13 Sep
1. Centrifugación: Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
Es una técnica que puede llevarse a cabo a escala preparativa o analítica. La primera se utiliza para aislar partículas, mientras que la segunda permite determinar propiedades físicas como la velocidad de sedimentación o el peso molecular. Las partículas pueden separarse en función de:
- La velocidad de sedimentación (centrifugación diferencial)
- La masa (centrifugación zonal)
- La densidad (centrifugación isopícnica)
Tipos de Centrífugas según la Velocidad de Giro
Centrífugas de Baja Velocidad (de sobremesa o clínicas)
Son de pequeño tamaño y no requieren refrigeración. Alcanzan una velocidad máxima de 5000 rpm y son útiles para la separación de partículas grandes como células o precipitados de sales insolubles.
Centrífugas Micrófugas
Son una variante de las anteriores, capaces de alcanzar velocidades superiores a 10.000 rpm, con volúmenes de trabajo muy pequeños. Son especialmente útiles en el campo de la biología molecular.
Centrífugas de Alta Velocidad
Alcanzan velocidades de entre 18.000 y 25.000 rpm. Están refrigeradas y algunas incorporan un sistema de vacío para evitar el calentamiento del rotor debido al rozamiento con el aire. Son útiles en la separación de fracciones celulares, pero insuficientes para la separación de ribosomas, virus o macromoléculas en general.
Ultracentrífugas
Superan las 50.000 rpm, por lo que requieren sistemas auxiliares de refrigeración y de alto vacío. Existen ultracentrífugas analíticas, que permiten la obtención de datos precisos de propiedades de sedimentación (coeficientes de sedimentación, pesos moleculares), y preparativas, útiles para aislar partículas de bajo coeficiente de sedimentación (microsomas, virus, macromoléculas).
2. Stripping por Aire: Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
El stripping por aire es un proceso de transferencia de masa que aumenta la volatilización de los componentes del agua mediante el paso del aire a través de esta, mejorando así la transferencia entre las fases aire y agua. Es uno de los procesos más comúnmente utilizados en la depuración de aguas subterráneas contaminadas por compuestos orgánicos volátiles (COV), como los solventes.
Métodos de Aplicación del Stripping por Aire
El stripping por aire puede llevarse a cabo utilizando:
- Torres empaquetadas
- Torres de bandeja
- Sistemas en spray
- Aireación difusa
- Aireación mecánica
El pilotaje de stripping (desorción de sustancias volátiles del agua) se realiza en una torre de relleno piloto por la que se hace pasar el agua (fase líquida) a contracorriente con aire (fase gas). Este pilotaje permite extrapolar los parámetros obtenidos a escala piloto con el objetivo de diseñar el proceso industrial.
3. Extracción con Fluidos Supercríticos: Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
Los fluidos supercríticos son materiales que, a temperatura y presión elevadas, presentan propiedades intermedias entre las de un gas y las de un líquido. En la extracción con fluidos supercríticos, bajo condiciones de temperatura y presión elevadas, los compuestos orgánicos presentes en el suelo, sedimentos o agua se disuelven en el fluido. Posteriormente, son liberados de este a temperaturas y presiones bajas.
La corriente contaminada (líquido o sólido) se introduce en un contenedor de extracción, donde se carga continuamente el fluido de extracción, previamente presurizado y calentado hasta el punto crítico en un compresor. Los contaminantes orgánicos de la corriente se disuelven en dicho fluido. La expansión del fluido provoca una disminución de la solubilidad del contaminante orgánico, lo que resulta en la separación del contaminante del fluido extraído. El fluido es posteriormente comprimido de nuevo y reciclado hacia el contenedor de extracción.
