El tratamiento de aguas residuales en la industria metalúrgica requiere soluciones eficaces y fiables para cumplir los requisitos legales del anexo 40 de la Ordenanza de Aguas Residuales y, al mismo tiempo, garantizar un funcionamiento económico y estable. Las plantas químico-físicas (CP) (también conocidas como plantas de precipitación y floculación) desempeñan aquí un papel central, ya que son un método eficaz y adaptable para tratar aguas residuales industriales con diferentes niveles de contaminación.
En este artículo explicamos cómo funcionan los sistemas CP, examinamos los requisitos especiales para la eliminación de metales pesados y emulsiones y destacamos los contaminantes típicos de los flujos de aguas residuales de la industria metalúrgica.
Índice
Funcionalidad de los sistemas CP
Las plantas de CP se basan en una combinación de procesos químicos y físicos que actúan conjuntamente para eliminar los contaminantes de las aguas residuales. Básicamente, el tratamiento se realiza en varias etapas:
- Pretratamiento: Aquí se separan las impurezas gruesas, los sólidos y los aceites. A menudo se utilizan procesos mecánicos como tamices, separadores de grasas o tanques de sedimentación.
- Neutralización: las aguas residuales ácidas o alcalinas se ajustan a un valor de pH neutro añadiendo ácidos o álcalis. Esto es importante para los siguientes pasos del tratamiento.
- Precipitación y floculación: En este paso, los contaminantes disueltos se convierten en una forma insoluble. Se añaden aditivos deproceso basados en sales metálicas y ácidos/álcalis(aditivos de proceso ALMA AQUA para el tratamiento de aguas residuales) para provocar la precipitación de metales pesados en forma de hidróxidos o sulfuros. A continuación, estas partículas insolubles se juntan mediante floculantes para formar aglomerados más grandes que pueden separarse más fácilmente.
- Separación: Los lodos y flóculos resultantes se separan mediante procesos físicos como la sedimentación, la flotación o la filtración. Las tecnologías típicas son los filtros prensa de cámara o los filtros de banda, que deshidratan los lodos y los transforman en una torta de filtración sólida.
- Tratamiento posterior: Por regla general, la depuración final se realiza mediante filtros de carbón activo, intercambiadores de iones u ósmosis inversa para reducir la contaminación residual a los límites legales.
Foto: Nuestro sistema CP ALMA CHEM MCW como sistema discontinuo con descontaminación por cianuro
Origen de las aguas residuales en la industria metalúrgica
La industria metalúrgica es uno de los sectores clave que produce cantidades significativas de aguas residuales industriales. Estas aguas residuales se generan en diversos procesos y áreas de trabajo y suelen estar muy contaminadas con diversos agentes contaminantes. Estos contaminantes deben tratarse específicamente antes de que las aguas residuales puedan verterse al medio ambiente. A continuación se describen con más detalle las distintas fuentes y tipos de aguas residuales producidas en la industria metalúrgica.
1. procesos galvánicos (aguas residuales galvánicas)
Los procesos de galvanoplastia, en los que se aplican revestimientos metálicos a las piezas de trabajo, producen aguas residuales especialmente contaminadas con metales pesados como cromo, níquel, cobre, cinc y cadmio. En la galvanoplastia se utilizan diversos baños, como los de decapado, desengrasado y electrolíticos, cuyas aguas residuales también contienen sustancias químicas como ácidos, álcalis y agentes complejantes. Estas aguas residuales deben recibir un tratamiento especial para precipitar los metales pesados y descomponer otros compuestos químicos.
2. decapado
Las plantas de decapado son operaciones que eliminan las capas de óxido y suciedad de los metales sumergiéndolos en soluciones ácidas. Esto produce aguas residuales de decapado que contienen altas concentraciones de ácidos, en particular ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y ácido fosfórico. Además, estas aguas residuales suelen contener metales disueltos y contaminantes orgánicos. Estas aguas residuales ácidas deben neutralizarse y los metales disueltos en ellas deben eliminarse antes de que puedan verterse.
3. modo anodizado
Las plantas de anodizado, que se utilizan para refinar el aluminio, producen aguas residuales muy contaminadas con ácido sulfúrico y sales de aluminio. Durante el proceso de anodizado, el aluminio se oxida en una solución ácida, lo que da lugar a aguas residuales con un alto contenido en ácido e iones metálicos disueltos. Estas aguas residuales requieren una neutralización completa y la precipitación de los iones metálicos.
