Cadmio y mercurio en efluentes: pulido final

La remoción de cadmio y mercurio en efluentes industriales pertenece a una categoría distinta de la del resto de los metales. No se trata de bajar de 50 a 2 mg/L, sino de trabajar en el rango de las décimas y centésimas, donde la precipitación química deja de ser eficaz y donde el propio muestreo empieza a ser fuente de error. Son, además, dos de los metales con límites de vuelco más estrictos y con mayor exposición regulatoria. Este artículo explica por qué el hidróxido tiene un piso, qué alternativas existen para el pulido final y cómo se dimensiona una columna de adsorción para trazas. La discusión de fondo está en el análisis de metales pesados en efluentes mineros: cómo removerlos.

Qué son el cadmio y el mercurio en un efluente industrial

Definición y química del problema

El cadmio aparece en solución como Cd²⁺ y precipita como hidróxido, pero con una solubilidad residual que deja concentraciones detectables incluso en el pH óptimo. Es fácilmente complejable por cloruros, amoníaco y quelantes orgánicos, y cualquiera de esos complejos lo mantiene disuelto por encima del límite.

El mercurio es más complejo todavía: puede estar como Hg²⁺, como complejo clorurado, como mercurio elemental disperso o como compuestos orgánicos. Cada forma se comporta distinto frente al tratamiento, y el análisis de mercurio total no distingue entre ellas. Por eso un efluente puede dar bien en una jornada y mal en la siguiente sin que nada haya cambiado en la planta: cambió la especiación.

La consecuencia práctica es que en trazas la variable que manda no es la concentración total sino la forma química y los iones competitivos presentes en la matriz.

Valores típicos en efluentes industriales

Estos metales rara vez son el componente mayoritario: aparecen como impureza de materias primas, como aditivo de un proceso específico o como producto de corrosión. Después de una precipitación bien operada, el residual queda en el rango de trazas, y ese es exactamente el rango de muchos límites de vuelco. Por eso el diseño de la etapa de pulido se hace sobre el protocolo del efluente clarificado de la propia planta, medido en varias jornadas para capturar la variabilidad.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Cadmio y mercurio totales y disueltos, con muestra filtrada en el momento de la toma; la diferencia entre ambos indica si el metal viaja con los sólidos.
• Método analítico adecuado a trazas: en estos rangos el límite de cuantificación del laboratorio es parte del diseño, no un detalle.
• pH, cloruros, amonio y materia orgánica disuelta, que condicionan la especiación.
• Sólidos suspendidos a la entrada de la columna de pulido.
• Indicador de campo: si el metal total es alto y el disuelto bajo, el problema es arrastre de sólidos y se corrige mejorando la clarificación; si ambos son altos, hay metal en solución y hace falta adsorción.

Causas: de dónde viene el problema

Baños de recubrimiento y pigmentos

El cadmiado, ciertos pigmentos y algunos estabilizantes son fuentes directas de cadmio. En esos casos la carga es identificable y la corriente se puede segregar, que siempre es la estrategia más barata.

Materias primas con metales como impureza

La fuente más difícil de rastrear. Un mineral, un óxido metálico o un reactivo industrial pueden aportar trazas de cadmio o mercurio sin que figuren en ninguna hoja de especificación. Se detectan haciendo balance de masa entre entradas y efluente.

Corrosión de equipos y aleaciones

Recubrimientos antiguos, soldaduras y aleaciones aportan metal por corrosión, especialmente en circuitos con agua agresiva o con cloruros concentrados. Es una fuente difusa y continua.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

En trazas, el impacto sobre el equipo es menor; el impacto real es sobre la licencia para operar. Un vuelco observado por cadmio o mercurio genera actuaciones administrativas desproporcionadas respecto de la masa de contaminante involucrada, porque son metales con alta carga simbólica y sanitaria.

Riesgo normativo y de descarga

Cadmio y mercurio figuran entre los parámetros de control más estrictos de cualquier régimen de vuelco. En la provincia de Buenos Aires el permiso lo otorga la Autoridad del Agua (ADA); en la cuenca Matanza-Riachuelo rige ACUMAR; en el resto del país aplican las resoluciones provinciales. Los valores concretos dependen de la jurisdicción y del cuerpo receptor: corresponde consultar el límite aplicable. Para agua de consumo humano, el parámetro está fijado por el Código Alimentario Argentino, artículo 982.

