Tratamiento de aguas residuales que contienen ácido

Las aguas residuales ácidas son aquellas con un pH inferior a 6. Según el tipo y la concentración de ácidos, se pueden clasificar en aguas residuales con ácidos inorgánicos y orgánicos; aguas residuales con ácidos fuertes y débiles; aguas residuales con ácidos mono y poliácidos; y aguas residuales con ácidos de baja y alta concentración. Generalmente, además de contener ácidos, las aguas residuales ácidas suelen contener iones de metales pesados, sus sales y otras sustancias nocivas. Estas aguas residuales provienen de diversas fuentes, como drenajes mineros, hidrometalurgia, laminación de acero, tratamiento ácido superficial de acero y metales no ferrosos, industria química, producción de ácidos, tintes, electrólisis, galvanoplastia, fibras artificiales y otros sectores industriales. Las aguas residuales ácidas más comunes son las que contienen ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y ácido nítrico. Cada año, China vierte cerca de un millón de metros cúbicos de residuos ácidos industriales. Si estas aguas residuales se vierten directamente sin tratamiento, corroen las tuberías, dañan los cultivos, perjudican a los peces, dañan los barcos y deterioran el medio ambiente. Las aguas residuales ácidas industriales deben tratarse para cumplir con las normas nacionales de vertido antes de su descarga. Estas aguas residuales pueden reciclarse y reutilizarse. Para el tratamiento de los residuos ácidos, se pueden utilizar diversos métodos, como el tratamiento con sales, la concentración, la neutralización química, la extracción, el intercambio iónico con resinas y la separación por membranas, entre otros.

1. reciclaje de sal

El proceso conocido como precipitación salina consiste en utilizar una gran cantidad de agua salada saturada para precipitar casi todas las impurezas orgánicas presentes en el ácido residual. Sin embargo, este método produce ácido clorhídrico y afecta la recuperación y utilización del ácido sulfúrico presente en el ácido residual. Por ello, se estudió un método para precipitar las impurezas orgánicas del ácido residual mediante una solución saturada de bisulfato de sodio.
El ácido residual contiene ácido sulfúrico y diversas impurezas orgánicas, principalmente pequeñas cantidades de ácido 6-cloro-3-nitrotolueno-4-sulfónico y varios isómeros distintos del ácido 6-cloro-3-nitrotolueno-4-sulfónico producidos por el tolueno en los procesos de sulfonación, cloración y nitrificación. El método de precipitación salina consiste en utilizar una gran cantidad de agua salada saturada para precipitar casi todas las impurezas orgánicas presentes en el ácido residual. Este método de reciclaje no solo elimina las impurezas orgánicas del ácido residual, sino que también recupera el ácido sulfúrico para su reincorporación al ciclo productivo, lo que permite ahorrar costes y energía.

2. Método de tostado

El método de tostado se aplica a ácidos volátiles como el ácido clorhídrico, que se separa de la solución mediante tostado para lograr un efecto de recuperación.

3. Método de neutralización química

La reacción básica ácido-base H+(aq)+OH-(aq)=H2O también es una base importante para el tratamiento de aguas residuales que contienen ácido. Los métodos comunes para tratar aguas residuales que contienen ácido incluyen neutralización y reciclaje, neutralización mutua de aguas residuales ácido-base, neutralización de fármacos, neutralización por filtración, etc. En los primeros tiempos de algunas empresas siderúrgicas en China, la mayoría de ellas usaban el método de neutralización ácido-base para tratar el líquido residual del decapado de ácido clorhídrico y ácido sulfúrico, de modo que el valor de pH alcanzara el estándar de descarga. Carbonato de sodio (ceniza de sosa), hidróxido de sodio, piedra caliza o cal como materias primas para la neutralización ácido-base, el uso general es barato, la cal es fácil de hacer.

4. Método de extracción

La extracción líquido-líquido, también conocida como extracción con solventes, es una operación unitaria que utiliza la diferencia de solubilidad de los componentes del líquido de la materia prima en el solvente adecuado para lograr la separación. En el tratamiento de aguas residuales ácidas, es necesario que las aguas residuales ácidas y el solvente orgánico entren en contacto total para que las impurezas del ácido residual se transfieran al solvente. Los requisitos del extractante son: (1) ser inerte para el ácido residual, no reaccionar químicamente con el ácido residual ni disolverse en él; (2) que las impurezas del ácido residual tengan un alto coeficiente de partición entre el extractante y el ácido sulfúrico; (3) que sea económico y fácil de obtener; (4) que sea fácil de separar de las impurezas y con poca pérdida durante la extracción. Los extractantes comunes incluyen benceno (tolueno, nitrobenceno, clorobenceno), fenoles (creosota cruda, difenol), hidrocarburos halogenados (tricloroetano, dicloroetano), éter isopropílico y N-503.

5. Método de resina de intercambio iónico

El principio básico del tratamiento de los residuos líquidos de ácidos orgánicos mediante resinas de intercambio iónico reside en que algunas resinas de intercambio iónico pueden absorber los ácidos orgánicos de la solución ácida residual y excluir los ácidos inorgánicos y las sales metálicas para lograr la separación de los diferentes ácidos y sales.

6. Método de separación por membrana

Para líquidos residuales ácidos, también se pueden utilizar métodos de tratamiento por membrana como la diálisis y la electrodiálisis. La recuperación de ácidos residuales mediante membranas se basa principalmente en el principio de diálisis, impulsado por la diferencia de concentración. El dispositivo completo se compone de una membrana de diálisis por difusión, una placa dispensadora de líquido, una placa de refuerzo, un marco para la placa de flujo de líquido, etc., y logra la separación de las sustancias presentes en el líquido residual.

7. Método de cristalización por enfriamiento

El método de cristalización por enfriamiento consiste en reducir la temperatura de una solución y precipitar el soluto. Se utiliza en el tratamiento de ácidos residuales para eliminar las impurezas y recuperar una solución ácida que cumpla con los requisitos y pueda reutilizarse. Por ejemplo, el ácido sulfúrico residual proveniente del proceso de lavado con acilo de una laminadora contiene una gran cantidad de sulfato ferroso, el cual se trata mediante un proceso de concentración, cristalización y filtración. Tras la eliminación del sulfato ferroso por filtración, el ácido puede reincorporarse al proceso de decapado de acero para su uso continuado.

La cristalización por enfriamiento tiene numerosas aplicaciones industriales, como se ilustra aquí con el proceso de decapado en el procesamiento de metales. En el procesamiento de acero y maquinaria, se suele utilizar una solución de ácido sulfúrico para eliminar el óxido de la superficie metálica. Por lo tanto, el reciclaje de ácido residual puede reducir considerablemente los costos y proteger el medio ambiente. La cristalización por enfriamiento se utiliza en la industria para lograr este proceso.

8. Método de oxidación

Este método se ha utilizado durante mucho tiempo y se basa en la descomposición de las impurezas orgánicas del ácido sulfúrico residual mediante agentes oxidantes en condiciones adecuadas, de modo que se conviertan en dióxido de carbono, agua, óxidos de nitrógeno, etc., y se separen del ácido sulfúrico, purificando así el ácido sulfúrico residual y recuperándolo. Los oxidantes más comunes son el peróxido de hidrógeno, el ácido nítrico, el ácido perclórico, el ácido hipocloroso, el nitrato y el ozono, entre otros. Cada oxidante tiene sus ventajas y limitaciones.