1. Tratamiento de Aguas Residuales
Oxidación química para
depurar aguas residuales
industriales
Resultados del proceso OHP en un caso real
J. Mª. Oliver
Director de Desarrollos Ecológicos Industriales
(DEISA)
Aquel tratamiento se mostraba ine-
1. Introducción ficaz para la eliminación de la
DQO soluble, uno de los contami-
Muchos procesos industriales ge- nantes principales del efluente.
neran efluentes líquidos, conte-
niendo compuestos orgánicos. Es- Los efluentes generados por el pro-
tos compuestos se detectan analíti- ceso de fabricación de dicha planta
camente y, de modo genérico, co- se caracterizan por:
mo DQO (Demanda Química de
Oxígeno). - Fabricación mediante procesos
discontinuos (por lotes) en reacto-
La legislación vigente limita el res; por tanto, efluentes constitui-
contenido en DQO de los vertidos dos principalmente por restos de
(tanto a redes de alcantarillado co- fabricación y aguas de lavado.
mo al medio natural), de modo - Efluentes no constantes en carga
que, a menudo, es necesario el tra- orgánica y de alta salinidad.
tamiento de los efluentes, para su - Efluentes con gran variabilidad
adaptación a las exigencias lega- de compuestos de naturaleza orgá-
les, antes de su vertido final. nica (benzoatos, ésteres alifáticos,
cetonas, alcoholes superiores).
Los tratamientos convencionales no
siempre son efectivos; algunos Los balances másicos de agua y
Tratamiento compuestos pueden ser muy esta-
de efluentes
cargas contaminantes de los efluen-
por O.H.P.
bles y no ser eliminados. La depu- tes generados en la fábrica se deta-
Vista general ración, entonces, no es satisfactoria. llan en la Tabla I.
de la instalación
Presentamos un caso real, detallan- Puede observarse que la planta de
do la toma de decisión y el resulta- síntesis orgánica, que contribuye
do alcanzado. con un 6,5% al caudal total, repre-
senta un 83,2% de la DQO total. El
punto clave para la corrección del
2. Descripción efluente consistía en la reducción de
del problema la DQO del efluente de esta planta.
Se presenta un caso real de
selección de la tecnología de Una empresa de fabricación de in-
tratamiento de las aguas termedios orgánicos, ubicada en 3. Estudio de
residuales de una planta de España, se planteó en 1995 la ne- alternativas
síntesis orgánica, caracterizadas cesidad de mejorar la calidad del
por un alto contenido de vertido. Una vez identificado el foco prin-
compuestos orgánicos y elevada cipal de contaminación, se proce-
salinidad. Después de estudiar Hasta esa fecha, el tratamiento de dió a evaluar las alternativas de
las aguas residuales de su planta de tratamiento, considerando las si-
las diferentes alternativas, se
síntesis orgánica consistía en una guientes limitaciones:
decidió aplicar un procedimiento homogeneización y corrección de
de oxidación química y se eligió pH, con decantación estática final. 1. Agua con elevada salinidad.
el proceso OHP (Oxidación Posteriormente, este agua se mez- 2. Elevada variabilidad en todos
Húmeda con Peróxido), cuyos claba con otras procedentes de una los parámetros.
resultados se recogen en este planta anexa, antes de verterse al 3. Trabajo discontinuo. Efluente
artículo. colector público. 250 días/año.
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2. INGENIERIA QUIMICA
Tabla I. Balances másicos del efluente
(datos medios)
(1) Planta (2) Efluente Proporción, Límite
síntesis total (1) sobre (2) vertido
Caudal (m3/h) 3 46 6,5% ----
Cloruros (ppm) 4.500 2.000 14,7% 2.000
Sulfatos (ppm) 8.000 1.500 34,8% 2.000
DQO (ppm) 7.000 550 83,0% 150
- Una carga orgánica variable, en - Inversión estimada: 200 MM pta.
cantidad y en calidad, puede exigir - Coste explotación: 30 MM pta/
la inmovilización de grandes volú- año en gas natural.
menes de líquido para homogenei-
zación, o incluso la adaptación de Debido a los elevados costes, así
Reactor la biomasa según campañas. como a las dificultades burocráticas
y cuba de existentes (legislación muy restric-
neutralización
4. Posible presencia de compuestos re- En general, es recomendable reali- tiva) se desestimó esta alternativa.
fractarios a la oxidación biológica. zar un pilotaje previo. En este ca-
so, el pilotaje se realizó a través de e) Oxidación química
Se procedió a estudiar la aplicación de un laboratorio especializado, con
las siguientes alternativas: Los procesos de oxidación química
unos resultados modestos. No se
pueden dar respuesta a las especia-
conseguía una buena calidad del
a) Reutilización de los vertidos les características del problema
fango biológico y los rendimientos
planteado. Se trata entonces de en-
no se podían estabilizar.
