GESTIÓN DE LOS EFLUENTES DE LA INDUSTRIA TEXTIL

Autores: Dr. Víctor López Grimau / Dr. Martín Crespi Rosell

Instituto de Investigación Textil y Cooperación Industrial de la Universidad Politécnica de Cataluña

RESUMEN

Este Cuaderno Tecnológico trata de recopilar la información presentada durante la misión en Argentina de los expertos Dr. Martín Crespi Rosell y Dr. Víctor López Grimau dentro del Proyecto ”Mejora de las Economías Regionales y Desarrollo Local en la República Argentina” financiado por la Unión Europea, como complemento al informe final realizado donde se recoge toda la información recabada durante dicha misión.

Este cuaderno está preparado como manual de referencia tanto para técnicos del INTI como para técnicos de PyMES del sector textil. En primer lugar se describen los principales parámetros que caracterizan las aguas residuales generadas en los procesos de preparación, tintura y acabado de la industria textil. A continuación se hace un repaso de los diferentes aspectos a tener en cuenta para llevar a cabo una gestión sostenible del agua en la industria textil. Así, la gestión sostenible del agua incluye tanto la implantación de medidas encaminadas a la prevención de la contaminación de los efluentes (ahorro de agua, sustitución de productos y procesos) como la implantación de sistemas de tratamiento de las aguas residuales textiles con el objetivo de reducir su contaminación y cumplir con la legislación ambiental vigente.

En el cuaderno se describen los principales procesos de depuración de aguas llevados a cabo en la industria textil para finalmente dedicar un capítulo específico a los bioreactores de membrana (BRM) ya que estos sistemas suponen una evolución tecnológica sobre los sistemas convencionales de depuración de aguas y permiten obtener un agua tratada que por su calidad es susceptible de ser reutilizada como agua de proceso en la industria textil.

2. INTRODUCCIÓN

Los tejidos una vez fabricados se someten a una serie de procesos húmedos engloba-dos bajo los términos de Preparación, Tintura y Acabados. Estos procesos son el origen de la mayor parte de los efluentes acuosos de la industria textil. En la tabla 1 se indican las diferentes operaciones que consumen agua y que se llevan a cabo en función de la fibra utilizada (algodón, lana o poliéster).

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Las características de las aguas residuales generadas en una planta textil dependerán de las operaciones específicas que se realicen, principalmente del tipo de fibra tratada y de la maquinaria utilizada. A pesar de la gran variedad de procesos y de productos químicos utilizados, las aguas residuales producidas en la industria de fibras naturales presentan unas características comunes, a excepción de los procedentes del lavado de la lana. Los efluentes de fibras naturales se caracterizan por una gran variabilidad de caudal y de carga contaminante, así como un bajo contenido de materias en suspensión y coloidales. Generalmente son coloreadas, su carga orgánica media es aproximadamente el doble que el de un agua residual urbana y no acostumbra a contener productos tóxicos ni microorganismos patógenos. Además, acostumbran a ser deficientes en nutrientes, principalmente en nitrógeno.

Dentro del sector textil, se encuentran dos grupos bien diferenciados de empresas según el curso receptor de sus vertidos: empresas que vierten sus aguas residuales a una red cloacal y empresas que vierten a un curso de agua. Este segundo grupo de empresas que vierte directamente a un curso de agua debe cumplir con unos límites de vertido que de manera genérica acostumbran a ser más restrictivos que los límites de vertido a red cloacal.

En Argentina las fábricas que descargan sus aguas residuales a colectores cloacales tienen unos límites de vertido que están en torno a 750 mg O2/l de DQO y 200 mg O2/l de DBO. Las aguas residuales textiles son moderadamente biodegradables, de forma que la depuración conjunta con aguas residuales urbanas en EDAR de tratamiento biológico proporciona buenos resultados si predomina el caudal de las aguas urbanas.

