- Tecnologías para tratar el
cromo y otras sustancias peligrosas - Tratamiento Biológico
convencional de residuos líquidos. - Sistemas Tecnológicos para
tratar los efluente contaminado con sustancias
peligrosas - Tratamiento físicos
Químico. - Comparación entre los
diferentes sistemas de tratamiento. - BIBLIOGRAFÍA
El cromo se utiliza como catalizador en la síntesis
del amoniaco, en la fabricación de aceros al cromo y
aceros inoxidables, en aleaciones con
cromo y en el cromado galvanizado.
Los complejos orgánicos encuentran
aplicación como colorantes de revelado en la fotografía
color, los
compuestos inorgánicos del cromo se utilizan como
pigmentos para pinturas. Las sales de cromo VI se utilizan
ampliamente para la preservación de la madera y para
el curtido de cueros.
El cromo se encuentra en la naturaleza casi
exclusivamente en forma de compuesto. El mineral de cromo es la
cromita (cromoferrita, pirita crómico). El cromo puro se
obtiene por reducción del oxido de cromo(III) con aluminio
(procedimiento
aluminotermico), mediante electrolisis o a través del
yoduro crómico..
El cromo es soluble en ácido sulfúrico y
ácido clorhídrico diluidos. Su presión de
vapor es de 10-6 Pa a 844oC, con un punto de
ebullición de 2672 oC y de fusión de
1872oC. Los nombres comerciales en que se puede
encontrar en el mercado son:
Bicromato de potasio, oxido de cromo(VI), trióxido de
cromo y oxido crómico.
Debido a su insolubilidad, el cromo metálico no
es toxico en el agua. Los
diversos compuestos del cromo hexavalente representan la mayor
amenaza, especialmente debido a sus efectos genéticos. Los
compuestos del cromo (VI) actúan en casi todos los
sistemas de
ensayo
diseñados para determinar sus efectos mutagénicos.
El hecho comprobado de que atraviesa la placenta significa un
alto riesgo, para los
embriones y fetos.
El efecto carcinogénico de los compuestos del
cromo (VI) no solo ha sido demostrado experimentalmente con
animales, sino
también ha sido confirmado por los resultados de estudios
epidemiológicos realizados a grupos humanos
expuestos ha estas sustancias en su lugar de trabajo.
El periodo de latencia correspondiente oscila entre 10 y
27 años. Contrariamente a lo que ocurre con los compuestos
del cromo(VI), no fue posible demostrar en forma concluyente el
efecto carcinogénico de los compuestos del cromo
III.
Las intoxicaciones agudas con compuestos de cromo VI se
manifiestan en lesiones renales, mutaciones en el tracto
gastrointestinal así como acumulaciones en el
hígado, en el riñón, en la glándula
tiroides y en la medula ósea. El índice de
eliminación es muy lento.
En las plantas se
conocen, entre otras, lesiones en el sistema
radicular, las raíces no desarrollan bien y las hojas se
mantenían angostas, tomando una coloración pardo
rojiza con aparición de pequeñas manchas
neuróticas.
En los sistemas acuáticos, la toxicidad de los
compuestos solubles del cromo varia según la temperatura,
PH y dureza
del agua y
según las especies de organismos que los pueblan. Los
compuestos del cromo VI se disuelven con facilidad, pero en
condiciones naturales y en presencia de materia
orgánica oxidable se reducen rápidamente a
compuestos cromo III, que es más estable y menos
hidrosolubles.
En los suelos la
movilidad del cromo en la pedosfera solamente puede evaluarse si
se consideraran la capacidad de absorción y
reducción de los suelos y de los sedimentos.
El cromo VI, aun en concentraciones relativamente bajas,
ya resulta toxico, siendo el PH del suelo un factor
fundamental. El uso de abonos fosfatados incrementa el ingreso de
cromo al suelo.
Los compuestos de cromo III asimilados juntos con los
alimentos
resultan relativamente inocuos, los compuestos del cromo VI en
cambio tienen
efectos altamente tóxicos. Tanto los animales como los
seres humanos solo incorporan a sus organismos cantidades
relativamente pequeñas de cromo por inhalación, la
mayoría de las sustancias que contienen cromo ingresan al
organismo a través de los alimentos y del agua que se
bebe.
