Procesos_Avanzados DE QUIMICA AMBIENTAL 2

PROCESOS AVANZADOS DE
TRATAMIENTO DE AGUAS
María Pía Mena P.

Acerca del Tratamiento de Aguas y los
Contaminantes
-Cualquier sustancia utilizada en la sociedad estará presente
en las aguas residuales.
- El agua puede ser tratada hasta cualquier grado de pureza,
a costos cada vez más altos. Sin embargo, independiente de
cuan bueno sea el tratamiento, siempre existirá un residuo.
 “Estándar cero” o “estándar no detectable” es una
meta deseable pero inalcanzable
 No es posible la política de la “descarga cero”
(U.S. Congress, 1970)

Es claramente imposible identificar todas las sustancias
orgánicas cuya presencia pudiera representar una preocupación
en el agua debido a:
- elevado número de compuestos que se producen anualmente
en el mundo;
- retardo en la información acerca de los efectos adversos
en el ambiente y especialmente en los efectos crónicos sobre
la salud de las personas.

EEUU  Lista de Contaminantes Prioritarios sobre
la base de:
• Frecuencia de ocurrencia del compuesto en el agua;
• Disponibilidad de estándares químicos para la cuantificación
del compuesto;
• Tasa de producción de la sustancia;
• Estabilidad química de la sustancia.

Actualmente, la lista de contaminantes prioritarios incluye
126 compuestos entre los que se encuentran:
• Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (PAHs)
• Benceno
• Metales
• Dioxinas y furanos
• Arsénico
• Bifenilos Policlorados (PCBs)
• Solventes Clorados
• Fluoruros
Cómo se controla? ....

BAT: Best Available Technology Economically Achievable
Medio más apropiado para controlar la descarga directa de
tóxicos y contaminantes no convencionales a cursos receptores.
Representa la tecnología que tiene mejor rendimiento a costos
razonables.
BCT: Best Conventional Pollutant Control Technology
Estándar técnico para la descarga puntual de industrias en
contaminantes convencionales (DBO, SST, Coliformes fecales,
pH, aceites y grasas).
BPT: Best Practicable Control Technology Currently Available
Límites para los efluentes se basan generalmente en valores
promedio de los mejores rendimientos de plantas existentes.

Qué pasa en Chile?
• Al año 1997 se estimaba que existían 552.000
establecimientos de actividad económica, constituyendo la
industria manufacturera un 7,4% del total nacional, es decir,
cerca de 41.000 establecimientos industriales en el país.
• En la Región Metropolitana se concentra casi un 50% de la
actividad industrial del país.
• Procesos Productivos  Aguas Residuales (RILes)

Qué contaminantes es necesario remover?

Agua residual
dom iciliaria
Sistem a de
alcantarillado
Planta de
Tratamiento
Lodos
DS 90
DS 46
Agua residual
industrial
Pretratamiento
DS 609
c/ PTAS DS 609
s/ PTAS
Lodos
Tratamiento
Lodos
DS 90
DS 46
Cuerpo de
agua
superficial
DS 90
Esquema Normativo Efluentes

NORMAS DE EMISIÓN
DS 609 (1998) Regulación de Contaminantes asociados
a las Descargas de Residuos Industriales
al sistema de alcantarillado
 DS 90 (2001) Regulación de Contaminantes asociados
a Descargas de Residuos Líquidos a
Aguas Superficiales
 DS N°46 (2002) Regulación de Residuos Líquidos a
Aguas Subterráneas

Establecimientos Industriales con Sistema de
Tratamiento Autorizado
Región EI
Autorizados
Región EI
Autorizados
I 1 VIII 12
II 2 IX 2
IV 2 X 11
V 9 XI 1
VI 2 XII 4
VII 5 RM 115
SISS, 2003

Tratamiento de las Aguas Residuales en Chile?
Tratamiento secundario
Tecnología Dic. 1998 Dic. 2002 Al 2009
Lodos activados 0 60 178
Lagunas estabilización 61 25 0
Lagunas aireadas 9 41 70
Emisarios submarinos 11 22 35
Otros 0 4 5
TOTAL 81 152 288

Qué podemos lograr en cada tratamiento?

