Los tensioactivos poseen excelentes propiedades como detergencia, humectación, emulsificación y solubilización. Las aguas residuales que contienen tensioactivos provienen de una amplia gama de fuentes; por ejemplo, las aguas residuales domésticas de cocinas, hoteles y lavanderías contienen tensioactivos aniónicos (LAS), mientras que industrias como la fabricación de detergentes, la ingeniería química y la textil también generan grandes cantidades de aguas residuales cargadas de tensioactivos.
Calidad de las aguas residuales
Los tensioactivos presentes en las aguas residuales son mayoritariamente aniónicos, predominando el alquilbenceno sulfonato lineal (LAS). Además de los tensioactivos y los contaminantes coloidales emulsionados y transportados por ellos, las aguas residuales también contienen auxiliares, agentes blanqueadores, aceites y otras sustancias. Generalmente, las aguas residuales son alcalinas, con una concentración de tensioactivos que varía considerablemente: hasta 1000 mg/L en las aguas residuales del lavado de lana, por ejemplo, y tan solo una docena de mg/L en las aguas residuales de los baños. El valor de la DQO también presenta grandes diferencias, oscilando entre varios cientos y decenas de miles de mg/L, o incluso valores superiores. Las aguas residuales con contenido de tensioactivos son muy comunes, y su tratamiento reviste gran importancia para la protección de los recursos, el mantenimiento del equilibrio ecológico y el fomento del desarrollo económico.
Las aguas residuales de los procesos de producción de empresas de química fina —como las que fabrican productos químicos de uso diario, aceites y grasas, auxiliares para la impresión y el teñido, y tensioactivos— incluyen aguas residuales de lavado de suelos, de limpieza de reactores y de producción, todas las cuales contienen grandes cantidades de tensioactivos. Este tipo de aguas residuales presenta alta toxicidad biológica, una baja relación bioquímica/carbono y escasa biodegradabilidad. Además, debido a la diversidad de productos elaborados, los contaminantes en las aguas residuales de producción varían considerablemente y a menudo incluyen sustancias refractarias especiales. La DQO de las aguas residuales suele oscilar entre varios miles y decenas de miles de mg/L, y en ocasiones supera los 100 000 mg/L. Se caracteriza por una excesiva formación de espuma, con contaminantes totalmente disueltos en el agua.
Riesgos de las aguas residuales con surfactantes
El LAS es una sustancia biológicamente refractaria y está clasificado como contaminante de Categoría II en las normas ambientales de China. Tras su uso, la mayoría de los tensioactivos forman sustancias coloidales emulsionadas que se vierten al medio ambiente con las aguas residuales. El LAS, como contaminante primario, se combina con otros contaminantes para formar partículas coloidales con cierto grado de dispersabilidad al entrar en contacto con los cuerpos de agua. Los tensioactivos aniónicos pueden inhibir y eliminar microorganismos, además de dificultar la degradación de otras sustancias tóxicas. Asimismo, los tensioactivos provocan la formación de espuma en el agua, lo que reduce la tasa de reoxigenación y el nivel de oxigenación, deteriorando su calidad. Si se vierte directamente a los cuerpos de agua sin tratamiento, provoca la eutrofización de lagos, ríos y otros cuerpos de agua. El LAS también puede emulsionar otros contaminantes en el agua, aumentando su concentración y toxicidad, lo que causa contaminación indirecta. Las aguas residuales de la producción de tensioactivos, así como las aguas residuales que contienen LAS, como las de cocina, baño y lavandería, representan riesgos crónicos significativos para animales, plantas y seres humanos.
Métodos de tratamiento
Proceso de coagulación bioquímica para el tratamiento de aguas residuales con surfactantes
Tras la retención de impurezas mediante una rejilla, las aguas residuales ingresan a un tanque de homogeneización y se elevan a un reactor de coagulación mediante una bomba sumergible. El coagulante inorgánico PAC (cloruro de polialuminio) y el floculante orgánico CG-A se inyectan en la tubería de elevación mediante bombas dosificadoras para lograr una mezcla eficaz con las aguas residuales. El reactor de coagulación adopta un diseño de flujo pistón, con un aumento gradual del área de la sección transversal del canal de reacción para lograr una coagulación decreciente. Posteriormente, las aguas residuales fluyen a un tanque de sedimentación para la separación sólido-líquido. Antes de ingresar al tanque de acidificación hidrolítica, el sobrenadante se ajusta a un pH de 8-9 con álcali, según la calidad del agua, y el agua tratada se descarga tras someterse a acidificación hidrolítica, oxidación por contacto y filtración en arena.
El tanque de oxidación biológica por contacto emplea un proceso de oxidación por contacto en dos etapas y está equipado con un relleno tridimensional en forma de flor de ciruelo. Los dos tanques aeróbicos pueden funcionar en paralelo o en serie, pudiendo alternarse según los requisitos de calidad del agua y las normas de vertido.
Método de separación de espuma
El método de separación por espuma consiste en introducir aire en las aguas residuales para generar burbujas, lo que permite que el LAS presente se adsorba en la superficie de las burbujas, ascienda a la superficie del agua para concentrarse y formar una capa de espuma. Posteriormente, esta capa se elimina para concentrar y separar el LAS de las aguas residuales. Este método se ha industrializado en China y funciona de forma estable. La espuma separada se puede eliminar mediante antiespumantes (como la silicona), sistemas de vacío o antiespumantes mecánicos, y el concentrado se puede reutilizar o someter a un tratamiento posterior. Actualmente, la tasa de eliminación de DQO mediante separación por espuma es relativamente baja (aproximadamente del 50%), por lo que requiere combinarse con otros métodos.
Método de separación por membrana
El método de separación por membranas aprovecha la alta selectividad de permeación de las membranas para separar solventes y solutos en soluciones. Las tecnologías de ultrafiltración (UF) y nanofiltración (NF) en la separación por membranas se pueden utilizar para tratar aguas residuales que contienen LAS. Cuando el LAS en las aguas residuales se encuentra principalmente en formas moleculares e iónicas, la tecnología de nanofiltración ofrece mejores resultados de tratamiento.
Método de adsorción
Los adsorbentes utilizados en el método de adsorción incluyen principalmente carbón activado, resinas de adsorción, diatomita, caolín, etc. A temperatura ambiente, el método con carbón activado presenta buenos resultados en el tratamiento de aguas residuales con surfactantes; la capacidad de adsorción del carbón activado para LAS puede alcanzar los 55,8 mg/g, y el proceso de adsorción se ajusta a la ecuación de Freundlich. Sin embargo, la regeneración del carbón activado consume mucha energía, y su capacidad de adsorción disminuye en diversos grados tras la regeneración, lo que limita su aplicación.
Equipos para el tratamiento de aguas residuales con surfactantes
