Blog de ingeniería aplicada al medio ambiente

La mayoría de las industrias utilizan agua de alguna forma en sus procesos de producción. Esta agua acaba generando unos efluentes que habrán de ser tratados con el objetivo de obtener nuevamente agua limpia, que podrá ser reutilizada mediante un sistema de vertido cero, o vertida a la naturaleza en función de los intereses de la empresa.

Sin embargo, el flujo de efluentes y su composición resulta muy variable y este es uno de los principales problemas en el diseño de un sistema de vertido cero: entender el efluente a tratar. Su caudal y composición, así como la pureza que queremos obtener tras el proceso de depuración, son  factores esenciales en el diseño de un sistema de vertido cero. Debido a que cada efluente es diferente no se puede diseñar un sistema  de vertido cero que funcione como sistema único y aplicable de forma general.

Hoy en día la mayor parte de las instalaciones de vertido cero se llevan a cabo en diferentes sectores industriales y en actividades relacionadas con la producción de energía, así como en vertederos de Residuos Sólidos Urbanos.

Diferentes sistemas de vertido cero

La evaporación al vacío es la tecnología más útil para obtener un vertido cero. Mediante esta tecnología se puede recuperar alrededor del 95% de las aguas residuales, obteniendo un agua destilada que puede ser reutilizada. Los residuos de salmuera restantes pueden ser reducidos a sólido en un cristalizador.

Sin embargo, la evaporación por sí sola puede ser una opción cara cuando los caudales son considerables. Una manera de resolver este problema es la integración de las tecnologías de membrana, especialmente ósmosis inversa y electrodiálisis reversible, con la evaporación. A día de hoy es muy habitual combinar ambas tecnologías en el diseño de sistemas de vertido cero.

Mediante la combinación de las tecnologías de membranas con la evaporación y la cristalización, los sistemas de vertido cero han resultado más eficientes y menos costosos. La forma en que se combinan dichas tecnologías depende del efluente a tratar.

El diseño de un sistema de vertido cero

Como se mencionó anteriormente, la composición del efluente es esencial en el diseño de un sistema de vertido cero. Un efluente mal descrito conducirá a un diseño que está lejos de su nivel óptimo, bien porque sea demasiado grande y caro o demasiado pequeño para lograr la separación requerida.

El caudal acostumbra a determinar el tamaño de la instalación y, por tanto, el coste inicial de la misma. Por otra parte, los componentes del efluente también deben ser analizados y preferiblemente en diversas ocasiones para ver si puede haber diferentes composiciones. Dependiendo del proceso que se utilice las composiciones pueden variar ligeramente. Las medidas más comunes a analizar hoy en día son la demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de oxígeno (DBO), carbono orgánico total (TOC), así como el análisis de inorgánicos (aniones, cationes, sílice).

Descripción de los componentes

Ósmosis inversa

La ósmosis inversa es un proceso donde el agua está bajo presión para que pase a través de una membrana semi-permeable, dejando las sales inorgánicas disueltas y sílice atrás. Hay que tener en cuenta que algunos compuestos orgánicos y los sólidos en suspensión pueden dañar los sistemas de ósmosis inversa, por lo que es recomendable llevar a cabo un pretratamiento o filtración antes de utilizar esta tecnología.

Electrodesionización (EDI)

Se trata de un proceso de membranas en el que los electrolitos migran a través de membranas selectivas de carga en respuesta a un campo eléctrico. Durante el proceso la polaridad de los electrodos se invierte varias veces por hora y el agua dulce y las aguas residuales concentradas se intercambian dentro de la pila de membrana para eliminar suciedad y descamación. La electrodesionización también requiere la eliminación previa de los sólidos y los compuestos orgánicos para un funcionamiento fiable.

Evaporadores al vacío

Encontramos una gran variedad de evaporadores: bomba de calor, compresión mecánica del vapor, película descendente, circulación forzada, con rascador, etc. La gran ventaja de los evaporadores al vacío es que producen un destilado muy limpio, que por lo general contiene menos de 10 ppm, siendo esta una de las razones principales por las que se utilizan en sistemas de vertido cero. Normalmente el evaporador se utiliza para tratar los rechazos de las membranas y concentrar los residuos contenidos en el efluente hasta un estado prácticamente sólido.