Remoción de Contaminantes Orgánicos en el Tratamiento Secundario

Comportamiento de Contaminantes Orgánicos en el
Tratamiento Secundario

Cómo seleccionamos el Tratamiento Adecuado?
Procesos de Tratamiento
Tratamiento Preliminar
Tratamiento Primario
Tratamiento Secundario
Tratamiento Terciario o Procesos Avanzados

Procesos_Avanzados DE QUIMICA AMBIENTAL 2

Nutrientes más importantes
Nitrógeno Nitrógeno orgánico
Amoniaco (NH3 + NH4
+
)
Nitritos (NO2
-
)
Nitratos (NO3
=
)
(Usualmente las concentraciones de estos compuestos se
informan relativas al nitrógeno, peso molecular 14)
Fósforo Fósforo orgánico
Ortofosfatos (PO4
-3
)  70% (soluble)
Polifosfatos (P2
O7
)

Aguas Servidas Domésticas
DBO 200 - 300
DQO 450 - 700
N total 30 - 50
P total 5 - 10
orgánico 35%
inorgánico 65% mayor parte soluble
En aguas servidas domésticas N total  TKN; NO2 y NO3
prácticamente ausentes

Efecto de los Nutrientes en Cursos de Agua
1 Kg de NH4-N puede teóricamente estimular la producción
de 16 Kg de algas (20 Kg DQO), considerando la biomasa
Algal como C106H263O110N16P.
 50 mg N/l indirectamente pueden producir 1000 mg DQO/l
Si un 1 Kg de P fuera acumulado por algas fotosintéticas y
utilizado para producir nuevas algas a partir de la fotosíntesis,
Se producirían 111 Kg de algas a las que corresponde una DQO
De 138 Kg.
 10 mg P/l indirectamente producen 138 mg DQO/l

Nutrientes en Aguas Servidas Domésticas
Nitrógeno orgánico  25%
- N-soluble no biodegradable 3%
TKN: - N-particulado no biodegradable 10%
- N biodegradable 12%
Amoniaco  75%
Amoniaco: NH4
+
+ OH-
 NH3
+ H2
O
pH < 7 pH > 7

NITRIFICACIÓN BIOLÓGICA
Proceso Autotrófico:
• Energía para crecimiento bacteriano es derivada de la
oxidación de compuestos nitrogenados
• CO2 o bicarbonato es utilizado como fuente de carbono
O
H
H
NO
O
NH
NO
O
NO
O
H
H
NO
O
NH
2
3
2
4
3
2
2
2
2
2
4
2
2
r
Nitrobacte
2
1
as
Nitrosomon
2
2
3


















Se requieren 4,57 mg de O2 por cada mg de NH4-N nitrificado

Si se considera el crecimiento celular, las ecuaciones anteriores se
transforman en:




















H
NO
NO
H
C
O
H
O
NH
CO
NO
H
O
H
NO
NO
H
C
O
CO
NH
3
2
7
5
2
2
4
2
2
2
2
2
7
5
2
2
4
400
2
195
5
400
r
Nitrobacte
109
52
54
76
5
55
as
Nitrosomon
Producción celular de nitrificantes es mucho menor que
producción de heterótrofas (aprox. 10%)
Alcalinidad
O
H
CO
H
NO
HCO
O
NH 2
3
2
2
3
2
4 2
2
2
3







Oxidación de cada mg/l de NH4
-N reducirá la alcalinidad en
7,14 mg/l de CaCO3

Requerimientos de las Bacterias Nitrificantes
• Temperatura: >15°C hasta 35°C
Óptimo a 25-28°C
coeficiente Arrhenius:  = 1,02 para T° 7-15°C
 = 1,08 – 1,10 (Metcalf & Eddy)
• pH: 8 – 9; óptimo ~ 8,3
a pH < 6,6, tasa de nitrificación disminuye significativamente
a pH< 5,5, no hay nitrificación
• Materia orgánica: baja concentración
DBO/TKN: 0,5 alta actividad de bacterias nitrificantes
DBO/TKN: 6 acción nitrificante muy baja
• Tiempo de retención celular: c > 5días

