tratamiento biológico de aguas residuales
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Tratamiento biológico de aguas residualesLos tratamientos biológicos de aguas residuales constituyen una serie de
importantes procesos de tratamiento que tienen en común la utilización de
microorganismos (entre las que destacan las bacterias) para llevar a cabo la eliminación
de componentes indeseables del agua, aprovechando la actividad metabólica de los
mismos sobre esos componentes. La aplicación tradicional consiste en la eliminación de
materia orgánica biodegradable, tanto soluble como coloidal, así como la eliminación de
compuestos que contienen elementos nutrientes (Nitrógeno y Fósforo). Es uno de los
tratamientos más habituales, no solo en el caso de aguas residuales urbanas, sino en
buena parte de las aguas industriales.
En la mayor parte de los casos, la materia orgánica constituye la fuente de energía y de
carbono que necesitan los microorganismos para su crecimiento. Además, también es
necesaria la presencia de nutrientes, que contengan los elementos esenciales para el
crecimiento, especialmente los compuestos que contengan Nitrógeno (N) y Fósforo (P), y
por último, en el caso de sistema aerobio, la presencia de oxígeno disuelto en el agua.
Este último aspecto será clave a la hora de elegir el proceso biológico más conveniente.
En el metabolismo bacteriano juega un papel fundamental el elemento aceptor de
electrones en los procesos de oxidación de la materia orgánica. Este aspecto, además,
tiene una importante incidencia en las posibilidades de aplicación al tratamiento de aguas.
Atendiendo a cual es dicho aceptor de electrones distinguimos tres casos:
Sistemas aerobios: La presencia de O2 hace que este elemento sea el aceptor de electrones, por lo que se obtienen unos rendimientos energéticos elevados, provocando una importante generación de fangos, debido al alto crecimiento de las bacterias aerobias. Su aplicación a aguas residuales puede estar muy condicionada por la baja solubilidad del oxígeno en el agua.
Sistemas anaerobios: En este caso el aceptor de electrones puede ser el CO2 o parte de la propia materia orgánica, obteniéndose como producto de esta reducción el carbono es su estado más reducido, Metano (CH4)wikipedia. La utilización de este sistema tiene, como ventaja importante, la obtención de un gas combustible.
Sistemas anóxicos: Se denominan así los sistemas en los que la ausencia de O2 y la presencia de NO3- hacen que este último elemento sea el aceptor de electrones, transformándose, entre otros, en N2, elemento completamente inerte. Por tanto es posible, en ciertas condiciones, conseguir una eliminación biológica de nitratos (desnitrificación).
Teniendo en cuenta todos estos aspectos, existe una gran variedad de formas de operar,
dependiendo de las características del agua, así como de la carga orgánica a tratar
El reto del agua
Os presentamos el resumen ejecutivo de un basto informe que el 2030 Water Resources
Group, constituido por un gran número de organizaciones de los sectores privado y
público, ha llevado a cabo sobre el futuro del agua , tanto en nuestro país, como a nivel
mundial.
En el se analiza el papel que los creadores de políticas públicas, el sector privado y la
sociedad civil deben ejercer, de forma conjunta, para poner en práctica una transformación
sostenible en el modelo actual de consumo de agua.
Los actores principales que se definen son los gobiernos, que tienen en su mano el
desarrollo de leyes que permitan una gestión mas eficiente del agua y aseguren además el
cumplimiento de las mismas; la agricultura, como mayor consumidor y mal gastador de
agua a nivel mundial; la industria, que también representa un importante porcentaje del
consumo global y debe adoptar los procesos de tratamiento industrial de
aguas adecuados; los proveedores de tecnología, que tienen en su mano el desarrollo de
nuevas tecnologías de tratamiento de aguas para estrechar la brecha entre oferta y
demanda de agua; y por último las entidades financieras, que pueden financiar el
desarrollo de estas nuevas tecnologías y su implantación, tanto en la industria como en el
campo.
Según el informe, para el año 2030, bajo un escenario de crecimiento económico
promedio, y sin asumir beneficios por eficiencias, los requerimientos globales en materia
de agua crecerían de los 4.5 billones de m3 actuales (ó 4,500 kilómetros cúbicos) a 6.9
billones de m3, lo cual supone un 40% más de la oferta accesible y confiable actual.
Así, el reto de la escasez de agua viene dado fundamentalmente por el crecimiento y
desarrollo económico de los países industrializados y las economías emergentes, ya que si
no somos capaces de gestionar de manera adecuado el uso del agua se puede llegar a un
colapso, que afecte incluso a la disponibilidad de alimentos para la población humana.
A lo largo del informe se hace mucho hincapié en el valor de la productividad del agua, así
como en la comprensión de los regímenes económicos dentro de los cuales el agua debe
ser regulada, y la forma en que los mecanismos de mercado pueden ayudar a incentivar
un uso eficiente del agua por parte de las empresas, agricultores y ciudades.
Tratamiento de efluentes en la industria de tratamiento de superficies
La actividad de la industria dedicada al tratamiento de superficies consiste en recubrir
superficies metálicas o plásticas mediante diferentes técnicas, con la finalidad de aumentar
sus cualidades, como proteger las superficies contra la corrosión y el desgaste, variar su
conductividad eléctrica, etc. Aunque el abanico de tratamientos aplicados y de
recubrimientos posibles es extenso, uno de los más habituales es el de la galvanoplastia.
Éste es un proceso basado en la electrodeposición en el que se recubre la superficie a
tratar de una capa de varias decenas de micras de un metal que aporta unas
características deseadas. Así, tienen lugar procesos como el cromado, el niquelado, el
cincado, el cobreado, el cadmiado, el estañado, etc.
El procedimiento consiste en la inmersión de la superficie a tratar en un baño electrolítico,
de manera que los iones metálicos presentes en la solución se reducen sobre la superficie
a recubrir. Aunque se pueden hacer recubrimientos de muchos metales diferentes, los más
usuales son zinc, oro, níquel, cobre y cromo, además del anodizado, que se fundamenta
en la conversión de la superficie metálica en un recubrimiento de óxido insoluble, siendo el
aluminio el material de anodizado utilizado más común.
La actividad del tratamiento de superficies produce durante el proceso dos tipos de
efluentes líquidos muy diferenciados. Por un lado, efluentes con elevadas cargas
contaminantes y relativamente poco volumen (es el caso de los baños de procesos
saturados). Y, por otro lado, efluentes con baja carga contaminante pero producidos en
gran volumen, generalmente en las operaciones de lavado. Tanto unos como otros, se
generan habitualmente en los siguientes procesos: desengrase, enjuague o lavado,
decapado y recubrimiento electrolítico, además de los baños electrolíticos una vez
agotados.
La naturaleza de la carga contaminante que incorporan los efluentes líquidos producidos
suele ser DQO, aceites y grasas, tensioactivos, metales, alcalinidad, acidez, cianuro y
sales, entre otras especies presentes en menor proporción. Ante la complejidad de tratar
estos efluentes, existen principalmente dos alternativas de tratamiento: una opción
consiste en utilizar técnicas de separación y descontaminación, como el intercambio
iónico, la electrólisis selectiva, la electrocoagulación, la neutralización y posterior
precipitación o la tecnología de membranas (microfiltración y ultrafiltración); con la finalidad
de eliminar la toxicidad y contaminación del efluente y que éste pueda ser vertido al
sistema público de saneamiento o bien a cauce natural. La otra opción se basa en la
utilización de técnicas de concentración (básicamente, evaporación al vacío), con el
objetivo de dividir el efluente en dos corrientes, una de agua apta para su reutilización en
el proceso, y otra de un residuo muy concentrado, preparado para ser gestionado
externamente. El estado del arte de todas estas tecnologías permite su aplicación con
elevadas garantías de hacer posible y eficiente el tratamiento de estos efluentes.
Los efluentes producidos en los distintos procesos tienen características muy diferentes.
En función de estas características, suele existir una técnica más eficiente, específica,
para cada caso. Por ejemplo, para el efluente producido en la operación de desengrase de
las piezas a recubrir, las mejores técnicas aplicables son la evaporación al vacío (con un
periodo de retorno de la inversión de 4,5 años) y la electrocoagulación (con un periodo de
retorno de la inversión de 10 años); en el proceso de cobre cianurado se genera un
efluente en el que la mejor técnica de tratamiento también es la evaporación al vacío y en
el proceso de recubrimiento con la aleación de cinc y níquel se genera un efluente en el
que su tratamiento más eficiente y económico es una oxidación anódica y una electrólisis
(con un periodo de retorno de la inversión de 7 años). Por tanto, para cada efluente, en
función de sus características y especificidades, la tecnología de tratamiento óptima puede
variar.
No obstante, la única tecnología siempre eficiente y, en la mayoría de los casos, la más
económica -con un periodo de retorno de la inversión menor- es la evaporación al vacío.
Además, cuando los efluentes líquidos no están segregados, es la única técnica viable. Así
sucede también cuando la producción de los diferentes efluentes es espaciada en el
tiempo (producción en discontinuo en función de la demanda); en estos casos la empresa
no suele poder disponer de un amplio abanico de técnicas específicas, las cuales suponen
una cierta inversión económica.
Así pues, los principales retos ambientales a superar por parte de la industria de
tratamiento de superficies son el elevado consumo de agua y la generación de grandes
volúmenes de efluentes líquidos. Aunque éstos, en función de sus características, tienen
una tecnología de tratamiento asociada como la más recomendable, no siempre es posible
segregar todos los efluentes y tratar cada uno de forma individualizada con la tecnología
óptima. La evaporación al vacío es una técnica que para una amplia variedad de efluentes,
como es el caso de los generados en los procesos de desengrase o de recubrimiento de
cobre cianurado, es la más óptima. Y, además, es la única técnica eficiente y viable
cuando todos los efluentes están mezclados o sólo se puede disponer de una única
tecnología de tratamiento para todo los efluentes producidos.
Vertido cero en lavado y desalado de jamones
Después del salado del jamón es preciso hacer un lavado con agua para eliminar los restos de sal que quedan en la superficie, esta operación conlleva, además del consumo de agua potable, la producción de aguas residuales con muy elevado contenido en sal que no pueden ser vertidas por su elevada contaminación, la gestión externa de este residuo de salmueras en España es muy costosa. Recientemente se han introducido en el mercado maquinas para el desalado y lavado con sistemas de bajo consumo de agua, que ayudan a llevar a cabo un proceso de desalación sostenible.
Condorchem propone un innovador equipo, DESALT ECO DRY, que permite separar completamente, a muy bajo coste, la sal del agua mediante equipos compactos y automáticos de evaporación al vacío. Solo se consumen 250 w por litro, no hay ningún coste más, se obtiene sal seca sólida que se podrá comercializar como subproducto (deshielo de carreteras y accesos, regeneración de equipos de ablandamiento de agua, etc.) o cederla como residuo sólido no peligroso. Actualmente se esta investigando un procedimiento para esterilizar/purificar completamente la sal recuperada y obtener la clasificación de apta para el consumo lo que permitiría reutilizarla en el salado de los jamones.
lavado y desalado de jamones con vertido cero de aguas residuales
Tratamiento de salmueras en extracción de petróleo
Las aguas congénitas, aguas saladas o salmuera líquida (en inglés, produced water) son un subproducto de la extracción de crudo al igual que el gas natural que fluye a través del pozo. Una vez separadas las aguas congénitas del crudo se verifica que estas contienen una concentración de sal de entre 10 y 150 g/l (2,2 a 50 libras/barril), además de bicarbonatos, sulfatos, calcio, magnesio y restos orgánicos. El vertido incontrolado genera un enorme impacto sobre el medio ambiente y puede contaminar cauces de agua dulce si no se evita la emisión sobre el terreno. La gestión de este fluido contaminante en las explotaciones terrestres es complicada y costosa mientras queel tratamiento en sitio mediante evaporadores al vacío permite resolver el problema de una forma eficiente y a bajo coste.
Normalmente en la extracción de crudo se obtiene una cantidad apreciable de gas natural que, salvo que se canalice (gaseoducto) o se comprima (GNL) para facilitar el transporte y comercializarlo como combustible, se suele quemar en teas en el propio campo. Esta energía disponible, barata y limpia se puede utilizar en evaporadores al vacío para el tratamiento de salmueras, para tratar aguas congénitas, aguas servidas, etc.También es frecuente en algunos campos disponer de vapor procedente de generadores que inyectan vapor para favorecer la extracción de crudo pesado. Por último, la producción de energía eléctrica es realizada por moto-generadores,así como equipos más sofisticados de cogeneración, es decir con producción de fluido eléctrico y fluido térmico (agua caliente y humos de combustión), que puede ser aprovechado.Cualquiera de las formas de energía disponible en el campo es aprovechable en los evaporadores al vacío.
Tratamiento de aguas congénitas
El tratamiento del alperujo
España es el principal productor y exportador mundial de aceite de oliva, con una
superficie dedicada a la oliva de 2,5 millones de hectáreas aproximadamente. Lo que
representa más de la mitad de la producción de la UE y el 40% de la mundial. Por lo que el
sector oleícola confiere un enorme patrimonio económico, cultural y ambiental al país. Por
consiguiente, mejorar el tratamiento de los residuos obtenidos tras la producción del aceite
de oliva y tratar de valorizarlos es crucial para mejorar la competitividad y rentabilidad del
sector. Es de gran importancia llevar a cabo una correcta depuración una vez obtenido el
aceite de oliva, ya que en España se generan más de un millón de metros cúbicos de
aguas residuales procedentes de almazaras cada año.
El proceso de producción acostumbra a seguir la siguiente secuencia:
1. Molienda2. Batido3. Centrifugación horizontal4. Centrifugación vertical5. Almacenamiento y envasado
Una vez el fruto ha sido recolectado y transportado, comienza el proceso productivo en las
almazaras. Actualmente, existen dos sistemas de producción: el sistema tradicional, o de
tres fases, que produce tres tipos de producto además del aceite: alpechín, orujo y agua
residual. Y el sistema de dos fases, que aparte del aceite genera agua
residual y alperujo (mezcla de orujo y alpechín). Este nuevo sistema de dos fases es más
eficiente, genera menos residuos y consume menos agua, por lo que genera menos
cantidad de aguas residuales.
El sistema de dos fases genera dos tipos de residuos: aguas residuales y alperujo. Las
aguas residuales de los procesos de lavado y centrifuga vertical, de la limpieza de los
tanques, tolvas y otros elementos. Este residuo no cumple la normativa para ser vertido a
cauce público, ni se puede utilizar para riego por su alta carga contaminante.
Tradicionalmente este residuo se ha ido almacenado en balsas sin ser tratado, lo que
genera graves problemas para el sector, ya que es necesario ir aumentando la superficie
ocupada, genera malos olores, desbordamientos, sanciones, paralización de la actividad,
plagas de insectos, etc.
El agua residual generada por la actividad de las almazaras, comúnmente conocida como
alpechín, contiene una gran variedad de residuos como: polvo, tierra, aceites y grasas,
azúcares, sustancias nitrogenadas, ácidos orgánicos, polialcoholes, polifenoles, etc. Los
polifenoles representan un gran problema debido a que inhiben la actividad bacteriana en
el suelo. Por esta razón, esta agua tiene que ser tratada para poder ser reutilizada para
riego. El tratamiento para eliminar este contaminante consta de una depuración físico-
química debido al poder inhibidor que poseen sobre los procesos microbiológicos.
Estas aguas residuales, o alpechín, antes de ser tratadas, se caracterizan por su color
oscuro y su fuerte olor. Poseen un grado elevado de contaminación orgánica con una
relación de DQO/DBO5 entre 2,5 y 5, un alto contenido en polifenoles y materia solida. El
pH es ligeramente ácido, de fácil fermentación, alta conductividad eléctrica y contienen
grasas emulsionantes. Existen varias técnicas para tratar las aguas residuales
procedentes de las almazaras con el fin de que esta cumpla los estándares
legales: métodos físico-químicos (coagulación-floculación, oxidación y procesos
electroquímicos), tratamientos biológicos (fangos activados, tratamientos anaerobios,
procesos basados en reactores biológicos de membranas). Cada método tiene sus
ventajas e inconvenientes en cuanto a costes y efectividad, por lo que lo habitual es la
combinación de varias soluciones tecnológicas.
Como hemos comentado anteriormente, una vez estas aguas residuales ya han sido
tratadas pueden ser reutilizadas para riego u otros usos como la refrigeración de calderas
y la recarga de acuíferos. De hecho esta es una práctica recomendada por las
administraciones públicas y organismos internacionales. Sin embargo, estas aguas
tratadas deben someterse a unos controles de uso y calidad con tal de ser usados como
un recurso hídrico seguro para la salud y el medioambiente.
El tratamiento del alperujo también es de extrema importancia, ya que su vertido
incontrolado provoca problemas de coloración de las aguas, supone una amenaza para la
biodiversidad acuática, deterioro del suelo, fitotoxicidad y olores. Por otro lado las orujeras
se han adaptado a la recepción de este producto del cual pueden extraer aceite de orujo
de oliva a partir de un proceso físico o químico. Después de la obtención del orujo, se
pueden obtenersubproductos derivados del alperujo. Tras un proceso de cogeneración
energética o compostaje, para la producción de biomasa, para la producción de PHB para
la fabricación de bioplásticos, producción de encimas y pectinas, producción de colorantes
y antioxidantes, para la producción de expolisacáridos de interés comercial para la
industria alimentaria y cosmética y, también, como fertilizante agrícola.
Por lo tanto, el alperujo es un producto altamente contaminante, pero que puede ser
aprovechado como combustible por un lado (una vez extraído el aceite residual) y puede
utilizarse para fabricar compost por el otro. Esta última opción es ideal para las almazaras
que están alejadas de las plantas de tratamiento de orujo. De esta forma se usa como
recurso lo que en principio era un residuo. Al mezclar el alperujo con hojas de aceituna y
estiércol se obtiene un compost de excelente calidad.
Para que la materia orgánica se convierta en compost tiene que producirse una
fermentación aerobia. La calidad del producto dependerá de los siguientes parámetros:
relación entre carbono y nitrógeno (de 25/1 a 45/1), la humedad de la materia inicial (de un
30% a un 80%), el pH (no hay que preocuparse si la relación C/N es adecuada), la
oxigenación y la temperatura.
Subproductos del alperujo y su obtención mediante evaporadores al vacíoEl alperujo es un concentrado que se obtiene en el proceso de producción del aceite de
oliva, y está compuesto por los distintos restos que quedan de la aceituna tras haberle
extraído el aceite, es decir, las partes sólidas, el alpechín y los restos de aceite que no se
han podido extraer después del proceso de centrifugación.
Este alperujo, antaño considerado como un residuo, debe ser considerado a día de hoy
como un subproducto, ya que puede ser valorizado y reutilizado para los siguientes usos:
Aceite de orujo. Se realiza con la grasa que queda adherida a los restos de la extracción
del aceite de oliva extra y refinado. Se trata de un aceite de calidad inferior y que ha
presentado problemas de toxicidad en diversas ocasiones.
Combustible para la generación de energía eléctrica y térmica. El único inconveniente es
la gran producción de cenizas que se obtiene al quemar el alperujo.
Gracias a su alto contenido de materia orgánica y micronutrientes puede ser utilizado
también como abono biológico. La aplicación del compost de alperujo en el olivar permite
retornar al suelo los nutrientes extraídos con la cosecha. Hoy en día existen diversas
empresas que se dedican a recoger el alperujo de las almazaras para obtener el
concentrado de materia orgánica y volver a venderlo a las mismas almazaras como abono.
Asimismo, el alperujo también contiene componentes antioxidantes, de interés para
la industria farmacéutica, y puede ser utilizado para la producción de pectinas,
compuesto utilizado en la industria alimentaria.
Para poder obtener estos subproductos del alperujo ha de ser tratado, de forma que
podamos separar lo que es el concentrado de materia de las aguas depuradas. Existen
diferentes alternativas para el tratamiento del alperujo como residuo, pero la que permite
obtener un concentrado de mayor calidad para su posterior reutilización como subproducto
es la evaporación al vacío.
Los lodos obtenidos mediante los tratamientos biológicos y los tratamientos físico-
químicos no son tan ricos en materia orgánica, ya que lo que estos métodos pretenden es
precisamente eliminar esa materia y obtener un fango que se habrá de enviar a un gestor
de residuos. Así pues nos encontramos con un fango que contiene un concentrado de muy
baja calidad y que además contendrá restos de los productos y bacterías utilizados para
eliminar el alperujo, lo que desaconseja todavía más su uso si lo que se pretende es
obtener un subproducto que pueda ser reutilizado como abono.
Con un evaporador al vacío por bomba de calor se consigue concentrar la materia
orgánica pura, separándola del agua y el alcohol que contiene el alperujo. Este
concentrado ya puede ser aplicado a los distintos usos que se han comentado
anteriormente.
Para almazaras con niveles de producción medios y altos, que generan una alta cantidad
de alperujo, la evaporación al vacío constituye una solución muy interesante, ya que puede
ser rentabilizada en un plazo razonable de tiempo y ofrece unos resultados excelentes
desde la óptica de la gestión de residuos.
A nivel económico, los resultados obtenidos con el evaporador al vacío nos permiten
generar ciertos ahorros en costes variables, ya que se eliminan los fangos que
periódicamente se han de enviar al gestor de residuos, y a la vez se obtiene abono para la
plantación de nuevos olivos sin necesidad de comprarlo a los proveedores.
Tratamiento del alpechín
El alpechín es un líquido negruzco y fétido, formado principalmente por agua, materia
orgánica y minerales, que se obtiene en el proceso de extracción del aceite de oliva. Este
residuo relativamente rico en materias orgánicas es un elemento de contaminación que
crea un problema real a la industria oleícola.
Antiguamente los productores acostumbraban a vertirlo a los cauces de los ríos o al
alcantarillado pero en la actualidad debe ser depurado o tratado para obtener energía o
agua para regadío u otros usos.
Las principal técnica para la minimización de residuos industriales líquidos utilizada en
estos casos es la evaporación al vacío combinada con otros procesos de depuración de
aguas residuales.
Tras estos procesos obtenemos unas aguas evaporadas y destiladas, las cuales son
sometidas a un proceso purificador de forma que cumplan con los parámetros de vertidos
exigidos por normativa.
A continuación os dejamos con un artículo que permite conocer más en detalle las
características del alpechín y su tratamiento. Dicho documento y los procedimientos que
en el se describen han sido elaborados por:
García Moreno, Angel. Procedimiento integral para la industrialización de alpechines y su
depuración en almazaras y centros de repaso de alperujos. Patente ES2110912 (16-02-
1998)
La respirometría: valorar, controlar y optimizar el proceso de fangos activos
La lenta dinámica del proceso de fangos activos es uno de los inconvenientes principales a la hora de tomar decisiones cuando surgen problemas. Sea cual sea la medida que se decida tomar, sus efectos sobre el proceso no se observarán de forma clara hasta pasados unos días. Este hecho hace que sea especialmente relevante, por un lado, detectar los problemas lo antes posible y, por otro lado, tomar las decisiones correctas desde el primer momento. No obstante, no es posible evaluar el proceso biológico con medidas físicas o químicas, se necesita información directa de la biomasa y del efecto que tiene sobre ella el agua residual a tratar. La técnica de la respirometría permite valorar, controlar y proteger el proceso de fangos activos al aportar información relacionada con el estado o actividad de la biomasa.
La respirometría se basa en la medida de la velocidad del consumo de oxígeno de las bacterias cuando degradan un sustrato orgánico, nitrógeno amoniacal o bien a ellas
mismas (respiración endógena). La tasa de respiración (OUR) consiste en la cantidad de oxígeno consumido por las bacterias por unidad de tiempo y se expresa en mg O2/(L•h). Como este parámetro depende de la cantidad de microorganismos presentes en la muestra, habitualmente se trabaja con la tasa de respiración específica (SOUR), que es la tasa de respiración dividida por la cantidad de biomasa de la muestra. Se expresa en mg O2/(g•h) y su valor ya sólo depende del estado de la biomasa y de la cantidad y biodegradabilidad del sustrato que tenga disponible.
Comparando el valor de la tasa de respiración específica de la muestra con los valores de referencia (tabla), se puede conocer si el proceso biológico está sobrecargado (hay demasiado sustrato para tan poca biomasa), opera a buen rendimiento o, por el contrario, se evidencian síntomas de toxicidad. Para una misma agua residual, el aumento progresivo de la tasa de respiración específica es indicativo de un aumento de la actividad biológica, y a la inversa.A parte de poder conocer la salud y la capacidad actual del proceso de fangos activos y el carácter tóxico del agua residual para los microorganismos mediante la respirometría, esta técnica también permite:
Optimizar la aeración y así fomentar el ahorro energético de la planta. A través de la respirometría se determina de manera precisa las necesidades reales de oxígeno, para un agua residual y con una biomasa determinada.
Caracterizar el agua a tratar en función de su biodegradabilidad por el fango activo. Se puede conocer el fraccionamiento de la DQO del agua a tratar en función de si es rápidamente biodegradable, lentamente biodegradable o no biodegradable. Esta caracterización es muy útil para valorar y ajustar el proceso.
Detectar vertidos industriales con efectos inhibitorios o tóxicos sobre la biomasa. La respirometría permite detectar los efectos perjudiciales del agua residual sobre los microorganismos justo en el momento en que empieza a afectarles, permitiendo tomar medidas que palien los efectos ocasionados.
Optimizar el proceso de nitrificación/desnitrificación. Permite determinar la tasa de nitrificación real y la tasa de desnitrificación real de nuestro proceso. En base a estos valores se puede reajustar la edad del fango.
Analizar la relación de nutrientes (C:N:P) en el agua residual. El hecho de que los nutrientes esenciales no estén en el agua residual en la proporción que los microorganismos los necesitan produce una serie de efectos negativos sobre la estabilidad del proceso de fangos activos. Mediante la respirometría se puede detectar si la relación de nutrientes en el agua reduce la actividad biológica y es origen de problemas.
Determinar parámetros cinéticos, necesarios para la modelización del proceso. Mediante respirometría se pueden determinar parámetros como el coeficiente de rendimiento de la biomasa heterótrofa, la tasa de utilización de la DQO, la tasa de nitrificación, etc.
Así pues, la respirometría es una técnica sencilla y práctica, que nos aporta información directa de la biomasa. Nos permite anticiparnos a la mayoría de problemas que pueden afectar al proceso, garantizando que desde el primer momento se están tomando las medidas correctas para paliar el problema. Asimismo, también constituye una herramienta necesaria para optimizar el proceso y determinar parámetros esenciales para su modelización.
Adsorción en carbón activado para el tratamiento de aguas residuales
El proceso de adsorción consiste en la captación de sustancias solubles en la superficie de un sólido. Un parámetro fundamental es este caso será la superficie específica del sólido, dado que el compuesto soluble a eliminar se ha de concentrar en la superficie del mismo. La necesidad de una mayor calidad de las aguas está haciendo que este tratamiento esté en auge. Es considerado como un tratamiento de refino, y por lo tanto al final de los sistemas de tratamientos más usuales, especialmente con posterioridad a un tratamiento biológico.
Factores que afectan a la adsorción:
• Solubilidad: Menor solubilidad, mejor adsorción.• Estructura molecular: Más ramificada, mejor adsorción.• Peso molecular: Grandes moléculas, mejor adsorción.• Problemas de difusión interna, pueden alterar la norma.• Polaridad: Menor polaridad, mejor adsorción.• Grado de saturación: Insaturados, mejor adsorción.
El sólido universalmente utilizado en el tratamiento de aguas es el carbón activo, aunque en los últimos años se han desarrollado diversos materiales sólidos que mejoran, en ciertas aplicaciones, las propiedades del carbón activo.
Hay dos formas clásicas de utilización de carbón activo, con propiedades diferentes y utilizándolo en diferentes aplicaciones:
Carbón activado granular (GAC). Se suele utilizar una columna como medio de contacto entre el agua a tratar y el carbón activado, en la que el agua entra por la parte inferior y asciende hacia la superior. El tamaño de partícula en este caso es mayor que en el otro. Se suele utilizar para eliminar elementos traza, especialmente orgánicos, que
pueden estar presentes en el agua, y que habitualmente han resistido un tratamiento biológico. Son elementos, que a pesar de su pequeña concentración, en muchas ocasiones proporcionan mal olor, color o sabor al agua.
Carbón activo en polvo (CAP). Este tipo de carbón se suele utilizar en procesos biológicos, cuando el agua contiene elementos orgánicos que pueden resultar tóxicos. También se suele añadir al agua a tratar, y pasado un tiempo de contacto, normalmente con agitación, se deja sedimentar las partículas para su separación previa. Suelen ser operaciones llevadas a cabo en discontinuo.
La viabilidad económica de este proceso depende de la existencia de un medio eficaz de regeneración del sólido una vez agotada su capacidad de adsorción. El GAC se regenera fácilmente por oxidación de la materia orgánica y posterior eliminación de la superficie del sólido en un horno. Las propiedades del carbón activo se deterioran, por lo que es necesario reponer parte del mismo por carbón virgen en cada ciclo. Por otro lado el CAP es más difícil de regenerar, pero también es cierto que es más fácil de producir.
El coste es un parámetro importante a la hora de la elección del adsorbente. Alternativas al carbón activo son las zeolitas, arcillas (montmorillonita, sepiolita, bentonita, etc.), los denominados adsorbentes de bajo coste, procedentes en su mayor parte de residuos sólidos orgánicos. Recientemente se están desarrollando derivados de polisacáridos (biopolímeros derivados del almidón).
La aplicaciones de la operación de adsorción es amplia, desde un amplio abanico de sustancias orgánicas (colorantes, fenol, mercaptanos, etc) hasta metales pesados en todos sus estados de oxidación.
Cenizas y carbón activo para el tratamiento de aguas residuales
Las cenizas que se producen en los procesos de combustión que se llevan a cabo en centrales energéticas de biomasa y carbón mineral pueden ser recuperadas y ser utilizadas para el tratamiento de aguas residuales.
Dichas cenizas pueden emplearse tal y como se han recogido o bien ser tratadas antes de su utilización en caso de que sea necesario mejorar su capacidad adsorbente.
El uso de estas cenizas procedentes de centrales energéticas tiene una gran utilidad en industrias que generen residuos tóxicos tales como metales pesados (mercurio y cadmio) y colorantes, ya que facilita su eliminación con una gran efectividad.
Tal y como sucede cuando se lleva a cabo un tratamiento mediante carbón activado, basta con poner las cenizas en contacto con el efluente contaminado. Para ello se hace pasar la corriente de agua a través de un filtro fijo, de forma que las cenizas absorban los contaminantes y dejen pasar el agua, ya limpia, por el filtro.
Por su parte, el carbón activo es uno de los principales adsorbentes para el tratamiento de aguas contaminadas y su uso es válido en diferentes entornos, tanto para filtros de uso doméstico como para el tratamiento de vertidos en entornos naturales con altos niveles de contaminación por agentes químicos tóxicos.
Se trata además de una tecnología muy económica y que todavía lo puede ser más, ya que desde hace años se está analizando la posibilidad de obtener carbón activo a partir de materias primas autóctonas y, por lo general, muy baratas como las maderas de olivo, encina, eucalipto, troncos de jara y retama, trocos de vid o huesos de cereza.
Entre las principales características del carbón activo destaca el elevado grado de desarrollo del área superficial y porosidad que posee, propiedades que le confieren una alta capacidad para adsorber gases, vapores y solutos en disolución. La principal ventaja respecto a otras alternativas para el tratamiento de aguas residuales es su fácil preparación y regeneración a un bajo coste, además de que se trata de un adsorbente muy versátil y químicamente estable.
Las investigaciones más actuales buscan formulas para aprovechar materiales desechables tan abundantes como el plástico, gomas y otros residuos de origen industrial para preparar adsorbentes carbonosos.
Eliminación o reducción de emisiones con olores en actividades industriales
Los olores generados en actividades industriales suponen un problema medioambiental y de salubridad, especialmente cuando se dan en lugares cercanos a zonas residenciales. La demanda social de un aire más limpio y libre de olores ha comportado la elaboración de normativas cada vez más restrictivas respecto a la emisión de gases nocivos y molestos a la atmósfera, que obligan a las empresas a buscar soluciones para la depuración de los gases y la reducción de los olores que emiten.
La emisión de olores molestos puede provenir de una gran variedad de actividades industriales, aunque hay algunos sectores que son más propensos a generar malos olores debido a las “materias primas” con las que trabajan, como son los que trabajan con productos de origen animal, alimentación, ganadería, química o los gestores de residuos.
En muchos otros casos los malos olores no se generan debido a la actividad propia de la empresa, sino a los residuos que la misma genera en sus procesos productivos. En este sentido, es habitual encontrarse el problema en las aguas residuales o lodos contaminados que se almacenan para ser enviados a una planta de depuración.Si bien es cierto que tomar las precauciones necesarias en los procesos puede ayudar a reducir y eliminar los olores, en muchas ocasiones nos encontramos que estas medidas son insuficientes y hay que implementar alguna tecnología de reducción de olores.
Existen diferentes tecnologías de tratamiento de aire para la eliminación de olores y la elección de la más adecuada depende de diversos factores como la naturaleza de los contaminantes, la cantidad o caudal a tratar y la concentración de las emisiones.
La oxidación térmica regenerativa es una tecnología muy eficiente para eliminar COV’s y disolventes. Dependiendo de las concentraciones de COV’s a eliminar puede tener consumos energéticos algo elevados, pero como contrapartida permite un aprovechamiento del calor generado. Se puede aplicar para caudales muy variados,
entre 2.000 y 150.000 Nm3/h, con concentraciones de COV’s que van desde 0,3 a 10 g/Nm3.
El carbón activo es un sistema en seco que tiene una eficacia limitada frente a moléculas pequeñas, como puede ser el amoniaco, pero que funciona muy bien para contaminaciones esporádicas. El lecho de carbón ha de ser repuesto con frecuencia.
Los scrubbers y torres de lavado son una buena elección para caudales elevados. Debido a su mayor complejidad, esta tecnología requiere de un mayor mantenimiento por personal formado.
Otro sistema de depuración a destacar es la depuración biológica, o biofiltros, que aprovecha la capacidad de algunos microorganismos para oxidar bioquímicamente las sustancias orgánicas e inorgánicas que contienen los gases que se deben tratar. En muchos casos, la biofiltración es la opción más económica y puede ser muy efectiva, pero en muchas otras ocasiones resulta insuficiente para alcanzar los límites de emisión permitidos, ya que no todos los contaminantes pueden ser eliminados mediante este tratamiento.
Maderas residuales para generar energía mediante gasificación
La energía no es un bien en sí misma, sino un bien intermedio destinado a satisfacer otras necesidades en la producción de bienes y servicios, por lo que es imprescindible para el desarrollo de diferentes tipos de procesos e industrias que satisfacen necesidades vitales para la sociedad. Al ser un bien escaso, los países dependientes de la energía fósil ponen, cada vez, más interés en las energías renovables. La biomasa constituye una valiosa materia para la producción de energía y productos químicos. Y los procesos de tratamiento térmico son tecnologías que dan valor a la biomasa desde el punto de vista energético.
La cogeneración es el procedimiento de generación de energía en el que se genera simultáneamente electricidad y calor. Se trata de un sistema sumamente eficiente, porqué el calor es producido durante el proceso de generación de electricidad, lo que supone un aprovechamiento del calor residual. Los módulos de cogeneración de baja potencia (MCBP), basados en la gasificación de biomasa son una alternativa para suplir necesidades energéticas en instalaciones alejadas de la red eléctrica.
La gasificación como proceso térmico es un medio de obtención de energía a partir de biomasa. La biomasa es toda aquella materia orgánica de origen vegetal y animal, y se puede clasificar según su origen en distintos grupos:
Biomasa natural: es aquella que se produce en los ecosistemas, sin la intervención del hombre, por lo que no es posible la producción intensiva de este recurso.
Biomasa residual: es generada por la actuación humana en procesos agrícolas, ganaderos, basuras y aguas residuales.
Cultivos energéticos o biomasa producida: se trata de cultivos producidos con el objetivo de obtener biomasa. Son producidos en gran cantidad, lo que permite minimizar los cuidados al cultivo.
Excedentes agrícolas: excedentes agrícolas no utilizados para la alimentación humana.
