Los sistemas de ozonación a escala industrial han sido usados para tratar aguas residuales procedentes de industrias textiles, farmacéuticas o papeleras con el principal objetivo de eliminar compuestos orgánicos refractarios al tratamiento biológico. En esta noticia se muestra la aplicación del sistema de ozonación-biofiltración utilizado por la papelera SCA Graphic Laakirchen AG en el tratamiento de sus aguas residuales (a partir de Kaindl y Liechti, 2008; Kaindl, 2010).
[José B. Carbajo, Departamento de Química Analítica e Ingeniería Química, Universidad de Alcalá]
Introducción
La papelera SCA Graphic Laakirchen AG localizada en la Región de Salzkammergut (Austria) posee una capacidad de producción de 486.000 Tn/año de papel gráfico. Como resultado de su actividad productiva, SCA Graphic Laakirchen AG genera anualmente 7.240.000 m3 de aguas residuales con una carga en DQO cercana a los 7.800.000 kg. Estas aguas son tratadas en una planta de tratamiento propia antes de ser vertidas al río Traun.
La planta está diseñada para tratar un caudal de 26.000 m3/día de aguas procedentes del sistema de producción. Estas aguas residuales después de su homogenización en un tanque de 1.800 m3 son distribuidas en dos líneas simétricas de tratamientos formadas por cuatro procesos ordenados secuencialmente; sedimentador primario, doble etapa biológica (reactor aerobio de lecho fluidizado y tratamiento convencional de fangos activos) y un sedimentador secundario.
Sin embargo, el deseo de SCA Graphic Laakirchen AG de expandir su producción hacia un tipo de papel con un mayor grado de brillantez, requirió de un blanqueamiento más intenso de la pasta mecánica de madera así como un aumento en el uso de agentes quelantes y de abrillantadores, productos químicos difíciles de degradar a través de los tratamientos biológicos existentes en la planta. Además, un mayor blanqueamiento de la pasta mecánica provoca un incremento en la concentración de lignina disuelta, compuesto también de difícil biodegradación. Estos hechos produjeron que la eficiencia en la eliminación de la DQO de la planta descendiera significativamente y, debido a ello, que SCA Graphic Laakirchen AG, en colaboración con CM Consultores y Machowets&Partner, estudiase un nuevo diseño de la planta de tratamiento para incrementar su capacidad productiva sin superar los niveles máximos de vertido establecidos.
A partir de los datos obtenidos tanto en la papelera Lang Papier en Ettringen (Alemania) (Schmidt y Large, 2000), la cual cuenta con una unidad de ozonación, como los satisfactorios resultados en planta piloto (Kaindl y col., 1999) se diseño una unidad de ozonación-biofiltración tras las líneas de tratamiento físico-biológico para la degradación de aguas residuales no biodegradables (DBO5/DQO≈0).
Sistema de Ozonación-Biofiltración
La planta de SCA Graphic Laakirchen AG se diseño para tratar 26.000 m3/d de aguas pre-tratadas biológicamente. Como se puede observar en la Figura 1, las aguas residuales procedentes de los tratamientos físicos y biológicos son conducidas a un tanque de homogeneización antes de llegar a la torre de refrigeración. Esta torre (Q0=13 MW) enfría las aguas residuales hasta una temperatura de 32ºC con el objeto de compensar el calentamiento previsto en el proceso de ozonación. Posteriormente, las aguas residuales son conducidas a una cámara de pre-ozonación (V=300 m3) desde la cual se impulsan hacia un filtro (Φ=1 mm) que protege los sistemas de tratamiento posteriores. El agua filtrada es bombeada hacia el reactor pasando por el inyector. El flujo de agua a presión pasa por un pequeño orificio creando un vacío parcial, que extrae el gas oxidante. En este punto se genera una intensa mezcla que asegura una alta transferencia. Para el correcto funcionamiento del sistema de ozonación es necesario un flujo constante de agua. Por ello, existe una conducción de recirculación que permite que el agua pueda ser bombeada desde el reactor hacia el inyector.
El flujo de agua presurizada llega al reactor de acero inoxidable, en el que tienen lugar dos procesos; una reacción del ozono con los compuestos no biodegradables y una desgasificación del ozono disuelto. Un difusor radial permite una distribución óptima de las burbujas de gas, hecho que asegura una utilización más eficiente del ozono residual no transferido. En la parte superior del reactor se extrae el gas remante. El ozono del gas se descompone en oxígeno mediante una reacción térmica catalítica antes de ser conducido a la unidad de biofiltración.
La línea de agua continua hasta un cámara de post-ozonación (V=200 m3) donde el ozono disuelto se descompone, evitando que el potente oxidante pase al posterior proceso biológico. Tras la unidad de biofiltración, las aguas tratadas son descargas al río Traun.
Figura 1. Diagrama de flujo del sistema de ozonación-biofiltración (Tomado de Kaindl, 2010).
La unidad de ozonación seleccionada está formado por un generador de ozono LWO 75000 con una capacidad de producción de 75 kgO3/h a partir de oxígeno líquido (LOX Liquid OXigen), que puede eliminar 1.830 kg/d de DQO difícilmente biodegradable. El diseño de la planta permitiría incrementar su capacidad de ozonación hasta los 225 kg/h con dos generadores más.