Si es posible, es la mejor solución. En contrar el oxidante adecuado y el
este caso no se puede aplicar al conte- proceso eficaz.
Los parámetros medios que se ob-
ner productos degradados. Se estudia- tuvieron fueron:
ron diversas alternativas de reaprove- Las características de un proceso de
chamiento con resultados negativos. oxidación química se resumen en:
- DQO entrada: 7.500
- DBO entrada: 1.250
b) Tratamiento biológico - Simplicidad de concepción.
- Ratio DQO /DBO5: 6
- DQO salida: 3.225 - Versatilidad:
Es la solución estándar para la reducción • En cuanto a caudales
de la DQO soluble. En efluentes indus- - Rendimiento: 57%
• En cuanto a compuestos
triales de procesos químicos, comporta - Posibilidad de trabajar en discon-
unos riesgos que hay que considerar: No se consideró apropiado imple-
tinuo.
mentar un tratamiento biológico,
- Coste de explotación proporcio-
- Si el ratio DQO/DBO5 es superior a ya que no se conseguían los valo-
nal a la carga contaminante.
5, el proceso biológico es ineficaz. res de DQO en el vertido exigidos
Reactor y cuba
de neutralización - La salinidad elevada limita la aplica- por las autoridades. f) Resumen
y espesador ción de procesos biológicos. c) Tratamientos físicos
de lodos La Tabla II resume las ventajas e
inconvenientes de los procesos
Se ensayaron procedimientos de
descritos.
coagulación + floculación, con re-
sultados muy poco satisfactorios.
4. Procesos de
También se realizaron ensayos (de oxidación química
laboratorio) de absorción con car-
bón activado, con rendimientos ba-
Los oxidantes industrialmente utili-
jos y costes muy elevados por re-
zables son un número limitado. La
posición del carbón.
Tabla III los relaciona, con sus ven-
d) Incineración tajas e inconvenientes relativos:
Se solicitaron ofertas para instalar De entre los sistemas de oxidación
una incineradora, aunque no se lle- analizados, los que ofrecían mejores
garon a tramitar los permisos. perspectivas son la oxidación median-
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3. Tratamiento de
Aguas Residuales
- Cloraminas.
Tabla II. Comparativa entre alternativas de tratamientos
- Colorantes.
- Cianuros complejos.
Ventajas Inconvenientes Caso estudiado Costes explot. - Aceites, grasas e hidrocarburos.
- Aromáticos simples y complejos.
Reutilización Eliminación del No siempre es No posible Variables - Compuestos orgánicos halogena-
vertido posible dos.
- Moléculas orgánicas complejas.
Tratamientos Procesos Rendimientos Rendimientos Bajos
físico- unitarios simples menores a otros bajos La mayor limitación de la reacción
químicos sistemas de Fenton se basa en la lentitud de
la reacción al realizarla a tempera-
Oxidación En general Proceso Pocas garantías Bajos a medios turas bajas. Asimismo si el tiempo
biológica costes bajos complejo para de reacción es elevado, el riesgo de
estos efluentes recombinación del radical hidroxi-
industriales lo, o de descomposición del agua
oxigenada, aumenta. De esta forma,
Incineración Proceso simple Deben Costes elevados. Altos el rendimiento global se reduce.
y automatizable conseguirse Dificultades
permisos burocráticas Para mejorar esta limitación se desa-
especiales rrolló el proceso OHP, un sistema
continuo capaz de trabajar a tempera-
Oxidación Versatilidad. Costes en Tecnología Medios a altos turas de hasta 120°C y presión hasta
química Automatizable general más adecuada 1,5 bar. En estas condiciones, la re-
Elevados superiores a acción de Fenton se desarrolla a una
rendimientos tratamientos velocidad muy superior; asimismo,
físicos o se minimiza el ratio de descomposi-
biológicos ción frente al de oxidación, resultan-
do un rendimiento global superior.
te ozono, y el llamado proceso de Fenton, o agua El radical hidroxilo puede oxidar En la figura 1 se representa el es-
oxigenada catalizada con sales de hierro (II). una gran variedad de contaminan- quema de una instalación de este
tes orgánicos: proceso.
Los estudios de laboratorio realizados con
ambas tecnologías revelaron unos rendimien-
tos insuficientes para el caso del ozono, el Tabla III. Comparación de
cual no conseguía superar el 60% de reduc- diferentes oxidantes químicos
ción de DQO.
El proceso de Fenton sí conseguía buenos re- Oxidantes Ventajas Inconvenientes
sultados, pero con un tiempo de reacción algo
elevado (de 4 a 5 horas trabajando a tempera- Cloro y dióxido de cloro Barato Aumento de sales.
turas de 60°C). Produce derivados
clorados.
