Los metales pesados en las aguas residuales

Con este artículo se pretende dar una visión del  problema medioambiental que supone la presencia de metales pesados en las aguas residuales.

 

[ERNESTO SIMON. Grupo de Fisicoquímica de Procesos Industriales y Medioambientales, FQPIMA. Universidad Complutense de Madrid]

 

 

Como constituyentes importantes de muchas aguas podemos encontrar un número importante de metales pesados aunque su cuantificación sea a niveles de traza.  Cualquier catión que tenga un peso atómico superior a 23 (que corresponde al peso atómico del sodio) se considera un metal pesado; así, las aguas residuales contienen gran número de metales pesados diferentes. Entre ellos se puede destacar níquel, manganeso, plomo, cromo, cadmio, zinc, cobre, hierro y mercurio, entre otros.  Todos ellos se encuentran catalogados en la Directiva Europea 96/61/CE IPPC (Ley 16/2002) como sustancias contaminantes que deben tenerse obligatoriamente en consideración para fijar valores límites de emisiones, aunque algunos de ellos son imprescindibles para el normal desarrollo de la vida biológica, y la ausencia de cantidades suficientes de ellos podría limitar, por ejemplo, el crecimiento de las algas.

 

Las fuentes habituales de aguas residuales que contienen grandes cantidades de metales como el cromo, cadmio, cobre, mercurio, plomo y zinc proceden, principalmente, de limpieza de metales, recubrimientos, curados, refino de fosfato y bauxita, generación de cloro, fabricación de baterías y teñidos.  Los efectos que provocan sobre el medio ambiente son los siguientes: mortalidad de los peces, envenenamiento de ganado, mortalidad de plancton, acumulaciones en el sedimento de peces y moluscos.

Otra serie metales como el hierro, calcio, magnesio o manganeso también están presentes en aguas residuales de las industrias de metalúrgica, fabricación de cemento, cerámicas y bombeos de gasolina. Sus efectos, menos peligrosos que los anteriores, principalmente son el cambio en las características del agua: color, dureza, salinidad e incrustaciones.  

Debido a su toxicidad, la presencia de cualquiera de ellos en cantidades excesivas interferirá en gran número de los usos del agua. El BOCM nº269 (1993) sobre vertidos líquidos industriales al Sistema Integral de Saneamiento establece los valores límites de los siguientes metales:

Cromo Total : 5 mg/L

Cromo Hexavalente: 3 mg/L

Bario: 20 mg/L

Cadmio: 0,5 mg/L  

Cobre: 3mg/L

Hierro: 10 mg/L

Manganeso: 2 mg/L

Mercurio: 0,1 mg/L

Níquel: 10 mg/L

Plomo: 1 mg/L

Zinc: 5 mg/L

 

 

En la siguiente tabla se recogen las EC50 de algunos de los anteriores metales obtenida mediante diferentes ensayos

de Ecotoxidad con microorganismos de referencia:

 

Metal

Organismo

EC50 (mg/L)

Referencia

Cadmio

P.subcapitata

 

V.fisheri

65-74

17-452

7965

16500

Guéguen y col.,2004

USEPA,2001

Guéguen y col.,2004

Blaise y col.,1994

Cromo IV

P.subcapitata

V.fisheri

40-900

13756

16000

Guéguen y col.,2004

Guéguen y col.,2004

Blaise y col.,1994

Cobre

P.subcapitata

 

V.fisheri

12-19

12-917

580

150

500

Guéguen y col.,2004

USEPA,2001

Guéguen y col.,2004

Blaise y col.,1994

Utgikar y col.,2004

Plomo

P.subcapitata

V.fisheri

1900-4600

122

160

USEPA,2001

Guéguen y col.,2004

Blaise y col.,1994

Zinc

P.subcapitata

 

V.fisheri

55-79

45-2600

488

1200

1480

Guéguen y col.,2004

USEPA,2001

Guéguen y col.,2004

Blaise y col.,1994

Utgikar y col.,2004

           

Debido a esta naturaleza tóxica, algunos metales pesados causan impacto negativo sobre los tratamientos biológicos convencionales, así como sobre los ecosistemas receptores. En la siguiente tabla se muestran los límites de concentración de algunos metales que inhiben el tratamiento biológico:

 

   

Sustancia

Concentración de inhibición (mg/L)

Cadmio (Cd2+)

2-5

Bicromato (CrO42-)

3-10

Cobre (Cu2+)

1-5

Niquel (Ni2+)

2-10

Zinc (Zn2+)

5-20

 

Es por ello que a menudo resulta conveniente medir y controlar las concentraciones de estas substancias. Las cantidades de muchos de estos metales pueden determinarse, a concentraciones muy bajas, empleando métodos instrumentales entre los que destacan la espectroscopía de emisión de plasma con detención óptica o con detención de masas y la espectroscopía de absorción atómica.

