Marco de referencia. El tema de tratamiento de aguas no necesita una gran

introducción, simplemente se ha vuelto un tema recurrente en las agendas políticas de prácticamente todos los gobiernos, de cualquier nivel.

Si volteamos a ver el ámbito industrial, es una necesidad palpable, muchas veces pensamos que por los tratamientos de sus aguas de deshecho, sin embargo una gran cantidad de industrias requieren del acondicionamiento previo del agua para poderla utilizar en sus procesos.

Marco de referencia (cont.). En lo que se refiere en general a la parte municipal, van

a tener dos preocupaciones básicas en cuanto a agua:

Poder proveer de agua potable a su población.

Poder conducir las aguas de deshecho fuera de la comunidad.

Sin embargo éste segundo punto ya no es práctico, ha surgido la necesidad de “tratar el agua” en algún punto de la conducción, por que en el mejor de los casos nos hemos concientizado del problema ambiental que se genera “”aguas abajo”.

Marco de referencia (cont.). Por otro lado la problemática se acompleja en el

sentido de que en países como México las aguas residuales industriales se mezclan con las aguas residuales municipales, si a lo anterior le sumamos que las aguas pluviales (de lluvia) se conducen al mismo destino el problema se acompleja aun más.

No hay que perder de vista las aguas pecuarias, producto de operaciones de granjas, mataderos de animales y actividades relacionadas.

Cal en el ablandamiento de aguas. El ablandamiento es necesario por dos razones

fundamentales: Por cuestiones sanitarias (cálculos, entre otros renales).

Por cuestiones económicas, incrustaciones en las tuberías, gasto en jabones y detergentes, incrustaciones en sistemas industriales y ahorro en procesos químicos.

Ablandamiento químico: Consiste en la adición de sustancias al agua que reaccionan

con los iones calcio y magnesio, transformándolos en compuestos insolubles, que son separados del agua por procedimientos físicos convencionales (decantación y filtración).

Cal en el ablandamiento de aguas. Existen varios procedimientos para realizar el

ablandamiento del agua: - Con cal. - Con carbonato sódico y cal. - Con sosa cáustica (hidróxido de sodio). La cal a utilizarse normalmente es en su forma hidratada o

en lechada, tener alta pureza, muy bajo sílice, de preferencia micronizada y altamente reactiva en términos de un coeficiente conocido en química como actividad (a°).

Además de cumplir completamente con el grado alimenticio lo que significa muy baja presencia de metales pesados entre otros parámetros.

Tratamiento de aguas residuales. Para poder abordar la utilización de la cal en el

tratamiento de aguas residuales es importante que tengamos (para fines de ésta plática) una panorámica de que operaciones (físicas) y procesos (químico-biológicos) se llevan a cabo en una planta de tratamiento de aguas.

Tomaremos el ejemplo más complejo y lo desglosaremos en sus partes, destacando en cada una de ellas donde es factible de utilizarse cal y contra que otro tipo de alternativas estamos compitiendo.

Esquema de una planta conteniendo hasta tratamiento terciario.

Pre-tratamiento.

Pre-tratamiento. Es la parte en la que la planta tratadora recibe las aguas

servidas, dichas aguas contienen por lo general:

Material vegetal flotante (troncos, ramas, plantas).

Basura sólida, botellas, plásticos, papel y cartón, latas.

Materia orgánica diversa (cadáveres de animales).

Alto contenido de solidos en suspensión, arenas, arcilla.

Contenido orgánico y químico propio del tipo de agua a tratar.

La primera restricción para que el agua pase a etapas posteriores es el cribado.

La segunda restricción son los desarenadores. Abajo se muestra la limpieza de uno municipal.

Etapa primaria de tratamiento. Ahora sí, una vez que una gran cantidad de materiales han

sido removidos del agua podemos comenzar con el tratamiento primario.

Dicho tratamiento consiste en captar una gran cantidad de materia que se encuentra suspendida en el agua, se caracteriza por tener tamaños de partícula muy pequeños o ser del tipo coloidal.

El principio básico es desbalancear las cargas eléctricas de las micro-partículas de tal manera que por atracción eléctrica se comiencen a conglomerar.

A dichos conglomerados se les conoce como floculos y a la acción de generarlos como flocular.

Tratamiento primario.

Una vez formados los floculos, llega un momento en que alcanzan un tamaño crítico y no pueden suspenderse más en el agua, por lo que son arrastrados por la gravedad al fondo del clarificador a este fenómeno se le conoce como precipitación.

