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La cogeneración para abastecer plantas de tratamiento de aguas y aguas residuales

La generación de energía eléctrica se puede llevar a cabo mediante una gran variedad de procesos.

En la mayoría de estos procesos encontramos una dinamo o alternador que son movidos por un motor térmico o una turbina. Para mover dicha turbina se utiliza vapor a alta temperatura, que se obtiene calentando el agua ultra pura que se ha obtenido en la planta de tratamiento de aguas (PTA).

Al generar la energía eléctrica no se aprovecha todo el calor del vapor. Esta energía térmica “sobrante” puede ser emitida a la atmósfera, con lo que se pierde y no se aprovecha todo su potencial, o puede ser reaprovechada.
Aquí es donde entran en escena las diferentes técnicas de cogeneración, que permiten aprovechar una parte importante de la energía térmica que normalmente se disiparía en la atmósfera.

Las tecnologías de cogeneración permiten alcanzar unos rendimientos del 85%, si sumamos el vapor con el que se genera electricidad y el calor residual que se reaprovecha, lo que favorece a la obtención de elevados índices de ahorro energéticos sin alterar el proceso productivo.

Como ya hemos comentado en anteriores posts, los distintos tipos de centrales que hay para generar energía eléctrica necesitan de una planta de tratamiento de aguas (PTA), con la que limpiar de impurezas el agua que se ha de utilizar para transformarla en vapor, y de una planta de tratamiento de efluentes (PTE), que permita tratar los efluentes que se obtienen tras el proceso de generar energía eléctrica.

Las diferentes tecnologías utilizadas en la PTA y en la PTE tienen necesidades térmicas importantes, que pueden ser cubiertas mediante las plantas de cogeneración.

La clave es aprovechar los gases de escape y la energía térmica procedentes de los circuitos de refrigeración de los motores, aprovechándolos para aportar la energía calorífica necesaria para diferentes equipos como los evaporadores al vacío, los cristalizadores o las plantas de ósmosis inversa.

De esta forma, se consigue mejorar la eficiencia con intercambiadores para calentar el líquido antes de entrar al evaporador, aprovechando el calor latente de condensación de los vapores.

Reducción de los residuos líquidos en el sector de las artes gráficas

En este post vamos a repasar algunos de los principales residuos líquidos que se generan en el sector de las artes gráficas y las tecnologías más adecuadas para su tratamiento.

Recuperación de disolventes de limpieza residuales mediante destilación

Descripción: Los disolventes residuales empleados para la limpieza se pueden destilar y reutilizar. Existen equipos para la operación específica del destilado de estos disolventes.

Cuando se aplican sistemas de limpieza de grasa o de purgado, se emplean  disolventes para limpiar este sistema después de cada cambio de color. Los equipos modernos de suministro de tintas ya llevan incorporados equipos de recuperación de estos disolventes.

Beneficios ambientales alcanzados: Los beneficios ambientales conseguidos  mediante esta técnica son muy importantes: Por un lado, se consigue reducir la cantidad de disolventes residuales, que son una vez empleados gestionados como residuos contaminantes. Por otro lado, la utilización del disolvente reciclado reduce la cantidad necesaria de disolvente fresco de limpieza a consumir, lo que conlleva un importante ahorro económico.

Efectos adversos: La destilación del disolvente contaminado requiere del consumo de energía.

Datos operativos: El equipo de destilación debe ser instalado y operado con cuidado.

Los agentes de limpieza con un alto punto de inflamación normalmente también tienen un alto punto de ebullición. Para estos disolventes, sólo se puede aplicar un equipo de destilación a vacío, de forma que no se alcancen temperaturas excesivamente altas. En esta situación, sin embargo, el empleo de una membrana de filtración puede ser una alternativa más barata. Ya existen máquinas de lavado con un sistema de destilación incorporado.

Aplicabilidad: La recuperación de disolventes de limpieza mediante destilación es una técnica aplicable a todos los sectores industriales. En particular: En las industrias de impresión por huecograbado, flexografía y offset de secado por calor (heat-set offset) es de común aplicación la recuperación de disolventes por destilación. Es sobre todo muy empleada en plantas cuyo consumo supere los 200 litros de disolventes de limpieza a la semana.

Costes económicos: Los costes de instalación del equipo de recuperación de disolventes por destilación varían en un amplio rango, ya que dependen del tamaño necesario del equipo y de la aplicación específica del mismo. Sin embargo, mediante la aplicación de esta técnica se consigue también un considerable ahorro de costes debido a la reutilización del disolvente, así como una minimización en los costes de gestión de los residuos generados, que al ser éstos menores también se reducen.

