Eliminación de detergentes y otros surfactantes presentes en aguas residuales

29 de diciembre de 2023 (Lectura 8 mins)
Jordi Fabregas

1. Vertido de detergentes y otras sustancias jabonosas

Algunas aguas residuales generadas en procesos industriales contienen sustancias jabonosas y detergentes. El vertido de estas aguas produce efectos negativos en el entorno natural, como es el caso de la eutrofización, que genera un ecosistema caracterizado por la presencia anormalmente alta de nutrientes como los fosfatos.

Cuando se produce un escape de detergente, se forma una película en la superficie de las aguas, la cual disminuye la absorción del oxígeno de la atmósfera y su posterior dilución, lo cual afecta a todo tipo de organismos acuáticos.

Los vertidos de agua contaminada con detergentes y otros surfactantes suelen filtrarse en el suelo dejando en él parte de los contaminantes. En otras ocasiones esos contaminantes pasan a las aguas subterráneas.

2. Tipos de surfactantes

Los surfactantes, también conocidos como tensoactivos, son moléculas de origen orgánico que tienen la capacidad de modificar el equilibrio de las fuerzas de atracción existentes entre las moléculas cercanas a la superficie de un líquido. Dicho de otra forma, son sustancias que pueden disminuir la tensión superficial de un líquido. 

Estos compuestos son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones industriales, ya que permiten disolver o emulsionar sustancias insolubles en agua, como aceites, grasas y otros elementos.

Los surfactantes son empleados en la producción de productos como:

  • Detergentes: Los tensoactivos son esenciales para la fabricación de detergentes y productos de limpieza, ya que ayudan a separar o disolver sustancias insolubles, facilitando así el proceso de limpieza.
  • Industria de la Limpieza: Los tensoactivos desempeñan un papel vital en la producción de champú, lavavajillas, detergentes textiles y productos para eliminar el polvo en superficies.
  • Emulsionantes y Solubilizantes: También se utilizan como emulsionantes y solubilizantes en diversas aplicaciones industriales.

Por su estructura, los surfactantes se pueden dividir en:

  • No iónicos: se caracterizan porque contienen grupos funcionales ionizables, los cuales no logran disociarse con el agua. Están conformados principalmente por un lado polar con éteres y alcoholes, y otro lado apolar que contiene la cadena alifática, aunque también pueden ser aniónicos no alifáticos.
  • Iónicos: se caracterizan por poseer fuerte afinidad con el agua debido a la atracción electrostática con respecto a sus dipolos, lo que les confiere la capacidad de dar arrastre a las cadenas hidrocarbonadas.

A su vez, los surfactantes iónicos se subdividen en:

  • Tensoactivos aniónicos: son los tensoactivos más comunes en la industria y son producidos a gran escala debido a que ofrecen una efectividad a un bajo coste. Se caracterizan porque su lado hidrofílico, que contiene una carga negativa debida a los grupos fosfato, sulfato, carboxilato y sulfonato.
  • Tensoactivos catiónicos: contienen una carga positiva que les brinda mayor adherencia a los sustratos con gran persistencia. Pueden variar las propiedades superficiales, transformar las hidrofílicas en hidrofóbicas y viceversa. Además, los compuestos como las aminas y sus sales derivadas tienen efectos bactericidas que logran eliminar ciertos microorganismos o disminuyen su desarrollo.
  • Tensoactivos anfóteros: caracterizados por contener tanto grupos aniónicos como catiónicos, donde la molécula cambia con el pH.

3. Presencia de surfactantes en las aguas residuales

Como hemos visto, es frecuente encontrar restos de detergentes en las aguas residuales, tanto domesticas como industriales.