DENITRIFICACIÓN BIOLÓGICA
Proceso heterótrofo en que las bacterias utilizan
carbono orgánico como fuente de energía y nitratos (o
nitritos) como aceptor de electrones, en ausencia de
oxígeno  ANOXIA
En estas condiciones los nitratos son reducidos a
nitrógeno gas, el que escapa a la atmósfera.
NO3
-
 NO2
-
 NO  N2O  N2

o Cuando el nitrato es el aceptor de electrones, la masa
equivalente de oxígeno (como O) es:
1 mg NO3-N = 2.86 mg O
o La producción de biomasa es levemente menor que en el caso de
la respiración aeróbica, aproximadamente 0,5 gr SSV/gr NO3-
N reducido
NO3
-
+ 1.08 CH3OH + H
+

0.065 C5H7O2N + 0.47 N2 + 0.76 CO2 + 2.44 H2O
Remoción global de nitrato (empírica)

Requerimientos para Denitrificación Biológica
1. Presencia de nitrato (o nitrito) (compuestos producidos en la
nitrificación)
2. Ausencia de oxígeno disuelto.
- Cuando OD = 0 mg/L, se logra 100% denitrificación
- Sí OD > 0.5 mg/L, la denitrificación no es significativa ya que el
oxígeno previene la formación de la enzima necesaria para sustituir
el oxígeno por nitrato como aceptor de electrones
3. Una biomasa facultativa (microorganismos con el sistema enzimático
para utilizar NO3)
4. Presencia de un donante de electrones adecuado (fuente de
energía). Puede ser interna (materia orgánica naturalmente
presente en las aguas servidas), externa (p.e. adición de metanol) o
autogenerado (nutrientes liberados durante la muerte de
organismos en el proceso)
La adición de DQO fácilmente biodegradable incrementa el
potencial de denitrificación.

Factores que influyen en la Denitrificación
Asumiendo que las condiciones anóxicas se mantienen y la
concentración de oxígeno disuelto es despreciable, la tasa de
denitrificación depende básicamente de la naturaleza y cantidad de
carbón disponible. Los microorganismos denitrificantes son menos
sensibles a la temperatura, pH y sustancias inhibitorias que los
microorganismos nitrificantes.
pH: 6,5 - 8,5
Temperatura: 5 - 60°C
 = 1,06 - 1,3

Factores que influyen en la Denitrificación
Fuente externa de Carbono más común: Metanol (CH3OH)
CH3OH + 0,92NO3 + 0,92H+ 
0,065C5H7O2N + 0,43N2 + 0,7CO2 + 2,25H2O
Requerimiento sustrato: 2,3 - 3,5 gr/gr NO3
Denitrificación ocurre completamente si se adiciona suficiente
metanol.....
Sobredosis  alta DBO en el efluente

Efectos de la Denitrificación
o La denitrificación biológica produce un incremento en la
alcalinidad. Se recuperan 3.57 mg/L de alcalinidad (como
CaCO3) por cada 1 mg NO3-N denitrificado.
o Dado que durante la nitrificación, se consumen 7.14 mg/L de
alcalinidad por cada 1 mg NH3-N nitrificado, para residuos con
baja alcalinidad se recomienda la nitrificación-denitrificación
en sistemas combinados para prevenir un descenso del pH.
o Debido a que para la nitrificación se requieren 4.57 mg O/mg
N, y en la denitrificación se recuperan 2.86 mg O/mg N, al
tener nitrificación y denitrificación en un mismo sistema
biológico, es posible disminuir 2.86/4.57•100 = 63% de la
demanda de oxígeno.