Destaca su capacidad para concentrar salmueras, un problema muy habitual en muchas industrias.

Cristalizadores

Un cristalizador es un tipo de evaporador de circulación forzada, que utiliza un compresor mecánico de vapor como fuente de energía.

El cristalizador consigue reducir a un sólido seco el rechazo de un evaporador para su posterior eliminación. Por otra parte se obtiene un agua de alta pureza para su reutilización.

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Ya estamos de vuelta de vacaciones! Y para empezar, un post un tanto original…los residuos que generamos para permanecer bellos una vez abandonamos este mundo.

La creciente demanda de dar “belleza a los difuntos”, sobre todo en países latinoamericanos donde por tradición se exhibe el cadáver del difunto/a durante varios días, produce un floreciente negocio de servicios de estética y conservación de cuerpos.

Esta antigua práctica, que se inicio en civilizaciones remotas, concretamente en Egipto,  consiste principalmente en extraer las vísceras y fluidos corporales e inyectar sustancias que ayudan a conservar el tejido corporal. Por otra parte tenemos al estilista estético, que es el encargado de dar retoques de maquillaje para disimular defectos, así como de embellecer al cadáver, para recibir el adiós de sus amigos y seres queridos con la mejor presencia posible, intentando dar la sensación que el cuerpo de la persona presente esta placidamente dormida y no fallecida.

Esta original forma de “maquillaje”, que se conoce como tanatopraxia, genera residuos considerados como tóxicos y peligrosos, tanto de tipo biológicos como químicos. Tanto los fluidos internos, como las vísceras, deben ser tratados según establece la legislación vigente. La incineración es la forma más corriente de deshacerse de los organos. Por otra parte, las sustancias químicas también deben ser gestionadas por su peligrosidad.

En centros de tanatopraxia importantes pueden producirse varios cientos de litros de residuos líquidos no biológicos, básicamente sustancias químicas, agua de lavado contaminada, etc. La minimización de estos efluentes en sitio mediante equipos de evaporación al vacío permite reducir el volumen de residuos líquidos a gestionar, así como el coste derivado de su tratamiento.

Mediante un sencillo proceso de evaporación al vacío se concentran los residuos sin emitir vapores a la atmósfera y se obtiene agua depurada que puede ser enviada al sistema de saneamiento urbano con total garantía de salubridad.

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Los tableros MDF (Médium Density Board) son un aglomerado de fibras de madera, que se utilizan principalmente para la fabricación de muebles. Se trata de un producto en alza desde hace años debido a que combina una gran resistencia, estabilidad y calidad de los acabados, con unos costes muy razonables.

De forma muy resumida, podemos decir que para su fabricación se extrae la corteza de los troncos de los árboles, los cuales se envían a una desfibradora que los tritura y obtiene las fibras que se aglutinarán, mediante fuerte calor y presión, con resinas sintéticas para obtener los tableros.

Debido a la humedad de los troncos de madera, que puede oscilar entre un 1% y un 15% en seco, este proceso genera unos efluentes que contienen restos de fibra y de los diversos componentes químicos que presenta la madera. Se trata de un efluente con un alto contenido en solidos y una elevada DQO.

Un proceso muy habitual en el sector consiste en llevar a cabo una depuración físico-química del efluente. El problema es que el agua obtenida no presenta una DQO lo suficiente baja como para ser vertida. Una solución que algunos fabricantes han probado para deshacerse de esta agua es arrojarla a los hornos en los que se tratan los tableros para que se evapore con el alto calor, pero no ha resultado ser una solución eficiente, ya que deja restos y manchas sobre los tableros.

Sin ningún tipo de duda, la alternativa más adecuada para el tratamiento de efluentes generados en el proceso de fabricación de tableros de MDF es la evaporación al vacío, ya que permite reaprovechar los dos rechazos obtenidos tras la evaporación (el agua destilada y el concentrado de residuos), obteniendo como resultado un vertido cero.

Efectivamente, el efluente es introducido en el evaporador al vacío, el cual separa el agua de los residuos que contiene (las fibras y otros componentes químicos de la madera) obteniendo como resultados un agua destilada, que en vez de verterse puede ser enviada a las calderas para generar vapor, y un concentrado de fibra de madera y otros componentes que puede ser enviado a la caldera de biomasa para mezclarse con otros materiales y generar energía.