Es aquí donde la precipitación da génesis a los lodos primarios en el fondo del clarificador, de éste punto son bombeados para posteriormente acumularse con los de etapas posteriores de existir.

La etapa primaria es fundamental por dos aspectos: Es la primera fase en donde se van a generar lodos

residuales.

La cal puede ser utilizada como floculante, además de poder utilizarse como regulador de pH.

La selección de un floculante en específico es una decisión multifactorial que incluye entre otros: Diseño exprofeso de la planta.

Etapas subsecuentes de la misma.

Disponibilidad y tipo de floculante o mezclas de los mismos.

Clarificador.

Primer plano de clarificadores en planta de tratamiento municipal.

Detalle constructivo de los clarificadores.

Si la planta cuenta únicamente con el tratamiento primario es muy deseable que utilice como floculante la cal.

De utilizarse la cal, los efectos inmediatos son:

Eliminación de malos olores o en todo caso control de los mismos.

Dramática disminución de la actividad bacteriana.

El tiempo de formación de floculos es casi instantáneo.

Las velocidades de precipitación son altas.

Tipos de floculantes más utilizados. Cloruro férrico.

Sulfato de aluminio.

Cal hidratada de alto calcio en lechada.

Cal hidratada o viva, micronizadas, alimentadas por inyección.

Polímeros anicónicos y catiónicos.

Mezclas de los anteriores.

Las características de la cal a resaltar son las siguientes: Muy pequeño tamaño de partícula.

Muy baja dispersión dentro del rango del tamaño de partícula.

No importa que se trate de cales fuera de la especificación de “grado alimenticio.

De la más alta pureza es muy deseable.

Muy bajo contenido de sílice.

Muy reducido contenido del grupo R2O3.

No se pueden utilizar cales dolomíticas por que se autofloculan.

Tratamiento secundario.

Tratamiento secundario. Es conocido también como biológico, ya que en esta

fase se agrega una cepa bacteriana a las aguas que proceden de la etapa primaría.

Las bacterias textualmente se alimentan de la materia orgánica disuelta y suspendida en el agua.

Se inyecta aire (para proveer oxigeno) y promover la multiplicación de las bacterias, además de evitar la proliferación de alguna cepa anaerobia.

Existen demasiadas variantes algunas muy complejas y escapan del alcance de la platica de hoy.

Etapa secundaria, se aprecia la inyección de aire que burbujea desde el fondo.

Aspectos de etapas secundarias de tratamiento.

En cuestión de control es la etapa más crítica en una planta de tratamiento de aguas.

Aquí se generan los lodos secundarios que por obvias razones son biológico-infecciosos.

Regularmente se abate drásticamente la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), que se traduce en un efluente ya de muy buena calidad.

Los lodos obtenidos en dicha etapa se juntan con los de la etapa primaria y son enviados a concentrar (Posteriormente retomaremos el caso).

Destino del agua del tratamiento secundario:

Si solo se requiere llegar hasta una etapa secundaria las aguas se pueden utilizar en las siguientes aplicaciones: Con fines agrícolas, por lo que en el diseño se define la

cantidad de orgánicos que contendrá el agua a la salida de la etapa por así convenir a la agricultura.

Con fines de reciclado: para riego estético, como lo son parques, vía pública o lavado industrial y otros, lo cual implica la cloración o el uso de ozono en combinación con rayos ultravioleta para inhibir la actividad bacteriana.

Directamente vertidos a canales o ríos.

Para pozos de inyección y recuperación de mantos freáticos.

A tratamientos terciarios.

Tratamiento terciario. Es también conocido como tratamiento fisicoquímico.

Tiene lugar cuando se presenta alguno de los siguientes escenarios o combinación de los mismos:

Queremos llevar el agua a grado potable.

El agua presenta metales pesados.

La existencia de radionúclidos.

El agua presenta moléculas de orgánicos peligrosos sean o no cancerígenas.

La presencia de iones de sales tóxicas como lo es el caso del cianuro y otros iones como el Arsénico.

Tiene caso hacer énfasis en ésta etapa de tratamiento ya que normalmente la cal forma parte del mismo, por su capacidad de formar hidróxidos precipitables de un gran número de componentes entre ellos los metales pesados y los radionúclidos.

Es tecnológicamente hablando la etapa donde compiten tecnologías textualmente de la era espacial.

Por su complejidad no vale la pena entrar en detalle, pero se pueden obtener aguas puras en dicha etapa.