REMOCIÓN BIOLÓGICA DE FÓSFORO
En la Remoción Biológica de Fósforo se promueve la acción de ciertos microorganismos
que tienen la capacidad de almacenar intracelularmente mayores cantidades de fósforo
que las requeridas para los procesos metabólicos básicos.
De este modo, la remoción se realiza a través de la disposición de lodos, debido a que la
biomasa contiene una proporción mayor de fósforo en relación a lodos activados
convencionales.
Las condiciones para que este fenómeno ocurra son:
o La población bacteriana debe estar sometida a una etapa verdaderamente anaeróbica en
alguna etapa del proceso (Ausencia de O2, NO2 y NO3).
o En la etapa anaerobia debe existir un sustrato orgánico fácilmente degradable,
especialmente ácidos volátiles de cadena corta (ácidos acético y propiónico)

Mecanismo de Remoción de Fósforo
Facultative bacteria Energy
Acetate plus
fermentation
products
P O 4
3 -
Substrate
Acinetobacter spp.
Anaerobic
(Phosphorus
removing
bacteria, slow
grower)
Aerobic
PHB
PO4
3 -
PHB
Energy
BOD+O2
New biomass
+
CO2 +H2O
Poly-P
Poly-P

Remoción Biológica de Fósforo (BPR)
Return sludge
Influent Anaerobic Aerobic To clarifier
Conc.
Time
Sol. BOD
Orthophosphorus

R
E
M
O
C
I
Ó
N
F
Ó
S
F
O
R
O
N
I
T
R
O
G
E
N
O

Remoción Biológica de Nutrientes (BNR)
Comparación de Procesos
Nutrient removal Sludge Effluent Process Cost
capability disposal Chem. filtration Oper. Oper. impact
P N impact req. req. flexib. reliability
Phostrip Best Little M M Least G G M
Bardenpho Least B L L Most L M H
Oxidation ditch NA G L L NA M M L
A2/O M M L L Most L L L
UCT G M L L Most M M M
Chemical treat. Best Little H H Least B B H
(Daigger et al., 1986)
Daigger, G.T., Smith, J.J., and Simpkin, T.J. (1986). Removal of Nutrients from Wastewater
Using Biological Processes, Presented at the 59th Annual Conference of the Central States
Water Pollution Control Association.

Remoción de Orgánicos Traza:
Procesos de Adsorción

CARBÓN ACTIVADO
La adsorción puede ocurrir en superficie variadas como óxidos de
aluminio y fierro, sílice, arcillas y materiales sintéticos. Adsorbente
más común: Carbón Activado
 Area superficial de los poros muy grande
(500-1500 m2
/gr)
 Relación As/masa muy grande
Se fabrica a partir de madera, aserrín, pepas de frutas, cáscara de
coco, carbón o residuos de petróleo. La activación consiste en una
carbonización seguida de aire o vapor caliente.
La temperatura de activación afecta la capacidad adsorbente del
material. En general una activación a 400ºC produce un carbón con
buena capacidad de adsorción alcalina; la activación a 1000ºC genera
un carbón con buena capacidad de adsorción ácida.

Carbón Activado
Usos del Carbón Activado
Tratamiento de agua potable: compuestos que causan olor,
sabor y/o color.
Tratamiento de aguas servidas: compuestos orgánicos
Tratamiento RILs: compuestos orgánicos tóxicos, solventes,
productos farmacéuticos, etc.
Generalmente se usa en forma granular, ya sea en en columnas de
operación en batch o con flujo continuo, o en lechos fluidizados.
Ocasionalmente se usa en polvo, en operaciones donde no es
recuperado para regeneración.
Capacidad de adsorción del carbón para un soluto determinado
depende de las propiedades de ambos.

Carbón Activado
El proceso de adsorción es dependiente del pH y la temperatura, así
como de la concentración del compuesto a adsorber (adsorbato).
Entre las características del adsorbato interesa el peso molecular,
solubilidad y polaridad.
Es posible adsorber algunos compuestos químicos inorgánicos. En
este caso altos valores de pH favorecen la adsorción de cationes, en
tanto bajos valores de pH favorecen la adsorción de aniones.

