TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Profesora: Judith Narváez Terán Máster en Toxicología Industrial y Ambiental

TRATAMIENTO DE AGUAS CONTAMINADAS EN ACTIVIDADES MINERO METALÚRGICAS

PRECIPITACIÓN Y NEUTRALIZACIÓN

PROCESOS DE NEUTRALIZACIÓN Industrias minero metalúrgicas utilizan cantidades grandes de ácidos y bases en procesos de limpieza y acabado de productos. Son disoluciones acuosa que contienen: Ácidos: HCl; H2 SO4 H3PO4 H2CO3 Bases: NaOH y NH3 Especies aniónicas: del sistema fosfato (PO43-, HPO42- y H2PO41-) Carbonato CO32- y HCO32- Ión amonio (NH41+).

Las cantidades de ácidos y bases en los líquidos residuales son muy variadas y la literatura especializada nos indica que son frecuentes los residuos líquidos que contienen ácidos y bases fuertes con valores del orden del 15% en peso, estos líquidos tienen carácter corrosivo y biocidas.   Neutralización Química: la neutralización de pH =7, de líquidos muy ácidos o muy básicos antes de incorporarlos al medio hídrico es fundamental, por ejemplo aguas ácidas de minas. El ajuste de pH para facilitar otros tratamientos u operaciones, como el tratamiento biológico de los residuos o los procesos previos a la floculación.

NEUTRALIZACIÓN: previo a la neutralización, el líquido pasaría por un proceso de sedimentación y de filtración para obtener un líquido homogéneo libre de partículas de todo tipo, obteniéndose como resultado una disolución de un ácido de composición conocida.  La neutralización nos proporciona un líquido de pH entre 7 y 9. El residuo se somete a un control ambiental. Si el control es positivo, el líquido resultante puede seguir diferentes rutas:   1.Conducción del líquido al sistema de saneamiento de agua. 2. Conducción del líquido a otros sistemas de tratamiento. 3. Conservación del líquido para recuperar el agua y reutilizar en el proceso. 4. Recuperación de subproductos, sobre todo algunas especies inorgánicas que abunden en el líquido.

En la mayoría de las situaciones, las corrientes obtenidas tienen una elevada salinidad debido al alto contenido en especies iónicas disueltas como iones sulfato, cloruro, ión sodio, calcio y su gestión posterior es un punto importante a ser considerado. En el caso de aguas ácida de mina, el contenido de ión sulfato es muy elevado, se puede desarrollar proceso de recuperación de este anión para su utilización.

PROCESOS DE NEUTRALIZACIÓN MÁS FRECUENTES 1. LÍQUIDOS ÁCIDOS estos pueden ser neutralizados fácilmente, utilizando cantidades apropiadas. a. NEUTRALIZACIÓN CON HIDRÓXIDO DE SODIO. Se utiliza para tratar pequeños volúmenes, las principales características de este neutralizante es su facilidad de preparación, cinética de neutralización alta, forma productos de reacción solubles y no presenta problemas de co- precipitación. b. NEUTRALIZACIÓN CON ÓXIDO DE CALCIO es una operación rutinaria en la mayoría de industrias que tratan residuos. El oxido de calcio se disuelve en agua y forma la lechada de cal y se utiliza para neutralizar grandes volúmenes, su proceso es lento pero el costo de este proceso es más barato.

LÍQUIDOS ALCALINOS: Estos líquidos resultan de las operaciones de limpieza de ciertos materiales en muchos tipos de industrias. Están constituidos por líquidos de las operaciones de desengrasado que pueden contener, hidróxido de sodio, amoníaco, carbonatos y fosfatos de sodio. Este tipo de disoluciones tienen valores de pH alto y además suelen ser portadoras de grasa, aceites, cantidades diversas de tenso activos. Por ello requiere un tratamiento previo a la neutralización   El proceso de neutralización de estos líquidos es sencillo que solamente se necesita utilizar una cantidad apropiada de ácido fuerte. Los más utilizados son: ácido sulfúrico y clorhídrico, tienen la ventaja que no forman compuestos sólidas. PARÁMETRO DE CONTROL Y EFECTOS SOBRE EL MEDIO AMBIENTE DEL pH Destrucción de la vida acuática: a pH menor a 4 se destruye la vida de muchos vertebrados e invertebrados así como la mayoría de plantas. CORROSIÓN. Las aguas con pH menor que 6 y pH mayor que 9 producen graves efectos en tuberías, calderas y en otras instalaciones.

PRECIPITACIÓN QUÍMICA

PRECIPITACIÓN QUÍMICA Los elementos o compuestos químicos que pueden contaminar las aguas se encuentran disueltas, la forma de removerlos del agua, es la precipitación química, proceso que convierte los elementos y compuestos solubles en insolubles mediante la precipitación química. Los sólidos suspendidos pueden ser removidos directamente por sedimentación o por coagulación o floculación y posterior sedimentación. La precipitación fisicoquímica es la técnica más utilizada en el tratamiento de aguas residuales que contienen principalmente compuestos inorgánicos.  En el caso de los elementos metálicos, los compuestos que se trata de formar son los hidróxidos o sulfuros, compuestos que presentan bajas solubilidades.

