Mucha gente no tiene claro esto, e incluso los profesionales experimentados a menudo tienen una comprensión confusa. PAC, PAM, PFS, hipoclorito de sodio, inhibidores de incrustaciones, agentes defluorantes, fuentes de carbono... los nombres son difíciles de recordar, las funciones se confunden y los productos químicos a menudo se dosifican-al azar cuando no deberían o se omiten cuando es necesario. No es que los operadores no sean inteligentes; es simplemente que nadie nunca les ha resuelto todo claramente.
El desafío con los productos químicos para el tratamiento del agua radica en su gran variedad: hay muchos tipos, algunos sirven para múltiples propósitos y las convenciones de nomenclatura varían. Cuando se usan varios juntos, el problema no es sólo olvidarlos-sino mezclarlos. Hoy, analicémoslos sistemáticamente.
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Coagulantes y floculantes: el dúo dinámico del tratamiento fisicoquímico
Uno desestabiliza, los otros puentes-no los confundas.
Estos dos tipos de químicos casi siempre se usan juntos, pero sus funciones son completamente diferentes; no los confundas.
Los coagulantes se encargan de la desestabilización: neutralizan la carga superficial de las partículas coloidales en el agua, lo que hace que las partículas finas-que de otro modo permanecerían suspendidas-se agrupen en pequeños "micro-flóculos". Los floculantes se encargan de la formación de puentes: unen estos pequeños micro-flóculos formando flóculos grandes y pesados que pueden sedimentarse o deshidratarse de forma eficaz.
Uno neutraliza la carga en las superficies de las partículas para que ya no se repelan entre sí; el otro utiliza polímeros-de cadena larga para unir las partículas desestabilizadas. El orden de las sumas también importa: la desestabilización debe preceder a la unión; invertir el orden prácticamente no produce resultados.
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Elegir entre tres tipos de coagulantes
Elija PAC para la eliminación de turbidez de rutina; Elija agentes a base de hierro-para eliminar el fósforo.
Hay tres coagulantes de uso común.
PAC (Cloruro de polialuminio): Económico, eficaz para eliminar la turbidez y adaptable a un amplio rango de pH. Adecuado tanto para aguas residuales municipales como industriales, es la opción preferida para operaciones rutinarias. PFS (sulfato poliférrico): ofrece capacidades de eliminación de fósforo más fuertes que el PAC y produce flóculos densos y de sedimentación rápida-. Es la opción preferida para aguas residuales con alto contenido de fósforo-, como las de mataderos, fábricas de papel y plantas químicas con fósforo. Cloruro férrico: Altamente eficaz en la coagulación y eliminación de fósforo, pero altamente corrosivo. Requiere medidas anticorrosión para los equipos y generalmente no es la primera opción, aunque se utiliza en escenarios específicos. Para la eliminación de turbidez de rutina, elija PAC; para la eliminación especializada de fósforo, elija coagulantes-a base de hierro-esta regla general rara vez falla. Algunas plantas luchan por reducir los niveles de fósforo mientras siguen usando PAC; cambiar a un producto a base de hierro-produce resultados inmediatos. No es que el PAC sea ineficaz; simplemente no es la herramienta adecuada para ese trabajo específico.
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El floculante principal: PAM
Utilice aniónicos como ayuda a la sedimentación; Utilice catiónico para deshidratar
El floculante principal es PAM (poliacrilamida). Se presenta en tres tipos basados en carga iónica, cada uno con distintas aplicaciones.
El PAM aniónico es más eficaz para aguas residuales con altos niveles de limo y materia inorgánica-ideal para agua de lavado de carbón, aguas residuales de cerámica y ayuda a la sedimentación en tanques de sedimentación primarios. El PAM catiónico lleva una carga positiva y está especializado para la deshidratación de lodos; agregarlo antes de un filtro prensa mejora la liberación de agua, reduciendo potencialmente el contenido de humedad del lodo del 97% a menos del 80%. El PAM no-iónico tiene un rango de aplicación limitado y rara vez se utiliza.