Tecnologías para
tratar el cromo y otras sustancias peligrosas
Las tecnologías que emplean microorganismos
naturales para la destrucción de compuestos
orgánicos han sido históricamente, las
tecnologías de tratamiento mas utilizadas por su bajo
coste frente a los métodos
físicos y químicos. Estas tecnologías son
menos costosas porque las reacciones de degradación,
medidas por la actividad biocatalitica natural, se producen a
velocidades rápidas a temperatura ambiente.
A lo largo del ultimo siglo, el desarrollo de
tecnologías basadas en microorganismos para el tratamiento
de aguas residuales urbanas ha proporcionado excelentes procesos para
la destrucción de los constituyentes fácilmente
biodegradable s en condiciones aerobias. Por lo tanto, el
tratamiento de muchas aguas residuales y peligrosas se han
aplicado con éxito
procesos similares a los utilizados para el tratamiento
convencional de aguas residuales urbanas.
Sin embargo, el diseño
estándar clásico de los sistemas de tratamientos de
aguas residuales no consigue degradar muchos de los productos
químicos que se han inventado en el siglo xx y que ahora
aparecen en las aguas residuales industriales y
domesticas.
Tratamiento
Biológico convencional de residuos
líquidos.
El principal objetivo en el
tratamiento biológico de aguas residuales domesticas ha
sido la reducción de la demanda
biológica de oxigeno (DBO),
de forma que el liquido tratado se pueda admitir al ambiente con
un impacto mínimo sobre la ecología local. En
las EDARUs estas tareas se suelen llevar a cabo mediante procesos
en serie de tratamiento primario y secundario.
Limitaciones de los procesos biológicos
convencionales.
La EPA ha establecido una lista de compuestos peligrosos
que presentan riesgos para el
ecosistema o
para la salud publica
entre los cuales se encuentra el cromo VI debido a su
peligrosidad.
El éxito de los tratamientos convencionales en la
degradación de estos compuestos peligrosos depende del
destino final del compuesto en la instalación de
tratamiento. En el mercado existen varios procesos que procuran
un destino final de estos compuestos.
Biodegradación. El compuesto se destruye
al menos parcialmente.
Evaporación. Los compuestos
volátiles pueden salir de la instalación cuando se
encuentran en el decantador primario, en el biorreactor o en el
decantador secundario, mediante la evaporación a la
atmósfera.
Absorción a sólidos y
precipitación. Los compuestos orgánicos que se
dividen o seccionan preferentemente pasando desde el agua a los
sólidos en el biorreactor, al final saldrán de la
instalación en la evacuación de los
fangos.
Escape. Los compuestos que no se biodegradan
completamente, volatilizan o se absorben, saldrán del
biorreactor en el flujo del efluente liquido,
descargándose posiblemente al ambiente en aguas
superficiales o marinas.
El destino de un compuesto que entre en una planta,
también dependa e de los parámetros operativos de
la instalación, como son la tasa de aireación, el
tiempo de
retención del liquido y otros.
El destino principal de muchos productos químicos
peligrosos es la biodegradación, estas tasa es mas
rápida que la tasa de evaporación o de
absorción a sólidos en un reactor
optimizado.
Los impactos ambientales de estos destinos de compuestos
peligrosos en instalaciones convencionales de tratamiento son los
siguientes.
En la biodegradación no hay impacto alguno y los
resultados son favorables, en la evaporación la
emisión a la atmósfera de compuestos
volátiles, la exposición
a seres humanos a cancerigenos, contribuye a la
degradación de la capa de
ozono,
En la absorción los compuestos van al vertedero
junto con los fangos y pueden provocar contaminación de las aguas
subterráneas, lo que amenazaría el suministro de
agua potable,
En el escape la emisión de compuestos
tóxicos a las aguas superficiales, puede contaminar
fuentes de
agua potable, dañar el ecosistema local.
La discusión anterior pone de relieve las
limitaciones del tratamiento convencional respectos de muchos de
los compuestos peligrosos, por lo que las plantas de tratamientos
municipales o industriales, que no puedan tratar de forma
satisfactoria estos residuos se deben de modificar de modo que se
pueda evitar una emisión ilegal o poco ética al
ambiente. Estas modificaciones se deben integral a instalaciones
nuevas para que permitan tratar sustancias peligrosas.