Razones para su implementación: Reducción de las emisiones de COVs y cumplimiento de la normativa referente a los mismos. Ahorro económico en materias primas por reciclado de disolvente, y reducción de costes de gestión de residuos generados.

Destilación y evaporación de residuos de productos en base solvente

Descripción: Los residuos en base solvente, como por ejemplo las tintas, barnices y adhesivos empleados en las plantas de impresión pueden ser destilados y evaporados al vacío para recuperar el disolvente y reducir de esta manera la cantidad de residuos peligrosos.

Beneficios ambientales alcanzados: La cantidad de residuos contaminantes y/o peligrosos se reduce y se consigue una reducción en el consumo de materias primas (disolvente).

Efectos adversos: La destilación del disolvente contaminado requiere del consumo de energía.

Aplicabilidad: Esta técnica es aplicable en todas las instalaciones de impresión, tanto nuevas como existentes.

Costes económicos: Los costes de instalación del equipo de recuperación de disolventes por destilación varían en un amplio rango, ya que dependen del tamaño necesario del equipo y de la aplicación específica del mismo. Sin embargo, mediante la aplicación de esta técnica se consigue también un considerable ahorro de costes debido a la reutilización del disolvente, así como una minimización en los costes de gestión de los residuos generados, que al ser éstos menores también se reducen.

Reducción y tratamiento del agua residual mediante ultra y nanofiltración

Descripción: Con la ultrafiltración y la nanofiltración (UF y NF), también conocidas como ósmosis inversa, el agua contaminada pasa a través de una membrana semi-permeable a alta presión, que deja pasar las pequeñas moléculas de agua, pero no las moléculas de mayor tamaño. La concentración de los compuestos contaminantes sobre la membrana se incrementa por el paso repetido del agua contaminada a través de esta membrana.

Beneficios ambientales alcanzados: Se reduce el volumen de sustancias contaminantes y el agua puede ser reutilizada para, por ejemplo operaciones de limpieza, etc. El residuo filtrado, por ejemplo de tinta o de pintura, puede ser recuperado y re-utilizado.

Efectos adversos: El agua filtrada si no es re-utilizada se vierte por el sistema de alcantarillado. La filtración requiere del consumo de energía

Aplicabilidad: Esta técnica es comúnmente aplicada en las plantas de impresión en las que se emplean grandes cantidades de tintas en base agua, barnices y adhesivos, como son las plantas de impresión de embalaje. También se emplea en la industria automovilística.

Costes económicos: Los costes de instalación del equipo de ultrafiltración ó nanoflitración son bastante elevados.

Destilación al vacío

Descripción: Se trata de una destilación efectuada realizando un vacío en la columna, de forma que la ebullición del disolvente ó del líquido que se quiere separar se produzca a una Tª inferior a la que se produciría a la presión atmosférica. En el resto de las características, esta técnica es similar a la destilación convencional.

Aplicabilidad: Aplicable en toda la industria gráfica.

Evaporación al vacío para el tratamiento del digestato en plantas de biodigestión

El proceso de biodigestión se lleva a cabo principalmente para la producción de biogás, que puede ser utilizado como combustible, a partir de diferentes residuos orgánicos, entre los que se incluyen los excrementos animales.

Además de la obtención de biogás, la biodigestión también permite reducir el potencial contaminante de los excrementos que se utilizan para generar dicho biogás, disminuyendo la demanda química de oxigeno (DQO) y la demanda biológica de oxígeno (DBO) hasta en un 90%.

Como resultado de este proceso se genera un residuo llamado digestato, que presenta un alto grado de concentración de nutrientes y materia orgánica,  y es ideal para ser utilizado como fertilizante.

El digestato es un subproducto semi-líquido y puede aplicarse de forma directa, o previa separación en dos fracciones, sólida y liquida, lo cual aumenta su eficacia.

Las ventajas que presenta el digestato como fertilizante son:

  • Respecto a los residuos orgánicos antes de su digestión, los digestatos son más aptos para uso agrícola, generan menos olores, y presentan una mayor calidad higiénica.
  • El digestato presenta un mayor grado de mineralización al pasar el nitrógeno y fósforo orgánico a mineral tras la fermentación. Esto lo hace asimilable a un fertilizante mineral. El alza en los precios de estos últimos constituye una oportunidad para los digestatos.

Para llevar a cabo la separación de la parte sólida y liquida se puede hacer de forma simple mediante un proceso de separación mecánica. La parte sólida sería la que se aprovecharía como fertilizante y la parte líquida habría de ser gestionada como residuo.

El problema de esta tecnología es su baja eficacia a la hora de realmente separar los líquidos de los sólidos y la materia orgánica.