Por el contrario, las fábricas que vierten a curso de agua, ya sea cauce natural o colector pluvial, deben cumplir con unos límites que en Argentina son por lo general de 250 mg 02/l de DQO y 50 mg 02/l de DBO. Estas fábricas en muchos casos deben disponer de su propia depuradora de aguas residuales para cumplir con la legislación.

Independientemente de la localización del vertido, una misma empresa puede llevar a cabo diferentes operaciones de acabado que darán lugar a aguas residuales muy variantes en su caudal y composición. Esta variación dificulta su depuración posterior. Por este motivo es conveniente recoger y retener los efluentes procedentes de los diferentes procesos en un gran depósito de homogeneización donde se amortigua el efecto predominante de un efluente concreto.

3. PRINCIPALES PARÁMETROS PARA CARACTERIZAR LAS AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL

3.1 INTRODUCCIÓN

En este capítulo se hace un repaso de los principales parámetros contaminantes que la industria textil debe controlar en sus aguas residuales. En primer lugar se presentan los métodos de conservación de las muestras a analizar y posteriormente se describen los métodos de análisis de los parámetros más característicos de las aguas residuales textiles. Estos parámetros son la DQO, la DBO y el TOC (los tres como indicadores de contaminación orgánica), nitrógeno y fósforo (indicadores de nutrientes), MES (materias en suspensión), conductividad (presencia de sales), MI (indicador de toxicidad e inhibición bacteriana), color y tensioactivos.

Se han seleccionado estos parámetros ya que de manera genérica aparecen limitados en las diferentes legislaciones referentes al vertido de aguas residuales industriales. Por tanto, son parámetros que la industria textil deberá tener en cuenta para cumplir con una legislación cada vez más restrictiva. Algunos de estos parámetros además son muy característicos de las aguas residuales textiles, como son la elevada conductividad y la presencia de color y tensioactivos.

3.2 CONSERVACIÓN DE LAS MUESTRAS

El primer aspecto a tener en cuenta para llevar a cabo una correcta determinación de los parámetros contaminantes de un agua residual es asegurar una óptima conservación de las muestras. En la tabla 2 se presenta la forma de conservación y el tiempo máximo de conservación para los diferentes parámetros contaminantes a analizar. En algunos casos se requiere refrigeración mientras en otros se debe añadir algún reactivo químico conservante. El tiempo máximo de conservación puede ir de unas pocas horas a 7 días, y en algunos casos este tiempo es indefinido mientras no se formen precipitados.

3.3 PRINCIPALES DETERMINACIONES ANALÍTICAS

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3.3.1 Demanda química de oxígeno (DQO)

Mide la cantidad de oxígeno (mg O2/l) necesario para oxidar la materia orgánica soluble o en suspensión, y algunos compuestos minerales oxidables.

La determinación se lleva a cabo por oxidación química con una solución en exceso de dicromato potásico a una temperatura de 150+/-2°C. El exceso de oxidante se mide por valoración redox. El reactivo de valoración es una sal de hierro, comúnmente conocida como sal de Mohr y se utiliza ferroína como indicador.

En esta determinación se debe tener en cuenta la posible interferencia de los iones cloruro que pueden ser oxidados con dicromato y que darían un resultado de DQO erróneo por exceso. Los cloruros se hacen reaccionar previamente a la determinación con una sal de sulfato de mercurio.

Se cuenta con dos métodos para el ensayo de la DQO: el método del Balón (Norma UNE EN 77004) y el método del tubo (Standard Methods 21 ed.). Este último requiere de un menor volumen de muestra (30 ml respecto a 10 ml) y sobretodo requiere de menor volumen de reactivos (16,6 veces menos). En cambio el método del balón deberá aplicarse si la muestra tiene una elevada presencia de materias en suspensión (MES) ya que en el método del tubo se pipetea un volumen muy pequeño y por tanto no se tomaría una muestra homogénea.

En ambos casos se puede utilizar un patrón de DQO constituido por una solución de 425 mg/l de Ftalato ácido de potasio que da lugar a una DQO exacta de 500 mg O2/l.