4. bruñido
En las plantas de oxidación negra, donde los metales reciben un revestimiento oscuro resistente a la corrosión mediante tratamiento químico, se producen aguas residuales que contienen sustancias químicas orgánicas y metales pesados. Estas aguas residuales suelen ser muy alcalinas o ácidas y requieren un tratamiento exhaustivo para neutralizar y eliminar los metales pesados.
5. galvanización y estañado en caliente
Las plantas de galvanización y estañado en caliente producen aguas residuales que contienen principalmente compuestos de zinc y estaño, así como ácidos. Estas aguas residuales se producen durante el tratamiento superficial de los metales, que se protegen por inmersión en baños líquidos de zinc o estaño.
6. taller de endurecimiento
Los talleres de endurecimiento, donde los metales se endurecen mediante tratamiento térmico y procesos químicos, producen aguas residuales contaminadas con aceite, emulsiones y productos químicos como cianuros y nitritos. Estas aguas residuales son especialmente difíciles de tratar, ya que contienen contaminantes orgánicos e inorgánicos que requieren un complejo tratamiento en varias etapas.
7. producción de circuitos impresos
La fabricación de PCB, un importante sector de la industria electrónica, produce aguas residuales que contienen cobre, plomo, estaño y otros metales pesados, así como ácidos y álcalis. Estas aguas residuales deben tratarse cuidadosamente para eliminar los metales pesados y neutralizar los ingredientes químicos.
8. producción de pilas
La producción de baterías produce aguas residuales muy contaminadas con metales pesados como plomo, mercurio y cadmio, así como ácidos. Estas aguas residuales requieren un tratamiento en varias etapas para eliminar de forma segura los metales pesados y ácidos extremadamente tóxicos. Con frecuencia se utilizan combinaciones de procesos de sistemas CP e intercambiadores selectivos de iones (ALMA ION).
9. operación de esmaltado
Las plantas de esmaltado que recubren metales con una capa de vidrio producen aguas residuales contaminadas con ácidos, álcalis y metales pesados como níquel, cromo y zinc. Estas aguas residuales deben neutralizarse y los metales pesados eliminarse antes de que puedan verterse.
10. talleres mecánicos
Los talleres mecánicos que procesan metales producen aguas residuales que contienen aceite, grasa, virutas metálicas y partículas de suciedad. Estas aguas residuales suelen contener también lubricantes de refrigeración, que están emulsionados y deben tratarse mediante división química y separación de la fase oleosa. Los sistemas CP en combinación con la flotación por aire disuelto (ALMA NeoDAF) han demostrado su eficacia para estas aguas residuales muy aceitosas.
11. acabado por vibración
Las plantas de acabado en masa que utilizan medios abrasivos para el tratamiento superficial de metales producen aguas residuales contaminadas con partículas abrasivas, abrasión metálica y lubricantes refrigerantes. Estas aguas residuales requieren la separación de los sólidos y el tratamiento de los contaminantes orgánicos e inorgánicos.
12. taller de pintura
Los talleres de pintura que recubren superficies metálicas producen aguas residuales que contienen disolventes, tintes, pigmentos y productos químicos. Estas aguas residuales deben tratarse para eliminar los contaminantes orgánicos e inorgánicos antes de verterlas a la red de alcantarillado.
Foto: Nuestro sistema CP ALMA CHEM MCW Modular instalado en el contenedor de la sala técnica ALMA Modul.
Ingredientes típicos de las aguas residuales de la industria metalúrgica
Las aguas residuales de la industria metalúrgica suelen ser complejas y contienen diversos contaminantes que es necesario eliminar. He aquí un resumen de los contaminantes típicos:
Metales
- Cromo (Cr)
- Níquel (Ni)
- Cobre (Cu)
- Zinc (Zn)
- Plomo (Pb)
- Cadmio (Cd)
- Arsénico (As)
- Bario (Ba)
- Mercurio (Hg)
- Plata (Ag)
- Estaño (Sn)
Otras impurezas
- Ácidos y álcalis (por ejemplo, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico)
- Aceites y grasas
- Emulsiones (por ejemplo, lubricantes refrigerantes)
- Disolventes orgánicos
- Sólidos en suspensión
- Fosfatos
- Fluoruros
- Cianuro
- AOX (compuestos orgánicos halogenados adsorbibles)
- Sulfuro
- DQO (demanda química de oxígeno)
Ámbitos de aplicación de los sistemas CP con arreglo al anexo 40 de la Ordenanza sobre aguas residuales
Los sistemas CP se utilizan en numerosos sectores de la industria metalúrgica para cumplir los estrictos valores límite de la Ordenanza sobre aguas residuales. El anexo 40 de la Ordenanza sobre aguas residuales define las zonas de origen específicas en las que se requieren sistemas CP:
- Galvanoplastia
- Decapado
- Modo anodizado
- Pulido
- Galvanización en caliente, estañado en caliente
- Taller de endurecimiento
- Producción de circuitos impresos
- Producción de baterías
- Planta de esmaltado
- Taller mecánico
- Acabado por vibración
- Taller de pintura
En estas zonas se producen aguas residuales muy contaminadas con metales pesados, ácidos y contaminantes orgánicos. El tratamiento de estas aguas residuales en las plantas de CP es crucial para alcanzar los límites de vertido prescritos por la ley.
