Tratamiento de las aguas residuales de la tejeduría de algodón y la industria textil

Varias fábricas de impresión y teñido de Shenzhen solían estar en el punto de mira de la Oficina de Protección Medioambiental de Shenzhen. Todas ellas eran proyectos financiados desde el extranjero e introducidos por el gobierno local. Cuando se construyeron, estaban equipadas con instalaciones de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, debido al retraso tecnológico, el envejecimiento de las instalaciones, la mala gestión y la expansión de la producción, el vertido de aguas residuales superaba la norma, contaminando gravemente las aguas de la bahía de Mipeng. La Oficina Municipal de Protección del Medio Ambiente de Shenzhen seleccionó una de las fábricas textiles como primera recomendación para su tratamiento. El proyecto de tratamiento duró más de un año, de 1996 a finales de 1997. Desde su funcionamiento continuo en 1998, la calidad del agua efluente ha sido estable y conforme a la norma. La Oficina Municipal de Protección del Medio Ambiente de Shenzhen lo recomendó como proyecto modelo.

La fábrica textil es una empresa a gran escala de propiedad exclusiva de Hong Kong. Se trasladó desde Hong Kong en 1991, con una inversión total de 200 millones de dólares de Hong Kong. Integra hilado, teñido y tejido. El producto es tela vaquera. Las aguas residuales proceden principalmente de la fábrica de teñido, y sus principales componentes son el índigo en polvo (que incluye cal, colorantes y harina de mandioca), así como NaOH y sulfato de sodio bajo. El volumen de aguas residuales es de unos 1.000 m3/día. La calidad de las aguas residuales en condiciones normales se muestra en la tabla 1.

Cuadro 1 Calidad de las aguas residuales

La capacidad de tratamiento de diseño de este proceso es de 1.000 m3/d, y el volumen de agua era de 300 m3/d cuando se puso en producción por primera vez, y luego aumentó gradualmente a 1.000 m3/d. Aun así, la calidad del agua efluente se deterioró gradualmente, y el croma y el CODCr superaron seriamente la norma. Las razones principales son las siguientes:

1) La calidad del agua bruta se subestimó durante el diseño. El CODCr del agua bruta se diseñó originalmente para que fuera de 700-1 300 mg/L, pero ahora el CODCr del agua bruta es de 1000-2000 mg/L.

2) Dos filtros biológicos circulares, ambos de 13 m de diámetro y 2,5 m de altura, están equipados con un sistema central de distribución de agua. Estos filtros están llenos de piedras de 10 cm de tamaño y tienen orificios de ventilación en su base para la oxigenación natural. Sin embargo, debido a los bajos niveles de oxígeno del tanque de hidrólisis anaeróbica y a la alta concentración de efluentes, el interior del biofiltro se vuelve anaeróbico. El resultado es que los lodos anaerobios obstruyen los huecos entre las piedras, lo que provoca la interrupción del flujo de agua. En consecuencia, la eficacia del biofiltro aerobio se ve comprometida, y el biofiltro secundario sólo degrada entre 30% y 40% de materia orgánica.

Se necesita personal directivo más cualificado, y la calidad de los trabajadores operativos podría ser mejor.

La fábrica textil de Jiede adopta el método de producción mientras se reforma. Dado que la tasa de degradación de la materia orgánica en el biofiltro secundario es sólo de 30% a 40%, y cría mosquitos y moscas, se decide utilizar la balsa de hidrólisis anaerobia existente para eliminar el biofiltro secundario y sustituirlo por una balsa de oxidación biológica por contacto. Sin embargo, la tasa de eliminación de DQO de la balsa de hidrólisis anaerobia es sólo de 10% a 20%, y se aportará una gran carga a las estructuras de tratamiento posteriores. Para reducir la contaminación durante la transformación bioquímica, se añade un conjunto de equipos de tratamiento físico y químico (es decir, coagulación química y sedimentación) delante del tanque de hidrólisis anaerobia para reducir la carga.

Debido a la gran viabilidad de este proyecto de transformación, en realidad se trata de un proceso de transformación que implica la producción, la investigación y la formulación de planes. A la hora de determinar el proceso de tratamiento físico y químico, se realizaron en primer lugar un gran número de pruebas de coagulación y decoloración químicas. Utilizando el método tradicional de sulfato ferroso, agente purificador de agua, poli aluminio y cloruro férrico, el objetivo principal es eliminar el croma y la DQO. A través de pequeñas pruebas, se determina que el sulfato ferroso es adecuado para el efecto de decoloración y la eliminación de DQO de nuestra fábrica. La dosificación es de 800-1000mg/L, y el rango de pH está entre 9,5-11.

Diversos parámetros del proceso de tratamiento físico y químico: el caudal de diseño Q es de 1000m3/d; dos bombas elevadoras, cada una con un Q′ de 80m3/h; dos mezcladores estáticos, cada uno con una dimensión externa L de 800mm y D de 250mm; dos tanques de reacción mecánica, de 1,5m×1,5m×4m, con un tiempo de residencia de diseño de 20min; un tanque de sedimentación de tubo inclinado, con un área de 5m×5m-tubo galvanizado.