La gasificación es el proceso de conservación térmica de la materia orgánica a elevada temperatura para producir principalmente gases combustibles, y en menor medida vapor de agua y compuestos condensables, es decir, alquitranes. En el proceso se emplean distintas sustancias gasificantes (aire, aire enriquecido, aire + vapor de agua, aire+ hidrogeno, aire + CO2) según si se pretende obtener energía o productos químicos. Durante este proceso la materia se oxida principalmente para garantizar la energía necesaria para el desarrollo del proceso, es decir, que genera su propia energía para el desarrollo del mismo.
Los equipos utilizados para este proceso son conocidos como gasificadores. Se trata de reactores que tienen la función de convertir la biomasa en gas combustible, portador, tanto de energía química como térmica.
La gasificación es la tecnología de mayor eficiencia y menor impacto ambiental cuando se trata de producir electricidad a bajo coste a partir de materiales sólidos. Este método tiene ventajas sobre otros procesos de tratamiento térmico como la combustión y la pirolisis, ya que permite: una mayor flexibilidad en la composición de combustibles, distintas aplicaciones finales y, como ya hemos comentado, es el proceso de menor impacto ambiental.
Planta de tratamiento de aguas en centrales de biomasa
El proceso de obtención de energía eléctrica mediante biomasa es relativamente sencillo.
La biomasa es recogida y transportada hasta la central y allí es quemada en unas calderas, produciendo el calor necesario para calentar el agua que circula por las paredes de las calderas hasta convertir dicha agua en vapor.
Este vapor, sobrecalentado a temperaturas superiores a los 500º, mueve una turbina que está conectada a un generador, que es el que acaba produciendo la energía eléctrica que se incorporará a la red de suministro de electricidad.
Ahora bien, cualquier agua no es valida para ser calentada y transformada en vapor. Si se quiere obtener vapor de calidad suficiente para acabar produciendo energía eléctrica será necesaria un agua de aporte de gran calidad, libre de sales e impurezas.
Por este motivo el agua que se recoge en la central de biomasa ha de ser filtrada en una Planta de Tratamiento de Aguas (PTA) antes de poder ser incorporada al proceso de producción de energía eléctrica.
Las Plantas de Tratamiento de Aguas de las centrales de biomasa acostumbran a estar compuestas por una combinación de diversas tecnologías. En primer lugar se conduce el agua recogida hacia un tratamiento medianteosmosis inversa, gracias al cual se hace una primera eliminación de sales, y posteriormente encontramos una segunda fase o post tratamiento con resinas o CEDI, para eliminar las impurezas restantes.
El resultado es un agua libre de agentes salinos e impurezas que puede ser conducida a las paredes de las calderas para ser transformada en vapor.
Una vez dicho vapor se ha utilizado para mover las turbinas, vuelve a estado líquido en el condensador y se impulsa en circuito cerrado hasta las paredes de la caldera para reiniciar el proceso.
El condensador se refrigera con agua, que ha sido previamente enfriada en las torres de refrigeración.
Vertido cero en la fabricación de tableros MDF
Los tableros MDF (Médium Density Board) son un aglomerado de fibras de madera, que se utilizan principalmente para la fabricación de muebles. Se trata de un producto en alza desde hace años debido a que combina una gran resistencia, estabilidad y calidad de los acabados, con unos costes muy razonables.
De forma muy resumida, podemos decir que para su fabricación se extrae la corteza de los troncos de los árboles, los cuales se envían a una desfibradora que los tritura y obtiene las fibras que se aglutinarán, mediante fuerte calor y presión, con resinas sintéticas para obtener los tableros.
Debido a la humedad de los troncos de madera, que puede oscilar entre un 1% y un 15% en seco, este proceso genera unos efluentes que contienen restos de fibra y de los diversos componentes químicos que presenta la madera. Se trata de un efluente con un alto contenido en solidos y una elevada DQO.
Un proceso muy habitual en el sector consiste en llevar a cabo una depuración físico-química del efluente. El problema es que el agua obtenida no presenta una DQO lo suficiente baja como para ser vertida. Una solución que algunos fabricantes han probado para deshacerse de esta agua es arrojarla a los hornos en los que se tratan los tableros para que se evapore con el alto calor, pero no ha resultado ser una solución eficiente, ya que deja restos y manchas sobre los tableros.
Sin ningún tipo de duda, la alternativa más adecuada para el tratamiento de efluentes generados en el proceso de fabricación de tableros de MDF es la evaporación al vacío, ya que permite reaprovechar los dos rechazos obtenidos tras la evaporación (el agua destilada y el concentrado de residuos), obteniendo como resultado un vertido cero.
Efectivamente, el efluente es introducido en el evaporador al vacío, el cual separa el agua de los residuos que contiene (las fibras y otros componentes químicos de la madera) obteniendo como resultados un agua destilada, que en vez de verterse puede ser enviada a las calderas para generar vapor, y un concentrado de fibra de madera y otros componentes que puede ser enviado a la caldera de biomasa para mezclarse con otros materiales y generar energía.
Para completar el círculo de reaprovechamiento de recursos, cabe sugerir que todos los desechos del árbol que no se aprovechan para producir los tableros de MDF, como la corteza, ramas, hojas, etc., pueden combustionarse para producir la energía necesaria para el funcionamiento del evaporador, lo cual reducirá prácticamente a cero el coste energético de instalar esta solución.
Cogeneración a partir de residuosLa cogeneración consiste en la producción simultánea, y aprovechamiento, de dos o más tipos de energías diferentes; normalmente, energía eléctrica y energía térmica (calor). A diferencia del proceso convencional de producción de electricidad en centrales térmicas, en el que se produce una gran cantidad de calor que no se aprovecha y que se libera al medio ambiente, en los sistemas de cogeneración, implícitamente, la planta de producción de energía está cerca del lugar de consumo de la misma.
La posibilidad de utilizar un residuo como materia prima para un proceso de producción de energía es muy atractiva tanto desde el punto de vista económico como desde el ambiental. Económicamente, porque se transforma un residuo (que lleva asociado un coste de gestión) en energía (que implica un ingreso económico). Y ambientalmente, porque es una vía de reducir la cantidad de residuos generados.
Así pues, las instalaciones idóneas para albergar un proceso de cogeneración deberán, por un lado, producir un residuo que sea combustible o pueda ser transformado en un combustible. Y por el otro lado, deberán tener demanda de energía térmica y energía eléctrica. Estos requisitos se cumplen fácilmente en:
1. Las plantas de tratamiento de aguas residuales mediante proceso biológico, ya sean urbanas como industriales. Los lodos generados, a través de un proceso de digestión anaerobia, son transformados en biogás (dióxido de carbono y metano) y lodos estabilizados, los cuales tienen aplicación agrícola como fertilizantes. El biogás, dependiendo de la riqueza relativa en metano que posea, tiene un mayor o menor poder calorífico, que en cualquier caso puede ser utilizado en un proceso de cogeneración.
En las plantas de tratamiento de aguas residuales, la energía térmica producida en el proceso de cogeneración se puede utilizar para mantener constante la temperatura del digestor anaerobio (a 36 ºC) y para calentar previamente los lodos digeridos antes del proceso de deshidratación, y consecuentemente aumentar la eficacia de esta operación.
2. Las explotaciones agrícolas y/o ganaderas, en las que se producen residuos biodegradables que también sonsometidos a un tratamiento de digestión anaerobia, para reducir la cantidad de residuos, a la vez que se genera una considerable cantidad de biogás.
En este tipo de explotaciones, el calor que se desprende en la cogeneración se puede utilizar para mantener a una temperatura confortable las naves en las que se encuentran los animales, para mantener controlada la temperatura en los invernaderos y para disminuir la sequedad del residuo sólido final precalentándolo previamente a la deshidratación.
3. Vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU), en los que, dadas las condiciones en las que se encuentran los residuos y su naturaleza orgánica, se produce un proceso natural de biometanización en el que se genera biogás.En los vertederos de RSU, la energía térmica excedente de la cogeneración puede ser de gran utilidad en el proceso de tratamiento de los lixiviados generados, concretamente, para reducir la humedad del residuo final, incluso hasta llegar a secarlo, mediante un proceso de concentración-evaporación.
Para transformar el biogás en energía eléctrica y energía térmica existen dos tecnologías alternativas: los motores de combustión y las microturbinas. Los motores de combustión sólo son válidos cuando la concentración de metano en el biogás es superior al 40%. Tienen una eficacia eléctrica del 35-40% y una eficacia térmica del 35-40%. En contrapartida, las microturbinas pueden operar con una riqueza de metano del 30% (35% en el arranque), su eficiencia eléctrica es del 25-30% y su eficiencia térmica del 55-60%. Considerando la eficiencia global (la suma de la eficiencia eléctrica y de la
eficiencia térmica), las microturbinas presentan mejores resultados que los motores de combustión.
En cuanto al mantenimiento, las microturbinas sólo tienen una parte móvil y son lubricadas por aire, mientras que los motores de combustión son mucho más complejos a nivel mecánico y precisan de aceite para su lubricación. Esto hace que el mantenimiento necesario de las microturbinas sea muy bajo mientras que los motores necesitan de atención constante.
En el caso de los motores, el calor excedente se obtiene de dos fuentes diferentes: del circuito de refrigeración y de los gases de combustión, mientras que en el caso de las microturbinas, la energía térmica se obtiene de una única corriente, aprovechando la alta temperatura de los gases de combustión.
Tanto en el caso de los motores de combustión como en el de las microturbinas, el biogás debe ser limpiado antes de entrar en contacto con estos equipos. En ambos casos se deben eliminar del biogás los siloxanos, los cuales se adsorben en un filtro de carbón activo. En el caso de los motores de combustión, además, también se debe eliminar del biogás el sulfuro de hidrógeno (H2S), el cual es un ácido muy corrosivo.
En cuanto a las emisiones, los motores de combustión generan mayor cantidad tanto de monóxido de carbono como de óxidos de nitrógeno.
Así pues, mediante un proceso de cogeneración se puede reducir la cantidad de residuo generado a la vez que se produce energía eléctrica, que se puede autoconsumir o vender a través de la red general, y energía térmica, que se puede utilizar tanto dentro del propio proceso, como para reducir la humedad del residuo final mediantes técnicas de evaporación-concentración. Tanto por la reducción de la cantidad de residuo como por la producción de energía, el proceso de cogeneración es completamente viable económicamente y el período de retorno de la inversión suele ser relativamente corto.
Biometanización de RSU (Residuos sólidos urbanos)La biometanización es un proceso en el que una selección natural de microorganismos descompone mediante una digestión anaerobia la materia orgánica, en ausencia de oxígeno, en biogás y un residuo sólido estabilizado (aproximadamente, la mitad en peso que el residuo de partida). El biogás, que es una mezcla de metano, dióxido de carbono y otros gases minoritarios, puede ser utilizado como combustible puesto que, si bien su composición depende de la materia orgánica digerida, la riqueza en metano suele estar entorno al 60%.
A pesar de que el proceso de digestión anaerobia se estudia desde a mediados del siglo pasado, su aplicación para el tratamiento de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) es relativamente reciente. De hecho, la implantación de la recogida selectiva de residuos, con la separación de la fracción orgánica, ha sido una de las causas que han empujado al desarrollo de nuevas vías de tratamiento. La FORSU se caracteriza por tener una elevada humedad, por lo que salidas típicas como la incineración o la disposición en vertedero no son las más adecuadas.
Así pues, los tratamientos más interesantes para la fracción orgánica son dos: la biometanización y el compostaje, con sus respectivas variantes. La ventaja principal que presenta la primera técnica en relación a la segunda es el hecho de que se trata de una tecnología que no sólo no consume energía, sino que la produce. Además, se trata de una energía renovable que contribuye a la disminución de la producción de gases con efecto invernadero. Este balance energético obviamente tiene un impacto positivo en los costes de explotación. Además, la digestión anaerobia es una tecnología especialmente adecuada para el tratamiento de residuos sólidos con un grado de humedad alto y que requiere un equilibrio de nutrientes menos estricto que el compostaje. Esto hace que en el caso de falta de disponibilidad de residuos de origen vegetal, la digestión anaerobia pueda ser técnicamente más adecuada. En contraposición, el proceso de biometanización es más complejo, porque necesita más etapas de proceso desde que la fracción orgánica entra en planta. Esto repercute en una mayor inversión inicial para su implantación.
En el proceso de biometanización se ha comprobado que en la mayoría de casos se produce mayor cantidad de biogás, y con una riqueza más elevada de metano, si el sustrato a digerir es una mezcla de FORSU y lodos de EDAR, lo que se conoce como codigestión. Los lodos de EDAR son una fuente muy importante de nutrientes y además en una proporción muy equilibrada.
El proceso de biometanización se inicia con la alimentación del sustrato orgánico (FORSU, lodos de EDAR o una mezcla de ambos) en el digestor anaeróbico, el cual opera con un tiempo de residencia en torno a 20-25 días. Del digestor salen dos efluentes, uno gaseoso, el biogás; y el otro líquido, el fango digerido con un 5% de concentración en peso. El fango digerido, ya estabilizado, puede ser utilizado en aplicaciones agrícolas como fertilizante (compost), una vez esté deshidratado. En el proceso de deshidratación, normalmente mediante filtración o centrifugación, se consigue concentrar hasta alrededor de un 25-35% de sequedad. La fracción líquida
obtenida en la deshidratación deberá ser tratada correctamente, puesto que su carga, sobretodo en nitrógeno y fósforo, es elevada. Una alternativa es tratar esta corriente mediante un proceso biológico de depuración, el cual necesitará de la adición de una fuente de carbono externa para permitir el crecimiento de la biomasa. Otra opción, aún más sostenible, consiste en concentrar la fracción líquida de la deshidratación mediante un proceso de evaporación al vacío, aprovechando la energía térmica residual producida en la transformación del biogás en electricidad (cogeneración). El biogás suele ser utilizado para producir electricidad mediante motores de combustión o bien microturbinas.
En ambos casos, fruto de la producción de la energía eléctrica, se produce un calor residual que es necesario eliminar. Este calor puede ser utilizado eficientemente para precalentar el sustrato de entrada al digestor y así mantener éste trabajando constantemente a la temperatura óptima de operación (36 ºC en la digestión anaerobia mesofílica y entre 45 ºC y 65 ºC en el caso de la termofílica) a la vez que para evaporar el agua de la fracción líquida de la deshidratación. Como resultado de esta evaporación-concentración se obtiene un residuo prácticamente seco, con una reducción en peso en torno al 75%, y una corriente de agua de gran pureza.
Así pues, la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos puede ser revalorizada mediante una planta de biometanización, sostenible y energéticamente autosuficiente. Esta planta puede ser diseñada y explotada de manera que transforme la FORSU en compost, el cual tiene salida en aplicaciones agrícolas, energía eléctrica, apta para ser vendida a la red general eléctrica, y agua de elevada pureza.
Maderas residuales para generar energía mediante gasificación
La energía no es un bien en sí misma, sino un bien intermedio destinado a satisfacer otras necesidades en la producción de bienes y servicios, por lo que es imprescindible para el desarrollo de diferentes tipos de procesos e industrias que satisfacen necesidades vitales para la sociedad. Al ser un bien escaso, los países dependientes de la energía fósil ponen, cada vez, más interés en las energías renovables. La biomasa constituye una valiosa materia para la producción de energía y productos químicos. Y los procesos de tratamiento térmico son tecnologías que dan valor a la biomasa desde el punto de vista energético.
La cogeneración es el procedimiento de generación de energía en el que se genera simultáneamente electricidad y calor. Se trata de un sistema sumamente eficiente, porqué el calor es producido durante el proceso de generación de electricidad, lo que supone un aprovechamiento del calor residual. Los módulos de cogeneración de baja potencia (MCBP), basados en la gasificación de biomasa son una alternativa para suplir necesidades energéticas en instalaciones alejadas de la red eléctrica.
La gasificación como proceso térmico es un medio de obtención de energía a partir de biomasa. La biomasa es toda aquella materia orgánica de origen vegetal y animal, y se puede clasificar según su origen en distintos grupos:
Biomasa natural: es aquella que se produce en los ecosistemas, sin la intervención del hombre, por lo que no es posible la producción intensiva de este recurso.
Biomasa residual: es generada por la actuación humana en procesos agrícolas, ganaderos, basuras y aguas residuales.
Cultivos energéticos o biomasa producida: se trata de cultivos producidos con el objetivo de obtener biomasa. Son producidos en gran cantidad, lo que permite minimizar los cuidados al cultivo.
Excedentes agrícolas: excedentes agrícolas no utilizados para la alimentación humana.
La gasificación es el proceso de conservación térmica de la materia orgánica a elevada temperatura para producir principalmente gases combustibles, y en menor medida vapor de agua y compuestos condensables, es decir, alquitranes. En el proceso se emplean distintas sustancias gasificantes (aire, aire enriquecido, aire + vapor de agua, aire+ hidrogeno, aire + CO2) según si se pretende obtener energía o productos químicos. Durante este proceso la materia se oxida principalmente para garantizar la energía necesaria para el desarrollo del proceso, es decir, que genera su propia energía para el desarrollo del mismo.
Los equipos utilizados para este proceso son conocidos como gasificadores. Se trata de reactores que tienen la función de convertir la biomasa en gas combustible, portador, tanto de energía química como térmica.
La gasificación es la tecnología de mayor eficiencia y menor impacto ambiental cuando se trata de producir electricidad a bajo coste a partir de materiales sólidos. Este método tiene ventajas sobre otros procesos de tratamiento térmico como la combustión y la pirolisis, ya que permite: una mayor flexibilidad en la composición de combustibles, distintas aplicaciones finales y, como ya hemos comentado, es el proceso de menor impacto ambiental.
La cogeneración para abastecer plantas de tratamiento de aguas y aguas residuales
La generación de energía eléctrica se puede llevar a cabo mediante una gran variedad de procesos.
En la mayoría de estos procesos encontramos una dinamo o alternador que son movidos por un motor térmico o una turbina. Para mover dicha turbina se utiliza vapor a alta temperatura, que se obtiene calentando el agua ultra pura que se ha obtenido en la planta de tratamiento de aguas (PTA).
Al generar la energía eléctrica no se aprovecha todo el calor del vapor. Esta energía térmica “sobrante” puede ser emitida a la atmósfera, con lo que se pierde y no se aprovecha todo su potencial, o puede ser reaprovechada.Aquí es donde entran en escena las diferentes técnicas de cogeneración, que permiten aprovechar una parte importante de la energía térmica que normalmente se disiparía en la atmósfera.
Las tecnologías de cogeneración permiten alcanzar unos rendimientos del 85%, si sumamos el vapor con el que se genera electricidad y el calor residual que se reaprovecha, lo que favorece a la obtención de elevados índices de ahorro energéticos sin alterar el proceso productivo.
Como ya hemos comentado en anteriores posts, los distintos tipos de centrales que hay para generar energía eléctrica necesitan de una planta de tratamiento de aguas (PTA), con la que limpiar de impurezas el agua que se ha de utilizar para transformarla en vapor, y de una planta de tratamiento de efluentes (PTE), que permita tratar los efluentes que se obtienen tras el proceso de generar energía eléctrica.
Las diferentes tecnologías utilizadas en la PTA y en la PTE tienen necesidades térmicas importantes, que pueden ser cubiertas mediante las plantas de cogeneración.
La clave es aprovechar los gases de escape y la energía térmica procedentes de los circuitos de refrigeración de los motores, aprovechándolos para aportar la energía calorífica necesaria para diferentes equipos como losevaporadores al vacío, los cristalizadores o las plantas de ósmosis inversa.
De esta forma, se consigue mejorar la eficiencia con intercambiadores para calentar el líquido antes de entrar al evaporador, aprovechando el calor latente de condensación de los vapores.
Tecnologías para tratamiento de aire: Biofiltros y biolavadores
La biofiltración es un proceso biológico utilizado para el tratamiento de compuestos orgánicos volátiles e inorgánicos. Para su aplicación se utilizan microorganismos que someten a los contaminantes contenidos en el aire a una degradación biológica.
Durante un proceso de tratamiento de aire mediante biofiltración, el aire contaminado pasa a través de los macroporos del material filtrante. En ese momento los contaminantes se degradan, para ser posteriormente transferidos a un medio líquido donde son utilizados como fuente de carbono y energía (compuestos orgánicos) o como fuente de energía (compuestos inorgánicos).
La utilización implica producción de biomasa y la oxidación parcial o total del contaminante. A su vez, la biomasa, bajo ciertas condiciones sufre una oxidación por respiración endógena. De esta manera, los procesos de biofiltración dan lugar a una descomposición completa de los contaminantes, creando productos no peligrosos.
Encontramos tres tipos de biofiltros:
Los biofiltros de lecho fijo constan de un material filtrante que puede ser sintético u orgánico, que sirve como soporte para los microorganismos. Algunos de los materiales filtrantes que pueden utilizarse son rocas porosas, tierra de diatomeas, perlita, tierra,
trozos de maderas, así como diferentes tipos de compostas o residuos orgánicos. Funcionan haciendo pasar la corriente gaseosa saturada de humedad que contiene al contaminante a través del lecho en donde los contaminantes son degradados por los microorganismos. Convenientes para tratar contaminantes muy poco solubles en agua debido a la ausencia de la fase acuosa. Es importante mencionar que la huella física de los BLF es mayor con respecto a los otros tipos de biofiltros.
El biofiltro de lecho escurrido consiste de una columna empacada con un soporte inerte donde se desarrolla la biopelícula. A través del lecho se alimenta una corriente gaseosa que contiene al sustrato por biodegradar y una corriente líquida que es comúnmente reciclada a través del lecho y que tiene la función de aportar nutrientes esenciales a la biopelícula, así como de remover los productos de degradación de los microorganismos. Estos sistemas se recomiendan para compuestos solubles en agua. La recirculación del líquido facilita la eliminación de los productos de reacción así como un mayor control sobre el proceso biológico a través del control del pH y la composición del medio líquido. Son los equipos con menor huella física y son sencillos de operar.
En los biolavadores el compuesto a degradar primero es absorbido en la fase líquida localizada en una torre de absorción llena de líquido. La operación consiste en hacer fluir el gas a contracorriente a través del líquido, donde los contaminantes y el O 2 son absorbidos. Posteriormente el líquido es alimentado a un reactor empacado de un material inerte cubierto de la película biológica encargada de degradar al contaminante. Los BL son los sistemas más adecuados para el tratamiento de compuestos muy solubles en agua.
Su ventaja respecto a los biofiltros es que no acumulan productos que pudieran tener efectos nocivos para los microorganismos y la facilidad de control del proceso biológico a través de la composición del medio líquido.
Sin embargo, resultan más costosos ya que requieren de dos equipos, uno para la absorción y otro para la biodegradación del contaminante, lo que los hace poco económicos respecto a los biofiltros de lecho escurrido.
La selección del sistema más apropiado depende de las características de la corriente gaseosa a tratar, la eficiencia de remoción esperada y los costos involucrados.
Los principales parámetros a tener en cuenta para el diseño de un sistema de biofiltración son:
1. Características del gas contaminante (concentración, flujo, presencia de partículas, temperatura).2. Selección del material filtrante.3. Contenido de humedad del material filtrante.4. Microorganismos.
Tratamiento de emisiones de NOx mediante Reducción Catalítica Selectiva (SCR)
NOx – Tratamiento de emisiones de NOx
Los óxidos de nitrógeno NOx son unos compuestos inorgánicos gaseosos formados por la combinación de oxígeno y nitrógeno. Normalmente su origen lo encontramos en diferentes procesos de combustión, que se dan a elevadas temperaturas.
El monóxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno son los dos óxidos de nitrógeno más peligrosos, ya que pueden resultar muy dañinos toxicológicamente. El dióxido de nitrógeno tiene además un olor desagradable y muy fuerte. A pesar de ello, ninguno de los dos resulta ser inflamable.
Los óxidos de nitrógeno pueden ser originados en diversas industrias y procesos como la producción de energía, la combustión de carbón, petróleo o gas natural, la galvanoplastia, el grabado de metales, o diferentes tipos de soldadura.
La emisión de óxidos de nitrógeno resulta muy peligrosa para la salud, ya que afecta a los aparatos respiratorios de personas y animales, pudiendo llegar a producir enfermedades respiratorias y cardiovasculares por su carácter ácido. Además, una vez son emitidos pueden dar origen a otros contaminantes secundarios, por ejemplo el PAN (nitrato de peroxiacetilo). Las reacciones producidas en la atmósfera por estos compuestos son muy complejas, e intervienen radicales como OH, O3 NO, y otros.
Por todo ello es muy importante que aquellas industrias que fruto de sus procesos productivos originen emisiones de NOx, tomen las medidas necesarias para limitar la emisión de estos compuestos inorgánicos. Las tecnologías detratamiento del aire para controlar las emisiones de NOx se pueden clasificar en dos grupos, aquellas que se aplican en la combustión para reducir la formación de los NOx, o aquellas consistentes en el tratamiento del efluente paraeliminar los NOx.
En el primer caso encontramos diferentes opciones como los quemadores de baja producción de NOx, recirculación del gas, inyección de agua o vapor, etc. El problema de estas soluciones es que en muchos casos la reducción de NOx alcanzada no es suficiente para cumplir las estrictas legislaciones existentes.
Por ello es mucho más seguro apostar por tecnologías destinadas a la eliminación de los NOx, que se basan en la retención de los NOx o en su transformación en compuestos o elementos inocuos. Entre los distintos métodos de tratamiento de los gases de combustión, la tecnología de catálisis ha demostrado ser la más efectiva. Así, el proceso de la Reducción Catalítica Selectiva (SCR), que utiliza amoníaco como agente reductor, es hoy en día la tecnología más utilizada industrialmente y desarrollada en el mundo, pues permite eliminar eficaz, selectiva y económicamente los NOx.
El proceso SCR está basado en la reducción de los NOx con NH3, en presencia de exceso de O2 y un catalizador apropiado, para transformarse en sustancias inocuas tales como agua y nitrógeno de acuerdo a las siguientes reacciones. El amoníaco en forma de hidróxido amónico líquido, es vaporizado, diluido con aire e inyectado directamente en la corriente de gases a tratar a través de un distribuidor.
Sin embargo también es posible la aparición de reacciones secundarias indeseables, como la formación de óxido nitroso, o der nitrógeno molecular y óxido nítrico, cuando el amoniaco reacciona con el oxigenoEn el caso de combustibles con alto porcentaje en azufre, durante su combustión se produce también SO2 que puede ser catalíticamente oxidado a SO3. La oxidación del SO3 puede reaccionar con el agua y el amoniaco no reaccionado para formar ácido sulfúrico y sulfato amónico.
Las sales de sulfato se pueden depositar y acumular sobre el catalizador dando lugar a su desactivación si la temperatura del catalizador no es suficientemente alta, y el ácido sulfúrico formado puede provocar problemas de corrosión aguas abajo en la planta. Por tanto, dependiendo de las condiciones de operación requeridas se debe disponer de un sistema catalítico DeNOx altamente selectivo para reducir los NOx con el NH3 en presencia de O2, evitando todas las reacciones secundarias no deseables.
Depuración de emisiones gaseosas ácidas de la industria cerámica
La industria cerámica es una de las más afectadas por depuración de emisiones con compuestos inorgánicos .
El ITC (Instituto Técnico de la Cerámica), elaboró el pasado 2009 un documento en el que se analizan las distintas técnicas de tratamiento de aire disponibles para la depuración de emisiones gaseosas ácidas en la industria química.
A través de dicho documento se repasan algunos aspectos de especial interés como el marco legal o los distintos sistemas de depuración de emisiones con compuestos inorgánicos, con especial énfasis en las reacciones químicas y los equipos de separación. Al final del documento también se incluye una comparativa entre los distintos sistemas de tratamientos.
Filtros de carbón activado a partir de residuos de cáñamo para disminuir las emisiones de COV
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Instituciones y empresas de España, Francia e Inglaterra han puesto en marcha un proyecto denominado CARVOC (Filtros innovadores ecológicos de carbón activado para la eliminación de compuestos orgánicos volátiles), que pretende obtener filtros ecológicos de carbón activado a partir de residuos de cáñamo. Dichos filtros podrán ser aplicados para el tratamiento de emisiones atmosféricas, como son los compuestos orgánicos volátiles (COV), o los vertidos accidentales de gases industriales tóxicos.
El objeto final es obtener unos filtros capaces de adsorber sustancias químicas emitidas por industrias altamente contaminantes e integrarlos en sistemas industriales de filtración y en productos destinados a la purificación de compuestos orgánicos volátiles.
Los filtros serán fabricados a partir de residuos de cáñamo procedentes de la agricultura y el procesamiento industrial, una materia prima novedosa, natural y sostenible, ya que
el cáñamo proviene de un cultivo sostenible con características ambientales beneficiosas que no ofrecen otras plantas, y cuyos residuos tienen ventajas interesantes para la preparación de carbón activado (material poroso con una gran área superficial que es capaz de adsorber gran diversidad de sustancias, tanto gaseosas como líquidas).
A día de hoy el 60% de la producción mundial de carbón activado se obtiene a partir de carbón mineral. El carbón activado es una tecnología muy útil para la eliminación de contaminantes procedentes de sectores muy variados, tanto en emisiones atmosféricas, como en residuos líquidos.
A través de diferentes métodos se intentará obtener carbones activados con texturas porosas adecuadas para retener gases y vapores, que puedan actuar de forma eficiente en la reducción de contaminantes.Gracias a la valorización de un residuo natural, como es el cáñamo, se podrá reducir la actual tasa de importación de carbón activado, que es de un 26%, mediante una producción competitiva de estos materiales y su aplicación para la eliminación de compuestos orgánicos volátiles.
La iniciativa, financiada por la Comisión Europea, tiene un presupuesto total de 1,5 millones de euros, y termina a finales de 2014.
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Tratamiento de aguas residuales con COV’s: la evapo-oxidación
Se trata de un procedimiento de depuración de aguas residuales que aúna la separación térmica de sustancias solubles en agua con la depuración desustancias orgánicas volátiles.
Los residuos apropiados para ser tratados por evapo-oxidación son aguas de carácter orgánico (no organohalogenados), con presencia o no de sales y otros compuestos inorgánicos (derivados del nitrógeno, del azufre…), poder calorífico inferior (PCI) bajo, que no presentan carácter inflamable ni disolventes y con valores de DQO significativos.
En una primera fase, se somete al efluente a un proceso de evaporación, que genera un vapor de agua que arrastra consigo las sustancias volátiles, ya que estas tienen un punto de ebullición más bajo que el agua. Igualmente, también se arrastran todas aquellas sustancias que forman mezclas azeotrópicas.
Tras esta primera etapa, el vapor de agua que se ha obtenido es enviado, junto con las sustancias volátiles, a una cámara de oxidación, donde dicho vapor es quemado, evitando de esta forma su emisión a la atmósfera y su acción contaminante.
De esta forma, la oxidación térmica del vapor permite destruir completamente los volátiles que se encontraban en el efluente.
Otra opción es aprovechar estos compuestos volátiles (siempre y cuando estén en presencia elevada) para llevar a cabo un proceso auto térmico, ya que generan suficiente calor en su combustión como para no precisar calor externo. De esta forma, se puede obtener la energía necesaria para alimentar el propio proceso.
Por otra parte, el primer proceso de evaporación al que se somete al efluente, antes de la fase de oxidación del vapor, tiene como resultado un concentrado de los residuos orgánicos que se encontraban en el efluente, que ya pueden ser enviados al gestor de residuos o ser sometidos a una segunda fase de concentración para su recuperación y valorización.
Cabe destacar que también es posible utilizar el procedimiento de evapo-oxidación en vapores con escaso poder calorífico, así como para la eliminación de sustancias odoríferas.
Aunque se trata de un procedimiento que ofrece muy buenos resultados, la evapo-oxidación no es la única tecnología para tratar efluentes que contienen COV’s. Una variante a este proceso es el stripping en columnas con vapor o aire caliente a contracorriente, para posteriormente utilizar sistemas de OTR para la oxidación térmica de los volátiles.
Tratamiento y recuperación de COV’s mediante crio-condensación
La técnica de la crio-condensación consiste en el enfriamiento de emisiones atmosféricas a temperaturas muy bajas mediante la utilización de nitrógeno líquido.
Esta tecnología no es sólo útil para la depuración de emisiones con COV’s, sino que también permite la condensación y recuperación de materias primas costosas y contaminantes que suelen estar presentes en emisiones de procesos donde están implicados disolventes orgánicos.
La crio-condensación es un método limpio y no destructivo, ya que recupera en estado líquido aquellas emisiones de vapor que iban a ser enviadas a la atmósfera. Para ello se lleva a cabo la refrigeración controlada de los vapores de proceso de una sustancia determinada, hasta alcanzar el punto de rocío de la misma, momento en el que se inicia su condensación.
Mediante una columna de condensación, por la que atraviesa la corriente de aire contaminada por COV’s, circula a contracorriente un flujo de nitrógeno líquido, el cual enfría el aire con la sustancia volátil por debajo de la temperatura de condensación (se puede llagar hasta -200ºC). Esto produce la congelación de la humedad del aire y se obtiene el producto líquido que puede volver a ser utilizado en proceso. El nitrógeno empleado puede ser reutilizado mediante una pequeña estación de compresión para usarlo como gas en fabricación o se puede verter a la atmósfera si no hay una utilidad para el mismo.
La gama de equipos disponibles cubre un amplio espectro de disolventes a recuperar, como son: tolueno, acetona, metanol, derivados clorados, hidrocarburos, etc.
La crio-condensación permite tratar diferentes corrientes, caudales, presiones e incluso diseñar sistemas a medida para cada caso. Como ya hemos dicho, existe la posibilidad de rehusar los disolventes condensados así como el nitrógeno que se genera.
Como agente refrigerante se usa el nitrógeno líquido, que gracias a sus propiedades, permite la condensación de todas las sustancias consideradas COV´s, en un rango comprendido entre los -30 y -120 ºC.
La temperatura de condensación, viene determinada por los compuestos a tratar y por las ppm que queramos alcanzar en la corriente de emisión.
Proceso de extracción para la producción de stevia
STEVIA proceso industrial para la extracción y producción de edulcorante natural.
La Stevia es una planta originaria de Paraguay, cuyas hojas contienen una sustancia denominada esteviósido. Dicho esteviósido está compuesto de glucosa y rebaudiósido, lo cual confiere a la stevia un poder edulcorante muy superior al del azúcar, con la ventaja añadida de que se trata de un edulcorante mucho más beneficioso para la salud, ya que no contiene calorías y posee numerosas vitaminas, minerales y nutrientes.
Para llegar a convertir la planta en cristales y polvo para su consumo se requiere del siguiente proceso:
Recogida de las hojas de Stevia y secado de las hojas a la sombra con una humedad en torno a un 7% u 8%.
Triturado de las hojas en una trituradora industrial.
Extracción del esteviósido en marmitas de vapor a una temperatura aproximada de 60º C.
Tras la extracción sigue un proceso de pretratamiento con filtros, con el objetivo de retener las partículas de mayor tamaño, que son las que pueden saturar las membranas que se utilizaran posteriormente. Se utilizan filtros de diferentes tamaños, desde 20 micras a 1 micra, así como carbón activado.
La siguiente etapa es el proceso de microfiltración y se lleva a cabo para eliminar algunos pigmentos y sustancias de alto peso molecular mediante membranas de ultrafiltración. Este proceso permite obtener un 20% de concentrado y un 80% de diluido. La membrana retiene el concentrado obtenido, que vuelve a ser mezclado con agua y sometido nuevamente al proceso para asegurar una extracción óptima de los edulcorantes.
Por su parte, el diluido pasa a un nuevo proceso mediante membranas de nanofiltración que repite el mismo proceso y obtiene los mismos resultados que la anterior etapa. Se obtiene un concentrado del 20%, que se vuelve a mezclar con agua para ser sometido por segunda vez al proceso, y un 80% de diluido que es enviado al siguiente proceso de extracción.
Finalmente, el concentrado de edulcorante que hemos ido obteniendo en las diferentes etapas es sometido a un proceso de cristalización mediante evaporadores al vacío. El objetivo es evaporar el agua y obtener una sustancia sobresaturada que facilite la formación de los cristales.
Para acabar se aplica un proceso de secado a los cristales que reduzca la humedad a un 2% mediante una corriente de aire caliente.
