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Tratamiento de salmueras, problemática y alternativas

Tratamiento de salmuerasExiste una amplia diversidad de industrias que por uno u otro motivo generan salmueras, como es el caso de las plantas desaladoras, las dedicadas a las perforaciones de gas y petróleo, las plantas de generación de energía, las de curtidos de pieles, las que elaboran conservas de alimentos, olivas, salazones, aceites, jamones y embutidos, así como todas aquellas que tratan elevados volúmenes de agua (descalcificación, desmineralización, ósmosis inversa, etc.).

Los efluentes salinos deben ser correctamente gestionados, ya que su descarga no controlada puede causar un elevado impacto ambiental. La gestión de las salmueras no es una tarea sencilla en la mayoría de los casos. En función de factores como el caudal, la ubicación geográfica, si existen más contaminantes o no a parte de las sales, etc. se deberá optar por una u otra opción. En muchas ocasiones la única salida será el tratamiento de las salmueras, aunque pueden existir otras vías de gestión diferentes en función de las características de cada caso.

Existen diferentes alternativas para su gestión, entre las que destaca el tratamiento de la salmuera mediante un sistema de vertido cero. De entre todas las opciones posibles, esta última se presenta como la más universal, ya que puede ser aplicada en la mayoría de situaciones, es la más respetuosa con el medio ambiente, no produce vertido alguno, genera un efluente de agua de elevada calidad, que puede ser reutilizada en el proceso productivo, y se obtiene sal cristalizada que puede ser revalorizada.

A continuación adjuntamos un detallado documento en pdf en el que abordamos la problemática de las salmueras y proponemos una série de alternativas para su gestión y tratamiento.

 

Tratamiento de salmueras

Indicadores de sostenibilidad ambiental

sostenibilidad ambientalEn la situación actual del planeta en la que no existen suficientes recursos disponibles para que los diferentes países continúen creciendo sin perjudicar directa y gravemente el medio ambiente, se plantea necesario la definición, evaluación y cuantificación del impacto que las diferentes actividades desarrolladas por el ser humano, ya sea a nivel de una empresa, de una región o de un país, tienen sobre el medio ambiente. Sólo cuando estas repercusiones se pueden medir, es posible su análisis, control y reducción.

Los indicadores de sostenibilidad ambiental constituyen una metodología para evaluar las incidencias de los procesos productivos sobre el medio ambiente. Estos indicadores permiten cuantificar el grado de responsabilidad y sostenibilidad ambiental de un individuo, organización o comunidad.

Entre los indicadores de sostenibilidad ambiental más utilizados podemos citar la huella ecológica, la huella de carbono, la huella hídrica y la huella social, los cuales se describen a continuación.

Huella ecológica: este indicador hace referencia a la demanda de naturaleza de una población, comunidad u organización. Concretamente, la huella ecológica de una población determinada es el área de medio natural necesaria para producir los recursos que consume y absorber los desechos que genera. Cuando el área necesaria es superior al área ocupada por dicha población se deduce que existe un déficit en el que se consumen más recursos de los que de forma natural se pueden producir y se generan más residuos de los que de forma natural se pueden absorber. Si utilizamos esta herramienta para analizar a la Humanidad en su globalidad, se llega a la conclusión que actualmente la Tierra necesita un año y cinco meses para regenerar lo que utilizamos en un año (www.footprintnetwork.org), lo cual es insostenible.

Huella de carbono: la huella de carbono es un indicador que hace referencia a los gases de efecto invernadero (GEI) emitidos en la práctica de una cierta actividad o en la fabricación y comercialización de un producto.

La huella de carbono se calcula sumando la totalidad de los GEI emitidos de forma directa o indirecta por la activad de un individuo, empresa, fabricación y comercialización de un producto, etc. y se expresa en masa de CO2 equivalente. Una vez se conoce la huella de carbono es posible poner en práctica una estrategia de reducción y/o de compensación de emisiones. La Norma ISO 14067 establece un marco de referencia internacionalmente reconocido para el cálculo de la Huella de carbono de un producto.

