Cómo eliminar los metales pesados de las aguas residuales

P. ¿Qué consejos puede dar a nuestro taller sobre la eliminación adecuada de los iones de metales pesados solubles de nuestras aguas residuales?

R. Los fabricantes de hoy deben ser muy conscientes de los problemas, y especialmente de las sanciones, asociadas con la descarga de aguas residuales industriales en los sistemas de tratamiento de aguas residuales. La corrosión y otras interferencias con los sistemas de tratamiento de aguas, la exposición de los trabajadores a sustancias tóxicas y humos peligrosos, los altos costos de eliminación de lodos y el paso de contaminantes tóxicos a las aguas superficiales son sólo algunos de los resultados de un tratamiento inadecuado o insuficiente de las aguas residuales.

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La eliminación de iones de metales pesados solubles de las aguas residuales es un requisito común del tratamiento industrial en la manufactura moderna. Los procesos que generan flujos de residuos que contienen metales pesados incluyen:

• Galvanoplastia
• Galvanoplastia en níquel autocatalítica
• Manufactura de placas de circuito impreso
• Operaciones de formado de metales
• Reciclaje de baterías
• Operaciones mineras

La precipitación y la ultrafiltración ofrecen dos formas de eliminar los metales pesados de las aguas residuales que son superiores a las soluciones convencionales. Ambos pueden ayudar a los fabricantes a evitar consecuencias costosas, y un proveedor respetable puede aconsejar qué proceso ofrecerá los mejores resultados, según una variedad de criterios específicos de la aplicación.

Entendiendo las variables

La concentración y la forma química de los metales pesados solubles en una corriente de aguas residuales en particular varían, dependiendo de la industria y de la combinación de operaciones en un sitio de procesamiento. Por ejemplo, en la industria de los acabados, los proveedores de productos químicos especializados han desarrollado tecnologías de aleaciones como el zinc/níquel y otros recubrimientos de aleación para maximizar la alta resistencia a la corrosión del metal.

El zinc/níquel de elección para la industria de acabados de superficies de hoy en día es una química de electrolitos alcalinos en lugar de una química de electrolitos ácidos. Esto se debe a la distribución de la aleación requerida por el espesor de la placa en toda la pieza. Desafortunadamente, la química alcalina contiene quelantes y/o complejadores y aditivos orgánicos para permitir la codeposición del níquel en el depósito con el zinc. Estos quelantes/complejadores hacen que las aguas residuales sean extremadamente difíciles de tratar a través de métodos de tratamiento químicos o físicos convencionales.

Las aguas residuales de zinc y cromo pueden tratarse mediante métodos convencionales, como la precipitación y el uso de polímeros en un clarificador de láminas, seguido de un filtro prensa para deshidratar los lodos. Sin embargo, el zinc/níquel alcalino altamente complejo no precipita y los metales quelados tienden a permanecer en solución. Además, las concentraciones de metales son demasiado altas para descargarlas en las plantas de tratamiento públicas locales (POTW en inglés). El níquel es un componente peligroso y no está exento. La adición de aguas residuales del proceso de zinc/níquel hará que filtro prensa se convierta en un desecho peligroso tipo RCRA “listado” con el código F006, lo que resultará en aumentos significativos para su eliminación y costos regulatorios.

Eliminando los sólidos

Las estrategias de eliminación típicas implican precipitar los metales en una forma insoluble —como hidróxidos, sulfuros, carbonatos o alguna combinación— y eliminar el precipitado con ultrafiltración tubular (para un filtrado de muy alta calidad) o una clarificación convencional. Luego, los lodos resultantes se recolectan, espesan y deshidratan para su disposición en vertederos y se enumeran como F006 (pero a un volumen mucho menor) y la fase de agua se devuelve al proceso de ultrafiltración.

A diferencia de las técnicas de clarificación convencionales, la ultrafiltración tubular (UF) es un método muy eficaz para eliminar prácticamente todos los hidróxidos/sulfuros/carbonatos de metales precipitados a la corriente de aguas residuales tratadas. El permeado resultante de alta calidad se puede alimentar directamente al equipo de ósmosis inversa para su reutilización, reclamarse “tal cual” o descargarse a la POTW. La ultrafiltración tubular puede procesar concentraciones de sólidos de hasta el 18 por ciento (p/p), pero la operación más eficiente ocurre normalmente entre el 3 por ciento y el 5 por ciento de sólidos.

Normalmente, los lodos se extraen y pasan a través de procesos convencionales de espesado/filtro prensa o procesos similares para producir sólidos deshidratados, generalmente para la eliminación en vertederos. Los sobrenadantes de los procesos de manejo de lodos se reciclan a través del sistema de filtración de membrana tubular (TMF, en inglés), de modo que las únicas salidas son el agua filtrada y el pastel compacto de sólidos.

La precipitación con hidróxido es un método común, ya que es relativamente simple de operar. La precipitación con sulfuro tiene algunas ventajas, pero el pH y el potencial de reducción de la oxidación deben controlarse cuidadosamente para minimizar el riesgo de producir niveles tóxicos de gas de sulfuro de hidrógeno. Usar precipitación de hidróxido y sulfuro en dos pasos secuenciales también es una opción, particularmente cuando están presentes complejadores o quelatos. La coprecipitación de carbonato usando carbonato de sodio o calcio también puede ser útil; por ejemplo, para la reducción de plomo soluble, el carbonato de plomo es esencialmente insoluble (0.00011 g/100 mL a 20 °C) y se precipitará. La precipitación con fosfato es otra opción, aunque este proceso no es tan común.

Finalmente, hay tecnologías de membrana disponibles que utilizan un aditivo patentado junto con un rompedor de quelatos para precipitar los metales quelados. Las ventajas de este proceso incluyen:

• Eliminación de clarificadores o separadores de láminas.
• No requiere coagulantes para el procesamiento porque el tamaño de los poros de la microfiltración y la membrana de ultrafiltración es muy pequeño.
• Reducción del volumen de lodos generados.
• Reducir los costos de mano de obra al reducir la necesidad de la interfaz del operador y el monitoreo constante.
• Reducción de costos químicos.
• Producir aguas residuales más consistentes.

Comprensiblemente, el tratamiento de aguas residuales puede parecer una tarea desalentadora, especialmente cuando los metales pesados son parte de la ecuación. Asociarse con un experto en soluciones de aguas residuales para una variedad de industrias, productos químicos y aplicaciones puede aliviar su carga y mejorar su rentabilidad al abordar un aspecto importante y esencial de la manufactura moderna.