Clase de Compuestos Orgánicos Compuestos Típicos
Solventes Aromáticos Benceno, Tolueno, Xileno
Aromáticos Polinucleares Naftaleno, Bifenilos
Aromáticos Clorados Clorobencenos, PCBs, Aldrín, Endrín, Toxafeno,
DDT
Compuestos Fenólicos Fenol, Cresol, Resorcinol
Hidrocarburos Alifáticos 1,1,1-tricloroetano, tricloroetileno
Ácidos Alifáticos de alto peso molecular y
ácidos aromáticos
Ácido Alquitránico, ácido benzoico.
Aminas Alifáticas de alto peso molecular y
Aminas Aromáticas
Anilina, Diamina de Tolueno
Surfactantes Alkil benceno sulfonatos
Tintas Orgánicas Solubles Azul de Metileno, Tintas textiles
Combustibles Gasolina, Parafina, Petróleo
Solventes Clorados Tetracloruro de Carbono, Percloroetileno
Acidos Alifáticos y Aromáticos Acido Benzoico, Alquitrán
Compuestos Orgánicos Típicamente Removidos
por Adsorción en Carbón Activado
O`Brian et al. “Removal of organic compounds from industrial wastewaters using granular
carbon column processes” (1983) EPA-600/8-83-011.

Tipos de Carbón Activado
Carbón Activado Granular (GAC)
Partículas de forma irregular con
tamaños entre 0,2-5 mm. Aplicaciones
en fase líquida y gaseosa.
Carbón Activado en Polvo (PAC)
Carbón pulverizado con tamaño < 0,18
mm (US Mesh 80). Aplicaciones en fase
líquida.
Carbón Activado en Pellets
Forma cilíndrica con diámetro entre
0,8-5 mm. Usado en aplicaciones en fase
gaseosa debido a la baja pérdida de
carga, alta resistencia mecánica y bajo
contenido de polvo.

Tratamiento Residuos Industriales
PAC: Carbón Activado en Polvo
GAC: Carbón Activado Granular

Tratamiento de Gases
Tratamiento de Olores

Remoción de Compuestos Inorgánicos

PRECIPITACIÓN QUÍMICA Y CO-PRECIPITACIÓN
La precipitación química es el proceso por el cual una sustancia soluble es
convertida a una forma insoluble ya sea por una reacción química o por
cambios en la composición del solvente. Los sólidos precipitados pueden
ser removidos por sedimentación y/o filtración.
La remoción durante la precipitación química depende básicamente de la
solubilidad teórica de la mayoría de las especies formadas, lo cual es
función del pH, concentración, temperatura y otros; y de la separación de
los sólidos desde la solución acuosa (sedimentación – filtración).
En el tratamiento de agua potable los metales pesados son generalmente
precipitados como hidróxidos mediante la adición de cal (Ca(OH)2
) o
hidróxido de sodio (NaOH) para obtener el pH de solubilidad mínima; esto
ocurre como coprecipitación durante el proceso de coagulación -
floculación.

La reacción de precipitación con hidróxidos es muy similar para todos los
metales catiónicos (M++
), independientemente de sí se utiliza hidróxido
de sodio o cal. En general:
CO3
CO3

M++
SO4
+ Ca(OH)2
 M(OH)2
 + Ca++
SO4

Cl2
Cl2
CO3
CO3
M++
SO4
+ Na OH  M(OH)2
 + Na2
SO4
Cl2
Cl2
De acuerdo a las ecuaciones anteriores, existen grandes diferencias en
la generación de precipitados. En caso de usar cal, además del metal
correspondiente, se precipitará carbonato de calcio, sulfato de calcio y
el exceso de hidróxido. En caso de usar hidróxido de sodio, sólo
precipitarán los hidróxidos metálicos.
Los metales pesados también se pueden precipitar como sulfuros y en
algunos casos como carbonatos. La solubilidad de los sulfuros y

La reacción de precipitación con hidróxidos es muy similar para todos los
metales catiónicos (M++
), independientemente de sí se utiliza hidróxido
de sodio o cal. En general:
CO3
CO3

M++
SO4
+ Ca(OH)2
 M(OH)2
 + Ca++
SO4

Cl2
Cl2
CO3
CO3
M++
SO4
+ Na OH  M(OH)2
 + Na2
SO4
Cl2
Cl2
De acuerdo a las ecuaciones anteriores, existen grandes diferencias en
la generación de precipitados. En caso de usar cal, además del metal
correspondiente, se precipitará carbonato de calcio, sulfato de calcio y
el exceso de hidróxido. En caso de usar hidróxido de sodio, sólo
precipitarán los hidróxidos metálicos.

