Eliminación de algas y carbono orgánico total en plantas desalinizadoras
- 1. Introducción
- 2. Pretratamiento de agua de mar con algas y carbono orgánico total (TOC)
- 3. Tratamiento de aguas residuales con elevado contenido de fósforo y TOC mediante DAF y MBR
- 4. Resumen
1. Proliferación de algas nocivas y presencia de carbono orgánico total (TOC)
Determinadas condiciones ambientales, como el clima cálido, favorecen el crecimiento de algas en las masas de agua superficiales.
Otras veces las algas se producen por una gestión inadecuada de las aguas residuales vertidas al medio. Las algas crecen con la presencia de nutrientes (nitrógeno y fósforo), y con los niveles adecuados de luz, pH y temperatura. A medida que aumenta la concentración de fósforo en una masa de agua, también aumenta el crecimiento de dichas algas.
Controlar la proliferación de algas nocivas es un importante reto medioambiental. Es imprescindible reducir la concentración de fósforo, ya que es el principal factor que contribuye al problema. Por otra parte, también se han de tomar medidas para eliminar las colonias en crecimiento.
Existen aditivos químicos que pueden dispersarse en una masa de agua para impedir el crecimiento de las algas, pero de esta forma no se elimina la alfombra verde flotante de sólidos. Resulta más eficaz eliminarlas físicamente y reducir la concentración de fósforo en el agua. Un proceso que da buenos resultados para detener las floraciones de algas es la flotación por aire disuelto (DAF).
El Carbono Orgánico Total (TOC) es una medida directa del carbono orgánico presente en una muestra de agua, incluyendo tanto materia orgánica disuelta como partículas suspendidas. A diferencia de la DBO y la DQO, el TOC no distingue entre la materia orgánica biodegradable y no biodegradable, simplemente mide la cantidad total de carbono orgánico en una muestra.
2. Pretratamiento de agua de mar en plantas desaladoras
En el proceso de desalación de agua de mar es necesario disponer de un pretratamiento adecuado, ya que debe evitarse la entrada de algas, TOC, hidrocarburos, aceites y grasas en las membranas desaladoras.
Los sistemas de membranas utilizados para la desalinización de agua de mar son vulnerables al ensuciamiento y la obstrucción que provocan estos contaminantes, ya que reducen su vida útil y rendimiento. Para evitar estos problemas es preciso someter al agua de mar a un tratamiento previo a su entrada a la planta de ósmosis inversa.
Desinfección, cribado mecánico y ajuste de pH
La desinfección por oxidación se aplica para prevenir el crecimiento biológico que provoca el ensuciamiento de filtros y membranas. Debido a su bajo coste y efectividad, el oxidante más utilizado es el cloro, pero es necesario tener un proceso de decloración posterior para evitar la presencia de cloro residual en la corriente, ya que este agente oxidante ataca a la composición de las membranas. Por otro lado, debe tenerse en cuenta que los compuestos de la reacción (cloraminas, trihalometanos, etc,) son tóxicos en determinadas concentraciones.
El proceso de cribado consiste en colocar una malla o reja en la línea de captación del agua de mar. Las plantas y otros desechos quedan retenidos en las rejillas y se extraen mediante un rastrillo o herramientas similares.
El pH del agua de mar suele ser alcalino, pero el rendimiento de las membranas de ósmosis inversa es óptimo con valores de pH bajos. Es imprescindible mantener el pH del agua entre 5,5 y 6,0, lo cual se consigue con la adición de un reactivo acidificante que impide la precipitación de sales y que también facilita la formación de flóculos. Ajustar el pH es beneficioso tanto para la eliminación de algas como para la eliminación de carbono orgánico total.
No se recomienda trabajar a un pH inferior a 5,5, ya que las células se rompen y liberan sustancias intracelulares que pueden quedarse en las membranas e incluso fugarse con el permeado.
Coagulación y floculación
El propósito principal del proceso de coagulación y floculación es eliminar la turbidez y los sólidos suspendidos. Durante este proceso se agrega un coagulante al agua para neutralizar la polaridad de las partículas cargadas eléctricamente (coloides). El tipo de coagulante y su cantidad óptima se evalúan llevando a cabo una prueba de jar-test en el agua. Los coagulantes más utilizados son los compuestos de aluminio, las sales férricas (sulfato férrico, cloruro férrico) y las de aluminio (PAC y el sulfato de alúmina).
Las células de las algas deben desestabilizarse completamente para permitir que el tratamiento alcance su máxima eficiencia. Esto se consigue con la dosis adecuada de coagulante y floculante, junto con el ajuste del pH que sea optimo para la dosis que se ha realizado de coagulante.
Flotación por aire disuelto (DAF)
Durante la etapa de flotación, las partículas, las células de algas, los aceites y las grasas son flotadas y eliminadas. También se eliminan los flóculos producidos en la etapa de coagulación-floculación.
Los equipos DAF han ganado popularidad en procesos de desalinización para producir agua potable, ya que reducen los requisitos de espacio y disminuyen los costes operativos y de mantenimiento, a la vez que mejora los resultados de purificación.
