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19 Julio 2021

Aplicación CAF, DAF, MBR y Ósmosis Inversa en el tratamiento y reutilización de aguas residuales de la industria cosmética

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1. Introducción: Aguas residuales de la industria cosmética

La industria cosmética evoluciona en función de los avances tecnológicos, la demanda de productos y las limitaciones medioambientales de emisión de residuos industriales, cada vez más restrictivas. Además, la industria cosmética es un tipo de industria que consume gran cantidad de agua, por lo que cada vez más frecuentemente se plantean tratamientos para la reutilización del agua residual y no sólo para cumplir con los límites de vertido a red de saneamiento.

El concepto de reutilización del agua residual se sitúa dentro de la ECONOMÍA CIRCULAR Y SOSTENIBILIDAD MEDIOAMBIENTAL, ideología en auge y que cada vez más industrias aplican a sus principios y procedimientos.

Las aguas residuales generadas en la industria cosmética se caracterizan por su alto contenido en sólidos en suspensión, demanda química de oxígeno (DQO), aceites y grasas (colorantes, aceites y emulsiones). Los tratamientos tradicionales de estas aguas residuales se han basado tradicionalmente en procesos físico-químicos de coagulación-floculación para la separación de sólidos en suspensión y la materia orgánica asociada a ellos.

Sin embargo, dado el endurecimiento de los límites de vertido y la necesidad creciente de reutilización del agua, se aplican cada vez más procesos de tratamiento intensivo y eficaz que incluyen tecnologías avanzadas para permitir cumplir con los requisitos de calidad de reutilización.

En los últimos años se han ensayado diversas tecnologías de naturaleza física, química y biológica. Uno de los procesos más eficaces es la aplicación de biorreactores de membrana MBR precedidos de un pre-tratamiento físico-químico cuidadosamente diseñado. Además, con la incorporación de tratamientos de filtración avanzados con membranas de Ósmosis Inversa se pueden alcanzar calidades muchos mayores.

2. Tecnologías para el tratamiento y reutilización del agua en industria cosmética. Proceso propuesto por SIGMA

El tratamiento de las aguas residuales de la industria cosmética, con el objetivo de cumplir con las leyes de vertido y obtener un agua de calidad suficiente para su reutilización, ha de ser eficiente y que permita futuras ampliaciones de su capacidad dada la creciente demanda y producción de este sector.

La configuración que más eficiente resulta es la combinación de procesos de separación de aceites, grasas y sólidos en suspensión (pre-tratamiento físico-químico), seguido de un tratamiento biológico avanzado y un tratamiento terciario mediante la aplicación de tecnologías de membrana de ósmosis inversa.

La experiencia y conocimiento en ingeniería de tratamiento de aguas de SIGMA nos permite proponer el siguiente proceso para el tratamiento y reutilización de aguas residuales provenientes de la industria cosmética. Este tratamiento puede ser modificado y adaptado para cada caso y tipo de aguas, sin embargo, los principios de cada etapa se mantienen.

Pre-tratamiento: eliminación de aceites, grasas y sólidos en suspensión.

Flotación por aire inducido CAF para la separación de grasas y aceites.

Coagulación – floculación y neutralización para la aglomeración de sólidos en suspensión.

Flotación por aire disuelto DAF para la separación de sólidos en suspensión y parte de la materia orgánica.

Tratamiento biológico: eliminación de DQO y nutrientes.

Biorreactor de membranas MBR con sistema de aireación y Ultrafiltración.

Tratamiento terciario: máxima calidad del efluente.

Aplicación de membranas de Ósmosis Inversa para alcanzar calidades extraordinarias del agua tratada.

Tratamiento de lodos.

Los lodos generados, tanto en el pre-tratamiento como en el MBR y la Ósmosis Inversa han de ser correctamente gestionados y tratados. Un tratamiento eficaz para los lodos típicos de las aguas de la industria cosmética es la estabilización mediante digestión (puede ser aeróbica o anaeróbica) y la posterior deshidratación y espesamiento mediante centrífuga.

La figura 1 muestra un esquema simplificado del tratamiento completo de aguas residuales de la industria cosmética para su reutilización y/o vertido a red de saneamiento.

 Esquema del tratamiento de aguas residuales procedentes de la industria csomética para su vertido y reutilización propuesto por SIGMA.