Sistemas
Tecnológicos para tratar los efluente contaminado con
sustancias peligrosas
Se han desarrollados muchos sistemas biológicos
para apoyar o sustituir el tratamiento convencional con el fin de
eliminar los residuos peligrosos. Estos sistemas emplean
asociaciones microbiológicas extraídas de las
instalaciones de tratamientos convencional, estos organismos se
inoculan directamente en el biorreactor. A continuación se
examinan cada una de estas tecnologías.
Digestión anaerobia de fangos.
En muchas plantas de tratamiento, el fango efluente de
los tratamientos primario y secundario se lleva a un biorreactor
anaerobio denominado digestor anaerobio, para reducir la DBO
residual de los fangos. Las condiciones anaerobias dan lugar a la
degradación a la degradación biológica
metanogénica de la DBO, dejando a los fangos aptos para su
evacuación en el vertedero.
Los parámetros típicos para el digestor
anaerobio son: tiempo de retención de entre 10 y 20
días para líquidos y sólidos y una
temperatura de 35oC. El metano producido se debe quemar para
ayudar al calentamiento del biorreactor.
Proceso PACT
El proceso de
tratamiento con carbono
activado en polvo(proceso PACT), implica la adición
continua de carbono activo, en forma de polvo al biorreactor de
fangos activados con el fin de absorber los compuestos
orgánicos tóxicos y evitar así destinos no
deseados para estos compuestos. El carbono activado absorbe
orgánicos de todo tipo, por lo tanto el proceso PACT
permite que las plantas puedan operar con un caudal afluente
mayor y ayuda a estabilizar las cargas de DBO en el afluente. La
mezcla de fango-carbono se puede incinerar, se puede oxidar por
aire
húmedo, y se puede tratar por medio de digestión
anaerobia.
Absorción CAG/estabilización
anaerobia
Es una variante del proceso PACT, que ofrece una mayor
flexibilidad operativa, es un proceso de tratamiento de
adsorción por carbono activado granular
(CAG)/estabilización anaerobia. Este proceso se aplica
especialmente al tratamiento de aguas residuales peligrosas. Este
proceso implica dos proceso unitarios: (1) un tanque de mezcla
CAG/agua residual, en el cual el afluente de un pretratamiento
secundario pasa a través de un lecho CAG para separar los
compuestos orgánicos solubles mediante adsorción y
(2) un biorreactor anaerobio, donde se coloca el CAG del tanque
de mezcla para permitir la regeneración anaeróbica
del mismo. El carbono regenerado sustituye al carbono gastado en
el tanque de mezcla e idealmente las perdidas de CAG en la
manipulación serán limitadas.
Reactor biopelículas anaerobios
Los procesos microbianos anaerobios presentan varias
ventajas importantes frente a los aerobios como son: baja tasa de
producción de fangos, operatividad con una
mayor DBO afluente y mayores niveles de tóxicos,
ningún costo asociado
con el suministro de combustible al reactor y generación
de un producto
secundario útil, el metano. Sin embargo presentan mayores
gastos de
inversión y operación que los
aerobios, ya que deben permanecer cerrados y
calientes.
La tasa intrínseca de destrucción
biológica de los organismos peligrosos en los sistemas
anaerobios es mas lenta que en los proceso aerobios, sin embargo
esta tasa se puede maximizar mediante la inmovilización de
la biomasa sobre un medio soporte. Habitualmente, se utiliza un
medio plástico
muy poroso en un lecho compacto o un CAG en una columna
fluidizada.
El Reactor anaerobio CAG con lecho expandido se ha
demostrado ideal para el tratamiento de residuos que contienen
mezclas de
compuestos orgánicos fácilmente biodegradable y
biológicamente refractarios. La característica de adsorción del CAG
permite la retención de los organismos de
biodegradación lenta. Se ha demostrado que el CAG
proporciona una resistencia a las
cargas de choque y facilita la puesta en marcha de un
sistema.
Las plantas de tratamientos de residuos tóxicos y
peligrosos son instalaciones donde los residuos deben ser
sometidos a un tratamiento fisco-químico, como puede ser
la oxidación, reducción, neutralización,
filtración, estabilización, etc., para disminuir la
peligrosidad, incluyendo cuando sea posible, la
recuperación de algunos de sus constituyentes para su
reutilización.
La tendencia actuar es diseñar las plantas de
manera que los e instalaciones, donde se realice un determinado
proceso común al tratamiento de varios residuos sean
únicos.