Entre los efectos más negativos que presentan los tensoactivos en las aguas residuales, destacan:

  • Incrementan el pH de aguas residuales, lo cual impacta en el ciclo de vida de especies acuáticas.
  • Ocasionan un incremento de nutrientes en las aguas donde son vertidos, produciendo un aumento importante de algas y de malos olores debido a la aportación de grandes cantidades de fósforo.
  • Los fosfatos se sustituyen por sustancias como Ácido Nitrilotriacético (NTA) o Ácido Etilendiaminotetraacético (EDTA), que contienen iones pesados que se disuelven en el agua y pueden ser ingeridos por la población.
  • El mercurio, plomo y cromo son metales pesados que pueden disolverse en agua causando alteración de la cadena trófica o perjuicios de tipo genético en muchas especies.
  • El cloro y compuestos organoclorados pueden aumentar su concentración en el agua residual convirtiéndose en una amenaza por sus efectos mutagénicos y cancerígenos.
  • Para llevar a cabo la descomposición de compuestos de tipo orgánico originados por los detergentes, se consume mucho oxígeno, lo que produce condiciones de anoxia y provoca la muerte de flora y fauna acuática.
  • Tienen un impacto directo en los procesos de sedimentación, floculación y coagulación en las plantas depuradoras de aguas residuales.
  • Contaminan las aguas subterráneas.
  • Generan grandes cantidades de espuma, que flota en las aguas y provoca cambios en la dilución de oxígeno, a la vez que afectan al entorno.

Los surfactantes presentes en las aguas residuales causan importantes problemas cuando llegan las plantas de tratamiento de aguas. Bajo la influencia de la aireación producen cantidades masivas de escorias flotantes que, además de ser antiestéticas, causan problemas con la transferencia de oxígeno y problemas de funcionamiento en las instalaciones.

Los tensoactivos modifican la calidad del agua, ya que intervienen en diversos procesos, como el intercambio de oxígeno, lo que reduce su disponibilidad afectando al proceso biológico.

Formación de Micelas

Cuando los tensoactivos se disuelven en un líquido se forman pequeñas estructuras esféricas (10 – 30 nm) denominadas “micelas”. Estas son esenciales para diversas aplicaciones, como la limpieza y la emulsión. Las micelas se forman en base a las siguientes características:

  • Los tensoactivos tienen una parte polar (hidrofílica) y una parte no polar (hidrofóbica).
  • En un líquido, las moléculas de tensoactivo se agrupan espontáneamente para minimizar la energía superficial.
  • Las partes hidrofílicas se orientan hacia el agua, mientras que las partes hidrofóbicas se agrupan en el interior, formando una estructura esférica llamada micela.
  • Las micelas de hinchan y dan lugar a micro emulsiones y facilitan las disoluciones de aceites, grasa, hidrocarburos, o cadenas aromáticas como el benceno y sus derivados, etc.

Propiedades de las Micelas

  • Solubilización: Las micelas pueden encapsular sustancias no solubles en agua, como grasas y aceites, aumentando su solubilidad.
  • Detergencia: Las micelas ayudan a eliminar la suciedad y la grasa de las superficies sólidas.
  • Emulsión: En productos como cremas y lociones, las micelas emulsionan ingredientes insolubles en agua.
  • Estabilidad coloidal: Las micelas mantienen las partículas dispersas en suspensiones coloidales.

En resumen, las micelas son estructuras clave en la química de los tensoactivos. Son fundamentales para la eficacia de los tensoactivos en una variedad de aplicaciones industriales y de cuidado personal, pero también son capaces de aumentar la solubilidad de contaminantes indeseables en las aguas residuales.

4. Eliminación de surfactantes presentes en aguas residuales

Debido a la presencia de micelas en los efluentes que contienen tensoactivos, el proceso de tratamiento de estas aguas residuales exige la desestabilización de las micelas mediante una correcta coagulación en un medio con un pH adecuado.

Por otro lado, es frecuente la presencia asociada de aceites, grasas o hidrocarburos, que deberán ser separados junto al resto de los contaminantes presentes en el agua mediante la formación de flóculos, con la adición de un polielectrolito adecuado.  

El proceso de separación por flotación con aire disuelto (DAF), en el que SIGMADAF tiene amplia especialidad, es el más adecuado, ya que además de su alto rendimiento de separación, permite obtener un fango flotante de mayor concentración que otros procesos de tratamiento.

Existen industrias que, por su actividad relacionada con los tensoactivos, pueden descargar vertidos con elevadas concentraciones de contaminantes. Este es un ejemplo de una analítica de un agua residual con una alta elevada presencia de tensoactivos y otros contaminantes. 

