Módulo 4: Tecnologías para el Tratamiento de los Residuos

Transcripción

1 GESTIÓN Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS, 3ª EDICIÓN Módulo 4: Tecnologías para el Tratamiento de los Residuos Yolanda Benito Moreno Con la colaboración de:

2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN SELECCIÓN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS NATURALEZA DEL FLUJO DE RESIDUOS OBJETIVO DEL TRATAMIENTO ADECUACIÓN TÉCNICA DE ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO CONSIDERACIONES ECONÓMICAS Y ENERGÉTICAS PRETRATAMIENTOS DE RESIDUOS TRATAMIENTO FISICO-QUIMICO NEUTRALIZACIÓN PRECIPITACIÓN QUÍMICA OXIDACIÓN QUÍMICA REDUCCIÓN QUÍMICA CLOROLISIS OXIDACIÓN POR AIRE HÚMEDO COMPUESTOS FIJADORES DE METALES FOTOLISIS DE COMPUESTOS CLOROAROMÁTICOS PELIGROSOS EXTRACCIÓN EN GEL REVERSIBLE PROCESO DE DECLORACIÓN EXTRACCIÓN MEDIANTE FLUIDO SUPERCRÍTICO PLANTAS DE TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO TRATAMIENTO BIOLÓGICO TRATAMIENTOS TÉRMICOS VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE RESIDUOS Pág 1 de 120

3 9. INERTIZACIÓN DE RESIDUOS INDUSTRIALES VERTEDEROS CONTROLADOS DEPOSITOS DE SEGURIDAD BIBLIOGRAFIA GLOSARIO DIRECCIONES DE INTERES Pág 2 de 120

4 1. INTRODUCCIÓN Un fenómeno que ha acompañado hasta ahora a la mejora de vida ha sido el aumento en la generación de residuos. La acumulación de los ingentes volúmenes de residuos urbanos, industriales y de otros tipos que se producen diariamente comporta considerables problemas medioambientales. El desarrollo sostenible exige la reducción de residuos en origen mediante tecnologías limpias, pero hay que buscar también soluciones para el aprovechamiento y reciclado de los residuos producidos y para la eliminación de los desechos inaprovechables. El potencial de riesgo intrínseco, inherente al propio residuo con respecto al medio ambiente y a la salud, que poseen los residuos, no es mayor ni menor que el de los productos comerciales de semejantes o parecidas características; sin embargo estos últimos al tener un valor, reciben la atención necesaria que hace que ese riesgo no se materialice, mientras que las corrientes residuales son devueltas al medio, dando origen a los residuos. Hay que destacar que los productos útiles (de valor comercial) obtenidos, una vez utilizados se convierten generalmente a su vez en residuos que también son devueltos al medio. Los programas de acción sobre el medio ambiente tienen como enfoque de la gestión de los residuos el potenciar las actuaciones orientadas a: Reducir la cantidad de residuos generados y sobre todo de aquellos que no pueden ser recuperados. Potenciar al máximo el reciclado o uso de los residuos como materias primas secundarias- (reutilización) Eliminar de forma segura los residuos no recuperables. Pág 3 de 120

5 El presente tema pretende mostrar las soluciones tecnológicas existentes para tratar los residuos desde una doble perspectiva: Máximo aprovechamiento de los materiales y de la energía en ellos contenida. Mínimo impacto ambiental y sobre la salud de las personas. Tratamiento se puede definir como la modificación de las características físicas químicas o biológicas de cualquier residuo, de modo tal que se eliminen sus propiedades nocivas, se reduzca su volumen o simplemente se lo haga susceptible de recuperación. Pág 4 de 120

6 2. SELECCIÓN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS Hay variedad de formas de tratar el problema de seleccionar el proceso o los procesos apropiados para el tratamiento de un flujo de residuos. Los ingenieros, responsables de medio ambiente, autoridades reguladoras, etc., cada uno de ellos tendrá ligeras diferencias de perspectiva sobre el problema, diferentes necesidades de datos y diferentes formas de manipularlos para alcanzar la solución final. Ninguna actuación es necesariamente correcta para todos, o mejor para cualquier situación dada. Independientemente de cómo uno afronte el problema de la selección del proceso, hay dos criterios aparentemente conflictivos que ha de tener en cuenta. El primero es eliminar la consideración de procesos inadecuados en las primeras etapas de selección, el segundo es mantener la mente abierta a la consideración de procesos atractivos en tanto en cuanto sea posible. La selección de los sistemas de tratamiento viene dada por cuatro factores: Naturaleza del flujo de residuos Objetivo del tratamiento Adecuación técnica de alternativas de tratamiento Consideraciones económicas y energéticas A continuación se detallan la importancia de estos factores. Pág 5 de 120

7 4.1 Naturaleza del flujo de residuos Con el fin de identificar los posibles procesos de tratamiento y eliminar aquellos que probablemente no resulten adecuados, un flujo de residuos dado se caracteriza convenientemente con respecto a tres amplias categorías: Forma física (líquido, polvo, emulsión, sólido, lechada) Componentes peligrosos (cationes de metales pesados, compuestos orgánicos, etc.) Otras propiedades (componentes por fase del residuo, acuosos frente a no acuosos, concentración de contaminantes, etc.) Es importante determinar la naturaleza del flujo de residuos por varias razones. Una es determinar si sus características concuerdan con los requerimientos del flujo de alimentación para varios procesos de tratamiento. En un sentido positivo, esto puede ser interesante para seleccionar los procesos para su consideración posterior; en un sentido negativo, para desechar procesos que no son y no pueden ser útiles para el residuo particular a tratar. Otra razón es determinar si el flujo de residuos es compatible con el equipo del proceso de tratamiento típico, materiales de construcción, bombas, ritmo de salida, temperatura, tamaño de tuberías, etc. Una tercera razón es determinar si los controles de contaminación de aire y agua, o el método de recogida de residuos utilizado, puede de hecho crear un flujo que sea más difícil de tratar que el residuo producido originalmente en la operación de fabricación. Para un flujo de residuos dado, caracterizado por la forma física y componentes peligrosos, la matriz presentada en la siguiente tabla puede Pág 6 de 120

