01El tratamiento es un tren de etapas
Ningún equipo resuelve todo por sí solo. El tratamiento de agua se arma como un tren: varias etapas en orden, donde cada una prepara el agua para la siguiente. Elige un tipo de agua y toca cada etapa.
- Separación física
- Químicos
- Membranas
- Desinfección
- Lodos
- Térmicos
De pozo o red a agua de proceso
Un ejemplo de tren para producir agua de proceso a partir de agua de pozo o de red. El orden y las etapas cambian según el agua y la calidad que se necesita.
Para calderas y torres:
- Filtración
- El agua pasa por lechos de arena, antracita u otros medios que retienen las partículas. Con carbón activado también se retiran cloro y algunos compuestos orgánicos. Qué atiende: Sólidos suspendidos y turbiedad.
- Suavización
- Una resina de intercambio iónico retiene el calcio y el magnesio y libera sodio. Cuando se satura, se regenera con salmuera. Qué atiende: Dureza (calcio y magnesio).
- Ultrafiltración
- Membranas con poros muy finos que funcionan como barrera física. Es un pretratamiento común para la ósmosis inversa. Qué atiende: Sólidos suspendidos, coloides, la mayoría de las bacterias y moléculas orgánicas grandes.
- Ósmosis inversa
- Membranas que, con presión, dejan pasar el agua y retienen casi todas las sales disueltas. Produce un agua tratada y un concentrado. Qué atiende: Sales disueltas, dureza y metales disueltos.
- Intercambio iónico de pulido
- Resinas que retiran los iones que quedan después de la ósmosis inversa cuando se necesita agua de muy alta pureza. Qué atiende: Iones residuales.
- Desinfección UV
- La luz ultravioleta daña el material genético de los microorganismos y les impide reproducirse. No agrega químicos al agua. Qué atiende: Microorganismos (los inactiva).
- Acondicionamiento
- Dosificación de químicos para controlar la incrustación, la corrosión y el crecimiento microbiológico en calderas y torres de enfriamiento. Qué atiende: Protege los equipos; no retira contaminantes.
Toca una etapa para ver qué hace.
De la planta a la descarga o al reúso
Un ejemplo de tren fisicoquímico para agua residual industrial. Cada planta usa solo las etapas que su agua necesita.
Si se reúsa el agua:
Los lodos (una de estas opciones):
- Neutralización
- Se agrega un ácido o una base para llevar el pH al rango que necesita el siguiente paso o la norma de descarga. Qué atiende: Ajusta el pH.
- Precipitación de metales
- Al ajustar el pH o agregar un precipitante, los metales disueltos forman partículas sólidas que luego se pueden separar. Cada metal tiene su propio pH óptimo. Qué atiende: Metales disueltos (los vuelve sólidos).
- Coagulación y floculación
- Primero se agrega un químico que une las partículas pequeñas; después, un mezclado suave las hace crecer hasta formar flóculos más grandes y pesados. Qué atiende: Prepara los sólidos finos para separarlos.
- Sedimentación y clarificación
- En un tanque tranquilo, los flóculos se van al fondo y el agua clara sale por arriba. Qué atiende: Sólidos y flóculos; genera lodos.
- Filtración
- El agua pasa por lechos de arena, antracita u otros medios que retienen las partículas. Con carbón activado también se retiran cloro y algunos compuestos orgánicos. Qué atiende: Sólidos suspendidos y turbiedad.
- Enfriamiento
- Baja la temperatura del agua antes de descargarla o reusarla. La NOM-002, por ejemplo, fija 40 °C como máximo para descargas al drenaje. Qué atiende: Calor.
- Ultrafiltración
- Membranas con poros muy finos que funcionan como barrera física. Es un pretratamiento común para la ósmosis inversa. Qué atiende: Sólidos suspendidos, coloides, la mayoría de las bacterias y moléculas orgánicas grandes.
