Blog de ingeniería aplicada al medio ambiente

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 efluentes generados 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 en¬juague 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.

MTD en la gestión de residuos procedentes del tratamiento de superficies metálicas

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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 de tratamiento de 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 para eliminar 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 oxigeno
En 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.

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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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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 la evaporación 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

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