3.3.2 Demanda biológica de oxígeno (DBO)

Indica la cantidad de oxígeno (mg O2/l) consumido en la oxidación de la materia orgánica del agua, en procesos biológicos aerobios. El ensayo dura entre 5 y 27 días, siendo generalmente el análisis a los 5 días (DBO5) el más común.

El análisis de DBO se basa en medir el consumo de oxígeno por una población bacteriana. El método de análisis normativo se basa en la realización de diferentes diluciones de la muestra de agua (método de dilución), para ello se debe preparar el agua de dilución en frascos de incubación que son inoculados y se requiere la preparación de blancos. También se pueden aplicar métodos instrumentales donde se hace un seguimiento del consumo de oxígeno, como son el método manométrico o el método respirométrico.

En la determinación de DBO se puede utilizar como patrón una solución constituida por 125 mg/l de glucosa y 125 mg/l de ácido glutámico que da lugar a una DBO de entre 220 y 240 mg O2/l.

La relación DQO/DBO indica el grado de biodegradabilidad del vertido. Un agua muy biodegradable presenta relaciones DQO/DBO inferiores a 2 y un agua poco biodegradable presenta valores superiores a 5. Las aguas residuales de la industria textil acostumbran a presentar una relación DQO/DBO alrededor de 3. Son aguas bastante biodegradables, aunque menos que las aguas residuales domésticas cuya relación DQO/DBO está en torno a 2,2 y 2,5.

3.3.3 Carbono orgánico total (TOC)

El COT o TOC (siglas en inglés) mide el contenido de carbono orgánico (mg C/l) del agua. Se trata de una medición instrumental que se lleva a cabo con un analizador de TOC. Este instrumento realiza una oxidación térmica de la muestra de agua a 850ºC y posteriormente determina el contenido de carbono mediante un analizador de IR.

Para evitar interferencias producidas por el contenido de carbono inorgánico la muestra debe llevarse previamente a pH entre 3 y 4 y airearse con un difusor durante 10 minutos para eliminar el carbono inorgánico en forma de CO2.

3.3.4 Materias en Suspensión (MES)

Todas las sustancias suspendidas en el agua y que no decantan de forma natural (mg/l). La determinación de MES se lleva a cabo según la norma UNE EN 872 que describe un método de análisis de sólidos en suspensión por medio de la filtración de un volumen de muestra de agua conocido, utilizando un aparato de vacío, a través de un filtro de fibra de vidrio. Posteriormente se seca el filtro a 105ºC ± 2ºC y se determina la masa del residuo retenido en el filtro mediante pesada.

3.3.5 Conductividad (Salinidad)

Medida del contenido de sales solubles del agua. Indicador del incremento de iones en el agua (µS/cm). La determinación se lleva a cabo a 25ºC mediante lectura directa en un conductímetro siguiendo la norma UNE EN 27888. La conductividad eléctrica depende de la concentración y naturaleza de los iones y de la temperatura y viscosidad de la solución.

3.3.6 Color

Determinación cuantitativa por comparación visual con patrones de Pt-Co según el método 2120 del Standard Methods o con espectrofotómetro (valores de absorbancia). La presencia de color en el agua supone un impedimento en el paso de luz al acuífero y supone un desagradable efecto visual.

3.3.7 Materias inhibidoras (Toxicidad)

Medida del grado de toxicidad del agua por inhibición de los procesos biológicos (equi-tox/m3). Análisis con bacterias fluoroluminiscentes del tipo Photobacterium phosphoreum. El test de inhibición es comúnmente conocido por el nombre comercial de Microtox. El sistema Microtox se basa en la reducción de la bioluminiscencia natural de la bacteria marina Vibrio fischeri. La toxicidad se expresa como concentración de agente contaminante que produce la reducción del 50% de la luminiscencia inicial (EC50).

