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Tratamiento de aguas salinas, o salmueras, en la industria

sal concentradaLa producción de aguas salinas se asocia tradicionalmente a los procesos de desalación de agua de mar. En el pasado no se llevaba a cabo ningún tratamiento de aguas salinas y simplemente se procedía a la reincorporación de esta salmuera al océano. Este sistema se ha visto que generaba un gran impacto ambiental en el medio de origen, por lo que se han puesto en marcha alternativas que disminuyesen el impacto ambiental del vertido directo y contemplan a también, cualquier tipo de salmuera producida en distintos procesos industriales. Estas alternativas pueden dividirse en:

  • Procesos de dilución: En este caso la salmuera generada se diluye con los efluentes de otras plantas de tratamiento que tengan como destino su vertido al océano, cuya concentración salina sea muy baja y cuyo caudal de salida sea más elevado que el de salmuera, con el fin de asegurar la dilución adecuada. Normalmente se emplean efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales o de centrales térmicas.
  • Procesos de gestión: Estos procesos incluyen diferentes procesos de tratamiento de los efluentes salinos producidos tanto en plantas desaladoras como en otros tipos de sectores. El tratamiento de las salmueras, permite garantizar una mayor sostenibilidad ambiental y una disminución de su impacto en el medio.

A continuación se tratan los procesos de gestión de efluentes salinos más destacables.

Gestión de las salmueras

La gestión de salmuera es sin duda un punto determinante para cualquier tipo de industria o sector en el que se genere un efluente salino, ya que, aún al carecer de peligrosidad, deben ser correctamente gestionados, porque su descarga no controlada puede causar un elevado impacto ambiental.

Existe 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.).

Su gestión no siempre es sencilla y la opción más idónea depende siempre de una larga lista de factores, como caudal, concentración, situación geográfica, disponibilidad de fuentes residuales de energía, etc. Entre las opciones posibles de gestión de las salmueras, no cabe duda que la más sostenible ambientalmente consiste en abordar su tratamiento.

Producción de salmueras

La variedad de industrias que generan efluentes salinos es amplia, a continuación se analizan las más representativas:

I. Desalación de agua de mar

La desalación consiste en la obtención de agua dulce para consumo humano, uso industrial o agrícola a partir de agua de mar o salmuera. Esta práctica se ha ido generalizando en las últimas décadas en todas aquellas zonas donde existe déficit hídrico y el abastecimiento no está por tanto garantizado. Actualmente es posible la producción intensiva de agua desalada a unos precios moderados, hecho que hace que en muchos casos sea la solución practicada para solucionar los problemas de abastecimiento. De acuerdo con UN Water, el mecanismo de inter-agencias para todo lo relacionado con el agua de Naciones Unidas, en febrero de 2014 existían más de 16.000 plantas desaladoras en todo el mundo, con una capacidad de producción de unos 70 hm3/día.

Sea cual sea la tecnología utilizada para la desalación, en todos los casos se produce un efluente de agua dulce y un efluente residual o rechazo. Éste último contendrá una concentración de sales elevada, que dependerá del agua cruda que se desala y del rendimiento de la separación, el cual depende de la técnica utilizada. Este residuo no debe ser devuelto al medio sin tratamiento por el elevado impacto que esto tendría sobre el mismo, además de suponer un aumento progresivo de los costes de desalación consecuencia directa del aumento de los niveles salinos de las aguas de origen.

Así pues considerando la gestión como la alternativa más adecuada, las técnicas que obtengan un elevado rendimiento de separación generarán un rechazo muy concentrado en sales, y al revés.

II. Industria textil

La industria textil se caracteriza por un elevado consumo de agua, la cual debe ser de gran calidad. Es habitual que el agua, tanto de red como de captaciones propias, sea sometida a un proceso de purificación, generalmente, de ablandamiento. Históricamente, para eliminar la dureza del agua se han utilizado resinas de intercambio iónico, las cuales generan en su proceso de regeneración un efluente de elevada concentración salina.

Por otro lado, en el proceso de teñido de la fibra textil, se necesitan elevadas concentraciones salinas en el medio para que el pigmento se fije sobre la pieza de tela. Las aguas de teñido, aún después de haber sido tratadas, conservan un elevado contenido en sales.

III. Vertederos de RSU

Los vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU) generan efluentes de lixiviados, los cuales deben ser tratados para poder ser vertidos sin que causen impacto ambiental. Generalmente, después de varios procesos, el efluente tratado es sometido a un proceso de ósmosis inversa, con la finalidad de obtener una corriente de agua pura la cual reutilizar o verter, y una corriente más pequeña con los contaminantes concentrados. Este efluente presenta una elevada concentración salina, puesto que se han concentrado todas las sales presentes originalmente en los lixiviados.