Para completar el círculo de reaprovechamiento de recursos, cabe sugerir que todos los desechos del árbol que no se aprovechan para producir los tableros de MDF, como la corteza, ramas, hojas, etc., pueden combustionarse para producir la energía necesaria para el funcionamiento del evaporador, lo cual reducirá prácticamente a cero el coste energético de instalar esta solución.

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Tratamiento de aguas y efluentes

La centrales termosolares consumen una elevada cantidad de agua, normalmente proveniente de ríos y pozos, destinada a la generación de vapor.

Este vapor es generado en unas turbinas, que necesitan agua ultrapura para obtener vapor de calidad. Por este motivo el agua que llega a la central ha de ser tratada en una Planta de Tratamiento de Aguas (PTA) antes de poder ser utilizada.

Estas plantas de tratamiento acostumbran a contar con un primer tratamiento mediante osmosis inversa y una segunda fase o post tratamiento con resinas o CEDI.

Una vez se ha obtenido el agua ultrapura, esta se envía en su mayor parte a la turbina de generación de vapor, reservando una pequeña cantidad para la limpieza de los paneles solares.

Por otra parte, también obtenemos un efluente que contiene todos los rechazos de la PTA (tierra y arena, bacterias y distintos tipos de sales), y que ha de ser tratado para poder ser vertido en lo que se conoce como Planta de Tratamiento de Efluentes (PTE).

En una PTE encontramos diferentes tecnologías a través de las cuales se trata el efluente hasta cristalizar las sales. Los principales procesos a los que se somete el efluente son el pretratamiento químico, las membranas, la evaporación al vacío y la cristalización.

Podéis encontrar más información sobre estos procesos en este post que publicamos hace unas semanas.

Tratamiento de emisiones

El calor captado por los colectores solares de una central termosolar es conducido hasta el bloque de potencia utilizando un fluido caloportador orgánico. Este fluido contiene moléculas derivadas del benceno, y sufre degradaciones que pueden tener un fuerte impacto en términos de seguridad, ya que algunos de los subproductos de esta degradación son potencialmente peligrosos.

Los mecanismos de degradación del fluido térmico son la contaminación, con restos de residuos de tuberías y con agua proveniente del ciclo agua-vapor, la oxidación, por reacción del aceite con el oxígeno ambiental, y el cracking, que se produce en los tubos absorbedores y en la caldera auxiliar al elevarse puntualmente la temperatura del fluido térmico.

Los productos obtenidos tras esta degradación son tres:

1. Sólidos, principalmente ácidos carboxílicos, carbón y carbonillas. Productos altamente inflamables y que también provocan corrosión debido a sus características ácidas.

2. Hidrocarburos de cadena corta provenientes de la ruptura de las moléculas de bifenilo y óxido de difenilo. Estos hidrocarburos de cadena corta tienen puntos de ebullición bajos. Modifican la viscosidad y el punto de inflamación.

3. Hidrocarburos de cadena larga, provenientes de la unión de muchos restos de cadena corta. Estos hidrocarburos modifican la viscosidad y las propiedades térmicas.

Para eliminarlos, las centrales solares están equipadas con tres tecnologías: el filtro principal, el sistema ullage y el sistema reclamation.

Llegados a este punto cabe destacar que los vapores emitidos en el sistema ullage contienen benceno, que ha de ser eliminado ya que es cancerigeno y sus límites de emisión son muy estrictos.

La tecnología adecuada para reducir estas emisiones de benceno son los filtros de carbón activo, que contienen material inerte que retienen los compuestos orgánicos volátiles y expulsan el aire depurado.

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La producción de productos lácteos genera importantes cantidades de residuos contaminantes, cuyo impacto ambiental se produce a través del vertido de efluentes líquidos que contienen un alto nivel de carga orgánica.

Estos efluentes provienen principalmente del lavado de la maquinaría utilizada en los distintos procesos de producción. Al efectuar el lavado, estas aguas arrastran restos de producto que puede contener un elevado nivel de aminoácidos y proteínas de alto peso molecular.