En este punto ya tenemos el concentrado de stevia listo para ser producido y preparado para su venta.
Sistemas de cristalización, secado e inertizado de vertidos líquidos industriales: vertido cero
En el tratamiento de vertidos líquidos industriales se aspira a conseguir el llamado vertido cero, esto significa que el proceso de tratamiento o depuración no produce ningún vertido líquido y normalmente se obtiene un agua de buena calidad que puede ser reutilizada en procesos de fábrica, además de un residuo sólido que suele ser valorizable para su comercialización
interna/externa o combustible. Cuando no puede ser reaprovechado por carecer de valor puede ser cedido a depósitos controlados.
Algunos de los procesos que inciden de forma especial para obtener el vertido cero son la cristalización, el secado térmico y la estabilización de líquidos.
Para llegar a estos resultados normalmente se precisa de una etapa previa de concentración mediante equipos deevaporación al vacío de alta eficiencia energética, para obtener unos efluentes concentrados (salmueras), que serán los que posteriormente serán minimizados con alguna de las mencionadas técnicas.
Cristalización
La Cristalización genera cristales sólidos que se separan de un solvente (normalmente agua). El proceso industrial de Cristalización consiste fundamentalmente en obtener de forma temporal la sobresaturación del soluto por encima del equilibrio, esta es la autentica fuerza motriz del proceso. Esto puede alcanzarse mediante la reconcentración del soluto por la evaporación del solvente, el enfriamiento de la solución o la acción de otro producto químico que se adiciona a la solución para disminuir la solubilidad del soluto original, o incluso una combinación de los tres procesos.
En la cristalización se verifican además diferentes etapas sustanciales que se distinguen de la sobresaturación y que marcan la cinética de formación de cristales y por tanto el tamaño de estos. Actuando sobre la temperatura, la agitación y el tiempo es posible obtener cristales muy finos o gruesos siguiendo este patrón.
Los cristalizadores por evaporación trabajan al vacío, evaporan el agua a temperatura reducida gracias al vacío (35-80ºC), esta se condensa y se puede reutilizar como agua destilada. La especial configuración del recipiente de evaporación con un sistema de calefacción tipo camisa, por donde circula el fluido de calefacción (vapor, agua caliente, fluido térmico) permite alcanzar elevadas concentraciones en la cámara con presencia de sólidos sin que esto represente ningún problema para el proceso.
A la salida del cristalizador se precisa normalmente la ayuda de algún sistema final de deshidratación de las sales:
Centrífuga: Este equipo permite deshidratar por lotes grandes cantidades de cristales de todo tipo de sales
Filtro deshidratador: Se descarga el lote de licor madre y sales sobre un tapiz que drena el líquido que vuelve a cabecera del evapo-cristalizador, mientras que las sales quedan retenidas y separadas por un rascador a inal del recorrido que las descarga sobre un contenedor.
Contenedor de drenaje: Sigue el mismo procedimiento que el anterior pero sus mayores dimensiones permite tratar mayores cantidades de sales cristalizadas.
Tambor rotativo: con camisa de enfriamiento del cilindro exterior y un rascador que extrae los cristales que se depositan en la superficie interna. El líquido a cristalizar procede de una etapa de concentración por evaporación y por tanto esta caliente. El fluido de enfriamiento puede ser agua de un circuito de refrigeración con torre evaporativa o de fluido refrigerante que se mantiene a muy baja temperatura con equipos de frío industrial.
Reactor decantador: un proceso que utiliza la evaporación previa para concentrar el soluto pero en la zona de equilibrio, luego mediante la dosificación de un producto químico específicamente estudiado para cada caso, puede ser otra sal, otro solvente, un polímero, etc. Se produce un desequilibrio en la solución original que conduce a la precipitación de cristales que son extraídos del tanque de reacción por dispositivo diseñado para tal fin.Este proceso permite la cristalización fraccionada y la obtención separa de diferentes cristales de sustancias de elevado valor añadido.
Secado térmico (spray drying)
El secado térmico consiste en pulverizar una solución rica en sólidos disueltos, nunca en suspensión, en una cámara que se mantiene caliente por acción de los gases de combustión de un quemador o de aire caliente (180 a 400 ºC). Al entrar en contacto con la temperatura el solvente se evapora instantáneamente y el sólido precipita en el fondo de la cámara. Un sistema de venturi permite extraer el sólido secado y se separa del vapor de agua y gases de combustión fríos (aprox. 100ºC) que se emiten al exterior. Un proceso de filtrado/lavado de estos gases garantiza los límites de emisión a la atmósfera.
Debido a que es un proceso que consume gran cantidad de energía (kwt/litro evaporado) es preferible utilizar después de un proceso de evaporación para reconcentrar el soluto y disminuir el volumen de agua a evaporar. El sólido obtenido puede ser reutilizado cuando es posible o cedido a depósito controlado.
Estabilización / inertizado
La estabilización de líquidos es muy recomendable cuando la gestión del residuo líquido es muy costosa o imposible y cuando la cristalización o secado térmico no puede aplicarse por cuestiones técnicas o de inversión.
Consiste en la mezcla del residuo líquido o pastoso, previamente concentrado por evaporador, con un material inerte de bajo coste. Normalmente se emplea para este fin arcillas, cal viva, cal apagada, cemento, etc., aunque también suelen emplearse algunos polímeros deshidratantes como bentonita, sepiolita, etc. En algunos casos puede utilizarse otro residuo sólido (por ejemplo: fangos depuradora, cenizas, escorias, etc.).
El proceso de mezcla se hace por lotes o en continuo en un equipo denominado BLENDER, que consiste en un tambor donde llegan por separado la alimentación del líquido o pasta y el producto sólido estabilizante, se mezclan hasta formar una masa homogénea y se descarga por la boca frontal hacia un contenedor.
La mezcla se cementa en unas horas y con el paso del tiempo pierde prácticamente toda la humedad, quedando solidificada e inerte. Este producto puede llevarse a vertedero sin más problema ya que no se volverá a disolver nunca más.
La cantidad de producto cementante estabilizante por litro de líquido o pasta dependerá del tipo de residuo pero normalmente esta entre los 0,8 y 2 litros de cementante por litro de residuo líquido o pasta.En el tratamiento de vertidos líquidos industriales se aspira a conseguir el llamado vertido cero, esto significa que el proceso de tratamiento o depuración no produce ningún vertido líquido y normalmente se obtiene un agua de buena calidad que puede ser reutilizada en procesos de fábrica, además de un residuo
sólido que suele ser valorizable para su comercialización interna/externa o combustible. Cuando no puede ser reaprovechado por carecer de valor puede ser cedido a depósitos controlados.
Vertido cero en la depuración de efluentes
La mayoría de las industrias utilizan agua de alguna forma en sus procesos de producción. Esta agua acaba generando unos efluentes que habrán de ser tratados con el objetivo de obtener nuevamente agua limpia, que podrá ser reutilizada mediante un sistema de vertido cero, o vertida a la naturaleza en función de los intereses de la empresa.
Sin embargo, el flujo de efluentes y su composición resulta muy variable y este es uno de los principales problemas en el diseño de un sistema de vertido cero: entender el efluente a tratar. Su caudal y composición, así como la pureza que queremos obtener tras el proceso de depuración, son factores esenciales en el diseño de un sistema de vertido cero. Debido a que cada efluente es diferente no se puede diseñar un sistema de vertido cero que funcione como sistema único y aplicable de forma general.
Hoy en día la mayor parte de las instalaciones de vertido cero se llevan a cabo en diferentes sectores industriales y en actividades relacionadas con la producción de energía, así como en vertederos de Residuos Sólidos Urbanos.
Diferentes sistemas de vertido cero
La evaporación al vacío es la tecnología más útil para obtener un vertido cero. Mediante esta tecnología se puede recuperar alrededor del 95% de las aguas residuales, obteniendo un agua destilada que puede ser reutilizada. Los residuos de salmuera restantes pueden ser reducidos a sólido en un cristalizador.
Sin embargo, la evaporación por sí sola puede ser una opción cara cuando los caudales son considerables. Una manera de resolver este problema es la integración de las
tecnologías de membrana, especialmente ósmosis inversa y electrodiálisis reversible, con la evaporación. A día de hoy es muy habitual combinar ambas tecnologías en el diseño de sistemas de vertido cero.
Mediante la combinación de las tecnologías de membranas con la evaporación y la cristalización, los sistemas de vertido cero han resultado más eficientes y menos costosos. La forma en que se combinan dichas tecnologías depende del efluente a tratar.
El diseño de un sistema de vertido cero
Como se mencionó anteriormente, la composición del efluente es esencial en el diseño de un sistema de vertido cero. Un efluente mal descrito conducirá a un diseño que está lejos de su nivel óptimo, bien porque sea demasiado grande y caro o demasiado pequeño para lograr la separación requerida.
El caudal acostumbra a determinar el tamaño de la instalación y, por tanto, el coste inicial de la misma. Por otra parte, los componentes del efluente también deben ser analizados y preferiblemente en diversas ocasiones para ver si puede haber diferentes composiciones. Dependiendo del proceso que se utilice las composiciones pueden variar ligeramente. Las medidas más comunes a analizar hoy en día son la demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de oxígeno (DBO), carbono orgánico total (TOC), así como el análisis de inorgánicos (aniones, cationes, sílice).
Descripción de los componentes
Ósmosis inversa
La ósmosis inversa es un proceso donde el agua está bajo presión para que pase a través de una membrana semi-permeable, dejando las sales inorgánicas disueltas y sílice atrás. Hay que tener en cuenta que algunos compuestos orgánicos y los sólidos en suspensión pueden dañar los sistemas de ósmosis inversa, por lo que es recomendable llevar a cabo un pretratamiento o filtración antes de utilizar esta tecnología.
Electrodesionización (EDI)
Se trata de un proceso de membranas en el que los electrolitos migran a través de membranas selectivas de carga en respuesta a un campo eléctrico. Durante el proceso la polaridad de los electrodos se invierte varias veces por hora y el agua dulce y las aguas residuales concentradas se intercambian dentro de la pila de membrana para eliminar suciedad y descamación. La electrodesionización también requiere la eliminación previa de los sólidos y los compuestos orgánicos para un funcionamiento fiable.
Evaporadores al vacío
Encontramos una gran variedad de evaporadores: bomba de calor, compresión mecánica del vapor, película descendente, circulación forzada, con rascador, etc. La gran ventaja de los evaporadores al vacío es que producen un destilado muy limpio, que por lo general contiene menos de 10 ppm, siendo esta una de las razones principales por las que se utilizan en sistemas de vertido cero. Normalmente el evaporador se utiliza para
tratar los rechazos de las membranas y concentrar los residuos contenidos en el efluente hasta un estado prácticamente sólido.
Destaca su capacidad para concentrar salmueras, un problema muy habitual en muchas industrias.
Cristalizadores
Un cristalizador es un tipo de evaporador de circulación forzada, que utiliza un compresor mecánico de vapor como fuente de energía.
El cristalizador consigue reducir a un sólido seco el rechazo de un evaporador para su posterior eliminación. Por otra parte se obtiene un agua de alta pureza para su reutilización.
Tratamiento de efluentes y vertido cero en minería
Una mina genera una gran cantidad de efluentes de elevada carga debido al contacto del agua con distintos tipos de minerales. El origen de estos efluentes podemos encontrarlo en los distintos procesos que se llevan a cabo en la mina, así como en el drenaje de lluvías que caen sobre el lugar.
Los efluentes de proceso pueden tener su origen en:
•Aguas de lavado
•Flujos ácidos del proceso
•Aguas de Lixiviación, flotación y concentración
•Efluentes de refino y lavadores de gases
Por su parte, las lluvías que se infiltran en las escombreras de la mina también originan procesos de oxidación, hidrolisis, lavado, etc. que tienen como resultado un efluente altamente contaminante.
El contacto entre los minerales y el agua, tanto de proceso como de lluvias, puede originar distintas reacciones, y por lo tanto efluentes de composición muy diversa, que dependerán de la naturaleza de cada mineral, ya que los hay más o menos solubles, hidrolizables y no hidrolizables, así como sorbentes y no sorbentes. Así pues, el vertido de estos efluentes puede provocar gravísimas consecuencias sobre el medio y su entorno, ya que alteran completamente la química del agua.
Tradicionalmente se habían aplicado metodos físico-químicos o biológicos para el tratamiento de estos efluentes, pero a día de hoy el vertido cero ha demostrado ser la opción más inteligente, ya que garantiza la protección del ecosistema, el reuso del agua en lugares donde no es siempre sencillo acceder a ella, y a largo plazo supone la alternativa más económica, una vez se ha amortizado el coste de la instalación.
Las únicas tecnologías que, a día de hoy, pueden garantizarnos el vertido cero son la evaporación al vacío y la cristalización, combinadas o no, según sea la composición del efluente, con otras tecnologías de membranas o procesos de pretratamiento. Gracias a la instalación de estas plantas de tratamiento de efluentes podemos obtener un 95% de agua destilada y lista para ser reutilizada y, por otra parte, un rechazo más o menos sólido para ser enviado al gestor de residuos.
Eliminación de metales pesados de un efluente industrial mediante electrocoagulación
Las industrias que generan efluentes con un mayor contenido de metales pesados son: minería, quema de carbón, siderúrgica, pintura, colorantes, textiles, galvánica, metalmecánica, curtiembre, baterías, etc.En dichos efluentes es habitual encontrar metales como Cr, Pb, An, Ni, Cu, por lo que es muy peligroso vertirlos directamente, ya que pueden ser fácilmente absorbidos por
peces y vegetales y posteriormente acumularse en el cuerpo humano a través de la ingesta de dichos productos alimenticios.
Altas cantidades de elementos como CR, Pb o Ni están asociados a enfermedades de extrema gravedad como el cáncer de pulmón. Igualmente, el plomo y sus componentes son cancerigenos y fácilmente distribuibles mediante la sangre a múltiples órganos y tejidos, como el hígado, pulmones, riñones, cerebro, músculos, etc.
Para eliminar los efectos adversos de los metales pesados en la salud humana y en el medio ambiente en imprescindible someter las aguas residuales industriales a tratamiento antes de que sean vertidas.Hay numerosas opciones a la hora de su tratamiento, como pueden ser la precipitación, coagulación-floculación, intercambio iónico, membranas, flotación, adsorción, solventes, concentración o electrocoagulación.
En este artículo nos vamos a centrar en la electrocoagulación y la electrocoagulación-electroflotación, que son tecnologías aplicables en un amplio rango de sistemas de tratamiento de aguas industriales y aguas residuales, y particularmente efectivas para la eliminación de metales pesados.
Se trata de dos tecnologías basadas en los conceptos de celdas electroquímicas, concretamente conocidas como celdas electrolíticas. Es un proceso electrolítico, una fuente de corriente directa es conectada a un par de electrodos inmersos en un líquido que actúa como electrólito. La base de la electrocoagulación es la formación en el mismo lugar de una especie coagulante que puede remover contaminantes del agua y agua residual que esta siendo tratada. Las especies coagulantes son las responsables de la agregación, así como de la precipitación de partículas suspendidas, y simultáneamente, de la adsorción de disolventes contaminantes.
El proceso de tratamiento contempla tres mecanismos:
Oxidación del anodo. Desprendimiento de burbujas de gas hidrógeno en el cátodo. Sedimentación o flocación de flóculos formados.
Las pruebas realizadas para efluentes altamente contaminados de metales pesados confirman que la electrocoagulación es un proceso eficiente, que además no genera contaminación secundaria, como sucede en un tratamiento físico-químico.
El problema es cuando en el efluente, además de metales pesados, se encuentran otros contaminantes de tipo orgánico o salino, ante los cuales la electrocoagulación es poco efectiva. En estos casos es más recomendable aplicar tecnologías de concentración, como la evaporación al vacío y la cristalización.
Planta de tratamiento de aguas residuales industriales mediante evaporación al vacíoEl siguiente video presenta una planta de tratamiento de aguas residuales industriales que opera con un evaporador al vacío de múltiple efecto de tres etapas.
Los evaporadores al vacío son una de las tecnologías más eficientes para el tratamiento de efluentes, ya que permiten obtener más de un 95% de agua limpia y una concentración de residuos, que pueden ser reaprovechados o vendidos como materia prima.
Tratamiento de aguas residuales industriales mediante evaporación al vacío
La evaporación al vacío es uno de los procedimientos más eficientes para el tratamiento de efluentes industriales, ya que permite separar con gran eficacia los contaminantes que se encuentran en el agua. Se trata de una tecnología indispensable para aquellas empresas que quieran implantar un sistema de vertido cero.
Tras un proceso de evaporación se obtienen elevadísimos porcentajes de agua destilada (95%) y una cantidad muy pequeña de rechazo (5%) para ser gestionado. Este rechazo es tan pequeño debido a la elevada concentración de residuos que se consigue en el proceso. Gracias a ello, las industrias que han de tratar caudales medios y grandes pueden beneficiarse de importantes ahorros, ya que el volumen de residuos que se han de enviar a gestionar se reduce considerablemente.
También es una tecnología muy adecuada para la producción del agua de alta calidad que numerosas industrias necesitan para incorporar a sus procesos productivos.
Ventajas de los evaporadores al vacío:
Alta calidad del destilado. Es posible recuperar hasta un 97% de agua limpia. Permite la reutilización de las aguas tratadas. Puede tratar los efluentes más complejos. Bajo consumo de electricidad. Diseño flexible y compacto de las máquinas. Es una tecnología de fácil uso y requiere poco mantenimiento. Alta reducción y concentración de los residuos líquidos.
Otro aspecto a destacar de los evaporadores al vacío es su versatilidad y el gran número de ocasiones en que pueden ser aplicados (siempre y cuando los resultados justifiquen la inversión necesaria para su instalación, ya que no son la tecnología más económica). Los evaporadores al vacío son especialmente adecuados para la separación y el tratamiento de:
Hidrocarburos disueltos en aguas contaminadas. Emulsiones aceitosas. Tratamiento de lixiviados. Aguas de enjuague de metalización galvánica. Aguas de desengrase. Aguas con alto contenido de sustancias oleosas. Aguas con alto contenido de metales pesados. Aguas con alto contenido de sales disueltas.
Es habitual completar un proceso de evaporación al vacío con otras tecnologías de tratamiento de aguas residuales, que se pueden aplicar anteriormente (membranas, procesos físco-químicos, etc.), sometiendo al efluente a un pre-tratamiento que facilite el proceso de evaporación, o posteriormente si se quiere obtener un concentrado todavía mayor. En este segundo caso la tecnología más adecuada son los cristalizadores, que pueden ser utilizados de dos maneras:
1. Cristalizador usado como una etapa final después de un proceso de evaporación clásico.2. Evaporador y cristalizador integrados en una única unidad que combina ambos procesos.
Esta solución es adecuada para caudales pequeños y difíciles de tratar.
Dependiendo de cuál sea la composición de las aguas residuales a tratar, un proceso de evapo-cristalización permite separar sus componentes y recuperar productos secundarios, que pueden ser reutilizados o vendidos. Así sucede con el aceite de aguas aceitosas, que se puede vender como un producto secundario con un contenido de agua inferior al 5%, o con la recuperación de hidróxido de aluminio, que puede utilizarse posteriormente como producto químico, por citar algunos ejemplos.
Recuperación de metales pesados en efluentes o aguas residuales
Debido a la intensa actividad industrial de nuestro planeta, la concentración de metales en el aire, suelo o agua ha sufrido un gran incremento, con el riesgo que ello conlleva a nivel medioambiental.
La concentración elevada de metales en la naturaleza puede afectar a plantas, animales y seres humanos, aumentando el riesgo de importantes enfermedades a nivel renal y hepático, así como de afectaciones del sistema nervioso o cáncer de piel y pulmón.
Así pues, la eliminación de estos metales disueltos en las aguas de procesos industriales es imprescindible antes de su vertido o su reutilización para otros usos.
De entre las distintas tecnologías disponibles, la destilación mediante evaporación al vacío supone la opción más efectiva para la recuperación de aguas contaminadas con iones de materiales pesados, en concreto mediante la destilación con evaporadores al vacío de película descendente.
Gracias a los evaporadores al vacío se obtienen unos resultados de recuperación de agua libre de impurezas superiores a otras tecnologías de tratamiento de efluentes, como pueden ser las membranas, el intercambio iónico, etc.
Así, tras el proceso de separación térmica se recupera aproximadamente un 90% del agua, totalmente libre de iones metálicos. El 10% de agua restante pasa a formar parte de un concentrado líquido con una altísima densidad de iones, que puede ser enviado al gestor de residuos o ser nuevamente tratado, mediante tecnologías de cristalización, permitiendo de esta forma la separación y recuperación de gran parte de los iones metálicos, que pueden ser reaprovechados como materia prima.
Por otra parte, la evaporación al vacío también puede ser la opción más económica para industrias con caudales elevados, ya que a pesar de suponer una inversión mayor en el corto plazo, a la larga va a derivar en importantes ahorros en los costes del gestor de residuos y en una mayor eficiencia energética que otras tecnologías de tratamiento.
A continuación, os dejamos un enlace para descargar la tesis doctoral de Nicolás Laguarda Mirò, titulada “Evaluación del rendimiento de recuperación de vertidos contaminados por iones de metales pesados mediante técnicas evaporativas. Análisis energético y económico”, en la que se detalla de forma exhaustiva las ventajas competitivas de la evaporación al vacío para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con iones metálicos.
La electrocoagulación, un tratamiento económico y
eficaz para las aguas residualesLa electrocoagulación es un metodo alternativo para la depuración de aguas residuales. Consiste en un proceso de desestabilización de los contaminantes del agua ya estén en suspensión, emulsionados o disueltos, mediante la acción de corriente eléctrica directa de bajo voltaje y por la acción de electrodos metálicos de sacrificio, normalmente aluminio/hierro. Se trata de un equipo compacto que opera en continuo, mediante un reactor de especial diseño donde se hallan las placas o electrodos metálicos para producir la
electrocoagulación. En este proceso se genera una elevada carga de cationes que desestabilizan los contaminantes del agua residual, se forman hidróxidos complejos, estos tienen capacidad de adsorción produciendo agregados (flóculos) con los contaminantes. De otro lado, por la acción del gas formado se genera turbulencia y se empuja hacia la superficie los flóculos producidos.
Otro fenómeno beneficioso del proceso de electrocoagulación es la oxidación química que permite oxidar los metales y contaminante a especies no tóxicas y degradar la DQO/DBO de forma sustancial.
Tras el proceso de electrocoagulación se obtiene un desecho en forma acuosa compuesto por especies químicas de hierro ligadas a arsénico. Este residuo debe de ser tratado, mediante otras técnicas convencionales, para separar la mayor parte de agua posible y obtener un subproducto con el menor volumen posible y fácil de gestionar.
La electrocoagulación es una operación sencilla que requiere de equipos relativamente simples, ya que los flocs formados por electrocoagulación contienen poca agua superficial, son ácido-resistentes y son más estables, por lo que pueden ser separados más fácilmente por filtración. Por otra parte, se trata de una tecnología de bajo coste y que necesita poca inversión en mantenimiento.
Además de ser una técnica para el tratamiento de aguas residuales, la electrocoagulación también resultar ser un proceso muy interesante para ser aplicado previamente a una ósmosis inversa, ya que facilita el proceso de desalinización del agua a tratar.
Tratamiento de aguas residuales en la industria agroalimentaria: producción de zumos
La producción de zumos conlleva la generación de aguas residuales, que pueden aparecer en diferentes momentos del proceso de producción. Principalmente se trata de los reboses de las maquinas de llenado, o de las aguas resultantes tras las distintas operaciones de lavado, tanto de la fruta como de la maquinaria utilizada.
Para el vertido de estas aguas residuales es necesario separar los contaminantes tóxicos de aquellas aguas no contaminadas, de forma que se obtenga una calidad final del agua apta para vertido a cauce público, que cumpla con los niveles de DQO exigidos por la legislación en la materia.
A continuación os detallamos la solución instalada para un fabricante de zumos (manzana, pera, nectarina y melocotón) que genera un caudal de aguas residuales de 50 m3/h. La producción en la fábrica no es constante ya que existen dos épocas de producción diferenciadas en la fábrica: de Junio a Octubre se trabaja durante 24 h/día de modo que el caudal de aguas a tratar es de 1200 m3/día, mientras que de Noviembre a Mayo se trabaja durante 8 h/día de modo que el caudal de aguas a tratar es de 400 m3/día
1. Etapa de pretratamiento. El primer paso consiste en eliminar los residuos sólidos y las partículas procedentes del lavado de la fruta. Tras ello, el efluente se bombea hasta un tanque de homogenización que servirá para almacenar y a la vez mezclar los efluentes procedentes del proceso de producción de los distintos zumos para obtener un único efluente que pueda ser enviado a la segunda etapa de depuración de aguas residuales. Las tecnologías utilizadas en esta primera etapa son:
Desbaste de finos (filtro rotativo) para la eliminación de los residuos sólidos y particulas. Pozo de bombeo. Tanque de homogenización del efluente.
2. Etapa de tratamiento mediante depuración anaerobia. Esta es la etapa principal y tiene como objetivo degradar la materia orgánica disuelta en el efluente homogeneizado. Es la etapa en la que vamos a eliminar la mayor parte de la carga contaminante del efluente y se realiza en ausencia de aire, con lo cual se obtiene como subproducto de la depuración biogás. Tras llevarla a cabo se habrá de comprobar si el efluente obtenido ya cumple con los límites de vertido, o si se ha de someter a una tercera fase de tratamiento. Esta etapa se compone de dos subetapas:
Tanque de neutralización: para el ajuste del pH del efluente y para la dosificación de producto floculante y antiespumante
Reactor ECSB (External Circulation Sludge Bed), para la degradación de la materia orgánica y obtención de biogás (combustible). Este proceso de tratamiento biológico, permite trabajar tanto en los meses de producción alta (24 h/día) como en los meses de producción baja (8 h/día)
3. Etapa de post-tratamiento biológico. Tras el proceso anterior no siempre se llega a los límites de vertido adecuados, por lo cual el efluente obtenido todavía ha de ser sometido a un último proceso de depuración biológica, que acabe de eliminar la materia orgánica, y a su posterior ajuste para poder ser vertido. Las tecnologías utilizadas en esta etapa son:
Reactor biológico aerobio MBBR (moving bed birreactor), para ajuste de los parámetros del efluente a límites de vertido.
Clarificación del efluente mediante sistema de floculación + clarificación por flotación tipo DAF con lamelas.
Tratamiento de la purga de lodos mediante decantador troncocónico y centrífuga.
Tras todo el proceso de tratamiento se obtiene un efluente final de calidad apta para vertido a cauce público y, como único residuo, un fango biológico que ha de ser enviado a un gestor de residuos. El biogás obtenido en el mismo proceso puede ser aprovechado como combustible.
Tratamiento de Efluentes en Bodegas
Las preocupaciones ambientales ya hace tiempo que forman parte del día a día de una bodega. Vivimos en una sociedad en la que el respeto hacia nuestro entorno es un valor altamente apreciado y ningún tipo de empresa puede ser ajena a ello.
Debido a esta creciente conciencia medioambiental, las bodegas han experimentado un importante proceso de adaptación a las nuevas tecnologías de tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales, ya que el principal problema medioambiental que se les plantea es el de eliminar la contaminación que se encuentra en los efluentes derivados de su proceso productivo.
El tipo de tratamiento más idóneo depende de diversos factores y cada bodega es un mundo, por lo que cada caso particular merece ser analizado antes de tomar una decisión respecto a la tecnología a implantar.
Por otra parte, también se han de tener en cuenta las variaciones en los caudales a tratar, que pueden variar mucho según el periodo del año (principalmente si estamos o no en época de vendimia), tanto por la cantidad de caudal en si, como por la contaminación generada y acumulada en los efluentes.
Esto última conlleva, en la mayoría de casos, la elección de un sistema de tratamiento que sea flexible y lo suficientemente eficiente como para adaptarse a las variaciones de la intensidad en la producción sin perjuicio para los resultados deseados. En este sentido, el tratamiento biológico por lodos activos es una de las mejores soluciones disponibles, ya que se adapta a la perfección a las variaciones del caudal, aunque también existen otras alternativas igualmente validas según sea el problema a tratar o el presupuesto disponible.
Por último, también cabe destacar que podemos encontrarnos con casos especiales en los que las bodegas se vean obligadas a asumir valores de descarga más restrictivos de lo habitual por encontrarse en zonas especialmente protegidas en el aspecto medioambiental.
A continuación os dejamos un fantástico documento publicado por la Dirección General de Calidad Ambiental del Gobierno de La Rioja, en el que se analiza la problemática a la que se enfrentan las bodegas, la legislación y sanciones vigentes en España, así como las distintas soluciones disponibles.
Depuración de efluentes en pozos de extracción de gas, o fracking
En los últimos años han surgido nuevas tecnologías para la obtención de gas natural proveniente desde el subsuelo. Gracias a estas innovaciones, el “fracking” (o fractura hidráulica) ha experimentado un boom y se ha extendido a través de todo el planeta. El debate que se ha generado es si el “fracking” se puede llevar a cabo sin causar daños graves al agua y a la calidad del aire.
Por una parte encontramos los defensores del fracking, que lo contemplan como una tecnología que contribuye a proporcionar nuevas fuentes de energía para los próximos años, así como a la creación de riqueza, y por otra están los detractores que alertan de la amenaza que supone para la salubridad del agua y la calidad del aire.
Los riesgos del fracking no se pueden negar pero un análisis de viabilidad del proyecto, antes de ponerlo en marcha, y un diseño adecuado de los pozos de explotación deben contribuir a eliminar los riesgos medioambientales derivados de esta técnica y permitir sacar provecho de las numerosas y extensas reservas de gas natural que existen en el planeta.
Garantizar la calidad y preservación del agua utilizada en estos pozos de extracción debe ser una de las principales preocupaciones a la hora de llevar a cabo su diseño. Hay que tener en cuenta que el agua actúa como fluido portador primario en el fracking y un pozo puede llegar a utilizar varios millones de litros de agua.
La mayoría del agua utilizada en el fracking proviene de fuentes de agua superficiales como lagos, ríos y fuentes municipales, sin embargo, el agua subterránea también puede ser usada en aquellos lugares en los que esté disponible en cantidades suficientes. Es muy importante garantizar que se cuenta con agua de calidad, ya que las impurezas pueden reducir la eficacia de los aditivos utilizados en la obtención del gas.
Una vez finalizado el proceso, la reutilización del agua es una solución muy inteligente, ya que su disponibilidad en grandes cantidades no está siempre garantizada en los lugares en que se encuentran los pozos de extracción de gas y, de esta forma, también se evita el abuso de este recurso natural. La combinación adecuada y a medida de diferentes tecnologías como las membranas, los evaporadores al vacío, la cristalización, o la depuración físico-químicos constituyen la solución ideal para la depuración y reutilización de las aguas de proceso que se utilizan para la extracción del gas.
Si se opta por su vertido en vez de la reutilización, nos encontraremos igualmente con un problema de tratamiento de efluentes, ya que el agua estará mezclada con los productos químicos que se añaden a los fluidos usados para fracturar la roca y de esta forma no puede ser vertida. El diseño de una Planta de Tratamiento de Efluentes, basada en las diferentes tecnologías mencionadas anteriormente son la mejor alternativa para garantizar que podemos obtener un agua 100% limpia para ser vertida en el entorno.
Tratamiento de aguas y tratamiento de efluentes con vertido cero en el sector de energía
La mayoría de empresas del sector de generación de energía, tanto convencionales como renovables, han de producir y utilizar grandes cantidades de vapor, lo que conlleva un elevadísimo consumo de agua.
Por ello, las Plantas de Tratamiento de Aguas y las Plantas de Tratamiento de Efluentes (en diferentes combinaciones) son muy comunes en las empresas de generación de energía.
Las Plantas de Tratamiento de Agua tienen la función de transformar el agua recogida para la producción de vapor (raw water) en agua pura y de gran calidad (agua de aportación) que será incorporada a los procesos de producción (principalmente las calderas destinadas a producir vapor). Estas plantas de tratamiento pueden contar con diversas tecnologías, que se combinan según la calidad del agua recogida, entre las que destacan:
Depuración físico-química Osmosis inversa Resinas o CEDI
La osmosis inversa y las resinas generan unos efluentes al destilar el agua, que en la mayoría de casos obligarán a contar además con una Planta de Tratamiento de Efluentes. Estas plantas también pueden ser utilizadas para tratar los efluentes generados en las torres de refrigeración, que se acostumbran a instalar para enfriar el vapor residual proveniente de las calderas para su reutilización. También pueden existir otros efluentes provenientes de derrames y otros rechazos de aguas que se dan de forma accidental.
Todos estos efluentes son enviados normalmente a una balsa para su posterior gestión en la Planta de Tratamiento de Efluentes. Tras el tratamiento de los efluentes hay con dos opciones:
1. Verter el efluente obtenido, que no es la mejor opción, salvo en los casos en que el agua obtenida al final no tenga suficiente calidad como para ser reutilizada en los procesos de producción.
2. No verter el efluente obtenido y reaprovechar el agua, incorporándola de nuevo en los procesos de producción.
La decisión depende únicamente de la empresa pero, sea cual sea la opción escogida, los efluentes se habrán de tratar con el objetivo de obtener un efluente válido para vertido cero, o Zero Liquid Discharge.
En los procesos de vertido cero el efluente puede sufrir diferentes etapas, dependiendo de la calidad del efluente a tratar, entre las que encontramos:
Pretratamiento químico para eliminar elementos que puedan generar incrustaciones en las tecnologías a utilizar posteriormente.
Membranas para llevar a cabo la primera concentración. Como el concentrado de sales es todavía muy líquido ha de ser enviado a un evaporador al vacío.
Evaporación al vacío para llevar a cabo una segunda concentración. Aquí obtenemos un efluente de sales mucho más concentrado pero que todavía es acuoso, por lo que ha de ser enviado a un cristalizador.
Cristalización para tratar el concentrado de sales obtenido tras la evaporación. El concentrado obtenido tras la cristalización ya puede ser enviado al gestor de residuos, aunque es posible que todavía se le pueda aplicar un proceso de secado.
Breve historia de las tecnologías de destilación
Las primeras referencias que se tienen de
algo parecido a la destilación o evaporación las encontramos en zonas con escasez de
agua del imperio egipcio, donde se hervía agua en calderos y se aprovechaban las gotas
que se formaban en las tapaderas para ser bebidas.
La primera tecnología de destilación conocida son los alambiques y sus primeros usos
documentados fueron de tipo alquímico, es decir, se utilizaban para intentar conseguir
transformar elementos químicos en otros más valiosos. Obviamente esta aplicación
carecía de base científica y no fue hasta años más tarde cuando se empezó a utilizar para
separa elementos químicos disueltos en el agua y en la elaboración de recetas.
La primera de las grandes revoluciones llegó en el siglo VIII cuando Abu Mussah-al-Sofi
describió por primera vez métodos más avanzados de evaporación, así como otras
técnicas de separación como la filtración o la sublimación. Durante estos años también se
trabajo en la mejora de los materiales con que se fabricaban los aparatos.
Esto provocó una gran mejora en la fabricación de perfumes y alcoholes, como fue el caso
de la destilación de agua de rosas mediante arrastre con vapor.
Durante el resto de la edad media se tiene constancia de la destilación de alcohol, ácido
nítrico y otros productos en grandes centros de conocimiento, como monasterios y algunos
centros estudiantiles de grandes ciudades de la vieja Europa. Sin embargo, en lugares
como El Cairo la destilación y almacenamiento de gasolina fueron llevados a cabo durante
el siglo XI, lo cual supone que debían existir técnicas depuradas y aplicadas a gran escala
como hornos de galería, materiales refractorios y refrigeradores de gran eficiencia.
Ya pasada la edad media, se desarrolló el serpentín alrededor de un tubo por el que
pasaba el vapor a condensar, lo cual permitió recuperar líquidos de bajo punto de
ebullición y producir alcohol 96% a gran escala, dando también lugar a la aparición de
licores de alta graduación. La posibilidad de generar alcohol y ácidos a gran escala hizo
evolucioinar el mundo de la química y se estudiaron las propiedades de ácidos, bases,
disolventes orgánicos y otro tipo de compuestos.