8 utilizarse para seleccionar procesos de tratamiento potencialmente aplicables. PROCESOS DE PRETRATAMIENTO PARA COMPONENTES EN FLUJOS DE RESIDUOS DE VARIAS FORMAS FÍSICAS P r o c e s o d e t r a t a m i e n t o Forma física Cationes pesados y Aniones no Orgánicos aniones metálicos metálicos Líquido IE, FC, UF, ED, RO, LIE, Ppt CA, LIE, FC, UF, ED, RO CA, RA, Dis, IE, AS, SS, UF, SE, RO, UF Emulsión UF Lechada FC, UF FC, UF Dis, AS, SS, UF Lodo LIE, FC FC Dis Polvo sólido LIE AS: Stripping por aire CA: Adsorción de carbono Dis: Destilación ED: Electrodiálisis FC: Cristalización por congelación IE: Intercambio iónico LIE: Intercambio iónico líquido Ppt: Precipitación RA: Adsorción en resina RO: Osmosis inversa SE: Extracción de disolventes SC: Stripping por vapor UF: Ultrafiltración 4.2 Objetivo del tratamiento Los flujos resultantes de cualquier proceso de tratamiento dado pueden ser o no aptos como objeto de los subsiguientes pasos de reutilización o tratamiento. Al evaluar y analizar los procesos de tratamiento que se pueden aplicar a flujos particulares de residuos, generalmente es necesario en algún momento definir el objeto del tratamiento y las características deseadas de la corriente producida en cada etapa del proceso total. Pág 7 de 120

9 Si por ejemplo, una corriente de residuos que contiene productos orgánicos de bajo peso molecular y metales pesados, se trata por osmosis inversa, solamente los metales pesados se concentrarán en una de las corrientes resultantes y la otra tendrá que ser tratada posteriormente para eliminar o detoxificar los productos orgánicos. 4.3 Adecuación técnica de alternativas de tratamiento En la siguiente tabla se muestra que hay cierto número de alternativas de tratamiento para varios tipos de componentes en flujos de residuos de diferente forma física. Separación fases Tratamiento Flujos de salida Posibles pasos siguientes Tipo Proceso Estado Características de Filtración Lodo Líquido 15-25% de sólidos ppm sólidos totales disueltos Vertedero, calcinación Separación de componentes Sedimentación Centrifugación Lodo Líquido 2-15% de sólidos ppm sólidos disueltos Decantación Vertedero Flotación Estabilizado Líquido Espuma con partículas Solución Desespumación Separación de componentes HGMS Lechada Líquido Partículas magnéticas y paramagnéticas Solución Recuperación Separación de componentes Floculación Lodo o lechada Partículas floculadas Sedimentación, filtración, centrifugación Destilación Lodo Fondo de alambique Calcinación Pág 8 de 120

10 Tratamiento Flujos de salida Posibles pasos siguientes Tipo Proceso Estado Características Líquido Solvente puro Venta Evaporación Sólido Líquido Condensado Recuperación de materias Recuperación o eliminación Separación componentes de a) Inorgánicos Intercambio Iónico Líquido Líquido Solución concentrada de componentes tóxicos Agua depurada con componentes peligrosos a niveles de ppm Precipitación, reciclado, electrolisis Descarga Intercambio iónlíquido Similar al intercambio iónico Adsorción por carbono Sólido Líquido Adsorción sobre carbono Agua depurada Regeneración química Descarga Osmosis inversa Líquido Líquido Solución concentrada de componentes peligrosos Solución purificada TDS>5ppm Precipitación, electrolisis, reciclado Electrodiálisis Líquido Líquido Corriente concentrada, con ppm de sales Corriente diluida Precipitación, recuperación metales Tratamiento de aguas Cristalización por congelación Lodo Líquido Salmuera concentrada Corriente depurada, 100 TDS Recuperación Tratamiento de aguas b) Orgánicos Adsorción por carbono Sólido Líquido Adsorción sobre carbono Agua depurada Regeneración térmica o química Descarga Pág 9 de 120

11 Tratamiento Flujos de salida Posibles pasos siguientes Tipo Proceso Estado Características Adsorción en resina Sólido Líquido Adsorción sobre resina Agua depurada<10ppm de orgánicos Regeneración de disolvente Tratamiento de aguas Stripping por vapor Líquido Líquido Corriente acuosa concentrada en productos orgánicos volátiles Corriente acuosa diluida con ppm de orgánicos Recuperación, incineración Extracción de disolvente Líquido Líquido Solución concentrada de componentes peligrosos en líquido Depurado por extracción de disolventes; concentración de componentes peligrosos<10ppm Recuperación de disolvente en la extracción Reciclado de la descarga Destilación Lodo Líquido En fondo de alambique Líquido puro Incineración Venta Todos los procesos que funcionan similarmente sobre tipos análogos de residuos, no son necesariamente equivalentes técnicamente. Las concentraciones de la corriente de alimentación disponible pueden diferir. Los rendimiento del tratamiento y por tanto la concentración de componentes peligrosos en el flujo de salida de residuos pueden ser diferentes. El grado de interferencia por otros componentes del residuo también puede variar. Pág 10 de 120

12 4.4 Consideraciones económicas y energéticas Desde el punto de vista industrial, las cuestiones económicas son importantísimas al seleccionar métodos de tratamiento para uso en plantas y al elegir una planta de tratamiento de residuos. Algunas de las cuestiones importantes que se deben considerar son: Cuáles son las necesidades energéticas para el funcionamiento del proceso? Qué forma de energía utilizarán, electricidad, gas natural, gasóleo, carbón, etc.? En que grado se acredita que el material recuperado compensará los costes de operación? Cómo se comparan unos con otros los costes proyectados para tratamientos alternativos? Si la recuperación es un objetivo, hay suficiente valor en el material potencialmente recuperable para ser tenido en cuenta? Están optimizados técnicamente los parámetros operacionales en el rango apropiado para la operación económica de los procesos aparentemente más atractivos? Si se requieren modificaciones del proceso Qué coste tendrán? Para procesos técnica y operacionalmente aceptables con iguales costes de explotación (incluyendo amortización de capital), hay alguna razón económica para preferir la alternativa de coste de capital más bajo? Cuál es el impacto del coste de controles medio ambientales necesarios? Una vez se halla dado respuesta a todos estas cuestiones se planteará la solución más viable desde el punto de vista técnico y económico, y acorde a los requisitos que la legislación vigente nos plantee. Pág 11 de 120