Una línea general de tratamiento constaría
de los siguientes procesos:
Homogenización de residuos.
Eliminación de sólidos en
suspensión.
Separación de aceites, hidrocarburos
y taladrinas.
Eliminación de cromo hexavalente.
Neutralización y ajustes de pH.
Eliminación de metales.
Eliminación de compuesto de azufre.
Eliminación de fenoles.
Eliminación de lodos.
Comparación
entre los diferentes sistemas de tratamiento.
No puede afirmarse, que exista un sistema de
tratamiento, que pueda ser considerado como el mejor. De existir
este sistema seria absurdo, intentar introducir en el mercado
cualquier otro sistema.
La realidad es que los residuos peligrosos no pueden ser
tratado en su conjunto por un único sistema, lo que obliga
a la agrupación de residuos por sistemas de
tratamiento.
Las ventajas e inconvenientes de estos sistemas son los
siguientes:
Incineración.
Ventajas:
Reducción del volumen de
residuos.
Algunos residuos únicamente pueden ser
incinerados.
Ubicación en cualquier polígono
industrial.
Creación de puestos de trabajo.
Instalación temporal.
Es un sistema corrector del vertido
anárquico.
Soluciona problemas
puntuales.
Puntos débiles
Emisión a la atmósfera de
contaminantes.
Oposición de la población.
Impacto visual, si no esta en un polígono
industrial.
Eliminación de escorias y cenizas.
Coste elevado de inversión y
explotación.
Existencia de riesgos de accidente.
Planta de tratamiento
Físico-Químico
Ventajas:
Tamaño reducido.
Ubicación en cualquier polígono industrial
o área industrial.
Costes reducidos de inversión y
explotación.
Permite reciclar algunos residuos.
Algunos residuos únicamente deben ser tratados en estas
plantas.
Instalación temporal.
Desventajas:
Su vertido, debe ser tratado en plantas de tratamientos
de aguas residuales.
Los lodos generados deben ser llevados a
depósitos de seguridad.
No pueden ser instalados sin disponer de un deposito de
seguridad o llevar incluida una planta de solidificación
– inertización.
Tecnologías mas usadas para el tratamiento de
residuos peligrosos.
Recuperación por evaporación
Recuperación electrolítica
Intercambio de iones
Osmosis inversa
Las menos usadas son:
Sistemas de membrana para purificar las soluciones del
proceso
Sistemas de resina para regenerar los ácidos
contaminados
Electrodiálisis
Cristalización
Adsorción por carbón
Recuperación por
evaporación
La evaporación del agua de los procesos que se
realizan a temperaturas elevadas puede ser importante y aumentar
drásticamente a medida que la temperatura de la
solución sobrepase los 1400F. Es común
que se utilicen evaporadores en las soluciones
galvanoplásticas de cromo decorativas, en las soluciones
para electro deposición de níquel y en las operaciones de
electro deposición de cobre con
cianuro, aunque su uso no se limita necesariamente a estos. Estos
se clasifican en dos categorías: atmosféricos y al
vació.
Los evaporadores atmosféricos rocían el
flujo de desecho diluido por encima de un medio de empaque, una
malla o placas y hacen pasar el aire de la planta sobre el
empaque para realizar la evaporación, El bajo costo y la
sencillez de mantenimiento
son las ventajas de estos evaporadores, su desventaja radica en
que no pueden evaporar cuando los niveles de humedad del aire se
aproximan al 80 o 90%.
Los evaporadores al vació, existen en el mercado
una serie de diseños de evaporadores al vació
diferentes. A mayor vació, menor será la
temperatura a la que hervirá el agua. Al hacer que el agua
hierva a temperaturas menores(110-130oF), los evaporadores del
vació protegen algunos ingredientes delicados de la
soluciones de procesamiento que podrían descomponerse a
temperatura altas. Las ventajas de este sistema son: la
recuperación tanto del concentrado como el agua condensada
y la capacidad de operar en cualquier condición
climática. Las desventajas se incluyen altos costos de
energía y mantenimiento, así como la
formación de espuma en algunas soluciones de
proceso.
Recuperación
electrolítica.
Es una tecnología que
necesita de equipo especial de galvanoplastia a fin de disminuir
la concentración de metales disueltos en los enjuagues de
solución arrastrada y en los tanques de enjuague
concentrado. Sus ventajas son la reducción en la
generación de sedimentos, la destrucción
electrolítica parcial del cianuro y la
reutilización o venta del metal
de desecho. Sus desventajas se encuentran la recuperación
incompleta, tendencia a la combustión espontánea del metal
electro depositado y los costos de energía.