3.3.8 Nitrógeno Kjeldahl

Medida conjunta del contenido de nitrógeno en el agua constituido por la suma del N orgánico y el N amoniacal (NH4+). No incluye el contenido de nitratos y nitritos. La deter-minación se lleva a cabo según la norma UNE EN 25663 donde se mineraliza el contenido de nitrógeno por digestión con ácido sulfúrico, para formar sulfato amónico, a partir del cual se libera el amonio, que se destila y se determina a continuación mediante una va-loración. La determinación de amonio (NH4+) puede llevarse a cabo también por otros métodos analíticos como la cromatografía iónica o con el uso de un electrodo selectivo.

3.3.9 Fósforo total

Medida global del contenido de fósforo del agua constituido por la suma de compuestos fosforados orgánicos e inorgánicos (fosfatos). La determinación se lleva a cabo según la norma UNE EN ISO 6878. Los iones ortofosfato reaccionan con una solución ácida que contiene iones molibdato y antimonio para formar un complejo que una vez reducido con ácido ascórbico da lugar a un complejo de intensa coloración azul cuya absorbancia es medida con un espectrofotómetro. Los iones ortofosfato también pueden analizarse por cromatografía iónica y mediante un electrodo selectivo.

3.3.10 Tensioactivos

Compuestos aportados al agua por el uso de detergentes. Dan lugar a la formación de espumas apreciables en los cursos de agua y que pueden generar problemas operativos en los sistemas de depuración.

Se distinguen dos procedimientos diferentes en función de si se trata de tensioactivos aniónicos o no iónicos.

Los tensioactivos aniónicos se determinan según la norma UNE EN 903. Se forma una sal coloreada por reacción con azul de metileno. Seguidamente se extrae la sal con cloroformo. Se separa la fase orgánica y finalmente se mide la absorbancia de la muestra con un espectrofotómetro.

Los tensioactivos no iónicos se determinan según la norma UNE EN 55725 donde el tensioactivo se extrae por medio de una corriente de aire y es recogido en acetato de etilo. Seguidamente se hace precipitar con el reactivo de                  Dragendorff que posteriormente se elimina para medir la absorbancia de la muestra por espectrofotometría.

4. GESTIÓN DEL AGUA EN LA INDUSTRIA TEXTIL

4.1 REDUCCIÓN INTERNA DE EMISIONES

Con el objetivo de llevar a cabo una gestión sostenible del agua en la industria textil el primer aspecto que debe tenerse en cuenta es la reducción interna de emisiones tanto por lo que se refiere al volumen consumido como a su carga contaminante. Esta reducción interna se basa por un lado en la prevención de la contaminación y por otro en la optimi-zación de los procesos productivos.

4.1.1 Prevención:

Para prevenir la contaminación de los efluentes es importante tener información química de los productos utilizados en el proceso productivo. Así se pueden hacer cambios de productos menos tóxicos, más biodegradables o que supongan una menor carga contaminante en el efluente final. Esta información puede conocerse a partir de las hojas de seguridad de los productos (safety data sheets) o de diferentes bases de datos (ETAD, EPA, TNO, ECO-Database). Por otro lado, en Europa la directiva REACH obliga a clasificar y etiquetar de manera adecuada productos químicos peligrosos.

4.1.2 Optimización de procesos:

Algunas mejoras tecnológicas y sustituciones de productos que permiten optimizar el proceso productivo desde un punto de vista ambiental son las siguientes:

•Reducción de la relación de baño.

Reducción de productos auxiliares ej. retardadores, carriers.

•Eliminación de productos organo halogenados.

•Utilización de colorantes de elevado agotamiento.

•Blanqueo con peróxidos en lugar de derivados del cloro.

•Neutralización con CO2 en procesos a la continua.

•Sustitución del ácido acético por ácido fórmico.

•Sustitución de la urea en la estampación con col. Reactivos.

•Menor número de lavados, fórmulas de lavado, eliminación •de lavados por rebose.

•Reciclado de baños de tintura.

Reciclado de baños poco contaminados (aguas de aclarado).