Figura 1. Esquema de tratamiento de aguas residuales de la industria cosmética para su vertido y/o reutilización, propuesto por SIGMA.

2.1. Separación de aceites y grasas: equipos CAF

Los sistemas de separación por aire inducido o CAF ‘cavitation air flotation’ son generalmente sistemas simples y de operación directa.

El Sistema ACAF es extremadamente simple de operar. No contiene equipos mecánicos complejos y no requiere intervención manual. El equipo mecánico está constituido por sólo dos piezas y no precisa compresores de aire, bombas o depósitos de compresión.

Constituye un separador de aceites y grasas extremadamente eficiente de rendimientos del 99%, con un costo de mantenimiento muy bajo. Los sistemas CAF permiten tratar aguas de caudal y concentración muy variables con excelentes resultados en todos los casos. 

 Foto de un sistema CAF diseñado y construido por SIGMA, modelo ACAF para el tratamiento de aguas residuales de origen industrial.
Figura 2. Sistema CAF diseñado y construido por SIMGA, modelo SIGMA ACAF.

 

Imagen que muestra el funcionamiento de un equipo ACAF diseñado por SIGMA, para el tratamiento de aguas residuales industriales.
Figura 3. Funcionamiento de un equipo SIGMA ACAF.

El agua a tratar entra en una pequeña sección de aireación en la que está instalado el aireador por cavitación, asciende por la sección de aireación, donde se mezcla con las micro burbujas producidas por el aireador por cavitación.

Este aireador es un dispositivo para transferir aire desde la zona superior de la superficie a la zona inferior a través de un tubo de succión. El aireador trabaja basándose en el principio de la creación de un vacío en los remolinos de los tubos de descarga de aire que giran sumergidos en el líquido.

El aire fluye a través del eje de la máquina desde la parte superior de la superficie para llenar el vacío y formar micro burbujas. Las burbujas ascienden hacia la superficie en hélice. El oxígeno contenido en el aire es transferido al líquido.

El desequilibrio de densidades entre la masa de aire-agua y el líquido crea una corriente ascensional que arrastra hacia la superficie las partículas de grasa y sólidos en suspensión. Las micro burbujas se adhieren a las partículas y, al llegar a la superficie, la partícula es soportada y mantenida en flotación por las micro burbujas. En la superficie el aire se desplaza radialmente empujando los aceites y sólidos.

 

 Imagen de la cámara de floración de un equipo SIGMA ACAF. Se visualiza las partículas de grasas y sólidos en suspensión de las aguas tratadas.
Figura 4. Cámara de flotación de un equipo SIGMA ACAF.

El material flotado es barrido periódica y automáticamente por un mecanismo de barrido que empuja la capa de la superficie desde la entrada del tanque de flotación hacia el extremo de salida y es conducido al canal de descarga.

El agua clarificada, a través de una salida sumergida, es conducida a una cámara rebosadero antes de pasar a la descarga. El rebosadero controla la profundidad del líquido en el tanque de flotación evitando que la lámina de aceite fluya hacia el canal de descarga de sólidos.

A lo largo del fondo de la cámara de flotación están dispuestas las tuberías de recirculación que aseguran una flotación continua del contenido del tanque, incluso en el caso de que se interrumpa la alimentación.

SIGMA ofrece un amplio rango de equipos SIGMA ACAF que pueden consultarse en los siguientes enlaces:

Sistema de flotación ACAF

Ficha técnica ACAF

Ventajas de los sistemas SIGMA ACAF

  • Operación simple: no contiene equipos mecánicos complejos y no requiere intervención manual.
  • Amplio rango de capacidad de tratamiento: existen equipos SIGMA ACAF que permiten tratar hasta 500 m3/h, pudiéndose incluso adaptar al tratamiento de caudales mayores mediante sistemas especiales.
  • Excelentes resultados: la eliminación de aceites y grasas en un sistema SIGMA ACAF es del 99%.
  • Además de la eliminación de aceites y grasas, estos equipos dan soporte al resto del tratamiento ya que permiten la separación de un alto porcentaje de sólidos en suspensión.

2.2. Tratamiento físico-químico y equipos DAF

El tratamiento físico-químico consiste en los procesos de coagulación, ajuste de pH y floculación para la aglomeración de los sólidos en suspensión y la instalación de un sistema de clarificación por aire disuelto DAF ‘dissolved air flotation’ para la separación efectiva de los sólidos y el agua clarificada.