Durante la revolución industrial se empleó por primera vez el vapor de agua para transmitir
calor a otros cuerpos, gracias a los descubrimientos de Rumford, lo cual permite obtener
gas inflamable a partir del carbón y también benceno a partir del alquitrán. El 1856 se
instalan las primeras plantas de destilación de alquitrán de Hulla.
La mejora de la calidad y resistencia de materiales como el vidrio y el metal durante el
siglo XIX permite el desarrollo de mejores tecnologías de destilación, así como la aparición
de las primeras columnas de rectificación de funcionamiento continuo.
Aunque sin duda, la gran aportación de esta época es el perfeccionamiento de las técnicas
de refinado de petróleo, lo cual da lugar a la obtención de lubricantes, combustibles,
parafinas, asfalto, etc. gracias a técnicas de destilación.
En los inicios del siglo XX las tecnologías continúan mejorando dando lugar a sistemas
como el cracking, utilizado por primera vez en 1936.
A mediados de siglo comienza el estudio de la separación por destilación de mezclas
multicomponenetes, así como el perfeccionamiento de la separación de mezclas
azeótropas, que acaba dando como resultado la obtención de productos prácticamente
puros mediante destilación, rectificación y fraccionamiento en la década de los 80.
En estas últimas décadas las aplicaciones de la evaporación se han multiplicado,
convirtiéndola en una tecnología apta para el tratamiento de aguas, recuperación de
solutos y purificación de líquidos, entre otras.
Tratamiento de escurridos de prensa y lixiviados en vertederos de RSU
Los residuos que se envián a los vertederos de RSU son sometidos, previamente o en el mismo vertedero, a un proceso de compactación, durante el cual se generan unos escurridos líquidos con compuestos contaminantes.
La composición de estos escurridos puede variar dependiendo de los residuos compactados y las condiciones climatológicas, pero deberían ser sometidos a un tratamiento de depuración en cualquier caso, antes de ser vertidos al colector general.
La tecnología más adecuada en la mayoría de las ocasiones es llevar a cabo una deshidratación térmica mediante evaporación al vacío, lo cual nos permitira obtener un rechazo sólido que se compactará con el resto de RSU’s por un lado, y un altísimo porcentaje de agua limpia que puede ser vertida o reutilizada para lavados por otro.
Los evaporadores al vacío también han probado ser una tecnología muy adecuada para el tratamiento de los lixiviados, ya que permiten obtener un porcentaje de destilado mucho mayor y más limpio que otras tecnologías, como el tratamiento biológico o la ósmosis inversa.
A continuación os dejamos con una presentación llevada a cabo por uno de nuestros técnicos en Atergrus (Asociación Técnica para la Gestión de Residuos, Aseo Úrbano y Medioambiente) acerca del tratamiento de escurridos de compactación y de lixiviados, con ejemplos reales y un caso de aplicación.
Evaporadores al vacío para el tratamiento de residuos líquidos en centrales nucleares
Según los diferentes tipos de reactores se producen diferentes corrientes de desechos. Estas corrientes difieren tanto en contenido de actividad como en cantidad de desechos líquidos generados.
Estos desechos líquidos activos se producen en la depuración de los refrigerantes primarios (PWR, BWR), limpieza de la piscina de almacenamiento del combustible gastado, desagües, agua de lavado y fugas de agua. Asimismo, Las operaciones de descontaminación de reactores también producen desechos líquidos.
Los desechos radiactivos líquidos obtenidos contienen en general componentes radiactivos solubles e insolubles y sustancias no radiactivas. El objetivo es descontaminar los desechos líquidos hasta tal grado que el volumen total descontaminado de desechos acuosos pueda liberarse al medio ambiente o reciclarse. Los concentrados de desechos se someten posteriormente a acondicionamiento, almacenamiento y evacuación.
Se utilizan normalmente técnicas estándar para descontaminar las corrientes de desechos líquidos. Cada proceso tiene un efecto particular sobre el contenido radiactivo del líquido. El mejor efecto de reducción de volumen, en comparación con otras técnicas, se logra mediante la evaporación al vacío.
La evaporación al vacío es un método comprobado para el tratamiento de desechos radiactivos líquidos que proporciona a la vez buena descontaminación y reducción de volumen. El evaporador al vacío elimina el agua del proceso en fase vapor quedando componentes no volátiles tales como sales que contienen la mayoría de los radionucleidos. La evaporación es probablemente la mejor técnica para desechos con un contenido relativamente elevado en sales y una composición química bastante heterogénea.
En el siguiente documento podrás encontrar más información acerca del tratamiento de residuos líquidos en centrales nucleares.
Vertido cero en líneas de pretratamiento de pintura mediante técnicas de evaporación
Los baños concentrados y aguas procedentes del proceso de tratamiento de los metales previos a aplicación de pintura, contienen agentes tóxicos (detergentes, carga orgánica elevada, sales, etc.) que obligan a su minimización mediante un tratamiento adecuado para los mismos.
Entre las diversas técnicas utilizables en la actualidad, destacamos laevaporación al vacío como método universal y de una simpleza tal, que la convierte en la mejor solución para tratar este tipo de vertidos.
La evaporación atmosférica es probablemente el método más seguro de separar el agua de los componentes con los que se encuentra mezclada, pero los altos costes de gestión energética del método tradicional lo convierten en un proceso poco viable bajo la perspectiva económica, en el caso que nos ocupa.
Así pues, se distinguen varios principios o modalidades diferentes de evaporar al vacío para conseguir ventajas económicas en esta operación:
Evaporacion con bomba de calor. Evaporacion por compresión mecánica del vapor. Evaporacion multiefecto.
Cualquiera de estas técnicas sirven para, mediante un proceso físico de bajo consumo energético, obtener un ciclo cerrado de tratamiento de las aguas de proceso en una línea de pretratamiento.
A continuación os dejamos un artículo donde profundizamos mucho más sobre esta problemática y sus posibles soluciones.
Vertido cero en líneas de pretratamiento de pintura mediante técnicas de evaporación
Tratamiento de purines
Los residuos y las consecuencias de su vertido se están convirtiendo en uno de los principales problemas del mundo moderno debido al deterioro que causan al medioambiente.
Las explotaciones ganaderas, fundamentalmente las de cerdos, no son ajenas a esta problemática, ya que albergan a un gran número de animales, y en numerosas ocasiones no cuentan con terreno suficiente para absorber la gran cantidad de residuos, lo cual plantea serios problemas en el manejo de los mismos.
La Legislación y controles son cada vez más rígidos de cara a encontrar una solución viable a un problema de graves repercusiones medio ambientales. El doble objetivo consiste en solucionar los problemas planteados por los residuos (olores, problemas de almacenamiento, contaminación de cauces, aguas freáticas y suelos), y por otro lado, aprovechar la carga orgánica y fertilizante que estos poseen para la utilización en la agricultura dando una solución a un producto difícilmente eliminable.
El proceso que se desarrolla en la granja es la cría intensiva de cerdos, por lo general en ciclos cerrados, con una enorme generación de residuos, sólidos y líquidos, que contienen un alto poder contaminante hacia los suelos, aguas, y aire.
El uso lógico para estos residuos es aportarlos al campo como abono, pero ante la gran concentración de granjas, y por tanto de purines, la cantidad de excrementos resulta excesiva, contaminando suelos, aguas, y emitiendo a la atmósfera gran cantidad de gases generados.
En el documento, que podéis descargar os presentamos algunas de las principales soluciones para el tratamiento de purines, entre las que destacan la ultrafiltración, distintos tratamientos biológicos, el tratamiento físico químico, o la evaporación.
Fundamentos de la evaporación al vacíoLa evaporación al vacío supone un gran avance en el tratamiento de efluentes líquidos
Esta técnica de evaporación permite de forma eficiente, limpia, segura y compacta tratar efluentes que mediantes técnicas fisicoquímicas o biológicas no es viable.
Algunas de las ventajas y posibilidades que presenta la evaporación al vacío
Reducción drástica del volumen de residuo líquido (con el consecuente ahorro en gestión de residuos)
Concentración de residuos corrosivos o incrustantes Reutilización del agua recuperada Implementación de sistemas de vertido cero
Definición de Evaporación
La evaporación es una operación unitaria que consiste en concentrar una disolución mediante la eliminación del solvente por ebullición. En este caso, se lleva a cabo a una presión inferior a la atmosférica. Así, la temperatura de ebullición es sustancialmente inferior a la correspondiente a presión atmosférica, lo que conlleva un gran ahorro energético.
Para saber más
Evaporador al vacio – Fundamentos de la evaporación al vacío
La evaporación es una operación controlada únicamente por la velocidad de transferencia de calorFactores de los que depende la velocidad de evaporación:
Diferencia de temperatura entre el agente calefactor y el líquido a evaporar
La temperatura de ebullición del líquido a evaporar va aumentando a medida que se va concentrando. No obstante, al operar en condiciones de vacío, la diferencia de temperatura entre el agente calefactor y el líquido a evaporar se amplía, ya que la temperatura de ebullición de la mezcla es muy inferior a la correspondiente a presión atmosférica. Cuanto mayor sea la diferencia de temperaturas, mayor será la velocidad de evaporación.
Área de intercambio
El área de intercambio efectiva depende de la geometría del equipo y de fenómenos inherentes a la concentración de la disolución, como es el caso de la deposición de sólidos o de incrustaciones sobre la superficie de intercambio. A mayor área, mayor capacidad de intercambio de calor y mayor velocidad de evaporación.
Coeficiente global de transferencia de calor (U)
Este coeficiente depende de las propiedades físicas de los fluidos que intervienen (agente calefactor y líquido a evaporar), del material de la pared en la que se produce el intercambio de calor, del diseño y geometría del equipo, así como de los parámetros de flujo (velocidades de circulación de los fluidos, etc.). Cuanto más grande sea este coeficiente, mayor facilidad tiene el equipo para intercambiar calor.
Propiedades del líquido a evaporar
La viscosidad, la posibilidad de formación de espumas, su capacidad de corroer, etc. influyen a la práctica en la velocidad de transferencia de calor.
El parámetro clave del diseño de un evaporador es el área de intercambio necesaria para la evaporación. Para calcular esta área, se deben plantear balances de materia y energía. Para el caso de un evaporador en el que se alimenta una corriente F y se extraen dos corrientes, la de concentrado S y la de destilado E, como el de la figura:
Parámetros en la evaporación al vacío
Se pueden plantar estos balances de materia y energía:
Balance de materia global
F = E + SV = C
Balance de materia para el soluto
F xF = S xS
Balances de energía:
V HV + F hF = C hC + E HE + S hSQ = V HV – C hC = V (HV – hC) = U A T
Donde Q es el caudal de calor transmitido a través de la superficie de calefacción del evaporador, U el coeficiente global de transferencia de calor, A el área necesaria para la evaporación y T la diferencia de temperaturas entre el agente calefactor y el líquido a evaporar.
Uno de los elementos que establece diferencias importantes de funcionamiento entre los tipos de evaporadores al vacío es la tecnología que utilizan para calentar el efluente a evaporar, aspecto que determina los costes de operación. Así, podemos encontrar los siguientes:
Tipos de evaporadores
Evaporadores al vacío por bomba de calor
El funcionamiento de este sistema se basa en el ciclo frigorífico de un gas, el cual se encuentra en un circuito cerrado. El gas frigorífico se comprime mediante la acción de un compresor aumentando su presión y temperatura. Circula a través del intercambiador de calor del propio evaporador, calentando el alimento. Al trabajar al vacío, la temperatura de ebullición es del orden de 40 ºC. El líquido refrigerante abandona el intercambiador del evaporador y, mediante una válvula de expansión, se descomprime y enfría. Al pasar por un segundo intercambiador de calor, el condensador, hace que el vapor formado en el evaporador condense, a la vez que aumenta su temperatura justo antes de volver a pasar por el compresor y repetir así el ciclo. El mismo fluido refrigerante permite evaporar el alimento así como condensar el vapor generado, por lo que el sistema no precisa de otras fuentes ni de calor ni de refrigeración. Este hecho hace que sea un proceso muy ventajoso desde el punto de vista económico y de gestión.
Es una tecnología idónea para tratar caudales no elevados de líquidos corrosivos, incrustantes o viscosos. Su funcionamiento puede suponer un consumo de energía de 130-170 kWh por metro cúbico de destilado.
Evaporadores al vacío por compresión mecánica de vapor
Esta tecnología se basa en la recuperación del calor de condensación del destilado como fuente de calor para evaporar el alimento. Para conseguirlo, la temperatura del vapor generado en la evaporación se incrementa comprimiendo éste mecánicamente. Este vapor comprimido, y por tanto sobrecalentado, al pasar por el intercambiador del propio evaporador, consigue un doble objetivo: (1) calienta el líquido a evaporar y (2) condensa, economizando el uso de un fluido refrigerante.
Es un sistema de evaporación muy eficiente y competitivo. Su consumo energético está sobre los 50-60 kWh por cada metro cúbico de destilado obtenido.
Evaporadores al vacío de múltiple efecto
Esta tecnología consiste en un conjunto de evaporadores conectados entre sí en serie en el que el vacío aumenta progresivamente del primero al último. Esto hace que la temperatura de ebullición, en principio, vaya disminuyendo, por lo que es posible
utilizar el vapor generado en un evaporador (o efecto) como fluido calefactor del siguiente efecto.
Su principal ventaja respecto a un único evaporador reside en el ahorro tanto de fluido calefactor como de fluido refrigerante. Para tratar caudales elevados, ésta es una de las opciones más competitivas a nivel económico.
A modo de resumen cabe destacar que la evaporación al vacío permite el tratamiento de efluentes que por su composición, por sus características o por su complejidad de gestión no pueden ser tratados mediante técnicas fisicoquímicas convencionales. Además, con un consumo energético contenido, hace posible reducir severamente el volumen de residuos, recuperar un gran caudal de agua para su reutilización e incluso la implantación de un sistema de vertido cero con un coste económico realmente asumible.
Diseño de plantas de tratamiento de aguas
residualesA pesar de que son sistemas sencillos de operar, es preciso que la selección y el diseño
del equipo más adecuado para unas necesidades concretas sean realizados por un equipo de expertos en esta tecnología.
Tratamiento de lixiviados de vertedero
A pesar del fomento de la regla de las tres erres (3R) – reducir, reutilizar y reciclar –, la realidad es que el volumen de residuos generados en los 34 países que componen la OECD, Organisation for Economic Co-operation and Development, (www.oecd.org/) –la
mayoría de los países europeos, Chile, México, USA, Canadá, Japón y Australia entre otros– aumenta cada año. Consecuentemente, al aumentar la cantidad de residuos generados, se hace necesaria la implantación de nuevos vertederos, con las derivadas medioambientales negativas que esto supone: producción y descarga de gases de vertedero que puede provocar fuertes olores, contaminación ambiental y atmósferas explosivas, aparición de inconvenientes de carácter sanitario, principalmente insectos y roedores, y el vertido incontrolado de los lixiviados que puede causar la contaminación de suelos y de aguas, tanto superficiales como subterráneas.
La normativa vigente de los diferentes países establece que los lixiviados se deben recoger, controlar y tratar de la manera más adecuada, en función de sus características físicas y de su composición química. No obstante, en función del país varía la exigencia en el tratamiento de los lixiviados antes de que éstos, ya tratados, puedan ser vertidos al medio natural. Por ejemplo, la normativa de vertido a cauce natural es más restrictiva en España que en la mayoría de los países latinoamericanos.
La composición química de los lixiviados de vertedero depende del tipo de vertedero, de la cantidad de aguas pluviales que penetren en el vaso del vertedero, así como del período de explotación del mismo. Así pues, en los lixiviados de vertederos jóvenes (1-2 años) el pH es bajo (4,5-7,5) y las concentraciones de DQO, DBO5, nutrientes y metales pesados son altas. En cambio, en verteros maduros (más de 3 años), se observa que los lixiviados tienen un pH en el rango (6,5-7,5) y los valores de DQO, DBO5 y nutrientes se han reducido sustancialmente. Otra constante es la presencia de elevada presencia de nitrógeno amoniacal y de sales disueltas (sulfatos, cloruros, bicarbonatos, etc). También se detecta a veces una significante concentración de metales pesados. La biodegradabilidad (entendida como la relación entre DBO5 y DQO) disminuye con la edad del lixiviado. Por tanto, los lixiviados que proceden de vertederos de poca edad presentan una alta biodegradabilidad y pueden ser tratados adecuadamente mediante un proceso biológico. Y al revés, vertederos maduros producen lixiviados poco biodegradables los cuales deben der tratados mediante procesos físico-químicos. Por otro lado, cuando la cantidad de aguas pluviales que se infiltran en el vertedero es elevada, la carga contaminante de los lixiviados –incluyendo las sales– es más baja aunque el caudal total a tratar sea superior.
Cuando la normativa de vertido a cauce público es más exigente, la tendencia es a utilizar tecnologías avanzadas para el tratamiento de los lixiviados generados en el vertedero. Estas tecnologías, que suponen un coste más elevado tanto en inversión como en operación que procesos más convencionales, propician que los vertederos posean mecanismos para que la infiltración del agua de lluvia sea mínima.
Las técnicas utilizadas suelen ser un sistema biológico mediante sistemas secuenciales (SBR), así como reactores a membranas (MBR), seguidos de un proceso de membranas de ósmosis inversa, que producen un efluente de elevada calidad. El rechazo del proceso de membranas, que se gestiona externamente, a menudo acostumbra a generar unos sobrecostes bastantes elevados. Una opción sostenible para reducir considerablemente estos costes consiste en minimizarlos mediante evaporadores al vacío, se puede alcanzar un residuo prácticamente seco que se puede depositar en algunos casos en la celda de “residuos impropios” del vertedero. En algunas ocasiones el biogás que se produce en el vertedero por la acción anaerobia de la degradación de los residuos orgánicos, es aprovechado para generar energía eléctrica mediante motores de cogeneración, la
energía térmica en cambio no es aprovechada y se pierde a la atmosfera. En otras ocasiones el biogás no se aprovecha y simplemente se quema en antorchas. En ambos casos es posible recuperar la energía térmica utilizándola en forma de agua caliente (90ºC) para su uso en evaporadores al vacío, esto permite tratar de una manera eficiente y económica los lixiviados sin necesidad de ningún sistema adicional. Los evaporadores extraen el agua (destilado) del lixiviado que tiene una elevada calidad que permite cumplir con los niveles más exigentes de vertido.
Cuando la normativa de vertido a cauce público no es tan restrictiva, los tratamientos convencionales que tradicionalmente se han utilizado en la depuración de aguas residuales – procesos biológicos – pueden ser utilizados en el tratamiento de lixiviados de vertedero. Entre los diferentes procesos biológicos aplicables, una opción eficiente son los biorreactores de membrana, ya que éstos se pueden diseñar expresamente en función de las características de los lixiviados a tratar y permiten tratar elevados caudales en sistemas relativamente compactos. Al ser los costes de explotación razonables, estas técnicas son idóneas para aquellos casos en que la cantidad de aguas pluviales que se mezclan con los lixiviados son elevadas.
No obstante, cuando el caudal de lixiviados a tratar es pequeño y se dispone de suficiente espacio, una alternativa muy sostenible es la fito-remediación, que consiste en la depuración mediante un cultivo de plantas. Esta técnica aprovecha las funciones vitales de las plantas cultivadas, generalmente, la caña común (reed beds), para biodegradar y estabilizar el residuo. Las plantas consumen los nutrientes de los lixiviados, a la vez que actúan como filtro natural, y el residuo acaba mineralizándose con el tiempo. En estos sistemas el parámetro clave es la velocidad de irrigación, que aunque el valor óptimo depende de muchos factores, el promedio está alrededor de 50 m3•ha-1•dia-1. Los sólidos en suspensión, la materia orgánica, el nitrógeno amoniacal y algunos metales como el hierro se reducen en un elevado porcentaje y mediante una técnica sencilla y de bajo coste.
Para la depuración de lixiviados de vertedero se están utilizando desde hace tiempo diversas técnicas, algunas de ellas bastante exóticas (oxidación química, electrocoagulación-electroxidación, etc) pero algunas presentan diversos inconvenientes de gestión así como poca capacidad para adaptarse a los cambios de composición química estacional (seca-húmeda) que se producen por el efecto de aportación de agua de lluvia o por el envejecimiento del vertedero. En líneas generales los procesos más utilizados usan diferentes combinaciones de tratamientos biológicos y físico-químicos. Los caudales a tratar, la carga contaminante, así como los límites de la normativa de vertido son los parámetros que acabarán determinando si un proceso biológico convencional puede ser suficiente, o bien habrá que recurrir a técnicas más completas, como un proceso de filtración mediante membranas de ósmosis inversa posterior al proceso biológico. En este caso, existen técnicas sostenibles para reducir eficientemente el volumen de residuo generado en el proceso de tratamiento, como puede ser el caso de una etapa de evaporación-concentración al vacío.
Por último cabe destacar que existen trabajos de R&D encaminados a obtener de este residuo líquido (lixiviado) diversos subproductos valorizables como fertilizantes que mediante su venta permitirían una gestión optima del proceso desde el punto de vista económico y para el medio ambiente.
Nuevo sistema de tratamiento de salmueras para la industria cárnicaEl pasado 12 de noviembre Condorchem Envitech asistió a la Jornada sobre el agua en la industria cárnica que se realizó en la Universidad de Vic, donde se presentó un nuevo un nuevo proyecto de I+D desarrollado por la universidad junto a INnovacc, un cluster de empresas del sector cárnico. Este proyecto consiste en una planta piloto de tratamiento y valorización de la salmuera residual propia de la actividad del sector cárnico.
Este proyecto se inició a finales de 2011 con el objetivo de dar una solución a los problemas de aguas residuales con alta salinidad originados en los procesos productivos de la industria cárnica. Además, se pretendía optimizar el proceso del tratamiento de dichas salmueras con el fin de reducir los costes que estas implican a las empresas, ya sea por la reducción de desecho a gestionar o por la ausencia de sanciones medioambientales.
La industria del sector cárnico suele estar concentrada en determinadas zonas, por lo que el tratamiento de las salmueras puede ser clave tanto para la eficiencia productiva del sector, como para la competitividad económica de dicha zona geográficas. Esta innovación también supone una ventaja para las EDAR de estas zonas, ya que suelen estar colapsadas por este tipo de vertidos.
Este proyecto de I+D fue desarrollado por SART Medi Ambient (centro transferencia de conocimiento y tecnología a empresas en el ámbito medioambiental de la Universidad de Vic) a petición de INnovacc, con el fin dar solución a los problemas comunes de las 52 empresas cárnicas que lo componen. Las empresas asociadas al cluster pueden usar dicha planta piloto en sus instalaciones para comprobar la efectividad de este método y las ventajas que obtendrían si aplicaran esta tecnología en su proceso productivo.
La planta piloto recibe la salmuera y hace una triple separación, ya que aisla la materia orgánica, la sal y el agua. El proceso de tratamiento es el siguiente:
1. La salmuera es neutralizada con un floculante.2. La salmuera neutralizada se somete a un proceso de decantación, tras el cual obtenemos
unos lodos húmedos y una fracción líquida.3. Los lodos húmedos se centrifugan, tras lo cual obtenemos entre un 30% y un 40% de
lodos sólidos para ser gestionados. El destilado restante se envía junto a la fracción líquida que se ha obtenido en el anterior proceso de decantación.
4. Toda la fracción líquida de la salmuera es enviada a un proceso de evaporación parcial, que permite recuperar más de un 75% de las sales. También se obtiene una fracción líquida concentrada para ser enviada a gestor.
5. Esta última fase podría llevarse a cabo con un evaporador al vacío/cristalizador. Es un proceso más caro que la evaporación parcial, pero permite mejorar los resultados, obteniendo más de un 95% de agua limpia y lista para ser reutilizada o vertida y un gran concentrado de sales, que pueden ser también reutilizadas o vendidas. En muchas
ocasiones la mayor inversión inicial se ve justificada por el importante ahorro que se obtiene al no tener que gestionar grandes cantidades de lodos y fracciones líquidas concentradas.
La planta piloto permite evaluar el rendimiento, la calidad del destilado y del concentrado, el coste, el beneficio y el tiempo necesario para el retorno de la inversión inicial. Esta planta piloto tiene una gran flexibilidad que le permite tratar diferentes tipos de efluentes salinos, por lo que también puede resultar interesante para otro tipo de empresas.
Que la planta piloto vaya itinerando por varias empresas del sector ha permitido comprobar el cumplimiento de los objetivos establecidos en el inicio del proyecto:
Tanto el impacto ambiental como el coste económico que las empresas han de afrontar han disminuido.
Se han obtenido unos costes generales de gestión que representan una disminución en torno al 40%.
Se calcula un ahorro que va de los 30.000 a los 50.000 euros anuales. Permite valorizar los residuos resultantes del proceso de tratamiento de la planta. El agua destilada obtenida es apta para ser reutilizada, y por otra parte, las sales y las
proteínas extraídas pueden ser vendidas y utilizadas como abono o como alimento para mascotas.
Aquí está el diagrama de la solución propuesta por SART Medi Ambient:
Eliminación de metales pesados de un efluente industrial mediante electrocoagulación
Las industrias que generan efluentes con un mayor contenido de metales pesados son: minería, quema de carbón, siderúrgica, pintura, colorantes, textiles, galvánica, metalmecánica, curtiembre, baterías, etc.En dichos efluentes es habitual encontrar metales como Cr, Pb, An, Ni, Cu, por lo que es muy peligroso vertirlos directamente, ya que pueden ser fácilmente absorbidos por peces y vegetales y posteriormente acumularse en el cuerpo humano a través de la ingesta de dichos productos alimenticios.
Altas cantidades de elementos como CR, Pb o Ni están asociados a enfermedades de extrema gravedad como el cáncer de pulmón. Igualmente, el plomo y sus componentes son cancerigenos y fácilmente distribuibles mediante la sangre a múltiples órganos y tejidos, como el hígado, pulmones, riñones, cerebro, músculos, etc.
Para eliminar los efectos adversos de los metales pesados en la salud humana y en el medio ambiente en imprescindible someter las aguas residuales industriales a tratamiento antes de que sean vertidas.Hay numerosas opciones a la hora de su tratamiento, como pueden ser la precipitación, coagulación-floculación, intercambio iónico, membranas, flotación, adsorción, solventes, concentración o electrocoagulación.
En este artículo nos vamos a centrar en la electrocoagulación y la electrocoagulación-electroflotación, que son tecnologías aplicables en un amplio rango de sistemas de tratamiento de aguas industriales y aguas residuales, y particularmente efectivas para la eliminación de metales pesados.
Se trata de dos tecnologías basadas en los conceptos de celdas electroquímicas, concretamente conocidas como celdas electrolíticas. Es un proceso electrolítico, una fuente de corriente directa es conectada a un par de electrodos inmersos en un líquido que actúa como electrólito. La base de la electrocoagulación es la formación en el mismo lugar de una especie coagulante que puede remover contaminantes del agua y agua residual que esta siendo tratada. Las especies coagulantes son las responsables de la agregación, así como de la precipitación de partículas suspendidas, y simultáneamente, de la adsorción de disolventes contaminantes.
El proceso de tratamiento contempla tres mecanismos:
Oxidación del anodo. Desprendimiento de burbujas de gas hidrógeno en el cátodo. Sedimentación o flocación de flóculos formados.
Las pruebas realizadas para efluentes altamente contaminados de metales pesados confirman que la electrocoagulación es un proceso eficiente, que además no genera contaminación secundaria, como sucede en un tratamiento físico-químico.
El problema es cuando en el efluente, además de metales pesados, se encuentran otros contaminantes de tipo orgánico o salino, ante los cuales la electrocoagulación es poco efectiva. En estos casos es más recomendable aplicar tecnologías de concentración, como la evaporación al vacío y la cristalización.
Evaporación al vacío para el tratamiento del digestato de purinesEl siguiente video muestra el proceso de valorización y tratamiento de purines procedentes de cerdo y vaca.
La primera parte nos muestra como el purín es mezclado con biomasa y transformado en biogás en un biodigestor. Posteriormente, este biogas es transformado en energía electrica en un combustor.
Tras este proceso de valorización se obtiene un efluente no vertible debido a su alta concentración de sales de amoniaco, conocido como digestato. Dicho digestato es tratado en un evaporador al vacío, que permite recuperar un 97% de agua limpia por una parte, y por otra un concentrado que puede ser convertido nuevamente en fertilizante estabilizado en un deposito de compostaje.
Tratamiento de lixivados de vertedero mediante evaporadores al vacíoLa siguiente infografía muestra un proceso de tratamiento de lixiviados en un vertedero de RSU
En ella podemos ver dos procesos:
Un proceso antiguo que combina un tratamiento biológico con ósmosis inversa (color rojo).
Un proceso nuevo que añade una etapa de evaporación al vacío y un stripping al proceso antiguo (colores rojo y azul).
Los resultados del nuevo proceso mejoran sustancialmente los del antiguo, ya que se recupera una cantidad mucho mayor de agua limpia, que puede ser vertida cumpliendo con las normativas. Además se obtiene un concentrado de residuo mucho más pequeño, lo cual se traduce en importantísimos ahorros en la gestión de dicho residuo.
La inversión necesaria para la instalación del nuevo proceso se amortiza en tan sólo 1 año y 2 meses, permitiendo obtener grandes ahorros económicos a partir de ese momento.
Tratamiento de purines y producción de biogásLa actividad ganadera genera gran cantidad de residuos procedentes de la actividad biológica del ganado y una gran parte de los mismos no pueden ser aprovechados como abono, ya que, o bien el ganadero no puede usar la totalidad de los residuos porqué habría una sobre-nitrificación del campo, o bien proceden de la ganadería intensiva donde no existe una actividad agrícola asociada, por lo que se convierten en excedentes.
Según la actual normativa los purines que excedan de los parámetros establecidos y no puedan ser destinados a la actividad agrícola serán considerados como residuos, por lo que deberán ser sometidos a los procedimientos y los criterios de gestión establecidos en las normativas españolas y europeas.
En el siguiente documento analizamos dos alternativas:
Tratamiento del purín mediante separación de residuos líquidos y sólidos. Valorización del digestato mediante evaporación al vacío y producción de biogás.
Caso de estudio: tratamiento de lixiviados de vertederoEn esta ocasión presentamos un caso real de tratamiento de lixiviados de un vertedero municipal en España.
En el caso se describe la problemática de los lixiviados y la solución aportada por Condorchem Envitech. El proceso de tratamiento incluye diferentes etapas:
Tratamiento biológico. Ósmosis inversa. Evaporador al vacío. Stripping.
Destaca el importante ahorro económico que se obtiene al reducir la cantidad de residuo que ha de ser enviado al gestor tras el proceso de evaporación al vacío. El ahorro supera los 500.000 € anuales, lo cual permite amortizar la inversión con gran rapidez.
Procesos térmicos para el tratamiento de aguas residuales: tipos de evaporadores al vacío
Los procesos de separación térmica se
utilizan principalmente para la desalación, concentración, recuperación y/o eliminación de
productos o contaminantes.
El objetivo habitual de la separación térmica es la eliminación de impurezas que se
encuentran disueltas en el agua y que hacen que esta no pueda ser reaprovechada o
devuelta a un medio natural.
Así, la separación mediante evaporación al vacío tiene la función de separar el agua
entrante en dos partes: una parte con un agua con baja concentración de contaminantes
en disolución y otra parte con un condensado líquido con un elevado contenido de los
mismos contaminantes.
Para ello el agua es transformada en vapor, separándola en ese momento de los
materiales contaminantes que se encuentraan disueltos en ella, y se transporta dicho
vapor a una camara donde se refrigera para volver a concentrar el agua ya libre de
contaminantes.
Este proceso se basa en la relativamente baja volatilidad de las sales frente al agua.
Gracias a la evaporación se pueden eliminar sustancias como los sólidos disueltos, pero
no sirve para separar del agua otros compuestos que tengan un punto de ebullición similar
o cercano al del agua, como podría ser el alcohol.
Los diferentes tipos de evaporación al vacío que podemos encontrar son:
La evaporación multietapa es muy utilizada en el ámbito industrial y consiste en calentar
el líquido alimento en un recipiente y acto seguido conducir el agua por un sistema de
tuberías de calentamiento en el que parte del agua pasa a ser vapor. Después pasa a otro
recipiente en el cual la presión y temperatura son tales que una parte del agua caliente
pasa súbitamente a vapor dejando en forma líquida un remanente concentrado que pasa a
alimentar la siguiente etapa.
Tras esto se deja enfriar el vapor hasta que vuelve a licuarse y entonces se recoge libre de
impurezas. A continuación se repite el proceso en otra etapa. Tras una serie determinada
de etapas, se consigue agua que se ha destilado repetidas veces de manera muy rápida y
que, por ello, continene muy poca cantidad de contaminantes disueltos.
Este tipo de evaporación opera a temperaturas entre 90º y 120º.
La evaporación por efectos múltiples consiste en calentar el agua alimento mediante el
aprovechamiento del calor residual de aguas ya tratadas y conducirla hasta una serie de
tanques a los que llega caliente pero todavía en estado líquido. En estos tanques el agua
se distribuye en películas finas a fin de facilitar la evaporación a base de reducir la presión.
El fenómeno de reducción progresiva de la presión permite que el agua alimento sufra
procesos de licuefacción y evaporación continuamente sin necesidad de ir añadiendo calor
al sistema.
Estos procesos trabajan a temperaturas entorno a los 70º.
La evaporación por compresión de vapor consiste en la evaporación del agua a base de
suministrarle calor procedente de la compresión de vapor, en vez de transmitir el calor
mediante contacto directo con un cuerpo sólido caliente. Este tipo de plantas se diseñan
para que funcionen reduciendo el punto de ebullición del agua mediante disminución de la
presión.
El compresor crea vacío en un extremo de un recipiente por donde extrae el vapor de agua
formado, pero por el otro extremo comprime dicho vapor formado y lo condensa en el
interior de unos tubos. El agua cae sobre estos tubos calientes y se evapora.
Posteriormente, mediante compresión del vapor y puesta en contacto de este con el agua
alimento, se logra la evaporación del agua y la eliminación de las sales en una salmuera
muy concentrada.
Procesos térmicos para el tratamiento de aguas residuales industriales: la evaporación al vacío
tratamiento de aguas residuales industriales: wadest 3000-4000
La destilación térmica consiste en la separación de dos o más líquidos que se encuentran
mezclados o de un soluto y su disolvente, mediante la aplicación de la energía suficiente
para provocar la ebullición. Con esta ebullición, los componentes más volátiles de dicha
mezcla pasan a estado gaseoso y pueden ser posteriormente condensados a parte de la
mezcla inicial.
La separación por evaporación se ha utilizado de manera muy extensa a lo largo del
tiempo y ha evolucionado en distintas técnicas que tienen características particulares y
diferentes aplicaciones, como son el tratamiento de aguas, tratamiento de aguas
residuales, la recuperación de solutos, o la purificación de líquidos, entre otras.
Para lograr el cambio de estado que permite la separación del soluto y el solvente, debe
suministrase calor a la mezcla para que la parte líquida se evapore y se separe de la parte
sólida. Dicho calor puede ser generado de varias maneras:
De forma directa mediante calentamiento de un recipiente que contiene la muestra. De forma indirecta empleando vapor de agua como agente transmisor del calor.
En el segundo caso, que es el de los evaporadores al vacío, se emplea una caldera donde
se calienta agua hasta que se evapora y dicho vapor se conduce hasta una cámara donde
se transmitirá ese calor a la mezcla que se desea separar.
Por otra parte, para facilitar la evaporación del disolvente se pueden emplear sistemas
generadores de vacío, de modo que se someta a la mezcla que se desea separar a
presiones inferiores a la atmosférica. Con ello, se logra disminuir la temperatura de
ebullición de los líquidos y también aumentar la eficiencia del fenómeno de transferencia
de calor en el sistema.
Al plantear la utilización de un proceso térmico de separación para su aplicación sobre una
mezcla líquida concreta, deben considerarse los siguientes puntos:
La termosensibilidad de la disolución. La potencial corrosión a los materiales. La concentración y otras características físicas. La potencial aparición de incrustaciones.
Respecto a la termosensibilidad de la disolución es destacable la importancia que tiene
trabajar a baja temperatura en aquellos casos en los que las propiedades de dicha
disolución puedan verse alteradas con la temperatura.
