La filtración avanzada para aguas contaminadas es un conjunto de tecnologías destinadas a eliminar partículas, microorganismos, compuestos químicos disueltos, materia orgánica persistente, metales pesados y contaminantes de preocupación emergente. Va más allá de la simple eliminación de impurezas físicas y permite mejorar la calidad del agua potable, tratar aguas residuales, facilitar la reutilización del agua y reducir el impacto ambiental.
Su aplicación puede incluir membranas de ósmosis inversa, ultrafiltración y nanofiltración, adsorción con carbón activado, desinfección, ozonización y procesos avanzados de oxidación. La tecnología adecuada depende de la composición del agua, los contaminantes presentes, el uso final del agua tratada y los requisitos de calidad establecidos.
Qué es la filtración avanzada
La filtración avanzada es un proceso que va más allá de la simple eliminación de partículas suspendidas en el agua. Se trata de una solución integral que aborda una amplia variedad de contaminantes, incluidos sólidos, químicos, microorganismos y compuestos orgánicos.
La filtración avanzada es un proceso que va más allá de la simple eliminación de impurezas físicas presentes en el agua; se trata de una solución integral que permite tratar diferentes contaminantes, como:
- Partículas finas
- Microorganismos
- Compuestos químicos disueltos.
La importancia de la filtración en la industria del Tratamiento de Aguas Residuales radica en su capacidad para eliminar contaminantes y agentes nocivos del agua residual, garantizando así la protección del medio ambiente y la salud pública. Al filtrar el agua residual, se eliminan sólidos suspendidos, materia orgánica, microorganismos patógenos, metales pesados y otros compuestos químicos indeseables.
Este proceso es fundamental para cumplir con las regulaciones ambientales y los estándares de calidad del agua establecidos. Además, la filtración adecuada ayuda a prevenir la contaminación de cuerpos de agua naturales, como ríos, lagos y océanos, así como la degradación del suelo y la afectación de los ecosistemas acuáticos.
Contaminantes presentes en las aguas contaminadas
Las aguas contaminadas pueden contener sólidos suspendidos, materia orgánica, microorganismos patógenos, metales pesados, sales, productos químicos, compuestos orgánicos volátiles y sustancias persistentes. La combinación y concentración de estos contaminantes determinan las etapas de tratamiento necesarias.
Los contaminantes de preocupación emergente (CECs, siglas en inglés) son una consecuencia directa de las actividades antropogénicas de nuestra sociedad. Este término suele referirse a compuestos de diferente origen y composición química, cuya presencia en el medio ambiente no es significativa.
No obstante, estudios recientes ponen de manifiesto su alto riesgo debido a efectos toxicológicos por exposiciones constantes y prolongadas, dando lugar a efectos crónicos o nocivos. Entre los distintos CECs ya detectados, podemos encontrar substancias como aditivos alimentarios, compuestos farmacéuticos, drogas ilegales, hormonas esteroideas, pesticidas, retardantes de llama, surfactantes, o productos derivados del estilo de vida actual como la cafeína o la nicotina.
Frente a la falta de control sobre los CECs, la Unión Europea concibió la directiva 2013/39/EU y creó tentativamente la Lista de Vigilancia de CECs (2015/495/EU) con el objetivo de registrar y controlar estas sustancias, ya que presentan efectos sobre el medio ambiente y los seres humanos todavía muy desconocidos.
Contaminantes de preocupación emergente
A pesar del desempeño de las tecnologías aplicadas en las EDAR, estas no están diseñadas para la eliminación de los CECs. Por ejemplo, fármacos como las carbamazepinas o el diclofenaco, edulcorantes artificiales de sucralosa, compuestos de contraste para Rayos X y productos químicos halogenados como fungicidas y herbicidas, persisten durante todo el tratamiento al que son sometidos en las EDAR llegando a porcentajes de eliminación inferiores al 25%.
Es por ello que una gran cantidad de estos contaminantes orgánicos terminan siendo liberados al medio acuático, con las consecuencias medioambientales que esto supone.