Foto: Nuestro sistema CP ALMA CHEM MCW con deshidratación de lodos a través de nuestro filtro prensa de cámara
Precipitación de metales pesados
El proceso más utilizado para eliminar los metales pesados de las aguas residuales es la precipitación química. En este proceso, se añaden aditivos de proceso a las aguas residuales para convertir los iones de metales pesados en compuestos poco solubles, que luego pueden separarse del agua en forma de sólidos. Aquí encontrará un resumen de nuestros aditivos de proceso especiales para el tratamiento de aguas residuales: ALMA AQUA
- Precipitación de hidróxidos: La adición de soluciones alcalinas como la sosa cáustica (NaOH) da lugar a la formación de hidróxidos metálicos, que suelen ser difíciles de disolver y precipitan como sólidos. Este método es especialmente eficaz para metales como el cobre, el níquel y el zinc. La precipitación suele tener lugar a un valor de pH entre 8 y 10, según el metal.
Ejemplo de reacción
Foto: Nuestras estaciones de dosificación de agentes de neutralización y precipitación, así como nuestra estación de preparación de floculantes. Todos los equipos pertenecen a nuestra gama de productos ALMA AQUA.
- Precipitación de sulfuros: La precipitación de sulfuros se utiliza a menudo para los metales que no pueden eliminarse suficientemente por precipitación de hidróxidos o que están presentes en presencia de agentes complejantes. Añadiendo sulfuro de sodio (Na2S) u otras fuentes de sulfuro, se forman sulfuros metálicos que son aún menos solubles que los hidróxidos. Este método es especialmente eficaz para eliminar metales pesados como el plomo, el mercurio y el cadmio.
Ejemplo de reacción
- Precipitación por cloruro férrico: El cloruro férrico (FeCl3) puede utilizarse como precipitante para precipitar fosfatos y algunos metales pesados. A menudo se utiliza como pretratamiento antes de añadir otros precipitantes.
Ejemplo de reacción:
División de la emulsión
La división de las emulsiones es un paso esencial en el tratamiento de las aguas residuales. Los agentes químicos, llamados rompedores de emulsiones, se añaden a las aguas residuales para desestabilizar las mezclas estables de agua y aceite. Esto permite que las gotas de aceite se fusionen en gotas más grandes que son más fáciles de separar de la fase acuosa.
- Desdoblamiento químico: Se añaden ácidos o compuestos básicos para cambiar el valor del pH de las aguas residuales y desestabilizar la emulsión. Un método habitual es la adición de sales de hierro o aluminio, que actúan como coagulantes.
Ingeniería de procesos para el tratamiento de las aguas residuales de la industria metalúrgica
El tratamiento químico-físico de aguas residuales (CP) en la industria metalúrgica comprende una serie de tecnologías de proceso destinadas a eliminar eficazmente los contaminantes y tratar las aguas residuales para cumplir los requisitos legales. En esta sección analizaremos más detenidamente algunas de las principales tecnologías de proceso utilizadas en las plantas de CP: Plantas de CP con deshidratación de lodos, plantas de flotación (flotación por aire disuelto) e intercambiadores selectivos de iones.
Sistemas CP con deshidratación de lodos
Las plantas de CP combinan varios procesos físicos y químicos para eliminar los metales de las aguas residuales. Los principales objetivos de estas plantas son
- Precipitación y floculación: Los metales pesados presentes en las aguas residuales se convierten en compuestos poco solubles mediante reacciones químicas. Estos precipitantes, como la lechada de cal o la sosa cáustica, convierten los iones metálicos disueltos en hidróxidos o sulfuros insolubles, que luego están presentes como partículas sólidas en las aguas residuales.
