemas de refrigeración o los regenerados de los intercambiadores de iones. Éstos contienen cargas muy concentradas de sales, metales pesados o residuos orgánicos. Si se introducen en la línea principal de forma incontrolada, pueden provocar picos de carga y poner en peligro el cumplimiento de los límites de vertido.

Enfoques de solución con aditivos
La neutralización y la precipitación selectivas se utilizan para eliminar el exceso de ácidos, bases o metales en el flujo desviado. Los floculantes favorecen la formación de partículas separables. En el caso de flujos contaminados orgánicamente, pueden utilizarse agentes oxidantes para descomponer la DQO residual y las sustancias tóxicas. En muchos casos, el retorno a la línea principal es posible si las corrientes laterales se estabilizan previamente. Alternativamente, pueden tratarse para que el agua pueda reutilizarse como agua de proceso o de circulación.

Ventajas prácticas
Estas medidas reducen la carga total en la corriente principal, aumentan la estabilidad del proceso de la planta de tratamiento de aguas residuales y ahorran agua dulce al mismo tiempo. Los operadores se benefician de menores costes de eliminación y de una utilización sostenible del agua como recurso.

Reto
Las etapas convencionales (precipitación/floculación, activación) sólo eliminan de forma limitada microcontaminantes como residuos farmacéuticos, pesticidas o productos químicos industriales. Los PFAS son un caso especial: sustancias muy estables, solubles en agua, difícilmente biodegradables y que sólo pueden tratarse de forma inadecuada con la oxidación estándar.

Métodos de tratamiento y aditivos

• Adsorción con carbón activo: el CAP (carbón activo en polvo) se dosifica y separa tras la floculación/filtración; el CAG (granulado) en filtros de lecho fijo con cambio/regeneración periódicos. En cuanto a los aditivos, controlamos la suspensión de CAP, los auxiliares de dosificación y el ajuste fino del pH para que la reducción de DOC/UV254 se mantenga estable.

• Ozonización + filtros biológicamente activados ( BAF): el ozono descompone muchas sustancias traza orgánicas en fragmentos más fácilmente degradables; la etapa posterior de BAF las descompone aún más biológicamente. Además, gestionamos el pH y la alcalinidad y ajustamos la coagulación para minimizar la formación de bromatos y subproductos.

• Estrategias PFAS: Intercambiador de aniones (AIX) y/o ósmosis inversa. En cuanto a los aditivos, los antiincrustantes/dispersantes garantizan unas condiciones de funcionamiento respetuosas con las membranas y resinas; los conceptos de limpieza in situ se adaptan al material. (Nota: los procesos AOP convencionales no suelen ser suficientes para los PFAS; la separación mecánica/adsortiva es la norma).

Seguimiento y variables objetivo
Además de DOC/TOC y UV254, deben planificarse análisis específicos (por ejemplo, LC-MS para sustancias plomo). La SDI, la conductividad y las presiones diferenciales son decisivas para la membrana/AIX.

Ventajas prácticas
Las líneas combinatorias (PAC/GAC, ozono+BAF, AIX/RO) ofrecen una sólida reducción de sustancias traza con costes operativos estables, gracias al control del pH, el antiincrustante y la floculación mediante aditivos.

Reto
El amonio (NH₄⁺), el fosfato (PO₄³-) y el magnesio (Mg²⁺) se juntan en corrientes de centrado/filtrado (agua de lodos). Esto da lugar a depósitos de estruvita(fosfato amónico magnésico, MAP) en tuberías, bombas y tecnología de drenaje - o abre la oportunidad para la recuperación selectiva de N y P.

Dos objetivos operativos, dos estrategias

• Prevención de depósitos: ligar el fosfato en la cadena ascendente con coagulantes de hierro/aluminio; utilizar antiincrustantes para evitar la nucleación de MAP; mantener un pH moderado (normalmente 6,5-7,2 en la línea crítica) para aumentar la solubilidad de MAP.

• Recuperación selectiva: Aumentar deliberadamente el pH a ~8,0-8,5 en un reactor de cristalización y dosificar sal de Mg (por ejemplo, MgCl₂). Los agentes nucleantes/material de siembra mejoran el tamaño del grano y la descarga. En cuanto a los aditivos, controlamos el pH/la alcalinidad (NaOH/NaHCO₃) y la floculación fina para la separación sólido-líquido.

Detalles del proceso y función de los aditivos
La formación de estruvita es consecuencia de la actividad iónica, por lo que el pH, la temperatura, la fuerza iónica y el tiempo de retención hidráulica son factores clave. Nuestros paquetes de aditivos (coagulante/antiescalante/regulador de pH) se diseñan hilo a hilo para evitar depósitos en los cuellos de botella y crear condiciones de cristalización estables.

Ventajas prácticas

• Estrategia de revestimiento: menos tiempo de inactividad, menos costes de limpieza y piezas de repuesto.

• Estrategia de recuperación: utilización de materiales (abono MAP), alivio de la línea principal (carga de PO₄, NH₄) y OPEX planificable.

Reto
La alimentación fluctuante y las cargas mixtas hacen ineficaces los esquemas de dosificación rígidos. Sin datos en tiempo real, existe el riesgo de dosificación excesiva (costes/lodos) o insuficiente (riesgo de valor límite).

Variables medidas y filosofía de control

• Feed-forward (proporcional a la carga): La dosis sigue a Q-C (por ejemplo, caudal × PO₄-P en línea, NH₄-N, UV254/TOC). De este modo, el sistema de control responde a las tendencias de alimentación antes del proceso.

• Feed-back (led residual): Ajuste fino en función de los valores residuales (por ejemplo, PO₄ del efluente, turbidez del agua clara/NTU, corriente de flujo/potencial zeta para la coagulación, SDI para la protección de la membrana).

• Proceso específico:

  • Oxidación/Fenton mediante pH/ORP/residuo de peróxido;

  • Biología a través de NH₄-N/NO₃-N/PO₄-P/DO (incl. alcalinidad);

  • Membrana vía Δp , conductividad del permeado, SDI;

  • Líneas de estruvita mediante pH, PO₄, NH₄-N, Mg²⁺.

Integración de aditivos y seguridad
Los puntos de dosificación se ajustan para que la intensidad de mezcla y el tiempo de contacto sean los adecuados (mezclador de alta velocidad → floculación → separación). Los skids están equipados con válvulas antirretorno, control de fugas, límites reguladores y -para medios críticos- accesorios conformes al material. Nuestras mezclas personalizadas (Made in Germany) permiten el acoplamiento a SCADA y la adaptación a sensores específicos del emplazamiento (por ejemplo, la dosis en función del PO₄ y el pH en línea).

Ventajas prácticas
Gracias a la supervisión limpia en línea y al control en dos etapas, se reducen el OPEX químico y los volúmenes de lodos, al tiempo que aumentan de forma apreciable los valores límite, la protección de la membrana y la estabilidad del proceso.