Solo recuerde: use aniónicos para ayudar a la sedimentación y catiónicos para la deshidratación. Sin embargo, el PAM tiene un inconveniente: elegir el peso molecular o el grado iónico incorrecto conduce a resultados muy diferentes. Incluso entre productos PAM catiónicos, las diferencias en el peso molecular (por ejemplo, 8 millones frente a . 12 millones) o el grado iónico (por ejemplo, 20 frente a . 40) pueden causar variaciones significativas en el contenido de humedad de la torta de lodo resultante. Las diferentes calidades de agua requieren pruebas a escala de banco-para una selección adecuada; No espere que un solo tipo de PAM funcione para todas las situaciones.
He visto muchas plantas donde el rendimiento de PAM fluctuó después de cambiar de marca, solo para descubrir que el grado iónico difería del lote anterior. Por lo tanto, al cambiar de proveedor, no se centre únicamente en el precio.-Asegúrese de que los parámetros de peso molecular y grado iónico coincidan con sus requisitos.
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Fuentes de carbono: combustible para sistemas de desnitrificación
Cuatro tipos de fuentes de carbono: pros y contras
En la desnitrificación, si la fuente de carbono es insuficiente, las bacterias pasan hambre y los niveles totales de nitrógeno no bajan. Este es un problema común. Las plantas con una proporción adecuada de carbono-a-nitrógeno (C/N) no necesitan agregar más, pero las plantas de aguas residuales industriales con proporciones bajas de C/N casi siempre requieren suplementación.
Cada una de las cuatro fuentes de carbono tiene sus propias ventajas y desventajas. Anteriormente escribí una revisión comparativa-"Fuentes de metanol, acetato de sodio, glucosa o carbono compuesto: ¿cuál debería elegir para la desnitrificación?"-pero aquí hay un breve resumen. El metanol ofrece la equivalencia de carbono más alta y el costo más bajo, pero como producto químico peligroso de Clase A, su almacenamiento y transporte requieren aprobación de seguridad contra incendios-una barrera que las plantas pequeñas a menudo no pueden permitirse el lujo de eliminar. El acetato de sodio presenta altas tasas de utilización y no requiere un período de adaptación al cambiar, lo que lo convierte en una excelente opción para el control de precisión; sin embargo, cristaliza y obstruye las tuberías en invierno, provocando dolores de cabeza a las plantas de las regiones del norte. La glucosa es segura pero-de acción lenta; No se debe elegir si el tiempo de retención hidráulica en el tanque es insuficiente. Las fuentes de carbono compuestas, formuladas a partir de múltiples componentes, ofrecen una alta eficiencia de utilización en diversas poblaciones microbianas; sobresalen en condiciones de baja-temperatura, son seguros y no-cristalizantes, y son adecuados para una dosificación estable-a largo plazo.
Al seleccionar una fuente de carbono, considere tres factores: posesión de sustancias químicas peligrosas, fluctuaciones de la temperatura del agua en invierno y volumen de tratamiento. Si califica, el metanol es la opción más económica; Sin reservas, el acetato de sodio es suficiente si la temperatura del agua se mantiene por encima de los 15 grados durante todo el año. Sin embargo, si las temperaturas invernales caen por debajo de los 12 grados, las fuentes de carbono compuestas-que ofrecen un uso de temperatura alta y baja-y no cristalizan-en realidad pueden resultar en costos generales más bajos que el acetato de sodio.
Hay mucho que discutir sobre las fuentes de carbono, pero como este tema se cubrió exhaustivamente en artículos anteriores, no lo repetiré aquí.
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Especialistas en Tratamiento Avanzado
Implementado solo para parámetros específicos que exceden los límites
Las dos primeras categorías son utilizadas por casi todas las plantas de tratamiento de aguas residuales. Esta categoría es diferente:-se implementa solo para abordar parámetros específicos que exceden los límites de descarga.
