- 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.