94% de remoción de cobre disuelto en una planta municipal del norte de California

Una planta municipal de tratamiento de aguas residuales en las faldas de la Sierra, en el norte de California, tenía cobre disuelto en su influente que iba de 28 a más de 70 ppb. Eso dejaba el efluente por encima del límite de descarga de cobre disuelto de la planta, de 3.1 ppb, un límite confirmado por un estudio de relación de efecto del agua (WER).

La precipitación convencional con hidróxidos no era adecuada. El hidróxido metálico es anfótero (soluble tanto a pH bajo como alto, con un pH óptimo para el cobre cercano a 8.1) y genera lodos excesivos y difíciles de deshidratar. Peor aún, los agentes quelantes naturales presentes en el agua pueden bloquear por completo la precipitación con hidróxidos, y dejan el cobre disuelto y en el efluente.

La prueba utilizó un programa de dos productos basado en la precipitación de sulfuros metálicos seguida de coagulación:

La cifra principal de la prueba es una remoción de 94% del cobre disuelto, pero el valor de un programa a escala real de un año es que se muestrea repetidamente frente a un influente cambiante. El cobre que entró a la planta fue de 28 a 58 ppb en las fechas de muestreo que se muestran abajo, y el efluente se mantuvo por debajo del límite de descarga de 3.1 ppb en todo momento.

La fila del 30 de marzo es la más útil para una conversación sobre el permiso. Ese día el influente fue el más alto de los cuatro, con 58 ppb, aproximadamente diecinueve veces el límite de descarga, y el efluente fue el más bajo, con 1.4 ppb. La eficiencia de remoción subió con la carga en lugar de bajar, que es el comportamiento que necesita una planta cuando no controla su influente.

La mayoría de los programas de remoción de metales precipitan hidróxidos metálicos al subir el pH. Funciona, pero tiene tres problemas estructurales que salen a la luz en cuanto el límite del permiso se vuelve estricto.

Primero, el hidróxido metálico es anfótero: es soluble a pH bajo y vuelve a ser soluble a pH alto. Existe una ventana estrecha en la que precipita bien y, para el cobre, el óptimo está cerca de pH 8.1. Si el pH se desvía hacia cualquier lado de esa ventana, el metal disuelto regresa a la solución. Segundo, la precipitación con hidróxidos produce un gran volumen de lodo gelatinoso que se deshidrata mal, así que la planta cambia un problema de agua por un problema de manejo de sólidos. Tercero, cuando hay agentes quelantes naturales en las aguas residuales, algo común en cualquier red de colectores que recibe descargas industriales o comerciales, estos se unen al metal y bloquean por completo la precipitación con hidróxidos.

La precipitación de sulfuros metálicos con DZ 9830 evita los tres. El sulfuro de cobre precipita en un amplio rango de pH y no en una ventana estrecha, por lo que no requiere un control estricto del pH. Forma un lodo denso y fácil de deshidratar, lo que reduce el volumen por manejar. Y tiene una solubilidad menor que el hidróxido correspondiente, que es la razón por la que puede llegar a un efluente de un solo dígito en ppb, incluso donde los agentes quelantes derrotarían a un programa de hidróxidos. Como beneficio secundario, la misma química de sulfuros reduce el cromo hexavalente a su forma trivalente.

Combinar el DZ 9830 con el coagulante catiónico DZ 1687 en la entrada del clarificador secundario es lo que convierte el precipitado en un floc que realmente sedimenta. El precipitante forma la partícula; el coagulante la vuelve lo bastante pesada para salir del agua.