La coagulación tiene como finalidad la desestabilización de las materias coloidales. La reacción se produce por adición de un coagulante, (policloruro de aluminio, coagulantes orgánicos, etc.) mediante una bomba dosificadora.

La neutralización tiene por función ajustar el pH resultante del proceso de coagulación a un pH en torno a 7´mediante adición de bases o ácidos, con una bomba dosificadora controlada mediante un medidor de pH.

La floculación es la adición de un polielectrolito de polaridad específica para cada caso concreto (aniónico o catiónico) destinado a agregar los coágulos formados en el proceso anterior para disponer de flóculos de tamaño suficiente para que la separación del agua de los mismos (clarificación) se realice de forma eficiente y rápida en el subsiguiente equipo de flotación.

Para conocer los tipos y las dosis necesarias de productos coagulantes, floculantes y de ajuste de pH es necesario efectuar ensayos sobre las aguas residuales. En SIGMA podemos efectuar estos ensayos conocidos como Jar – Test en nuestras instalaciones SIGMALAB.

SIGMA dispone de dos tipos de tecnología de coagulación, ajuste de pH y floculación: sistema mediante tanques agitados donde ocurren las reacciones o sistema especial en continuo en flujo pistón floculador SIGMA PFL. La tecnología se selecciona y diseña en función del caudal a tratar y las dosificaciones de productos requeridas.

 

En la foto, a la derecha proceso físico-químico en tanques de color amarillo y a la izquierda render de un equipo Floculador SIGMA PFL.
Figura 5. Procesos físico-químicos diseñados e instalados por SIGMA. Izq.: proceso en tanques y dcha.: equipo SIGMA PFL.

 

Los flóculos formados en el proceso de coagulación-floculación disponen de un tamaño ideal para ser separados del agua en una unidad de flotación mediante aire disuelto DAF. La tecnología DAF desarrollada por SIGMA combina los principios de flotación por aire disuelto y sedimentación con un diseño óptimo del equipo.

La tecnología DAF constituye un proceso de separación eficaz y robusto para aceites, grasas, coloides, iones, macromoléculas, microorganismos y fibras.

La secuencia de coagulación-floculación seguido de DAF es un concepto muy común y ampliamente empleado en el tratamiento de aguas residuales de la industria cosmética y ha demostrado a lo largo de los años ser eficiente en rendimiento y en costes, tanto operacionales como de consumo de químicos y energía cuando está correctamente diseñado. Es un pretratamiento eficaz y robusto para el tratamiento de aguas residuales industriales en general.

Durante el tratamiento DAF, se introduce aire comprimido en una corriente de recirculación del clarificado, se disuelve en el medio líquido y, posteriormente, genera burbujas de 30 a 50 µm cuando se libera a través de un cabezal de dispersión en la cámara de flotación. Las partículas coaguladas y floculadas se adhieren a las burbujas y flotan en la parte superior de la unidad DAF, donde se eliminan de forma mecánica.

La materia sedimentable desciende hasta el compartimento de sedimentos en el fondo de la unidad DAF y es descargada por un sistema de extracción de lodos, generalmente de tornillo sinfín.

El agua clarificada abandona la unidad DAF mediante un sistema ajustable de sobrenadante. Parte de esta corriente de agua clarificada será redireccionada por la bomba de recirculación para entrar en el sistema de compresión y saturación de aire. 

Dos imágenes de un sistema DAF fabricado por SIGMA, a la izquierda foto del equipo completo a la derecha equipo en proceso de instalación.
Figura 6. Equipos SIGMA DAF, vista de equipo instalado y parte del proceso de instalación.

 

Foto con la vista superior de un equipo SIGMA DAF en el que se observa las palas rascadoras haciendo el barrido de lodos flotados.
Figura 7. Vista superior de un equipo SIGMA DAF: barrido de lodos flotados.

 

Foto del agua clarificada después del proceso de tratamiento por flotación por aire disuelto con un equipo DAF (Dissolved Aire Flotation) de SIGMA.
Figura 8. Agua clarificada a la salida de un equipo SIGMA DAF.