- Ósmosis inversa
- Membranas que, con presión, dejan pasar el agua y retienen casi todas las sales disueltas. Produce un agua tratada y un concentrado. Qué atiende: Sales disueltas, dureza y metales disueltos.
- Evaporación
- Calienta el agua para separarla de las sales: el vapor se condensa como agua limpia y queda un concentrado o sólidos. Usa mucha energía, por eso se aplica a volúmenes pequeños y concentrados. Qué atiende: Sales y sólidos del concentrado.
- Filtro prensa
- Exprime los lodos entre placas con telas filtrantes. Según la EPA, es el equipo mecánico que puede lograr la torta más seca. Qué atiende: Agua de los lodos; deja una torta sólida.
- Centrífuga
- Separa el agua de los lodos con la fuerza de la rotación rápida de un tambor. Qué atiende: Agua de los lodos; deja una torta sólida.
Toca una etapa para ver qué hace.
02Qué atiende cada tecnología
Cada tecnología está hecha para un tipo de problema. Por eso un análisis del agua es el punto de partida: dice qué hay que quitar y, con eso, qué etapas tienen sentido.
| Tecnología | Sólidos suspendidos | Sales disueltas | Dureza | Metales | Microorganismos | pH |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Filtración | ● | |||||
| Coagulación y floculación | ● | |||||
| Sedimentación y clarificación | ● | |||||
| Precipitación de metales | ● | |||||
| Neutralización | ● | |||||
| Suavización | ● | |||||
| Ultrafiltración | ● | ● | ||||
| Ósmosis inversa | ● | ● | ● | |||
| Desinfección UV | ● | |||||
| Evaporación | ● | ● | ● |
03Membranas: de la más abierta a la más cerrada
Las membranas separan por tamaño. Mientras más finos son sus poros, más cosas retienen, pero también necesitan más presión y un agua de alimentación mejor preparada.
- Microfiltración: retiene material suspendido y coloidal y la mayoría de las bacterias.
- Ultrafiltración: además retiene moléculas orgánicas grandes.
- Nanofiltración: además retiene la mayoría de los iones divalentes, como calcio y magnesio, pero deja pasar buena parte de los monovalentes, como sodio y potasio.
- Ósmosis inversa: además retiene las sales disueltas.
04Procesos químicos: neutralizar, precipitar y aglomerar
- Neutralización. Ajusta el pH con un ácido o una base. Es necesaria para cumplir la norma de descarga y para que otros procesos funcionen; por ejemplo, la precipitación de metales depende del pH.
- Precipitación de metales. Convierte los metales disueltos en partículas sólidas. Cada metal tiene un pH en el que se precipita mejor, así que cuando hay varios metales se busca un punto de equilibrio o se hacen varias etapas. Los agentes quelantes o complejantes pueden mantener los metales disueltos e impedir que precipiten.
- Coagulación y floculación. Los CDC de Estados Unidos lo explican así: primero se agregan químicos que ayudan a unir la suciedad y otras partículas pequeñas; después, un mezclado suave forma partículas más grandes y pesadas llamadas flóculos.
- Sedimentación y clarificación. Los flóculos se van al fondo y el agua clara sigue al siguiente paso, normalmente una filtración.
05Lodos: el residuo que también se trata
Todo lo que se separa del agua termina en un lodo. Deshidratarlo reduce su volumen y, con eso, lo que cuesta almacenarlo, transportarlo y disponerlo. Los lodos de la precipitación de metales suelen ser voluminosos y difíciles de deshidratar, por eso se elige el equipo según el tipo de lodo.
Filtro prensa
Bombea los lodos entre placas cubiertas con telas filtrantes y los exprime. Según la EPA de Estados Unidos, puede producir la torta con mayor concentración de sólidos de todos los equipos mecánicos de deshidratación.
Centrífuga
Separa el agua de los sólidos con la fuerza de la rotación rápida de un tambor cilíndrico. La EPA señala que se usa en el tratamiento de aguas residuales desde la década de 1930.