Etapas del tratamiento de aguas contaminadas
Una planta de tratamiento de aguas residuales es una instalación crucial en la gestión sostenible del agua, diseñada para procesar el agua contaminada de las empresas. Este complejo proceso no solo protege la salud pública y los ecosistemas acuáticos, sino que también contribuye a la conservación de los recursos hídricos.
El tratamiento de aguas residuales involucra varias etapas:
Pretratamiento
El pretratamiento de una EDAR está constituido por una serie de procesos destinados a eliminar todo aquel material capaz de dañar cualquier parte del sistema de tratamiento de agua. Así, mediante procesos de decantación, filtración y separación, se elimina una gran mayoría del material macroscópico que entra junto al agua contaminada.
Tratamiento primario
El tratamiento primario aplica de nuevo sistemas físicos de separación para terminar de aislar materiales como sedimentos o materia orgánica macroscópica.
En esta fase inicial del tratamiento, se eliminan los sólidos suspendidos y materiales flotantes a través de procesos físicos como el desbaste, la sedimentación y la flotación.
Tratamiento secundario
El tratamiento secundario tiene como objetivo la eliminación de aquella materia orgánica que no ha podido ser eliminada en los tratamientos previos. Para llevar a cabo este cometido, se someten las aguas residuales a un tratamiento biológico donde bacterias, protozoos, hongos, algas y gusanos, utilizan la materia orgánica como nutrientes y la transforman en CO2 y H2
No obstante, el tratamiento secundario es un punto muy delicado dentro de todo el sistema de tratamiento de aguas, no solo por las condiciones necesarias para el correcto funcionamiento de los microorganismos utilizados, sino porque la presencia de compuestos químicos no biocompatibles puede deteriorar las condiciones del tratamiento biológico y eliminar los microorganismos empleados incapacitando el tratamiento biológico de la EDAR.
Aquí, el enfoque se centra en la eliminación de la materia orgánica disuelta y en suspensión, utilizando principalmente procesos biológicos. De esta manera, los microorganismos descomponen estos compuestos orgánicos en sustancias más simples, que pueden ser más fácilmente eliminadas o convertidas en biogás.
Tratamiento terciario y avanzado
El tratamiento terciario consiste en una serie de procesos específicos necesarios según la calidad del agua que se pretenda conseguir.
Esta es una etapa más avanzada del tratamiento que se emplea para eliminar contaminantes específicos que persisten después del tratamiento secundario, como nitrógeno y fósforo, patógenos, metales pesados, y compuestos orgánicos persistentes.
Es dentro de estos tratamientos donde se incluye la filtración avanzada, mediante cloración, luz ultravioleta, y procesos de adsorción. Tratamientos como la cloración, la ozonización o la irradiación con luz UV, se incluyen como procedimientos clave para la eliminación de microorganismos aún persistentes, así como, para la oxidación de contaminantes orgánicos que no se hayan podido eliminar en los pasos previos.
Principales tecnologías de filtración avanzada
Ósmosis inversa
Las membranas de ósmosis inversa son altamente efectivas para eliminar una amplia gama de contaminantes, incluidos sólidos disueltos, sales y productos químicos.
La Ósmosis Inversa (OI) es ideal para eliminar contaminantes disueltos, la OI es utilizada tanto en el tratamiento de aguas residuales como en la purificación de agua potable.
Se utilizan en la desalinización del agua de mar, la potabilización y la purificación de agua en aplicaciones industriales y municipales.
La tecnología de filtración avanzada también juega un papel clave en los procesos de desalinización, ya que permiten la conversión de agua de mar en agua dulce, una solución vital para regiones con escasez de agua.
Ultrafiltración
La ultrafiltración es útil para eliminar partículas y microorganismos, incluidos bacterias y virus. Es ampliamente utilizado en aplicaciones de potabilización y tratamiento de agua residual.
La Ultrafiltración (UF) se centra en la eliminación de sólidos suspendidos, bacterias, y virus, que da como resultado un agua de alta calidad adecuada para diversos usos.
Nanofiltración
La Nanofiltración (NF) es una tecnología similar a la ósmosis inversa, pero menos restrictiva, la NF es efectiva para reducir la dureza del agua y eliminar compuestos orgánicos específicos.