13 3. PRETRATAMIENTOS DE RESIDUOS Los procesos de pretratamiento son aquellas operaciones que con frecuencia se deben llevar a cabo sobre los residuos, para hacerlos más abordables por los subsiguientes pasos de recuperación de materiales o energía, detoxificación química o biológica, destrucción térmica o depósito de seguridad. Como tal, el pretratamiento realmente describe el modo en que se aplica un proceso de tratamiento en un sistema de gestión global de residuos, más que un conjunto específico de procesos. Los procesos de tratamiento físico a menudo son los más utilizados como pasos de pretratamiento. Asimismo los procesos químicos, tales como neutralización, oxidación precipitación, también se utilizan para pretratar residuos. Los principales procesos de pretratamiento se describen a continuación: Separación de fases. Los flujos de residuos, tales como lechadas, lodos y emulsiones, requieren a menudo un proceso de separación antes de la detoxificación o previo a tener que realizar operaciones de recuperación. Frecuentemente, la separación de fases permite una reducción significativa del volumen, sobre todo, si el componente peligroso está presente de forma importante en solamente una de las fases. Además, concentrando la parte peligrosa del residuo, los pasos de procesamiento secuencial se pueden realizar más rápidamente. Los procesos de separación de fases generalmente son mecánicos, baratos y sencillos y pueden aplicarse a una amplia gama de residuos y componentes residuales. Pág 12 de 120

14 PROCESOS DE SEPARACIÓN DE FASES APLICABLE AL TRATAMIENTO DE RESIDUOS Categoría del proceso De uso común Desarrollado pero menos utilizado En estado de desarrollo Lechadas sedimentables Lechadas coloidales Lodos Residuos con fase líquida volátil Sedimentación Floculación Filtración Evaporación filtración solar Destilación Centrifugación Evaporación Flotación Ultrafiltración Congelación Lechadas. Conceptualmente, el proceso de separación más simple es la sedimentación o disposición por gravedad. Los productos resultantes serán un lodo y un líquido sobrenadante decantable. Si los componentes de los lodos son todos solubles el líquido sobrenadante será generalmente una solución. La filtración es un proceso estrechamente relacionado y muy utilizado comúnmente como proceso de separación de fases. La centrifugación es esencialmente un proceso de sedimentación de alta gravedad, que utiliza la fuerza centrífuga para aumentar la velocidad de deposición de las partículas. Por otro lado la flotación se utiliza ampliamente en separación de mineral bruto y de hecho es el proceso sencillo más importante que ha hecho posible recuperar la parte valiosa de menas metálicas y no metálicas de baja riqueza. La flotación es también aplicable a la separación de fracciones oleosas o ligeras de flujos residuales acuosos. Pág 13 de 120

15 Flotación por aire disuelto Lechadas coloidales. El concepto básico en todos los procesos para lechadas sedimentables es conseguir que las fases sólidas se separen de la fase líquida, mediante el uso de fuerzas de gravedad, centrífuga, magnética o hidrostática. Dichas fuerzas generalmente no actúan sobre las partículas coloidales suspendidas. La floculación es el proceso más simple y más comúnmente utilizado para la separación coloidal, consistente en la aplicación de compuestos llamados floculantes que generan partículas con unas características diferentes a las iniciales y que permiten su separación del medio. La ultrafiltración (tecnología de separación mediante membranas semipermeables a alta presión) tiene muchas aplicaciones industriales, incluyendo el tratamiento de residuos y se espera que tenga muchas más en un futuro. Pág 14 de 120

16 Planta de ultrafiltración de Ciemat Lodos. La separación de fase más conveniente en el manejo de los lodos es la deshidratación. La filtración a vacío o a presión son los procesos más comúnmente utilizados. Se ha investigado algo sobre congelación simple, pero el proceso no está bien desarrollado y presenta serias lagunas. Volátiles. Los lodos y las lechadas (coloidales o separables) en los cuales la fase liquida es volátil, se pueden tratar por evaporación o por destilación. La evaporación dirigida a los sistemas de destilación se utiliza cuando se desea la recuperación del líquido. Separación de componentes. Muchos procesos físicos actúan para segregar especies iónicas o moleculares procedentes de flujos de residuos de composición múltiple, pero no requieren reacciones químicas para ser efectivos. En la siguiente tabla se muestra la aplicabilidad de los procesos de separación de componentes a diversas clases de objetivos del tratamiento. Pág 15 de 120

17 En muchos casos puede ser el único tratamiento requerido para hacer un residuo apto para su depósito o su descarga al sistema de tratamiento de aguas. PROCESOS DE SEPARACION DE COMPONENTES Categoría del proceso De utilización común Desarrollad o pero menos utilizado En estado de desarrollo F u n c i ó n d e l p r o c e s o Eliminación de Eliminación de Recuperació metales pesados y orgánicos de n de aniones tóxicos de soluciones disolventes soluciones acuosas acuosas Intercambio iónico Intercambio líquido de iones Electrodiálisis Ósmosis inversa Adsorción por carbón Stripping de vapor Ultrafiltración Extracción de disolventes Adsorción por resinas Stripping por aire Eliminación de componentes inorgánicos de líquidos, lechadas y lodos Extracción de disolventes Cristalización por congelación Destilación Destilación por vapor Evaporación Pág 16 de 120

18 4. TRATAMIENTO FISICO-QUIMICO El tratamiento físico-químico comprende un conjunto de instrumentos tecnológicos que pueden utilizarse para prevenir la descarga de materiales peligrosos en el medio ambiente o alterar su naturaleza. Por ejemplo se pueden utilizar métodos químicos para recuperar metales, tales como cromo, de los residuos. El tratamiento químico no solamente elimina metales tóxicos de los efluentes descargados al medio ambiente, sino que también permite conservar y reciclar recursos naturales con frecuencia escasos. Los más destacados son: Tratamientos físicos: Separación por gravedad (sedimentación) Separación de aceites Flotación Filtración Adsorción Extracción con disolventes Evaporación Destilación Centrifugación Tratamientos químicos: Neutralización y ajuste de ph Precipitación Oxidación Pág 17 de 120