SIGMA ofrece una amplia gama de equipos de flotación DAF, especialmente diseñados en función del caudal a tratar y los requerimientos de espacio, desde equipos que pueden tratar caudales de 5 m3/h a equipos que pueden tratar 1.000 m3/h, también se ofrecen equipos compactos. La capacidad de tratamiento de los equipos SIGMA DAF abarca rangos de carga contaminante de hasta 40 kg de sólidos por superficie de flotación.

Disponemos de una amplia gama de equipos de alto rendimiento adecuados a diferentes caudales, cada equipo es especialmente diseñado dependiendo del caudal a tratar y sus características:

  • SIGMA DAF FPAC: para caudales entre 5 y 160 m3/h de muy alta carga de sólidos. Es un sistema de flujo transversal y alto rendimiento.

Ficha técnica DAF FPAC

Representación del equipo DAF FPAC para aguas residuales industriales de flujos pequeños y medianos con cargas contaminantes muy elevadas.
Figura 9. Equipos SIGMA DAF FPAC.
  • SIGMA DAF FPBC: para caudales entre 10 y 250 m3/h de bajas a medias cargas de sólidos. El equipo aplica flujo en contracorriente y presenta un alto rendimiento.

Ficha técnica DAF-FPBC

Representación del equipo DAF FPHF diseñado por SIGMA para el tratamiento de aguas residuales industriales de grandes caudales y altos contaminantes.
Figura 10. Equipos SIGMA DAF FPBC.
  • SIGMA DAF FPHF: para caudales entre 200 y 1000 m3/h y gran contenido en sólidos en suspensión. Se utiliza una combinación de flujo contracorriente y flujo transversal para un rendimiento óptimo.

Ficha técnica DAF-FPHF

 

Representación del equipo DAF FPHF diseñado por SIGMA para el tratamiento de aguas residuales industriales de grandes caudales y altos contaminantes.
Figura 11. Equipos SIGMA DAF FPHF.
  • COMPACT DAF: equipos compactos instalados en skid, en ellos se unifica el sistema de coagulación-floculación y el DAF, permitiendo un ahorro de espacio y consumo energético.

Ficha técnica Compact DAF

https://sigmadafclarifiers.com/sites/default/files/daf_ficha_fpac_compact_es.pdf
Figura 12. Equipos SIGMA COMPACT DAF.

Ventajas de los sistemas SIGMA DAF:

  • Calidad alta y constante del clarificado.
  • Rápida puesta en marcha.
  • Mínima producción de lodos (concentraciones de lodos de hasta el 5%, mucho más altas que las alcanzadas por sedimentadores convencionales)
  • Fácil de operar con sistemas de control sencillos, adaptables y eficaces.
  • Tecnología conocida, flexible a cada caso y robusta.

2.3. Biorreactor de membranas de Ultrafiltración MBR

Para el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria cosmética se aplica comúnmente y de manera eficaz un proceso biológico aerobio de lodos activos en un reactor tipo MBR ‘membrane bio-reactor’.

Los reactores MBR combinan el proceso de tratamiento biológico con membranas de ultrafiltración como tecnología de separación del agua y los lodos. El proceso biológico puede ser aerobio, anóxico o anaerobio, para el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria cosmética se aplica comúnmente un tratamiento aerobio.

La aplicación de membranas de Ultrafiltración como tecnología de clarificación permite alcanzar concentraciones muy elevadas de biomasa dentro del reactor, de entre 6000 y 12000 mg/L MLSS (mixed liquor suspended solids), lo que conlleva un elevado rendimiento del proceso biológico a la vez que una producción de lodos en exceso mínima, por tanto, los volúmenes de este tipo de reactores son mucho menores que los empleados en procesos biológicos convencionales.

Los procesos MBR pueden diseñarse de forma que la zona o tanque de membranas se localiza fuera del tanque de reacción o dentro.

Esquema del proceso de tratamiento biológico de aguas residuales MBR, dos módulos de membrana externo y de membrana interno o sumergido.
Figura 13. Esquema del proceso de tratamiento biológico de aguas residuales MBR: a) módulo de membrana externo y b) módulo de membrana interno o sumergido. Adaptado de Artiga 2005

 El proceso biológico aerobio consiste en la degradación de la materia orgánica contenida en el agua residual a tratar por medio de la acción de microorganismos en presencia de oxígeno. Durante el proceso, se inyecta oxígeno al medio de reacción (conformado por agua residual y microorganismos) mediante sistemas de aireación.