4. Evaporación Súbita (Flash Evaporation): Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
En este proceso, el agua de mar que alimenta la planta, precalentada, es llevada a una temperatura de casi 100°C en una cámara de vacío denominada «sector de calentamiento». Este calentamiento se efectúa con vapor de calefacción que ingresa a dicha cámara y condensa sobre los tubos que conducen el agua de mar de alimentación a la planta. La temperatura alcanzada por el agua de mar en esta primera etapa del proceso, denominada temperatura «tope», es normalmente de 90-110°C. El aumento de la temperatura del agua de mar en este sector de calentamiento está determinado por la optimización del costo de producción del agua en función del GOR (gain output ratio) y del número de etapas. El GOR es la relación entre la producción de agua y el consumo de vapor. El agua de mar así calentada pasa luego a otra cámara de intercambiadores-condensadores, denominada primera etapa, donde en su parte baja se encuentra la cámara flash que provoca la evaporación parcial del agua salada. La presión en esta cámara es menor que en la anterior, siendo la correspondiente a la de saturación del agua de alimentación, lo que inicia inmediatamente el proceso de ebullición. El vapor generado condensa sobre los tubos que conducen el agua de mar de alimentación a la planta y que atraviesan esta cámara. El condensado es recolectado y enviado a la etapa siguiente, donde se repite el proceso de evaporación-condensación. El agua salada no evaporada, ahora más concentrada, también pasa a la siguiente etapa (por eso el proceso se denomina multietapa, ya que, si no se realizara en cascada, consumiría demasiada energía para desalar). Al final, parte de dicha salmuera es devuelta al mar. Este proceso se repite en varias etapas más, con menor presión relativa entre cada una de ellas, obteniéndose el agua desalada como condensado de la última etapa. La pureza de esta agua es casi total (< 10 ppm), incluso partiendo de aguas con más de 50.000 ppm.
5. Oxidación Química: Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
El objetivo de este proceso es la destoxificación de los residuos mediante la transformación química de sus componentes, a través de la adición de un agente oxidante. Las reacciones de oxidación y reducción se producen en parejas, constituyendo una reacción redox global.
Sustancias Tratables por Oxidación Química
Es capaz de destruir un amplio rango de moléculas orgánicas, incluyendo:
- COV (Compuestos Orgánicos Volátiles)
- Compuestos clorados
- Mercaptanos
- Fenoles
Y moléculas inorgánicas, tales como el cianuro.
Para el tratamiento de residuos mediante la oxidación química, se añade un agente oxidante para oxidar los componentes de interés de los residuos, los cuales actúan como agentes reductores. Los agentes oxidantes son no específicos y reaccionarán con cualquier agente reductor presente en la corriente residual. Por lo tanto, estos procesos son más económicos cuando otros compuestos orgánicos, diferentes a los de interés, se encuentran en bajas concentraciones.
6. Extracción de Vapores del Suelo (EVS): Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
Este método se emplea en la eliminación de COV de la zona vadosa del suelo (zona insaturada situada por encima del nivel freático) o de reservas de suelos excavados. El proceso de EVS consiste en el paso de una corriente de aire a través del suelo, produciéndose así la transferencia de los contaminantes desde la matriz del suelo (o suelo/agua) a la corriente de aire. Es importante destacar que este método sufre modificaciones en el proceso como consecuencia de la localización del sistema de tratamiento (por ejemplo, in situ o ex situ) y del método para desarrollar el flujo de aire.
7. Electrodiálisis: Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
La electrodiálisis consiste en la separación de especies iónicas del agua mediante la aplicación de un campo de corriente eléctrica directo. Las membranas selectivas iónicas utilizadas en la electrodiálisis (membranas de intercambio catiónico y aniónico) permiten el paso de cationes a través de la membrana de intercambio aniónico. Mediante la alternancia de membranas de intercambio aniónico y catiónico entre dos electrodos, se crean alternativamente células diluidas y concentradas. Esto produce la separación de las especies iónicas del agua. El diseño de células más modernas incorpora un sistema de inversión periódica de corriente para reducir las incrustaciones biológicas.
8. Ósmosis Inversa: Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
Un solvente es separado de una solución mediante la aplicación de una presión mayor que la presión osmótica, forzando el paso del solvente a través de una membrana semipermeable. La ósmosis inversa es el transporte, vía difusión, de un solvente (como el agua) a través de una membrana semipermeable. La fuerza conductora es el gradiente de concentración de soluto en dirección inversa a la del flujo del solvente.