19 Otros (intercambio iónico, ósmosis inversa, reducción) Existen plantas compactas que utilizan varios de estos sistemas, como la que se muestra a continuación. Equipo compacto tratamiento físico-químico. Aguambiente En un esquema general de un proceso de tratamiento físico-químico los residuos son sometidos a diversas etapas en función de sus características iniciales, propiedades físicas y químicas. Los residuos sólidos han de ser sometidos a procesos de filtración y desecación, antes de su vertido en un depósito de seguridad y asimismo los posibles lixiviados deberán ser tratados antes de su vertido a cauces públicos. Para el caso de los residuos líquidos el destino asignado es una Planta de Tratamiento Físico-Químico, que se describe en el apartado 5 de este módulo. A continuación se describen los tratamientos más importantes. La lista sería interminable pues dependiendo del residuo y el destino final del mismo puede aplicarse prácticamente todas las tecnologías existentes en ingeniería química. Pág 18 de 120

20 4.1 Neutralización La neutralización implica la combinación de un ácido o una base, con un flujo de residuos para ajustar el ph a niveles aceptables. El ph final deseado generalmente se encuentra entre 6 y 9, y los productos de la reacción incluyen agua, sal y sólidos precipitados por las reacciones de solubilidad dependientes del ph. Normalmente se procede a una homogeneización antes de la neutralización del residuo, para controlar las fluctuaciones del flujo y la concentración. Las bases comúnmente utilizadas para la neutralización son la cal viva, hidróxido de calcio, sosa cáustica, cenizas de sosa e hidróxido de amonio, mientras que los ácidos más frecuentes son el ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y ácido nítrico. La neutralización se emplea en casi todas las plantas de tratamiento físico-químico, sin embargo es necesario tener precaución al mezclar residuos fuertes para garantizar que los subproductos de la neutralización no resulten peligrosos. Asimismo puede liberarse calor en exceso y gases tóxicos, incluyendo amoniaco, sulfuro de hidrógeno y cianuro de hidrógeno, si no se mezclan despacio y son pretratados adecuadamente. Generalmente será necesario un tratamiento adicional tras la neutralización de los residuos para eliminar metales disueltos y en suspensión y productos orgánicos. La neutralización es un proceso muy importante en la eliminación de metales pesados. Los sólidos precipitados durante la neutralización se eliminan más rápidamente por sedimentación y filtración, previa floculación. La alta concentración de sólidos disueltos en los residuos neutralizados puede producir complejos químicos que no se eliminan fácilmente por sedimentación y filtración. Para tratar los residuos con estos complejos formados puede requerirse un tratamiento Pág 19 de 120

21 adicional por adición química, adsorción por carbono, intercambio iónico u ósmosis inversa. 4.2 Precipitación Química La precipitación química es un proceso físico-químico en el cual un contaminante disuelto se trasforma en un sólido insoluble, facilitando su eliminación posterior de la fase líquida por sedimentación o filtración. El proceso normalmente requiere: 1. Ajuste del ph para cambiar el equilibrio químico a un punto donde no se favorezca más la solubilidad 2. La adición de un precipitante químico y 3. Una floculación, donde las partículas de precipitado se aglomeran en partículas más grandes. La aplicación más común de este proceso para el tratamiento de residuos es la eliminación de metales pesados procedentes de residuos acuosos. Esto incluye la eliminación de arsénico, cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel y zinc. Frecuentemente los metales se precipitan como hidróxidos, sulfuros o carbonatos. La precipitación de hidróxidos con cal viva o sosa cáustica es la más usual. Ya que el ph óptimo para la precipitación de hidróxidos es distinto para cada ión metálico, el tratamiento de residuos acuosos con mezcla de metales exige un compromiso. Generalmente, la precipitación de hidróxidos se lleva a cabo a ph entre 9,5 y 12. Pág 20 de 120

22 Las concentraciones de metales pesados en el efluentes menores de 1 mg/l son teóricamente factibles, pero la presencia de agentes acomplejantes, como amonio o cianuro y EDTA, puede mantener altas concentraciones de metales en solución. Los sulfuros metálicos son generalmente mucho menos solubles que los hidróxidos, por lo que la eficacia de su eliminación es mayor. Los sulfuros también pueden utilizarse para precipitar metales en presencia de agentes acomplejantes, y en un amplio margen de ph, más de lo que es posible para precipitar los hidróxidos. El proceso de precipitación, seguido por uno o más pasos de separación sólido/líquido, produce un efluente acuoso que puede requerir un tratamiento posterior, y un lodo donde se concentran los metales pesados. El lodo se deshidrata normalmente, hasta alcanzar al menos un 20% de sólidos. Posteriormente se pueden aplicar a este lodo deshidratado varios procesos químicos de fijación y estabilización que, finalmente, deberá llevarse a un depósito de seguridad. Otra aplicación incluye la eliminación de sustancias precipitables procedentes de ciertos líquidos no acuosos, tales como disolventes orgánicos residuales. Para que la precipitación, floculación y sedimentación sean efectivas, la viscosidad del líquido no debe ser muy alta. Aunque es posible inducir ciertas reacciones de precipitación en el seno de residuos altamente viscosos, tales como residuos poliméricos orgánicos líquidos, la floculación y la sedimentación estarán altamente inhibidas. 4.3 Oxidación Química La oxidación química es un proceso que permite oxidar iones o compuestos para eliminar su peligrosidad o hacerlos más susceptibles de sufrir un proceso de eliminación o destrucción. Las especies son oxidadas por adición de un agente oxidante químico, que, a su vez, es reducido. Pág 21 de 120

