RETOS DE LAS TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DE AGUA. Madrid, 9 de mayo de 2012

Transcripción

1 RETOS DE LAS TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DE AGUA Madrid, 9 de mayo de 2012

2 RETOS DE LAS TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DE AGUA Los retos fundamentales pasan por obtener un agua de proceso con una calidad y a un precio óptimo y hacer cumplir las normativas de vertido al agua utilizada en el proceso de fabricación. Enlazando los dos procesos, y como objetivo de esta presentación, se propone un tercer reto que supone la reutilización del agua de proceso, ya sea en el mismo proceso productivo o en otros usos internos de la industria. Los motivos por los cuales el industrial recupera agua son casi todos obvios: Evita vertidos que pueden incumplir Normas de Vertido Evita canon de vertido Evita depurar el agua a verter si fuera preciso Ahorra agua

3 RETOS DE LAS TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DE AGUA El hecho de depurar agua conlleva, en muchos casos, un coste similar al del reciclado de la misma en el proceso productivo. Es ahora, problema de la Ingeniería de Aguas, conseguir recuperar el agua de la mejor forma, con un consumo de energía, reactivos y mano de obra lo más reducidos posible. Cada estudio es singular ya que cada proceso industrial genera un efluente de muy variada naturaleza y las necesidades de reutilización pueden variar enormemente en función de las distintas calidades precisas en los diferentes procesos productivos que puede tener una industria.

4 CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOS DISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS Automóvil y auxiliares Habitualmente partimos de tratamientos de aceros y plásticos que son sometidos 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 de Ello conlleva unos vertidos con metales disueltos y la necesidad de reconducir parámetros como el ph, conductividad, sólidos en suspensión, aceites y grasas, DQO, etc.

5 CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOS DISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS Aeronáutica Uso generalizado del Aluminio en diferentes procesos como el Anodizado Sulfúrico, crómico, etc., la fibra de carbono y el titanio, i además demetales y recubrimientos diversos como el cadmio o pasivadores. La eliminación de los metales disueltos y todas las sales formadas en el La eliminación de los metales disueltos y todas las sales formadas en el proceso, unidos a la obtención de un agua de lavado de altísima calidad condicionan los equipos a utilizar.

6 CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOS DISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS Vidrio El uso de la sílice como materia prima y los aceites de corte preparados para altas temperaturast son los elementos a tener en cuenta en estas instalaciones. La eliminación de los sólidos disueltos y los aceites son la clave para La eliminación de los sólidos disueltos y los aceites son la clave para diseñar un sistema seguro de tratamiento.

7 CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOS DISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS Alimentación Todo un mundo amparado bajo esta denominación y donde puede encontrarse desded unsecadero de jamón a una pesquería. La conductividad, los cloruros y la materia orgánica son aquí los prioritarios.

8 CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOS DISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS Vertederos Los lixiviados producidos en estas instalaciones son, con frecuencia, verdaderas d bombasb contaminantes. t Conductividad, DQO y amonio son elementos fundamentales a tener en cuenta.

9 CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES EN LOS DISTINTOS TIPOS DE INDUSTRIAS Industria metalúrgica Tan amplia como su nombre indica, puede recoger, desde las plantas de Anodizado, d hasta las trefilerías, las decapadoras, d las fábricas de chapa o perfil, etc. El estudio de los diferentes, y enormemente variados productos como ácidos, taladrinas, álcalis, metales, etc. determinan los procesos a utilizar.

10 TIPOS DE TECNOLOGÍAS Cualquier proceso puede ser útil en la separación o eliminación de uno o más contaminantes presentes en el agua. Los podemos clasificar en dos grandes grupos: Tecnologías de tipo físico: filtración, decantación, ultrafiltración, ósmosis inversa, evaporación, stripping, etc. Tecnologías de tipo químico: oxidación, reducción, insolubilización, etc.

11 TECNOLOGÍAS DE TIPO QUÍMICO Muy utilizadas para la eliminación de metales disueltos. Mediante la alcalinización del medio con sosa o cal, se obtiene la precipitación de la mayoría de los metales disuelto que, luego, son fácilmente separables mediante decantación del efluente: Me n+ + n NaOH Me(OH) n + nna+ Aunque su uso está ya muy limitado, los procesos de reducción se utilizan para la conversión del cromo hexavalente a trivalente mediante bisulfito en medio ácido o sulfato ferroso en medio neutro o alcalino: K 2 Cr 2 O HCl + 3 NaHSO 3 Cr 2 (SO 4 ) H 2 O + 3 NaCl + 2 KCl La oxidación se utiliza para la destrucción de amoniaco, cianuros y, en general, mediante procesos de oxidación avanzada (POA s), todo tipo de contaminantes orgánicos. Sin entrar en detalles, los procesos de oxidación avanzados a ados más utilizados son los basados en agua oxigenada, ozono o o y radiación UV, así como las posibles combinaciones entre sí.

