Separación de aceites y grasas mediante sistemas DAF

30 de mayo de 2023 (Lectura 13 mins)
Jordi Fabregas

Los aceites y las grasas son algunos de los contaminantes más habituales en las aguas residuales generadas en procesos industriales. Su presencia en las aguas residuales puede causar graves daños al medio ambiente y a la salud humana, por lo que es esencial tomar las medidas necesarias para separar los aceites y las grasas de las aguas residuales.

También son causantes de problemas de rendimiento en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Por un lado, acostumbran a ser sustancias viscosas que se adhieren a los tamices, recipientes, tuberías, elementos mecánicos e instrumentos, por los que circulan los vertidos; lo que acarrea problemas bajo el punto de vista de eficiencia y mantenimiento, y por otro lado, llegan a producir anoxia en los tanques de oxidación, por lo que dificultan el tratamiento biológico de los efluentes, a la vez que colapsan los medios filtrantes con facilidad (filtros, membranas, etc.).

1. Tratamiento de aguas residuales con aceites y grasas

Los aceites y las grasas (FOG) suelen estar presentes en las aguas residuales de diversas industrias, como plantas de procesamiento de alimentos, refinerías de petróleo, o instalaciones de reparación de automóviles, por citar algunos ejemplos y son más difíciles de degradar biológicamente que otros materiales presentes aguas residuales.

Si no se eliminan previamente, estos depósitos de aceites y grasas pueden reducir la efectividad de los tratamientos biológicos y de membranas, creando bloqueos, obstruyendo y asfixiando los sistemas de tratamiento, y reduciendo la capacidad de digestión de lodos de los microorganismos utilizados en los procesos de tratamiento de aguas residuales.

Sistemas DAF para la separación de aceites y grasas de las aguas residuales

Los sistemas DAF son una tecnología eficaz para la separación de los aceites y grasas presentes en las aguas residuales, especialmente las generadas en entornos industriales. Estos sistemas permiten tratar grandes volúmenes de aguas residuales, a la vez que son fáciles de manejar y requieren de poco mantenimiento.

Una de las ventajas de la flotación por aire disuelto es su capacidad para tratar grandes volúmenes de aguas residuales en poco tiempo, por lo que se convierten en la opción ideal para instalaciones que generan gran cantidad de aguas residuales. Adicionalmente, los sistemas DAF también son relativamente fáciles de manejar y mantener. Requieren una intervención mínima del operario y están automatizados, reduciendo de este modo el riesgo de error humano.

Por lo tanto, la opción más eficaz es separar los aceites y grasas a través de un tratamiento primario mediante flotación por aire disuelto. Tras este tratamiento primario, las aguas residuales pueden ser enviadas a otros equipos de tratamiento con garantías de que no se comprometerá el proceso de tratamiento secundario.

2. Sistemas DAF y coagulación-floculación para la separación de aceites y grasas en aguas residuales

La opción más eficaz es separar los aceites y grasas a través de un tratamiento primario mediante flotación por aire disuelto (DAF). Tras este tratamiento primario, las aguas residuales pueden ser enviadas a otros equipos de tratamiento con garantías de que no se comprometerá el proceso de tratamiento secundario.

Los sistemas de flotación por aire disuelto utilizan el principio de flotabilidad para la separación de aceites y grasas del agua residual. El proceso se lleva a cabo mediante la introducción de microburbujas de aire en las aguas residuales, las cuales se adhieren a las partículas de aceite y grasa y las hace flotar hacia la superficie; en este caso estas burbujas tienen tamaños de ≤50 µm y se distribuyen en forma homogénea en el flotador.

La coagulación y la floculación son dos procesos químicos, que implican la adición de productos químicos a las aguas residuales. Estos reactivos neutralizan la carga de las partículas de aceite y grasa, haciendo que se adhieran entre sí y formen grumos o flóculos más grandes que se pueden eliminar del agua por flotación.