  • Tensoactivos (≥10 mg/l)
  •  DBO (≥3000 mg/l O2)
  •  DQO (≥9000mg/l O2)
  •  Aceites y grasas (≥950 mg/l)
  •  Elementos aromáticos como fenoles (≥ 1 mg/l)
  • Detergentes (≥10 mg/l)

Una planta de tratamiento de alta eficiencia para la depuración de aguas residuales con detergentes y otros jabones se compone de las siguientes etapas:

  • Homogeneización y ajuste de pH
  • Coagulación / Floculación
  • Flotación por aire disuelto (DAF)
  • Tratamiento biológico aerobio
  • Tratamiento terciario con MBR para recuperación o vertido
  • Deshidratación de fangos separados para evacuación a vertedero.

En la mayoría de ocasiones, un sistema DAF no es suficiente para alcanzar los límites de vertido, o reutilización adecuados. Por ello, se hace necesario un tratamiento secundario compuesto de reactor biológico aerobio y un DAF con recirculación de fangos activos a la zona de oxidación. Si se pretende recuperar una parte, o la totalidad del efluente tratado, conviene la instalación de un sistema de ultrafiltración por membranas (MBR).

En una planta de fabricación de surfactantes, las cargas de contaminantes y la presencia de glicéridos pueden ser elevadas, por lo que es necesaria una rotura previa de emulsión en medio ácido, para luego coagular, flocular y someter a flotación DAF, como se muestra en el siguiente esquema:

5. Resumen

Los surfactantes o tensoactivos son moléculas versátiles que desempeñan un papel crucial en la limpieza, la emulsión y la solubilización de sustancias, en el mundo industrial y doméstico.

Las aguas residuales que contienen tensoactivos tienen un gran potencial para afectar negativamente al medio ambiente, debido a la presencia de contaminantes que aumentan la solubilidad de productos tóxicos como los hidrocarburos, metales, aceites y grasas, entre otros.  Además, las altas concentraciones de nutrientes (especialmente fosfatos) que contienen, favorecen la aparición del fenómeno de la eutrofización, descompensando la distribución del oxígeno en el agua y atentando contra la vida acuática en los puntos en los que se vierten.

Las líneas de tratamiento de aguas residuales que se utilizan para tratar estos efluentes constan habitualmente de un proceso de coagulación – floculación para desestabilizar a las micelas que forman las emulsiones, seguido de un sistema de flotación por aire disuelto DAF en el que se separa la mayor parte de los SST y una buena parte de los contaminantes orgánicos (aceites, grasas y restos de detergentes).

Estos sistemas de flotación DAF también se utilizan como clarificadores secundarios, tras el tratamiento biológico aerobio que se utiliza para oxidar la materia orgánica en estos vertidos. En el caso de reutilización de una parte o la totalidad del efluente tratado, se aplica un sistema de membranas de ultrafiltración (MBR), que permite alcanzar altas cotas de reducción de sustancias contaminantes y una notable simplificación de la instalación.

Consultas y bibliografía

    ¿Le ha interesado esta solución?

    CLÁUSULA INFORMATIVA BÁSICA

    RESPONSABLE TRATAMIENTO: SIGMADAF CLARIFIERS, S.L.
    FINALIDAD: Atender la solicitud del usuario, y en caso de aceptación del envío de comunicaciones comerciales, mantenerle informado sobre las ofertas y novedades.
    LEGITIMACIÓN: Consentimiento del interesado.
    CESIONES y TRANSFERENCIAS: Se prevé la cesión de sus datos a la entidad PIPEDRIVE, ubicada en EEUU, a parte de las necesarias por obligación legal y/o requerimiento judicial.
    DERECHOS: Acceso, rectificación, supresión, oposición, limitación, portabilidad, revocación del consentimiento. Si considera que el tratamiento de sus datos no se ajusta a la normativa, puede acudir a la Autoridad de Control (www.aepd.es).
    INFORMACIÓN ADICIONAL: más información en nuestra política de privacidad.