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Category : Metal-mecánica, maquinaria y material eléctrico

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Tratamiento de efluentes en la industria de tratamiento de superficies

aguas residuales superficies metálicasLa 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.

Eliminación de metales pesados de un efluente industrial mediante electrocoagulación

efluente industrialLas 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.

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.

Evaluación del rendimiento de recuperación de vertidos contaminados por iones de metales pesados mediante técnicas evaporativas. Análisis energético y económico

Tratamiento de aguas residuales y efluentes en la industria de tratamiento de superficies metálicas

metalEl 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 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.

pdf 4810 KBMTD en la gestión de residuos procedentes del tratamiento de superficies metálicas