Agentes de eliminación de fluoruro: se utilizan principalmente para aguas residuales que contienen fluoruro-de industrias como la fotovoltaica, la electrónica, los semiconductores, la minería y la metalurgia, y los productos químicos que contienen fósforo. La mayoría de las plantas que tratan aguas residuales cargadas de fluoruro-emplean un proceso de eliminación de dos-etapas: una etapa inicial de precipitación de sal de calcio reduce los niveles de fluoruro a 20–30 mg/L, seguida de una etapa de pulido que utiliza agentes de eliminación de fluoruro especializados para reducir los niveles por debajo de 2 mg/L. La etapa de sal de calcio presenta desafíos relacionados con el alto volumen de lodo y el difícil control del pH, mientras que la etapa del agente especializado depende de seleccionar la dosis correcta y ajustar el pH nuevamente al rango apropiado. Cuando las dos etapas están bien-integradas, el costo total es menor que el método de sal de calcio pura y el volumen de lodo se puede reducir a la mitad. He analizado esto en detalle en artículos anteriores, así que lo dejaré así por ahora.
Agentes quelantes de metales pesados: se dirigen a metales pesados como mercurio, plomo, cobre, níquel y cromo que se encuentran en las aguas residuales de la galvanoplastia, la fabricación de placas de circuitos y las operaciones mineras. El mecanismo implica que grupos quelantes dentro del agente formen precipitados estables con iones de metales pesados, capturando eficazmente los metales pesados del agua. En comparación con el método tradicional de precipitación con hidróxido, los agentes quelantes de metales pesados ofrecen varias ventajas: un amplio rango de pH efectivo (no son tan sensibles al pH-como la precipitación alcalina), efectividad contra metales pesados complejados (mientras que la precipitación con hidróxido es en gran medida ineficaz contra cobre o níquel complejados) y la producción de lodo estable en cantidades más pequeñas que no se vuelve a disolver fácilmente.
Sin embargo, tenga en cuenta que estos agentes no son una panacea-todo; Diferentes metales pesados requieren diferentes tipos de agentes quelantes. Dado que las condiciones de quelación para el cobre, el níquel y el cromo difieren, es necesario realizar pruebas a escala de laboratorio para verificar la elección. La dosis también debe ser precisa: una dosis insuficiente-hace que el efluente supere los límites de descarga, mientras que una dosis excesiva-permite gastar dinero en productos químicos.
Los agentes decolorantes se utilizan ampliamente en la impresión textil, el teñido y el tratamiento de aguas residuales de la fabricación de papel; Por lo general, son polímeros de amonio cuaternario que sedimentan rápidamente el color. Como este no es nuestro enfoque principal, sólo lo mencionaremos brevemente.
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Sistema-Productos químicos de soporte
No tratan los contaminantes directamente pero son indispensables.
Este tipo de productos químicos no tratan directamente los contaminantes pero son esenciales para el funcionamiento normal del sistema.
Los inhibidores de incrustaciones son indispensables para las membranas de ósmosis inversa y los sistemas de agua en circulación. Los iones de calcio y magnesio pueden formar incrustaciones que obstruyen los poros de las membranas; Los inhibidores de incrustaciones evitan que estas sales cristalicen y precipiten. Los organofosfonatos (como HEDP y ATMP) son eficaces contra las incrustaciones de carbonato de calcio, mientras que los polímeros (como el PAA) funcionan bien contra las incrustaciones de sílice y hierro. Siga las recomendaciones del fabricante de la membrana al seleccionar un inhibidor; No tomes decisiones arbitrarias.
Los biocidas previenen la proliferación de bacterias y algas en las superficies de las membranas y dentro de las tuberías. Los biocidas oxidantes (por ejemplo, hipoclorito de sodio, dióxido de cloro) son de acción rápida-y económicos, pero se agotan rápidamente y requieren una dosificación continua. Los biocidas no-oxidantes (por ejemplo, isotiazolinonas, sales de amonio cuaternario) ofrecen efectos más-duraderos y se ven menos afectados por el pH. La experiencia práctica sugiere alternar entre tipos oxidantes y no-oxidantes; Depender de un solo tipo puede provocar resistencia microbiana, haciendo que incluso dosis altas sean ineficaces.