9. Filtración: Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
Es un método físico-mecánico para la separación de mezclas de sustancias compuestas de diferentes fases (donde una fase es un componente homogéneo en un determinado estado de agregación). Un medio filtrante poroso es atravesado por un líquido o gas (fase 1), y las partículas sólidas o gotas de un líquido (fase 2) quedan retenidas en la superficie o en el interior del medio filtrante.
Campos de Aplicación de la Filtración
En función de las fases, se distinguen diferentes campos de aplicación:
- Filtración de partículas sólidas de líquidos (suspensiones)
- Filtración de partículas sólidas de gases
- Filtración de gotas líquidas de gases (aerosoles)
- Filtración de gotas de un líquido no miscible de otro líquido (emulsiones)
10. Flotación: Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
La flotación es una técnica de concentración de minerales en húmedo en la que se aprovechan las propiedades fisicoquímicas superficiales de las partículas para efectuar la selección. En otras palabras, es un proceso de separación de materias de distinto origen que se efectúa desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas, basándose en sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas.
Fases Presentes en la Flotación
Según su definición, la flotación contempla la presencia de tres fases:
- Sólida (las materias a separar)
- Líquida (el agua)
- Gaseosa (el aire)
La fase sólida está representada por las materias a separar; la fase líquida, por el agua; y la fase gaseosa, por el aire. Los sólidos finos y liberados, junto con el agua, se preparan antes del proceso en forma de pulpa, con un porcentaje de sólidos variable, pero normalmente no superior al 40%. Una vez ingresada la pulpa al proceso, se inyecta el aire para formar las burbujas, que actúan como centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas.
Métodos de Flotación por Aire Disuelto
Existen tres métodos de flotación por aire disuelto:
- Adhesión de una burbuja de gas a un líquido en suspensión o fase sólida.
- Recogida de las burbujas de gas en una estructura de flóculo cuando se elevan.
- Absorción y adsorción de las burbujas de gas en la estructura del flóculo, cuando se forma esta estructura.
11. Sedimentación: Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
La sedimentación es una operación unitaria que consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las fases sólida y líquida de una suspensión diluida, con el fin de obtener una suspensión concentrada y un líquido claro.
Tipos de Sedimentación
Se pueden distinguir dos tipos de sedimentación, atendiendo al movimiento de las partículas:
Sedimentación Libre
Se produce en suspensiones de baja concentración de sólidos. La interacción entre partículas puede considerarse despreciable, por lo que sedimentan a su velocidad de caída libre en el fluido.
Sedimentación por Zonas
Se observa en la sedimentación de suspensiones concentradas. Las interacciones entre las partículas son importantes, alcanzándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación libre. La sedimentación se encuentra retardada o impedida. Dentro del sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por diferente concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación.
12. Intercambio Iónico: Proceso Fisicoquímico para el Tratamiento de Residuos
El intercambio iónico es un proceso en el cual los iones son sorbidos en soluciones, acumulándose sobre las áreas superficiales discretas con carga opuesta de las partículas del suelo. Este fenómeno es estimulado por fuerzas de atracción que contribuyen a la neutralidad electrostática y a equilibrar la carga eléctrica superficial del residuo con una carga opuesta equivalente de iones libres. De este modo, un ión del residuo de débil afinidad se intercambia con otro de la solución, como en el caso de los iones de calcio en aguas subterráneas, que en la superficie arcillosa pueden sustituir a los iones de sodio. Este proceso afecta a los metales en mayor medida, mientras que la sorción se aplica habitualmente a la materia orgánica. La mayor parte de los metales presentes en soluciones acuosas son cationes cargados, ya que las sustancias metálicas se adsorben, sobre todo, debido a la atracción electrostática. Sin embargo, esta es solamente una clase de interacción resultante de la sorción de sustancias orgánicas.
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