Esto se traduce en dos grandes inconvenientes para la planta de producción de biogás:

  • Se están desaprovechando una gran parte de los sólidos y de la materia orgánica contenidos en el digestato, que no se consiguen separar, lo cual significa que se está obteniendo una cantidad mucho menor de fertilizante, y por tanto reduciendo los ingresos que se podrían obtener por su venta.
  • Todo esta materia que no se aprovecha para producir fertilizante es un residuo que ha de ser tratado por un gestor y eso tiene un coste económico, es decir, se están convirtiendo lo que podrían ser ingresos en un gasto.

Dicho esto ¿No sería más rentable y eficiente reducir el volumen del digestato en la misma planta y recuperar esa gran cantidad de fertilizante que se pierde? Gracias a esta medida los costes por gestión de residuos se reducirían, a la vez que se aumentarían los ingresos por venta de fertilizante.

Planta de producción de biogás con evaporación de digestato.

La evaporación al vacío es la tecnología más adecuada para separar los sólidos de los líquidos del digestato.

Gracias a un evaporador al vacío podemos separar entre un 90% y un 95% del agua de los sólidos y la materia orgánica, lo cual nos da un elevado concentrado de fertilizante.

Aunque su coste de inversión inicial es superior al de la separación mecánica, la mayor producción de fertilizante que se obtiene y los ahorros derivados de entregar una cantidad menor de residuos al gestor, compensan sobradamente dicha inversión inicial y lo convierten en una solución más económica a medio plazo.

Sus ventajas son numerosas:

  • La recuperación del fertilizante se incrementa y se ahorrarn importantes cantidades de dinero al no enviar digestato líquido al gestor de residuos.
  • El agua limpia (condensado) obtenida en el proceso de evaporación se puede usar como agua de mezcla en el principio del proceso de biogás, o ser vertida sin peligro si se prefiere.
  • El producto fertilizante combinado todavía se puede secar más y convertirse en fertilizante seco.
  • Una planta de evaporación es más eficiente eliminando agua del digestato que si se seca en una planta de secado.
  • Aumento de las ventas de fertilizante, que mejoran la rentabilidad de la planta de biogás.
  • El digestato es una sustancia que ensucia, lo cual alarga el tiempo de la operación. Los evaporadores de superficie rascada garantizan una operación sin paradas.
  • Los evaporadores pueden concentrar el digestato hasta altos niveles de concentración. Se obtienen concentrados viscosos de alta densidad.

Tratamiento de aguas residuales con COV’s: la evapo-oxidación

Se trata de un procedimiento de depuración de aguas residuales que aúna la separación térmica de sustancias solubles en agua con la depuración de sustancias orgánicas volátiles.

Los residuos apropiados para ser tratados por evapo-oxidación son aguas de carácter orgánico (no organohalogenados), con presencia o no de sales y otros compuestos inorgánicos (derivados del nitrógeno, del azufre…), poder calorífico inferior (PCI) bajo, que no presentan carácter inflamable ni disolventes y con valores de DQO significativos.

En una primera fase, se somete al efluente a un proceso de evaporación, que genera un vapor de agua que arrastra consigo las sustancias volátiles, ya que estas tienen un punto de ebullición más bajo que el agua. Igualmente, también se arrastran todas aquellas sustancias que forman mezclas azeotrópicas.

Tras esta primera etapa, el vapor de agua que se ha obtenido es enviado, junto con las sustancias volátiles, a una cámara de oxidación, donde dicho vapor es quemado, evitando de esta forma su emisión a la atmósfera y su acción contaminante.

De esta forma, la oxidación térmica del vapor permite destruir completamente los volátiles que se encontraban en el efluente.

Otra opción es aprovechar estos compuestos volátiles (siempre y cuando estén en presencia elevada) para llevar a cabo un proceso auto térmico, ya que generan suficiente calor en su combustión como para no precisar calor externo. De esta forma, se puede obtener la energía necesaria para alimentar el propio proceso.

Por otra parte, el primer proceso de evaporación al que se somete al efluente, antes de la fase de oxidación del vapor, tiene como resultado un concentrado de los residuos orgánicos que se encontraban en el efluente, que ya pueden ser enviados al gestor de residuos o ser sometidos a una segunda fase de concentración para su recuperación y valorización.

Cabe destacar que también es posible utilizar el procedimiento de evapo-oxidación en vapores con escaso poder calorífico, así como para la eliminación de sustancias odoríferas.

Aunque se trata de un procedimiento que ofrece muy buenos resultados, la evapo-oxidación no es la única tecnología para tratar efluentes que contienen COV’s. Una variante a este proceso es el stripping en columnas con vapor o aire caliente a contracorriente, para posteriormente utilizar sistemas de OTR para la oxidación térmica de los volátiles.