Carbón activado
El carbón activado es eficaz en la eliminación de compuestos orgánicos y productos químicos, como el cloro y los contaminantes orgánicos sintéticos. Se utiliza en la potabilización del agua y el tratamiento de agua residual.
La Adsorción con Carbón Activado se utiliza para eliminar el cloro, compuestos orgánicos volátiles y sabores, olores indeseables, complementando de esta manera a las tecnologías de membrana para lograr una purificación completa del agua.
Carbón activado granular y en polvo
El carbón activado granular (CAG) se utiliza para aplicaciones en las que el agua pasa a través de un lecho de carbón en forma granular. Este carbón puede reactivarse en instalaciones especializadas.
El carbón activado en polvo (CAP) se utiliza para aplicaciones en las que el agua se trata en un proceso discontinuo, por ejemplo cuando se trata de picos estacionales de pesticidas. El carbón en polvo no puede reactivarse.
Las soluciones de carbón activado eliminan una amplia gama de contaminantes. En las estaciones depuradoras de aguas residuales, el carbón activado elimina los PFAS, los microcontaminantes y los residuos farmacéuticos, evitando la bioacumulación y garantizando un vertido seguro del agua.
En las aplicaciones industriales, el carbón activado elimina los contaminantes no deseados, incluidos los COV disueltos, los hidrocarburos y los disolventes clorados, para favorecer el vertido seguro del agua y garantizar el cumplimiento de los permisos.
| Contaminante | Aplicación de la filtración avanzada |
|---|---|
| Productos químicos del grupo PFAS | Eliminación y destrucción de compuestos PFAS de aguas de proceso y residuales utilizando carbones activados granulares. |
| Cloro y cloraminas | Decloración de aguas de proceso y residuales. |
| Compuestos orgánicos volátiles disueltos | Eliminación del grupo BTEX, haluros orgánicos adsorbibles (AOX) e hidrocarburos del agua. |
| Trazas de contaminantes | Eliminación de pesticidas, herbicidas, productos farmacéuticos y otros contaminantes orgánicos persistentes. |
Desinfección
Dentro de los servicios de filtración avanzada se utiliza cloro, ozono, luz ultravioleta u otros desinfectantes para eliminar patógenos como bacterias, virus y protozoos que pueden causar enfermedades a las comunidades o al medio ambiente.
La ozonización ofrece una alternativa de desinfección sin producir subproductos clorados nocivos. Esto la convierte en una opción atractiva para tratar efluentes que se verterán en entornos acuáticos sensibles o se reutilizarán para aplicaciones no potables.
Procesos avanzados de oxidación
Los Procesos Avanzados de Oxidación (PAO) se han convertido en una tecnología revolucionaria en el campo del tratamiento de efluentes, ofreciendo soluciones innovadoras para combatir los contaminantes persistentes en las aguas residuales.
Estos procesos aprovechan el poder de especies altamente reactivas, principalmente radicales hidroxilo, para descomponer compuestos orgánicos complejos en sustancias más simples y menos nocivas.
Los procesos avanzados de oxidación (AOP) son un conjunto de técnicas de tratamiento químico que utilizan especies altamente reactivas, principalmente radicales hidroxilo, para oxidar y degradar contaminantes orgánicos recalcitrantes en las aguas residuales, ofreciendo una potente solución para tratar efluentes complejos resistentes a los métodos de tratamiento convencionales.
Los POA engloban una serie de procedimientos de tratamiento químico diseñados para eliminar por oxidación los materiales orgánicos e inorgánicos presentes en el agua y las aguas residuales.
Estos procesos implican la generación de potentes agentes oxidantes, como los radicales hidroxilo, que pueden degradar rápidamente una amplia gama de contaminantes. La eficacia de los AOP radica en su capacidad para atacar y destruir contaminantes resistentes a los métodos de tratamiento convencionales, lo que los convierte en una herramienta inestimable en la lucha contra la contaminación del agua.
Principio de funcionamiento
Los procesos avanzados de oxidación (AOP) se basan en la producción y utilización de especies oxidantes altamente reactivas, principalmente radicales hidroxilo (-OH).