Ajustadores de pH: el hidróxido de sodio es la opción más limpia para elevar el pH, mientras que la cal es barata pero produce una cantidad significativa de lodo; El ácido clorhídrico o sulfúrico se utiliza para reducir el pH y también se emplea en la limpieza de membranas. Estos se pueden usar durante todo el proceso, pero evite ajustes fortuitos-antes de cambiar el pH, considere claramente el motivo, el nivel objetivo y si el ajuste afectará los procesos posteriores.
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Un químico, múltiples usos; una sustancia, múltiples nombres
Un cambio en el paso del proceso significa un cambio en la función.
La sala de dosificación de productos químicos alberga varios "multitarea".-El mismo producto químico realiza funciones completamente diferentes según el paso del proceso. Aquí es también donde surge con mayor frecuencia la confusión en el-sitio.
La lima es un ejemplo clásico. Se utiliza para ajustar el pH, eliminar fluoruros, ablandar el agua y como ayuda en la eliminación química de fósforo. Aparece tanto en la etapa de tratamiento fisicoquímico como en la etapa de tratamiento avanzado, pero los niveles de dosificación difieren en órdenes de magnitud, por lo que no se pueden simplemente copiar-pegar los ajustes de dosificación. El sulfato ferroso es similar; si bien es principalmente un coagulante, también elimina fósforo y color. En condiciones ácidas, reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente-un paso crucial en el tratamiento de aguas residuales de galvanoplastia cargadas de cromo-. El hipoclorito de sodio se utiliza no sólo para esterilización y desinfección sino también para decoloración, destrucción de cianuro (en condiciones alcalinas) y limpieza de membranas y tuberías.
Las discrepancias en las convenciones de nomenclatura causan aún más confusión. Diferentes personas usan diferentes nombres para la misma sustancia: PAC significa cloruro de polialuminio, aunque algunos se refieren a él como cloruro de aluminio básico; el álcali líquido, la sosa cáustica y el hidróxido de sodio se refieren a lo mismo; la carbonato de sodio es carbonato de sodio; PAM significa poliacrilamida, que se clasifica además en tipos aniónicos, catiónicos y no-iónicos. Las "fuentes compuestas de carbono" son el ejemplo más típico; diferentes proveedores utilizan diferentes nombres comerciales y formulaciones, por lo que el nombre por sí solo revela poco.
Por lo tanto, no memorice los productos químicos por su nombre; memorizarlos por la función que desempeñan dentro del sistema. Si se utiliza el mismo químico en un paso diferente del proceso, los parámetros de dosificación y control cambiarán completamente; por el contrario, dos productos con el mismo nombre no necesariamente comparten la misma composición. Cuando haya una discrepancia entre las órdenes de compra y la realidad-in situ, aclare exactamente qué es la sustancia y qué pretende hacer antes de discutir el precio.
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Concluyendo con una tabla resumen
Referencia rápida para ocho categorías de productos químicos.
Coagulantes: Los productos representativos incluyen PAC, PFS y cloruro férrico. Sus funciones principales son desestabilizar partículas para formar flóculos, así como eliminar turbidez y fósforo. Los escenarios de aplicación típicos incluyen tanques de sedimentación primaria y eliminación avanzada de fósforo.
Floculantes: Los productos representativos incluyen PAM (aniónico/catiónico). Sus funciones principales son unir partículas para formar grandes flóculos y ayudar en la sedimentación y deshidratación. Los escenarios de aplicación típicos incluyen tanques de sedimentación y filtros prensa. Fuentes de carbono: Los productos representativos incluyen metanol, acetato de sodio y fuentes compuestas de carbono. Su función principal es complementar el carbono para promover la desnitrificación (eliminación de nitrógeno), que normalmente se utiliza en tanques anóxicos.
Agentes defluorantes: Los productos representativos incluyen sales de calcio y agentes defluorantes especializados. Su función principal es la eliminación profunda de fluoruro en etapas de tratamiento secundario, normalmente utilizadas para aguas residuales de fabricación fotovoltaica y electrónica.
Precipitantes de metales pesados: Los productos representativos incluyen precipitantes quelantes. Su función principal es capturar metales pesados y formar precipitados estables, normalmente utilizados para galvanoplastia y aguas residuales de fabricación de placas de circuito.