23 La oxidación química se utiliza para tratar contaminantes orgánicos e inorgánicos en solución acuosa. Sobre todo para tratar cianuros de residuos procedentes del galvanizado. En este proceso se utilizan normalmente cloro gas, dióxido de cloro o hipoclorito (sódico o cálcico), para destruir cianuros que se convierten en nitrógeno gas y dióxido de carbono. CNNa + ClONa + 2 H 2 O ClCN + H 2 O + 2 NaOH ClCN + 2 NaOH CNONa + ClNa + H 2 O CNONa + 3 ClONa + H 2 O 3 ClNa + 2 NaOH + 2 CO 2 + N 2 Otros oxidantes menos comunes son permanganato potasio, peróxido y ozono. El peróxido de hidrógeno se utiliza para reducir la DQO de ciertos residuos acuosos en un tanque de pretratamiento. El efluente tratado se mezcla a continuación con otros residuos cargados de metal, para un tratamiento posterior por precipitación química. La ozonización es otro proceso de oxidación apropiado para corrientes acuosas que contienen menos del 1% de compuestos oxidables. El ozono se puede utilizar para pretratar residuos, rompiendo compuestos orgánicos refractarios, antes de un tratamiento biológico. También se puede utilizar como afinado después del tratamiento biológico o de otro tipo, para oxidar productos orgánicos sin tratar. Las industrias corrientemente utilizan ozono para tratamiento in situ de residuos peligrosos, para destruir cianuros y compuestos fenólicos. La rápida oxidación de los cianuros con el ozono ofrece ventajas sobre el método de cloración alcalina, que es más lento. Las industrias de acabados de metales y petroquímicas utilizan ozono para el tratamiento de residuos acuosos y es también aplicable a residuos de la siderurgia del hierro y acero. Por otro lado, se ha demostrado que una combinación de radicales generados por UV y ozono puede tratar económicamente ciertos compuestos orgánicos halogenados, Pág 22 de 120

24 incluyendo aldrín, fenoles clorados, dialdrín, endrín, bicloruro de etileno, PCB, DDT y pentaclorofenol. La ozonización puede no oxidar completamente los contaminantes orgánicos a dióxido de carbono y agua, y a menudo se necesita un tratamiento adicional. En general los productos residuales procedentes de procesos de oxidación química, que deben ser tratados adecuadamente son el efluente líquido, los gases liberados y cualquier precipitado que se produzca. La precipitación de metales oxidados produce unos lodos que pueden necesitar tratamiento y, finalmente, ser enviados a un depósito de seguridad. Por otra parte, la oxidación parcial de los productos orgánicos, puede originar subproductos tóxicos u olorosos, mientras que un exceso de oxidante puede producir un residuo en el efluente acuoso que puede tener una influencia adversa sobre otros procesos de tratamiento. 4.4 Reducción Química La reducción química consiste en la transferencia de electrones reactivos de un compuesto a otro, y se utiliza para convertir en no tóxicos o hacerlos susceptibles de sufrir destrucción química o eliminación física ciertos residuos. Los metales, en particular el cromo hexavalente, se reducen por medio de la adición de un agente reductor compatible, como pudieran ser compuestos reducidos de azufres. La reducción química se aplica mejor a residuos líquidos libres de compuestos orgánicos, dado que los agentes reductores no son selectivos. Pág 23 de 120

25 Se utiliza ampliamente en la industria para controlar los residuos de cromo hexavalente, y eliminar o recuperar mercurio procedente de células de mercurio usadas en la fabricación de cloro álcali. El cromo normalmente es reducido por sales de sulfato de sodio o dióxido de azufre. El hierro, aluminio y zinc también son potenciales agentes reductores del cromo. Por otra parte, el borohidruro de sodio cáustico, se emplea para reducir mercurio a la forma elemental, permitiendo su recuperación, así como para reducir y recuperar plata procedente de reacciones de procesos de fotografía. La reducción química es también una tecnología común utilizada en residuos para reducir metales acomplejados o quelados, tales como níquel y cobre. Potencialmente los residuos que se pueden tratar mediante esta tecnología son: Cromo hexavalente Concentraciones relativamente bajas de plata, níquel, cobre y otros metales. Cianuros que contienen metal Plomo soluble orgánico e inorgánico Mercurio inorgánico Un gran problema de la reducción química de metales es el gran volumen de lodo de hidróxido metálico que se puede generar, que, incluso después de la deshidratación, requiere la manipulación de importantes cantidades del mismo para su depósito definitivo. Pág 24 de 120

26 4.5 Clorolisis En este proceso, el cloro reacciona con residuos de hidrocarburos clorados a temperaturas entre 500 y 800ºC, y presiones de psig o mayores. Los productos de la reacción son: tetracloruro de carbono, percloro etileno, tricloro etileno, cloruro de hidrógeno, hidrocarburos no reactivos y cloro no reactivo. Los pasos de este proceso son: 1. Pretratamiento por filtración y/o destilación para eliminar agua, materiales sólidos y compuestos incompatibles que son ajenos al proceso 2. Reacción con cloro 3. Destilación para separar los productos de la reacción 4. Absorción de la solución del ácido clorhídrico que se produce En general, el proceso de clorolisis es interesante para la conversión de residuos clorados, incluyendo, pero no limitándose a residuos de la producción de pesticidas, cloruro de vinilo, herbicidas y disolventes. Los residuos que se traten deben contener sólo hidrógeno, carbono y cloro. La presencia de otras sustancias, tales como sulfuro, provocarían corrosión; y fósforo, nitrógeno u oxígeno provocarían la producción de subproductos no deseados. Como aspectos medio ambientales destacables estarían de un lado que las emisiones al aire originadas en el proceso pueden incluir contaminantes siendo necesaria la utilización de un sistema de control y limpieza de estas emisiones. Además las aguas procedentes del lavado de gases, pueden tener gran cantidad de sólidos disueltos. Pág 25 de 120

27 4.6 Oxidación por Aire Húmedo La oxidación por aire húmedo (WAO) es una oxidación en fase acuosa de sustancias orgánicas e inorgánicas, disueltas o en suspensión a elevada temperatura ( ºC) y presión (300 a psi). La elevada presión se utiliza para mantener el agua en estado líquido, permitiendo la destrucción orgánica a temperatura más baja de lo que sería necesario de otro modo. El agua sirve para moderar la reacción de oxidación eliminando el exceso del calor de la reacción. El agente oxidante empleado es el oxígeno que se incorpora al proceso. Este tipo de oxidación convierte residuos peligrosos en sustancias menos tóxicas. Los compuestos de azufre reducidos, tales como sulfuros y mercaptanos, se oxidan a sulfatos inorgánicos; los cianuros, a dióxido de carbono y amoniaco o nitrógeno gas; los hidrocarburos clorados a clorhídrico y ácidos orgánicos simples, y los metales a sales metálicas. Ciertos productos orgánicos aromáticos altamente clorados, tales como pentacloro fenol, PCB s y DDT son resistentes a la destrucción en el proceso WAO convencional. Sin embargo existen procesos patentados que emplean cocatalizadores y logran altos porcentajes de destrucción de este tipo de compuestos persistentes. La oxidación por aire húmedo no está diseñada para ser un proceso de tratamiento en solitario ya que produce un efluente acuoso que requiere un tratamiento posterior y una salida de gases. La naturaleza del efluente acuoso y de los gases depende de las características del residuo a tratar. Pág 26 de 120