Estos radicales se caracterizan por su altísimo potencial de oxidación, que les permite reaccionar de forma rápida y no selectiva con una amplia gama de compuestos orgánicos e inorgánicos.
El principio básico de los AOP reside en su capacidad para generar estos potentes oxidantes mediante diversas combinaciones de agentes químicos, catalizadores y fuentes de energía. Los métodos más comunes incluyen el uso de ozono (O₃), peróxido de hidrógeno (H₂O₂), luz ultravioleta (UV) y catalizadores como el dióxido de titanio (TiO₂).
En las AOP, los radicales hidroxilo atacan a las moléculas contaminantes, iniciando una serie de reacciones de oxidación que descomponen los compuestos orgánicos complejos en sustancias más simples y menos nocivas.
Este proceso continúa hasta que los contaminantes se mineralizan en dióxido de carbono, agua e iones inorgánicos.
La eficacia de los Procesos Avanzados de Oxidación se atribuye principalmente a la generación de radicales hidroxilo, que poseen un potencial de oxidación de 2,8 V, lo que los convierte en uno de los agentes oxidantes más potentes utilizados en el tratamiento del agua.
| Agente oxidante | Potencial de oxidación (V) |
|---|---|
| Radical hidroxilo | 2.80 |
| Ozono | 2.07 |
| Peróxido de hidrógeno | 1.78 |
| Cloro | 1.36 |
| Oxígeno | 1.23 |
Procesos basados en radiación ultravioleta
Los procesos de oxidación avanzada basados en UV se encuentran entre las técnicas AOP más utilizadas en el tratamiento de efluentes. Estos sistemas suelen combinar la luz UV con otros oxidantes como el peróxido de hidrógeno (UV/H₂O₂) o el ozono (UV/O₃) para generar radicales hidroxilo.
En un sistema UV/H₂O₂, los fotones de luz UV dividen las moléculas de peróxido de hidrógeno en dos radicales hidroxilo. Estos radicales reaccionan entonces con los contaminantes orgánicos de las aguas residuales, descomponiéndolos en compuestos más simples.
La luz UV también desempeña una doble función al fotolisar directamente algunos contaminantes orgánicos, lo que aumenta la eficacia general del tratamiento.
Los AOP basados en UV son especialmente eficaces en el tratamiento de productos farmacéuticos, productos de cuidado personal y otros microcontaminantes que suelen ser resistentes a los métodos de tratamiento biológico convencionales.
Estos sistemas pueden integrarse fácilmente en las plantas de tratamiento existentes, ofreciendo una solución flexible para mejorar las capacidades de tratamiento de efluentes.
| Contaminante | Eficacia de eliminación (%) |
|---|---|
| Carbamazepina | 98 |
| Diclofenaco | 99 |
| Sulfametoxazol | 95 |
| Bisfenol A | 97 |
Ozonización
La ozonización es una potente técnica AOP que utiliza el ozono (O₃) como oxidante primario. El ozono puede reaccionar directamente con los contaminantes orgánicos o descomponerse para formar radicales hidroxilo, que llevan a cabo el proceso de oxidación.
La doble vía de oxidación hace de la ozonización un método de tratamiento versátil y eficaz para una amplia gama de contaminantes.
En el tratamiento de efluentes, la ozonización es especialmente útil para eliminar compuestos que causan color, olor y sabor. También es muy eficaz para descomponer contaminantes orgánicos persistentes, como pesticidas y residuos farmacéuticos.
El proceso puede mejorarse aún más combinando ozono con peróxido de hidrógeno (O₃/H₂O₂) o luz ultravioleta (O₃/UV), lo que aumenta la producción de radicales hidroxilo y mejora la eficacia general del tratamiento.