El oxígeno líquido pasa desde los tanques criogénicos de almacenamiento al gasificador, y una vez evaporado, se introduce en el inyector. El generador es refrigerado por un corriente de agua (5ºC) gracias a un intercambiador de calor (liquido-gas) y a una unidad de refrigeración de aire independiente.
El coste total de proyecto ascendió a los 7.600 millones de €, de los cuales 3.508 millones son costes debidos a la instalación de la etapa de ozonación y 1.561 millones son costes de refrigeración de las aguas. El resto son costes de ingeniería, suministro de oxígeno e instalaciones compartidas.
Resultados
La planta de tratamiento está permitiendo cumplir los valores máximos de vertido exigidos por la legislación desde su puesta en marcha. La dosis de ozono (gO3 transferido/gDQO influente) para alcanzar una determinada eliminación de DQO (%) en el proceso de ozonación-biofiltración (O3+BF), estimadas en la planta piloto, tuvieron un muy significativo grado de correspondencia con las posteriormente observadas en la escala industrial. Además, como también se estimó en la escala piloto, la eficiencia de utilización de ozono fue siempre superior a 98% (Kaindl y col., 1999).
En la Figura 2 se muestra un período de ejemplo comprendido entre los meses de julio y agosto de 2005. Como se puede observar, los límites de vertido sin el sistema de O3+BF hubieran sido superados varios días. Especialmente en el mes de agosto, donde con una producción superior de papel con mayor grado de brillantez se generaron aguas residuales más concentradas en compuestos menos biodegradables, hecho que produjo una menor reducción de la DQO en el tratamiento físico-biológico.
Por otro lado, el tratamiento de ozonación consiguió reducir significativamente tanto el color del agua como su concentración en compuestos clorados determinados como compuestos organohalogenados adsorbibles (AOX).
Figura 2. Evolución de la DQO (kg/g) tras el sistema físico-biológico (—) y tras el sistema ozonación-biofiltración (—) así como la producción de papel con mayor grado de brillantez (kg/g) durante los meses de julio y agosto de 2005. Límite máximo de vertido (- –) y el 80% del límite máximo de vertido (- -) (Tomado de Kaindl y Liechti, 2008).
La media anual (2005) del coste del tratamiento en los dos procesos de la planta de SCA Graphic Laakirchen AG fue de:
DQO-eliminación proceso físico-biológico 0,27 €/kgDQOel.
DQO-eliminación proceso de ozonación-biofiltración 1,33 €/kgDQOel.
El coste del tratamiento O3+BF es similar al estimado en la planta piloto (1,40 €/kgDQOel.) y significativamente mayor al del tratamiento físico-biológico (Kaindl y col., 1999). Este hecho es consecuencia de que los compuestos fácilmente biodegradables son degradas en el primer proceso, siendo los más difíciles de degradar los eliminados en el proceso de O3+BF. Por tanto, cuando relacionamos los costes de tratamiento con el papel producido, cumpliendo los límites máximos de vertido, la relación es notablemente más favorable al tratamiento O3+BF.
DQO-eliminación proceso físico-biológico 3,68 €/Tn papel
DQO-eliminación proceso de ozonación-biofiltración 0,53 €/Tn papel
Estos costes incluyen un incremento de un 30% en la producción de papel con mayor grado de brillantez. Sí la producción de esta calidad de papel se incrementase, los costes para el proceso de avanzado también aumentarían.
Conclusiones
Por tanto, la ozonación y la posterior biofiltración del agua residual industrial pre-tratada física y biológicamente consiguieron:
- Un incremento en la reducción de DQO, el cual no puede ser alcanzado con el uso único de los tratamientos físicos y biológicos convencionales.
- Un control sobre la reducción de la DQO a partir de las dosis de ozono y por tanto, de los picos de DQO en situaciones de máxima producción.
- Una disminución del color y de la concentración en compuesto clorados del agua residual.
- Una reducción de los costes de tratamiento debido a la combinación de las tecnologías de ozonación y biofiltración.
Referencias
Kaindl, N., Tillman, U. and Möbius, C.H. (1999) Enhancement of capacity and efficiency of biological wastewater treatment plant–Laboratory tests and pilot trials for the integration of a moving bed biofilm process and an ozone treatment into the biological wastetreatment of SCA Graphic Laakirchen AG. Water Science and Technology 40, 231-239.
Kaindl, N. and Liechti, P.A. (2008) Advanced effluent treatment with ozonation and biofiltration at the paper mill SCA-Graphic Laakirchen AG-Austria: Design and Operation Experience. Ozone: Science and Engineering 30, 310-317.
Kaindl, N. (2010) Upgrading of an activated sludge wastewater treatment plant by adding a moving bed biofilm reactor as pre-treatment and ozonation followed by biofiltration for enhanced COD reduction; design and operation experience. Water Science and Technology 62.11, 2710-2719.
Schmidt, T. and Lange, S. (2000) Treatment of paper mill effluent by the use of ozone and biological system–large scale application at Lang Paper-Ettringen (Germany) TAPPI International Environmental Conference&Exhibit.
Fuente: http://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2011/03/08/131573
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