Tras el tratamiento físico y químico, la tasa media de eliminación de croma alcanzó los 60%, y la tasa media de eliminación de DQO fue superior a 40%, con lo que se alcanzó el objetivo. Tras la adición de sulfato ferroso, la producción de lodo aumentó considerablemente. El tanque de almacenamiento de lodo existente sólo puede acomodar el raspado y la descarga de lodo del tanque de flotación de aire, lo que resulta en que el lodo acumulado en el tanque de sedimentación de tubo inclinado no puede ser descargado a tiempo. De acuerdo con esta situación real, la fábrica adquirió otro filtro prensa de placas y marcos.

El efluente tras el tratamiento físico y químico es estable. En condiciones de control de la dosificación y el pH, la DQO del efluente se sitúa entre 600 y 900 mg/L. Durante la transformación bioquímica, se trata de una operación que supera el vertido estándar.

Principales estructuras y equipos que se van a transformar:

1) Piscina de regulación. El tiempo de residencia efectivo de la piscina de regulación de agua bruta está diseñado para ser de 8 horas, y el tamaño de toda la piscina de regulación es de 20m×10m×2,5m, con seis rejillas en su interior. Antes de llegar al tanque de regulación, el agua bruta fluye a través de un canal estrecho donde se añade sulfato ferroso para mantener un nivel de pH de 7-9. Las aguas residuales se someten a una decantación preliminar en el tanque de regulación. Anualmente, durante las vacaciones del Festival de Primavera, la fábrica textil retira y transporta los lodos acumulados en el fondo del tanque.

2) Tanque de hidrólisis anaeróbica. Es rectangular, con un tamaño de 10m×7,5m×5m y un tiempo de residencia efectivo de 10h. Dividido en dos conjuntos, cada uno tiene un distribuidor de agua por pulsos responsable de la distribución intermitente de agua en el tanque de hidrólisis. Este sistema también sirve para agitar y enjuagar el tanque anaeróbico. Dentro del tanque anaeróbico, el agua residual se segrega en tres capas: lodo, adhesivo y agua clara. El proceso de agitación garantiza que el agua no se estanque y que no se interrumpa el flujo, mientras que el aclarado ayuda a evitar obstrucciones en la capa de adhesivo. El tanque anaeróbico cuenta con una capa adhesiva de placa inclinada, y el tanque de hidrólisis anaeróbica utiliza un tanque perforado para la distribución del agua.

3) contacto con la piscina de oxidación. Se construye en el emplazamiento del filtro biológico original, con unas dimensiones exteriores de 20m×15m×4,5m, utilizando tres pasillos, con relleno semiblando (espesor 3m) suspendido en el interior. El tiempo de contacto del relleno es de 20h, el fondo está equipado con un cabezal de aireación microporoso, la relación aire-agua es de 15:1, y la concentración de oxígeno disuelto en el tanque es de 3,8mg/L después de las pruebas.

4) Tanque de sedimentación. Es del tipo de flujo vertical, cuadrado, con un tamaño de 6 m × 5 m × 5 m. El agua se introduce por la parte superior central de la piscina y sale por el tanque de recogida en zigzag. El objetivo principal del tanque de sedimentación de flujo vertical es sedimentar e interactuar con la biopelícula desprendida del tanque de oxidación. A continuación, el agua tratada pasa al tanque de flotación por aire de coagulación. Todos los lodos sedimentados se redirigen al tanque de hidrólisis anaerobia para reponer nutrientes, mientras que la tubería de descarga de lodos diseñada originalmente que conduce al tanque de almacenamiento de lodos permanece intacta.

5) Tanque de flotación por aire de coagulación. Además, se eliminan las partículas finas que no se pueden eliminar hundiéndolas en el tanque de sedimentación y se añade un agente purificador de agua. El agente purificador de agua es un líquido amarillo claro suministrado por la fábrica química Shizhong de la ciudad de Nanhai, provincia de Guangdong. Está hecho de chatarra de aluminio, chatarra de hierro y ácido sulfúrico concentrado. Su componente principal es una sal trivalente de hierro y aluminio, con un pH de 2,3 a 3. Tras el proceso de dosificación, las aguas residuales pasan a la zona de flotación por aire a través de la zona de reacción dividida. Los restos flotantes se canalizan hacia el tanque de almacenamiento de lodos, donde se procesan a través de un filtro prensa de placas y marcos, dando como resultado una torta de lodos compactada lista para su exportación. El agua tratada se mide y se vierte directamente al mar.

Una vez madura la película en la piscina de oxidación por contacto, se detendrán los equipos de tratamiento físico y químico. Véanse en la Tabla 2 los resultados de los controles diurnos y nocturnos de la Oficina de Protección del Medio Ambiente de Shenzhen en la salida del vertido.

