Eliminación de selenio de efluentes industriales

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Manuel Valles Cotano »

Si bien el selenio es un micronutriente esencial para todas las formas de vida conocidas, si se
superan los límites máximos recomendados puede convertirse en un compuesto
potencialmente tóxico. No existen evidencias de efectos nocivos en el ser humano pero si se
han confirmado casos de deformidades físicas y fallos del sistema reproductivo en especies
acuáticas expuestas a bajos niveles de concentración de selenio en el agua (< 10 ppb).
El selenio es un elemento químico no metal perteneciente al grupo de los anfígenos (grupo
16) también llamado familia del oxígeno:

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Analizando su configuración electrónica, podremos entender los distintos estados de oxidación
en lo que se puede presentar el selenio. El selenio tiene 6 electrones de valencia, por lo que
necesitará dos electrones para completar el octeto en la capa de mayor nivel de energía. Por
tanto, nos lo podremos encontrar reducido a Se-2, combinado con elementos de baja
electronegatividad, o bien puede perder los electrones de su capa de valencia ante elementos
más electronegativos como el oxígeno, siendo +4 y +6 los otros posibles estados de oxidación.

El selenio se encuentra muy distribuido en la corteza terrestre, hallándose en rocas y
suelos en concentraciones desde 0,1 a 2 ppm, siendo el carbón una de las fuentes más
importantes de selenio donde lo podremos encontrar en concentraciones de 0,5 a 12 ppm.
Habitualmente se obtiene como subproducto de la refinación del cobre. Por tanto, estará
presente en industrias donde el cobre o el carbón sean protagonistas (extracciones mineras,
refinerías de cobre, centrales térmicas, etc.). Será por tanto en estas actividades, donde
encontraremos selenio disuelto en efluentes producidos bien por las aguas pluviales, drenajes
de interior de mina, o bien por las propias actividades o procesos industriales.

El selenio en su forma más elemental es insoluble en agua, y por tanto es susceptible de
eliminarse de los efluentes usando procesos físico-químicos tradicionales de separación sólido-líquido. Sin embargo, el selenio en su estado de oxidación +6 (selenato) es muy soluble y por
tanto requiere de otras tecnologías de eliminación.

La eliminación del selenato puede realizarse por vía biológica reduciéndolo a su forma más
elemental en condiciones de anoxia, ya que el oxígeno y el nitrato son aceptores de electrones
más favorables que las formas oxidadas del selenio.

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Una vez el selenio se encuentra en su estado elemental, puede ser eliminado del efluente
mediante precipitación físco-química.

 Ósmosis inversa

Otro método de eliminación del selenato es la tecnología de ósmosis inversa, a través de la
cual podemos concentrar tanto especies iónicas como moléculas en una corriente a la que
llamaremos rechazo, y dejar libre de dichos contaminantes la corriente a la que llamaremos
permeado.

El proceso de ósmosis es un método natural de difusión que se produce cuando existen dos
soluciones o medios de distintas concentraciones separadas por una membrana
semipermeable. A través de dicha membrana, el agua pasará del fluido menos concentrado
(medio hipotónico), hasta el de mayor concentración (medio hipertónico) hasta equilibrar las
concentraciones de solutos (medio isotónico).

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Aplicando el proceso de ósmosis al tratamiento de agua, necesitaremos el fenómeno
contrario, es decir, provocar la difusión de agua desde la solución más concentrada hasta la
solución o corriente menos concentrada. Para ello, deberemos aplicar una presión superior en
la corriente a depurar que facilite la difusión de agua hacia la solución de baja concentración
de especies iónicas y moléculas cuyo tamaño sea superior al del poro de la membrana.

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Si bien el método es natural, es necesario poder escalarlo a nivel industrial para tratar las
corrientes concentradas con los distintos contaminantes y devolverlas al cauce
correspondiente libres de dichos contaminantes. Para ello, y atendiendo a un estudio de los
distintos tipos de membranas existentes en el mercado, elegiremos membranas
semipermeables sintéticas de poliamida, arrolladas en espiral sobre un colector concéntrico
donde recogeremos la corriente de permeado. Este arrollamiento permitirá aumentar la
superficie de membrana en menor espacio de implantación (figura 4). Las membranas de
arrollamiento en espiral utilizadas a nivel industrial para tratamiento de aguas, trabajan con un
flujo de agua tangencial, lo que permite el barrido de sales y moléculas, evitando que queden
adheridas sobre la superficie de la membrana afectando por tanto a su permeabilidad (figura
5.).

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Adicionalmente se requerirá un grupo de bombeo que facilite la difusión del agua en contra
del gradiante de concentración superando la presión osmótica de la solución concentrada. El
diseño o esquema básico del proceso sería el siguiente:

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Conviene destacar que el proceso de ósmosis no elimina el selenio. Lo que hace es
concentrarlo en una corriente más pequeña que pueda ser evaporada de manera natural o
forzada, o bien reutilizada en otros usos industriales. Este proceso trabaja a elevadas tasas de
concentración (75-80%), si bien la combinación de distintas etapas permitirá obtener
rendimientos superiores. La máxima tasa de concentración, estará sujeta a los productos de
solubilidad de las distintas sales que puedan formarse o precipitar sobre la superficie de las
membranas. En este sentido, el pretratamiento, o acondicionamiento del agua previo a su
tratamiento por ósmosis, cobra un importante sentido, ya que podemos provocar la
precipitación de sales mediante tratamientos físico-químicos previos para bajar los productos
de solubilidad, trabajar sobre el pH en favor de la solubilidad de las distintas sales y añadir
inhibidores de incrustación y dispersantes.

Sin embargo, la tecnología de eliminación biológica sí elimina el selenio del efluente
reduciendo el selenato hasta su estado elemental para su posterior separación sólido-líquido.
Por tanto, la elección de uno u otro método dependerá de las siguientes variables:

  • Límites de vertido
  • Caudales a tratar
  • Concentración de selenio en las distintas corrientes

Cuanto más restrictivos sean los límites de vertido y mayor sea el caudal a tratar, más sentido
tendrá la tecnología de ósmosis inversa. Lo mismo sucederá con los niveles de concentración
de selenio en la corriente a tratar. No obstante, convendrá tener en cuenta la necesidad de
evaporar o reutilizar la corriente de concentrado en el caso de utilizar la tecnología de ósmosis
inversa, frente a la eliminación biológica que permite una separación del selenio del agua en
forma de fango, para su posterior gestión como residuo.
Si bien el presente artículo está enfocado en la eliminación de selenio, en función de las
características de la explotación industrial, generalmente nos encontraremos otros
contaminantes, generalmente metálicos, en dichos efluentes que también serán eliminados de
igual modo mediante la tecnología de ósmosis. A continuación se caracteriza una corriente en
la cual tenemos presencia tanto de selenio como de arsénico disuelto en dicho efluente.

 

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El caudal de entrada corresponde con el efluente a tratar, mientras que el caudal de permeado
representa la corriente depurada mediante tecnología de ósmosis inversa. El rechazo de
sólidos disueltos en la corriente de entrada, es del 94-95%, ya que trabajamos a una alta tasa
de concentración. Sin embargo obtenemos rendimientos del 99% en lo que a eliminación de
arsénico y selenio se refiere.

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