Solubilidad de Hidróxidos Solubilidad de Sulfuros

Esquema de Precipitación Química

Concentraciones posibles de obtener mediante
Precipitación Química y Co-precipitación
Metal Concentración, g/l
Arsénico
Bario
Cadmio
Cromo
Cobre
Flúor
Fierro
Manganeso
Mercurio
Níquel
Plata
Plomo
Selenio
Zinc
3 – 6
30 – 300
40 – 50
50
10 – 50
500 – 2000
50 – 250
50 – 250
1 – 10
50 – 150
15 – 25
200
10– 300
10 – 300

INTERCAMBIO IONICO
Reacción química entre los iones en la fase líquida y los iones en la
fase sólida  ciertos iones en solución son capturados
preferencialmente por el sólido de intercambio iónico, y dado que la
electroneutralidad debe mantenerse, el sólido de intercambio libera
iones de reemplazo a la solución.
Usos más comunes:
- ablandamiento
- desmineralización
- desalinización
- remoción amoniaco
- remoción metales pesados
- tratamiento residuos radiactivos

 Ablandamiento
Ca+2
+ 2 Na Ex  Ca Ex2
+ 2 Na+
Mg+2
+ 2 Na Ex  Mg Ex2
+ 2 Na+
 sólido de intercambio
una vez saturada la resina, se debe regenerar con
una solución salina saturada y posteriormente lavar el
intercambiador.


 Desmineralización
 El agua pasa primero a través de una resina catiónica cargada
con ion hidrógeno:
M+x
+ x H Re  M Rex
+ x H+
 especie catiónica  nº de valencia
a remover
• posteriormente pasa a través de una resina aniónica cargada
con ion hidroxilo:
A-z
+ z Re OH  Rez
A + z OH-
 especie aniónica  valencia
• una vez exhaustas, la resina catiónica se regenera con H2
SO4
o
HCl y la resina aniónica con NaOH.

H
+
-
b
a
s
e
d
C
a
t
i
o
n
e
x
c
h
a
n
g
e
r
e
s
i
n
F
e
e
d
w
a
t
e
r
M
+ A
-
H
+ A
-
O
H
-
-
b
a
s
e
d
A
n
i
o
n
e
x
c
h
a
n
g
e
r
e
s
i
n
F
e
e
d
w
a
t
e
r
M
+ A
-
H
+ O
H
-
P
r
o
c
e
s
sw
a
t
e
r
H
+
,O
H
-
A
i
r
C
O
2s
t
r
i
p
p
e
r
A
i
r+
C
O
2

La reacción del intercambio del sodio es la más común, la que
se utiliza para la remoción de cationes desde el agua. La reacción
puede ser representada por:
Ca   (HCO3
)2
Ca (HCO3
)2

Na2
R + Mg   SO4
 Mg R + Na2
 SO4
M++
  Cl2
M++
 Cl2

M++
= metal catiónico
R = resina de intercambio

La regeneración de la resina de sodio es llevada a cabo con una
solución concentrada de cloruro de sodio, de la siguiente forma:
Ca   Ca
Mg  R + 2 Na Cl  Na2
R + Mg  Cl2
M++
  M++
La regeneración produce una solución concentrada que contiene
todos los iones removidos. Aunque los metales de preocupación
están ahora presentes en la solución de salmuera, el volumen es
menor a la situación original. Dependiendo del elemento que se está
removiendo, es necesario definir cuidadosamente las condiciones de
eliminación de las salmueras utilizadas.

