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RETOS DE LAS TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DE AGUA Madrid, 9 de mayo de 2012
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RETOS DE LAS TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DE
AGUAMadrid, 9 de mayo de 2012
RETOS DE LAS TECNOLOGÍAS DETRATAMIENTO DE AGUATRATAMIENTO DE AGUA
Los retos fundamentales pasan por obtener un agua de proceso conuna calidad y a un precio óptimo y hacer cumplir las normativas deuna calidad y a un precio óptimo y hacer cumplir las normativas devertido al agua utilizada en el proceso de fabricación.
Enlazando los dos procesos y como objetivo de esta presentaciónEnlazando los dos procesos, y como objetivo de esta presentación,se propone un tercer reto que supone la reutilización del agua deproceso, ya sea en el mismo proceso productivo o en otros usosinternos de la industria.internos de la industria.
Los motivos por los cuales el industrial recupera agua son casi todosobvios:• Evita vertidos que pueden incumplir Normas de Vertido• Evita canon de vertido• Evita depurar el agua a verter si fuera preciso• Ahorra agua
RETOS DE LAS TECNOLOGÍAS DETRATAMIENTO DE AGUATRATAMIENTO DE AGUA
El hecho de depurar agua conlleva, en muchos casos, un costesimilar al del reciclado de la misma en el proceso productivosimilar al del reciclado de la misma en el proceso productivo.
Es ahora, problema de la Ingeniería de Aguas, conseguir recuperarel agua de la mejor forma con un consumo de energía reactivos yel agua de la mejor forma, con un consumo de energía, reactivos ymano de obra lo más reducidos posible.
Cada estudio es singular ya que cada proceso industrial genera unCada estudio es singular ya que cada proceso industrial genera unefluente de muy variada naturaleza y las necesidades dereutilización pueden variar enormemente en función de las distintascalidades precisas en los diferentes procesos productivos que puedep p p q ptener una industria.
CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOSDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIASDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS
Automóvil y auxiliares
Habitualmente partimos de tratamientos de aceros y plásticos que sontid di l tili j t l d tsometidos a diversos procesos en los que se utiliza junto al agua productos
como desengrases, aceites, ácidos, refrigerantes, protectores, etc.
Ello conlleva unos vertidos con metales disueltos y la necesidad deEllo conlleva unos vertidos con metales disueltos y la necesidad dereconducir parámetros como el pH, conductividad, sólidos en suspensión,aceites y grasas, DQO, etc.
CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOSDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIASDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS
Aeronáutica
Uso generalizado del Aluminio en diferentes procesos como el AnodizadoS lfú i ó i t l fib d b l tit i d á d t lSulfúrico, crómico, etc., la fibra de carbono y el titanio, además de metales yrecubrimientos diversos como el cadmio o pasivadores.
La eliminación de los metales disueltos y todas las sales formadas en elLa eliminación de los metales disueltos y todas las sales formadas en elproceso, unidos a la obtención de un agua de lavado de altísima calidadcondicionan los equipos a utilizar.
CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOSDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIASDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS
Vidrio
El uso de la sílice como materia prima y los aceites de corte preparadoslt t t l l t t t tpara altas temperaturas son los elementos a tener en cuenta en estas
instalaciones.
La eliminación de los sólidos disueltos y los aceites son la clave paraLa eliminación de los sólidos disueltos y los aceites son la clave paradiseñar un sistema seguro de tratamiento.
CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOSDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIASDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS
Alimentación
Todo un mundo amparado bajo esta denominación y donde puedet d d d d j ó íencontrarse desde un secadero de jamón a una pesquería.
La conductividad, los cloruros y la materia orgánica son aquí los prioritarios.
CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOSDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIASDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS
Vertederos
Los lixiviados producidos en estas instalaciones son, con frecuencia,d d b b t i tverdaderas bombas contaminantes.
Conductividad, DQO y amonio son elementos fundamentales a tener encuentacuenta.
CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOSDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIASDISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS
Industria metalúrgica
Tan amplia como su nombre indica, puede recoger, desde las plantas deA di d h t l t fil í l d d l fáb i d hAnodizado, hasta las trefilerías, las decapadoras, las fábricas de chapa operfil, etc.
El estudio de los diferentes y enormemente variados productos comoEl estudio de los diferentes, y enormemente variados productos comoácidos, taladrinas, álcalis, metales, etc. determinan los procesos a utilizar.
TIPOS DE TECNOLOGÍAS
Cualquier proceso puede ser útil en la separación o eliminación de uno omás contaminantes presentes en el agua. Los podemos clasificar en dosgrandes grupos:
Tecnologías de tipo físico: filtración, decantación, ultrafiltración, ósmosisinversa evaporación stripping etcinversa, evaporación, stripping, etc.