Esto es muy frecuente en los elementos proteínicos, que pueden desnaturalizarse con el
aumento de temperatura. La separación por volatilización del disolvente para concentrar el
soluto permite la aplicación de vacío para disminuir así la temperatura de volatilización del
disolvente y eliminar el riesgo de alteración de las propiedades de la disolución alimento.
La corrosión de los materiales que conforman el evaporador puede aparecer si el líquido
alimento es considerablemente agresivo respecto a los materiales en los que se ha
construido el evaporador. En la actualidad todos los evaporadores se construyen ya con
acero inoxidable, grafito, níquel, cobre y algunas aleaciones de especial resistencia a la
corrosión, por lo que el espectro de disoluciones potencialmente tratables por separación
térmica es muy amplia.
A concentraciones de soluto muy elevadas, las disoluciones pueden ver alteradas sus
características físicas de manera considerable. La conductividad, el punto de ebullición, o
la viscosidad son algunas de estas propiedades.
Como resultado de la volatilización del disolvente, la concentración de diluciones puede
ocasionar la aparición de incrustaciones provocadas por la cristalización del soluto en las
paredes del evaporador. Esto puede provocar una disminución de la eficiencia en
funcionamiento de la maquina, por lo que es importante un buen mantenimiento en los
casos en que este fenómeno puede aparecer.
Reducción de los residuos líquidos en el sector de las artes gráficas
En este post vamos a repasar algunos de
los principales residuos líquidos que se generan en el sector de las artes gráficas y las
tecnologías más adecuadas para su tratamiento.
Recuperación de disolventes de limpieza residuales mediante destilación
Descripción: Los disolventes residuales empleados para la limpieza se pueden destilar y
reutilizar. Existen equipos para la operación específica del destilado de estos disolventes.
Cuando se aplican sistemas de limpieza de grasa o de purgado, se emplean disolventes
para limpiar este sistema después de cada cambio de color. Los equipos modernos de
suministro de tintas ya llevan incorporados equipos de recuperación de estos disolventes.
Beneficios ambientales alcanzados: Los beneficios ambientales conseguidos mediante
esta técnica son muy importantes: Por un lado, se consigue reducir la cantidad de
disolventes residuales, que son una vez empleados gestionados como residuos
contaminantes. Por otro lado, la utilización del disolvente reciclado reduce la cantidad
necesaria de disolvente fresco de limpieza a consumir, lo que conlleva un importante
ahorro económico.
Efectos adversos: La destilación del disolvente contaminado requiere del consumo de
energía.
Datos operativos: El equipo de destilación debe ser instalado y operado con cuidado.
Los agentes de limpieza con un alto punto de inflamación normalmente también tienen un
alto punto de ebullición. Para estos disolventes, sólo se puede aplicar un equipo de
destilación a vacío, de forma que no se alcancen temperaturas excesivamente altas. En
esta situación, sin embargo, el empleo de una membrana de filtración puede ser una
alternativa más barata. Ya existen máquinas de lavado con un sistema de destilación
incorporado.
Aplicabilidad: La recuperación de disolventes de limpieza mediante destilación es una
técnica aplicable a todos los sectores industriales. En particular: En las industrias de
impresión por huecograbado, flexografía y offset de secado por calor (heat-set offset) es
de común aplicación la recuperación de disolventes por destilación. Es sobre todo muy
empleada en plantas cuyo consumo supere los 200 litros de disolventes de limpieza a la
semana.
Costes económicos: Los costes de instalación del equipo de recuperación de disolventes
por destilación varían en un amplio rango, ya que dependen del tamaño necesario del
equipo y de la aplicación específica del mismo. Sin embargo, mediante la aplicación de
esta técnica se consigue también un considerable ahorro de costes debido a la
reutilización del disolvente, así como una minimización en los costes de gestión de los
residuos generados, que al ser éstos menores también se reducen.
Razones para su implementación: Reducción de las emisiones de COVs y cumplimiento
de la normativa referente a los mismos. Ahorro económico en materias primas por
reciclado de disolvente, y reducción de costes de gestión de residuos generados.
Destilación y evaporación de residuos de productos en base solvente
Descripción: Los residuos en base solvente, como por ejemplo las tintas, barnices y
adhesivos empleados en las plantas de impresión pueden ser destilados y evaporados al
vacío para recuperar el disolvente y reducir de esta manera la cantidad de residuos
peligrosos.
Beneficios ambientales alcanzados: La cantidad de residuos contaminantes y/o peligrosos
se reduce y se consigue una reducción en el consumo de materias primas (disolvente).
Efectos adversos: La destilación del disolvente contaminado requiere del consumo de
energía.
Aplicabilidad: Esta técnica es aplicable en todas las instalaciones de impresión, tanto
nuevas como existentes.
Costes económicos: Los costes de instalación del equipo de recuperación de disolventes
por destilación varían en un amplio rango, ya que dependen del tamaño necesario del
equipo y de la aplicación específica del mismo. Sin embargo, mediante la aplicación de
esta técnica se consigue también un considerable ahorro de costes debido a la
reutilización del disolvente, así como una minimización en los costes de gestión de los
residuos generados, que al ser éstos menores también se reducen.
Reducción y tratamiento del agua residual mediante ultra y nanofiltración
Descripción: Con la ultrafiltración y la nanofiltración (UF y NF), también conocidas
comoósmosis inversa, el agua contaminada pasa a través de una membrana semi-
permeable a alta presión, que deja pasar las pequeñas moléculas de agua, pero no las
moléculas de mayor tamaño. La concentración de los compuestos contaminantes sobre la
membrana se incrementa por el paso repetido del agua contaminada a través de esta
membrana.
Beneficios ambientales alcanzados: Se reduce el volumen de sustancias contaminantes y
el agua puede ser reutilizada para, por ejemplo operaciones de limpieza, etc. El residuo
filtrado, por ejemplo de tinta o de pintura, puede ser recuperado y re-utilizado.
Efectos adversos: El agua filtrada si no es re-utilizada se vierte por el sistema de
alcantarillado. La filtración requiere del consumo de energía
Aplicabilidad: Esta técnica es comúnmente aplicada en las plantas de impresión en las que
se emplean grandes cantidades de tintas en base agua, barnices y adhesivos, como son
las plantas de impresión de embalaje. También se emplea en la industria automovilística.
Costes económicos: Los costes de instalación del equipo de ultrafiltración ó nanoflitración
son bastante elevados.
Destilación al vacío
Descripción: Se trata de una destilación efectuada realizando un vacío en la columna, de
forma que la ebullición del disolvente ó del líquido que se quiere separar se produzca a
una Tª inferior a la que se produciría a la presión atmosférica. En el resto de las
características, esta técnica es similar a la destilación convencional.
Aplicabilidad: Aplicable en toda la industria gráfica.
Evaporación al vacío para el tratamiento del digestato en plantas de biodigestión
El proceso de biodigestión se lleva a cabo
principalmente para la producción de biogás, que puede ser utilizado como combustible, a
partir de diferentes residuos orgánicos, entre los que se incluyen los excrementos
animales.
Además de la obtención de biogás, la biodigestión también permite reducir el potencial
contaminante de los excrementos que se utilizan para generar dicho biogás, disminuyendo
la demanda química de oxigeno (DQO) y la demanda biológica de oxígeno (DBO) hasta en
un 90%.
Como resultado de este proceso se genera un residuo llamado digestato, que presenta un
alto grado de concentración de nutrientes y materia orgánica, y es ideal para ser utilizado
como fertilizante.
El digestato es un subproducto semi-líquido y puede aplicarse de forma directa, o previa
separación en dos fracciones, sólida y liquida, lo cual aumenta su eficacia.
Las ventajas que presenta el digestato como fertilizante son:
Respecto a los residuos orgánicos antes de su digestión, los digestatos son más aptos para uso agrícola, generan menos olores, y presentan una mayor calidad higiénica.
El digestato presenta un mayor grado de mineralización al pasar el nitrógeno y fósforo orgánico a mineral tras la fermentación. Esto lo hace asimilable a un fertilizante mineral. El alza en los precios de estos últimos constituye una oportunidad para los digestatos.
Para llevar a cabo la separación de la parte sólida y liquida se puede hacer de forma
simple mediante un proceso de separación mecánica. La parte sólida sería la que se
aprovecharía como fertilizante y la parte líquida habría de ser gestionada como residuo.
El problema de esta tecnología es su baja eficacia a la hora de realmente separar los
líquidos de los sólidos y la materia orgánica.
Esto se traduce en dos grandes inconvenientes para la planta de producción de biogás:
Se están desaprovechando una gran parte de los sólidos y de la materia orgánica contenidos en el digestato, que no se consiguen separar, lo cual significa que se está obteniendo una cantidad mucho menor de fertilizante, y por tanto reduciendo los ingresos que se podrían obtener por su venta.
Todo esta materia que no se aprovecha para producir fertilizante es un residuo que ha de ser tratado por un gestor y eso tiene un coste económico, es decir, se están convirtiendo lo que podrían ser ingresos en un gasto.
Dicho esto ¿No sería más rentable y eficiente reducir el volumen del digestato en la misma
planta y recuperar esa gran cantidad de fertilizante que se pierde? Gracias a esta medida
los costes por gestión de residuos se reducirían, a la vez que se aumentarían los ingresos
por venta de fertilizante.
Planta de producción de biogás con evaporación de digestato.
La evaporación al vacío es la tecnología más adecuada para separar los sólidos de los
líquidos del digestato.
Gracias a un evaporador al vacío podemos separar entre un 90% y un 95% del agua de
los sólidos y la materia orgánica, lo cual nos da un elevado concentrado de fertilizante.
Aunque su coste de inversión inicial es superior al de la separación mecánica, la mayor
producción de fertilizante que se obtiene y los ahorros derivados de entregar una cantidad
menor de residuos al gestor, compensan sobradamente dicha inversión inicial y lo
convierten en una solución más económica a medio plazo.
Sus ventajas son numerosas:
La recuperación del fertilizante se incrementa y se ahorrarn importantes cantidades de dinero al no enviar digestato líquido al gestor de residuos.
El agua limpia (condensado) obtenida en el proceso de evaporación se puede usar como agua de mezcla en el principio del proceso de biogás, o ser vertida sin peligro si se prefiere.
El producto fertilizante combinado todavía se puede secar más y convertirse en fertilizante seco.
Una planta de evaporación es más eficiente eliminando agua del digestato que si se seca en una planta de secado.
Aumento de las ventas de fertilizante, que mejoran la rentabilidad de la planta de biogás.
El digestato es una sustancia que ensucia, lo cual alarga el tiempo de la operación. Losevaporadores de superficie rascada garantizan una operación sin paradas.
Los evaporadores pueden concentrar el digestato hasta altos niveles de concentración. Se obtienen concentrados viscosos de alta densidad.
Tratamiento de aguas residuales y efluentes en la industria de tratamiento de superficies metálicas
El sector de tratamiento de superficies
metálicas comprende una gran variedad de actividades cuya finalidad es tratar las
superficies metálicas para protegerlas de la corrosión, mejorar su resistencia al desgaste y
erosión, o mejorar su aspecto mediante recubrimientos metálicos.
Estas actividades o tratamiento se pueden agrupar en dos grandes bloques:
1. Procesos de limpieza y preparado de superficies (desengrase, decapado,…)2. Recubrimientos metálicos y obtención de acabados superficiales (electrodeposición,
anodizado, inmersión,…)
Durante estos procesos de tratamiento se generan una gran cantidad de aguas residuales o
efluentes de diversa composición, según haya sido el tratamiento al que se han sometido las
superficies metálicas.
Existen diferentes tecnologías de tratamiento de aguas residuales y tratamiento de
efluentesgenerados en el sector de tratamiento de superficies metálicas, cuya elección
dependerá de la composición de los efluentes y de los objetivos y necesidades
medioambientales de la empresa: vertido cero, reutilización de agua, ajuste a los límites de
vertido, obtención de subproductos, etc.
La evaporación al vacío es ideal para la obtención de un vertido cero y puede aplicarse de
forma independiente o en combinación con tecnologías de membranas.
Los sistemas por evaporación permiten, entre otras aplicaciones, concentrar las aguas de
enjuague de un lavado estático haciendo posible, por un lado, la recuperación del arrastre
de forma “concentrada” y, por otro, obtener un 95% de agua que puede reutilizarse en
operaciones de enjuague. Si no fuera mediante este sistema, sería muy limitada la
utilización de los enjuagues estáticos como recuperaciones, siendo necesario su vaciado
periódico y consecuente tratamiento del vertido.
Los procesos de cristalización y precipitación se aplican para la obtención de un vertido
cero (tratamiento del rechazo del evaporador), para recuperar materias valorizables y para
regenerar soluciones de proceso, mediante la eliminación de impurezas. Es aplicable a
cualquier baño que presente algún tipo de contaminación de una sal con un metal, siempre
y cuando las sales contaminantes presenten una solubilidad limitada.
La electrodiálisis es un sistema de filtración con un reducido coste de operación, que
permite recuperar entre un 80% y un 90% de sales. Se puede aplicar para la recuperación
de materias primas de los baños de proceso y para la regeneración de baños de trabajo
libres de iones.
La ósmosis inversa produce un agua que puede retornarse en circuito cerrado al proceso
de enjuague y, por el otro, un concentrado de sales de níquel que puede retornarse a los
baños de proceso (90%-97%). De esta manera, se consigue el ahorro de sales de níquel y
de otros componentes del baño, así como del agua de enjuague. Se puede aplicar sobre
otros procesos tales como el latonado, cobreado, plateado, zincado, etc.
También se aplica para la regeneración del agua de enjuague. En función del caudal de
rechazo, con el sistema de ósmosis inversa puede obtenerse un agua de entre 100-500
μS/cm. La técnica es aplicable sobre el agua diluida de la mayoría de procesos, con
excepción de baños muy oxidantes.
Las resinas de intercambio iónico permiten la eliminación de contaminantes metálicos y la
regeneración del agua de enjuague, ya que retornan grandes cantidades de agua con una
elevada calidad por su bajo contenido en iones. El sistema retorna el agua a la cuba de
enjuague puesto que el diseño de la instalación funciona en circuito cerrado. Los
enjuagues recirculados con resinas de intercambio iónico, según la operación a la que se
destinen, pueden trabajar durante largo tiempo, a conductividades inferiores a 50 μS/cm,
en incluso, por debajo de 5 μS/cm si se trata de enjuagues finales.
Os adjuntamos un extenso documento elaborado por el Ministerio de Medio Ambiente en
el que se detallan los diferentes procesos y los residuos que se generan en la industria de
tratamiento de superficies metálicas, así como las mejores tecnologías disponibles para el
tratamiento de los mismos.
Tratamiento de aguas en centrales geotérmicas
No comment Categories: Energía
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Para poder extraer esta fuente de energía es necesaria
la presencia de yacimientos de agua cerca de estas zonas calientes. La explotación se
realiza perforando el suelo y extrayendo el agua caliente al igual que se hace en las
explotaciones de petróleo y gas. Si su temperatura es suficientemente alta, el agua saldrá
en forma de vapor y se podrá aprovechar para accionar una turbina que produzca
electricidad a bajo coste y de forma permanente durante un periodo prolongado de tiempo.
Podemos encontrar básicamente tres tipos de campos geotérmicos dependiendo de la
temperatura a la que sale el agua:
La energía geotérmica de alta temperatura (entre 150 y 400ºC), que produce vapor en la
superficie que enviando a las turbinas, genera electricidad
La energía geotérmica de temperaturas medias (entre 70 y 150º C), que obliga a realizar la
conversión vapor-electricidad dan menor rendimiento. Pequeñas centrales eléctricas
pueden explotar estos recursos.
La energía geotérmica de baja temperatura (entre 60 a 80ºC) y la de muy baja temperatura
(entre 20 y 60ºC). Estas energías se utilizan para necesidades domésticas, urbanas o
agrícolas.
Una vez que se dispone de pozos de explotación se extrae el fluido geotérmico que
consiste en una combinación de vapor, agua y otros materiales. Éste se conduce hacia la
planta geotérmica donde debe ser tratado. Primero pasa por un separador de donde sale
el vapor por un parte, y la salmuera y líquidos de condensación y arrastre, que es una
combinación de agua y materiales, por la otra. El vapor continúa hacia las turbinas, que
con su rotación mueve un generador que produce energía eléctrica. Después de la turbina
el vapor es condensado y enfriado en torres y lagunas.
Con el agua geotérmica utilizada para producir la energía se puede optar por dos
opciones:
1. Devolverla a inyección al pozo hacia la reserva para ser recalentada, mantener la
presión y para que no se agote el yacimiento geotérmico. Este procedimiento es muy caro
y puede ser viable en grandes pozos de muchos años de duración.
2. Otra opción es verter el agua pero la naturaleza salada y mineralizada de los fluidos
geotérmicos imposibilita la descarga libre de estos líquidos, ya que provocarían la
contaminación de ríos y lagos.
Para mitigar estos daños, es posible el tratamiento de las aguas antes de su descarga
evitando el ingreso de sales y metales nocivos para el medio natural. De esta forma se
puede optar por una alternativa más económica a la reinyección del agua en el subsuelo
cuando esta no sea económicamente viable.
En este sentido la mejor tecnología disponible para el tratamiento de las aguas
geotérmicas es una combinación de membranas junto con evaporación al vacío y
cristalización.
Durante las tres fases se va destilando el agua, separándola de las sales y los minerales,
hasta obtener un agua limpia que puede ser reutilizada como agua potable para el
consumo humano.
Valorización energética del biogás en vertederos urbanos de RSU
No comment Categories: Lixiviados y gestión de residuos
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Un vertedero de RSU genera dos tipos de
residuos: los lixiviados, que son efluentes que contienen la materia que arrastra la lluvia al
filtrarse entre los residuos sólidos, y el biogás, que es resultado de las reacciones químicas
que se producen entre los distintos residuos sólidos enterrados en el vertedero.
Todos los vertederos de RSU se ven obligados por ley a tratar ambos residuos y en este
post vamos a ver como el biogás puede ser valorizado y reutilizado como fuente de
energía para el tratamiento de los lixiviados, sin incurrir en los grandes costes que supone
la transformación del biogás en energía o combustible para otros usos.
¿Es rentable la valorización energética del biogás?
El biogás tiene principalmente dos salidas a la hora de ser transformado en energía:
1. Para generación de energía eléctrica y térmica. Este proceso se puede llevar a cabo
mediante motogeneradores, o con turbinas de biogás.
2. Utilización directa como combustible, tras ser depurado, siendo válido como:
Combustible en calderas de biogás. Inyección a la red de gas natural. Combustible para automoción.
El problema con el que se encuentran la mayoría de los vertederos de RSU es que la
instalación de la maquinaria necesaria para la transformación del biogás en energía o
combustible supone un coste excesivamente elevado y, sobretodo, poco rentable. Esto es
debido a que la cantidad de biogás que se genera en la mayoría de vertederos no es
suficiente como para obtener un volumen de energía o combustible realmente significativo
del que beneficiarse, de forma que compense la inversión llevada a cabo en maquinaria.
Por otra parte, es también frecuente que, aún produciendo una gran cantidad de energía
eléctrica, los vertederos no tengan en sus cercanías torres de electricidad a las que
conectar la energía generada.
Una posible solución ante esta situación es no transformar el biogás y quemarlo con
antorchas para no emitirlo a la atmósfera, pero no es la opción más óptima ya que al final
estamos desperdiciando una fuente de energía.
Otra solución mucho más inteligente para aquellos vertederos que no generan un gran
volumen de biogás es aprovecharlo como fuente de energía para alimentar los procesos
del propio vertedero.
El Biogás como fuente de energía para la depuración de los lixiviados
El tratamiento de lixiviados en un vertedero de RSU puede llevarse a cabo mediante
diversas tecnologías pero a día de hoy laevaporación al vacío, combinada o no
con ósmosis inversaprevia o posterior, se ha revelado como uno de los métodos más
eficientes para la minimización del lixiviado y la obtención de un agua depurada y
adecuada para vertido.
Como es lógico el evaporador al vacío va a necesitar de energía para su funcionamiento y
esta puede venir del biogás del propio vertedero. Mediante un sistema simple y económico
como es una caldera con quemador de biogás se puede obtener energía suficiente para
garantizar el correcto funcionamiento del evaporador.
De esta forma se obtiene un triple beneficio:
1. Se reaprovecha una fuente de energía.
2. La energía necesaria para el funcionamiento del evaporador al vacío destinado a tratar
los lixiviados se obtiene a coste cero.
3. Se obtiene una formula mucho más rentable para aprovechar el biogás en aquellos
vertederos que no generen la suficiente cantidad de biogás como para justificar la gran
inversión que supone la transformación del mismo en energía eléctrica, energía térmica o
combustible.
Gestión de efluentes líquidos en la industria láctea
One comment Categories: Agricultura y ganadería, Alimentación
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La producción de productos lácteos genera importantes
cantidades de residuos contaminantes, cuyo impacto ambiental se produce a través del vertido
de efluentes líquidos que contienen un alto nivel de carga orgánica.
Estos efluentes provienen principalmente del lavado de la maquinaría utilizada en los distintos
procesos de producción. Al efectuar el lavado, estas aguas arrastran restos de producto que
puede contener un elevado nivel de aminoácidos y proteínas de alto peso molecular.
Dentro de la industria láctea, los principales contaminantes son los productores de derivados
lácteos como el queso y la mantequilla. En ambos casos nos encontramos con las mencionadas
aguas de producción y lavado, y también podemos encontrarnos con lodos o compuestos
salinos de desecho. La combinación de todos estos materiales acostumbra a presentar unos
altos índices de conductividad y un contenido de DBO elevado.
De entre las diferentes tecnologías disponibles destaca la evaporación al vacío, ya que esta
técnica permite la recuperación y reutilización de una importante cantidad de las aguas de
lavado. Además, se reduce de forma drástica la producción de residuo, consiguiendo con ello
una importante disminución del coste de la gestión de los residuos.
Si a esto le unimos el bajo consumo de energía eléctrica de los evaporadores al vacío por
bomba de calor, que son los utilizados habitualmente en esta industria, nos encontramos ante
una inversión de alto rendimiento y rápida amortización.
Otras de las ventajas que presenta la instalación de un evaporador al vacío para el tratamiento
de residuos lácteos son:
• Se elimina la problemática del incremento de conductividad o sales disueltas.
• No requiere la adición de reactivos químicos.
• Las plantas de tratamiento acostumbran a ocupar un espacio reducido.
• Bajo mantenimiento y elevado grado de automatización.
• Evita la descomposición o rotura de moléculas sensibles al calor provocando que no pasen a
la fase volátil (destilado).
• Libre de corrosión debido a la gran calidad de los materiales empleados y a la baja
temperatura de funcionamiento durante la destilación.
• Reducción drástica de la producción de residuo.
• No produce malos olores ni emisiones tóxicas a la atmósfera.
La evaporación al vacío resulta ser una solución muy eficiente con residuos líquidos que
conllevan una mayor dificultad en la depuración y la disminución del volumen de residuo a
eliminar, como es el caso que nos ocupa.
Valorización de residuos
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En 2010, la producción
media de residuos sólidos urbanos en los países europeos se situaba en torno a los 502
kg por habitante, de acuerdo con los datos publicados por Eurostat. La gestión de los
residuos es sin duda uno de los principales retos con los que se encuentran las
sociedades más adelantadas, dado su progresivo incremento en la producción y su
impacto ambiental, económico y social.
La mayor parte de estos residuos continúan actualmente teniendo como destino final el
vertedero, aunque sea ésta la opción menos sostenible a nivel ambiental. No obstante, la
tendencia es a ir reduciendo esta práctica en favor de alternativas más interesantes, tanto
des del punto ambiental, como económico. La Directiva marco de residuos, de 2008,
introduce una jerarquía de gestión de los residuos, en la que las opciones indicadas de
mayor a menor prioridad son: prevención, reutilización, reciclado, valorización material y
energética y, finalmente, eliminación de los residuos. Razonablemente, la primera opción
se basa en reducir la generación de residuos, ya sea desincentivando la comercialización
de artículos de un sólo uso, limitando el uso de plásticos, potenciando la devolución de los
envases de vidrio, etc. En segundo lugar, la mejor opción es la reutilización, que se podrá
llevar a cabo en función del producto concreto (envases, cartuchos de tóner, bolsas de la
compra, ropa, etc.). En ocasiones, no se puede reutilizar el producto tal cual, pero sí que
se puede reciclar para que sea apto para otro uso distinto; es el caso del papel o del vidrio.
Si todas estas alternativas no son factibles, antes del depósito de los residuos en un
vertedero, la única vía sostenible de sacar algún provecho económico, es la valorización
de los residuos. La valorización puede ser material o energética. La valorización material
consiste en la utilización del residuo como materia prima de otro proceso. Es el caso de las
escorias de altos hornos, los escombros procedentes de la demolición de edificios, etc.
que se utilizan en la producción de cemento, al contener los minerales presentes en las
materias primas tradicionales. La valorización energética es otra vía de sacar partido de
los residuos, utilizándolos para la obtención de energía renovable a la vez que se
soluciona un problema ambiental.
Existen diferentes tecnologías de valorización energética, los cuales se pueden clasificar
en procesos biológicos y procesos térmicos. Los primeros podrán ser aplicados cuando el
residuo posea una importante fracción biodegradable. En cambio, los procesos térmicos
serán viables cuando el poder calorífico del residuo, que se mide mediante el poder
calorífico inferior (PCI), sea medio o alto. Los procesos de valorización energética más
utilizados son los siguientes:
1. Vertido y aprovechamiento del gas de vertedero
Con la normativa vigente no es aconsejable considerar esta alternativa como una opción
viable, puesto que cada vez la cantidad de residuo biodegradable depositado en vertedero
es menor. No obstante, es conveniente aprovechar la energía del gas de vertedero, a
pesar de los inconvenientes técnicos (poder calorífico variable, presencia de numerosos
contaminantes en el gas, condiciones agresivas para los motores de cogeneración o las
microturbinas, etc.).
2. Biometanización
Mediante un proceso de digestión anaerobia la fracción biodegradable del residuo es
transformada en biogás y lodos digeridos. El biogás es una mezcla de dióxido de carbono,
metano y otros gases minoritarios (H2S, etc.), el cual, después de un proceso de lavado,
puede ser utilizado para producir energía eléctrica mediante un proceso de cogeneración.
La energía calorífica residual del proceso puede ser recuperada y, en parte, utilizada para
concentrar las aguas residuales que se generan, mediante un proceso de evaporación-
concentración al vacío. El resultado será un agua de alta calidad y un residuo muy
concentrado.
3. Pirolisis
Se trata de un proceso térmico consistente en la transformación de la materia orgánica en
otros compuestos más fáciles de tratar, el cual se lleva a cabo a elevada temperatura
(entre 500 y 900 ºC) y en ausencia de aire. Se obtiene un gas con un elevado PCI (mezcla
de hidrógeno, monóxido de carbono, metano, etano, etileno, etc.), aunque parte de la
energía que se obtiene del gas se debe invertir en el propio proceso de pirolisis, el cual es
endotérmico. Además del gas, también se produce un sólido carbono, coque, el cual se
elimina mediante un proceso de incineración anexo al proceso principal de pirolisi.
4. Gasificación
Consiste en un proceso térmico en el que se lleva a cabo una combustión parcial de la
materia en defecto de oxígeno. Se produce un gas combustible, el gas de síntesis, el cual
su composición varía (mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono, agua e hidrocarburos
ligeros) en función del residuo y de las condiciones de operación. El gas de síntesis debe
ser limpiado para poder ser aprovechado posteriormente. También se generan unos
sólidos, alquitranes y cenizas, que deben ser incinerados. El gas de síntesis puede ser
utilizado para la producción de energía eléctrica mediante motores de combustión o
microturbinas, puede ser transformado en un combustible líquido que se puede emplear
como sustituto del gasoil, puede ser inyectado en la red de gas natural si se separa
previamente el CO2 y los restos de oxígeno, y también puede utilizarse el hidrógeno que
contiene en una pila de combustible para la generación de electricidad. Se trata de una
opción muy interesante, eficiente y en la que se continúa investigando.
5. Combustión con exceso de oxígeno (Incineración)
Proceso térmico rápido en el que se produce una combustión completa y se acaba
oxidando la materia a dióxido de carbono y agua. Para que la materia reaccione con el
oxígeno produciendo energía debe contener carbono, hidrógeno o azufre. Se trata de la
tecnología mayormente empleada para la valorización energética.
Así pues, los sistemas de valorización energética de residuos son una opción sostenible
para la gestión de los residuos, además de que permiten ahorrar energía y posibilitan
reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Cada vez hay mayor número de
tecnologías disponibles que hacen que una gran variedad de residuos de todo tipo puedan
ser sometidos a un proceso de valorización energética.
Concienciación ambiental industrial
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La amenaza que supone el cambio climático, así como la contaminación de las grandes urbes, ha hecho que la ciudadanía esté concienciada y preocupada por las consecuencias del trato que se le da al medio ambiente, por los excesos que se le infringen y por la posibilidad de que éstos nos conduzcan a situaciones difíciles e irreversibles.
Cada vez se halla más consenso sobre la necesidad de poner en práctica procesos industriales que no pongan en riesgo ni comprometan las capacidades del futuro para satisfacer nuestras necesidades, actuales y futuras. Así, el desarrollo sostenible es totalmente necesario y los gobiernos de la mayoría de países intentan poner en práctica medidas para que su implantación sea una realidad.
La sostenibilidad de un proceso industrial se fundamenta en cuatro pilares fundamentales, que son la gestión de los residuos que produce, la gestión del agua que consume, la gestión de las emisiones gaseosas que origina y la optimización de los requerimientos energéticos.
Gestión de los residuos producidos
La gestión óptima de los residuos es aquella que conduce a la no generación de residuos. Y, en su defecto, la que posibilite la generación de la mínima cantidad posible. La prevención y minimización de la producción de residuos es el objetivo básico a alcanzar como primera opción, puesto que minimizar la cantidad de residuos generados es la mejor vía para reducir el impacto ambiental.
No obstante, es muy difícil evitar completamente la producción de residuos. En este caso, se deben buscar alternativas que permitan su reutilización. De este modo se reduce el consumo de algunas sustancias primas a la vez que se le da una salida eficiente a los residuos.
En el caso de no poder reutilizar los residuos generados, el paso siguiente es intentar su reciclaje, es decir, que puedan ser de utilidad para cualquier otra aplicación. Si todas estas opciones resultan fallidas, antes de la disposición final del residuo, es conveniente intentar recuperar toda la energía posible, mediante procesos tales como la gasificación, la pirolisis o la incineración.
Gestión del agua consumida
Otro aspecto clave a la hora de promover el desarrollo sostenible de un proceso industrial atañe a la gestión del agua. Igual que en el caso de los residuos sólidos, la opción más satisfactoria pasa por no generar aguas residuales. Sin embargo, a menudo este extremo no es factible. Entonces, será prioritario generar el mínimo volumen de aguas residuales. Por lo que se refiere a las aguas residuales producidas, la opción más sostenible consiste en un tratamiento exhaustivo que permita alcanzar una calidad suficiente como para que éstas sean reutilizadas. Recuperando el agua del efluente para su reutilización también se minimiza el consumo de agua externa al proceso. Actualmente el estado del arte de numerosas tecnologías hace realmente posible esta alternativa de gestión. Pero, si no se reutilizan sea cual sea el motivo, se deben someter necesariamente a un tratamiento que elimine los contaminantes, como paso previo a su descarga. Así, su vertido no producirá ningún tipo de impacto ambiental.
Gestión de emisiones gaseosas
El proceso industrial debe evitar cualquier situación que suponga la emisión de gases contaminantes a la atmósfera. La alternativa más sostenible, y a menudo más económica, es la modificación del proceso con la finalidad de evitar, o al menos reducir, la producción de gases contaminantes. No obstante, esta opción no es siempre viable.
Cuando no es posible evitar completamente la generación de gases contaminantes, se deben concentrar los esfuerzos en su tratamiento. Afortunadamente, existen técnicas muy competitivas que permiten convertir los gases contaminantes en gases inocuos.
Optimización del consumo energético
La sostenibilidad y la economía van estrechamente de la mano en cuanto al consumo de la energía. Todas las estrategias de optimización conducen al mismo objetivo, que no es otro que reducir tanto como sea posible el consumo neto de energía. Este objetivo global se puede alcanzar trabajando en aspectos diferentes. Por un lado, modificando los
procesos que no sean eficientes desde el punto de vista energético e incluso sustituyéndolos por otros diseños más eficientes. Por otro lado, también se puede actuar a nivel de combinar los diferentes procesos que tienen lugar en la misma industria con la finalidad de aprovechar sinergias. La energía que hace falta disipar en un proceso, puede que sea de utilidad en otra operación donde sea preciso aportar energía. También deben ser exploradas las opciones posibles de cogeneración, donde un residuo con suficiente poder calorífico o una fuente residual de energía pueden ser aprovechados para generar energía eléctrica. El funcionamiento de un sistema de cogeneración redunda en un menor consumo energético neto.
Así pues, la adopción de medidas que supongan economizar recursos, ya sean materiales o energéticos, suponen incrementar la productividad del proceso industrial, además de hacerlo ambientalmente más sostenible. Este hecho aúna el intangible del respeto por el medio ambiente con un probable ahorro económico. Asimismo, la legislación que la mayoría de gobiernos van aprobando va en la línea de fomentar que la opción más económica acabe resultando ser la más sostenible ambientalmente.
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14NOV
Aplicaciones industriales de la filtración por membranas
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Las tecnologías de filtración por membranas están siendo cada vez más utilizadas en los procesos productivos de numerosas industrias. Su capacidad para separar extractos y esencias naturales muy específicas a temperaturas bajas o ambientales las convierte en una tecnología más rentable para este propósito que otros métodos tradicionales.
El tipo de membrana que se escoge es un factor importante para garantizar un buen funcionamiento y un óptimo rendimiento del proceso. Existen diversas clases de membranas que se adaptan a diferentes aplicaciones según cuál sea el nivel de filtrado requerido. Las membranas en espiral, las membranas cerámicas, las membranas de acero inoxidable, las membranas tubulares, las membranas de fibra hueca y las membranas “plate & frame” son los modelos más habituales.
La filtración por membranas es una tecnología a presión que se utiliza para llevar a cabo separaciones líquidas varias. Sus diferentes modalidades son la microfiltración, la ultrafiltración, la nanofiltración y la osmosis inversa.
La ósmosis inversa es especialmente adecuada para procesos de deshidratación, concentración/separación de sustancias, o tratamiento de residuos líquidos. Es muy útil para concentrar sólidos disueltos o en suspensión, por una parte, y obtener un rechazo líquido que contiene una muy baja concentración de sólidos disueltos por otra.
La ultrafiltración es un proceso de fraccionamiento selectivo que se utiliza habitualmente para el fraccionamiento de leche, suero y proteínas. Concentra sólidos en suspensión y solutos de peso molecular mayor a 1000. Por su parte, el rechazo líquido contiene solutos orgánicos de bajo peso molecular y sales.
La nanofiltración suele aplicarse para desmineralizado, remoción de color, y desalinización.
La microfiltración es un proceso de flujo de baja presión a través de membrana para la separación de coloides y partículas suspendidas en el rango de 0.05 – 10 micrones. La microfiltración se utiliza para fermentaciones, clarificación de caldo y clarificación y recuperación de biomasa.
Aplicaciones industriales
La filtración por membrana puede ser aplicada en infinidad de industrias en las que intervienen procesos químicos. La industria de la alimentación, con especificaciones importantes en los sectores lácteo y del azúcar, la farmacéutica, la biotecnológica y la química, propiamente dicha, son ámbitos en los que la filtración por membranas puede ser de gran utilidad.
La aplicación de las diversas técnicas de filtración por membranas en la industria alimentaria abarca infinidad de campos. Entre los más comunes se pueden citar la concentración de clara de huevo, la Clarificación y preconcentración de jugos de frutas, la concentración y extracción de cenizas de gelatina porcina, vacuna o de hueso, la clarificación de la salmuera de carne para la remoción de bacterias y re-uso de la salmuera, la Concentración de proteínas de vegetales y plantas tales como soja, canola y avena y la desalcoholización de vino y cerveza.
