Para qué se compra la oxidación Fenton
La oxidación Fenton es una etapa de oxidación avanzada. El peróxido de hidrógeno se dosifica junto con una sal ferrosa, y la reacción entre ambos produce radicales hidroxilo, que atacan moléculas orgánicas que el tratamiento biológico no puede degradar. Lo que sale del reactor no es agua limpia: es la misma agua con parte de su carga orgánica refractaria oxidada en compuestos más pequeños y más biodegradables, más los reactivos y el hierro que se le añadieron.
Esa descripción ya contiene la economía. La planta paga un reactivo que se consume en proporción a la carga que trata, y paga el hierro dos veces: una cuando lo compra y otra cuando el lodo que produce hay que deshidratarlo y disponerlo. Por eso la oxidación Fenton nunca es la respuesta por defecto a una DQO alta. Es la respuesta cuando las alternativas se han probado o presupuestado y han fallado.
Las tres líneas de costo que deciden el caso
Un presupuesto para un agua residual dada tiene tres partes, y no se mueven juntas.
- Consumo de reactivos: el peróxido de hidrógeno y la sal ferrosa, ambos dosificados en proporción a la carga orgánica que hay que destruir y no al volumen de agua. La relación que importa es la dosis por unidad de DQO eliminada, y se mide sobre el agua residual en lugar de tomarse de una tabla.
- Ajuste de pH: la reacción transcurre en una banda ácida y el efluente debe neutralizarse después, de modo que se consumen ácido y álcali en cada metro cúbico, y juntos suelen representar una parte importante de la factura química.
- Producción de lodo: el hierro precipita como hidróxido cuando el agua se neutraliza, y sale como un lodo que hay que espesar, deshidratar y disponer. Esta es la línea que más a menudo se omite en un primer presupuesto y la que más a menudo decide el resultado.
Otras dos líneas pertenecen a la instalación y no a la química: el volumen de reacción con sus equipos de dosificación y control, y la atención del operador que requiere la etapa. Ninguna es trivial en una planta pequeña, donde una etapa química es un segundo proceso que operar y no una prolongación del primero.
La forma de determinar el caso de un agua residual concreta es un ensayo de oxidación en laboratorio sobre el efluente real, ejecutado con varias relaciones de reactivos, midiendo la DQO que realmente baja y el lodo que realmente se forma. El resultado es una dosis por unidad de DQO eliminada y una cantidad de lodo por metro cúbico, y ambas son específicas del agua en cuestión. Las relaciones publicadas para los reactivos describen la química y no su efluente, y deben leerse como un método de partida y no como una especificación.
El tratamiento Fenton de aguas residuales dentro del tren de proceso
Cuando se usa la reacción, normalmente se coloca en una de dos posiciones, y la economía difiere entre ellas.
- Delante de la etapa biológica, oxidando la fracción refractaria para que suba la relación DBO/DQO y la biología que sigue pueda hacer el resto. El costo de la etapa se compensa con la capacidad biológica que ahorra, de modo que la comparación es contra una planta biológica mucho mayor y no contra nada.
- Después de la etapa biológica, donde la biología ya ha eliminado todo lo fácilmente degradable y lo que queda es DQO residual, color y compuestos de cadena larga. La carga que hay que oxidar es menor y la factura de reactivos también, pero no hay una etapa biológica aguas abajo que reparta el trabajo.
La posición también cambia lo que cuesta el lodo. En una posición de pretratamiento, el lodo de hierro se une al lodo biológico y se dispone con él; en una posición de pulido es un lodo químico aparte que hay que manejar por su propia ruta.
El lodo de Fenton: el costo más fácil de pasar por alto
El lodo de Fenton es un precipitado de hidróxido férrico, y su cantidad se deriva de la dosis de hierro y no de la DQO eliminada. Por eso merece su propia línea en la cuenta: una dosis elevada para bajar el último porcentaje de DQO produce más lodo a cambio de un rendimiento decreciente en calidad del agua. El precipitado es voluminoso e hidratado, así que se deshidrata con menos facilidad que un lodo mineral y ocupa más volumen por tonelada de sólidos secos de lo que un operador espera.
Una segunda ruta con hierro pertenece a la misma familia. La microelectrólisis de hierro-carbono utiliza chatarra de hierro y carbono en el reactor en lugar de dosificar una sal ferrosa de forma continua, y normalmente se considera cuando una planta quiere el mismo aumento de biodegradabilidad con un consumo químico continuo menor. Cambia tanto la factura de reactivos como la producción de lodo, y las dos rutas se comparan en precio sobre el agua en cuestión.
La pregunta práctica de cualquier diseño es a dónde va el lodo. Una planta que ya tiene una unidad de deshidratación y una ruta de disposición para lodo químico tiene un costo de propiedad distinto al de otra que no las tiene, y esa diferencia puede superar el ahorro de reactivos entre dos esquemas de dosificación por lo demás similares.
Tratamiento de aguas residuales refractarias: las alternativas con las que comparar
La oxidación Fenton compite con un pequeño conjunto de otras rutas por la misma función, y la comparación honesta es contra todas ellas y no contra no hacer nada.