12 TECNOLOGÍAS DE TIPO QUÍMICO

13 Filtración La filtración es un proceso mecánico en el que se retienen sólidos en suspensión 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 50 micras, aproximadamente (0.05 mm). Pueden ser lavados en contracorriente 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 orgánica. En función del contaminante y la temperatura de trabajo, el carbón activo es capaz de retener hasta un 20% de su peso. Filtros de zeolitas: retienen amoniaco presente en el agua de alimentación hasta un contenido de 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).

14 Filtración Las aplicaciones fundamentales de los filtros radican en la eliminación de sólidos en suspensión así como el afino de un vertido con el fin de reducir DQO, amonio, etc.

15 Intercambio iónico Las resinas de intercambio iónico están formadas por esferas de 0.3 a 1.2 mm de diámetro. Su material de fabricación suele ser un copolímero de estireno y divinilbenceno y que tienen en su estructura molecular radicales con naturaleza ácida o alcalina que son capaces de permutar iones fijados previamente a estos puntos activos por atracciones electrostáticas. Esta capacidad de permutación (o de intercambio de iones) permite modificar la composición iónica de un fluido a su paso por ellas. El intercambio iónico se utiliza fundamentalmente para la descalcificación y la desmineralización del agua.

16 Intercambio iónico En la industria del tratamiento de superficies es práctica habitual el reciclado de parte o la totalidad de los enjuagues a través de un equipo desmineralizador, consiguiéndose las siguientes ventajas: Ahorro considerable de agua Ahorro en la depuración de los enjuagues Enjuagues de mejor calidad al realizarlos con agua desmineralizada

17 Intercambio iónico

18 Microfiltración / Ultrafiltración Esta separación por membranas permite la eliminación de sólidos en suspensión sin alterar las propiedades químicas del agua. Cada vez está siendo más utilizada en procesos de depuración de tipo biológico (MBR) y como pretratamiento de plantas de ósmosis inversa cuando el agua se encuentra muy cargada a nivel de coloides. Existen dos tipos de membrana en lo que a naturaleza se refiere: las de tipo p q p orgánico y las minerales. Las primeras presentan la ventaja de disponer de una gran producción por unidad de superficie, pero el inconveniente de trabajar a una temperatura máxima de ºC. Las membranas minerales, por el contrario, pueden trabajar a altas temperaturas y soportan ph extremos.

19 Microfiltración / Ultrafiltración Las membranas de ultrafiltración de tipo orgánico están teniendo una gran aplicación en diversas aplicaciones como potabilización, pretratamiento de ósmosis inversa, tratamientos terciarios en depuradoras biológicas, etc. La mayoría de ellas están fabricadas en polisulfona y son de tipo capilar, de muy fácil limpieza y vida extremadamente larga. Pueden trabajar con un pequeño rechazo o tipo dead end.

20 Microfiltración / Ultrafiltración

21 Ósmosis inversa El proceso de ósmosis se define como el transporte espontáneo de un disolvente (el agua) desde una solución diluida a una concentrada a través de una membrana semipermeable, que impide el paso de soluto pero no el de disolvente. En condiciones de reposo, el flujo de disolvente terminará al alcanzar el equilibrio, que es lo que se denomina presión osmótica. Si la presión en el lado de la solución concentrada se incrementa por medios artificiales, por encima de la columna de agua formada, la dirección de flujo del solvente se invierte, por lo que el agua pasa de la solución más concentrada a la más diluida. Esto es lo que se denomina ósmosis inversa.

22 Ósmosis inversa Esta técnica, como es conocido, se utiliza fundamentalmente en la desalinización de aguas salobres o de mar, para riego, agua potable, alimentación a calderas, etc. Debido a la elevada demanda en otros mercados, fundamentalmente la potabilización, esta técnica ha evolucionado enormemente, por lo que existen en el mercado multitud de membranas, en forma y disposición, fabricantes, etc.

23 Ósmosis inversa Gracias a esta evolución, se dispone de membranas con muy bajo poder de ensuciamiento (LOW FOULING) que permiten utilizar esta tecnología en el tratamiento de aguas residuales. Las más utilizadas en el tratamiento de agua convencional son las membranas arrolladas en espiral (SPIRAL WOUND). Existen en el mercado membranas con separadores más anchos que dificultan el ensuciamiento de las mismas. También, se encuentran disponibles en el mercado membranas de ósmosis inversa con la configuración plato marco (PLATE & FRAME) que permiten una limpieza muy sencilla y eficaz, así como utilizar unas presión de trabajo muy superiores a las utilizadas en membranas en espiral pudiendo, así, poder vencer presiones osmóticas cada vez más elevadas.