- Sedimentación: Los sólidos resultantes de la precipitación se separan por sedimentación. En esta fase, las partículas sólidas se hunden hasta el fondo del tanque de sedimentación debido a su mayor densidad en comparación con el agua, donde forman una fracción de lodo sedimentable.
- Filtración: el agua clara sobrenadante suele pasar por otras etapas de filtración, como filtros multicapa o filtros de carbón activado, para eliminar las partículas más finas y las impurezas orgánicas.
- Deshidratación: Los lodos producidos durante la sedimentación se deshidratan en un filtro prensa de cámara para reducir el volumen y minimizar los costes de eliminación.
Diseño del sistema
La sedimentación es un proceso central en las plantas de CP en el que los sólidos en suspensión y las partículas precipitadas se eliminan de las aguas residuales por gravedad. Dependiendo del volumen de aguas residuales y de la concentración de contaminantes, los sistemas de CP pueden funcionar como sistemas discontinuos o continuos.
- Plantas discontinuas: Se suelen utilizar para volúmenes pequeños o medianos de aguas residuales o cuando su contenido fluctúa mucho. Las aguas residuales se recogen en un tanque de sedimentación y se vierten tras su tratamiento en un proceso discontinuo. La ventaja de las plantas discontinuas radica en su flexibilidad y fiabilidad operativa.
- Sistemas de flujo continuo: Están diseñados para volúmenes continuos de aguas residuales. Las aguas residuales fluyen continuamente a través del sistema, y la sedimentación tiene lugar en una operación de flujo continuo. Los sistemas de flujo continuo son especialmente adecuados para grandes caudales y composiciones constantes de aguas residuales.
Sistemas de precipitación en dos etapas: máxima eliminación de contaminantes
En muchos casos, la sedimentación se complementa con la precipitación en dos etapas para garantizar la máxima eliminación de metales pesados y otros contaminantes.
- Primera etapa: En la primera etapa de precipitación, los iones metálicos de las aguas residuales se convierten en hidróxidos poco solubles mediante la adición de productos químicos como la lechada de cal o la sosa cáustica. Estos hidróxidos suelen ser menos solubles y se depositan en el tanque de sedimentación en forma de lodos.
- Segunda etapa: En la segunda etapa de precipitación, se pueden añadir precipitantes especiales, como sulfuros, para convertir los iones metálicos restantes en sulfuros más insolubles. Este método es especialmente eficaz para eliminar los metales pesados presentes en las aguas residuales en forma de complejos.
Desintoxicación del cianuro y reducción del cromo (VI): tratamientos especializados
Además de la precipitación general, los procesos especiales de detoxificación, como la detoxificación del cianuro y la reducción del cromo (VI), desempeñan un papel importante en las plantas de PC:
- Intoxicación por cianuro: el cianuro es una sustancia muy tóxica que se produce en muchas industrias metalúrgicas, en particular en las plantas de galvanoplastia. La intoxicación por cianuro se produce por oxidación, en la que el cianuro se oxida a cianatos no tóxicos o a dióxido de carbono y nitrógeno. Esto suele hacerse añadiendo cloro, hipoclorito o peróxido de hidrógeno.
- Reducción del cromo (VI): El cromo (VI) es otro metal pesado tóxico que se utiliza con frecuencia en el tratamiento superficial de metales. Para eliminarlo de las aguas residuales, se reduce a cromo (III), que es menos peligroso. Esta reducción suele realizarse añadiendo agentes reductores como bisulfito sódico en condiciones ácidas. A continuación, el cromo (III) resultante se precipita en forma de hidróxido en la planta de precipitación y se sedimenta.
Deshidratación de lodos con filtros prensa de cámara
Tras la sedimentación, el lodo resultante contiene aún una elevada proporción de agua, que debe reducirse antes de su eliminación o tratamiento posterior. Aquí es donde entra en juego el filtro prensa de cámara.
- Cómo funciona: Los lodos extraídos en los tanques de sedimentación se bombean al filtro prensa de cámara, donde se deshidratan a alta presión. El filtro prensa de cámara consta de una serie de cámaras cubiertas con telas filtrantes. La presión del bombeo empuja el agua a través de las telas filtrantes, mientras que los sólidos permanecen en las cámaras y forman una torta de filtración seca.