Huella hídrica: La huella hídrica es un indicador del uso del agua que abarca tanto el uso directo como el indirecto de un consumidor. La huella hídrica de un individuo, comunidad u organización se define como el volumen total de agua dulce que se utiliza para producir los bienes y servicios consumidos por el individuo, comunidad u organización. La huella hídrica se calcula sumando el volumen de agua consumida, evaporada o contaminada, por unidad de tiempo o por unidad de masa.

Este indicador es clave puesto que el impacto de la actividad humana en los sistemas hídricos acostumbra a estar relacionado con el consumo humano, el cual frecuentemente acaba siendo responsable de problemas como la escasez o la contaminación del agua.

Otro factor a tener en cuenta es el hecho de que muchos países han externalizado de forma considerable su huella hídrica al importar bienes de otros lugares que requieren un elevado consumo de agua para su producción. Por ejemplo, para producir una taza de café son necesarios 140 L de agua.

Se ha elaborado y aprobado la Norma ISO 14046 la cual establece los principios, requisitos y directrices para una correcta evaluación de la huella de agua de productos, procesos y organizaciones, a partir del análisis del ciclo de vida.

Huella social: la huella ecológica cuantifica el impacto de la actividad de una empresa en materia humana, laboral y social. En la determinación de la huella social se utilizan factores como los empleos creados, el consumo desmesurado de recursos, el reparto de recursos y los excesos que se puedan producir en el sector productivo.

Las empresas, mediante las decisiones que se toman, crean más o menos puestos de trabajo, pueden poner en riesgo los derechos humanos, los principios y derechos fundamentales en el trabajo, pueden tener impacto sobre la cultura, etc. Por tanto, las prácticas laborales pueden o no gestionar correctamente las condiciones de trabajo y protección social, pueden sensibilizarse en mayor o menor grado con la salud y la seguridad en el puesto de trabajo y pueden realizar una apuesta clara y convencida sobre el desarrollo y formación de las personas. Todos estos aspectos dejan una traza en la sociedad que es lo que se intenta medir con la huella social.

Los indicadores de sostenibilidad ambiental permiten cuantificar el grado de compromiso de las empresas con el medio ambiente y con la sociedad. Así pues, las empresas social y ambientalmente responsables disponen de una herramienta, la certificación en cuanto a estos indicadores, la cual será indispensable en un futuro muy lejano para su posicionamiento en el escenario de los negocios internacionales.

Eliminación autotrófica de nitrógeno

Eliminación autotrófica de nitrógenoEl nitrógeno es un contaminante presente en las aguas residuales el cual debe ser eliminado con anterioridad al vertido de éstas en los cursos superficiales de aguas. En caso contrario, el nitrógeno reduce el oxígeno disuelto de las aguas superficiales, es tóxico para el ecosistema acuático, entraña un riesgo para la salud pública y junto al fósforo son responsables del crecimiento desmesurado de organismos fotosintéticos (eutrofización). Todos estos factores hacen que la legislación sea cada vez más restrictiva en cuanto a los límites máximos permitidos para este parámetro.

La forma más comúnmente empleada para la eliminación del nitrógeno se basa en un doble proceso biológico de nitrificación y desnitrificación. En la primera etapa, la de nitrificación, el amonio es convertido primero en nitrito y éste, a su vez, en nitrato, mediante un consorcio de bacterias nitrificadoras que utilizan carbono inorgánico como fuente de carbono y obtienen la energía necesaria para su crecimiento de las reacciones químicas de la nitrificación. La segunda etapa, la de desnitrificación, consiste en la conversión del nitrato en nitrógeno gas, el cual se libera a la atmosfera. Esta conversión la llevan a cabo unas bacterias en condiciones anaerobias, las cuales utilizan el nitrato como aceptor final de electrones y la materia orgánica presente en el agua como fuente de carbono.