Para los intercambiadores catiónicos típicos (resinas de ácidos
fuertes), la serie de preferencias para el intercambio de cationes es la
siguiente (Clifford et al., 1986):
Ra+2
> Ba+2
> Pb+2
> Sr+2
> Ca+2
> Ni+2
> Cd+2
> Cu+2
> Co+2
>
Zn+2
> Mg+2
> UO2
+2
> Ag+
> Cs+
> K+
> NH4
+
> Na+
> Li+
En el caso de los intercambiadores aniónicos típicos, la serie de
preferencias para los aniones es:
HCrO4
-
> CrO4
-2
> ClO4
-
> SeO4
-2
> SO4
-2
> NO3
-
> CrO4
-2
>
Br-
> HPO4
-
, HAsO4
-
, SeO3
-2
> CN-
> Cl-
> OH-

Las resinas de intercambio iónico tienen un número limitado de
sitios de intercambio disponibles; la concentración total en la fase
sólida qo
, se denomina “capacidad de intercambio iónico”.
Dado que un intercambiador catiónico debe permanecer
eléctricamente neutro durante la reacción, todos los sitios de
intercambio deben ser ocupados por suficientes cationes para
balancear la carga negativa del intercambiador.
p.e. en un sistema que involucra Ca+2
, Mg+2
y Na+
, la suma de
concentración de estos iones en la fase sólida debe ser siempre
igual a la capacidad de intercambio catiónico qo
.
En general la capacidad de intercambio se expresa en términos de
miliequivalentes de soluto por 100 gramos de resina; valores
comunes se encuentran entre 200 – 600 meq/100 gr.

Concentraciones Posibles de obtener en el
Tratamiento mediante Intercambio Iónico
Metal Concentración, g/l
Bario 30 – 300
Cadmio 1 – 50
Cromo 10 – 1000
Cobre 10 – 50
Manganeso 10 – 50
Mercurio 1 – 5
Plata 1 – 5
Plomo 50
Zinc 50
Lankford, P. & Eckenfelder, W. (1990) Toxicity Reduction in Industrial
Effluents. Van Nostrand Reinhold, NY.

Membranas
Película delgada que separa dos fases y actúa como una
barrera selectiva al transporte de materia. Su efectividad
depende de:
• La naturaleza de los elementos a separar,
• De la fuerza que se aplica sobre ellas
• De las características de la membrana
Procesos de Membranas
Es aquel donde la corriente de alimentación se divide en un Flujo de
permeado conteniendo el material que ha pasado a través de la
membrana y un rechazo que contiene los elementos que no la
atraviesan.
Los procesos se pueden clasificar en función de la fuerza
promotora, mecanismo de separación, estructura de la
membrana y fases de contacto.

Operaciones por Presión
La fuerza actuante es una diferencia de presión a través de la
membrana. En esta categoría se encuentran:
Microfiltración (MF)
Ultrafiltración (UF)
Nanofiltración (NF)
Osmósis Inversa (RO)

Microfiltración (MF)
Las membranas MF eliminan los contaminantes por un proceso de
separación basado en la retención sobre la
Superficie de la membrana. El tamaño de poros de las
Membranas está entre 0,05 – 5 m.
Debido al tamaño de los poros se utiliza principalmente para
eliminación de partículas (turbiedad) y microorganismos.
Opera bajo presiones en el rango 70 – 200 KPa.

Ultrafiltración (UF)
Las membranas UF son porosas y asimétricas, permiten sólo rechazo
de solutos gruesos y todo tipo de microorganismos (virus y
bacterias), los que son retenidos mediante exclusión por tamaño.
Los rangos de tamaño relativo de poros van desde 0,003 – 0,1 m,
abarcando rango molecular y parte de los rangos iónicos y
macromolecular.
La presión de trabajo se encuentra entre 50 a 500 KPa.

Nanofiltración (NF)
La transferencia de iones a través de la membrana está controlada
por difusión. Las membranas NF son capaces de rechazar
contaminantes de tamaño 0,0007 a 0,01 m.
Este proceso puede llevar a cabo la remoción de sales, dureza,
patógenos, turbiedad, compuestos orgánicos sintéticos y pesticidas.
La presión de trabajo se encuentra entre 0,5 – 1,5 MPa.