Dentro de la industria láctea, los principales contaminantes son los productores de derivados lácteos como el queso y la mantequilla. En ambos casos nos encontramos con las mencionadas aguas de producción y lavado, y también podemos encontrarnos con lodos o compuestos salinos de desecho. La combinación de todos estos materiales acostumbra a presentar unos altos índices de conductividad y un contenido de DBO elevado.

De entre las diferentes tecnologías disponibles destaca la evaporación al vacío, ya que esta técnica permite la recuperación y reutilización de una importante cantidad de las aguas de lavado. Además, se reduce de forma drástica la producción de residuo, consiguiendo con ello una importante disminución del coste de la gestión de los residuos.

Si a esto le unimos el bajo consumo de energía eléctrica de los evaporadores al vacío por bomba de calor, que son los utilizados habitualmente en esta industria, nos encontramos ante una inversión de alto rendimiento y rápida amortización.

Otras de las ventajas que presenta la instalación de un evaporador al vacío para el tratamiento de residuos lácteos son:

• Se elimina la problemática del incremento de conductividad o sales disueltas.

• No requiere la adición de reactivos químicos.

• Las plantas de tratamiento acostumbran a ocupar un espacio reducido.

• Bajo mantenimiento y elevado grado de automatización.

• Evita la descomposición o rotura de moléculas sensibles al calor provocando que no pasen a la fase volátil (destilado).

• Libre de corrosión debido a la gran calidad de los materiales empleados y a la baja temperatura de funcionamiento durante la destilación.

• Reducción drástica de la producción de residuo.

• No produce malos olores ni emisiones tóxicas a la atmósfera.

La evaporación al vacío resulta ser una solución muy eficiente con residuos líquidos que conllevan una mayor dificultad en la depuración y la disminución del volumen de residuo a eliminar, como es el caso que nos ocupa.

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En cumplimiento de la normativa medioambiental referida al nivel de azufre en los gases de emisión a la atmósfera, las centrales térmicas implantan la tecnología de desulfuración, que desarrolla el siguiente proceso: los gases procedentes de la combustión de carbón en la caldera, una vez pasados por los electro-filtros, son impulsados por unos ventiladores hacia un calentador gas-gas donde se aumenta su temperatura. Una vez han alcanzado la temperatura requerida, se introducen en el absorbedor o scrubber, donde la lechada de cal (absorbente) captura su SO2, y utiliza aire de oxidación para favorecer la reacción química. Desde allí los gases se dirigen hacia la chimenea para evitar condensaciones y salen al exterior a una temperatura superior al punto de rocío del azufre. Gracias a este proceso de desulfuración, el SO2 se reduce en un 95%.

Como resultado del proceso, en el fondo del absorbedor queda una lechada de yeso que, una vez desecada, se transporta a una planta de Residuos Sólidos Urbanos (RSU). Alternativamente, estudios recientes están evaluando la posibilidad de que como subproducto se utilize en otras aplicaciones, como enmendante de suelos y producción agrícola. Igualmente, el agua de filtrado obtenida es en su mayoría reutilizada en el mismo proceso y sólo una pequeña parte (purgas) se deriva a la planta de tratamiento de efluentes.

Dicha planta consiste principalmente en un evaporador al vacío tipo flash a circulación forzada para tratar las purgas del scrubber de la desulfuradora, después de pasar por una etapa previa de depuración Físico-Química. El agua salobre se destila en el evaporador y se obtiene agua destilada de alta calidad que se recicla al absorbedor o scrubber, mientras que el concentrado (salmuera) representa menos del 5-10% en volumen del agua tratada. En este proceso se obtiene un VERTIDO CERO.

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Las aguas congénitas, aguas saladas o salmuera líquida (en inglés, produced water) son un subproducto de la extracción de crudo al igual que el gas natural que fluye a través del pozo. Una vez separadas las aguas congénitas del crudo se verifica que estas contienen una concentración de sal de entre 10 y 150 g/l (2,2 a 50 libras/barril), además de bicarbonatos, sulfatos, calcio, magnesio y restos orgánicos. El vertido incontrolado genera un enorme impacto sobre el medio ambiente y puede contaminar cauces de agua dulce si no se evita la emisión sobre el terreno. La gestión de este fluido contaminante en las explotaciones terrestres es complicada y costosa mientras que el tratamiento en sitio mediante evaporadores al vacío permite resolver el problema de una forma eficiente y a bajo coste.