Se ha demostrado que la ozonización consigue eliminar hasta 90% de carbono orgánico total (COT) en aguas residuales industriales, lo que demuestra su eficacia para reducir la carga orgánica global en efluentes complejos.
| Aplicación de la ozonización | Eficacia de eliminación típica |
|---|---|
| Eliminación del color | 80-95% |
| Degradación del fenol | 90-99% |
| Eliminación de productos farmacéuticos | 70-99% |
| Degradación de plaguicidas | 85-99% |
Proceso Fenton
El proceso Fenton es un proceso clásico de oxidación avanzada que utiliza una combinación de peróxido de hidrógeno (H₂O₂) e iones de hierro (Fe²⁺) para generar radicales hidroxilo.
Esta reacción, conocida como reacción de Fenton, produce un potente entorno oxidante capaz de degradar una amplia gama de contaminantes orgánicos.
En el tratamiento de efluentes, el proceso Fenton es especialmente eficaz para tratar aguas residuales industriales que contienen altos niveles de contaminantes orgánicos, como las procedentes de las industrias textil, farmacéutica y química.
El proceso puede funcionar en condiciones ambientales, lo que lo hace relativamente sencillo de aplicar y rentable en comparación con otras técnicas de POA.
Una de las principales ventajas del proceso Fenton es su capacidad para tratar aguas residuales muy contaminadas con altos niveles de demanda química de oxígeno (DQO) y demanda bioquímica de oxígeno (DBO).
También puede utilizarse como etapa de pretratamiento para aumentar la biodegradabilidad de los compuestos orgánicos recalcitrantes, mejorando la eficacia de los procesos de tratamiento biológico posteriores.
| Tipo de aguas residuales | Eficacia de eliminación de la DQO (%) |
|---|---|
| Textil | 80-95 |
| Farmacéutica | 75-90 |
| Lixiviados de vertedero | 70-85 |
| Almazara | 85-95 |
Fotocatálisis
Los procesos de oxidación avanzada son una opción atractiva y prometedora para la eliminación efectiva de contaminantes orgánicos. Los AOPs se definen como aquellos procesos que involucran la generación de especies reactivas de oxígeno (Reactive Oxygen Species, ROS por su nombre en inglés) en una concentración suficiente como para llevar a cabo la purificación del agua.
El radical hidroxilo (·OH) es una de las ROS más oxidante gracias a su alta reactividad, por lo que es capaz de reaccionar rápidamente con cualquier molécula orgánica presente en el medio.
Este hecho, unido a su baja selectividad, hacen del ·OH una especie clave para la mineralización de cualquier contaminante orgánico, dando CO2 y H2O como subproductos del proceso.
Sin embargo, también implica que el tiempo de vida de esta especie radicalaria sea muy corto, siendo necesario producirla in situ durante su aplicación.
Actualmente, los AOPs están basados principalmente en UV/O3, UV/O3/H2O2, Fenton, foto-Fenton, plasmas no térmicos, sonólisis, fotocatálisis, radiólisis, procesos de oxidación con agua supercrítica o la generación de otras especies reactivas de oxígeno.
Entre los AOPs, los sistemas basados en la fotocatálisis solar son particularmente interesantes ya que pueden considerarse como una metodología ecológica impulsada por energía limpia, lo cual implica condiciones más suaves que otros sistemas basados en AOPs o en tecnologías convencionales.
La posibilidad de evitar catalizadores basados en metales pesados peligrosos e insalubres, fuertes agentes químicos oxidantes/reductores y el beneficio proveniente del uso del sol como fuente de luz verde gratuita, convierte a la fotocatálisis en una tecnología prometedora para la generación de especies radicalarias y el tratamiento de aguas residuales.
En general, la fotocatálisis puede ser homogénea o heterogénea, según el estado físico en el que se encuentren tanto el fotocatalizador como las especies que reaccionan.
En el proceso de fotocatálisis homogénea, todas las especies reaccionantes existen en estados físicos similares, ya sean líquidos, sólidos o gaseosos. Mientras que la fotocatálisis heterogénea implica la presencia del fotocatalizador o de las especies reaccionantes, en un estado físico diferente a los otros componentes de la reacción.
Fotocatálisis heterogénea basada en semiconductores
El proceso de fotocatálisis heterogénea puede dividirse en cuatro pasos independientes:
- Transferencia de los reactantes desde el fluido a la superficie del fotocatalizador.
- Adsorción de al menos uno de los reactivos.