28 INTERCAMBIADOR O 2 ó Compresor de aire BOMBA ALTA PRESION N 2, CO 2, vapor SEPARADOR Líquido oxidado Post-tratamiento Esquema de oxidación húmeda 4.1 Compuestos Fijadores de Metales Las moléculas sintéticas hechas a medida, que simulan a los compuestos que capturan metales en las células vivas, se unen covalentemente a un sustrato como el gel de sílice. Alterando la estructura de las moléculas, se puede conseguir que eliminen selectivamente ciertos iones de metales pesados procedentes de una solución que contiene iones metálicos básicos, permitiendo el paso posterior a través del sistema. Los compuestos utilizados son generalmente productos orgánicos insolubles tales como hidroxamatos N-sustituidos, fenolatos y catecolatos, unidos a partículas de gel de sílice activadas; en algunos casos la poliacrilamida es el transportador. La selección adecuada de transportador y de la composición unida a él permite construir una columna a través de la cual se pasa el agua que lleva los metales. Después de Pág 27 de 120

29 saturarse las composiciones con iones metálicos pueden regenerarse con ácido clorhídrico diluido. Este tipo de tratamiento puede utilizarse para eliminar metales pesados tóxicos procedentes del agua de enjuague de enchapados, lixiviado de vertederos, aguas de drenaje de minas y otras, donde la concentración del metal es demasiado baja para ser tratado por otros métodos convencionales. Las concentraciones altas de metales se eliminan más económicamente por métodos más convencionales, tales como intercambio de ión líquido, ósmosis inversa o resinas intercambiadores de iones. La corriente resultante de este tratamiento es una solución relativamente concentrada de metales pesados. En muchos casos se puede recuperar el metal y en otros puede ser preferible neutralizarlo y desecharlo. 4.2 Fotolisis de Compuestos Cloroaromáticos Peligrosos Se han llevado a cabo en fase gas, estudios de fotodegradación utilizando luz solar natural y luz artificial, en solución utilizando agua y disolventes orgánicos y en estado sólido como delgadas películas sobre placas de vidrio o absorbidas sobre suelos o sílice. Los productos químicos de interés que han demostrado sufrir fotodescomposición son DDT, bifenilos policlorados (PCB s) y las clorodibenzo-p-dioxinas (CDD s). Los procesos más relevantes normalmente propuestos para detoxificación de residuos son la fotodescomposición en solución y en fase sólida. En general, se puede establecer que una reacción fotolítica llevada a cabo en un disolvente polar dará lugar a un producto donde el cloro ha sido reemplazado por un grupo hidroxilo, mientras que en disolventes no polares predominan productos de decloración reductiva. Pág 28 de 120

30 Debido a los subproductos posibles, la aplicación de la fotolisis como solución a problemas de descontaminación particular, se debe considerar caso por caso. 4.3 Extracción en Gel Reversible Los geles reversibles se preparan mediante la polimerización de acrilamida en solución acuosa, con bis-acrilamida que se añade como agente de interacción. El gel resultante es incoloro, transparente blando y elástico con una superficie resbaladiza o viscosa. Los geles se colocan en una solución básica más de 60 días para hidrolizar aproximadamente el 25% de los grupos CONH2 que se unen a COOH. El gel sufre un cambio de tamaño cuando se expone a un ligero cambio en el ph de la solución donde se coloca. Los geles sensibles a ph y temperatura pueden aumentar de 10 a 50 veces su tamaño cuando están contraídos. Si se coloca en una solución acuosa de residuo diluido un gel contraído, este puede cambiar de fase por cambio de ph o de temperatura y expandirse extrayendo agua del residuo diluido, excluyendo y concentrando el material peligro en la solución restante. La superficie del gel es una trama polimérica altamente entrelazada, que actúa como filtro para los contaminantes. Como el agua es absorbida en el gel, éste es más eficaz para eliminar compuestos de alto peso molecular. Cuando el gel se expande se retira del flujo de residuos y se regenera mediante cambio de ph o temperatura, de esta forma se contrae el gel y se libera el agua absorbida. La proporción de cambio de tamaño que se puede realizar con el gel, es inversamente proporcional a la concentración de contaminantes y otros materiales disueltos, tales como sales presentes en el residuo. El proceso de extracción en gel reversible produce un residuo más concentrado que requiere tratamiento adicional y debe ser eliminado. Pág 29 de 120

31 4.4 Proceso de Decloración Este proceso utiliza reactivos químicos para eliminar cloro de moléculas cloradas, para romper moléculas cloradas, o para cambiar la estructura molecular. El sodio metálico es típicamente el reactivo utilizado para expulsar el cloro de los constituyentes y formar cloruro sodio. A menudo se utilizan otros reactivos junto al sodio metálico para tratar posteriormente los constituyentes declorados. Existen varios procesos patentados Acurex, APEG, PPM, Sunohio PCBX, que han resultado eficaces para reducir la toxicidad de PCB s y otros productos orgánicos clorados. Los residuos producidos dependen del proceso de decloración que se utiliza y en función de sus características puede ser peligroso o no y debe gestionarse de forma adecuada. 4.5 Extracción Mediante Fluido Supercrítico Un medio acuoso que contiene productos orgánicos se pone en contacto con un disolvente, en una columna de extracción. El disolvente es CO2, en estado fluido supercrítico o liquido casi crítico y el medio es una solución acuosa de productos orgánicos. El extracto resultante, soluto en disolvente, se reduce de presión y se pasa a un sistema de eliminación de disolvente a atm. La corriente de vapor de CO2 se recupera en la parte superior y el fondo se enriquece del producto orgánico extraído. El vapor de CO2 procedente del alambique se comprime adiabáticamente a la presión del extractor (65 atm), incrementando su temperatura. Desde esta temperatura más alta, el calor se elimina por enfriamiento y condensamiento del vapor de los tubos del Pág 30 de 120