06Evaporación: cuando el concentrado no puede salir
La ósmosis inversa produce agua tratada y un concentrado con las sales que retuvo. Cuando ese concentrado no se puede descargar, la evaporación separa el agua de las sales: el vapor se condensa como agua limpia y lo que queda es un concentrado más pequeño o sólidos.
Si se evapora hasta dejar solo sólidos se habla de descarga cero de líquidos (ZLD, por sus siglas en inglés); si queda un volumen pequeño de concentrado, de descarga mínima (MLD). La evaporación consume mucha energía, por eso suele ir al final del tren, después de reducir el volumen con membranas.
07Cómo se elige un tren
No hay un tren universal. Se diseña a partir de unas cuantas preguntas:
- ¿Qué trae el agua? Lo dice un análisis de laboratorio del agua de entrada o del agua residual.
- ¿Qué calidad necesitas? La especificación de tu proceso (ve la guía de calidad por proceso) o la norma de tu descarga (ve la guía de normas de descarga).
- ¿Cuánta agua y con qué variaciones? El volumen y los cambios a lo largo del día o de la semana.
- ¿Qué pasa con los residuos? Concentrados, lodos y regeneraciones también se tienen que manejar.
- ¿Cómo se va a operar? Espacio disponible, personal, automatización y mantenimiento.
08Cómo te ayudamos
En Aquargentum diseñamos, fabricamos, instalamos y operamos trenes de tratamiento con las tecnologías de esta guía: filtración, suavización, ultrafiltración, ósmosis inversa, intercambio iónico, desinfección UV, procesos fisicoquímicos para aguas residuales, manejo de lodos y evaporación. También recuperamos agua para regresarla al proceso. Cada tren se define con un análisis de tu agua.
09Preguntas frecuentes
01¿Cuál es la mejor tecnología para tratar agua?
No hay una mejor en general. Cada tecnología resuelve un tipo de problema, y casi siempre se combinan varias en un tren. La elección depende de lo que trae el agua y de la calidad que se necesita.
02¿Qué diferencia hay entre ultrafiltración y ósmosis inversa?
La ultrafiltración retiene sólidos suspendidos, la mayoría de las bacterias y moléculas orgánicas grandes, pero deja pasar las sales disueltas. La ósmosis inversa retiene además casi todas las sales. Por eso la ultrafiltración se usa a menudo como pretratamiento de la ósmosis.
03¿La desinfección UV deja residuos en el agua?
No agrega químicos al agua. La EPA de Estados Unidos señala que no deja un residual dañino, pero también que la turbiedad y los sólidos suspendidos pueden volverla ineficaz, por eso el agua debe llegar limpia a la lámpara.
04¿Qué se hace con los lodos?
Se deshidratan, por ejemplo con filtro prensa o centrífuga, para reducir su volumen, y después se disponen conforme a la normativa que les aplique según su tipo.
05¿Esta guía sirve para elegir mi sistema?
No. Es un panorama general. El tren adecuado para tu planta se define con un análisis de tu agua, la calidad que necesitas y tus condiciones de operación.
Fuentes
- CDC, How water treatment works
- Drinking Water Quality Regulator for Scotland, Technical manual 6.8: Membrane processes
- U.S. EPA, Wastewater Technology Fact Sheet: Ultraviolet Disinfection (EPA 832-F-99-064)
- University of Nebraska–Lincoln, Managing hard water
- U.S. EPA, Fact sheet: Recessed-plate filter press
- U.S. EPA, Fact sheet: Centrifuge thickening and dewatering
- A. Kowalski, Metals removal to low levels using chemical precipitants (NMFRC)
- Xylem, One-step crystallization technology for ZLD/MLD industrial wastewater
Información general con fines educativos, elaborada con base en referencias públicas. Los trenes mostrados son ejemplos ilustrativos: el tratamiento de cada planta se define con un análisis de su agua y sus condiciones.