Industria láctea: la filtración por membrana es una parte valiosa del proceso de producción, especialmente en la manufactura de ingredientes lácteos. Sus aplicaciones pueden dividirse en tres categorías: aplicaciones a leche, aplicaciones a suero y otras aplicaciones como el clarificado de salmuera de queso.
Industria de almidones y edulcorantes: el beneficio principal es el incremento en el rendimiento de los productos, entre los que se incluyen la clarificación de jarabes de maíz como dextrosa y fructosa, la concentración de agua de lavado del almidón, el enriquecimiento de dextrosa, la de-pirogenación del jarabe de dextrosa y el fraccionamiento/concentración de agua de maceración.
Industria del azúcar: la filtración por membranas se puede utilizar para clarificar el jugo no procesado sin utilizar clarificadores primarios, eliminando así muchos problemas ambientales y mejorando la calidad y el rendimiento de otros métodos tradicionales. Las membranas también pueden clarificar, fraccionar y concentrar varias soluciones de azúcar en el proceso de producción.
Industria química: muchos procesos químicos utilizan la filtración por membranas para desalar, diafiltrar y purificar tintes, pigmentos y abrillantadores ópticos, limpiar las corrientes de aguas residuales y de lavado, la concentración y deshidratación de minerales como arcilla caolínica, dióxido de titanio y carbonato de calcio, la clarificación de cáusticos, la producción de polímeros o la recuperación de metales.
Industria farmacéutica: la cosecha de células o recuperación de biomasa es un paso importante en un proceso de fermentación, especialmente al manufacturar productos como los antibióticos. La filtración mejora la producción y reduce la tarea del operario y el costo de mantenimiento. Las membranas son también una parte estándar de las líneas de producción industrial de enzimas al concentrar enzimas previamente a otros procesos.
Condorchem
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10SEP
Publicada la encuesta anual del Gasto en Protección Ambiental del INE
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A finales del pasado mes de julio el INE (Instituto Nacional de Estadística) hizo pública su encuesta anual sobre el gasto en protección medioambiental 2007. Este informe recoge las inversiones llevadas a cabo por los distintos sectores industriales de nuestro país.
Dichas inversiones se incrementaron en un 15,1% respecto al año 2006, alcanzando la cifra de 3.012’5 millones de euros. Los sectores que más invirtieron en la gestión de sus residuos fueron el energético, con un espectacular crecimiento del 84%, el metalúrgico, el de productos minerales, el químico y alimentación. Este gasto se destinó principalmente al tratamiento de aire y a la depuración de aguas residuales.
Por Comunidades Autónomas, Cataluña es la que más recursos destinó a la protección medio ambiental, seguida de Galicia, Castilla y León y Asturias. En cuanto al gasto corriente, Cataluña encabeza nuevamente el ranking, seguida de Andalucía, Comunidad Valenciana y País Vasco. Las regiones que más crecen respecto al año 2006 son La Rioja, Aragón y Baleares.
Caso de estudio: tratamiento de lixiviados de vertederoEn esta ocasión presentamos un caso real de tratamiento de lixiviados de un vertedero
municipal en España.
En el caso se describe la problemática de los lixiviados y la solución aportada por
Condorchem Envitech. El proceso de tratamiento incluye diferentes etapas:
Tratamiento biológico. Ósmosis inversa. Evaporador al vacío. Stripping.
Destaca el importante ahorro económico que se obtiene al reducir la cantidad de residuo
que ha de ser enviado al gestor tras el proceso de evaporación al vacío. El ahorro supera
los 500.000 € anuales, lo cual permite amortizar la inversión con gran rapidez.
Fundamentos de la ósmosis inversa
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Share on facebookShare on emailShare on twitterShare on printMore Sharing Services6La técnica de la ósmosis inversa ha evolucionado ámpliamente en las últimas décadas y ha pasado de ser una tecnología emergente a ser un proceso consolidado, eficiente y competitivo. No obstante, ¿en qué consiste exactamente la ósmosis inversa? Para contestar a esta cuestión, primero analizaremos en qué consiste el proceso de ósmosis.
La ósmosis es una operación de equilibrio en la que moléculas de un solvente son capaces de atravesar una membrana permeable para diluir una solución más concentrada. Si se dispone de un equipo como el de la figura (a) en el que dos soluciones de diferente concentración de sal y que se encuentran a presión atmosférica están separadas por una barrera física, en el momento en que se retira la barrera que las separa, se produce una difusión de forma natural y se igualan las concentraciones de ambas soluciones, momento en el que se llega al equilibrio. Al principio, habrá un flujo que será mayoritario e irá de la solución más diluida a la más concentrada, pero a medida que las concentraciones se vayan igualando, los flujos también se irán emparejando y el flujo neto será cero.
En la figura (b) se dispone del mismo montaje experimental, pero ahora las dos soluciones están separadas por una membrana semipermeable, la cual deja pasar a través suyo el solvente pero no los iones ni moléculas de mayor tamaño. En este caso se vuelve a producir el fenómeno de la ósmosis, el solvente de la solución más diluida atraviesa la membrana hacia la solución más concentrada. En cambio, los iones de la solución más concentrada, al no poder atravesar la membrana, quedan confinados. Como resultado de esta transferencia de solvente de un lado al otro de la membrana, en la parte superior de los tanques se observa como el nivel de ambas soluciones ha variado. Mientras que el nivel de la solución más diluida ha disminuido, el nivel de la solución más concentrada ha aumentado. Una vez el flujo se ha parado – figura (c) – y el nivel de los dos tanques ya no varía más en relación al tiempo, el sistema ha llegado al equilibrio. La diferencia de niveles de líquido entre los dos tanques genera una presión hidrostática que equivale exactamente a la presión osmótica. De hecho, la presión osmótica se define como la presión hidrostática necesaria para detener el flujo de solvente a través de una membrana semipermeable que separa dos soluciones de diferente concentración.
Si cuando el solvente está fluyendo de la solución más diluida a la solución más concentrada, con el objetivo de igualar las dos concentraciones, se ejerce una ligera presión en la solución de mayor concentración, el flujo a través de la membrana disminuye.
Si se aumenta paulatinamente la presión ejercida, se llega a un punto en el que el flujo a través de la membrana es cero, es decir, el solvente deja de atravesar la membrana. La
presión que se está ejerciendo en ese momento es igual a la presión osmótica. Y si se incrementa la presión ejercida, el flujo se invierte y el solvente atraviesa la membrana en la dirección contraria, es decir, pasa del lado de la solución más concentrada al lado donde se encuentra la solución más diluida. Este proceso recibe el nombre de ósmosis inversa.
Así pues, la ósmosis inversa consiste en separar el solvente de una solución concentrada, que pasa a través de una membrana semipermeable, mediante la aplicación de una presión, la cual deberá ser, como mínimo, superior a la presión osmótica. Cuanto mayor sea la presión aplicada, mayor será el flujo de permeado a través de la membrana.
Este proceso es especialmente atractivo por la elevada selectividad de las membranas, las cuales permiten el paso del solvente, pero apenas pueden pasar los iones y moléculas de pequeño tamaño disueltas en la solución. Esto hace que esta técnica sea especialmente interesante para una gran variedad de aplicaciones, como la desalación del agua de mar, el tratamiento de efluentes líquidos, la purificación del agua para la industria alimentaria, farmacéutica, etc.
La ósmosis y la ósmosis inversa son dos fenómenos que se producen de forma natural en el interior de los seres vivos. Por ejemplo, mediante la ósmosis las células de nuestro organismo, que están envueltas por una membrana semipermeable, permiten el paso de nutrientes dentro y fuera de la célula, favoreciendo así tanto la incorporación de nutrientes necesarios para el metabolismo celular, como la expulsión de los deshechos del metabolismo celular.
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21MAY
Filtración mediante membranas para el tratamiento aguas residuales
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Entre los procesos que más han evolucionado en las últimas décadas se encuentran los de filtración a través de membrana. De forma general, éstos consisten en forzar el paso del líquido a filtrar a través de una membrana colocada sobre un soporte sólido. El hecho de necesitar cada vez mayores flujos de permeado, producidos a menores presiones de operación, ha llevado a un constante avance en el diseño y fabricación de las membranas.
En función del tamaño de las partículas que se deseen separar del líquido, variará el tipo de membrana a utilizar, siendo posible elegir entre las de filtración, microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa. A continuación, se detallan las diferencias entre ellas:
Filtración
La filtración convencional utiliza como medio filtrante un medio poroso formado por material granular (grava, arena, antracita, etc.). El líquido a filtrar se hace pasar a través del lecho poroso, por gravedad o mediante presión, quedando los sólidos atrapados en los espacios intersticiales que quedan entre las partículas que conforman el lecho filtrante.
La alternativa a la filtración mediante lechos porosos es la utilización de filtros formados por aglomerados de fibras sintéticas de policarbonato o de celulosa. En función del material utilizado y su disposición, el diámetro medio del poro del filtro varía, siendo éste el parámetro que determina el tamaño mínimo de las partículas que quedarán retenidas (cut off o valor de corte del filtro). Estos filtros se repliegan en el interior de un cartucho y son capaces de retener partículas con un tamaño superior a 10 mm (partículas de arena, de polvo fino, etc.). Permiten trabajar a unas densidades de flujo de 4 a 8 m3/(m2·h), que aunque las densidades de flujo de los filtros granulares sean similares, éstos últimos requieren mucho más espacio físico para ofrecer la misma superficie de filtración. No obstante, los filtros granulares pueden ser sometidos a lavados en contracorriente, los cuales son muy efectivos. Así, para filtrar un efluente con un alto contenido de sólidos, la opción más conveniente son los filtros granulares. Y cuando el contenido en sólidos es bajo o moderado, los cartuchos de filtración son más competitivos y requieren menos espacio.
Microfiltración
Las membranas de microfiltración separan partículas que tienen un tamaño de entre 0,1 mm y 10 mm (baterías, polvo de carbón muy fino, amianto, etc.). Estas membranas pueden ser de nylon, polietileno, polipropileno, etc.
Ultrafiltración
Las membranas de ultrafiltración retienen el paso de partículas con un tamaño de entre 1 nm y 100 nm (0,1 mm), que es el tamaño de los virus, los coloides, las macroproteínas, las endotoxinas, etc. El modo de operación es equivalente al de la microfiltración, el conjunto de membranas se colocan sobre un soporte y una bomba incrementa la presión del líquido para que éste pase a través de la membrana.
Nanofiltración
Mientras que con la microfiltración y la ultrafiltración se separan partículas en suspensión del líquido, mediante la nanofiltración se pueden separar moléculas disueltas en el líquido (azúcares, proteínas, moléculas de colorante, etc.). Las membranas de nanofiltración tienen un valor de corte de entre 0,1 nm y 1 nm, tamaño típico de la mayoría de moléculas que no tienen un peso molecular elevado. Incluso quedan retenidos iones como el Ca2+ y el Mg2+, hecho que hace posible utilizar estas membranas para eliminar la dureza del agua, sin haber de dosificar reactivos químicos.
Ósmosis inversa
La ósmosis inversa es un fenómeno basado en el equilibrio que se establece a ambos lados de una membrana semipermeable que separa dos volúmenes de líquido con diferente concentración salina. El solvente difunde a través de la membrana y la atraviesa, mientras que los iones disueltos no pueden hacerlo. De forma natural, el solvente pasaría de la solución más diluida en sales a la más concentrada, para igualar la presión osmótica (ósmosis). No obstante, si se aplica presión en el lado de la solución más concentrada, el flujo a través de la membrana se invierte y se produce un flujo neto de solvente que atraviesa la membrana desde la solución más concentrada a la menos
concentrada. La presión que se debe aplicar depende de la concentración de sales en la solución concentrada.
En la microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración todo el fluido pasa la membrana mientras que los sólidos quedan retenidos en la superficie de la membrana. En el caso de la ósmosis inversa, como a medida que la solución va incrementando su concentración en sales, la presión aplicada también debe ser mayor, el flujo es tangencial en relación a la membrana. De esta manera, parte del solvente atraviesa la membrana y la otra parte arrastra hacia el exterior todas las sales. Así, existe un caudal de alimentación y dos efluentes, el de permeado y el de rechazo, donde se concentran todas las sales disueltas, moléculas y partículas que contenía el alimento. En función del tipo de membrana utilizado, la presión de operación y las características del efluente a tratar, varía la proporción entre el caudal de permeado y el caudal de alimentación, variando entre un 50 y un 75%.
Para alargar la vida de las membranas de ósmosis inversa y de nanofiltración es conveniente pretratar el efluente, normalmente mediante una ultrafiltración.
Numerosos sectores industriales utilizan la ósmosis inversa para producir agua de elevada pureza, como es el caso de la industria farmacéutica, la industria alimentaria, las centrales nucleares, la industria electrónica, la industria biotecnológica, etc. En aplicaciones ambientales también se utiliza la ósmosis inversa para reducir y/o concentrar al máximo efluentes residuales, proceso seguido generalmente de una etapa de evaporación-concentración al vacío para acabar de concentrar plenamente el residuo. También se emplea la ósmosis inversa para acabar de afinar el agua condensada en procesos de evaporación en los que se concentran residuos.
Existen equipos comerciales con diferente disposición de las membranas, para adaptarse a condicionantes diferentes. Así, podemos encontrar las siguientes configuraciones:
Cartucho de membranas. Las membranas están plegadas alrededor del colector de permeado. Son sistemas compactos, ideales para tratar soluciones con una baja concentración de sólidos en suspensión y se suelen utilizar con membranas de filtración y de microfiltración.
Membranas en espiral. Un conjunto de láminas de membrana, separadas entre sí por un soporte poroso, se enrolla alrededor de un tubo que actúa como colector de permeado. Es un diseño muy compacto, presenta una buena relación coste-eficiencia y es apropiado para aplicaciones de gran volumen. Generalmente se utiliza con membranas de nanofiltración y de ósmosis inversa.
Membrana tubular. Las membranas, de forma tubular, están colocadas en el interior de una carcasa rígida. La alimentación entra por el interior de las membranas y el flujo es en dirección al exterior. Debido al diámetro del tubo de la membrana, de 5 a 10 mm, no es probable que existan problemas de colmatación. Es apropiada para efluentes con una concentración elevada de sólidos en suspensión. Se suele utilizar para aplicaciones de ultrafiltración.
Filtro de placa y marco. Se asemeja físicamente a un filtro prensa. Las membranas se colocan sobre los marcos separadas por placas y la alimentación discurre por el espacio entre las placas y las membranas. A un lado de la membrana se concentran los sólidos y en el otro se evacúa el permeado. Esta disposición sólo se utiliza cuando el alimento tiene
una elevada viscosidad, generalmente en aplicaciones de las industrias farmacéutica y alimentaria.
Fibra hueca. Consta de un elevado número de membranas con un diámetro inferior a 0,1 mm que constituyen un haz en el interior de una carcasa. Se utiliza prácticamente sólo para aplicaciones de nanofiltración y ósmosis inversa para tratar efluentes con una baja concentración de sólidos.
Las operaciones de separación mediante membrana son ampliamente utilizadas por las numerosas ventajas que presentan en relación a otras tecnologías. En primer lugar ofrecen una elevada eficiencia de separación donde el factor clave es el cut off de la membrana. Son procesos que se pueden llevar a cabo a temperatura ambiente y de forma continua. El consumo de energía no es elevado y no se requiere el uso de reactivos químicos (excepto antiincrustantes para limpiar las membranas). También se debe valorar la facilidad de combinación de esta técnica con otros procesos. Por último, destacar que se trata de plantas muy compactas que requieren poco espacio físico.
Por otro lado, se debe tener en cuenta que no es una técnica que elimine el contaminante, sino que lo concentra. Generalmente se genera una corriente de rechazo/residuo que debe ser tratada correctamente. También se debe tener en cuenta el coste de las membranas y su durabilidad. Será muy importante pretratar el efluente para alargar la vida útil de las membranas. Finalmente, en función de la aplicación concreta, se pueden presentar problemas de degradación, ensuciamiento o polarización de la membrana. Problemas que, si bien se pueden solventar, dificultan e incrementan los costes de operación.
Así pues, la filtración mediante membranas es superior a los métodos convencionales por la capacidad de producir separaciones de forma muy eficiente a temperatura ambiente y por la relación coste/eficiencia.
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10ENE
Ensuciamiento en Biorreactores de Membranas para el tratamiento de aguas residuales (2ª parte)
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El ensuciamiento de las membranas es un fenómeno que condiciona la operación y el mantenimiento de los sistemas de filtración, ya que limitan la vida útil de las membranas. Las técnicas para minimizar el ensuciamiento también tratan de optimizar las propiedades de la membrana, las condiciones de la operación y las características de la biomasa. Pero por otro lado, estas técnicas no acaban con la necesidad de limpiezas físicas y químicas periódicas de la membrana. Por ello, dar respuesta al control del ensuciamiento es un aspecto vital en el diseño y la utilización de los biorreactores de membrana. Las acciones necesarias para mantener controlada la velocidad del ensuciamiento son las siguientes:
Realizar limpiezas periódicas de la membrana. Modificar las características de la biomasa. Optimizar los parámetros de operación.
La limpieza de la membrana es el método más sencillo para controlar el ensuciamiento. La limpieza puede ser física (se basa en métodos mecánicos) o química (se utiliza un agente oxidante). La limpieza física es más sencilla que la química, y al no introducir sustancias químicas la membrana no se daña. Sin embargo, este tipo de limpieza física es menos eficaz, ya que sólo actúan sobre el ensuciamiento reversible, mientras la limpieza química también elimina el ensuciamiento irreversible. Por un lado, la limpieza física de las membranas se puede realizar de dos maneras distintas: cesando el flujo de permeado (relajación) o invirtiendo el sentido del flujo de permeado (contralavado). La opción del contralavado está incorporada en el diseño de nuestros MBR como estrategia para remediar el ensuciamiento. Esta opción permite eliminar la mayor parte del ensuciamiento debido al bloqueo de los poros y una parte del ensuciamiento causada por la torta de filtración. Con el fin de minimiza el ensuciamiento, ahorrando el máximo de energía posible, hay que tener en cuenta la importancia de la frecuencia, la duración y la intensidad del contralavado. Los contralavados más escasos pero más largos son más eficientes que los contralavado más cortos y frecuentes. También se puede usar aire en el contralavado para así aumentar el permeado, pero requieres periodos más largos y frecuentes, y puede menoscabar la integridad de la membrana. La relajación de la membrana, es decir, la filtración discontinua. Aunque la velocidad de ensuciamiento es más alta durante la filtración continua, la relajación permite alargar el periodo de filtración y posponer la necesidad de la limpieza. Actualmente se apuesta por combinar la filtración discontinua con el
contralavado con el fin de optimizar resultados. La relajación sin retrolavado incrementa la acumulación lenta de la suciedad, pero conserva la biopelícula de la membrana. Esta biopelícula es más selectiva que la membrana, por lo que puede ser beneficiosa siempre que la resistencia no sea excesiva. Por otro lado, la limpieza química se ha de llevar a cabo periódicamente para complementar la limpieza física y así eliminar el ensuciamiento irreversible. Se pueden diferenciar distintos tipos según su intensidad:
Contralavado químico (diario) Limpieza de mantenimiento (semanal) Limpieza intensiva (semestral)
También, es posible llevar a cabo acciones para prevenir el ensuciamiento como:
Mejorar las propiedades anti-suciedad de la membrana: las membranas con menor ensuciamiento son aquellas que son muy porosas y tienen un carácter hidrofílico.
Optimizando las condiciones de operación: el grado de ensuciamiento depende en gran medida de las variables de operación (TRH, TRC, Flujo de permeado, Aireación, flujo cruzado) por lo que mantener estas varadas controladas permite limitar el ensuciamiento. Con el fin de mantener estas variables en sus valores óptimos se pueden usar los siguientes métodos: sistemas de control de la retroalimentación, reducir el flujo de permeado, aumentar la aireación (sin llegar al valor crítico), llevar a cabo un pre-tratamiento del agua a tratar.
Preparando la biomasa para reducir la capacidad de ensuciamiento: las características de la biomasa bioquímicamente a través del control del Tiempo de Retención Celular (TRC) o químicamente (con la adición de floculantes, coagulante y adsorbentes).
En definitiva, el control del ensuciamiento es calve para el funcionamiento optimo de los biorreactores de membranas, por lo que resulta necesario llevar a cabo limpiezas periódicamente.
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12DIC
Ensuciamiento de las membranas en el tratamiento de aguas residuales
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Share on facebookShare on emailShare on twitterShare on printMore Sharing Services1Conocer los principales factores del ensuciamiento de las membranas es clave para poder realizar una estrategia de operación eficiente. Los factores que intervienen en el
ensuciamiento los podemos clasificar en: las características propias de la membrana, el modo de operación y las propiedades de la biomasa. Tener en cuenta la velocidad y el tipo de ensuciamiento que experimentan los biorreactores de membranas es crucial a la hora de decidirse por este sistema para el tratamiento de aguas residuales. Estos factores son de gran importancia, ya que condicionan los costes de operación y mantenimiento. Por lo que conocerlos nos puede ser útil para minimizar sus efectos.
Todos los parámetros implicados en el diseño y la operación de un biorreactor de membranas tienen efecto sobre el ensuciamiento. Es más, los tres factores antes mencionados están interrelacionados entre sí. A continuación haremos un análisis de cada uno de ellos con el fin de reducir el ensuciamiento.
Características de las membranas
Material: Los distintos materiales de los que se fabrican las membranas presentan diferentes tendencias de ensuciamiento. Las membranas orgánicas se ensucian más fácilmente que las compuestas de materiales inorgánicos. Aunque estas últimas sean más resistentes y menos propensas al ensuciamiento, debido a su precio son poco usadas.
Tamaño y distribución de los poros: Si el tamaño de la partícula es menor que el tamaño del poro, hay que tener en cuenta el ensuciamiento por estrechamiento del poro. Por eso, el ensuciamiento es más rápido en membranas de microfiltración que en las de ultrafiltración.
Configuración: La configuración de la membrana afecta a las condiciones hidrodinámicas, pero no a la filtrabilidad del lodo. Las membranas de fibras huecas que suelen usarse en MBR internos son más propensas al ensuciamiento que las tubulares o las planas, y también presentan un mayor ensuciamiento si están instaladas horizontalmente en vez de verticalmente.
Condiciones de operación
Cuando los bioreactores de membrana operan a un flujo constante la velocidad de ensuciamiento es más baja que cuando de trabaja con presión transmembrana constante. Aunque el flujo constante provoca un ensuciamiento irreversible que favorece al estrechamiento de los poros.
Flujo de permeado: Este es el principal parámetro operacional que condiciona el ensuciamiento, ya que cuando se trabaja con un flujo por encima del valor especifico o crítico se observa un ensuciamiento rápido y también irreversible.
Flujo cruzado: El aumento del grado de turbulencia provocado por el flujo cruzado reduce el ensuciamiento. Pero una velocidad de flujo cruzado demasiado alta puede dañar la estructura del flóculo y promueve la liberación de productos microbianos solubles al medio. Con velocidades bajas las partículas se depositan con mayor facilidad en los poros más grandes de la membrana de microfiltración.
Aireación: En los biorreactores de membrana la aireación; aparte de subministrar oxigeno a la biomasa y mantener en suspensión el lodo activo, también reduce el ensuciamiento mediante el rozamiento continuado de las burbujas con la superficie de la membrana. Hay que tener en cuenta que una aireación demasiado intensa podría dañar la estructura del flóculo y favorecer la liberación de productos microbianos solubles al medio.
Tiempo de retención celular (TRH): TRH altos implican flujos de permeado bajos y poco ensuciamiento, en cambio, TRH bajos conllevan un aumento del flujo de permeado y de concentración de materia disuelta en el medio. Lo que provoca un ensuciamiento mayor.
La alteración de este parámetro provoca variaciones en el ensuciamiento, ya que esta ligado a otros paramentaros.
Tiempos de retención celular (TRC): También está ligado a otros parámetros lo que hace difícil determinar su efecto sobre el ensuciamiento, ya que no es causa directa de ello. Tanto el TRH como el TRC afectan a sobre otros factores que sí se relacionan directamente con el ensuciamiento. Igual que con el TRH, contra más bajo sea el TRC más ensuciamiento se provoca. Aunque un TRC muy elevado también provoca un aumento del ensuciamiento, por lo que se calcula un TRC optimo desde 20 – 50 días.
Alteraciones del estado estacionario: Los cambios como variaciones del caudal, composición del agua a tratar y cambios en la temperatura son un factor que condicionan el ensuciamiento de la membrana. En definitiva, todo estado no estacionario aumenta el ensuciamiento.
Características del medio
Distribución de tamaños: El tamaño de las partículas presentes en el líquido juega un papel importante en el ensuciamiento. Los sólidos suspendidos (flóculos y material polimérico extracelular ligado) tienen menor importancia en el ensuciamiento que los coloides y material disuelto (productos microbianos solubles).
Viscosidad: La viscosidad, que está ligada a la temperatura y a la concentración de sólidos, también afecta al ensuciamiento de la membrana, y modifica la hidrodinámica del medio y la aireación. Si la concentración de sólidos aumenta hasta un valor critico, la viscosidad aumenta exponencialmente y el ensuciamiento también aumenta.
Temperatura: El empleo de temperaturas bajas provoca un mayor ensuciamiento, debido a que aumenta la viscosidad, intensifica la de floculación y se reduce la biodegradación.
Oxígeno disuelto: Las concentraciones de oxígeno altas suelen estar asociadas con menores tendencias al ensuciamiento.
Propiedades del Flóculo: Los flóculos menos hidrofóbicos suelen provocar menos ensuciamiento sobre la superficie de la membrana. Sin embargo, los flóculos poco hidrofóbicos son más propensos a deteriorarse, lo que aumenta la resistencia de filtración de la torta.
Sustancias poliméricas extracelulares ligadas (SPEL): Las SPEL (materiales de construcción de agregados microbianos) representan los principales componentes del flóculo y juegan un papel crucial en el ensuciamiento. Existe una relación directa entre las SPEL y la resistencia especifica de la torta de filtración, aunque no puede considerarse individualmente como una causa de ensuciamiento, ya que está relacionada con gran cantidad de factores. Este factor no se puede controlar directamente, por lo que hay que regular otros factores para minimizar el ensuciamiento. Hay que destacar el TRC, el cual presenta un valor óptimo para la producción mínima de SPEL i mitigar el ensuciamiento.
Productos microbianos solubles (PMS): En este grupo se encuentran los biopolimeros solubles o coloidales de origen celular. Durante la filtración los PMS se adsorben en el interior de las membranas, bloqueando los poros y formando una estructura gelatinosa en la superficie de la membrana. Los PMS y el tamaño de los flóculos son los dos aspectos que más condicionan el ensuciamiento. Actualmente no existe un método fijo para determinar su concentración. Como con el SPEL, El TRC juega un papel fundamental respecto al ensuciamiento. Al aumentar el TRC; el SPEL, el SPE y el PMS decrecen. También se ha visto que el PMS disminuye minimizando las concentraciones de oxigeno disuelto y nitrato en el medio.
Conclusiones
Teniendo en cuenta los 3 factores principales de los cuales depende el ensuciamiento de MBR, la membrana más adecuada debe tener una superficie hidrofílica con un tamaño de poro pequeño y uniforme. Debe operar a flujos de permeado moderados, con aireación y una velocidad de flujo cruzado de 0,5 a 3 m/s. también son necesarios TRH altos y TRC de 20 a 50 días. Hay que procurar temperaturas de 25 a 30 ºC y concentraciones de oxigeno disuelto de 1 -2 ppm. En resumen, hay que evitar situaciones de estrés para la biomasa que provoquen concentraciones elevadas de SPEL y PMS en el medio.
Tratamiento para la eliminación del color en aguas residuales de la industria textil
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La industria textil se caracteriza porque su actividad requiere un elevado consumo de agua, energía y productos químicos auxiliares. Esto se traduce en la generación de una gran cantidad de agua residual, con elevadas concentraciones de colorantes, contaminantes orgánicos biodegradables y refractarios, materias en suspensión, tensioactivos, sales y compuestos clorados. Además, puesto que en la gran mayoría de los casos, la producción es discontinua, existe una gran variabilidad en la cantidad y la naturaleza de la contaminación de las aguas residuales generadas. Estas características hacen que sea un efluente industrial de difícil tratamiento.
Los requerimientos normativos, así como la necesidad de ahorrar energía y reutilizar el agua en la industria, hacen necesario que se desarrollen nuevos procesos que permitan eliminar la contaminación del agua a la vez que posibiliten la reincorporación del efluente en el proceso productivo.
Uno de los parámetros que requiere mayor esfuerzo para su eliminación –con unos costes razonables– es el color. Los colorantes no suelen ser tóxicos, pero sí muy poco biodegradables. En una EDAR urbana se estima que sólo se elimina el 20%-30% del color del afluente. Además, los colorantes se manifiestan en el agua a muy pequeñas concentraciones, por lo que el rendimiento de eliminación deberá ser muy elevado.
Tradicionalmente se han aplicado diversas tecnologías basadas en tratamientos físico-químicos para la eliminación del color de los efluentes textiles. No obstante, existen otras posibilidades que se van abriendo paso en función del tipo de colorante a eliminar. A continuación se repasan las técnicas que, según el caso concreto, pueden ser utilizadas para tratar el color en el agua residual, indicando sus ventajas e inconvenientes:
1. Coagulación-floculación: se basa en la adición de polielectrolitos o floculantes inorgánicos (sales de hierro o aluminio), que forman flóculos con las moléculas de colorante facilitando su eliminación por decantación. Las eficacias de eliminación son altas, pero en el proceso se generan lodos que deben ser tratados. Los mejores rendimientos se logran al aplicar un exceso de coagulante, aunque esto puede aumentar la concentración de contaminante en el efluente.
2. Proceso Fenton: se oxida el colorante con una combinación de peróxido de hidrógeno y sulfato ferroso (reactivo Fenton), en condiciones ácidas. El agente responsable de la oxidación es el radical hidroxilo, el cual es muy reactivo; se forma por la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en un medio ácido. Los radicales hidroxilo oxidan el tinte, y el compuesto formado, precipita con el ion férrico y compuestos orgánicos. Las ventajas de esta alternativa son varias: se consiguen altas velocidades de decoloración si las concentraciones de los reactivos implicados son elevadas, no se forman compuestos clorados como en otras técnicas oxidantes y no existen limitaciones de transferencia de masa por tratarse de un sistema homogéneo. Sin embargo, sus principales desventajas son los costes asociados al tratamiento de lodos (se genera una gran cantidad de lodos poco densos y, por consiguiente, difíciles de decantar) y a los costes de los reactivos (se requiere la adición continua y estequiométrica de Fe(II) y H2O2).
3. Ozonización: se destruyen las moléculas de colorante en base a la elevada capacidad oxidante del ozono. La reacción de oxidación es rápida, se pueden tratar altos caudales, no se generan residuos ni lodos y se obtiene un efluente incoloro y con baja DQO. Sin embargo debe comprobarse la toxicidad del efluente, pues en algunos casos los compuestos generados tienen mayor carácter tóxico que los colorantes de partida. Otra gran desventaja de la ozonización es el corto tiempo de vida media del ozono, entorno a 20 minutos, lo cual repercute significativamente en el coste del proceso. Se ha observado que cuando se complementa la producción de ozono con la adición de peróxido de hidrógeno, se consigue un incremento significativo tanto en la velocidad como en el rendimiento de eliminación.
4. Tecnología de membranas: permite una separación efectiva de las moléculas de colorante y otros compuestos de tamaño mayor al del poro de la membrana seleccionada. Principalmente se emplean membranas de ósmosis inversa y nanofiltración. Mediante este procedimiento es posible tratar grandes volúmenes de afluente de forma continua y con un alto grado de separación. Los efluentes son de una calidad excelente y en la mayoría de los casos permiten la reutilización del mismo. Las principales desventajas de estas técnicas son la generación de un residuo con una alta concentración de contaminante y la dificultad y coste de substitución de las membranas.
5. Adsorción: se basa en la retención física de las moléculas de colorante en la superficie del adsorbente que se utilice. La eficacia del proceso de adsorción está influenciada por una gran variedad de parámetros, entre ellos la interacción entre el colorante y el adsorbente, la superficie específica de éste, el tamaño de la molécula de colorante, la temperatura, el pH y el tiempo de contacto. Así pues, es fundamental el tipo de adsorbente elegido. Un adsorbente muy utilizado es el carbón activo, aunque también se emplean otros adsorbentes inorgánicos. Los procesos de adsorción generan efluentes de alta calidad, aunque presentan una serie de desventajas que los hace no competitivos para el
tratamiento de efluentes coloreados: son procesos lentos; no selectivos, de manera que hay una competición entre las moléculas de tinte y otros compuestos presentes en el efluente; no destructivos, generándose un residuo que debe ser eliminado; la desorción es un proceso difícil y costoso y, por último, los adsorbentes suelen ser caros.
6. Técnicas electroquímicas: se basan en la hidrólisis del colorante a través de agentes secundarios generados electrolíticamente mediante la aplicación de un potencial. Los procesos son limpios, operan a baja temperatura y en muchos casos no requieren la adición de productos químicos a las aguas residuales. No obstante, su alto consumo de energía y la generación de compuestos secundarios por reacciones paralelas disminuyen la potencialidad del método.
7. vii) Procesos biotecnológicos: la aplicación de microorganismos a la degradación de aguas que contienen tintes sintéticos es una opción interesante por las ventajas derivadas del tratamiento biológico, ya que son procesos relativamente económicos y pueden permitir la degradación parcial o total de los componentes iniciales. Aunque mediante el proceso convencional de lodos activos, aerobio, no se degrada el colorante y el bajo rendimiento de eliminación se atribuye a la adsorción sobre los lodos. Mediante procesos anaerobios se consiguen elevados rendimientos de eliminación para una gran variedad de colorantes, aunque la cinética del proceso es lenta. Por otro lado, se están desarrollando sistemas en los que el colorante es degradado mediante la acción de enzimas producidas por hongos ligninolíticos en cultivos in vivo e in vitro. Son procesos muy selectivos en los que se alcanzan rendimientos muy elevados. Sin embargo, no son procesos económicos y se están desarrollando para su aplicación en continuo, recuperando las enzimas utilizadas.
El tratamiento de efluentes coloreados es un problema medioambiental que aún no ha sido resuelto satisfactoriamente para obtener, de forma general, un rendimiento elevado mediante un proceso estable, sostenible y económico. La elección de la tecnología más conveniente depende de numerosos factores, como el colorante utilizado, la cantidad y variedad de contaminantes del agua, el caudal vertido, el régimen de producción, etc. En cualquier caso, es absolutamente básico, para garantizar el éxito en la elección de la tecnología y en el diseño del tratamiento, realizar una completa campaña de caracterización del vertido.
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Tratamiento de aguas residuales: tipos de membranas de filtración y posibles configuraciones
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Las membranas son barreras físicas semipermeables que separan dos fases, impidiendo su íntimo contacto y restringiendo el movimiento de las moléculas a través de ella de forma selectiva. Este hecho permite la separación de las sustancias contaminantes del agua, generando un efluente acuoso depurado.
La rápida expansión, a partir de 1960, de la utilización de membranas en procesos de separación a escala industrial ha sido propiciada por dos hechos: la fabricación de membranas con capacidad para proporcionar elevados flujos de permeado y la fabricación de dispositivos compactos, baratos y fácilmente intercambiables donde disponer grandes superficies de membrana.
Características de los procesos de separación con membranas:
Permiten la separación de contaminantes que se encuentran disueltos o dispersos en forma coloidal.
Eliminan contaminantes que se encuentran a baja concentración. Las operaciones se llevan a cabo a temperatura ambiente. Procesos sencillos y diseños compactos que ocupan poco espacio. Pueden combinarse con otros tratamientos. No eliminan realmente el contaminante, únicamente lo concentran en otra fase. Pueden darse el caso de incompatibilidades entre el contaminante y la membrana. Problemas de ensuciamiento de la membrana: necesidad de otras sustancias para llevar a
cabo la limpieza, ajustes de pH, ciclos de parada para limpieza del equipo. Deficiente escalado: doble flujo-doble de equipos (equipos modulares). Ruido generado por los equipos necesarios para conseguir altas presiones.