Tecnologías de tipo químico: oxidación, reducción, insolubilización, etc.g p q
TECNOLOGÍAS DE TIPO QUÍMICO
Muy utilizadas para la eliminación de metales disueltos. Mediante laalcalinización del medio con sosa o cal, se obtiene la precipitación de la
í d l t l di lt l fá il t blmayoría de los metales disuelto que, luego, son fácilmente separablesmediante decantación del efluente:
Men+ + n NaOH → Me(OH)n ↓ + n Na+Me n NaOH Me(OH)n ↓ n NaAunque su uso está ya muy limitado, los procesos de reducción se utilizanpara la conversión del cromo hexavalente a trivalente mediante bisulfito enmedio ácido o sulfato ferroso en medio neutro o alcalino:medio ácido o sulfato ferroso en medio neutro o alcalino:
K2Cr2O7 + 5 HCl + 3 NaHSO3 → Cr2(SO4)3 + 4 H2O + 3 NaCl + 2 KClLa oxidación se utiliza para la destrucción de amoniaco cianuros y enLa oxidación se utiliza para la destrucción de amoniaco, cianuros y, engeneral, mediante procesos de oxidación avanzada (POA’s), todo tipo decontaminantes orgánicos. Sin entrar en detalles, los procesos de oxidaciónavanzados más utilizados son los basados en agua oxigenada, ozono ya a ados ás ut ados so os basados e agua o ge ada, o o o yradiación UV, así como las posibles combinaciones entre sí.
TECNOLOGÍAS DE TIPO QUÍMICO
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOFiltraciónLa filtración es un proceso mecánico en el que se retienen sólidos en suspensión al hacer pasar el agua a través de un medio filtrantesuspensión al hacer pasar el agua a través de un medio filtrante.Como ejemplos, cabe destacar:Filtros de arena: retienen sólidos en suspensión hasta un tamaño de 50micras, aproximadamente (0.05 mm). Pueden ser lavados enmicras, aproximadamente (0.05 mm). Pueden ser lavados encontracorriente con agua para eliminar los sólidos retenidos.Filtros de carbón activo: trabajan de igual forma que los anteriores pero,además, destruyen el cloro presente en el agua y adsorben materia, y p g yorgánica. En función del contaminante y la temperatura de trabajo, el carbónactivo es capaz de retener hasta un 20% de su peso.Filtros de zeolitas: retienen amoniaco presente en el agua de alimentaciónhasta un contenido de 20 - 25 g de amoniaco por Kg de medio filtrante.Filtros de cartuchos: son desechables y retienen sólidos en suspensión en función del micraje deseado, hasta tamaños inferiores a 1 micra (0.001 mm).
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOFiltraciónLas aplicaciones fundamentalesde los filtros radican en lade los filtros radican en laeliminación de sólidos ensuspensión así como el afino deun vertido con el fin de reducirun vertido con el fin de reducirDQO, amonio, etc.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOIntercambio iónico
Las resinas de intercambio iónico están formadas por esferas de 0 3 a 1 2Las resinas de intercambio iónico están formadas por esferas de 0.3 a 1.2mm de diámetro. Su material de fabricación suele ser un copolímero deestireno y divinilbenceno y que tienen en su estructura molecular radicalescon naturaleza ácida o alcalina que son capaces de permutar iones fijadoscon naturaleza ácida o alcalina que son capaces de permutar iones fijadospreviamente a estos puntos activos por atracciones electrostáticas.
Esta capacidad de permutación (o de intercambio de iones) permitep p ( ) pmodificar la composición iónica de un fluido a su paso por ellas.
El intercambio iónico se utiliza fundamentalmente para la descalcificación yla desmineralización del agua.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOIntercambio iónico
En la industria del tratamiento de superficies es práctica habitual el recicladoEn la industria del tratamiento de superficies es práctica habitual el recicladode parte o la totalidad de los enjuagues a través de un equipodesmineralizador, consiguiéndose las siguientes ventajas:
Ahorro considerable de aguaAhorro en la depuración de los enjuaguesEnjuagues de mejor calidad al realizarlos con agua desmineralizadaj g j g
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOIntercambio iónico
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOMicrofiltración / Ultrafiltración
Esta separación por membranas permite la eliminación de sólidos enEsta separación por membranas permite la eliminación de sólidos ensuspensión sin alterar las propiedades químicas del agua. Cada vez estásiendo más utilizada en procesos de depuración de tipo biológico (MBR) ycomo pretratamiento de plantas de ósmosis inversa cuando el agua secomo pretratamiento de plantas de ósmosis inversa cuando el agua seencuentra muy cargada a nivel de coloides.
