Tratamiento terciario de aguas residuales con carbón activado para cumplir la norma NOM-001-SEMARNAT-2021

Tratamiento terciario de aguas residuales

En el tratamiento terciario de aguas residuales el agua ha pasado por una primera etapa de sedimentación y/o flotación que ha eliminado gran parte de los sólidos suspendidos al igual que parte de la materia orgánica por medios mecánicos. De igual forma el agua pasa por un tratamiento biológico que retira materia orgánica disuelta y microorganismos patógenos en la etapa de tratamiento secundario.

El tratamiento terciario de aguas residuales es una última etapa que busca “pulir” el fluido para obtener una pureza superior a la que se logra por medio de los métodos fisicoquímicos y biológicos.

Por medio del tratamiento terciario de aguas residuales se pueden eliminar contaminantes específicos para cumplir con las características deseadas por el usuario si hablamos por ejemplo de olor y color.

Cuando las aguas residuales tratadas serán descargadas sobre cuerpos de agua naturales o reutilizada para riego, por ejemplo, es necesario la aplicación de tratamientos adicionales para cumplir con los límites permisibles de la noma que regulan la calidad de aguas residuales.

En México la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT establece los límites de contaminantes permisibles cuando el agua residual será descargada en cuerpos receptores propiedad del país.

Tratamiento terciario de aguas residuales con carbón activado

El carbón activado es un tipo de carbón al que se le ha aumentado su porosidad lo que da como resultado una mayor área superficial en comparación con el carbón no activado. Puede ser producido a partir de cáscara de coco, madera o de origen mineral. Su proceso de activación puede ser térmica o químicamente. El carbón activado para tratamiento terciario de aguas residuales puede ser aplicado de forma granular o en polvo

El carbón activado es capaz de mejorar el color, olor y sabor del agua en general.

Un indicador de la calidad de las aguas residuales es la DQO (Demanda Química de Oxígeno), cuyo resultado puede dar una estimación de los contaminantes orgánicos oxidables que siguen presentes en el agua después del tratamiento primario y secundario.

El carbón debido a su estructura química de carácter covalente suele buscar satisfacer el desequilibrio electromagnético con otras moléculas de carácter covalente. Esto da como resultado una unión de baja intensidad (fuerza de London) entre el carbón y las moléculas fluidas que se acerquen. Este fenómeno se denomina como adsorción.

Las moléculas orgánicas que afectan los niveles de DQO son de carácter covalente, por lo que el carbón activado las adsorberá y arrojará un nivel de DQO inferior mejorando la calidad general del agua residual, volviéndola apta para su descarga en cuerpos de agua naturales.

El carbón activado es capaz de retener contaminantes poco polares, covalentes y no disociados que suelen ser los de origen orgánico en cualquier concentración, sin embargo, se aplica en el tratamiento terciario ya que, en términos técnico-económicos, es competitivo respecto a otros procesos, para llevar los niveles de contaminantes orgánicos de “relativamente bajos” a “muy bajos”.

Por ejemplo: si, después de los tratamientos primario y secundario, el agua aún contiene una DQO de entre 30 y 100 mg/l, con carbón activado se puede disminuir a valores de entre 2 y 10.

Otro ejemplo: si después de los tratamientos primario y secundario, el agua ya cumple con lo esperado en cuanto a la DQO, pero aún presenta un color o un olor de origen orgánico, el carbón activado puede eliminarlo.

Ahora bien, hablando del color, el uso de carbón activado en el tratamiento terciario de aguas residuales puede ser útil cuando el color es gracias a la presencia de compuestos orgánicos, ya que el carbón activado no adsorbe eficientemente compuestos inorgánicos.

Pasando a la toxicidad del agua residual, el carbón activado es ampliamente usado como antídoto al adsorber compuestos orgánicos tóxicos.

En caso de existir grasas y aceites, se requerirá de tecnologías y tratamientos adicionales que eliminen el aceite libre o emulsionado a pesar de que estos sean compuestos orgánicos, ya que interfieren con la capacidad de adsorción del carbón activado al impregnarlo y bloquearlo.

Carbón activado biológico en el tratamiento terciario de aguas residuales

Las moléculas orgánicas biodegradables que no se pudieron degradar en el tratamiento biológico serán adsorbidas por el carbón activado específicamente cuando es aplicado de forma granular. Esta acumulación de moléculas orgánicas biodegradables atrae a bacterias que se instalaran en la superficie del carbón activado que se alimentan de las moléculas orgánicas. A este fenómeno se le conoce como carbón activado biológico. Este tipo de carbón es igualmente útil para el tratamiento terciario de aguas residuales, ya que en estas existe una concentración de contaminantes orgánicos.

Las bacterias generarán dióxido de carbono, metano, agua al igual que ayudan a la generación de más bacterias, Las bacterias al consumir las moléculas orgánicas adsorbidas permiten que el carbón tenga superficie libre para adsorber más contaminantes orgánicos que volverán a servir como alimento para las bacterias.

Además, Carbotecnia puede ayudarte a cumplir con la norma NOM-001-SEMARNAT-2021, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en cuerpos receptores propiedad de la nación. El uso de carbón activado biológico en el tratamiento terciario es una solución eficaz para asegurarse de que las descargas cumplan con los estándares establecidos por esta normativa, asegurando la protección del medio ambiente y el cumplimiento de la legislación vigente.

Carbón activado para cumplir con la NOM-001-SEMARNAT-2021 en territorio mexicano.