•Reutilización de materias primas (productos de encolado, colorante índigo, recupe-ración de NaOH en el mercerizado, recuperación de pastas de estampación).

4.2 MEDIDAS DE CONTROL DEL AGUA

Algunas medidas de control del agua que se pueden implantar son las siguientes:

•Mantener limpias las áreas de producción para evitar lavados innecesarios.

•Minimizar las fugas y los derrames.

•Utilizar válvulas de cierre automático en las líneas de agua.

•Instalación de medidores de caudal, general y por sección.

•Utilización de medidores de nivel de líquidos.

•Utilización correcta del agua de refrigeración y calefacción.

•Utilización de equipos de lavado a contracorriente.

•Instalación de reductores de flujo.

•Instalación de controles en línea: pH, conductividad, Temperatura, TOC, etc.

•Programas de formación e incentivos a los empleados.

•Cambios en el proceso productivo y maquinaria.

•Substitución y/o reducción de productos químicos.

•Utilización de sistemas expertos.

•Dosificación informatizada de colorantes y productos auxiliares.

4.3 PROCESOS SOSTENIBLES

4.3.1 Procesos enzimáticos

El uso de enzimas es una alternativa al uso de reactivos químicos contaminantes. Las enzimas operan en condiciones suaves, actúan sobre un sustrato específico y son fáciles de controlar. Su uso implica un menor consumo de agua y energía y una menor carga contaminante.

Algunas de las enzimas utilizadas en la industria textil son: Amilasas para el proceso de desencolado, Cellulasas para el bio lavado de denim y el desencolado de carboximetilcelulosa (CMC), Pectinasa para el descrudado de fibras vegetales, Proteasas para el descrudado de fibras animales y Lipasas para la eliminación de grasas y aceites.

4.3.2 Colorantes reactivos de elevada fijación

La introducción en el mercado de colorantes reactivos bifuncionales ha permitido aumentar la fijación del colorante de (50-70) % a (80-95) %. Además, si estos colorantes son hetero bifuncionales pueden aplicarse a menor temperatura y son menos sensibles a los cambios de pH.

4.3.3 Colorantes reactivos de baja utilización de sal

Este tipo de colorantes reactivos requieren una concentración de sal de (20-30) g/l. En cambio los colorantes reactivos convencionales necesitan (60-80) g/l.

4.3.4 Proceso DyeClean

El proceso DyeClean es una tecnología patentada que permite reutilizar los baños agotados para realizar nuevas tinturas. Da excelentes resultados de reproducibilidad e igualación sobre todo en las tinturas de negro y azul marino. El proceso implica un ahorro de hasta un 80% de sal y de agua y de hasta un 50% de auxiliares químicos.

4.3.5 Proceso Advanced DENIM

El proceso Advanced Denim creado por el fabricante de colorantes Archroma sustituye el uso de colorante índigo por colorantes sulfurosos Diresul RDT con una matiz semejante. Este proceso permite un ahorro de hasta un 92 % de agua, un 30 % de energía y hasta un 87 % menos de residuos de algodón.

4.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS EFLUENTES TEXTILES

Las aguas residuales generadas en los procesos de tintura y acabados textiles pre-sentan las siguientes características:

•Gran variabilidad de caudal y carga contaminante.

•Bajo contenido de materia coloidal y en suspensión.

•La mayor parte de contaminantes son solubles y moderadamente biodegradables.

•Su carga orgánica media (DQO) es aproximadamente el doble que la de un efluente urbano.

•Su toxicidad es baja comparada con otros sectores industriales.

•A menudo son deficitarias en nutrientes (N, P).

•Exentas de microorganismos patógenos.

•Sus principales características específicas son su elevada coloración y salinidad.

En la tabla 3 se presenta la carga contaminante de las aguas residuales procedentes de diferentes sectores textiles.