De lo anterior, se dedujo que lo más eficaz se- No oxida hasta CO2
ría alguna variante de la reacción de Fenton,
que pudiera realizarse más rápidamente. Este Permanganato potásico No produce derivados Caro.
proceso es el denominado proceso OHP (Oxi- clorados No oxida todos los
dación Húmeda con Peróxido). compuestos.
Genera fangos
4.1. El proceso OHP
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Oxígeno a altas Alta eficacia. Sistemas sofisticados
pres. y temp. No produce residuos
La reacción de Fenton consiste en la genera-
ción de radicales hidroxilo, mediante la com- Aire Barato Baja eficacia
binación de agua oxigenada (H2O2) e iones
Fe2+, que actúa como activador. El radical hi- Ozono No produce residuos Caro.
droxilo es uno de los oxidantes más fuertes No oxida todos
que existen, como puede verse en la Tabla IV. los componentes
La reacción que se produce para la genera- Agua oxigenada Alta eficacia. Reacción lenta a
ción de radicales es la siguiente: (reacción Fenton) Bajo nivel de residuos temperatura y presión
ambientes
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + OH·
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4. INGENIERIA QUIMICA
Tabla IV. Potenciales Tabla V. Resultados medios planta OHP
de oxidación de
algunos compuestos
Entrada Salida Máxima entrada
Oxidante Potencial
Caudal 3m3/h 3m3/h 15m3/h
Fluor 3,06 V
DQOm 7.200 290
Radical OH (hidroxilo) 2,80 V
Ozono 2,07 V
Rendimiento 96%
Ion permanganato 1,77 V
Agua oxigenada 1,67 V
Generación fango 0,3 kg/m3
Dióxido de cloro 1,50 V
(30% sequedad)
Cloro 1,36 V
Otra ventaja del sistema OHP es la Tabla VI. Perfil de costes
Se realizaron mediciones de los
selección de los catalizadores o ac- OHP
gases de salida del reactor, siendo
tivadores, que en este caso son una
mayoritariamente CO2, O2 y N2.
combinación de sales metálicas, Agua oxigenada 75%
No se detectaron gases orgánicos
aumentando sensiblemente el ren- Alcali (NAOH, Ca(OH)2) 10%
ni subproductos (CO, NOx…).
dimiento respecto al uso de Fe2+ Acido (H2SO4, HCl) 3%
como activador único. Una ventaja Vapor 5%
En cuanto al residuo sólido genera-
adicional del proceso es que el ren- Electricidad 5%
do, éste se compone mayoritaria-
dimiento de depuración lo configu- Sales metálicas 2%
mente de hidróxidos metálicos,
ra el operador que, modificando la
juntamente con una cierta cantidad
proporción de reactivos, aumenta o
de coadyuvante de filtración. Rea-
reduce el grado de oxidación a vo- El coste principal del proceso OHP
lizada una caracterización del mis-
luntad. es debido al agua oxigenada. Para
mo se demostró como no tóxico.
la oxidación de 1.000 ppm de
En el caso considerado, se optó fi- DQO, el consumo aproximado de
nalmente por implantar este proce- 5.1. Costes de operación agua oxigenada es de 2,5 kg/m3.
so para tratar selectivamente los –––––––––––––––––––––––––––––––
efluentes de la planta de síntesis
orgánica. Los costes, de inversión y operati- 6. Conclusiones
vos, del proceso OHP son sensi-
5. Resultados del blemente superiores a un trata-
miento biológico convencional. El proceso elegido para la elimina-
tratamiento OHP
Sin embargo, a medida que los sis- ción de la carga contaminante or-
temas biológicos se van haciendo gánica (DQO) ha cumplido eficaz-
Después de doce meses de trata- más complejos, los costes se van mente con las previsiones. La
Figura 1.
miento los resultados medios obte- Esquema de
acercando. planta OHP, instalada desde 1996,
nidos fueron plenamente satisfac- la instalación funciona sin ningún problema des-
torios. La DQO media eliminada para En un proceso típico OHP, la dis- de esa fecha, confirmando sus ca-
fue del 96%. La Tabla V muestra tratamiento tribución de costes operativos tiene racterísticas:
OHP de
los datos de los resultados medios. el perfil indicado en la Tabla VI.
efluentes
- Permite tratar una gran variedad
de contaminantes orgánicos, inclu-
so tóxicos o refractarios a la oxida-
ción biológica.
- Su rendimiento y coste de opera-
ción es proporcional a la carga a
eliminar, y configurable por el
usuario.
- Es un proceso fiable y robusto,
que puede trabajar en continuo o
por lotes, y permitiendo oscilacio-
nes en el caudal o en la composi-
ción del efluente tratado.
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