  • La coagulación es el primer paso del proceso en el que se añade un coagulante químico a las aguas residuales, normalmente una sal metálica como el sulfato de aluminio (alumbre) o el cloruro férrico. El coagulante neutraliza la carga de las partículas de aceite y grasa, haciendo que se junten y formen pequeños grumos (Coágulos).  En ocasiones se hace necesario un ajuste de pH para que funcione correctamente este proceso y el consiguiente.                                                                                                                       
  • La floculación es el segundo paso del proceso en el que se añade un floculante químico a las aguas residuales, normalmente un polímero de alto peso molecular. El floculante actúa como agente aglutinante, haciendo que los pequeños grumos de aceite y grasa se adhieran entre sí y formen flóculos más grandes y pesados que pueden eliminarse con mayor facilidad del agua por flotación DAF. Los flóculos forman una capa de espuma o lodo en la superficie del agua, que se extrae y se retira del sistema.

Los separadores DAF son especialmente eficaces para el tratamiento de aguas residuales industriales con presencia de aceites y grasas, como las generadas en plantas de procesamiento de alimentos, plantas petroquímicas y otras instalaciones de fabricación. También son útiles para eliminar otros tipos de contaminantes, como sólidos en suspensión, metales pesados y compuestos orgánicos.

Entre las ventajas que aporta un tratamiento de aguas residuales mediante sistema DAF, destacamos las siguientes:

  • Elevada eficiencia de eliminación de aceites y grasas de las aguas residuales, normalmente a una escala del 90-99 %.            
  • Es un proceso que ofrece una gran versatilidad para tratar una amplia variedad de tipos y concentraciones de aguas residuales. El proceso puede ajustarse a las características específicas de las aguas residuales, incluidos el pH, la temperatura y el tipo y concentración de contaminantes presentes.
  • El proceso de coagulación-floculación normalmente requiere dosis menores de productos químicos que otros métodos de tratamiento, lo que se traduce en menores costes de productos químicos y menor producción de residuos químicos. 
  • El proceso de flotación por aire disuelto también reduce el volumen de lodos generados durante el proceso de tratamiento, lo que significa menores costes de gestión y eliminación de estos lodos, así como un menor impacto ambiental.
  • Los costes operativos del proceso de coagulación-floculación combinado con un sistema DAF son relativamente bajos en comparación con otras tecnologías. Esto puede ser especialmente ventajoso para las industrias que generan grandes cantidades de aguas residuales y necesitan una opción de tratamiento rentable.
  • Los sistemas DAF son relativamente fáciles de utilizar y requieren de un coste de mantenimiento mínimo en comparación con otras tecnologías. Esto puede suponer una ventaja significativa para las industrias que necesitan un tratamiento fiable con escasos requisitos de mantenimiento.

Las industrias que más se benefician de este proceso son las siguientes:

  • Procesamiento de alimentos y bebidas: las industrias de procesamiento de alimentos, como la cárnica y la láctea, generan grandes volúmenes de aguas residuales con una elevada carga de aceites y grasas que requieren tratamiento.
  • Refinado de petróleo: las refinerías de petróleo generan grandes cantidades de aguas residuales oleosas con presencia de hidrocarburos que requieren tratamiento previo a su vertido.               
  • Fabricación de productos químicos: los procesos de fabricación de productos químicos pueden generar aguas residuales que contienen un amplio espectro de contaminantes, entre los que se pueden encontrar aceites.
  • Metalurgia: las industrias metalúrgicas, como las de mecanizado y acabado de metales, generan aguas residuales con elevados niveles de aceite que requieren de un tratamiento de separación eficaz previo a su vertido o reutilización. 
  • Fabricación textil: los procesos de fabricación textil pueden generar aguas residuales oleosas que contienen un amplio espectro de contaminantes.
  • Fabricación de celulosa y papel: las fábricas de celulosa y papel generan importantes cantidades de aguas residuales que pueden contener aceites procedentes de sus procesos de fabricación.
  • Fabricación de automóviles e industria aeroespacial: las instalaciones de fabricación de automóviles generan aguas residuales oleosas procedentes de diversos procesos, como la limpieza de piezas y el trabajo del metal.
  • Generación de energía: las instalaciones de generación de energía, como las centrales eléctricas de carbón, pueden generar aguas residuales oleosas que requieren tratamiento previo a su vertido. 
  • Minería: la industria minera puede generar aguas residuales oleosas a partir de diversos procesos, como el tratamiento de minerales y el mantenimiento de equipos.                                                           
  • Industria farmacéutica. 
  • Fabricación de plásticos. 
  • Fabricación de pinturas y revestimientos.