32 hervidor, para llevar a ebullición el fondo. El CO2 condensado es devuelto como disolvente que se recicla al extractor. Los residuos que se pueden tratar son soluciones acuosas de productos orgánicos, tales como VOC s, o mezclas de aceite, agua y sedimentos. En el primer caso, el proceso produce un concentrado orgánico y puede ser útil en el reciclado de productos químicos, dependiendo de la pureza, o como componente combustible. Alternativamente, se puede enviar a una unidad de destrucción, como aporte altamente concentrado del tóxico separado del residuo. El efluente acuoso procedente de la unidad pude ser extraído a concentraciones suficientemente bajas de soluto peligroso para admitir descarga o un tratamiento posterior económico. Para emulsiones grasas, el extracto debe ser aceptable como combustible: los residuos de la producción y refinado de petróleo son en parte buenos candidatos en este aspecto. Los sedimentos se llevarían a través del sistema de tratamiento con la fase acuosa, para posterior separación o descarga. Pág 31 de 120

33 5. PLANTAS DE TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO La Legislación actual es suficientemente precisa para definir que tipo de residuos merecen control, así como el tratamiento preciso en cada caso. Para el caso de los residuos industriales líquidos el destino asignado es una Planta de Tratamiento Físico- Químico. En un esquema general de un proceso de tratamiento físico-químico los residuos son sometidos a diversas etapas en función de sus características iniciales y propiedades físicas y químicas. Los sólidos han de ser sometidos a procesos de filtración y desecación, antes de su vertido en un depósito de seguridad y asimismo los posibles lixiviados deberán ser tratados antes de su vertido a cauces públicos. Las líneas de la Unidad de Tratamiento Físico-Químico serán: Tratamiento por oxidación, para residuos líquidos cianurados. Tratamiento por reducción para residuos líquidos conteniendo cromo hexavalente. Neutralización para todos los efluentes de los tratamientos anteriores, de los residuos líquidos ácidos y alcalinos y de las aguas residuales y lixiviados generados en las instalaciones. Tratamiento de afino para los efluentes producidos en la Planta con clarificación y eliminación de los iones metálicos residuales. Deshidratación para los fangos producidos, con separación de tortas sólidas para su envío al vertedero de inertes y/o al depósito de seguridad. Tratamiento de emulsiones mediante decantación, rotura química, ultrafiltración y envío a la línea de afino. Pág 32 de 120

34 Tratamiento de los efluentes líquidos generados durante el funcionamiento de la Unidad y que después de ser pretratados se enviarán a la línea de neutralización y/o afino. El tratamiento específico en cada caso es el siguiente: Residuos cianurados. Se descargan en la zona asignada de la Planta hacia un depósito específico, del cual se pasan luego al tratamiento correspondiente en el que los cianuros se destruyen por procedimiento convencional de cloración alcalina que oxida los cianuros a cianatos y a continuación a CO 2 y N 2. A lo largo de la operación se comprueba con frecuencia el ph y contenido en cianuros, manteniendo la mezcla a ph 11 mediante la adicción de hidróxido sódico. El agente utilizado para oxidar los cianuros es una disolución de hipoclorito sódico al 15%. Hay que evitar la formación de cloratos para ello es necesario vigilar que la temperatura no sobrepase los 65ºC durante la adicción del hipoclorito. Reducción de cromo hexavalente. Los residuos que contienen cromo (VI) se almacenan en un depósito específico, también adaptado para recibir otros residuos como sulfuros y fosfatos. El tratamiento consiste en reducir el estado de oxidación del cromo (VI) a cromo (III), mediante la utilización de bisulfito sódico o residuos apropiados como cloruro ferroso y sulfuros. La reacción tiene lugar a ph entre 2 y 4, ajustándose con ácido sulfúrico. Las etapas posteriores son la precipitación y la filtración, obteniendo finalmente un residuo sólido destinado al depósito de seguridad y otro líquido que cuyo destino será el tratamiento de aguas. Pág 33 de 120

35 Lodos de hidróxidos metálicos. Pueden procesarse de dos maneras: Bombeo directo al equipo de filtración, donde se filtran con la corriente de hidróxidos generados en el propio tratamiento. Bombeo al depósito de neutralización o precipitación, donde se integran al proceso general. La elección de uno u otro destino dependerá del contenido de sólidos de la suspensión y de los contaminantes susceptibles de ser precipitados de la mezcla. El residuo sólido se envía al depósito de seguridad y el líquido al tratamiento de aguas. Residuos de fosfatos. Se precipitan en el depósito de neutralización, junto con los hidróxidos de metales pesados. La posterior etapa de filtración y decantación produce un residuo sólido destinado al depósito de seguridad y un residuo líquido para su tratamiento en la línea de aguas. Residuos de sulfuros. Se utilizan como complemento del sulfuro sódico en una de las fases del proceso de neutralización, precipitación y separación. Los residuos resultantes sólido y líquido siguen el destino indicado anteriormente. Residuos orgánicos en solución acuosa. Se tratarían por oxidación con hipoclorito sódico u otro agente de alto poder oxidante como el permanganato potásico, siempre que estén presentes en bajas concentraciones, sino es así se recomiendan otros tratamientos alternativos como los térmicos. Residuos ácidos y alcalinos. Los residuos ácidos y alcalinos, junto a los del pretratamiento de cianuros, residuos crómicos y fosfatos se tratan en las etapas de neutralización y precipitación, mediante la adición de reactivos floculantes. La mezcla se envía a los filtros, con un contenido en sólidos del 2 al 6%, donde se realiza la deshidratación mecánica. Pág 34 de 120