 

A continuación se comentan las técnicas generales para retirar metales pesados de las aguas residuales.

 

Precipitación química

 

Las operaciones de precipitación y sedimentación química, llevadas a cabo de manera independiente o en combinación con reacciones de oxidación-reducción, se utilizan ampliamente para la eliminación de metales.

 

Los agentes de precipitación habitual son: cal, sosa cáustica y sulfuros. En la siguiente tabla se recogen sus características:

 

Cal, Ca(OH)2

Sosa Cáustica, NaOH

Sulfuros, NaSH y FeS

Reactivo más barato

Más cara que la cal

Tratamiento eficaz a bajas concentraciones

Genera grandes volúmenes de lodos

Genera menos volúmenes de lodos básicos

Lodo aplicable a la recuperación de suelos

Los lodos normalmente son aplicables a la recuperación de suelos

Lodo aplicable a la recuperación de suelos

 

 

 

También se emplean carbonatos de sodio y de calcio para metales cuando su solubilidad correspondiente, dentro de un intervalo de pH, no es la suficiente para acudir a este tratamiento.

 

La siguiente figura muestra la solubilidad de varios hidróxidos y sulfuros metálicos en diferentes condiciones de pH.

 


Una variante de la operación de precipitación es la precipitación electrostática, la cual se encuentra en vías de implantación a escala industrial.

 

La sedimentación puede ser sustituida por una filtración dependiendo del metal a tratar, así para el caso de retirar zinc, la precipitación química con cal se acompaña de una filtración en lechos de arena.

 

Para retirar cadmio, níquel o plomo suele adicionarse en la etapa de precipitación con cal un agente de captación  para estos compuestos que está formado de silicatos, carbonatos  y fosfatos de metales alcalinos.  Esta adición además de obtener mayores rendimientos favorece la decantación.

 

Si se pretende retirar Zinc, Hierro, Cobre o Manganeso la cal empleada en la precipitación se puede sustituir por óxido de magnesio.

 

Intercambio Iónico

 

Para la eliminación de metales pesados en disoluciones diluidas resultan aplicables los sistemas de intercambio iónico.  Las resinas que se emplean son resinas de intercambio catiónico, que se clasifican en fuertemente o débilmente  ácidas.

 

Las resinas fuertemente ácidas presentan las siguientes selectividades (en orden decreciente de preferencia) hacia los diferentes cationes: bario, plomo, calcio, níquel, cadmio, cobre, zinc, magnesio, potasio, amoniaco, sodio e hidrógeno.

 

La ósmosis inversa constituye una alternativa para la eliminación de metales de corrientes residuales de bajo caudal.

 

Oxidación-Reducción

 

Las reacciones químicas de oxidación-reducción se emplean para reducir la toxicidad o la solubilidad, o para transformar una sustancia en otra más fácilmente manipulable. Como se ha visto con anterioridad esta operación mayoritariamente se combina con la precipitación química.

 

Las reacciones químicas de reducción se emplean principalmente para el tratamiento de corrientes que contiene cromo hexavalente, mercurio y plomo. Los agentes reductores más comunes son el dióxido de azufre, sales de sulfitos y sales de hierro.

 

Los procesos de reducción y precipitación de corrientes residuales que contienen cromo involucran una reducción del cromo hexavalente al estado trivalente en condiciones ácidas, pH £ 3, empleando dióxido de azufre como agente reductor, seguida de una precipitación con cal, en condiciones básicas, con pH entre 8 y 9:

 

H2Cr2O7 + 3SO2 ® Cr2(SO4)3 + H2O

Cr2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 ®2Cr(OH)3+3CaSO4

 

Referencias

·         Documento BREF de la IPPC: Mejores Técnicas Disponibles en Sistemas Comunes de Tratamiento/Gestión de Aguas y Gases Residuales en el Sector Químico (2003).

·         Ingeniería de Aguas Residuales, Metcalf & Eddy, 3ra Edición Ed. McGraw-Hill, 1999.

·        Manual de Referencia de la Ingeniería Ambiental, R.Corbitt, Ed. McGraw-Hill, 1999.

·        Toxicity of metals and metals mixtures: analysis of concentration and time dependence for zinc and copper, V.P. Utgikar y col.,Water Research 38 (2004) 3651-58.

·          Water toxicity and metal contamination assessment of a polluted river: the Upper Vistula River (Poland), C.Guéguen y col., Applied Geochemistry 19 (2004) 153-162.

·        USEPA 2001. User guide: ECOTOXicology Database System.

·        A bacteria toxicity assay performanced with microplates, microluminometry and Microtox reageant, Blaise y col., Biotechniques 16, 932-7.

 

 

 

 

 

Etiquetas:

Si te gustó esta entrada anímate a escribir un comentario o suscribirte al feed y obtener los artículos futuros en tu lector de feeds.

(requerido)

(requerido)


*