Como se mencionó anteriormente la NOM-001-SEMARNAT establece los límites permisibles de aguas residuales que serán reintroducidas al ambiente al ser descargadas en cuerpos receptores que sean propiedad de la nación.

La NOM-001-SEMARMAT-2021 es una actualización de la norma que empezó a aplicarse en territorio mexicano desde el 3 de abril de 2023.

Entre sus modificaciones encontramos:

• Limitación del valor de la DQO (Demanda Química de Oxígeno) en lugar de limitar el valor de la DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno).
• Se añadió un límite al color verdadero no presente en la versión anterior.
• Se añadió un límite de toxicidad aguada no presente en la versión anterior.

Cuando el valor de estos parámetros es causado por compuestos orgánicos el carbón activado biológico es una opción muy competitiva para el cumplimiento de la norma en el tratamiento terciario de aguas residuales.

Otras aplicaciones del carbón activado en el tratamiento de aguas residuales

Aplicación de carbón activado en el pretratamiento de aguas residuales

Existen casos de tratamiento de aguas residuales en los que se utiliza carbón activado granular (CAG) en la etapa de pretratamiento como se puede apreciar en el diagrama superior.

Esto se realiza cuando el agua contiene uno o más contaminantes que dificultarían o impedirían el tratamiento biológico, también conocido como tratamiento secundario. Dichos contaminantes pueden ser moléculas tóxicas para las bacterias, tales como benceno, tolueno, fenol, compuestos clorados y nitrados, plaguicidas, taninos, lignina, entre otros. También pueden ser moléculas llamadas “refractarias” debido a que son difíciles de digerir o degradar por los microorganismos. Estas últimas suelen ser de alto peso molecular.

Para tener éxito en esta aplicación, hay que seleccionar el carbón activado cuyo diámetro de poros predominantes sea ligeramente mayor que el diámetro de la molécula que se desea retener. Y es necesario, también, que no existan muchas otras moléculas del mismo tamaño y de similar adsorbabilidad (de similar polaridad, carácter covalente y no ionicidad), para que no exista mucha competencia por los sitios activos del carbón. De lo contrario, el carbón se saturaría de todo tipo de compuestos orgánicos que, en esta etapa de tratamiento, se encuentran en una alta concentración.

La aplicación del carbón activado en la etapa de pretratamiento suele hacerse en lechos fijos, como CAG. Sin embargo, puede hacerse, si así resulta conveniente, como carbón activado en polo (CAP).

Aplicación del carbón activado en el tratamiento secundario de aguas residuales

Existen casos en los que, en lugar de aplicar el carbón activado en el pretratamiento, se agrega como CAP en el tanque de tratamiento biológico aeróbico, con los mismos fines: retener moléculas refractarias o moléculas tóxicas para las bacterias. De esta manera, se mejoran mucho los resultados del tratamiento biológico.

Como se mencionó en el inciso anterior, debe elegirse un CAP cuyos poros predominantes le lleven a retener la molécula que se desea.

A este proceso se le llama “proceso CAPT”. El carbón se separa del agua junto con los lodos activados, por sedimentación y filtración.

Diferencia entre un carbón activado granular y uno en polvo

El carbón activado granular (CAG) y el carbón activado en polvo (CAP) son exactamente lo mismo. Se fabrican con el mismo proceso y, al final del mismo, el segundo se pulveriza y el primero no. Mucha gente cree que el CAP tiene más capacidad, basados en la creencia de que éste tiene una mayor área superficial que el CAG. Pero esto no es así, ya que la gran área de un carbón activado está a nivel molecular y prácticamente no aumenta con la pulverización del mismo. Lo que sí aumenta en el CAP es la cinética con la que trabaja. Esto se debe a que disminuye la longitud de sus poros, mismos que se llenan por un fenómeno de capilaridad cuando el carbón se pone en operación.

Con base en lo anterior, el CAG y el CAP realizan la misma función fisicoquímica: adsorben compuestos poco polares, covalentes y no disociados, es decir, principalmente orgánicos. La única diferencia entre ambos carbones es de carácter mecánico: radica en su tamaño y, por lo tanto, en la manera de aplicarlos.

Un CAP se agrega al agua y se mezcla con ella en un mezclador estático en línea (en la tubería) o en un tanque con agitación. Posteriormente se separa del agua por coagulación-floculación-sedimentación y/o por filtración (filtro prensa).

Un CAG se instala en una cama fija dentro de un tanque. A través de la cama de CAG se percola el agua que se va a tratar.

La ventaja del CAP consiste en que se puede dosificar la cantidad necesaria de acuerdo con la calidad de cada lote a tratar (aunque también puede aplicarse en un proceso continuo). Su desventaja está en que hay que separarlo del agua (como se mencionó: por coagulación-floculación-sedimentación y/o por filtración).

Si necesitas cumplir con el agua terciaria de aguas residuales, contáctanos para ayudarte.

Puede consultar más información sobre la actualización de la NOM-001-SEMARNAT y sus límites permisibles en este artículo: Carbón activado para el cumplimiento de los nuevos límites permitidos por la NOM-001-SEMARNAT-2021

(Los límites de color verdadero y toxicidad aguda serán aplicables el 12 de marzo de 2026)

Consulta más información:

Filtros de carbón activado para agua potable – Filtrashop

Se publica NOM-001-SEMARNAT-2021, que establece límites de contaminantes en descargas de aguas residuales

Tratamiento de aguas residuales