Existen dos tipos de membrana en lo que a naturaleza se refiere: las de tipop q porgánico y las minerales. Las primeras presentan la ventaja de disponer deuna gran producción por unidad de superficie, pero el inconveniente detrabajar a una temperatura máxima de 50 – 60 ºC. Las membranasminerales, por el contrario, pueden trabajar a altas temperaturas y soportanpH extremos.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOMicrofiltración / Ultrafiltración
Las membranas de ultrafiltración de tipo orgánico están teniendo una granLas membranas de ultrafiltración de tipo orgánico están teniendo una granaplicación en diversas aplicaciones como potabilización, pretratamiento deósmosis inversa, tratamientos terciarios en depuradoras biológicas, etc.
La mayoría de ellas están fabricadas en polisulfona y son de tipo capilar, demuy fácil limpieza y vida extremadamente larga. Pueden trabajar con unpequeño rechazo o tipo “dead end”.p q p
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOMicrofiltración / Ultrafiltración
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOÓsmosis inversa
El proceso de ósmosis se define como el transporte espontáneo de unEl proceso de ósmosis se define como el transporte espontáneo de undisolvente (el agua) desde una solución diluida a una concentrada a travésde una membrana semipermeable, que impide el paso de soluto pero no elde disolvente.de disolvente.
En condiciones de reposo, el flujo de disolvente terminará al alcanzar elequilibrio, que es lo que se denomina presión osmótica.q , q q p
Si la presión en el lado de la solución concentrada se incrementa pormedios artificiales, por encima de la columna de agua formada, la direcciónde flujo del solvente se invierte, por lo que el agua pasa de la solución másconcentrada a la más diluida. Esto es lo que se denomina ósmosis inversa.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOÓsmosis inversa
Esta técnica como es conocido se utiliza fundamentalmente en laEsta técnica, como es conocido, se utiliza fundamentalmente en ladesalinización de aguas salobres o de mar, para riego, agua potable,alimentación a calderas, etc.
Debido a la elevada demanda en otros mercados, fundamentalmente lapotabilización, esta técnica ha evolucionado enormemente, por lo queexisten en el mercado multitud de membranas, en forma y disposición,, y p ,fabricantes, etc.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOÓsmosis inversa
Gracias a esta evolución, se dispone de membranas con muy bajo poder deensuciamiento (LOW FOULING) que permiten utilizar esta tecnología en eltratamiento de aguas residuales.tratamiento de aguas residuales.
Las más utilizadas en el tratamiento de agua convencional son lasmembranas arrolladas en espiral (SPIRAL WOUND). Existen en el mercadop ( )membranas con separadores más anchos que dificultan el ensuciamiento delas mismas. También, se encuentran disponibles en el mercado membranasde ósmosis inversa con la configuración plato – marco (PLATE & FRAME)que permiten una limpieza muy sencilla y eficaz, así como utilizar unaspresión de trabajo muy superiores a las utilizadas en membranas en espiralpudiendo, así, poder vencer presiones osmóticas cada vez más elevadas.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOÓsmosis inversa
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOÓsmosis inversa
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOEvaporación
La evaporación es una tecnología mediante la cual se persigue laLa evaporación es una tecnología mediante la cual se persigue laconcentración de soluciones diluidas, con el fin de gestionar un residuo demenor volumen u obtener productos sólidos de valor añadido. El aguaobtenida podrá ser reutilizada en el proceso productivo directamente o trasobtenida podrá ser reutilizada en el proceso productivo directamente o trasun pequeño afino.