TIPOS DE MEMBRANA
Las membranas se pueden fabricar con materiales poliméricos, cerámicos o metálicos.
Atendiendo a su estructura física se pueden clasificar en:
1. Membranas microporosas
Estructuras porosas con una estrecha distribución de tamaño de poros. Las membranas que se encuadran en este grupo tienen una de distribución de diámetros de poro de 0.001mm – 10mm.
Los procesos de depuración de aguas que utilizan estas membranas, microfiltración y ultrafiltración, se basan en impedir por exclusión el paso a través de la membrana de aquellos contaminantes de mayor tamaño que el mayor diámetro de poro de la membrana, siendo parcialmente rechazadas aquellas sustancias cuyo tamaño está comprendido entre el mayor y el menor de los diámetros del poro. En este tipo de membranas la fuerza impulsora responsable del flujo de permeado a través de la membrana es una diferencia de presión.
Los filtros profundos actúan reteniendo en su interior, bien por adsorción en las paredes de los poros o por su captura en los estrechamientos de los canales de los poros, las sustancias contaminantes que se quieren excluir del agua. Son membranas isotrópicas y habitualmente se utilizan en microfiltración.
Los filtros tipo tamiz son membranas con una estrecha distribución de tamaños de poros. Capturan y acumulan en su superficie las sustancias contaminantes de mayor tamaño que los poros. Las sustancias de menor tamaño que pasan la membrana no son retenidas en su interior, sino que salen formando parte del permeado. Suelen ser membranas anisótropas y se utilizan en ultrafiltración.
2. Membranas densas
Estructuras sin poros donde el paso de las sustancias a través de la membrana sigue un modelo de solución-difusión, en el que los componentes de la solución se disuelven en la membrana y posteriormente se difunden a través de ella. La diferente solubilidad y difusividad de los componentes de la solución en la membrana permiten la separación de sustancia del tamaño de moléculas e iones. Debido a las fuertes presiones a las que tienen lugar estos procesos las membranas son de tipo anisótropo. La ósmosis inversa y la nanofiltración son procesos que utilizan este tipo de membranas.
3. Membranas cargadas eléctricamente
Pueden ser porosas o densas, con restos aniónicos o catiónicos fijos en la estructura de la membrana. La separación es consecuencia de la carga de la membrana, siendo excluidos aquellos componentes cuya carga sea la misma que la de la membrana. La separación también depende de la carga y concentración de los iones de la solución: los iones monovalentes son excluidos menos eficazmente que los divalentes, así mismo, el proceso de separación es menos efectivo en soluciones de elevada fuerza iónica. Estas membranas se utilizan el los procesos de electrodiálisis.
4. Membranas anisótropas
Las membranas anisótropas son estructuras laminares o tubulares donde el tamaño de poro, la porosidad o la composición de la membrana cambia a lo largo de su espesor.
Están constituidas por una delgada película (densa o con poros muy finos) soportada en otra más gruesa y porosa, de tal forma que la primera es la responsable del proceso de separación y la segunda aporta al sistema la suficiente resistencia mecánica para soportar las condiciones de trabajo. La película responsable del proceso de separación y la que aporta la resistencia mecánica pueden estar fabricadas con el mismo material (membranas de Loeb-Sourirajan) o con materiales diferentes (membranas de tipo composite).
Debido a que la velocidad de paso de las sustancias a través de la membrana es inversamente proporcional a su espesor, las membranas deberán ser tan delgadas como sea posible. Mediante la fabricación de membranas ansótropas (asimétricas) es posible conseguir espesores de membranas inferiores a 20 mm, que son los espesores de las membranas convencionales (isótropas o simétricas). La mejora en los procesos de separación, debido a este tipo de membranas, ha hecho que sean las de elección en los procesos a escala industrial.
CONFIGURACIONES
Las membranas pueden fabricarse en forma de láminas planas, tubulares o del tipo denominado fibra hueca (hollow fiber).
Las fibras huecas son estructuras tubulares con 0.1-1.0 mm de diámetro externo y 50 mm de diámetro interno, dimensiones que son un orden de magnitud inferior a las denominadas membranas tubulares. La mayoría de ellas son de tipo anisótropo, donde la estructura responsable de la separación se dispone en la superficie externa o interna de la fibra.
Las fibras huecas se disponen en módulos compactos con mayor superficie filtrante que los módulos de láminas planas y de membranas tubulares, permitiendo separaciones más eficientes.
El desarrollo de materiales para la fabricación de membranas que permitan separaciones eficientes y su disposición en configuraciones o módulos de fácil instalación y sustitución que puedan agruparse para conseguir superficies filtrantes de centenas o millares de m2, ocupando volúmenes aceptables, han sido los hechos que han condicionada la utilización de membranas a escala industrial.
En la actualidad las configuraciones en las que se presentan las membranas se denominan:
1. Cartuchos de membranas, donde las membranas, convenientemente plegadas, se enrollan alrededor del colector de permeado, empaquetándose en una carcasa de 25 cm de longitud y 6 cm de diámetro que se disponen en línea con el flujo que se desea tratar (alimentación), quedando los contaminantes retenidos en la membrana y generándose un efluente depurado (permeado). En estas disposiciones se consiguen desarrollos superficiales del orden de 0.3 m2. Los cartuchos de membranas son desechables.
2. Módulos tipo placa-bastidor, tiene una disposición semejante a los filtros-prensa.
Las membranas se disponen en bastidores separados por placas. La alimentación, impulsada por una bomba, circula por los espacios placamembrana, concentrándose en contaminantes conforme tiene lugar el flujo de permeado a través de las paredes de las membranas.
3. Módulos de membranas tubulares, constituidos por carcasas cilíndricas que contienen un número variable de membranas tubulares. La alimentación se bombea por el interior de las membranas, produciéndose un flujo lateral de permeado a través de las paredes. La carcasa tiene los dispositivos adecuados para recoger los flujos de permeado y concentrado.
Las membranas tubulares están constituidas por un soporte poroso de papel o fibra de vidrio sobre el que se deposita la superficie filtrante. También se construyen en materiales cerámicos.
Los módulos tubulares suelen tener longitudes de 13 cm – 20 cm, con 4 – 6 membranas de 0.5 cm – 1 cm de diámetro, dispuestas en su interior. La velocidad de circulación de la alimentación por el interior de las membranas es de 2 m/s – 6 m/s, lo que se traduce en pérdidas de carga de 14 – 21 kPa por módulo. El consumo de energía de las plantas que utilizan este tipo de módulos es del orden de 0.8 – 2.5 kWh/100 L permeado.
4. Módulos de membranas enrolladas en espiral, estructura compleja donde una membrana en forma de “bolsa plana”, con un separador interno de las paredes de la membrana, se enrolla en espiral alrededor del tubo colector de permeado, con el que se une por la parte abierta de la “bolsa”.
Las paredes exteriores de la membrana, que forman las espirales, se encuentran separadas por estructuras huecas que permiten que la alimentación discurra a través de ellas y que el permeado fluya, lateralmente, a través de las paredes de las membranas. Estos módulos suelen tener 20 cm de diámetro y 100 cm de largo con varias membranas enrolladas que proporcionan una superficie de membrana de 1 – 2 m2 (Fig.8).
5. Módulos de membranas tipo fibra hueca, estructuras semejantes a los intercambiadores de calor multitubulares, de 70 cm de longitud y 8 cm de diámetro donde se alojan 500 – 2000 membranas del tipo fibra hueca.
Básicamente existen dos configuraciones, atendiendo a que la alimentación circule por el interior o el exterior de las fibras. La caída de presión en este tipo de módulos es de 0.7 bar – 70 bar, según el tipo de aplicación.
Eliminación de NOx (óxidos de nitrógeno)
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Los óxidos de nitrógeno son extremadamente perjudiciales
La contaminación atmosférica constituye una grave amenaza para la salud en la mayoría de zonas del planeta. De acuerdo con una evaluación de la carga de morbilidad debida a la contaminación ambiental realizada por la OMS, cada año se producen más de 7 millones de muertes prematuras atribuibles a los efectos de la contaminación urbana. Además, no es un problema exclusivo de los países más desarrollados, si no que más de la mitad de dicha carga recae sobre la población de los países en desarrollo.
Los óxidos de nitrógeno no son los únicos causantes de la contaminación atmosférica, pero sí son de los
principales contaminantes en importancia.Los óxidos de nitrógeno son dos gases de nitrógeno diferentes: óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2). El término NOX hace referencia a la combinación de los gases debido a las facilidades de interconversión mutua que presentan en presencia de oxígeno. Aunque desde un punto formal, el término general de los óxidos de nitrógeno, engloba los siguientes compuestos:
NO NO2 N2O2 N2O4
N2O N2O3 N2O5 NO3 (siendo éste último inestable)
Aunque gran parte de los NOX son de origen natural, una importante fracción de NOX se debe a procesos antropogénicos. Las fuentes artificiales más importantes corresponden al transporte (70%) y a la industria (25%). Los procesos industriales que generan NOX en mayor cantidad son los dedicados a la producción de energía, a la combustión de carbón, petróleo o gas natural y los procesos de galvanoplastia y grabado de metales. El NO y el NO2 se forman en los procesos en los que, en presencia de nitrógeno y oxígeno del aire, se alcanzan temperaturas superiores a les 1200 ºC.
Los óxidos de nitrógeno tienen todos en común que son gases contaminantes, por lo que sus emisiones tienen especial incidencia sobre el medio ambiente. Los principales efectos que causan son:
La destrucción del ozono estratosférico Contribución al efecto invernadero La producción de lluvia ácida La generación de Smog fotoquímico
Por todo ello, es totalmente necesario, en primer término, minimizar su producción. Y, posteriormente, eliminar los óxidos de nitrógeno que su generación no se ha podido prevenir. El objetivo de minimizar su generación puede ser alcanzado siguiendo tres estrategias diferentes:
Reduciendo la temperatura de operación Reduciendo el tiempo de residencia de los gases, especialmente el nitrógeno, en la zona
de combustión, donde existen elevadas temperaturas Disminuyendo la relación oxígeno-combustible. Al reducir el exceso de oxígeno, se
disminuye considerablemente la generación de NOX
No obstante, es imposible evitar completamente la generación de óxidos de nitrógeno y para cumplir con la normativa, que cada vez es más exigente, se deben utilizar técnicas que permitan eliminar los NOX generados. Las técnicas más utilizadas para este propósito son:
Absorción mediante reacción química
Esta técnica consiste en la absorción de los NOX mediante una reacción química en fase líquida. El reactivo mayormente utilizado para su absorción es el ácido sulfúrico. Éste reacciona con los óxidos de nitrógeno para formar la especie HSO4NO (ácido nitrosilsulfúrico), la cual permanece en la fase líquida. En condiciones de elevada presión (2 atm) y baja temperatura (35 ºC) los NOX quedan absorbidos en la fase líquida. En cambio, se puede revertir el proceso a elevada temperatura (180ºC) y baja presión (0,5 atm); en estas condiciones, se separa la molécula nitrogenada (ahora ácido nítrico por la presencia del agua) del ácido sulfúrico, el cual se puede reutilizar.Este proceso presenta la desventaja de que se deben manipular reactivos químicos corrosivos y peligrosos a la vez que se requiere espacio físico para albergar el proceso. Las eficacias conseguidas no son elevadas, por lo que la técnica es recomendable para bajas cargas de NOX.
Reducción mediante reacción selectiva no catalítica (SNCR)
Esta técnica permite la reducción de emisiones de óxidos de nitrógeno mediante su conversión en nitrógeno gas vía una reacción química no catalítica. Para llevar a cabo esta conversión, sin la presencia de ningún catalizador, es necesario subir la temperatura dentro del rango 850-1100 ºC. La temperatura de operación depende directamente del agente reductor que se utilice, siendo los más utilizados amoníaco o urea.Esta técnica se suele utilizar en pequeñas calderas industriales, ya que en instalaciones de mayor tamaño se disparan los costes de trabajar en este rango de temperaturas. El equipo de SNCR no requiere un gran espacio y es de fácil instalación y operación. No obstante, la eficiencia de reducción que se alcanza es moderada, hecho que hace que sea una técnica válida para aquellos casos en que las emisiones de óxidos de nitrógeno sean bajas.
Reducción mediante reacción química catalítica selectiva (SCR)
Esta técnica se basa en un proceso catalítico en el que se reducen de forma selectiva los óxidos de nitrógeno en presencia de un catalizador mientras que el agente reductor (amoníaco o urea) se oxida a nitrógeno gas. El hecho de que la reacción se lleve a cabo sobre la superficie del catalizador hace posible que la temperatura necesaria esté comprendida en el rango 250-450 ºC. La temperatura de operación acabará dependiendo de varios factores, siendo el catalizador utilizado uno de los parámetros claves.
El agente reductor, a la práctica, puede ser una disolución acuosa de amoníaco, amoníaco licuado o bien una disolución acuosa de urea. De todas ellas, la utilización de
amoníaco licuado es la opción más económica, hecho que se traduce en unos costes de operación inferiores. Pero por otra banda, la manipulación de amoníaco licuado es mucho más compleja, debido a sus características, que el de una solución acuosa de amoníaco o de urea. El uso, almacenamiento y transporte de amoníaco licuado está sujeto a la Directiva 96/82/CE (Directiva Seveso II) y debe ser utilizado siguiendo un estricto protocolo de seguridad, debido al riesgo que supone el hecho de ser muy corrosivo y explosivo en presencia de oxígeno.
A nivel de operación, como mayor sea la relación NH3/NOX alimentada, mayor será la eficiencia conseguida. No obstante, también aumentará la cantidad de amoníaco que no ha reaccionado y que se desaprovecha en la corriente de gases. Esta pérdida de amoníaco sin reaccionar debe ser minimizada, ya que éste reacciona en presencia de agua con el SO3, para producir bisulfato de amonio (NH4HSO4), el cual es corrosivo y produce el ensuciamiento de las instalaciones. La clave de una operación óptima es la alimentación de amoníaco en tal mesura que se consiga un buen rendimiento a la vez que se minimiza la cantidad de amoníaco no reaccionado.
La elección del catalizador es determinante en el proceso, ya que influye en parámetros claves como son la temperatura de operación y la extensión de la reacción. Existen cuatro materiales diferentes utilizados como catalizadores:
1. Óxidos metálicos (de vanadio, tungsteno, molibdeno o cromo) sobre base de dióxido de titanio (TiO2)
2. Zeolitas3. Óxidos de hierro envueltos por una fina capa de fosfato de hierro4. Carbono activo
La elección del catalizador también condiciona directamente los costes de operación, ya que no todos tienen las mismas propiedades, coste y vida útil.
Las principales ventajas de la tecnología SCR se basan en el rendimiento de eliminación de NOX, que es muy elevado, además de que se transforman los NOX en nitrógeno gas sin producir ningún subproducto ni residuo.
Resumen de las principales diferencias entre las técnicas descritas para la eliminación de los NOx.
Así pues, la emisión de óxidos de nitrógeno debe ser controlada al estar estrictamente regulada por la normativa vigente. El primer paso para su control es la minimización de la producción de estos gases. La producción que no se pueda prevenir, deberá ser correctamente tratada antes de liberar el resto de gases a la atmósfera. Para la eliminación de los NOX la técnica más eficiente es la reducción mediante reacción química catalítica selectiva (SCR).
La urea
Tal como hemos comentado la urea se utiliza como agente reductor para eliminar los óxidos de nitrógeno (NOx) mediante SCR y SNCR, esta ilustración* muestra el aspecto de una molécula de urea. La urea se utiliza también como aditivo en vehículos con motor de combustión para neutralizar en la medida de lo posible sus propias emisiones.*(crédito 3dchem.com)
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26SEP
Tratamiento para la eliminación o reducción de NOx (oxidos de nitrógeno)
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Gran parte de la contaminación ambiental se debe a las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), que son emitidas de forma masiva a la atmósfera y son causantes de graves problemas como el smog fotoquímico (Contaminación del aire por ozono originado por reacciones fotoquímicas, y otros compuestos. Como resultado se observa una atmósfera de un color plomo o negro. El ozono es un compuesto oxidante y tóxico que puede provocar en el ser humano problemas respiratorios), la lluvia ácida y la pérdida de la capa de ozono. En las últimas décadas se está realizando un esfuerzo para desarrollar tecnologías que limiten estas emisiones.
La principal fuente de desequilibrio de los niveles de NOx globales se debe al sector del transporte y representa un 55% del total, el resto se debe al sector energético (23%), básicamente en plantas de producción de energía, sector industrial y agricultura, y en menor medida a fuentes naturales. Actualmente el transporte por carretera es el principal emisor de óxidos de nitrógeno. En los últimos años se ha impulsado el uso del biodiesel. Aunque el biodiesel tiene sus ventajas, con su uso los NOx se ven incrementados hasta un 12%.
La necesidad de frenar los riesgos ambientales derivados de los contaminantes emitidos a la atmosfera ha hecho que se impongan límites legales a las emisiones. Los estándares impuestos generalmente regulan emisiones de NOx, CO, HC (hidrocarburos inquemados) y MP (partículas).
Tanto las plantas de combustión como los vehículos pueden equiparse con las tecnologías de control de emisiones que consiguen eliminar en un 90% las emisiones de los denominados NOx (NOx = óxido nítrico NO + Oxido nitroso N2O y dióxido de nitrógeno NO2). Esto se puede conseguir mediante la aplicación de medios tecnológicos o un uso más eficiente de la energía, aunque a la práctica se suelen combinar ambas estrategias. Otra medida acertada sería substituir la energía fósil por fuentes de energía renovables.
Se han desarrollado dos tipos de técnicas para controlar las emisiones de estos compuestos. Por un lado, tenemos las denominadas “acciones primarias” que actúan antes de la formación de los NOx. Existe una gran variedad de técnicas primarias, aunque todas se basan en la modificación de los parámetros de operación o del diseño de los sistemas de combustión de las instalaciones. El inconveniente que presentan es que la reducción de NOx alcanzada mediante estos sistemas no sobrepasa el 50-60%, lo que supone una limitación para cumplir la legislación vigente.
Una alternativa económica para la reducción de NOx es la combinación de catalizadores NSR (Nox Storage-Rduction) y SCR (Reducción Catalítica Selectiva) que puede conducir a una mayor conversión de NOx y selectividad de N2 que con el uso del NSR por separado. A pesar de los beneficios de este sistema hibrido, hay que tener en cuenta que inconveniente típico del uso de los catalizadores es el envenenamiento por óxidos de azufre. Aún así, el principal hándicap de la la implementación de esta tecnología es poder almacenar diversos compuestos para realizar cada una de las fases de la reacción catalítica, lo representa un gran inconveniente cuando trabajamos con niveles de emisión muy bajos.
El otro tipo de medidas, es decir, las acciones secundarias, consisten en el tratamiento de efluentes para eliminar los óxidos de nitrógeno ya formados. Y se caracterizan por la aplicación de tecnologías húmedas como las tecnologías de oxidación y las de absorción, y la aplicación de tecnologías en seco que están compuestas por las tecnologías catalíticas tanto selectivas como no selectivas, que a través de su instalación permiten asegurar que los niveles de emisión no superan lo establecido por la legislación de cada zona.
Por lo que concluimos que hay que apostar e invertir esfuerzos en el desarrollo de sistemas híbridos, por acoplamiento, de tecnologías catalíticas de post-tratamiento, ya que representan una tecnología optima para minimización del impacto del NOx.
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05DIC
Tratamiento de emisiones de NOx mediante Reducción Catalítica Selectiva (SCR)
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petróleo
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NOx – Tratamiento de emisiones de NOx
Los óxidos de nitrógeno NOx son unos compuestos inorgánicos gaseosos formados por la combinación de oxígeno y nitrógeno. Normalmente su origen lo encontramos en diferentes procesos de combustión, que se dan a elevadas temperaturas.
El monóxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno son los dos óxidos de nitrógeno más peligrosos, ya que pueden resultar muy dañinos toxicológicamente. El dióxido de nitrógeno tiene además un olor desagradable y muy fuerte. A pesar de ello, ninguno de los dos resulta ser inflamable.
Los óxidos de nitrógeno pueden ser originados en diversas industrias y procesos como la producción de energía, la combustión de carbón, petróleo o gas natural, la galvanoplastia, el grabado de metales, o diferentes tipos de soldadura.
La emisión de óxidos de nitrógeno resulta muy peligrosa para la salud, ya que afecta a los aparatos respiratorios de personas y animales, pudiendo llegar a producir enfermedades respiratorias y cardiovasculares por su carácter ácido. Además, una vez son emitidos pueden dar origen a otros contaminantes secundarios, por ejemplo el PAN (nitrato de peroxiacetilo). Las reacciones producidas en la atmósfera por estos compuestos son muy complejas, e intervienen radicales como OH, O3 NO, y otros.
Por todo ello es muy importante que aquellas industrias que fruto de sus procesos productivos originen emisiones de NOx, tomen las medidas necesarias para limitar la emisión de estos compuestos inorgánicos. Las tecnologías detratamiento del aire para controlar las emisiones de NOx se pueden clasificar en dos grupos, aquellas que se aplican en la combustión para reducir la formación de los NOx, o aquellas consistentes en el tratamiento del efluente paraeliminar los NOx.
En el primer caso encontramos diferentes opciones como los quemadores de baja producción de NOx, recirculación del gas, inyección de agua o vapor, etc. El problema de estas soluciones es que en muchos casos la reducción de NOx alcanzada no es suficiente para cumplir las estrictas legislaciones existentes.
Por ello es mucho más seguro apostar por tecnologías destinadas a la eliminación de los NOx, que se basan en la retención de los NOx o en su transformación en compuestos o elementos inocuos. Entre los distintos métodos de tratamiento de los gases de combustión, la tecnología de catálisis ha demostrado ser la más efectiva. Así, el proceso de la Reducción Catalítica Selectiva (SCR), que utiliza amoníaco como agente reductor,
es hoy en día la tecnología más utilizada industrialmente y desarrollada en el mundo, pues permite eliminar eficaz, selectiva y económicamente los NOx.
El proceso SCR está basado en la reducción de los NOx con NH3, en presencia de exceso de O2 y un catalizador apropiado, para transformarse en sustancias inocuas tales como agua y nitrógeno de acuerdo a las siguientes reacciones. El amoníaco en forma de hidróxido amónico líquido, es vaporizado, diluido con aire e inyectado directamente en la corriente de gases a tratar a través de un distribuidor.
Sin embargo también es posible la aparición de reacciones secundarias indeseables, como la formación de óxido nitroso, o der nitrógeno molecular y óxido nítrico, cuando el amoniaco reacciona con el oxigenoEn el caso de combustibles con alto porcentaje en azufre, durante su combustión se produce también SO2 que puede ser catalíticamente oxidado a SO3. La oxidación del SO3 puede reaccionar con el agua y el amoniaco no reaccionado para formar ácido sulfúrico y sulfato amónico.
Las sales de sulfato se pueden depositar y acumular sobre el catalizador dando lugar a su desactivación si la temperatura del catalizador no es suficientemente alta, y el ácido sulfúrico formado puede provocar problemas de corrosión aguas abajo en la planta. Por tanto, dependiendo de las condiciones de operación requeridas se debe disponer de un sistema catalítico DeNOx altamente selectivo para reducir los NOx con el NH3 en presencia de O2, evitando todas las reacciones secundarias no deseables.
Purificación, enriquecimiento y utilización del biogás
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Purificación del biogás
El enriquecimiento del biogás a la calidad del gas natural mediante contralavado con agua a presión es la tecnología con mayor flexibilidad posible para el tratamiento del biogás, independientemente de su calidad y cantidad. La tecnología se utiliza para
enriquecer el biogás y separar con la mayor eficacia el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno en un solo paso y con un proceso completamente automatizado.
El biogás se comprime hasta unos 7 bares y luego se lava en un flujo a contracorriente de agua en una columna de lavado. El dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno tienen una solubilidad en agua mucho mayor que el metano y se disolverán en el agua.
Para reducir la perdida de metano en el proceso el agua de lavado se transfiere a un tanque de expansión. Una parte de los gases disueltos se regasifica y pueden ser de nuevo comprimidos. En una columna de desorción el agua de lavado se regenera separando del dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno en un flujo de aire a contracorriente para reducir de esta forma al mínimo el consumo de agua fresca. Después de enfriar el agua de lavado a baja temperatura, se reutiliza en el lavador, tras lo cual el biogás limpio se seca, primero en un filtro coalescente y luego en dos columnas de adsorción en paralelo a los puntos de rocío bajos.
El aire proveniente de la columna de desorción está cargado de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y trazas de metano, por lo que debe de ser tratado para cumplir con la normativa de emisión mediante una oxidación térmica regenerativa (RTO, que permita alcanzar los valores de emisión acordes con las instrucciones técnicas sobre lacalidad del aire de control adaptable a la normativa de cada país.
Utilización del biogás
La mayoría de las plantas de biogás están equipadas con instalaciones de cogeneración que producen electricidad y calor. Algunas veces no se puede utilizar el exceso de calor y por tanto no se optimiza el resultado de las plantas de DA. En estos casos la alternativa es la producción de biometano que ofrece interesantes variantes económicas.
Mediante las tecnologías de enriquecimiento del biogás se elimina el CO2 de l biogás de forma muy eficiente y se produce biometano con una calidad equivalente a la del gas natural (CH4 97-99%). Cabe destacar que el biometano es un gas renovable de elevada calidad, que se puede inyectar directamente en las existentes de gas natural. Algunos de sus usos son:
• Combustión en instalaciones alejadas de la producción (ciclo combinado).• Biogás para el consumo directo en los hogares o industria.• Biocombustible para vehículos.• Energía verde.
Ventajas del enriquecimiento del biogás
• Las plantas se realizan en módulos estándar con diferentes capacidades y de fácil implementación.• El CO2 se elimina del biogás a través de la tecnología de depuración por agua a presión.• No se consumen productos químicos.• No se requiere desulfuración previa.• No hay demanda de calor.
• Eficiencia de recuperación de metano del 99%.• Gran flexibilidad frente a variaciones de contenido de CH4.
Fuente:
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25ENE
Eliminación o reducción de emisiones con olores en actividades industriales
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Los olores generados en actividades industriales suponen un problema medioambiental y de salubridad, especialmente cuando se dan en lugares cercanos a zonas residenciales. La demanda social de un aire más limpio y libre de olores ha comportado la elaboración de normativas cada vez más restrictivas respecto a la emisión de gases nocivos y molestos a la atmósfera, que obligan a las empresas a buscar soluciones para la depuración de los gases y la reducción de los olores que emiten.
La emisión de olores molestos puede provenir de una gran variedad de actividades industriales, aunque hay algunos sectores que son más propensos a generar malos olores debido a las “materias primas” con las que trabajan, como son los que trabajan con productos de origen animal, alimentación, ganadería, química o los gestores de residuos.
En muchos otros casos los malos olores no se generan debido a la actividad propia de la empresa, sino a los residuos que la misma genera en sus procesos productivos. En este sentido, es habitual encontrarse el problema en las aguas residuales o lodos contaminados que se almacenan para ser enviados a una planta de depuración.Si bien es cierto que tomar las precauciones necesarias en los procesos puede ayudar a reducir y eliminar los olores, en muchas ocasiones nos encontramos que estas medidas son insuficientes y hay que implementar alguna tecnología de reducción de olores.
Existen diferentes tecnologías de tratamiento de aire para la eliminación de olores y la elección de la más adecuada depende de diversos factores como la naturaleza de los contaminantes, la cantidad o caudal a tratar y la concentración de las emisiones.
La oxidación térmica regenerativa es una tecnología muy eficiente para eliminar COV’s y disolventes. Dependiendo de las concentraciones de COV’s a eliminar puede tener consumos energéticos algo elevados, pero como contrapartida permite un aprovechamiento del calor generado. Se puede aplicar para caudales muy variados, entre 2.000 y 150.000 Nm3/h, con concentraciones de COV’s que van desde 0,3 a 10 g/Nm3.
El carbón activo es un sistema en seco que tiene una eficacia limitada frente a moléculas pequeñas, como puede ser el amoniaco, pero que funciona muy bien para contaminaciones esporádicas. El lecho de carbón ha de ser repuesto con frecuencia.
Los scrubbers y torres de lavado son una buena elección para caudales elevados. Debido a su mayor complejidad, esta tecnología requiere de un mayor mantenimiento por personal formado.
Otro sistema de depuración a destacar es la depuración biológica, o biofiltros, que aprovecha la capacidad de algunos microorganismos para oxidar bioquímicamente las sustancias orgánicas e inorgánicas que contienen los gases que se deben tratar. En muchos casos, la biofiltración es la opción más económica y puede ser muy efectiva, pero en muchas otras ocasiones resulta insuficiente para alcanzar los límites de emisión permitidos, ya que no todos los contaminantes pueden ser eliminados mediante este tratamiento.
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04NOV
Depuración de compuestos orgánicos volátiles
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maquinaria y material eléctrico, Muebles y carpintería metálica, química
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Los compuestos orgánicos volátiles (COV’s) son unos productos que pueden ser nocivos para la salud y producir importantes perjuicios a los recursos naturales. Con el fin de minimizar estos efectos nocivos, se publicó el Real Decreto 117/2003 sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades, el cual aplica desde el 31 de octubre de 2007 a todas las industrias afectadas. Este Real Decreto marca para cada una de las actividades afectadas un umbral en el consumo de disolventes, así como unos límites de emisión de COV’s en los gases que salen por chimenea y en las emisiones difusas.
Para seleccionar la mejor tecnología para la depuración de emisiones con COV hay que tener en cuenta el caudal, la concentración de COV’s, la temperatura y humedad del aire, los disolventes presentes, el límite de emisión permitido y la posible presencia de polvo y otros contaminantes. Por su parte, la empresa ha de valorar los recursos disponibles, la distribución temporal de las emisiones contaminantes así como la posibilidad de recuperar los disolventes y la energía térmica.
Las tecnologías de tratamiento se pueden dividir en dos grandes grupos: las destructivas y las no destructivas. Los tratamientos destructivos son aquellos en que los COV’s se transforman en otras sustancias mediante un procedimiento adecuado, mientras que los no destructivos consisten en la separación física o química de los COV’s del aire a tratar.
Tecnologías destructivas
En la oxidación térmica regenerativa (OTR), igual que en las otras técnicas oxidativas, los COV’s se oxidan en una cámara de combustión con quemador y se transforman en
CO2 y H2O. La OTR se caracteriza por la presencia de unas torres (normalmente 2 ó 3) rellenas de un material cerámico que retiene y cede el calor de combustión al aire tratado durante los sucesivos ciclos del proceso. Con estas torres se consigue una eficiencia de recuperación térmica superior al 95%. Es por tanto, una tecnología con un reducido consumo de combustible y si la concentración de los disolventes es superior a 1,5 – 2 g/Nm3 puede llegar a ser un proceso autotérmico con un consumo prácticamente nulo. La temperatura de trabajo se sitúa entre los 750 y los 1.250 ºC. A esta temperatura se pueden oxidar todas las sustancias orgánicas.
La oxidación térmica recuperativa es una tecnología más simple, con un coste de inversión menor pero unos mayores costes de gestión. Consiste en una cámara de combustión con un quemador y con un intercambiador de calor donde se calienta el aire de entrada y se enfría el aire depurado. Con esta técnica se puede conseguir una eficiencia de recuperación térmica del orden del 65%.
En la oxidación catalítica, la principal diferencia es que se consigue la combustión a temperaturas más bajas (200-400ºC) debido a la presencia de un catalizador en la cámara de combustión. Estos equipos son compactos, ocupan menos espacio y al trabajar a menor temperatura consumen menos combustible que la oxidación térmica recuperativa. Para aplicar esta tecnología hay que tener bien caracterizados todos los disolventes, pues puede haber algunos productos que envenenen el catalizador y obliguen a su sustitución.
Para todas las técnicas oxidativas hay que tener en cuenta, que en presencia de compuestos clorados y demás halogenados, éstos se transforman en productos del tipo HCl que no pueden ser emitidos a la atmósfera. Así, en presencia de halogenados es necesario poner a continuación, un scrubber para tratar las emisiones ácidas generadas.
En el caso de tener caudales de aire muy elevados (> 10.000 Nm3/h) con una concentración de COV’s muy baja (< 1g/Nm3), el combustible consumido con estas tecnologías es bastante elevado y con el fin de reducirlo es preciso poner como paso previo un rotoconcentrador, que consiste en una ‘rueda’ rellena de zeolitas, las cuales adsorben los COV’s del aire de entrada, teniendo en la salida un aire que ya está depurado. Una pequeña porción del aire depurado (entre una décima y una quinceava parte) se calienta a 200 ºC y se pasa a contracorriente para desadsorber los COV’s retenidos en las zeolitas. De esta forma, se obtiene un caudal de aire 10-15 veces inferior al inicial con una concentración 10-15 veces superior a la inicial. Este aire es el que se envía luego a la unidad de oxidación para ser depurado.
Para unos casos más puntuales, en los que se trabaja con concentraciones bajas y uniformes en el tiempo de disolventes biodegradables y solubles en agua, hay la posibilidad de usar la biofiltración en la que unos microorganismos se encargan de degradar la materia orgánica. La biofiltración, aunque se caracteriza por tener unos costes de gestión bajos, presenta también algunos inconvenientes debido a que los microorganismos necesitan unas condiciones estables de humedad, temperatura y alimentación, y en caso de que estas condiciones se vean repentinamente modificadas, supondrían un riesgo para el sustrato.
Tecnologías no destructivas
La tecnología más habitual en este grupo es la adsorción en carbón activo. En esta tecnología, se hace pasar el aire a tratar a través de un lecho con carbón activo que retiene los COV’s. El carbón activo se va cargando de COV’s y llega un momento en que se satura y pierde la capacidad adsorbente.
En este punto podemos desechar este carbón, gestionarlo como residuo y sustituirlo por uno nuevo, o bien regenerar el carbón con vapor o con un gas inerte (nitrógeno), lo cual permite recuperar los disolventes y reutilizarlos en el proceso productivo.
La condensación criogénica es un proceso que se basa en el enfriamiento a temperaturas extremadamente bajas del aire a tratar, mediante nitrógeno líquido u otro fluido criogénico. El aire contaminado se enfría progresivamente en los condensadores, por debajo de su punto de rocío, produciéndose la condensación de los COV’s y su separación de la fase gas.
La absorción física/química consiste en la retención de los contaminantes en una solución acuosa que fluye a contracorriente en el interior de unas torres de lavado. A la solución acuosa de tratamiento se le puede añadir algún reactivo que reaccione con el contaminante para así favorecer su eliminación. Las torres de lavado deben ir acompañadas de un sistema para el tratamiento del agua que ha absorbido los contaminantes. En el caso de los COV’s, esta tecnología es aplicable en aquellos casos en que los productos sean solubles en agua (acetona, alcoholes, etc.).
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03OCT
Oxidación térmica regenerativa en procesos de biogás upgrading
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Enriquecimiento del biogás
El biogás obtenido en los vertederos, en los procesos de digestión de residuos o en las depuradoras suele contener elevadas concentraciones de dióxido de carbono, ácido sulfhídrico y siloxanos que dificultan su aprovechamiento. El enriquecimiento del biogás permite su reutilización en las propias instalaciones o su conexión a la red de suministro de gas natural.
Existen diferentes tecnologías para el enriquecimiento del biogás, entre las que podemos destacar el contralavado con agua a presión, que permite enriquecer el biogás y separar con gran eficacia el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno con un proceso completamente automatizado.
Durante este proceso, el agua utilizada para la depuración del biogás se envía a una columna de desorción donde se regenera separándola del dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno.
Tras este proceso obtenemos tres resultados:
1. El agua de lavado, que se enfria a baja temperatura para que pueda ser reutilizada por el lavador.
2. El biogás, ya limpio, que se seca (primero en un filtro coalescente y luego en dos columnas de adsorción en paralelo a los puntos de rocío bajos) y ya puede ser reaprovechado.
3. El aire proveniente de la columna de desorción, que está cargado de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y trazas de metano, por lo que debe de ser tratado antes de ser emitido para cumplir con la normativa vigente. Laoxidación térmica regenerativa (RTO) es la mejor tecnología para alcanzar los valores de emisión que se adapten a la normativa de cada país.
Oxidación térmica regenerativa (RTO)
Los sistemas de oxidación térmica regenerativa se caracterizan por incluir dispositivos, llamados regeneradores, que recuperan el calor de los gases depurados.