Aunque este proceso es ampliamente utilizado por su robustez y por su elevada eficacia, es cierto que presenta algún aspecto susceptible de ser mejorado. Por un lado, en la etapa de nitrificación es necesario que haya una cierta concentración mínima de oxígeno disuelto en el agua, hecho que supone un elevado consumo energético. Por otro lado, en el proceso de desnitrificación se consume materia orgánica, factor que obliga a disponer de una recirculación interna (más consumo energético) o bien la dosificación de una fuente de carbono externa cuando la existente en el agua residual no es suficiente.

La búsqueda de nuevas técnicas que permitan conseguir los resultados obtenidos por el proceso convencional pero con un menor consumo energético ha favorecido el desarrollo de nuevos procesos, entre los que se abre paso el de la nitrificación parcial o eliminación autotrófica de nitrógeno. Esta técnica se basa en la conversión del 50% del amonio en nitrito en una primera etapa; y posteriormente, en la segunda etapa, se produce la desnitrificación autotrófica, en la que las bacterias convierten el 50% del amonio restante y el nitrito producido directamente en nitrógeno gas, en condiciones anaerobias y sin consumir materia orgánica. Este proceso es conocido con las siglas ANAMMOX (anaerobic ammonium oxidation).

Las ventajas respecto del proceso convencional son considerables. Se reduce el consumo energético, porque sólo es necesario convertir a nitrito la mitad del amonio presente, a la vez que se elimina más nitrógeno, ya que el rendimiento de desnitrificación es del doble al reaccionar una molécula de amonio con otra de nitrito para obtener una de nitrógeno molecular. Además, al ser la desnitrificación un proceso autotrófico, no es necesaria una recirculación interna para aportar materia orgánica y, menor aún, un aporte externo de materia orgánica. Finalmente, la biomasa generada en el proceso ANAMMOX es menor que la producida por los procesos convencionales, disminuyendo considerablemente los costes de operación y de tratamiento de lodos.

El proceso ANAMMOX es especialmente competitivo en relación al proceso convencional en todos aquellos casos en los que la relación carbono-nitrógeno (C/N) en el agua es desproporcionada respecto a la óptima para el crecimiento de los microorganismos. Un ejemplo de relación carbono-nitrógeno descompensada se encuentra en los retornos de la línea de fangos en plantas que disponen de digestión anaerobia. Este proceso produce un incremento del contenido de amonio soluble por la hidrólisis del nitrógeno orgánico. En cambio, el contenido de materia orgánica en los retornos es muy bajo, por lo que la relación carbono-nitrógeno no es la óptima para el crecimiento microbiano. Para tratar los retornos con un esquema básico sería indispensable la adición de materia orgánica externa (metanol o acetato); en cambio, para el proceso ANAMMOX se dan las condiciones óptimas: elevada concentración de nitrógeno y baja concentración de materia orgánica. Otros casos en los que el proceso ANAMMOX constituye una alternativa aventajada son el tratamiento de los lixiviados de vertedero, de los purines de cerdo o los efluentes de las empresas que se dedican a las conservas de pescado.

En contrapartida, el crecimiento de las bacterias ANAMMOX es muy lento, lo que supone un inconveniente práctico a la hora de enriquecer la biomasa en bacterias ANAMMOX para una aplicación industrial.

Así pues, existen alternativas competitivas al proceso biológico de nitrificación-desnitrificación convencional, especialmente en aquellos casos en los que la concentración de nitrógeno es elevada y la concentración de carbono baja, como es el caso de los efluentes de los procesos de digestión anaerobia, lixiviados de vertedero, purines de cerdo, etc. Las ventajas principales son la reducción del consumo energético, así como el hecho de no tener que aportar una fuente de carbono externa cuando no hay suficiente materia orgánica en el agua.

Conversión del amonio en nitrógen

En la figura, se representa de color azul la secuencia de conversión del amonio en nitrógeno gas que se produce en el proceso convencional. De color rojo, el proceso ANAMMOX cortocircuita el esquema convencional, lo acorta ahorrando oxígeno y materia orgánica.

Fundamentos de la ósmosis inversa

La 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.

diágrama ósmosis inversa