Existen multitud de sectores industriales que la utilizan: papeleras, industriaq p p ,farmacéutica, la industria de tratamiento superficial, vertederos, así comootros mercados con la misión fundamental de reducir los efluentescontaminantes de una determinada actividad industrial.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOEvaporación
Algunas de las aplicaciones más comunes pueden ser las siguientes:Algunas de las aplicaciones más comunes pueden ser las siguientes:
- Concentración de soluciones oleosas: desengrases, taladrinas, etc.- Uso en vertederos para la concentración de lixiviados.Uso en vertederos para la concentración de lixiviados.- Concentración de baños, efluentes de regeneración de resinas deintercambio iónico, etc.- Reducción de vertidos con alta carga de productos orgánicos en industriag p galimentaria, farmacéutica, etc.- Eliminación de amonio, nitratos, cloruros y/o sulfatos en efluentes deprocesos industriales.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOEvaporación
Aunque existen más tipos de procesos evaporativos los más utilizados enAunque existen más tipos de procesos evaporativos, los más utilizados enlos procesos de depuración son los siguientes:
- Evaporación al vacío mediante bomba de calor: se realiza vacío en laEvaporación al vacío mediante bomba de calor: se realiza vacío en lacámara de ebullición, con lo que se consiguen temperaturas de destilaciónque oscilan entre 30 y 40 ºC, obteniéndose valores altos en lo que a costese refiere. El sistema de calefacción – enfriamiento se realiza mediantebomba de calor.- Evaporación al vacío mediante fluidos de calefacción y enfriamientoexternos: útil para caudales altos y procesos especiales.- Evaporación por compresión mecánica del vapor: también trabaja a vacío yel vapor destilado se comprime hasta presión atmosféricasobrecalentándose, siendo la fuente de energía para la evaporación y elprecalentamiento del líquido a tratar.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOEvaporación
La evaporación por compresión mecánica del vapor se basa en laLa evaporación por compresión mecánica del vapor se basa en larecuperación de calor mediante la compresión y reuso como fluidocalefactor del vapor producido en la fase de evaporación, lo que conlleva auna disminución considerable de la energía a utilizar.una disminución considerable de la energía a utilizar.
De este tipo de equipos, cabe destacar:- Consumo de electricidad muy reducido. Aproximadamente, entre 35 y 65y p , yKW-h/m3 dependiendo del modelo- Caudales de evaporación entre 30 y 3.500 l/h-Materiales de fabricación: acero inoxidable con titanio como estándar.
Opcionalmente, se pueden fabricar con cuerpo en Hastelloy y tuberías enPVDF, cuando el líquido a tratar es muy corrosivo.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOEvaporación
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOEvaporación
En la evaporación al vacío se debe utilizar un foco caliente que puede serEn la evaporación al vacío se debe utilizar un foco caliente que puede sergenerado por gas, electricidad o biomasa, aunque es posible localizar en elproceso productivo excedentes de calor que puedan hacer muy económicoel proceso.el proceso.
Así, por ejemplo, se pueden considerar gases de chimenea, agua derefrigeración de motores en plantas de cogeneración, etc.g p g ,
Resulta muy recomendable diseñar los evaporadores de múltiples efectosque, aunque la inversión sea superior, los costes de mantenimiento sereducen enormemente.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOEvaporación
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOOtras aplicaciones con intercambio iónico
Mediante resinas de intercambio iónico se pueden conseguir múltiplesMediante resinas de intercambio iónico se pueden conseguir múltiplesprocesos de afino de efluentes con el fin de validarlos para su reutilización.Así, por ejemplo, podemos destacar:
- Resinas complejantes que retienen fugas de metales de cualquier otroproceso de depuración- Resinas específicas para retener boro, arsénico, etc.p p , ,- Resinas complejantes dopadas con algún metal para la retención decontaminantes. Así, se puede dopar una resina con cobre y así poderretener fugas de amoniaco, o doparla con aluminio y retener así fugas defluouros, etc.- Purificación de baños concentrados prologando así indefinidamente la vidadel mismo
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOOtras aplicaciones con intercambio iónico
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOCristalización
Cualquier contaminante puede ser retirado de un baño concentrado si seCualquier contaminante puede ser retirado de un baño concentrado si sepuede modificar en el mismo la temperatura y/o concentración delcontaminante en el mismo con el fin de variar su solubilidad.
Así, por ejemplo, los baños de decapado con ácido clorhídrico o sulfúricopueden ser tratados para prolongar indefinidamente su vida mediantetecnologías de evaporación y cristalización, obteniéndose un residuo deg p y ,valor añadido (sulfato ferroso).
De igual forma, puede prolongarse la vida de los baños alcalinos mediantela eliminación, mediante cristalización, de los carbonatos que se forman yque alteran el funcionamiento del mismo.
TECNOLOGÍAS DE TIPO FÍSICOCristalización
APLICACIONESPlanta de ósmosis inversa, reciclado de agua desmineralizada y, g ydepuradora físico – química en fábrica de radiadores para automóvil
APLICACIONESReciclado de la totalidad de los enjuaguesec c ado de a tota dad de os e juaguesde una línea de tratamiento galvánicopara ensayos mediante evaporación alvacío.
APLICACIONESE d l í d bl i l d dEvaporador al vacío, doble reciclado deagua desmineralizada y depuradorafísico – química en línea galvánica.
CONCLUSIONES
Existe en el mercado una amplia gama de tecnologías que permitenel aprovechamiento y la reutilización del agua de proceso queconlleva un ahorro importante en este bien escaso así como en lospcostes asociados a su depuración.
Para ello, probablemente será preciso combinar más de una de lastecnologías antes enumeradas. Este diseño debe ser realizado porpersonal especializado
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