Para aguas residuales típicas de la industria cosmética se recomienda aplicar difusores de aireación de burbuja fina especiales y el uso de un control riguroso de oxígeno disuelto para un consumo óptimo y reducido de energía.

Cuando se aplica un proceso aerobio y por tanto se instalas aireadores dentro del medio de reactor, se recomienda emplear la configuración a) de la Figura 13 de un módulo de membranas externo para no entorpecer la transferencia de oxígeno al medio de reacción.

Para que este proceso se desarrolle correctamente es preciso que se den las siguientes condiciones en el medio de reacción:

  • Controlar el pH entre 6,5 y 8,5.
  • Temperaturas comprendidas entre 10 y 40ºC. Los rendimientos óptimos se obtienen entre 20 y 35ºC.
  • La no presencia de sustancias tóxicas o inhibidoras del proceso, como son metales pesados, salinidad excesiva, etc.

El licor mezcla del reactor biológico, con muy alto contenido en sólidos MLSS pasa a la zona de membranas de Ultrafiltración donde tiene lugar la filtración.

Las membranas separan la parte sólida y el líquido (llamado en adelante “permeado”) se envía a un tanque de almacenamiento mientras que los sólidos son enviados de nuevo mediante un circuito de recirculación al reactor biológico.

Uno de los aspectos más importantes de un reactor MBR (y de cualquier tecnología que aplique membranas) es el sistema de limpieza ya que son susceptibles de ensuciamiento y colmatado que reduce su eficiencia y ciclo de vida. Las membranas sumergidas se limpian periódicamente por lavado mediante corriente de agua en sentido contrario empleando el propio permeado y aire utilizado como fuerza motriz.

Ocasionalmente, los módulos de membranas quedaran sumergidos en una solución de limpieza aplicando productos químicos (generalmente ácidos).

Los lodos en exceso del proceso biológico que sea necesario purgar para mantener una concentración de biomasa constante, procedentes de la limpieza, se envían al tratamiento de lodos descrito en el 2.5.

SIGMA, en colaboración con KOCH, diseña sus plantas MBR para optimizar el rendimiento de las membranas mediante el diseño especifico de los sistemas hidráulicos de esta sección con el fin de controlar y optimizar las velocidades de flujo a través de las membranas, reduciendo la energía necesaria para alcanzar ciclos de filtración más largos y lograr una más larga vida de las membranas.

Los reactores MBR aplicados para agua residuales de la industria cosmética diseñados por SIGMA utilizan membranas de fibra hueca de flujo fuera-dentro, unidas todas en fardos o módulos que están sumergidos en la biomasa en la zona de membranas. Poseen una alta resistencia mecánica. Las membranas están dispuestas en series de fardos montadas en múltiples estructuras de acero inoxidable con soportes. Las membranas de Ultrafiltración permiten retener y eliminar del clarificado:

  • Sólidos en suspensión
  • Bacterias
  • Virus
  • Proteínas
  • Coloides
Foto que muestra el aspecto de las membranas de ultrafiltración tanto de fibra hueca como tipo flujo, por fuera y por dentro.
Figura 14. Aspecto de membranas de Ultrafiltración de fibra hueca y tipo de flujo fuera-dentro.

 

Foto que muestra la superficie de las membranas de ultrafiltración de fibra hueca en aumento 10000x, en el tratamiento de aguas residuales industriales.
Figura 15. Superficie de las membranas de ultrafiltración de fibra hueca en aumento 10000x.

Los aspectos clave de las membranas de Ultrafiltración y su diseño en módulos son los siguientes:

  • Diseño especial de los extremos, elimina problemas de ensuciamiento.
  • Soporte integral de las membranas, permite efectuar la circulación de aire, de permeado y las acciones de lavado contracorriente sin necesidad de modificar la configuración y con ahorro de energía.
  • Fabricación en un ensamblaje integral y robusto de fácil instalación y mantenimiento.
  • Las membranas son reforzadas mediante trenzado para alcanzar una muy elevada resistencia mecánica esencial para su durabilidad, especialmente en entornos biológicos especialmente severos y que asegura una baja susceptibilidad a la rotura y ensuciamiento. Esto otorga al proceso una alta seguridad operativa.
  • Los módulos presentan gran flexibilidad para poder variar, según cada caso, los siguientes elementos: número de filas por módulo, número de elementos por fila, largo de la fibra (altura del módulo), densidad de empaquetado para lograr diversas áreas superficiales de filtrado. Todo ello permite una adaptación total de las dimensiones del módulo en función de las necesidades de la aplicación.
Esquema de los módulos de membranas de Ultrafiltración de KOCH aplicados en procesos de tratamiento de aguas residuales del tipo MBR diseñados por SIGMA.
Figura 16. Esquema de los módulos de membranas de Ultrafiltración de KOCH aplicados en procesos MBR diseñados por SIGMA.
Colección de fotos de módulos de membranas de Ultrafiltración en procesos MBR en el tratamiento de aguas residuales de la industria cosmética.
Figura 17. Colección de fotografías de módulos de membranas de Ultrafiltración en procesos MBR instalados por SIGMA en el tratamiento de aguas residuales de la industria cosmética.

El efluente de un proceso MBR correctamente diseñado para el tratamiento de aguas residuales de la industria cosmética posee la calidad suficiente para reutilizar el agua en algunos procesos, cuyos límites son establecidos por las autoridades locales.

Ventajas de las plantas SIGMA MBR:

  • Descarga continua de efluente clarificado.
  • Separación total (100%) del lodo e inexistencia sólidos en suspensión ni partículas en el clarificado.
  • Muy alto rendimiento de reducción de carga orgánica (> 90% eliminación de DQO y DBO5).
  • Muy alta concentración de BIOMASA dentro del reactor: entre 6.000 y 12.000 mg/L MLSS.
  • Volúmenes de reacción reducidos y ahorro de espacio.
  • Alta resistencia a agentes oxidantes.
  • Calidad muy alta y CONSTANTE del agua vertida con posibilidad de REUTILIZACIÓN.
  • Mínima generación de lodos.

Además de la implementación de módulos adjuntos a un sistema MBR, SIGMA diseña, construye e instala plantas compactas MBR que incorporan en un mismo equipo la zona de reacción (incluye zona anóxica y zona de aireación) y filtración. Los equipos SIGMA SMBR ofrecen las siguientes ventajas:

  • Son una solución PLUG&LAY.
  • Ofrecen la máxima fiabilidad y durabilidad.
  • Permiten obtener una calidad constante del efluente.
  • Es una planta compacta que permite la adición modular de membranas UF.
  • Su operación y control son sencillos y robustos.
  • Presentan alta resistencia a agentes oxidantes.

Ficha técnica SMBR

Las plantas SIGMA DAF SMBR se diseñan específicamente para cada corriente de agua residual que se va a tratar. El rango de capacidades está entre 20 – 100 m3/día.

Representación del reactor biológico MBR diseñado y fabricado por SIGMA para el tratamiento de aguas residuales del tipo biológico.
Figura 18. Esquema de un equipo compacto SIGMA SMBR.
Foto del equipo SMBR diseñado e instalado por SIGMA en una planta de tratamiento de aguas residuales en la industria cosmética.
Figura 19. Equipo SIGMA SMBR para el tratamiento de aguas residuales industriales.

2.4. Ósmosis Inversa

Aunque el clarificado del anterior proceso MBR tenga una calidad muy elevada para poder ser aplicado como agua de reutilización en ciertos procesos, no todos los destinos de esta reutilización son admisibles por las legislaciones locales.

Para poder ampliar las posibilidades de reutilización se requiere una calidad aún más pulida del efluente, para ello, se emplean tecnologías de Ósmosis Inversa como etapa final del tratamiento de obtención de agua para reutilización.

Las membranas de Ósmosis Inversa permiten eliminar del agua, además de los elementos ya eliminados anteriormente por la Ultrafiltración, los siguientes:

  • Trazas de compuestos orgánicos de alto, medio y bajo peso molecular.
  • Iones bivalentes y monovalentes.
Esquema de la capacidad de retención de las membranas aplicadas en tratamiento de aguas residuales, desde microfiltración hasta ósmosis inversa.
Figura 20. Capacidad de retención de las membranas aplicadas en tratamiento de aguas residuales industriales. MF: Microfiltración, UF: ultrafiltración, NF: nanofiltración, RO: ósmosis inversa (‘reverse osmosis’).