36 Separación de sólidos y filtrado. La etapa de filtración es complicada debido a la amplia variación del contenido en sólidos de la alimentación. La única limitación que se impone en esta etapa es que tanto el efluente como la torta cumplan los valores exigidos por el Reglamento vigente. En caso contrario se recirculará de nuevo a la etapa de filtrado hasta su cumplimiento. Evacuación de los productos finales de tratamiento. La actividad de la Planta genera tres tipos de efluentes: líquidos, lodos y bidones contaminados. El efluente líquido procede de la etapa de filtración y es almacenado en el depósito destinado a este fin, en el que se comprobará que cumple con la normativa para enviar al colector o la estación depuradora más próxima. El lodo generado tiene su origen en la precipitación de los contaminantes presentes en los residuos que son filtrados, produciendo una torta que se evacua al depósito de seguridad. La descarga del filtro se realiza sobre una cinta transportadora, o directamente al contenedor, enviándose al depósito de seguridad. Finalmente los bidones que no sean reutilizables se envían al depósito de seguridad y se tratan como otro residuo contaminado. Pág 35 de 120

37 6. TRATAMIENTO BIOLÓGICO Entre la gran variedad de residuos existentes cabe destacar por su volumen y connotaciones medio ambientales los residuos biodegradables. Estos residuos se caracterizan por su alto contenido en materia orgánica capaz de ser degradada mediante tratamientos biológicos. Hasta hace pocos años, los residuos generados por la escasa industria existente y las reducidas poblaciones no planteaban grandes problemas de contaminación y mediante procesos de autodepuración, la propia naturaleza se encargaba de integrarlos al medio natural, sin embargo este hecho ha cambiado sustancialmente. Dependiendo del modo que se lleve a cabo el tratamiento biológico se distinguen dos tipos: aerobios (ausencia de oxigeno) y anaerobios (presencia de oxigeno). Existen una serie de compuestos que afectan negativamente a los procesos biológicos, impidiendo o ralentizando las reacciones que tienen lugar. Estos compuestos inhibidores son de naturaleza muy variada y pueden ser desde compuestos orgánicos que aparecen como consecuencia del proceso generador del residuo, como es el caso de detergentes, pesticidas, antibióticos, etc. También puede existir inhibición causada por metales pesados o por concentraciones elevadas de elementos que en sí no son tóxicos como el sodio o el nitrógeno que sí lo es cuando se encuentra en forma amoniacal. Pág 36 de 120

38 6.1. Digestión Anaerobia Este tratamiento presenta un interés especial ya que además de reducir la contaminación del residuo, tiene lugar la producción de biogás, mezcla gaseosa con un importante potencial energético debido a su elevado contenido de metano (50-70%). Esquema de un digestor anaerobio Los residuos biodegradables susceptibles de ser tratados por digestión anaerobia son los siguientes: Fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos. El empleo de esta tecnología es bastante reciente, como consecuencia del endurecimiento de la legislación comunitaria en materia de medio ambiente. Fruto de este endurecimiento surgió la Directiva sobre vertederos que va a impedir progresivamente el depósito de la materia orgánica en vertedero de RSU (residuos sólidos urbanos). Pág 37 de 120

39 Residuos y vertidos de explotaciones ganaderas (estiércoles y purines). Desde un punto de vista medio ambiental, hasta hace relativamente pocos años, la ganadería no podía decirse que ocasionase ningún problema importante de contaminación. Los residuos generados en las explotaciones ganaderas se han venido utilizando tradicionalmente como abono y enmienda orgánica en los campos de cultivo, debido a su contenido en elementos minerales y materia orgánica. Sin embargo, en los últimos años se ha pasado de las explotaciones tradicionales extensivas a las intensivas debido a las exigencias del mercado. Este hecho ha ocasionado que los residuos generados sean también muy numerosos y localizados en zonas puntuales, que la capacidad de autodepuración del medio receptor no sea suficiente, ya que es incapaz de absorber dicha producción y genera un grave problema ecológico. Vertidos de industrias agroalimentarias, como los que se producen en alcoholera, azucareras, queserías, mataderos, conserveras, feculeras y los vertidos de las papeleras, cuyo contenido en materia orgánica biodegradable es elevado. Lodos anaerobios de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR). Estos lodos deben ser sometidos a determinados procesos con el fin de disminuir su carga orgánica, normalmente para su estabilización se utiliza un proceso de digestión anaerobia. La digestión anaerobia descompone la materia orgánica por medio de bacterias en ausencia de aire. El oxígeno necesario para su desarrollo lo obtienen del propio alimento. En la digestión anaeróbica los materiales de descomposición pasan por varios procesos: licuefacción, gasificación y mineralización, obteniéndose un producto final inerte con liberación de gases. Pág 38 de 120

40 La licuefacción se produce por enzimas extracelulares que hidrolizan los carbohidratos complejos a simples azúcares, las proteínas a péptidos y los aminoácidos y volátiles. Durante la gasificación, estos productos se convierten en gases, cuyos principales componentes son el metano y el dióxido de carbono. Finalmente, la materia orgánica soluble es también descompuesta. El proceso de digestión anaerobia se realiza en tanques completamente cerrados en los que intervienen varios tipos de microorganismos. Entre los más importantes y específicos de este proceso están por un lado las bacterias productoras de ácidos y por otro las bacterias productoras de metano. Las bacterias productoras de ácidos transforman la materia orgánica compleja, en productos intermedios. Las bacterias productoras de metano actúan sobre dichos productos intermedios transformándolos en gases y subproductos estabilizados. El proceso que se origina es lento y requiere unas condiciones determinadas. La primera fase del proceso se denomina fase ácida, con ph por debajo de 6,8, la segunda fase se denomina metánica, la cual aumenta el ph a valores de 7,4, estas bacterias son muy sensibles a los valores de ph y se inhiben con valores inferiores a 6. En digestiones de dos fases el fango de los digestores primarios (agitados y calentados por el propio gas producido) pasa a un segundo tanque o digestor secundario que no tiene ni mezcla ni calentamiento que sirve a su vez como espesador para poder retirar el sobrenadante con facilidad. La producción de gas en este digestor es mínima. El gas es almacenado en un gasómetro de campana flotante y el sobrante se incinera en una antorcha que actúa automáticamente en función del volumen almacenado. Otra solución que se le puede dar a este gas es la producción de energía eléctrica mediante cogeneración. Pág 39 de 120