Antiincrustantes: Los productos representativos incluyen HEDP y PAA. Su función principal es evitar la incrustación en membranas y tuberías, que normalmente se utilizan en sistemas de ósmosis inversa y sistemas de circulación de agua.
Biocidas: Los productos representativos incluyen hipoclorito de sodio e isotiazolinonas. Su función principal es la esterilización y la inhibición de algas, normalmente utilizadas en sistemas de membranas y sistemas de circulación de agua.
Ajustadores de pH: Los productos representativos incluyen soda cáustica líquida (NaOH), ácido clorhídrico y cal. Su función principal es ajustar los niveles de pH, aplicable en todas las etapas del proceso.
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Tres principios para la selección química
Primero, realice pruebas-a escala · Calcule los costos totales · Considere el proceso
En primer lugar, realice pruebas-a escala antes de realizar la ampliación. La calidad del agua afecta significativamente el desempeño de los productos químicos; La dosis de PAC, por ejemplo, podría oscilar entre 50 y 300 mg/L.-¿Cómo saberlo sin realizar pruebas? No se limite a escuchar la "dosis típica" de un proveedor; tu "típico" no es el mismo que el de ellos.
En segundo lugar, calcule los costos totales, no sólo los precios unitarios. Los productos químicos costosos pueden requerir dosis más bajas y ofrecer un rendimiento estable, lo que potencialmente resulta en un menor costo por tonelada de agua tratada. Por el contrario, los productos químicos baratos pueden requerir dosis altas o producir malos resultados-lo que genera reelaboraciones y mayores costos generales.
En tercer lugar, asegúrese de que los productos químicos coincidan con el proceso. La flotación por aire disuelto (DAF) requiere flóculos ligeros, mientras que la sedimentación requiere flóculos pesados, lo que significa que la selección de PAC y PAM difiere completamente. Los sistemas bioquímicos son sensibles a la toxicidad química; Nunca agregue oxidantes fuertes a los tanques bioquímicos. Para sistemas de membranas, consulte la lista de compatibilidad del fabricante al seleccionar antiincrustantes y biocidas; El uso de productos químicos incompatibles puede arruinar las membranas.
Estos tres principios parecen simples, pero menos de la mitad de las plantas realmente los siguen.-La mayoría solo piensa en realizar pruebas cuando surge un problema y, a menudo, descubren demasiado tarde que habían estado usando los productos químicos incorrectos todo el tiempo. Tres principios para seleccionar productos químicos
Realice pruebas-a pequeña escala antes de aumentar la dosis (las dosis de PAC pueden oscilar entre 50 y 300 mg/l; no sabrá la cantidad correcta sin realizar pruebas). Calcule los costos totales en lugar de los precios unitarios (los productos químicos costosos pueden requerir dosis más bajas y ofrecer un rendimiento estable, lo que resulta en un costo más bajo por tonelada de agua tratada). Asegúrese de que los productos químicos coincidan con el proceso (la flotación por aire disuelto requiere flóculos livianos, la sedimentación requiere flóculos pesados y los sistemas de membranas requieren verificar listas de compatibilidad).
Pensamientos finales
Las sustancias químicas pueden parecer complejas, pero se vuelven claras cuando se clasifican por función: la etapa fisicoquímica se basa en la coagulación y la floculación; la etapa bioquímica depende de fuentes de carbono; la etapa de tratamiento avanzado se basa en productos químicos especiales; y estos se complementan con inhibidores de incrustaciones, biocidas y ajustadores de pH. El verdadero desafío no es memorizar nombres, sino determinar exactamente qué producto químico se adapta a la calidad del agua y al rendimiento del proceso-específicos puede variar drásticamente entre el mismo tipo de producto químico de diferentes fabricantes. Por lo tanto, no tome atajos: ejecute pruebas-a pequeña escala, calcule los costos totales y evalúe la compatibilidad del proceso. Seguir estos tres pasos con diligencia puede ahorrarle una gran cantidad de trabajo posterior.
