Demostración de una técnica de tratabilidad de alto rendimiento para evaluar el tratamiento físico-químico de aguas residuales y relaves
Resumen
El tratamiento de aguas residuales se ha convertido en un desafío financiero y operacional para muchas áreas industriales y mineras en todo el mundo. El uso sustentable y eficiente del agua es fundamental para todas las operaciones donde se hace uso del agua, de modo que puedan mantener una licencia social para operar. En la industria minera, el procesamiento de minerales requiere de abundante agua. La recuperación del agua utilizada para el procesamiento de minerales es esencial para las operaciones mineras, en especial en climas áridos con escasas fuentes de agua (Chambers y otros 2003, Wels y Robertson 2003). Los procesos industriales, como la producción de pigmentos y la refinación de petroquímicos, también requieren de grandes volúmenes de agua. Al igual que en la industria minera, estas aplicaciones también hacen grandes esfuerzos por usar el agua de manera eficiente.
Muchas plantas de tratamiento de aguas residuales implican el uso de procesos físico-químicos tales como la coagulación, la floculación, la clarificación y la filtración para separar sólidos residuales de una corriente líquida o de pulpa. Un paso fundamental en los procesos físico-químicos para el tratamiento de agua son las pruebas a pequeña escala para optimizar la adición de coagulantes químicos y/o floculantes. La estrategia convencional ha sido el uso de un método de pruebas a escala piloto. Hay incontables ejemplos en los que se ha utilizado la prueba a escala piloto en minería y en otras industrias para evaluar el desempeño de los coagulantes y floculantes (Sabah y Cengiz 2003, Gnandi y otros2005, Yang y otros 2010, Ebeling y otros 2003, Ebeling y otros 2005). Las pruebas a escala piloto son suficientes para evaluar el desempeño de una pequeña cantidad de químicos cuando existe precedente para el tratamiento de una corriente de agua específica. Cada prueba a escala piloto individual requiere volúmenes relativamente grandes (1 a 2 l) de muestra, lo cual limita la cantidad de pruebas que pueden realizarse en una cantidad de tiempo razonable para una muestra de agua dada.
Si no existe precedente de un protocolo de tratamiento, como en el caso de aguas complejas de una operación minera, el método convencional de prueba a escala piloto no permite que se evalúen diversos floculantes y/o coagulantes químicos de manera rentable. Para evaluar una amplia gama de floculantes y/o coagulantes químicos con rapidez y efectividad, se ha desarrollado una técnica de tratabilidad de alto rendimiento (HTTT, por sus siglas en inglés). Las plataformas de alto rendimiento implican el uso de pruebas de pequeña escala que permiten el estudio eficiente de una variedad de condiciones de procesos con la cantidad mínima de material; estas pruebas se han utilizado ampliamente en el bioprocesamiento (Kostov y otros2000, Welch y otros 2002, Bensch y otros 2007) y en la industria de producción química (Dar 2004, Merrington y otros 2006). Hay una cantidad limitada de trabajo en el sector ambiental, específicamente en el uso de carbón activado para la eliminación de contaminantes orgánicos (Crittenden y otros 1991, Ying y otros 2006, Chang y otros 2007), en el desarrollo de sistemas bio-electroquímicos (Call y Logan 2011, Ren y otros 2013) y en el desarrollo de floculantes para el tratamiento de relaves de arenas petrolíferas (Mohler 2012). Recientemente se aplicó un estudio con la HTTT al desaguado de bio-sólidos (LaRue y otros 2015). En ese trabajo se desarrolló un método por microplacas que requirió menos de 5 ml de material de partida para evaluar el rendimiento de diferentes floculantes en varias dosis.
Este informe presenta los resultados y las conclusiones de dos aplicaciones del método HTTT. El estudio del caso A es un filtro o malla de tratabilidad en la recuperación de agua a partir de los relaves de una mina en el norte de Ontario, Canadá. En este estudio de caso se evaluaron diez coagulantes y siete floculantes en diversas concentraciones y en diversas combinaciones para optimizar la sedimentación de partículas ultrafinas. Entre los aspectos destacados se incluyen 475 condiciones de tratamiento distintas que se realizaron en menos de cinco días de trabajo de prueba, así como una receta química optimizada con posibles ahorros significativos en los gastos operacionales. El estudio del caso B es una campaña de prueba para filtrar diversos floculantes, seleccionar los de mejor rendimiento y optimizar la dosis para barros metálicos precipitados mediante cal en una planta de producción de pigmentos. Este estudio de caso implicó la detección de más de doce floculantes en diversas dosis con más de tres condiciones de pH. Los resultados incluyen más de 200 condiciones diferentes en tres días de trabajo de pruebas. Se recomendó un floculante óptimo para una prueba piloto en la siguiente etapa del proyecto.