PRECIPITACIÓN DE ESPECIES METÁLICAS Es un proceso físico químico en el que se mezclan dos líquidos, dando lugar a la aparición de un sistema heterogéneo. Estas fases minerales formadas, pueden ser separadas mediante proceso de sedimentación, filtración u otros métodos físicos. La eliminación de iones metálicos e inorgánicos, mediante la formación de compuestos poco solubles, como: hidróxidos metálicos y también los carbonatos, sulfuros, fosfatos y sulfatos sólidos. La precipitación de las especies químicas, se puede realizar en distintas etapas del tratamiento de un residuo, es utilizada preferentemente en las siguientes situaciones: 1. Directamente en la fuente para eliminar los metales pesados y disminuir la carga contaminante de ciertos caudales. 2. Como tratamiento central para eliminar, fosfatos, sulfatos, fluoruros y arseniatos.

COMPUESTOS QUÍMICOS DE PRECIPITACIÓN Estos agentes de precipitación, se utilizan conjuntamente como agentes floculantes que facilitan la precipitación: cloruro ferroso y férrico, sulfato ferroso y férrico, cloruro de aluminio y sulfato de aluminio, polímeros y sulfuros poli orgánicos. La elección de cada uno de estos compuestos químicos, no es arbitraria sino que se basa en los siguientes criterios prácticos, de gran importancia físico química como: 1. Características del líquido residual. 2. El coste y disponibilidad del agente precipitante. 3. La capacidad de regulación del pH. 4. Los costes asociados al manejo del agente precipitante. 5. Cinética del proceso. 6. Los aspectos térmicos del proceso. 7. La posible evolución de gases y sobre todo gases tóxicos.

PRECIPITACIÓN DE HIDRÓXIDOS METÁLICOS: La precipitación de hidróxidos metálicos, es en general una tecnología de gran efectividad y bajo coste  eliminar metales pesados de las aguas industriales. Este tratamiento convierte a los iones metálicos en compuestos sólidos, insolubles que puedan ser separados mediante métodos físicos. Mn + n OH- = M(OH)n(s) M= metal   PRECIPITACIÓN CON HIDRÓXIDO DE SODIO. Ventajas: alta velocidad de las reacciones neutralizaciones/precipitación. Los procedimientos de almacenamiento y manejo del reactivo son más fáciles debido a que se utiliza como líquido. Da lugar a especies solubles cuando se trabaja a bajos valores de pH. Tanques de retención más pequeños, y menores tiempos de retención ,en comparación con otros sistemas.

DESVENTAJAS: el establecimiento del pH de precipitación requiere un estricto control. La precipitación da lugar a veces a sólidos gelatinosos, lo que dificulta el proceso de clarificación. PRECIPITACIÓN DE GRUPO DE METALES: Las diluciones o efluentes a tratar están caracterizados por la presencia de diferentes especies metálicas. Dependiendo de la naturaleza más o menos tóxica de cada una de las especies, puede realizarse la precipitación conjunta de ellas, o bien, puede requerirse la precipitación selectiva de las fases minerales.

En el caso de los elementos metálicos, los compuestos que se trata de formar son los hidróxidos o sulfuros, compuestos que presentan bajas solubilidades. PRECIPITACIÓN COMO HIDRÓXIDOS: se precipita el ión metálico como hidróxido metálico, al elevar el pH de la solución se forman compuestos de hidróxido de metal, compuestos insolubles, que son precipitados en la solución Para conseguir la formación de hidróxidos de los metales disueltos se necesita un agente alcalino que pueda alcanzar un pH alto, con hidróxido de calcio, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio y los demás hidróxidos de metales alcalinos o alcalinotérreos.

La cal se usa en forma de lechada para permitir un buen control de pH final deseado, consiguiendo pH mayores a 10 en el cual precipitan todos los metales pesados.   El ión ferroso y el cromo hexavalente, muchas veces es necesario previamente convertirlos a hierro férrico y cromo trivalente, antes de precipitarlos, ya que en estos estados son mucho menos solubles. Para la oxidación se puede utilizar cloro, aireación o permanganato de potasio, y en segundo caso se pude usar anhídrido sulfuroso o bisulfito de sodio. DESVENTAJA del uso de la cal en la precipitación química, se forma un alto volumen de lodos de baja densidad, siendo su mayor ventaja su costo.

Si ahora nos fijamos en las curvas vemos que los compuestos metálicos tienen diferentes mínimos de solubilidad, 6 < pH < 10 para el Fe, 8.5 < pH < 12 para el Zn y 9 < pH < 12, para el Ni. Por ello, parece conveniente realizar la precipitación a pH = 8.5 -9, en la zona común de los tres mínimos de solubilidad.

PRECIPITACIÓN DE SULFUROS: con el uso del ión sulfuro como precipitante de los metales se obtienen precipitados con un producto de solubilidad menor que los hidróxidos, pero se deberá mantener un pH adecuado, para evitar la redisolución de los sulfuros formados. Los sulfuros utilizados son: ácido sulfhídrico, el sulfuro de bario, ya que el ácido sulfhídrica crea inconvenientes de manipulación; incluso con el manejo de sulfuro de sodio se debe tener precaución, cuando este entra en contacto con aguas de bajo pH. La precipitación con sulfuros se da con todos los metales pesados, pero se usa para la remoción de mercurio y cromo hexavalente. La precipitación con sulfuros ofrece la ventaja de producir precipitado relativamente denso y reciclable, produciendo menor cantidad de lodos y se recupera sulfuros metálicos