Métodos de tratamiento de aguas residuales con alto contenido de nitrógeno amónico

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Este mensaje fue editado por última vez por O.K. el 19-4-2016 a las 22:38. Con el desarrollo industrial y el aumento del número de fábricas, la cantidad de aguas residuales con alto contenido de nitrógeno amónico sigue aumentando en todo el país. Estas aguas residuales son complejas en su composición y muy tóxicas; por lo tanto, representan un gran peligro para el medio ambiente. Un nivel excesivo de nitrógeno amónico puede causar eutrofización de los cuerpos de agua, además de tener un alto potencial carcinógeno. Las aguas residuales con altos niveles de nitrógeno amónico han llamado la atención en el ámbito de la protección ambiental y a nivel mundial. Ante esta situación, se han desarrollado numerosos métodos para tratar estas aguas residuales, que abarcan aspectos físicos, químicos y biológicos. Para el tratamiento de aguas residuales con altos niveles de nitrógeno amónico, no existe un único proceso que permita que las aguas salgan completamente cumpliendo con los estándares establecidos. Por lo general, se utiliza un proceso de pretratamiento, junto con uno o varios procesos de tratamiento avanzado. En cuanto al pretratamiento, existen numerosos métodos como la destilación por vapor, la tecnología de absorción por membranas y la oxidación húmeda catalítica. En cuanto al tratamiento avanzado, hay diversas técnicas como la precipitación química, el desnitrificación biológica, los métodos de oxidación-reducción química, el método de cloración en puntos específicos y el método electroquímico. Por lo general, los métodos más utilizados son el método de destilación (stripping) + desnitrificación biológica, el método de destilación (stripping) + oxidación-reducción química, o bien el método de membrana líquida; si esta funciona bien y no presentan problemas, entonces un solo proceso puede ser suficiente para cumplir con los requisitos. Método de destilación por arrastre gaseoso: En este método, el agua se pone en contacto con el aire como fase discontinua. Se aprovecha la diferencia entre la concentración real de los componentes presentes en el agua y su concentración de equilibrio, para que el nitrógeno amónico pase a la fase gaseosa y así eliminarse del agua residual. Por lo general, el nitrógeno amónico existe en equilibrio en forma de iones amonio (NH4+) y amoníaco libre (NH3). Al ajustar el pH de las aguas residuales a un valor alcalino, el amonio en estado iónico se convierte en amoníaco en estado molecular; posteriormente, se introduce aire para extraer el amoníaco. Sería mejor utilizar vapor para el aire de desorción, ya que esto acelera la separación del amoníaco libre (NH3) en las aguas residuales a altas temperaturas. Sin embargo, el uso de vapor es demasiado costoso, por lo que general se opta por el uso de aire para la desorción. Pero en la práctica, también existen problemas como una baja eficiencia en el procesamiento, la formación de incrustaciones que afectan el funcionamiento, un alto consumo de energía y un gran volumen de trabajo de mantenimiento, además de la posibilidad de causar contaminación secundaria. Este método se utiliza comúnmente como pretratamiento para aguas residuales con altos niveles de nitrógeno amónico. Método de oxidación-reducción química: En este método se utiliza un nuevo agente para la eliminación del nitrógeno amónico. Dicho agente tiene una fuerte capacidad de oxidación-reducción. Durante el proceso de desnitrificación, el nitrógeno presente en las sustancias orgánicas nitrogenadas, así como en los compuestos inorgánicos que contienen nitrógeno como el azufre y los ácidos nitrogenados, se convierte primero en NH3, NH2 y NH. Luego, se transforma en NO y NO2, para finalmente reducirse a N2. Por supuesto, este método se utiliza generalmente para el tratamiento avanzado de aguas residuales con altas concentraciones de nitrógeno amónico, así como para el tratamiento de aguas residuales con concentraciones medias y bajas de nitrógeno amónico. Durante el proceso de desnitrificación, si se controla adecuadamente la adición de sustancias químicas, es posible eliminar por completo el nitrógeno amónico del agua, logrando así cero emisiones. Al mismo tiempo, en el proceso de reacción no se generan residuos (residuos sólidos) que sean perjudiciales para el medio ambiente. No hay necesidad alguna de considerar el problema del manejo de residuos sólidos. Método de membrana líquida: El principio del método de absorción por membrana para tratar aguas residuales con amoníaco es el siguiente: una membrana microporosa hidrófoba (de polipropileno, politetrafluoroetileno o copolímero de fluoruro de etileno) separa las aguas residuales con amoníaco y H2SO4 del líquido absorbente, en ambos lados de la membrana. Al ajustar el valor de pH de las aguas residuales, los iones NH4+ se convierten en NH3 volátil en estado molecular. Bajo la acción de la diferencia de concentración de NH3 en ambos lados de la membrana, el NH3 presente en las aguas residuales se vaporiza en la interfaz entre las aguas residuales y la membrana microporosa. El NH3 en estado gaseoso se difunde a través de las microporos de la membrana hacia el otro lado de esta. En la interfaz entre las microporos de la membrana y el líquido absorbente, es absorbido por H2SO4, lo que provoca una reacción que genera (NH4)2SO4, un compuesto no volátil, el cual puede ser recuperado. Debido a las diferentes formas en que el amoníaco está presente en las aguas residuales y en el líquido de absorción, el amoníaco presente en las aguas residuales puede ser transferido gradualmente al líquido de absorción a través de cambios en su forma química. Esto continúa hasta que todo el H2SO4 presente en el líquido de absorción sea neutralizado por el amoníaco. En teoría, la concentración de nitrógeno amónico en las aguas residuales después del tratamiento puede llegar a cero. Actualmente, la dificultad en el proceso de absorción por membranas radica en evitar fugas en las mismas. Para garantizar un flujo más alto, el espesor de las membranas porosas suele ser bastante bajo. En consecuencia, las fases acuosas que se encuentran a ambos lados de la membrana pueden filtrarse fácilmente debido a la diferencia de presión. Método de desnitrificación biológica: Este método consiste en eliminar el nitrógeno amónico presente en las aguas residuales, mediante la acción de diversos microorganismos, a través de una serie de reacciones como la nitrificación y la denitrificación. De esta manera, se logra la eliminación del nitrógeno amónico. Actualmente, este método sigue siendo ampliamente utilizado y resulta bastante eficaz para aguas residuales con concentraciones moderadas a bajas de nitrógeno amónico. Existen numerosos procesos relacionados con él, como A/O, A2/O, SBR, IBR, AB, entre otros. La desventaja del método biológico es que ocupa mucho espacio, la actividad microbiana es baja a bajas temperaturas y la eficiencia en la eliminación del nitrógeno amónico es reducida.