- Solo tratamiento biológico, con una edad del lodo mayor o un tanque más grande, que a menudo es la respuesta más barata a una carga que solo es marginalmente refractaria.
- Microelectrólisis de hierro-carbono, un pretratamiento ácido a base de hierro que aumenta la biodegradabilidad sin dosificación continua de peróxido.
- Adsorción sobre carbón activado, que es eficaz y sencilla de operar y traslada el costo de los químicos al propio carbón y a la ruta del carbón agotado.
- Concentración por membranas, evaporación o incineración de una corriente concentrada, que conviene a una carga concentrada en una sola corriente pequeña y no repartida en todo el caudal.
- Segregación en la fuente, tratando o desviando la única corriente que lleva la carga refractaria, que con frecuencia es la intervención más barata de todas y no necesita ningún proceso.
La comparación debe hacerse a escala de toda la planta, porque una etapa de pretratamiento que aumenta la biodegradabilidad ahorra volumen de tanque, aireación y edad del lodo aguas abajo, y esos son números reales y no química.
El costo de la oxidación Fenton: lo que no es
El costo de la oxidación Fenton no es una cifra que viaje. Depende de la DQO que la reacción tenga que destruir, de la relación de reactivos que resulte funcionar en ese agua concreta, del precio local del peróxido y de la sal ferrosa, del ácido y el álcali que consume la variación de pH, y del costo local de disponer un lodo con hierro. Dos plantas con caudales idénticos pueden diferir por un factor grande solo por esos insumos.
Lo que sí viaja es la forma de la relación. El consumo de reactivos es aproximadamente proporcional a la DQO eliminada, de modo que el costo por metro cúbico sube con la carga y no con el volumen. Pasado cierto punto, la dosis necesaria para el siguiente incremento de eliminación sube más rápido que la eliminación que compra, y por eso la pregunta útil es siempre cuánta DQO hay que eliminar y no cuánta se puede eliminar.
Esa es también la razón de que la etapa se combine tan a menudo con una biológica. La oxidación es buena para romper una fracción difícil en una fácil, y la biología es buena para eliminar una carga fácil grande a bajo costo. Usar cada una en la parte que maneja es lo que hace asequible el tren completo.
Errores comunes
- Presupuestar los reactivos y dejar fuera el lodo de hierro. En muchas aguas residuales el lodo es la línea que decide si la etapa es asequible o no.
- Fijar la dosis con una regla empírica para la relación de peróxido a DQO en lugar de con un ensayo de laboratorio sobre el agua en cuestión.
- Olvidar el ácido y el álcali. La reacción transcurre en una banda ácida y el agua debe neutralizarse, y ambos químicos se consumen en cada metro cúbico.
- Tratar todo el caudal cuando la carga refractaria está en una sola corriente pequeña, y pagar por oxidar también la carga fácil.
- Juzgar la etapa solo por la DQO del efluente, sin contar la capacidad biológica que ahorra cuando se coloca delante del tren biológico.
- Suponer que una sola dosis se mantendrá todo el año. La carga y la composición del efluente industrial varían con la producción, y una etapa dimensionada para el mes más ligero queda subdosificada cuando la producción alcanza su pico.
- Sobreeoxidar. Pasar del punto en que la fracción refractaria ya se ha roto compra un rendimiento decreciente en DQO y una factura creciente en reactivos y lodo.
Autoevaluación antes de presupuestar una etapa Fenton
- ¿Está identificada la fracción refractaria, en lugar de supuesta a partir de una sola cifra de DQO?
- ¿Se ha ejecutado un ensayo de oxidación sobre el efluente real con varias relaciones de reactivos, midiendo la DQO antes y después?
- ¿Se mide en el mismo ensayo la producción de lodo por metro cúbico, y se conocen su ruta de disposición y su costo?
- ¿Se ha costeado la variación de pH, incluyendo tanto el ácido para la reacción como el álcali para la neutralización?
- ¿Se ha elegido deliberadamente la posición en el tren y se ha hecho la comparación contra la capacidad biológica que reemplaza?
- ¿Se han presupuestado la segregación en la fuente y las rutas alternativas antes de aceptar la etapa química?
- ¿Se expresa la carga que verá la etapa como un rango a lo largo del año y no como una sola cifra de diseño?
De un agua residual a un esquema de dosificación
La decisión anterior se apoya en un ensayo que debe ejecutarse sobre el agua en cuestión, porque la dosis por unidad de DQO y el lodo por metro cúbico son propiedades de esa agua. Las páginas de tratamiento químico y avanzado describen los reactores y los equipos de dosificación con los que se arma una etapa como esta, y el artículo sobre dosificación de coagulación y floculación cubre la etapa vecina, donde los químicos se eligen con un ensayo de jarra y no con un ensayo de oxidación. Envíenos el análisis del efluente y la carga refractaria que necesita eliminar, y el esquema de reactivos y la cantidad de lodo para su agua residual se confirman con la fábrica para su DQO y su norma de vertido, en lugar de leerse de una tabla general.