Normalmente en la extracción de crudo se obtiene una cantidad apreciable de gas natural que, salvo que se canalice (gaseoducto) o se comprima (GNL) para facilitar el transporte y comercializarlo como combustible, se suele quemar en teas en el propio campo. Esta energía disponible, barata y limpia se puede utilizar en evaporadores al vacío para tratar las aguas congénitas, aguas servidas, etc.

También es frecuente en algunos campos disponer de vapor procedente de generadores que inyectan vapor para favorecerla la extracción de crudo pesado. Por último, la producción de energía eléctrica es realizada por moto-generadores, así como equipos más sofisticados de cogeneración, es decir con producción de fluido eléctrico y fluido térmico (agua caliente y humos de combustión), que puede ser aprovechado.

Cualquiera de las formas de energía disponible en el campo es aprovechable en los evaporadores al vacío.

Tratamiento de aguas congénitas

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Sin duda alguna, España es el país de la aceituna. El sector aceitunero ostenta una gran relevancia en el conjunto de la industria agroalimentaria nacional, ya que nuestro país lidera el mercado mundial, tanto en volumen de producción como en exportaciones a otros países.

Aquí, un total 2.568.383 hectáreas de olivar producen una media de 503.000 toneladas de este fruto anualmente, lo que supone un 26% del total de la producción mundial. Esta cifra sitúa a España como el principal productor en el mundo, por delante de Egipto y Turquía.

Por otra parte, cabe destacar que el sector crea un total de 7.500 empleos directos, lo que supone más de 6 millones de jornales en la recolección y el cultivo del olivo, a lo que se añaden los originados por las empresas y fábricas auxiliares, como el vidrio, la hojalata, el cartonaje, la maquinaria, etc.

Con este panorama, no es de extrañar que los problemas medioambientales que acechan al mercado de la aceituna desemboquen en una búsqueda constante de soluciones desde diferentes frentes, entre las que a día de hoy destacan los evaporadores al vacío. Estos problemas medioambientales vienen dados por la contaminación que genera la producción y el tratamiento de la aceituna en sus diferentes variantes, incluido su tratamiento para convertirla en aceite.

El aumento del control con importantes sanciones administrativas, económicas, e incluso, amenazas de cierre y de cárcel que provienen de las normativas nacionales y europeas en materia de contaminación, han motivado la urgencia en la investigación de soluciones entre las empresas del sector y la Administración, ante las escasas alternativas que hasta hace poco existían para la minimización de residuos industriales líquidos, como los caldos residuales y los distintos vertidos tóxicos originados en los procesos de producción.

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Hoy en día las empresas y organismos públicos destinan partidas presupuestarias elevadas a la construcción y explotación de plantas de tratamiento de residuos diversos (depuradoras, instalaciones de biometanización, secado térmico, cogeneración, compostage, recuperación de residuos de construcción o incineración). A pesar de su enorme impacto a favor del medio ambiente, en muy pocos casos se consigue valorizar el 100% de los residuos a gestionar.

Todo y que hacer desaparecer los residuos puede parecer un objetivo casi utópico, a día de hoy se están dedicando numerosos esfuerzos para conseguirlo. Para ello municipios, empresas y gobiernos están promoviendo una nueva manera de gestionar los desechos basada en el denominado residuo o vertido cero. Esta filosofía parte de la idea que el desmesurado crecimiento de los desechos y vertidos que genera nuestra sociedad está poniendo en peligro la capacidad de la naturaleza para su asimilación, y no basta con sólo incitar al reciclaje. La situación requiere cambios fundamentales en la manera en que los materiales se incorporan en la producción, en el consumo y en como se pueden recuperar y reutilizar posteriormente en vez de ser eliminados.

En este sentido, los evaporadores al vacío son una de las tecnologías más novedosas y eficaces para la minimización y tratamiento de residuos industriales líquidos en base acuosa. Dicha tecnología es limpia, segura, muy versátil y con un coste de gestión muy bajo.

Algunas de las tecnologías de evaporadores al vacío más importantes son los evaporadores al vacío por bomba de calor , los evaporadores al vacío por compresión mecánica del vapor , los evaporadores al vacío para caudales elevados y aquellos que funcionan con agua caliente por múltiple efecto.

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