24 Ósmosis inversa

25 Ósmosis inversa

26 Evaporación La evaporación es una tecnología mediante la cual se persigue la concentración de soluciones diluidas, con el fin de gestionar un residuo de menor volumen u obtener productos sólidos de valor añadido. El agua obtenida podrá ser reutilizada en el proceso productivo directamente o tras un pequeño afino. Existen multitud de sectores industriales que la utilizan: papeleras, industria q p p, farmacéutica, la industria de tratamiento superficial, vertederos, así como otros mercados con la misión fundamental de reducir los efluentes contaminantes de una determinada actividad industrial.

27 Evaporación 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. - Concentración de baños, efluentes de regeneración de resinas de intercambio iónico, etc. - Reducción de vertidos con alta carga deproductos orgánicos en industria alimentaria, farmacéutica, etc. - Eliminación de amonio, nitratos, cloruros y/o sulfatos en efluentes de procesos industriales.

28 Evaporación Aunque existen más tipos de procesos evaporativos, los más utilizados en los procesos de depuración son los siguientes: - Evaporación al vacío mediante bomba de calor: se realiza vacío en la Evaporación al vacío mediante bomba de calor: se realiza vacío en la cámara de ebullición, con lo que se consiguen temperaturas de destilación que oscilan entre 30 y 40 ºC, obteniéndose valores altos en lo que a coste se refiere. El sistema de calefacción enfriamiento se realiza mediante bomba de calor. - Evaporación al vacío mediante fluidos de calefacción y enfriamiento externos: útil para caudales altos y procesos especiales. - Evaporación por compresión mecánica del vapor: también trabaja a vacío y el vapor destilado se comprime hasta presión atmosférica sobrecalentándose, siendo la fuente de energía para la evaporación y el precalentamiento del líquido a tratar.

29 Evaporación La evaporación por compresión mecánica del vapor se basa en la recuperación de calor mediante la compresión y reuso como fluido calefactor del vapor producido en la fase de evaporación, lo que conlleva a una disminución considerable de la energía a utilizar. De este tipo de equipos, cabe destacar: - Consumo de electricidad muy reducido. Aproximadamente, entre 35 y 65 KW-h/m 3 dependiendo del modelo - Caudales de evaporación entre 30 y l/h -Materiales de fabricación: acero inoxidable con titanio como estándar. Opcionalmente, se pueden fabricar con cuerpo en Hastelloy y tuberías en PVDF, cuando el líquido a tratar es muy corrosivo.

30 Evaporación

31 Evaporación En la evaporación al vacío se debe utilizar un foco caliente que puede ser generado por gas, electricidad o biomasa, aunque es posible localizar en el proceso productivo excedentes de calor que puedan hacer muy económico el proceso. Así, por ejemplo, se pueden considerar gases de chimenea, agua de refrigeración de motores en plantas de cogeneración, etc. Resulta muy recomendable diseñar los evaporadores de múltiples efectos que, aunque la inversión sea superior, los costes de mantenimiento se reducen enormemente.

32 Evaporación

33 Otras aplicaciones con intercambio iónico Mediante resinas de intercambio iónico se pueden conseguir múltiples procesos 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 otro proceso de depuración - Resinas específicas para retener boro, arsénico, etc. - Resinas complejantes dopadas con algún metal para la retención de contaminantes. Así, se puede dopar una resina con cobre y así poder retener fugas de amoniaco, o doparla con aluminio y retener así fugas de fluouros, etc. - Purificación de baños concentrados prologando así indefinidamente la vida del mismo

34 Otras aplicaciones con intercambio iónico

35 Cristalización Cualquier contaminante puede ser retirado de un baño concentrado si se puede modificar en el mismo la temperatura y/o concentración del contaminante en el mismo con el fin de variar su solubilidad. Así, por ejemplo, los baños de decapado con ácido clorhídrico o sulfúrico pueden ser tratados para prolongar indefinidamente su vida mediante tecnologías de evaporación y cristalización, obteniéndose un residuo de valor añadido (sulfato ferroso). De igual forma, puede prolongarse la vida de los baños alcalinos mediante la eliminación, mediante cristalización, de los carbonatos que se forman y que alteran el funcionamiento del mismo.

36 Cristalización

37 APLICACIONES Planta de ósmosis inversa, reciclado de agua desmineralizada y depuradora físico química en fábrica de radiadores para automóvil

38 APLICACIONES Reciclado c de la totalidad de los enjuagues de una línea de tratamiento galvánico para ensayos mediante evaporación al vacío.

39 APLICACIONES Evaporador al vacío, doble reciclado de agua desmineralizada y depuradora físico química en línea galvánica.

40 CONCLUSIONES Existe en el mercado una amplia gama de tecnologías que permiten el aprovechamiento y la reutilización del agua de proceso que conlleva un ahorro importante en este bien escaso así como en los costes asociados a su depuración. Para ello, probablemente será preciso combinar más de una de las tecnologías antes enumeradas. Este diseño debe ser realizado por personal especializado

41 GRACIAS POR SU ATENCIÓN