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4.5 PROCESOS DE DEPURACIÓN DE LOS EFLUENTES TEXTILES

Existen diferentes sistemas de depuración de las aguas residuales de la industria textil. Todos ellos comparten una misma etapa inicial de desbaste, control de pH y homogeneización, para posteriormente llevar a cabo un proceso biológico o un proceso físicoquímico. Ambos con diferentes variantes.

Inicialmente unas rejas de desbaste permiten eliminar sólidos. A continuación se ajusta el pH que acostumbra a ser básico en los efluentes textiles y el agua es retenida durante (16-24) horas en una balsa de homogeneización para evitar puntas de caudal y de carga contaminante. Esta homogeneización del agua facilita la operación y dosificación de las siguientes etapas de depuración.

4.5.1 Proceso biológico de fangos activados

La depuración biológica por fangos activados (Figura 1) cuenta con un reactor biológico aireado donde se produce el crecimiento de la población bacteriana y de un decantador donde se fomenta la separación del agua clarificada respecto del fango generado. Una parte del fango es recirculado al reactor biológico para mantener una población bacteriana adecuada mientras otra parte es purgada para ser tratada.

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La depuración por fangos activados tiene un elevado rendimiento de eliminación de DQO y DBO, en cambio no es eficaz para eliminar el color ya que la mayoría de colorantes son poco biodegradables. Por otro lado, requiere de personal con cierta experiencia y de un buen control de materias primas en el proceso textil.

4.5.2 Proceso de fangos activados con adición de carbón activo o resinas decolorantes

Para conseguir eliminar de manera adecuada los colorantes residuales de los efluentes textiles al sistema biológico de fangos activados se pueden añadir carbón activo o resinas decolorantes (Figura 2)

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4.5.3 Proceso físico-químico de coagulación-floculación

El proceso físico-químico de coagulación-floculación cuenta con un tanque de agitación rápida donde se administra el coagulante, un tanque de agitación lenta donde se adiciona el polímero floculante y un depósito de decantación (Figura 3). Es efectivo para eliminar la materia orgánica suspendida y coloidal, no así la materia orgánica soluble. Para alcanzar una disminución aceptable de DQO y DBO la balsa de homogeneización debe estar aireada para mantener la vida bacteriana. Permite eliminar el color y obtener una buena reducción de MES. En cambio, tiene el inconveniente de generar mayor cantidad de fango que los sistemas biológicos.

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4.5.4 Proceso de coagulación-floculación combinado con filtro percolador

La combinación de un proceso de coagulación-floculación con un filtro percolador permite aumentar significativamente el rendimiento de eliminación de DQO y DBO. Un filtro percolador es un filtro biológico de lecho fijo aireado de manera natural. El agua es rociada sobre el filtro y la materia orgánica se degrada por la biomasa que cubre el material del filtro (Figura 4).

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4.5.5 Proceso de fangos activados seguido de un proceso terciario (coagulación, ozono, membranas)

La adición de un proceso terciario posterior a la depuración por fangos activados permite obtener elevados rendimientos de eliminación de DQO y DBO (90-95) % y la eliminación completa del color dando lugar en algunos casos a un agua susceptible de ser reutilizada. Por el contrario, los procesos terciarios encarecen los costes de inversión y explotación de la depuradora. Los procesos terciarios más comunes en el tratamiento de efluentes textiles son la coagulación-floculación, la ozonización y la filtración por membranas (Figura 5).

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4.5.6 Bioreactor de membranas (BRM)

El sistema de bioreactor de membranas (BRM) sustituye el decantador del sistema biológico convencional por módulos de membranas de ultrafiltración (Figura 6). Los BRM permiten obtener un efluente de excelente calidad, susceptible de ser reutilizada. El sistema ocupa menos espacio y genera menos fangos. Por el contrario, tiene unos costes de inversión y operación superiores al sistema por fangos activados y debe hacerse un mantenimiento y lavado adecuado de las membranas para alargar su vida útil.

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A modo de resumen en la tabla 4 se presentan los rendimientos de depuración promedio de los diferentes procesos indicados anteriormente:

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