Osmósis Inversa (RO)
Este proceso es capaz de rechazar contaminantes o partículas con
diámetros tan pequeños como 0,0001 m.
Se utiliza principalmente para desalinización de agua de mar, en la
cual las concentraciones de SDT se encuentran en el rango 35 – 45
gr/l.
Las presiones necesarias para el agua de mar están en el rango 5 a 8
MPa.

Procesos de Membrana v/s otros Procesos Tratamiento
(Continúa)

Procesos de Membrana v/s otros Procesos Tratamiento

Configuraciones de Módulos de Membranas

PROCESO DE OSMOSIS INVERSA
Osmosis
Osmosis Inversa

PROCESO DE OSMOSIS INVERSA
Presión Osmótica ()
Diferencia de presión a través de una membrana, necesaria para
invertir el flujo desde una solución más concentrada a otra menos
concentrada.
 = 8204,76*(T+273)*mi
= presión osmótica, Pa
T = temperatura, °C
mi = suma de la concentración molal (moles/Kg) de todos los
constituyentes en la solución.
 ˜ 75,8 KPa por cada 1000 mg/l de SDT

Presión Osmótica: Sales
SALTS: Concentration Osmotic Pressure
Sodium Chloride, NaCl 0.5%
1.0%
3.5%
55 psi
125 psi
410 psi
Sodium Sulfate, Na2
S04
2.0%
5.0%
10.0%
110 psi
304 psi
568 psi
Calcium Chloride, CaCl2
1.0%
3.5%
90 psi
308 psi
Copper Sulfate, CuSO4
2.0%
5.0%
10.0%
57 psi
115 psi
231 psi

RECHAZO EN OSMOSIS INVERSA
CATIONS
Name Symbol Percent
Rejection
Percent
Passage
(Average)
Maximum
Concentratio
n Percent
Sodium Na+ 95-97 4 3-4
Calcium Ca+2 96-98 3 *
Magnesiu
m
Mg+2 96-98 3 *
Potassium K+1 95-97 4 3-4
Iron Fe+2 98-99 2 *
Manganese Mn+2 98-99 2 *
Aluminum Al+3 99+ 1 5-10
Ammonium NH4+1 88-95 8 3-4
Copper Cu+2 98-99 1 8-10
Nickel Ni+2 98-99 1 10-12
Zinc Zn+2 98-99 1 10-12
Strontium Sr+2 96-99 3 -
Hardness Ca and Mg 96-98 3 *
Cadmium Cd+2 96-98 3 8-10
Silver Ag+1 94-96 5 *
Mercury Hg+2 96-98 3 -

RECHAZO EN OSMOSIS INVERSA
ANIONS
Chloride Cl-1 95-97 4 3-4
Bicarbonate HCO3-1 95-96 4 5-8
Sulfate SO4-2 99+ 1 8-12
Nitrate NO3-1 93-96 6 3-4
Fluoride F-1 94-96 5 3-4
Silicate SiO2-2 95-97 4 -
Phosphate PO4-3 99+ 1 10-14
Bromide Br-1 94-96 5 3-4
Borate B4O7-2 35-70** - -
Chromate CrO4-2 90-98 6 8-12
Cyanide CN-1 90-95** - 4-12
Sulfite SO3-2 98-99 1 8-12
Thiosulfate S2O3-2 99+ 1 10-14
Ferrocyanide Fe(CN)6-3 99+ 1 8-14
*Must watch for precipitation, other ion controls maximum concentration.
**Extremely dependent on pH; tends to be an exception to the rule.

PRETRATAMIENTO EN OSMOSIS INVERSA
Etapa fundamental para controlar el ensuciamiento de las
membranas.

PRETRATAMIENTO EN OSMOSIS INVERSA
Pretratamiento incluye desinfección, coagulación, acidificación,
filtración, decloración, control sales poco solubles y
microfiltración.
Desinfección: Hipoclorito de sodio.
Clarificación: Técnicas convencionales de filtración. Cada
fabricante especifica el máximo nivel de turbiedad o IDS (índice
de ensuciamiento de membranas).
Decloración: Necesario en el caso de membranas de poliamida que
no admiten cloro ni ningún oxidante. Se utiliza bisulfito sódico o
filtros de carbón activado.

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