3. Separación de aceites y grasas por coalescencia

Cualquier proceso industrial que incorpore productos vegetales o animales es susceptible de generar aguas residuales con aceites y grasas. Por otra parte, los lubricantes y otros aceites utilizados para maquinaria y transporte también producen un elevado volumen de aguas residuales de proceso y de lavado. Los aceites y las grasas se presentan en forma de macromoléculas de cadena larga.

En función del tipo de aceite, de su origen:(animal, vegetal o mineral), y de sus características fisicoquímicas, se aplican distintas tecnologías de separación. Así, para aceites menos densos (aprox. 0,8 kg/l), se suelen utilizar sistemas de flotación simple por diferencia de densidades, como es el caso de los separadores API, o bien placas de coalescencia (CPI).

El fenómeno de coalescencia es la propiedad de las cosas de unirse o fundirse para aumentar su tamaño. En el caso de los efluentes aceitosos, las placas coalescentes o separadores de aceite (CPI) son rellenos plásticos que permiten la separación física de hidrocarburos, grasas y aceites contenidos en corrientes de aguas residuales.

Se disponen las placas con una determinada inclinación para facilitar que la corriente líquida circule a través de ellas, permitiendo que se depositen las partículas aceitosas en sus paredes, de tal forma que se unen por coalescencia. Posteriormente, las partículas mayores son arrastradas hasta la superficie por la propia corriente del líquido. La capa de espumas y grasas superficiales que se forma es arrastrada o barrida por un sistema mecánico (desnatador).

Cuando las partículas de aceites y grasas están en forma de emulsión, es necesario un pretratamiento químico consistente en la dosificación de reactivos desemulsificantes que son compuestos de superficie activa, los cuales al ser agregados a la emulsión facilitan la coalescencia de los aceites y grasas.

El rendimiento de eliminación es muy superior cuando se utiliza aire para la separación por coalescencia.

  • Dimensiones de las burbujas: Para realizar una correcta separación por coalescencia con aire, las burbujas que se originen deberían tener un tamaño inferior a los 2 mm. Con tamaños inferiores, se consigue una mejor separación, pero se debe aportar aire a presión y luego descomprimir la mezcla correctamente para obtenerlo en microburbujas ( ≤ 0,5 mm).
  • Separación entre difusores: Cuando se aumenta la distancia entre difusores, se reduce la capacidad que tienen las burbujas producidas por un difusor de impactar con las que son producidas por otro difusor.
  • Altura de la lámina de agua: Conforme las burbujas suben tienen tendencia a formar una columna de aire, siendo muy pequeña la separación entre estas, por lo que se facilita la coalescencia.

En la siguiente gráfica (Figura 1) se evidencia el aumento de la velocidad de ascenso de las burbujas a medida que crece su tamaño, lo que manifiesta que el tiempo de contacto es mayor con burbujas más pequeñas.

Dependiendo de la cantidad de FOG presente en el efluente a tratar, y de su destino (tratamiento secundario, vertido, reutilización), se puede emplear un sistema de aire cavitado (CAF), en el que se utiliza un tornillo agitador especial que produce un vórtice y, por lo tanto, una depresión en la superficie del líquido, lo que reduce su tensión superficial.