El rechazo de un sistema de Ósmosis Inversa puede tratarse conjuntamente con el resto de lodos o incluso puede verterse a la red de saneamiento.

El caudal alimentado a la Ósmosis Inversa se divide en dos corrientes: permeado o agua fresca apta para la reutilización y concentrado o rechazo.

Las membranas de Ósmosis Inversa más eficientes funcionan con flujo cruzado: el clarificado se genera de forma perpendicular al flujo de entrada del agua.

Con estas membranas puede alcanzarse una recuperación de agua de reutilización de hasta el 75% de la corriente tratada. La configuración de los módulos usa membranas en espiral, una configuración de eficiencia máxima de filtración.

Imagen que muestra la configuración interna de una membrana de ósmosis interna y el flujo cruzado en el tratamiento de aguas residuales.
Figura 21. Configuración interna de una membrana de Ósmosis Inversa.
Esquema que muestra el flujo cruzado de las aguas residuales sobre una membrana de Ósmosis Inversa, con agua fresca como producto final para reutilización.
Figura 22. Esquema de flujo cruzado sobre una membrana de Ósmosis Inversa.
Foto de un módulo de membranas de Ósmosis Inversa instalado por SIGMA en el proceso de tratamiento de aguas residuales industriales para su reutilización.
Figura 23. Módulo de membranas de Ósmosis Inversa instalado por SIGMA en el proceso de tratamiento de aguas residuales industriales para su reutilización.

Los sistemas de Ósmosis Inversa diseñados por SIGMA permiten hasta un 15% de ensuciamiento de las membranas o de disminución del flujo debido a este ensuciamiento sin perder la capacidad de producción de agua fresca del sistema. Las unidades de Ósmosis Inversa poseen un sistema de control que les proporciona capacidad de autonomía y operación automática con la mínima intervención de personal operario.

Estas membranas incorporan sistemas y equipos de seguridad y alertas con el fin de proteger el sistema y sus componentes de los fallos provocados por atasco, ensuciamiento, rotura, tensión mecánica excesiva, presión descontrolada, etc.

Una práctica común es la instalación de dos o más pasos de Ósmosis Inversa para lograr la más óptima calidad del agua clarificada.

Los rendimientos de eliminación de los procesos de Ósmosis Inversa aplicada a aguas residuales provenientes de la industria cosmética se recogen en la Tabla 1. Los rendimientos se muestran en base al efluente del proceso MBR y el clarificado final de la Ósmosis Inversa:

Tabla 1. Rendimientos de la Ósmosis Inversa aplicada al efluente de un MBR.

Parámetro

Eliminación en Ósmosis Inversa (%)

Sólidos disueltos totales

99,1

Dureza total (CaCO3)

99,8

Calcio

99,8

Magnesio

99,7

Sodio

98,9

Bicarbonatos

98,4

Cloruros

99,2

Sulfatos

99,9

Nitratos

95,8

Ventajas de los procesos de Ósmosis Inversa de SIGMA:

  • Obtención de un clarificado con la máxima calidad para reutilización.
  • Posibilidad de verter el rechazo a la red de saneamiento e incluso recircular a la planta de tratamiento.
  • Recuperación de hasta el 75% del influente como agua clarificada.
  • Módulos instalados en soportes fáciles de acoplar.
  • Operación y mantenimiento sencillos.
  • Equipos robustos y de alta resistencia mecánica.

2.5. Tratamiento de lodos

Los fangos generados en el proceso físico-químico y los excedentes del proceso biológico se tratan en un DIGESTOR DE LODOS. Los digestores de lodos pueden ser aerobios o anaerobios dependiendo de la propia naturaleza del lodo y la disponibilidad energética.

Al ser sometidos a un proceso de digestión, los lodos verán reducido su volumen, por transformación parcial de los compuestos volátiles en agua y por aumento de la concentración de la materia seca presente. Asimismo, una vez digeridos, especialmente los físico-químicos, ofrecen mejores condiciones de deshidratabilidad y tratamiento en el sistema de deshidratación que se seleccione (filtro-prensa, decanter centrífugo, etc.).