Esta etapa por si sola es muy utilizada para concentrar el agua pesada para plantas nucleares.

Regresando a los lodos: Una vez reunidos los lodos de la etapa primaria y

secundaria se homogenizan y pasan a concentrarse, después de concentrarse (existen muchas tecnologías para lo mismo) pasan a las etapas de secado, lo anterior no es que vayan a quedar “secos” , debemos considerar de que partimos de lodos con contenidos de solidos que van del 4% al 6% de material sólido.

Es aquí cuando obtenemos los famosos lodos residuales de las plantas de tratamiento de aguas.

En todo caso dichos lodos no van a pasar el análisis CRETIB y hay que hacer algo con ellos.

Corrosivo.

Reactivo.

Explosivo.

Tóxico.

Inflamable.

Biológico-Infeccioso.

Formas de tratar los lodos: En esta parte voy a basarme en las normas de la

agencia del medio ambiente de E.U. (EPA), no por otra cosa sino por su gran experiencia en el manejo de los mismos, que los llevo a autorizar varios métodos estándares de manejo de lodos y sus diferentes vías de disposición final, aclarando que existen otros.

Confinamiento o disposición final (con pretratamiento).

Calcinación.

Pasteurización con cal viva.

Es importante aclarar que los lodos tratados pueden groso modo considerarse en dos subclases:

Lodos tipo A, son aquellos que por su carácter inocuo al ser humano puede estar en contacto con el mismo, por ejemplo utilizados para fabricar mejoradores agrícolas, piezas constructivas, materiales de relleno y otros.

Lodos tipo B, son aquellos que no pueden estar en contacto directo con los humanos pero que pueden destinarse a rellenos sanitarios, recuperaciones forestales, materiales de relleno según sea el caso.

Confinamiento o disposición final.

Se trata de llevar los lodos producidos en la planta de tratamiento a un relleno sanitario que cumpla con los estándares para poder contenerlos.

Normalmente de todas formas se requiere de tratamiento o acondicionamiento previo (cal).

Requieren generalmente grandes áreas para almacenarlos.

Puede existir riesgo con los lixiviados.

Generan problemas de olores, insectos y roedores.

Quemado a calcinación. Su nombre lo dice todo, sin embargo tiene algunas

características especiales:

Es el más antieconómico de los métodos.

Su utilización se restringe a plantas pequeñas de tratamiento.

Debemos estar seguros de los tiempos de residencia de los gases en los calcinadores, para no enviar al medio ambiente algún químico dañino.

Genera cenizas que requieren una disposición final.

Tiene altos costos de mantenimiento.

Pasteurización con cal viva. Se trata de combinar los lodos residuales con cal viva,

al generarse la reacción de hidratación de la misma y despedir el calor correspondiente, en las condiciones de operación adecuadas (temperatura y tiempo) el lodo queda completamente inocuo (clase A).

Muchas personas dan como argumento que el volumen de los lodos se incrementa, lo cual es verdad, pero vamos a analizar a detalle el problema

Pasteurización con cal viva (cont.). Permite la utilización de sistemas de filtrado y prensado

más flexibles.

La actividad bacteriana se detiene por completo con la ventaja de tener un residuo manejable, se puede disponer del mismo en cualquier área destinada a deshechos.

Generalmente se trata de un producto con valor agrícola, por lo menos en términos de características agroquímicas.

Sirve de base para fabricar agroquímicos de mayor valor agregado, por ejemplo adicionando derivados dolomíticos.

Evita la utilización de tecnologías más caras o complejas.

Casi siempre existe una fuente cercana de suministro de cal

Pasteurización con cal viva (cont.). Se requieren cales reactivas más no de muy alta

pureza, lo anterior requiere una evaluación técnico-económica.

Permite la utilización de tecnologías combinadas, secado-calcinación, o incluso la utilización de la tecnología secado-pelet-calcinador de basura sólida.

Evita la generación de lixiviados peligrosos en el largo plazo en caso de enviarse a disposición final.

Algunas conclusiones. El tema de tratamiento de aguas y lodos es altamente

técnico y especializado.

Como industria debemos de contar con los expertos (asesores) que sean capaces de influir la toma de decisiones no solo en nuevos diseños, existe una gran oportunidad de modificación para utilizar cal en diseños existentes.

El mercado potencial es muy grande (déficit) y sigue creciendo, ya que es directamente proporcional al crecimiento de la población y al desarrollo económico.

La utilización de cal viva para tratar los lodos es una opción a considerar en plantas grandes.