- Absorción de luz y reacción en la superficie del fotocatalizador.
- Desorción de los productos.
Los fotocatalizadores heterogéneos pueden estar basados tanto en moléculas orgánicas unidas a soportes generalmente inorgánicos, como en semiconductores.
En este sentido, para que un semiconductor actúe como un fotocatalizador se deben cumplir dos puntos importantes: en primer lugar, que el semiconductor presente una separación entre bandas energéticamente adecuada para absorber la radiación incidente.
En segundo lugar, que los potenciales de reducción y oxidación de las bandas de conducción (BC) y de valencia (BV) del semiconductor sean propicios para poder llevar a cabo reacciones de reducción y oxidación, respectivamente.
Está generalmente aceptado que cuando un semiconductor es irradiado con una energía superior o igual a la separación entre bandas (Eg), este puede absorber dicha radiación promocionando un electrón (e-) a la banda de conducción y dejando un hueco (h+) en la banda de valencia.
Dependiendo de la posición energética de las bandas de conducción y de valencia, el par e--h+ fotogenerado es capaz de llevar a cabo reacciones de reducción y oxidación.
Con todo esto, la fotocatálisis basada en semiconductores para la eliminación de CECs y, por lo tanto, para el tratamiento de aguas residuales se presenta como una estrategia prometedora.
Ventajas de la filtración avanzada
Mejora de la calidad del agua potable
La filtración avanzada es fundamental en la potabilización del agua. Los sistemas de filtración avanzada pueden eliminar eficazmente contaminantes como bacterias, virus, sólidos suspendidos y productos químicos, garantizando que el agua que llega a nuestros grifos sea segura para el consumo humano.
Esto es esencial para la salud pública y la prevención de enfermedades transmitidas por el agua.
Una planta de tratamiento de agua potable es una infraestructura vital en el suministro de agua segura y de calidad para consumo humano. Se encarga de tratar el agua proveniente de fuentes naturales, como ríos, lagos o acuíferos subterráneos, eliminando contaminantes físicos, químicos y biológicos para hacerla apta para el consumo humano.
Reutilización del agua
En un mundo donde el agua dulce es un recurso cada vez más escaso, la reutilización de agua se ha vuelto esencial.
La filtración avanzada es clave en la preparación del agua reciclada para su reutilización en una variedad de aplicaciones, desde el riego de paisajes hasta el enfriamiento industrial.
Al eliminar contaminantes, la filtración avanzada garantiza que el agua reciclada cumpla con los estándares requeridos.
Los resultaos obtenidos demuestran que los FVs son capaces de reducir la concentración de nutrientes, representando una solución alternativa y viable para la regeneración de agua residual tratada de pequeñas poblaciones.
Las concentraciones de NT y Pt en el agua a la salida del FV se han reducido significativamente con respecto a la entrada. Con respecto a los CEs, existe una atenuación de su concentración en el agua a su paso por el FV.
La atenuación puede deberse a fenómenos de retención y de biodegradación que ocurren como consecuencia de la estimulación de la actividad microbiana y del aumento de los sitios de sorción por la incorporación del suelo vegetal y de las virutas de madera.
Tratamiento de aguas residuales
El tratamiento de agua residual, tanto en el ámbito industrial como municipal, se beneficia enormemente de la filtración avanzada.
Esta técnica permite eliminar los contaminantes presentes en las aguas residuales, como sólidos suspendidos, productos químicos y microorganismos, antes de liberar el agua tratada al medio ambiente.
Esto evita la contaminación de cuerpos de agua y reduce el impacto ambiental.
Mediante sistemas de filtración avanzada, las aguas residuales pueden transformarse en agua de calidad, apta para su reutilización o liberación segura al ambiente, contribuyendo significativamente a la conservación de los recursos hídricos.
Eficiencia industrial
Las fábricas y plantas industriales utilizan la filtración avanzada para garantizar que el agua utilizada en sus procesos cumpla con los estándares de calidad requeridos.
Esto no solo contribuye a la sostenibilidad ambiental, sino que también puede generar ahorros significativos al reducir la necesidad de agua fresca y los costos de tratamiento.