Los lodos con contenido de estos metales quedan normalmente alcanzados por el régimen de residuos peligrosos de la Ley 24.051 y su Decreto 831/93.

Costo total: OPEX, paradas no programadas y reposición de activos

Las partidas a sumar son el reactivo de precipitación y sus excesos, el transporte y la disposición del lodo peligroso, los análisis de laboratorio en rango de trazas —que no son baratos— y el costo regulatorio de un incumplimiento. Una tecnología que remueva sin generar lodo adicional actúa directamente sobre la partida más cara.

Remoción de cadmio y mercurio en efluentes: soluciones convencionales y sus límites

Precipitación con hidróxidos: residual por encima del límite

Es el tratamiento base y remueve la mayor parte de la carga, pero tiene un piso de solubilidad y un pH óptimo distinto para cada metal. En un efluente mezclado y con complejantes, el residual queda con frecuencia por encima del límite de vuelco. No es una falla operativa: es el límite del mecanismo.

Sulfuro de sodio: manejo peligroso y olor

Precipitar con sulfuro logra residuales mucho más bajos porque los sulfuros metálicos son mucho menos solubles que los hidróxidos. El costo es operativo y de seguridad: exceso de sulfuro en el efluente, generación potencial de H₂S si el pH baja, olor y un lodo sulfurado de manejo delicado. Exige control fino y personal entrenado.

Carbón impregnado: costo y residuo peligroso

Los carbones impregnados con azufre son eficaces para mercurio, pero su costo por kilo es alto, no son regenerables y el medio agotado se clasifica como residuo peligroso, lo que traslada el problema a la disposición final.

Solución Watch Water: Titansorb® y Catalytic Carbon®

Titansorb®: mecanismo de acción y qué resuelve

Titansorb®, el adsorbente granular de dióxido de titanio está formado por cristales de TiO₂ de doble capacidad obtenidos por un proceso de granulación patentado. Los gránulos disocian el agua en H⁺ y OH⁻ y ofrecen una superficie hidrófila de alta afinidad —300 m²/g— capaz de adsorber tanto oxianiones como cationes metálicos. Entre los metales pesados declarados figuran expresamente el cadmio y el mercurio, junto con níquel, selenio, zinc, plomo, cobre, antimonio y uranio.

Tres características lo hacen apto para el pulido de trazas: la adsorción es irreversible en condiciones de operación, sin desorción ni lixiviación del contaminante capturado; el medio agotado no se clasifica como residuo peligroso según el fabricante y se dispone por estándares ambientales corrientes; y es compatible con cloro, de modo que puede combinarse con desinfección. Cuenta con certificación NSF/ANSI 61. Su rango de pH de entrada óptimo es de 6,5 a 6,9.

Catalytic Carbon®: mecanismo de acción y qué resuelve

Catalytic Carbon®, el carbón activado con recubrimiento catalítico suma a la adsorción física un mecanismo de remoción catalítica aportado por el recubrimiento de oxihidróxido. Ese mecanismo actúa sobre metales pesados —entre ellos el mercurio, el plomo, el cobre y el cromo— y sobre la materia orgánica disuelta que, en muchos efluentes, es justamente la que mantiene al metal en solución formando complejos.

Su ventaja operativa decisiva frente a los carbones impregnados es que se regenera in situ con OXYDES®-P: retrolavado de 5 a 15 minutos, aplicación del oxidante, remojo de 30 a 60 minutos, retrolavado de 5 minutos y enjuague. Esa regeneración lleva la vida útil a 2–5 años y genera mucho menos residuo sólido que la alúmina activada, el hidróxido férrico o el carbón de hueso, que no son regenerables.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Segregación de la corriente que aporta el metal, cuando es identificable.
2. Precipitación y clarificación con el equipamiento existente, que sigue siendo la etapa de mayor remoción másica.
3. Filtración de sólidos, imprescindible antes de cualquier columna de adsorción.
4. Ajuste de pH a la ventana del adsorbente.
5. Columna de Titansorb® para el pulido de metales en trazas, con Catalytic Carbon® aguas arriba o aguas abajo si hay materia orgánica disuelta o complejos que atender.