Cuadro 2 Datos de seguimiento

Fecha	Punto de muestreo	Proyecto de análisis
		pH	DQOcr (mg/L)	SS(mg/L)	Croma(veces)	Sulfuro(mg/L)
9 de septiembre	salida total	7.14	105	18.3	64	0.03
12 de septiembre	salida total	6.26	147	12	32	0.02
13 de septiembre	salida total	6.78	41.3	5.3	32	0.01
19 de septiembre	salida total	7.52	87.7	9.5	32	0.01
20 de septiembre	salida total	7.03	93.3	23	32	0.01

Tras dos años de funcionamiento ininterrumpido, los datos de seguimiento muestran que se ajusta al funcionamiento estándar, lo que indica que el proyecto de tratamiento ha tenido éxito. También se han extraído las siguientes experiencias y conclusiones:

1) Los filtros biológicos no son ideales para el tratamiento aeróbico de aguas residuales de estampación y tintura muy concentradas. Aunque el biofiltro ofrece ventajas como el ahorro de energía y la sencillez de funcionamiento, su eficacia se ve comprometida, ya que sólo degrada entre 15% y 40% de materia orgánica. Además, se convierte en un caldo de cultivo para mosquitos y moscas. Cuando se sobrecarga, el biofiltro se vuelve anaeróbico, lo que provoca que los lodos obstruyan sus poros y dificulten la ventilación. La limpieza de un material filtrante obstruido resulta ser una tarea ardua.

2) En el tratamiento bioquímico, el tanque de hidrólisis desempeña un papel muy importante. Su tasa de eliminación de croma suele ser de 40% a 70%, y la tasa de eliminación de DQO es sólo de 10% a 20%, pero puede mejorar la biodegradabilidad de las aguas residuales. Antes de establecer las especificaciones para el tanque de oxidación por contacto, se realizó una prueba de consumo de oxígeno en laboratorio utilizando el material filtrante del biofiltro y el efluente del tanque anaeróbico. Los resultados revelaron que con un tiempo de residencia prolongado, la tasa de eliminación de DQO puede superar los 90%. Esto sugiere que el vertido del tanque de hidrólisis anaerobia posee una alta biodegradabilidad, allanando el camino para unas condiciones óptimas en los siguientes procesos bioquímicos.

3) En el caso de las aguas residuales de estampación y tintura de alta concentración y fuerte alcalinidad, es necesario neutralizarlas antes del tratamiento bioquímico. El sulfato ferroso tiene un impacto único en este tipo de aguas residuales de estampación y teñido. El pretratamiento adopta el método de adición de sulfato ferroso, que puede eliminar parte del croma y reducir la DQO por debajo de 900mg/L.

4) Después de entrar en contacto con el tanque de oxidación con formación de película, la cadena alimentaria compuesta de microorganismos en el relleno puede mantener el equilibrio de la biopelícula, y todo el lodo precipitado se devuelve al tanque de hidrólisis anaeróbica. El tanque de flotación por aire de coagulación produce sólo unos 1m3/d de lodos, frente a los 7-8m3/d de antes de la modificación. Esto supone una reducción de aproximadamente 87% en el volumen de lodos, aligerando significativamente la carga del sistema de tratamiento de lodos.

5) El tanque de oxidación por contacto está dividido en tres pasillos. Durante la operación posterior, se comprobó que si el primer corredor detuviera la aireación para convertirlo en una sección anaerobia, el CODCr del efluente sólo aumentaría ligeramente hasta unos 140mg/L, y el croma sería de unas 50 veces. De esta forma, el tiempo de residencia aeróbica real se reduce a 14h, lo que ahorra consumo energético por un lado y crea unas condiciones muy favorables para ampliar la capacidad de tratamiento en el futuro por otro.

La inversión en tratamiento de aguas residuales en la construcción de apoyo es de 900.000 yuanes, la inversión del proyecto de renovación es de 1,2 millones de yuanes, y la inversión total del proyecto es de 2,1 millones de yuanes. Para un volumen de agua de 1.000 m3/d, el coste de inversión del proyecto es de 2.100 yuanes/m3. Véanse los costes de funcionamiento en la tabla 3.

Cuadro 3 Costes de explotación

Número de serie	Partida de gastos	Volumen de agua tratada (m3)	Coste total (yuanes)	Observación
1	salario	348956	66000	Esta tabla no tiene en cuenta la depreciación. La fábrica produce sus propias olefinas para generar electricidad. Hay 5 operarios en total, que trabajan en tres turnos, con 1 persona en cada turno, 1 persona en el laboratorio y 1 persona como monitor.
2	prestaciones para empleados		3000
3	Seguridad Social		600
4	otra tasa		3000
5	cuota de servicio		283000
	De los cuales: canon de electricidad		135000
	tasa farmacéutica		98000
	cuotas de mantenimiento		12000
	envío de tortas de barro		28000
	ajuste del dragado de la piscina		10000
	total		355600