La adopción de prácticas sostenibles en el tratamiento de aguas no solo beneficia al medio ambiente, sino que también ofrece ventajas económicas a largo plazo para empresas y organizaciones.
Integración de tecnologías de tratamiento
Los procesos de oxidación avanzada suelen ser más eficaces cuando se integran con otras tecnologías de tratamiento como parte de una estrategia global de tratamiento de efluentes.
Esta integración permite la eliminación optimizada de una amplia gama de contaminantes, al tiempo que reduce potencialmente los costes generales de tratamiento y el consumo de energía.
Un enfoque común consiste en utilizar los AOP como paso previo al tratamiento biológico. Al descomponer los compuestos orgánicos recalcitrantes en formas más biodegradables, los POA pueden mejorar la eficacia de los procesos biológicos posteriores.
Esto resulta especialmente útil en el caso de las aguas residuales industriales que contienen contaminantes tóxicos o no biodegradables que podrían inhibir el tratamiento biológico si se aplicaran directamente.
Los AOP también pueden utilizarse como etapa de pulido tras el tratamiento convencional para eliminar contaminantes específicos que no se hayan eliminado completamente en etapas anteriores.
Por ejemplo, un sistema UV/H₂O₂ podría utilizarse para eliminar trazas de productos farmacéuticos de las aguas residuales municipales tratadas biológicamente antes de su vertido o reutilización.
| Enfoque del tratamiento | Eficacia de eliminación de la DQO (%) |
|---|---|
| Sólo tratamiento biológico | 60-80 |
| Sólo AOP | 70-90 |
| AOP integrado + Biológico | 85-95 |
Retos y limitaciones
Aunque los procesos avanzados de oxidación ofrecen numerosas ventajas, su aplicación en las plantas de tratamiento de efluentes plantea varios problemas.
Una de las principales preocupaciones son los costes de explotación relativamente elevados asociados a algunas técnicas AOP, en particular las que implican la generación de luz UV u ozono.
Estos procesos pueden consumir mucha energía, lo que puede limitar su aplicación en determinados escenarios.
Otro problema es la posible formación de subproductos durante el proceso de oxidación. Aunque los POA suelen ser eficaces para descomponer los contaminantes objetivo, a veces pueden dar lugar a la formación de compuestos intermedios que pueden ser tóxicos o más persistentes que los contaminantes originales.
Para minimizar este riesgo es necesario un seguimiento cuidadoso y la optimización del proceso de tratamiento.
La eficacia de los POA también puede verse influida por la presencia de secuestrantes en la matriz de las aguas residuales. Compuestos como los carbonatos y la materia orgánica natural pueden reaccionar con los radicales hidroxilo, reduciendo la eficacia global del tratamiento.
Esto requiere una caracterización exhaustiva de las aguas residuales y posibles pasos de pretratamiento para optimizar el rendimiento de los POA.
| Carroñero | Concentración (mg/L) | Reducción de la eficacia de la AOP (%) |
|---|---|---|
| Carbonato | 100 | 30-50 |
| Bicarbonato | 200 | 20-40 |
| Materia orgánica natural | 10 | 10-30 |
Las investigaciones han demostrado que la presencia de iones de carbonato en las aguas residuales puede reducir la eficacia de algunos procesos de oxidación avanzada hasta 50%, lo que pone de relieve la importancia de tener en cuenta los efectos de la matriz del agua en el diseño y el funcionamiento de los procesos de oxidación avanzada.
Una de las causas fundamentales de que los rendimientos alcanzados para NT, PT y Ces no sean aún mayores, es el escaso recorrido del agua de entrada al FV a través del conjunto suelo-sustrato.
Existe una fina capa de en torno a 15 cm de suelo sobre la cama de grava que rodea los drenajes. Esto implica un tiempo de residencia muy corto en el suelo y por tanto, una limitada interacción entre los contaminantes y los distintos agentes naturales que propician su eliminación.
Diseño y selección del sistema
El proceso de tratamiento puede variar según la calidad del agua cruda y los requisitos específicos de calidad del agua tratada, pero generalmente incluye las siguientes etapas:
- Captación: Durante esta etapa el agua se extrae de la fuente natural y se transporta a la planta de tratamiento.