En SIGMADAF hemos desarrollado equipos DAF específicos para esta aplicación (SEADAF), que combinan los principios de flotación y sedimentación por aire disuelto con un diseño óptimo del equipo.
Los materiales utilizados para la construcción de estos equipos deben de soportar la elevada corrosión de las sales del agua de mar (básicamente NaCl), por lo que se suele utilizar polipropileno para la construcción del tanque y los recubrimientos, y acero inoxidable del tipo AISI316L para las partes metálicas. Estos materiales garantizan una larga vida para estos sistemas DAF.
La eficiencia de eliminación de algas con un sistema que incluye coagulación-floculación, ajuste de pH, sistema DAF y filtración por gravedad supera el 99%. Si se dispone un sistema de membranas de ultrafiltración (UF) como complemento, el rendimiento se acerca al 100%.
3. Tratamiento de agua con elevado contenido de fósforo y carbono orgánico total mediante DAF y MBR
Como hemos comentado al inicio del artículo, es necesario evitar el vertido de fósforo al medio, ya que este contribuye al crecimiento descontrolado de colonias de algas.
Es frecuente encontrarse con aguas residuales que tienen un elevado contenido de fósforo, bien sea en forma coloidal o en disolución, así como una alta concentración de TOC. Esto suele ocurrir en aguas residuales urbanas y en aguas procedentes de explotaciones agrícolas.
Para depurar correctamente el efluente es necesario un proceso de coagulación/floculación con un ajuste de pH y la adición de Ca(OH)2 si persiste el fósforo en disolución.
El agua residual pretratada es conducida a un tratamiento secundario, que consiste en un sistema de oxidación biológica con aire y una separación de fangos y sólidos suspendidos.
Los biorreactores de membranas (MBR) ofrecen una gran eficiencia para tratar caudales bajos o medios con elevadas concentraciones de TOC. Un reactor MBR se compone de un biorreactor aeróbico con un equipo de aireación y un conjunto de membranas de ultrafiltración (UF) donde se separa y recircula la biomasa.
Gracias a que la biomasa queda completamente retenida en la membrana y se reintroduce en el reactor, se consiguen concentraciones muy elevadas en el interior del mismo (5 veces superiores a las de los sistemas convencionales).
Estos resultados se obtienen con tiempos de residencia cortos, una extraordinaria capacidad de degradación, una mínima necesidad de espacio y una notable calidad del efluente tratado.
Otra ventaja derivada de la mayor concentración de biomasa es la posibilidad de amortiguar los impactos de la carga contaminante sin dañarla. Las fluctuaciones breves de hasta 10 gr/l de DBO en la entrada del reactor apenas influyen en el proceso. Gracias a esta capacidad tampón se garantiza una calidad uniforme del vertido tratado.
En un sistema MBR es posible alcanzar 200 mg O2/l/h de tasa de oxigenación, un valor mucho mayor que el obtenido en reactores convencionales. Mediante la suspensión total de los microorganismos (sin formación de flóculos) se obtiene una gran superficie que permite que el oxígeno que fluye en el medio sea absorbido por los microorganismos directamente por la ruta más corta. Esto facilita que las bacterias alcancen una alta tasa metabólica.
La mezcla del volumen del reactor se logra en el sistema de aireación mediante difusores de burbuja fina. En esta etapa cobra especial importancia la formación de pequeñas burbujas que se mezclan con todo el volumen.
En un sistema de membranas sumergidas, la circulación del volumen del reactor se realiza de forma continua a través de la cámara de membranas de ultrafiltración, que está adjunta al reactor de aireación. En esta cámara, las membranas de UF se introducen directamente en la biomasa, o bien se colocan en el exterior en unos contenedores adecuados y con un bombeo intermedio. La opción más utilizada es la de paquetes de membranas sumergidos en un depósito.
Los sistemas MBR son una versión mejorada de los sistemas de fangos activos, ya que combinan el proceso de degradación biológica con la separación sólido/líquido mediante la filtración con membranas. Los sistemas MBR son una de las tecnologías más eficientes para el tratamiento de aguas residuales con altas cargas de fósforo y TOC.
4. Resumen
Los excesos de nutrientes (sobre todo fósforo) y TOC que contienen algunas aguas residuales o el agua de mar pueden ser fuentes de problemas importantes para el medio ambiente, pues se origina el fenómeno de eutrofización en las aguas residuales que induce a la anoxia y muerte de animales y plantas acuáticas, y la colmatación de las membranas de osmosis inversa en el caso de las desaladoras.
En este artículo se proponen soluciones de tratamiento mediante tecnologías y equipos de los que SIGMADAF dispone (DAF / SEADAF / SMBR), y que han demostrado ser muy eficientes ante la presencia de estos problemáticos contaminantes.
Estas tecnologías tienen como objeto las siguientes finalidades:
- Reducción de costes de energía, mano de obra, reactivos y equipos.
- Alto rendimiento de depuración
- Poco espacio ocupado
- Simplicidad en la explotación y mantenimiento
- Reducción de costes de energía, mano de obra, reactivos y equipos.
Bibliografía y consultas
https://www.frcsystems.com/es/algae-removal-using-dissolved-air-flotation-daf/
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