3. Caso de Éxito de SIGMA: Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos - Madrid.

Las aguas residuales provenientes de la industria cosmética se caracterizan por un alto contenido en sólidos en suspensión, DQO, aceites y grasas.  Dado el endurecimiento de los límites de vertido y la necesidad creciente de reutilización del agua se aplican cada vez más procesos de tratamiento intensivo y eficaz que incluyen tecnologías avanzadas para permitir cumplir con los requisitos de calidad de reutilización.

Para el caso de Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos S.L., SIGMA diseña y construye una planta completa de reutilización de agua residual, basada en un proceso físico-químico (CAF, coagulación – floculación, DAF) seguido de un proceso biológico MBR.

Año: 2011

Localización del proyecto: Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos – Madrid.

Objetivos: Diseño e instalación de una planta de tratamiento de aguas residuales para la obtención de un agua de muy alta calidad para su reutilización en proceso. Tratamiento de los lodos generados en la planta.

 

Planta de tratamiento de aguas residuales diseñada e instalada por SIGMA para la reutilización del agua en la empresa Beiersdorf Manufacturing.
Figura 24. Planta de tratamiento de agua residual de una industria cosmética diseñada e instalada por SIGMA para la reutilización como agua de proceso, caso de Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos S.L.

Equipos instalados:

  • Separador de grasas y aceites SIGMACELL ACAF
  • Tanque de homogeneización con aireación mediante difusores AQUA-JET.
  • Sistema de coagulación, floculación y ajuste de pH (incluye tanques de preparación de reactivos y tanques de reacción).
  • Equipo de flotación SIGMA DAF FPBC-PWF.
  • Reactor biológico MBR con módulo externo de membranas de Ultrafiltración.
  • Reactor de digestión aeróbica de lodos
  • Deshidratación de lodos mediante decanter centrífuga

Capacidad:  600 m3/día con capacidad para 900 m3/día en futura ampliación de la planta productora.

Tabla 2. Características y rendimientos del caso de éxito de SIGMA en el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria cosmética para su reutilización. Caso de Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos S.L.

Características del agua residual

DQO (mg/L)

DBO5(mg/L)

SST (mg/L)

Aceites y grasas (mg/L)

 

11600

3700

1060

2000

 

Rendimiento de eliminación del tratamiento físico-químico (CAF + DAF)

DQO (%)

DBO5 (%)

SST (%)

Aceites y grasas (%)

 

44

19

81

95

 

Rendimiento de eliminación del tratamiento biológico MBR

DQO (%)

DBO5 (%)

SST (%)

 

96

95

95

 

Rendimiento global de la planta

DQO (%)

DBO5 (%)

SST (%)

Aceites y grasas (%)

 

98

96

99

95

 

Las grasas y aceites son eliminadas en el equipo SIGMACELL ACAF. A continuación, el agua es homogeneizada y sometida a un proceso de coagulación – floculación cuidadosamente estudiada, para ello, se realizaron pruebas Jar – Test para la determinación del tipo y de la dosificación óptima de coagulante (PAC con poliamida) y floculante (polielectrolito catiónico). Los sólidos floculados son separados en un equipo SIGMADAF FPBC-PWF que permite la obtención de un clarificado de muy alta calidad. Para la eliminación de materia orgánica biodegradable, se instala un sistema de tratamiento biológico MBR ‘Membrane Bio-Reactor’ con tecnología avanzada de membranas de Ultrafiltración. Esto permite obtener una elevadísima calidad de agua que es recirculada y reutilizada en el proceso de producción de la planta cosmética.

Diagrama de proceso de la Planta de tratamiento de aguas de la industria cosmética Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos S.L., diseñada por SIGMA.
Figura 25. Diagrama de proceso de la Planta de tratamiento de agua residual de una industria cosmética diseñada e instalada por SIGMA para la reutilización como agua de proceso, caso de Beiersdorf Manufacturing Tres Cantos S.L.

Descargar caso de éxito

3. Referencias

Artiga P. 2005. Contribución a la mejora del tratamiento biológico de aguas residuales de la industria de curtidos. Memoria Tesis Doctoral Universidad de Santiago de Compostela, Departamento de Ingeniería Química.

Mohedano A.F., Monsalvo V.M., López J., Rodríguez J.J. Tratamiento de aguas residuales de la industria cosmética en un reactor biológico de membranas. Publicaciones de la Sección de Ingeniería Química, Universidad Autónoma de Madrid.