- Ventajas: El filtro prensa de cámara reduce considerablemente el volumen de lodos, lo que disminuye los costes de eliminación y facilita su manipulación. Además, los lodos deshidratados a menudo pueden procesarse posteriormente o reutilizarse como material reciclable.
Foto: Nuestro filtro prensa de cámara ALMA CFP para deshidratar lodos de depuradoras de aguas residuales
Sistemas de flotación: Separación por flotabilidad
La flotación por aire disuelto es una tecnología clave en el tratamiento de aguas residuales cuyo objetivo es eliminar las partículas más finas, las emulsiones y los sólidos en suspensión de la fase acuosa. Funciona según el principio de que las burbujas de aire se adhieren a las partículas que hay que eliminar y las transportan a la superficie del agua, donde pueden espumarse.
Funcionalidad
En la planta de flotación, primero se añade un coagulante a las aguas residuales, que aglomera las partículas más finas. A continuación, las aguas residuales se enriquecen con aire, lo que crea pequeñas burbujas de aire. Estas burbujas de aire se adhieren a las partículas, que suben a la superficie del agua debido a la flotabilidad de las burbujas. Allí forman el lodo flotado, que se retira mecánicamente mediante rasquetas.
Ventajas
- Eliminación eficaz de las partículas más finas: incluso las partículas muy pequeñas y ligeras pueden eliminarse de forma fiable de las aguas residuales mediante flotación.
- Versatilidad: Los sistemas de flotación pueden utilizarse en diversos contextos industriales y son adecuados para una amplia gama de tipos de aguas residuales.
Etapas del proceso
- Adición de coagulantes y floculantes: Estos productos químicos ayudan a combinar las partículas finas en aglomerados más grandes.
- Introducción de burbujas de aire: Las aguas residuales se mezclan con aire, lo que hace que las partículas suban a la superficie debido a la flotabilidad de las burbujas de aire.
- Eliminación del lodo flotado: El lodo formado en la superficie, que contiene las impurezas, se elimina mecánicamente.
Foto: Nuestro sistema de flotación ALMA NeoDAF con floculador tubular y sistema patentado de saturación por aire.
Intercambiadores selectivos de iones: eliminación selectiva de iones específicos
Los intercambiadores selectivos de iones (ALMA ION ) son resinas especializadas capaces de eliminar iones específicos de las aguas residuales. Son especialmente útiles para eliminar trazas residuales de metales pesados tras la precipitación y la filtración que no se captan totalmente con los procesos convencionales.
Funcionalidad
Un intercambiador de iones consiste en una resina sólida que puede absorber determinados iones de la fase acuosa mediante enlaces químicos. A cambio, la resina libera otros iones menos problemáticos en la solución. Los intercambiadores de iones selectivos están diseñados para fijar preferentemente determinados iones metálicos como el plomo, el cobre o el níquel.
Ventajas
- Alta selectividad: estos intercambiadores de iones pueden adaptarse a iones específicos, lo que aumenta la eficacia de la eliminación de metales pesados.
- Regenerabilidad: Las resinas pueden reprocesarse y reutilizarse tras su agotamiento mediante regeneración química.
- Respetuosas con el medio ambiente: Como eliminan iones específicos de las aguas residuales, la carga salina de éstas no aumenta innecesariamente.
Etapas del proceso
- Flujo a través de la columna de intercambio iónico: El agua residual pasa a través de la capa de resina de intercambio iónico, donde se fijan los iones metálicos.
- Intercambio y regeneración: Una vez agotada la resina, la columna de intercambio iónico se regenera tratándola con una solución química (por ejemplo, ácido o álcali), que libera los iones ligados y hace que la resina vuelva a funcionar.
Foto: Nuestro sistema de intercambio selectivo de iones ALMA ION para la eliminación de metales pesados
Conclusión
El tratamiento químico-físico de aguas residuales en la industria metalúrgica es un proceso complejo que requiere una cuidadosa planificación y ejecución. Los sistemas CP como nuestro ALMA CHEM MCW o nuestro sistema de flotación por aire disuelto ALMA NeoDAF ofrecen una solución flexible y eficaz para la eliminación de metales pesados, emulsiones y otros contaminantes. Mediante el uso de modernas tecnologías de proceso como la precipitación, la flotación y el intercambio iónico, se pueden cumplir los estrictos requisitos legales y garantizar un tratamiento sostenible de las aguas residuales.
Si desea más información y soluciones personalizadas para el tratamiento de aguas residuales en la industria metalúrgica, no dude en ponerse en contacto con nosotros.