- Coagulación y floculación: Aquí, se añaden sustancias químicas al agua para agrupar todo flóculos, facilitando de esta manera su posterior eliminación.
- Sedimentación: En esta etapa los flóculos se asientan en el fondo de los tanques de sedimentación debido a su mayor peso, separándolos del agua.
- Filtración: El agua pasa a través de uno o varios filtros compuestos por arena, grava, carbón activado u otros materiales, que retienen las partículas suspendidas y varios compuestos químicos.
Además de las etapas mencionadas, el tratamiento puede incluir procesos adicionales como la adsorción para eliminar contaminantes específicos, ajustes de pH para evitar la corrosión en las tuberías de distribución, y la adición de fluoruro para la prevención de caries dental.
La selección de una tecnología de filtración avanzada debe considerar la naturaleza de los contaminantes, la calidad del agua de entrada, el caudal, la calidad final requerida y la posibilidad de integrar varias etapas de tratamiento.
Los sistemas de filtración avanzada representan una de las tecnologías más destacadas y necesarias en el ámbito de tratamiento de aguas, ya que se adaptan a las exigencias del presente y del futuro en cuanto a la purificación y reutilización del agua.
Filtración móvil y gestión de medios filtrantes
Los filtros móviles están optimizados para una gran variedad de aplicaciones de agua. Ofrecen una solución plug & play para muchos procesos de purificación en fase líquida y pueden adaptarse para integrarse en instalaciones específicas.
| Filtro móvil | Caudal máximo (m3/h) |
|---|---|
| AquaSorber® 2-SX | 12 |
| AquaSorber® 5 | 20 |
| AquaSorber® 22-100 | 100 |
| Clean-Flo® HY1 | 1.1 |
Los servicios de filtro fijo pueden gestionar todo el ciclo de vida del carbono, desde el suministro, el intercambio y la reactivación del carbono hasta el mantenimiento y la optimización del sistema.
La reactivación del carbón permite mantener la filtración eficaz, mejorar la trazabilidad y reducir los impactos ambientales asociados a la sustitución continua del medio filtrante.
La logística integrada apoya las necesidades de cada instalación en toda la gama de productos y servicios de tratamiento de agua y líquidos.
Aplicaciones sectoriales
Los medios de carbón activo y los filtros móviles se adaptan al tratamiento de aguas residuales en los sectores del agua municipal, la química fina y la medicina, la alimentación y las bebidas, la industria y la fabricación y los residuos.
Estas tecnologías ayudan a eliminar compuestos orgánicos y subproductos para cumplir normativas estrictas como la Directiva de Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas (UWWTD), la Directiva Marco del Agua (WFD) y la Directiva de Emisiones Industriales (IED).
En las estaciones depuradoras de aguas residuales, la filtración avanzada elimina los PFAS, los microcontaminantes y los residuos farmacéuticos, evitando la bioacumulación y favoreciendo un vertido seguro del agua.
En las aplicaciones industriales, la filtración avanzada elimina contaminantes no deseados, incluidos los COV disueltos, los hidrocarburos y los disolventes clorados, para favorecer el vertido seguro del agua y garantizar el cumplimiento de los permisos.
Perspectivas de desarrollo
El futuro de los procesos avanzados de oxidación en el tratamiento de efluentes parece prometedor, con una investigación y un desarrollo continuos encaminados a mejorar la eficacia, reducir los costes y ampliar las aplicaciones.
Un área de interés es el desarrollo de nuevos catalizadores y materiales que puedan mejorar la generación de radicales hidroxilo o degradar de forma selectiva contaminantes específicos.
Los nuevos métodos sintéticos de fotocatalizadores, unidos a el desarrollo de fuentes de iluminación LED, posicionan a la fotocatálisis como la nueva aliada frente a la eliminación de contaminantes orgánicos.
La combinación de membranas, adsorción, desinfección y procesos avanzados de oxidación permite diseñar sistemas capaces de responder a matrices de agua complejas y a requisitos de reutilización cada vez más exigentes.
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