Estos regeneradores son unos elementos de material cerámico que acumulan el calor de los gases que salen de la cámara de oxidación. Mediante un sistema de válvulas se establecen ciclos de funcionamiento consecutivos por los cuales los gases depurados, que están a una temperatura elevada (unos 800º C.), ceden su calor a las masas
cerámicas para que los gases contaminados, que entran fríos a la instalación, tomen de ellas este calor en el ciclo siguiente.
De esta forma, este lecho inerte que actúa como precalentador y recuperador dependiendo del flujo de aire que lo cruza, permite recuperar hasta el 95% del calor producido en la reacción de oxidación, por lo que es posible reducir drásticamente los gastos de explotación de este tipo de plantas.
Podemos encontrar diferentes equipos de RTO:
• Dos cámaras (con o sin cámara de compensación).• Tres cámaras.• Más de 3 cámaras para elevados flujos a tratar.
Las características principales de estos equipos son:
• Mínimo consumo de combustible, ya que permite eficacias de recuperación de calor muy elevadas.• Costes de explotación y mantenimiento bajos.• Alta eficacia de depuración.• Larga vida útil del equipo.• Equipo fiable con resultados altamente probados.
Desulfuración del biogás mediante procesos biológicos: una alternativa eficiente, económica y sostenible
No comment Categories: Lixiviados y gestión de residuos
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Tanto en las plantas
de tratamientos de residuos sólidos y líquidos (plantas de biometanización) como en las
estaciones depuradoras de aguas residuales se produce un gas que es una mezcla de
metano, dióxido de carbono y demás impurezas, llamado biogás. Como el contenido en
metano del biogás está entorno al 50-70%, aparte de que no puede ser liberado a la
atmosfera por su alto potencial contaminante (es uno de los principales gases del efecto
invernadero), su elevado poder calorífico hace que sea interesante aprovecharlo para
producir energía eléctrica (cogeneración). Así pues, la producción y reutilización del biogás
permite que este tipo de instalaciones sean cada vez más autosuficientes a nivel
energético.
No obstante, uno de los mayores impedimentos para la utilización del biogás para la
producción de energía eléctrica viene dado por la naturaleza de las impurezas que
acompañan al biogás. El sulfuro de hidrógeno (H2S) es una de las sustancias que
contaminan el biogás con mayor frecuencia y en mayor cantidad. Es un compuesto
corrosivo que ataca tanto la obra civil de las instalaciones donde se produce como los
equipos encargados de producir la energía eléctrica. Su concentración en el biogás puede
variar entre 1.000 y 20.000 ppmv (partes por millón en volumen) mientras que para poder
ser utilizado en sistemas de cogeneración de energía eléctrica no puede contener
concentraciones de H2S superiores a unas 400 ó 500 ppmv.
Las técnicas de desulfuración utilizadas hasta la actualidad se basan en la oxidación
química del sulfuro de hidrógeno en unas torres de lavado (scrubbers), conectadas en
serie. En una primera etapa, con una solución ácida (H2SO4) se produce una
neutralización y posteriormente, en la segunda etapa, mediante una solución alcalina de
NaClO y NaOH se produce la oxidación química. Esta opción conlleva unos elevados
consumos de reactivos además de presentar dificultades técnicas debido a la presencia de
otras especies químicas (carbonatación del CO2).
La alternativa a la solución tradicional es la eliminación del H2S mediante un proceso
íntegramente biológico. Se utilizan filtros percoladores en los que en la superficie del
material de relleno del filtro se forma una biopelícula integrada por bacterias sulfuro-
oxidantes, es decir, microorganismos especializados en la oxidación de compuestos
reducidos de azufre, proceso del cual obtienen la energía necesaria para su crecimiento.
Estos biorreactores permiten eliminar el H2S con un coste de explotación enormemente
bajo, sin la utilización de reactivos químicos (ventaja económica, de seguridad y ambiental)
y ofrecen una elevada y sostenida eficacia de eliminación. Aunque el proceso sea
biológico, estos sistemas se han demostrado muy estables operando durante largos
periodos de tiempo y se adaptan a la variabilidad de la carga de contaminante a degradar.
Para la puesta en marcha del biofiltro percolador, la opción eficaz y más sencilla consiste
en inocular con licor mezcla del reactor biológico de una estación depuradora de aguas
residuales urbanas. En un espacio de tiempo relativamente rápido se produce una
selección de los microorganismos a favor de los sulfuro-oxidantes y se puede obtener un
alto rendimiento de eliminación a la semana de haber inoculado, siempre en función de las
cargas a tratar.
Los costes de inversión de un proceso biológico de desulfuración en comparación al
sistema químico son ligeramente inferiores a favor del primero. No obstante, donde la
diferencia es muy notable es en los costes de explotación, ya que no se utilizan reactivos
químicos y no se producen apenas residuos. Este factor hace que sea viable
económicamente reconvertir los sistemas tradicionales químicos en biológicos.
Tratamiento del biogás
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Share on facebookShare on emailShare on twitterShare on printMore Sharing Services3La producción de biogás como resultado de la valorización energética de los residuos con materia orgánica biodegradable está en constante crecimiento. Es una fuente de energía renovable que se puede utilizar para producir energía eléctrica y energía térmica mediante motores de cogestión o microturbinas, se puede acondicionar para su uso en las pilas de combustible e incluso se puede purificar para utilizarse como combustible para vehículos e inclusive para su inyección en la red de gas natural. Así pues, la valorización energética permite además de dar una salida ambientalmente satisfactoria a los residuos, obtener un rendimiento económico que reduzca los costes de explotación del resto de instalaciones.
La utilización del biogás para la obtención de energía se debe a su elevado contenido en metano. Una composición típica del biogás podría ser 55-70% de metano, 30-45% de CO2, 1-3% de hidrógeno, 0,5-3% de nitrógeno, 0,1-0,2% de ácido sulfhídrico y trazas de vapor de agua. No obstante, la composición concreta dependerá del sustrato a partir
del cual se obtiene el biogás (aguas residuales, vertederos, residuos agrícolas y ganaderos, subproductos carbonatados de la industria, etc.), así como de los parámetros del proceso de digestión (temperatura, pH, tiempo de residencia, etc.). En ocasiones, en función de su origen, el biogás contiene elevadas concentraciones de contaminantes que impiden su aprovechamiento si no son eliminados previamente. Estos contaminantes, principalmente, son el ácido sulfhídrico, el cual se forma por reducción biológica de los sulfatos en condiciones anaerobias, y los siloxanos, una familia de compuestos que contienen silicio y que proceden del uso de los cosméticos y de las siliconas. En función del tipo de aprovechamiento del biogás que se desee realizar, se deberá eliminar algún contaminante, si no todos. En la tabla se muestran los contaminantes que deben ser eliminados del biogás en función de la aplicación de éste.
Tal y como se puede deducir de la tabla, el tratamiento del biogás será específico en función del tipo de aprovechamiento que se desee realizar y de los contaminantes presentes. A continuación se analiza para cada tipo de contaminante cuándo se debe eliminar y qué técnica es la más conveniente:
Ácido sulfhídrico (H2S)Se trata de un compuesto muy oloroso, tóxico y corrosivo. Debe ser eliminado antes de que el biogás entre en contacto con los motores de cogeneración, las microturbinas (aunque éstas toleran concentraciones mayores que los motores) o las pilas de combustible. Además, su combustión genera SO2, el cual es uno de los causantes principales del fenómeno de la lluvia ácida.Para atenuar la formación de este contaminante, se pueden dosificar sales férricas en el digestor, produciendo la precipitación del sulfuro y reduciendo así la formación de ácido sulfhídrico. No obstante, la técnica más competitiva incluso cuando la carga es elevada es la desulfuración biológica, por su elevada eficiencia y sus bajos costes de explotación. Otra opción es el lavado químico mediante scrubbers, es una técnica eficiente pero no tan económica como la alternativa biológica, además de que presenta el inconveniente de haber de tratar con productos químicos.
CO2
No se trata de un contaminante propio del biogás, puesto que es inocuo para la mayoría de aplicaciones. Sin embargo, éste debe ser separado cuando interesa disponer de metano concentrado, bien para su uso como combustible para automóviles o bien para su inyección en la red de gas natural. Una de las formas más sencillas de separar el CO2 consiste en su absorción en agua. Tanto el H2S como el CO2 quedan retenidos mientras que el metano no, debido a las diferencias de polaridad entre las dos primeras moléculas y la de metano, que es bastante apolar. La solubilidad del CO2 en agua depende de la presión, de la temperatura y del pH. Para acabar de eliminar completamente el CO2, esta etapa puede ser complementada con una precipitación del H2S y del CO2 con Ca(OH)2, obteniendo CaCO3 y CaS.
Agua
A la salida del digestor el biogás está saturado de vapor de agua y para la mayoría de aplicaciones será necesario secarlo. Para ello, se puede refrigerar la tubería y el agua se recoge condensada. Si se desea una eliminación total del vapor de agua, se puede absorber mediante un agente desecante, sílica gel o Al2O3.
Siloxanos
Se trata de una familia de compuestos de silicio los cuales están en forma de vapor en el biogás. En parte cristalizan formando sílice, la cual causa una gran abrasión en los equipos mecánicos. Se separan del biogás mediante adsorción con carbón activo, obteniendo una elevada eficiencia y reduciéndolos hasta niveles de ppb(v).
En los filtros de carbón activo también quedan adsorbidos los BTEX, hidrocarburos y compuestos halogenados que pueda contener el biogás.
Cuando se desea metano con un poder calorífico (PCI) similar al del gas natural, existe una alternativa de purificación consistente en la filtración por membrana. El gas a purificar fluye a través de una membrana selectiva y en función de la diferente permeabilidad de la membrana a los distintos compuestos, éstos van permeando y el metano se va enriqueciendo. El diseño de la membrana es el más adecuado para la separación selectiva de diferentes gases, principalmente CO2 y metano. La purificación es efectiva aunque existe cierta pérdida de metano junto al CO2 separado, además de que son sistemas caros.
Así pues, mediante diferentes técnicas, consolidadas y eficientes, se puede realizar el tratamiento más conveniente del biogás de manera que éste se adecúe a las condiciones necesarias para su posterior aprovechamiento.
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17JUN
Valorización de residuos
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En 2010, la producción media de residuos sólidos urbanos en los países europeos se situaba en torno a los 502 kg por habitante, de acuerdo con los datos publicados por Eurostat. La gestión de los residuos es sin duda uno de los principales retos con los que se encuentran las sociedades más adelantadas, dado su progresivo incremento en la producción y su impacto ambiental, económico y social.
La mayor parte de estos residuos continúan actualmente teniendo como destino final el vertedero, aunque sea ésta la opción menos sostenible a nivel ambiental. No obstante, la tendencia es a ir reduciendo esta práctica en favor de alternativas más interesantes, tanto des del punto ambiental, como económico. La Directiva marco de residuos, de 2008, introduce una jerarquía de gestión de los residuos, en la que las opciones indicadas de mayor a menor prioridad son: prevención, reutilización, reciclado, valorización material y energética y, finalmente, eliminación de los residuos. Razonablemente, la primera opción se basa en reducir la generación de residuos, ya sea desincentivando la comercialización de artículos de un sólo uso, limitando el uso de plásticos, potenciando la devolución de los envases de vidrio, etc. En segundo lugar, la mejor opción es la reutilización, que se podrá llevar a cabo en función del producto concreto (envases, cartuchos de tóner, bolsas de la compra, ropa, etc.). En ocasiones, no se puede reutilizar el producto tal cual, pero sí que se puede reciclar para que sea apto para otro uso distinto; es el caso del papel o del vidrio. Si todas estas alternativas no son factibles, antes del depósito de los residuos en un vertedero, la única vía sostenible de sacar algún provecho económico, es la valorización de los residuos. La valorización puede ser material o energética. La valorización material consiste en la utilización del residuo como materia prima de otro proceso. Es el caso de las escorias de altos hornos, los
escombros procedentes de la demolición de edificios, etc. que se utilizan en la producción de cemento, al contener los minerales presentes en las materias primas tradicionales. La valorización energética es otra vía de sacar partido de los residuos, utilizándolos para la obtención de energía renovable a la vez que se soluciona un problema ambiental.
Existen diferentes tecnologías de valorización energética, los cuales se pueden clasificar en procesos biológicos y procesos térmicos. Los primeros podrán ser aplicados cuando el residuo posea una importante fracción biodegradable. En cambio, los procesos térmicos serán viables cuando el poder calorífico del residuo, que se mide mediante el poder calorífico inferior (PCI), sea medio o alto. Los procesos de valorización energética más utilizados son los siguientes:
1. Vertido y aprovechamiento del gas de vertedero
Con la normativa vigente no es aconsejable considerar esta alternativa como una opción viable, puesto que cada vez la cantidad de residuo biodegradable depositado en vertedero es menor. No obstante, es conveniente aprovechar la energía del gas de vertedero, a pesar de los inconvenientes técnicos (poder calorífico variable, presencia de numerosos contaminantes en el gas, condiciones agresivas para los motores de cogeneración o las microturbinas, etc.).
2. Biometanización
Mediante un proceso de digestión anaerobia la fracción biodegradable del residuo es transformada en biogás y lodos digeridos. El biogás es una mezcla de dióxido de carbono, metano y otros gases minoritarios (H2S, etc.), el cual, después de un proceso de lavado, puede ser utilizado para producir energía eléctrica mediante un proceso de cogeneración. La energía calorífica residual del proceso puede ser recuperada y, en parte, utilizada para concentrar las aguas residuales que se generan, mediante un proceso de evaporación-concentración al vacío. El resultado será un agua de alta calidad y un residuo muy concentrado.
3. Pirolisis
Se trata de un proceso térmico consistente en la transformación de la materia orgánica en otros compuestos más fáciles de tratar, el cual se lleva a cabo a elevada temperatura (entre 500 y 900 ºC) y en ausencia de aire. Se obtiene un gas con un elevado PCI (mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono, metano, etano, etileno, etc.), aunque parte de la energía que se obtiene del gas se debe invertir en el propio proceso de pirolisis, el cual es endotérmico. Además del gas, también se produce un sólido carbono, coque, el cual se elimina mediante un proceso de incineración anexo al proceso principal de pirolisi.
4. Gasificación
Consiste en un proceso térmico en el que se lleva a cabo una combustión parcial de la materia en defecto de oxígeno. Se produce un gas combustible, el gas de síntesis, el cual su composición varía (mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono, agua e
hidrocarburos ligeros) en función del residuo y de las condiciones de operación. El gas de síntesis debe ser limpiado para poder ser aprovechado posteriormente. También se generan unos sólidos, alquitranes y cenizas, que deben ser incinerados. El gas de síntesis puede ser utilizado para la producción de energía eléctrica mediante motores de combustión o microturbinas, puede ser transformado en un combustible líquido que se puede emplear como sustituto del gasoil, puede ser inyectado en la red de gas natural si se separa previamente el CO2 y los restos de oxígeno, y también puede utilizarse el hidrógeno que contiene en una pila de combustible para la generación de electricidad. Se trata de una opción muy interesante, eficiente y en la que se continúa investigando.
5. Combustión con exceso de oxígeno (Incineración)
Proceso térmico rápido en el que se produce una combustión completa y se acaba oxidando la materia a dióxido de carbono y agua. Para que la materia reaccione con el oxígeno produciendo energía debe contener carbono, hidrógeno o azufre. Se trata de la tecnología mayormente empleada para la valorización energética.
Así pues, los sistemas de valorización energética de residuos son una opción sostenible para la gestión de los residuos, además de que permiten ahorrar energía y posibilitan reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Cada vez hay mayor número de tecnologías disponibles que hacen que una gran variedad de residuos de todo tipo puedan ser sometidos a un proceso de valorización energética.
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18OCT
Reutilización de lodos extraidos en aguas residuales como fertilizantes
No comment Categories: General
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La depuración de aguas consiste en extraer las sustancias contaminantes, con el fin de obtener agua en condiciones aptas para su consumo (potabilización), o en el caso de aguas residuales para adecuarla a la normativa de vertido vigente. Durante este proceso, que se realiza en plantas depuradoras de aguas residuales, también se generan unos lodos que son reguladas bajo una legislación específica. Estos lodos, a su vez, también pueden ser depurados, lo que permite su reutilización en actividades agrícolas, ya sea como abono o para compostaje.
Su uso está regulado por la Unión Europea a través de una directiva cada vez más restrictiva. Ante un posible endurecimiento, la industria busca alternativas compatibles con los usos actuales, es decir, que permitan seguir dando salida comercial a este subproducto. Pero, hay que tener en cuenta que los lodos provenientes de la depuración de aguas residuales pueden contener gérmenes patógenos y parásitos peligrosos para el ser humano como es el caso de la salmonella, la Escherichia coli , el áscaris, etc. Por ésta razón es imprescindible tratar el lodo antes de ser usado.
Se han publicado estudios que han demostrado que la incorporación de cal viva a estos lodos elimina los patógenos. La adición de cal al lodo reduce olores y el nivel de patógenos al crear un pH alto que es hostil a la actividad biológica. Los gases que se desprenden durante la descomposición anaeróbica de la materia orgánica contienen nitrógeno y azufre y son la fuente principal de malos olores de lodo. Cuando se añade la cal los microorganismos que intervienen en la descomposición son fuertemente inhibidos o destruidos en ese medio fuertemente alcalino. Los patógenos pasan por un proceso similar.
Durante el proceso de tratamiento de lodos mediante cal viva es necesario mantener el pH por arriba de 12, por un tiempo mínimo de 2 horas, para asegurarse la destrucción de los patógenos y proporcionar la suficiente alcalinidad residual para que el pH no descienda a menos de 11. Permitiendo, así, el tiempo suficiente para almacenamiento o disposición del lodo estabilizado. La cantidad de cal necesaria para estabilizar el lodo está determinada por el tiempo del mismo, su composición química y la concentración de sólidos. A grosso modo, el rango va desde el 6 hasta el 51%. Teniendo en cuenta que
los lodos primarios son los que menos cantidad de cal requieren y los lodos activados los que mayor cantidad emplean.
Existen otros métodos de tratamiento de lodos, como: la digestión aeróbica y anaeróbica, pero el tratamiento con cal proporciona mayores ventajas a la hora de reutilizarlo, ya que nos da mayor volumen de producto aprovechable además de proporcionarles los terrenos ácidos la neutralización necesaria sin costo extra.
La alta dosificación de cal también afecta a las características físicas y químicas del lodo. Estas reacciones provocan una disminución del nitrógeno, que actúa como limitante para la cantidad de lodo que puede aplicarse al terreno, por lo que permite una mayor cantidad de lodo por unidad de superficie, al mismo tiempo mejora la capacidad de perder humedad y el carácter de los fluidos de líquido secundarios.
Otra ventaja de este sistema es que puede ser una buena alternativa cuando se necesita un respaldo para otro método de tratamiento de lodos, ya que el sistema de estabilización por cal puede iniciarse y finalizarse rápidamente. Por lo que, puede suplementar instalaciones ya existentes cuando el volumen de lodos excede los niveles de diseño, para reemplazar la incineración cuando hay escasez de combustible o cuando se estén llevando a cabo labores de mantenimiento.
Para resumir, este método de tratamiento de lodos es más económico que otros métodos, también constituye un medio eficaz y seguro para eliminación final de los lodos, evitando los riesgos para la salud humana y los daños ambientales. Una vez los lodos han sido tratados y estabilizados pueden ser descargados con toda seguridad. Resultan ideales para la agricultura, ya que su fuerte contenido en cal hace de él un abono de calidad ideal para suelos ácidos, que contiene materias orgánicas y fertilizantes.
Evaporación al vacío para el tratamiento del digestato de purinesEl siguiente video muestra el proceso de valorización y tratamiento de purines procedentes de cerdo y vaca.
La primera parte nos muestra como el purín es mezclado con biomasa y transformado en biogás en un biodigestor. Posteriormente, este biogas es transformado en energía electrica en un combustor.
Tras este proceso de valorización se obtiene un efluente no vertible debido a su alta concentración de sales de amoniaco, conocido como digestato. Dicho digestato es tratado en un evaporador al vacío, que permite recuperar un 97% de agua limpia por una parte, y por otra un concentrado que puede ser convertido nuevamente en fertilizante estabilizado en un deposito de compostaje.
Vertido cero. Concepto y tecnología.La inmensa mayoría de actividades industriales generan efluentes líquidos, en mayor o menor cantidad, que deben ser gestionados correctamente por la carga contaminante que contienen. Estos efluentes se generan cuando se utiliza el agua para refrigerar o calentar, en las limpiezas de los equipos, dentro del propio proceso, etc.
La normativa medioambiental es cada vez más restrictiva y generalmente no permite que los efluentes líquidos puedan ser vertidos sin un tratamiento previo. La solución convencional pasa por instalar una serie de procesos físico-químicos y/o biológicos que tratan el agua lo necesario para conseguir cumplir la normativa de vertido. No obstante, existe un gran número de situaciones donde el efluente tratado, o no puede ser vertido por razones geográficas, o requiere un esfuerzo económico elevado conseguir que el efluente sea evacuado. En otras situaciones, cuando se producen efluentes líquidos de naturaleza compleja, los sistemas de tratamiento convencionales necesarios no son competitivos a nivel económico. Ante estos escenarios, el concepto de vertido cero se está forjando como la opción más sostenible a nivel ambiental y, en muchas ocasiones, también a nivel económico.
El concepto de vertido cero se basa en el uso de técnicas y procesos que hacen posible la reutilización de la totalidad de las aguas residuales con un doble objetivo: (1) reducir al máximo el consumo de agua de red, y (2) minimizar la cantidad de residuos que deben ser gestionados externamente. Las ventajas de la aplicación de esta filosofía, en relación a la solución convencional, son numerosas, destacando especialmente las siguientes:
Ahorro en el consumo de agua de red. Reducción radical de la cantidad de residuos a gestionar externamente. Mejora de la imagen corporativa por la sensibilidad ambiental que demuestra la
implantación de este sistema. Facilidad para la posterior implantación de un sistema de gestión medioambiental. Ahorro económico en la gestión de residuos externa. Ahorro económico en la fiscalidad del vertido. Ahorro económico en posibles sanciones administrativas por no adecuación del vertido a
la normativa. Flexibilidad del sistema en cuanto a cambios en la composición. Necesidad de poco espacio, pues son sistemas compactos. Simplicidad de explotación. Alto grado de automatización. No necesidad de personal técnico especializado. Bajo coste de personal. Ahorro en el consumo de reactivos químicos. Elevado nivel de autosuficiencia en el consumo de agua. Posibilidad de aprovechar calores residuales de otros procesos, disminuyendo
extraordinariamente los costes de explotación.
La implantación de un sistema de gestión basado en el concepto de vertido cero supone el tratamiento de todos los efluentes líquidos cuanto sea necesario hasta que su calidad
permita su introducción de nuevo en el proceso, de modo que el rechazo final sea mínimo. Las tecnologías utilizadas para concentrar y minimizar el efluente final se pueden clasificar en tecnologías de membranas y tecnologías de separación térmica. Las primeras, que suelen ser unidades de microfiltración y ultrafiltración como pretratamiento previo y procesos como la nanofiltración y la ósmosis inversa las que consiguen recuperar en torno al 80% del agua, permiten concentrar la contaminación en una corriente líquida de rechazo a la vez que producen un agua de elevada calidad. Las tecnologías de separación térmica, habitualmente evaporadores de vacío y cristalizadores, se centran en concentrar el rechazo de las técnicas de membrana produciendo agua destilada, reutilizable en el proceso, y un residuo sólido seco, haciendo posible el objetivo de no producir finalmente ningún tipo de vertido. Concretamente, la evaporación al vacío es una tecnología que aúna la capacidad de reducir al máximo el vertido, con criterios de eficacia, robustez y sostenibilidad. Es por este motivo que es un equipo prácticamente imprescindible en la implantación de un sistema de gestión de vertido cero. Cuando interesa que el único residuo sea un sólido seco, la evaporación al vacío se utiliza seguido de un cristalizador, el cual cristaliza el residuo del evaporador.
El campo de aplicación de este sistema de gestión es tan amplio como el número de actividades diferentes que generan efluentes líquidos, con alguna pequeña limitación. En la tabla se resumen las actividades en las que el sistema de gestión de vertido cero es especialmente útil y ventajoso.
Pese a la versatilidad en cuanto a la naturaleza de la contaminación de este sistema de gestión, no lo es tanto en relación a la cantidad de caudal a tratar. Para vertidos elevados (caudales superiores a 50 m3/h) no es una tecnología competitiva. También se debe tener en cuenta que, cuando el efluente es rico en componentes volátiles, el destilado debe ser post-tratado para que pueda ser reutilizado. Y este proceso incrementa sensiblemente la inversión inicial.
MF: microfiltración; UF: ultrafiltración; EDR: electrodiálisis reversible.
En el gráfico se observa el ciclo virtuoso que representa el concepto de vertido cero. No en todos los casos son necesarios todos los procesos representados. Los procesos de membrana (MF, UF, EDR y OI) generan una elevada cantidad de agua apta para ser reutilizada. Y los procesos térmicos (evaporación y cristalización) tratan los rechazos producidos en los procesos anteriores, produciendo más agua apta para ser reutilizada y un residuo final sólido y seco.
Así pues, el sistema de gestión de vertido cero es un sistema robusto, útil y eficaz en todos los casos, y especialmente ventajoso para el tratamiento de efluentes líquidos complejos, separando el agua en lugar de separar los contaminantes. Al estar basado en
procesos físicos, y no químicos, el ámbito de aplicación es muy amplio. Los contaminantes son concentrados y finalmente reducidos a un residuo seco, hecho que hace posible que su gestión sea fácil y económica, mientras que el agua es reutilizada en el proceso.
Hacia el vertido cero en la gestión de Residuos Sólidos Urbanos (RSU)
El tratamiento de los residuos sólidos urbanos es un problema ambiental de gran importancia para todas las grandes ciudades debido al aumento de las cantidades de residuos que se han de gestionar.
El principal inconveniente es que a pesar de los amplios esfuerzos y recursos destinados a su eliminación, es muy complicado llegar a valorizar el 100% de los residuos. A día de hoy se siguen obteniendo fracciones de rechazo superiores al 30% de los residuos sólidos urbanos procesados, que suelen depositarse en vertederos controlados.
Lógicamente, este incremento de las cantidades de residuos a tratar también supone un incremento del coste económico (plantas de tratamiento y vertederos) y de los espacios destinados a tal propósito.
Para hacer frente a esta situación se han puesto en marcha iniciativas, tanto públicas como privadas, que promueven el denominado residuo cero. El propósito es no centrarse únicamente en la fase de reciclaje de los materiales y la recuperación de la materia orgánica, si no en que los productos sean concebidos desde un inicio para poder ser recuperados, en vez de ser pensados para su futura eliminación, como ha sucedido siempre.
Otro elemento clave para este cambio es el vertido cero, o lo que es lo mismo, el nulo depósito en vertederos de residuos. Para conseguir tan ambicioso objetivo es imprescindible aplicar aquellos procesos de tratamiento de residuos que permiten transformar los residuos generados en energía o subproductos.
Diferentes empresas a nivel internacional, entre las que figura Condorchem Envitech, trabajan de manera decidida en el desarrollo e implantación de tecnologías y procesos que permitan alcanzar el vertido cero en el mayor de los casos posibles.
El vertido cero ha de dejar de ser una voluntad de futuro, para ir ganando terreno y convertirse en una realidad para la administración y las diferentes industrias.
Para terminar os dejamos el enlace a un extenso documento que trata sobre el vertido cero en RSU, que fue elaborado por ESACAM y COMAV para las jornadas de medio ambiente Ecosessions en el año 2009.
Vertido cero mediante balsas de evaporación
El procedimiento de evaporación por balsas se ha utilizado desde hace mucho tiempo para el tratamiento de aguas residuales. La idea consiste en depositar las aguas residuales en una gran balsa abierta, de forma que el agua acabe evaporándose debido a la radiación solar y el viento, quedando en la balsa un concentrado de los residuos restantes para ser tratado.
A pesar de su sencillez, las balsas de evaporación pueden resultar muy útiles para el cometido de obtener el vertido cero en rechazos salinos y otros efluentes de componente mineral, ya que ningún efluente es vertido directamente en el entorno natural.
Como ya hemos comentado, las balsas de evaporación son estanques de gran superficie que contienen vertidos potencialmente peligrosos. Su finalidad es la reducción de los contenidos de agua de distintas disoluciones mediante la evaporación “natural”. Gracias a este tratamiento se consigue rebajar el volumen de residuo a tratar, lo que implica una reducción de costos, a la vez que se obtiene un incremento de la concentración de los materiales (o subproductos) que tienen aprovechamiento comercial.
Tradicionalmente, las balsas de evaporación se han utilizado para el tratamiento del alpechín del aceite de oliva en ámbitos rurales, donde el gran espacio que ocupan puede ser ubicado a un coste razonable, aunque también existen aplicaciones en lixiviados de vertederos, así como en el tratamiento de aguas residuales en procesos de extracción minera.
A pesar de todo, las balsas de evaporación también pueden presentar algunos problemas, sobretodo los relacionados con la generación de olores cuando hay cerca un núcleo poblado y se almacenan aguas con elevada carga orgánica. En estas situaciones se pueden aplicar tecnologías para el enmascaramiento de olores , que consiste en nebulizar un producto químico que neutraliza el olor.
Por ello es importante analizar la problemática en cada caso y optar por la combinación de tecnologías que sea más eficiente, tanto desde la perspectiva medioambiental, como desde la económica.
De otra parte, es frecuente que en épocas de lluvia la balsa se llene mucho más que lo que evapora. Para subsanar este problema se requiere de un diseño adecuado de la balsa y de la ayuda de un sistema de nebulización de agua (evaporación forzada), que permiten incrementar la velocidad de evaporación más de 20 veces que con la evaporación natural.
Sistemas de cristalización, secado e inertizado de vertidos líquidos industriales: vertido cero
En el tratamiento de vertidos líquidos industriales se aspira a conseguir el llamado vertido cero, esto significa que el proceso de tratamiento o depuración no produce ningún vertido líquido y normalmente se obtiene un agua de buena calidad que puede ser reutilizada en procesos de fábrica, además de un residuo sólido que suele ser valorizable para su comercialización interna/externa o combustible. Cuando no puede ser reaprovechado por carecer de valor puede ser cedido a depósitos controlados.
Algunos de los procesos que inciden de forma especial para obtener el vertido cero son la cristalización, el secado térmico y la estabilización de líquidos.
Para llegar a estos resultados normalmente se precisa de una etapa previa de concentración mediante equipos deevaporación al vacío de alta eficiencia energética,
para obtener unos efluentes concentrados (salmueras), que serán los que posteriormente serán minimizados con alguna de las mencionadas técnicas.
Cristalización
La Cristalización genera cristales sólidos que se separan de un solvente (normalmente agua). El proceso industrial de Cristalización consiste fundamentalmente en obtener de forma temporal la sobresaturación del soluto por encima del equilibrio, esta es la autentica fuerza motriz del proceso. Esto puede alcanzarse mediante la reconcentración del soluto por la evaporación del solvente, el enfriamiento de la solución o la acción de otro producto químico que se adiciona a la solución para disminuir la solubilidad del soluto original, o incluso una combinación de los tres procesos.
En la cristalización se verifican además diferentes etapas sustanciales que se distinguen de la sobresaturación y que marcan la cinética de formación de cristales y por tanto el tamaño de estos. Actuando sobre la temperatura, la agitación y el tiempo es posible obtener cristales muy finos o gruesos siguiendo este patrón.
Los cristalizadores por evaporación trabajan al vacío, evaporan el agua a temperatura reducida gracias al vacío (35-80ºC), esta se condensa y se puede reutilizar como agua destilada. La especial configuración del recipiente de evaporación con un sistema de calefacción tipo camisa, por donde circula el fluido de calefacción (vapor, agua caliente, fluido térmico) permite alcanzar elevadas concentraciones en la cámara con presencia de sólidos sin que esto represente ningún problema para el proceso.
A la salida del cristalizador se precisa normalmente la ayuda de algún sistema final de deshidratación de las sales:
Centrífuga: Este equipo permite deshidratar por lotes grandes cantidades de cristales de todo tipo de sales
Filtro deshidratador: Se descarga el lote de licor madre y sales sobre un tapiz que drena el líquido que vuelve a cabecera del evapo-cristalizador, mientras que las sales quedan retenidas y separadas por un rascador a inal del recorrido que las descarga sobre un contenedor.
Contenedor de drenaje: Sigue el mismo procedimiento que el anterior pero sus mayores dimensiones permite tratar mayores cantidades de sales cristalizadas.
Tambor rotativo: con camisa de enfriamiento del cilindro exterior y un rascador que extrae los cristales que se depositan en la superficie interna. El líquido a cristalizar procede de una etapa de concentración por evaporación y por tanto esta caliente. El fluido de enfriamiento puede ser agua de un circuito de refrigeración con torre evaporativa o de fluido refrigerante que se mantiene a muy baja temperatura con equipos de frío industrial.
Reactor decantador: un proceso que utiliza la evaporación previa para concentrar el soluto pero en la zona de equilibrio, luego mediante la dosificación de un producto químico específicamente estudiado para cada caso, puede ser otra sal, otro solvente, un polímero, etc. Se produce un desequilibrio en la solución original que conduce a la precipitación de cristales que son extraídos del tanque de reacción por dispositivo diseñado para tal fin.Este proceso permite la cristalización fraccionada y la obtención separa de diferentes cristales de sustancias de elevado valor añadido.
Secado térmico (spray drying)
El secado térmico consiste en pulverizar una solución rica en sólidos disueltos, nunca en suspensión, en una cámara que se mantiene caliente por acción de los gases de combustión de un quemador o de aire caliente (180 a 400 ºC). Al entrar en contacto con la temperatura el solvente se evapora instantáneamente y el sólido precipita en el fondo de la cámara. Un sistema de venturi permite extraer el sólido secado y se separa del vapor de agua y gases de combustión fríos (aprox. 100ºC) que se emiten al exterior. Un proceso de filtrado/lavado de estos gases garantiza los límites de emisión a la atmósfera.
Debido a que es un proceso que consume gran cantidad de energía (kwt/litro evaporado) es preferible utilizar después de un proceso de evaporación para reconcentrar el soluto y disminuir el volumen de agua a evaporar. El sólido obtenido puede ser reutilizado cuando es posible o cedido a depósito controlado.
Estabilización / inertizado
La estabilización de líquidos es muy recomendable cuando la gestión del residuo líquido es muy costosa o imposible y cuando la cristalización o secado térmico no puede aplicarse por cuestiones técnicas o de inversión.
Consiste en la mezcla del residuo líquido o pastoso, previamente concentrado por evaporador, con un material inerte de bajo coste. Normalmente se emplea para este fin arcillas, cal viva, cal apagada, cemento, etc., aunque también suelen emplearse algunos polímeros deshidratantes como bentonita, sepiolita, etc. En algunos casos puede utilizarse otro residuo sólido (por ejemplo: fangos depuradora, cenizas, escorias, etc.).
El proceso de mezcla se hace por lotes o en continuo en un equipo denominado BLENDER, que consiste en un tambor donde llegan por separado la alimentación del líquido o pasta y el producto sólido estabilizante, se mezclan hasta formar una masa homogénea y se descarga por la boca frontal hacia un contenedor.
La mezcla se cementa en unas horas y con el paso del tiempo pierde prácticamente toda la humedad, quedando solidificada e inerte. Este producto puede llevarse a vertedero sin más problema ya que no se volverá a disolver nunca más.
La cantidad de producto cementante estabilizante por litro de líquido o pasta dependerá del tipo de residuo pero normalmente esta entre los 0,8 y 2 litros de cementante por litro de residuo líquido o pasta.En el tratamiento de vertidos líquidos industriales se aspira a conseguir el llamado vertido cero, esto significa que el proceso de tratamiento o depuración no produce ningún vertido líquido y normalmente se obtiene un agua de buena calidad que puede ser reutilizada en procesos de fábrica, además de un residuo sólido que suele ser valorizable para su comercialización interna/externa o combustible. Cuando no puede ser reaprovechado por carecer de valor puede ser cedido a depósitos controlados.