Intercambio de Iones
Este proceso se ha usado en la industria del
acabado metálico desde hace décadas, un sistema
común en el acabado metálico cuenta con un lecho
fijo de resina capaz de intercambiar o retirar de las aguas
residuales cationes o aniones de los cromatos. Los iones
bivalentes y trivalentes son mas fáciles de retirar
mediante el intercambio iónico que los iones monovalentes.
La ventaja principal de este sistema es que puede seleccionar lo
que debe retirar. Tienen la desventajas de carecer de la instrumentación adecuada para avisar cuando
la resina se satura, otra desventaja es que incluyen la necesidad
de equipo de tratamiento adicional para modificar el flujo
regenerante por una química adecuada para
la reutilización en casos selectos.
El intercambio iónico es muy usado para retirar
iones específicos del agua de enjuague en el tanque de
enjuague.
Osmosis Inversa
Se emplea para separar el agua de las sales
inorgánicas a través de una membrana que permite el
paso del agua pero impide el paso de las sales. Trabaja con
presiones de entre 400-800 psi, generadas por bombas, a fin de
impulsar el agua para que pase a través de la membrana y
deje tras si un liquido residual. Las membranas están
hechas de acetato de celulosa. El costo de las membranas puede
representar el 50% o mas del costo del equipo. Aparte de los
problemas de ensuciamiento, los sistemas de osmosis
inversa son muy sensibles a la temperatura.
Electrodiálisis
Es un proceso que emplea una pila de membranas
selectoras de iones separadas por espacios muy pequeños a
través de las cuales los materiales
iónicos se transfieren o rechazan de manera selectiva. La
fuerza que
impulsa a los iones a migrar dentro de la pila es un potencial
eléctrico que un rectificador aplica a dos
electrodos.
El equipo para Electrodiálisis es muy costoso e
implica el mismo grado de ensuciamiento de las membranas y los
mismos problemas de costo de reemplazo que los sistemas de
osmosis inversa.
Otros sistemas
Existe una serie de otros esquemas de
recuperación y reciclado a los que puede recibir la
industria de acabado metálico. Un proceso patentado
especial es un sistema a base de resina para purificar el
ácido contaminado con metales pesados. La resina retiene
el ácido y permite que el metal pesado pase a
través de ella. Una vez que el ácido ha sido
sometido a retrolavado, es liberado de la resina y devuelto al
proceso.
También se cuenta con sistemas de cristalizadores
o de secado por congelación que utilizan en una serie de
compañías manufactureras que cuentan con
instalaciones de electrodeposición.
La U. S Bureau of Mines(Oficina de Minas
de los Estados Unidos)
en Rolla, Missouri, creo un proceso para recuperar y reciclar
metales pesados y ácidos crómico de las soluciones
a base de ácido para desprender el cobre.
Otro proceso que se puede utilizar para el tratamiento
del cromo es por vía de la reducción usando los
agentes reductores como son el dióxido de azufre,
bisulfito o metabisulfito de sodio o sulfato ferroso. En donde en
la primera etapa del tratamiento conviene mantener un pH bajo
adicionando ácido sulfúrico en donde se reduce el
cromo hexavalente en un residuo residual que para que esta
reacción funcione en 100% dependerá del tiempo de
reacción, el pH de la reacción,
concentración y el tipo de agente reductor.
En la segunda etapa del tratamiento se realiza la
reacción contraria que consiste en elevara el pH del
liquido próximo a 9.0 el cual es el punto optimo para la
precipitación de cromo trivalente.
- -Estudio de la
contaminación y su control. - Instituto de Investigaciones
ecológicas de España
1996 UICN. - 2-Biotratamiento de residuos tóxicos y
peligrosos - Morris Levin, Michael A. Gealt- Mc Graw
Hill-1997. - 3-Guía de protección ambiental Tomo
III - Ministerio Federal de Cooperación
Económica y Desarrollo(BMZ)(GTZ) 1996. - 4-Manual de
Prevención de la Contaminación - Harry Freman- Mc Graw Hill-1997
Autor: Ing. Elías Gómez Mesa
MsC
Santo Domingo, Rep. Dom.