Este aire en forma de burbujas se dispersa en la corriente del vertido, creando una separación de contaminantes por pérdida de densidad aparente de las partículas asociadas y gracias a la coalescencia de los aceites y las grasas.

El sistema CAF es económico, tanto en implantación como en consumos de reactivos y energía, y además su mantenimiento es sencillo. No obstante, su rendimiento de eliminación de aceites y grasas es del orden del 60 – 80% debido a la irregularidad, cantidad y tamaño de las burbujas de aire formadas

Este sistema se suele utilizar como pretratamiento para un sistema de flotación por aire disuelto (DAF), cuando hay una muy elevada concentración de aceites y grasas, o bien cuando la concentración es media o baja y, por las características del vertido, es suficiente con esta etapa primeria de tratamiento.

4. Otras tecnologías utilizadas para la eliminación de aceites y grasas en aguas residuales.

Además de los CPI, API, CAP y DAF, ya comentados en este artículo, cabe mencionar los siguientes sistemas alternativos:

  • Separación por gravedad: la separación por gravedad es una técnica que utiliza la diferencia de densidad entre el petróleo y el agua para separarlos. El método se basa en el hecho de que el aceite y la grasa son menos densos que el agua y, cuando se introducen en un tanque o cámara de decantación, flotan en la superficie mientras que el agua, al ser más pesada, se hunde hasta el fondo. Una vez que el aceite y la grasa se han separado, pueden retirarse de la superficie utilizando un dispositivo de espumado.                                                                                                            
  • Filtración: la filtración es otro método de separación física que se utiliza para la eliminación de aceites y grasas de las aguas residuales. El método consiste en pasar las aguas residuales a través de un filtro que atrapa los aceites y las grasas dejando que salga el agua. El medio filtrante utilizado puede ser cualquier material capaz de atrapar aceite y grasa, como arena, carbón activado o fibras poliméricas, pero se suele colmatar con rapidez y su limpieza es complicada.                                                                                                                                                           
  • Oxidación química: la oxidación química es una técnica que utiliza agentes oxidantes, como el peróxido de hidrógeno, el ozono o el cloro, para que reaccionen con el aceite y la grasa, haciéndolos insolubles en agua. El método es eficaz, pero puede ser caro y generar subproductos que necesitan un tratamiento posterior.                                                                                  
  • Biorremediación: es un proceso que consiste en introducir microorganismos en las aguas residuales capaces de descomponer aceites y grasas. Los microorganismos consumen aceites y grasas como alimento, convirtiéndolos en subproductos inocuos, como agua y dióxido de carbono.                                                                                                                                  
  • Bioaumentación: consiste en introducir cepas específicas de bacterias u otros microorganismos especialmente diseñados para descomponer determinados tipos de aceites y grasas. Este método es eficaz para el tratamiento de las aguas residuales que contienen tipos específicos de contaminantes.

5. Conclusión

La separación de aceites y grasas en las aguas residuales se realiza por diferencia de densidad entre estos contaminantes (menos densos) y la corriente de agua que los contiene.

Estos contaminantes deben ser eliminados. ya que su presencia es problemática para los equipos electromecánicos y los procesos de depuración.

De las distintas técnicas existentes para realizar esta separación, los flotadores por aire disuelto (DAF), son los más eficientes, aunque, en determinadas ocasiones en que nos encontramos con elevadas concentraciones de estos contaminantes, conviene que vayan precedidos por otros tratamientos que los descarguen (CPI, CAF, etc.).

Adicionalmente, si se requiere de una eliminación más afinada de aceites y grasas, se deben instalar tratamientos complementarios que permiten alcanzar los valores deseados, como puede ser el tratamiento de afino con membranas específicas.

Bibliografía y textos consultados:

http://www.scielo.org.co/

¿Qué es el fenómeno de la coalescencia? Descúbrelo (ingeciv.com)

Rompedores de emulsión | Smart Fluid Internacional

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