Qué NO hacen estos productos

• No sustituyen la precipitación: son etapas de pulido sobre un efluente ya clarificado y con sólidos suspendidos bajos.
• Las capacidades publicadas son de laboratorio en condiciones ideales. La capacidad real depende de los iones competitivos presentes y debe estimarse con un ensayo de columna sobre el agua del cliente. En trazas, esa salvedad es más importante que nunca, porque la competencia por los sitios de adsorción es proporcionalmente mayor.
• Titansorb® tiene una ventana de operación declarada: pH de entrada 6,5–6,9, temperatura máxima 40 °C y presión de operación de 3 a 10 bar. Fuera de ella, el desempeño cambia.
• La adsorción es irreversible: el metal no se recupera. Si el objetivo es recuperación, corresponde otra tecnología sobre la corriente concentrada.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Hace falta el protocolo del efluente clarificado en el punto exacto donde se instalaría la columna: cadmio y mercurio totales y disueltos, resto de metales presentes, pH, conductividad, cloruros, sulfatos, amonio, DQO o COT, sólidos suspendidos y temperatura. Es imprescindible informar el límite de cuantificación del laboratorio y tomar al menos tres muestras en jornadas distintas. Del lado del proceso: caudal medio y pico en m³/h y régimen de operación.

Dimensionamiento de la columna

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

Se arranca con retrolavado del lecho y verificación de sólidos suspendidos y pH en la alimentación. El control analítico se concentra en la curva de ruptura: metal disuelto a la salida contra volumen acumulado tratado, con frecuencia alta en las primeras semanas y luego espaciada. Es recomendable instalar un punto de muestreo intermedio en la columna, que permite anticipar la ruptura antes de que llegue a la salida. El mantenimiento se reduce al retrolavado y, en el caso del carbón catalítico, a su regeneración periódica.

Ejemplo típico de aplicación

Columna de pulido posterior a la precipitación

Considérese una planta industrial del sur del Gran Buenos Aires cuyo efluente, tras precipitación y clarificación, cumple con la mayoría de los parámetros pero muestra residuales variables de cadmio y mercurio en el rango de trazas, con resultados que oscilan entre jornadas. El planteo es agregar filtración de pulido, ajuste de pH a la ventana del adsorbente y una columna de Titansorb® dimensionada para el caudal medio, con un lecho de Catalytic Carbon® cuando el análisis muestra materia orgánica disuelta apreciable.

Qué se mide antes y después

Antes: metales totales y disueltos en varias jornadas, pH, cloruros, amonio, COT y sólidos suspendidos a la entrada de la columna. Después: los mismos metales a la salida, registrando el volumen acumulado tratado para construir la curva de ruptura. El objetivo operativo no es solo alcanzar el valor sino sostenerlo con margen frente a la variabilidad del proceso.

Qué se puede y qué no se puede extrapolar

Se puede extrapolar la arquitectura del tren y los parámetros hidráulicos de la columna. No se puede extrapolar ni la vida del lecho ni el residual alcanzado, porque en trazas ambos dependen críticamente de los iones competitivos y de la especiación del metal. Esos dos datos salen de un ensayo de columna sobre el efluente real, nunca de una tabla.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

Qué datos enviar a GWC

• Protocolo del efluente clarificado, con al menos tres muestras en jornadas distintas.
• Límite de cuantificación del laboratorio para cada metal.
• Caudal medio y pico en m³/h y régimen de operación.
• Esquema del tratamiento existente y punto propuesto de instalación.
• Límite de vuelco aplicable y organismo de control.

Ensayo de laboratorio y prueba piloto en sitio

Con ese material se define la ventana de pH, el tiempo de contacto y el volumen de lecho, y se realiza un ensayo de columna para estimar capacidad real y curva de ruptura. Si el efluente proviene de líneas galvánicas, conviene revisar los artículos sobre efluentes de galvanoplastia y sobre destrucción de cianuro en galvanoplastia, y para el contexto sanitario del contaminante, el post sobre cadmio en el agua.

General Water Company representa a Watch Water® en la Argentina y acompaña análisis, ensayo de columna, dimensionamiento, provisión y puesta en marcha. Envíenos los protocolos y le devolvemos una propuesta técnica con la columna dimensionada. La guía que ordena todas las alternativas es metales pesados en efluentes mineros.

Solicitar análisis y cotización