IV. Elaboración de alimentos

Con la finalidad de que los alimentos se conserven durante largos periodos de tiempo y no sean atacados por los microorganismos, históricamente se han utilizado técnicas de salazón y de conservación en salmueras. Las salmueras se suelen preparar con agua fría, cloruro sódico, nitrito de sodio, además de productos saborizantes.

Para que la salmuera ejerza su efecto como conservante es necesario concentraciones salinas en el producto de entre el 15% y el 20%. Así pues, la industria de salazones y la dedicada a la conservación de alimentos en general producen efluentes de elevada concentración de sal.

La elaboración de encurtidos (olivas, pepinillos, zanahorias, cebollas, etc. marinados con salmuera y vinagre) es una actividad que genera efluentes con carga orgánica además de con una elevada salinidad. Estos efluentes deben ser tratados previamente a su vertido y es aconsejable recuperar la máxima cantidad posible de agua para su reutilización en el proceso.

V. Efluentes de plantas de tratamientos del agua

Una amplia variedad de industrias necesitan disponer de agua de elevada calidad, ultra pura, para su uso en el proceso productivo; es el caso de las industrias farmacéutica, alimentaria, textil, etc. Generalmente utilizan resinas de intercambio iónico para ablandar el agua, o bien procesos basados en membranas (nanofiltración u ósmosis inversa) para tratamientos más completos. Los efluentes generados en estos procesos concentran todas las sales e impurezas eliminadas del agua cruda. Cuando el consumo de agua en el proceso es elevado, se generan caudales de efluentes residuales importantes, los cuales se caracterizan por una elevada concentración de sales disueltas.

VI. Industria del curtido de pieles

La industria dedicada al curtido de pieles se caracteriza por su elevado potencial contaminante tanto por los reactivos que se utilizan como por los efluentes que se generan en los diferentes procesos.

Generalmente, los procesos que se siguen en el curtido de las pieles son el de salado (con NaCl), el de ablandamiento (utilizando sulfuro de sodio, polisulfuro de sodio o carbonato de sodio), el de apelambrado (usando sulfuro de sodio, sulfhidrato de sodio, aminas, hidróxido de calcio y sosa caústica), el de encalado (mediante un baño con sosa caústica), el de desencalado (utilizando ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido bórico, cloruro de amonio, acetato de amonio y ésteres cíclicos), el de curtido (sales de cromo y formaldehido), el de teñido, el de engrase, el de secado, el de acondicionado y el de acabado (usando pigmentos, y anilina). Estos productos químicos empleados en los diferentes procesos se van incorporando a las aguas residuales a medida que se van utilizando.

Las tecnologías utilizadas en estos procesos cada vez son más limpias, economizan agua, reutilizan efluentes y la contaminación final de las aguas es menor. Finalmente, una vez que las aguas son tratadas, la mayor parte de la contaminación es eliminada de las aguas. No obstante, las sales disueltas contenidas en los efluentes no son eliminadas, de modo que a la salida de la planta de tratamiento, salen inalteradas y las aguas tienen concentraciones de sales de hasta 10.000 mg/L. Estas aguas, con este contenido en sales, no pueden ser vertidas ni a cauce público ni a la red de alcantarillado.

VII. Tratamiento de agua para plantas de generación de energía

Las plantas de generación de energía necesitan para su funcionamiento disponer de agua de la máxima calidad, para poder transformarla en vapor de alta temperatura, el cual moverá el alternador. Generalmente, el agua ultra pura que se utiliza se obtiene sometiendo el agua de red, o de captación, a un proceso de tratamiento. Como consecuencia de este proceso, se genera un efluente residual que concentra todas las impurezas eliminadas del agua. Estos efluentes se caracterizan por poseer una elevada concentración de sales, los cuales deben ser tratados para poder ser vertidos.

VIII. Extracciones de gas y petróleo

La industria dedicada a la extracción de gas y de petróleo también es capaz de producir grandes efluentes de salmuera. Un elevado número de yacimientos de gas y de petróleo suelen aparecer junto a vetas de sal gema. La técnica utilizada para la extracción del petróleo consiste en la perforación de pozos por los que se inyecta agua dulce, que disuelve la sal y aparece en la superficie en forma de salmuera. La recuperación del petróleo se consigue desplazándolo hacia la superficie mediante la inyección de agua o de salmuera. El excedente de salmuera debe ser tratado, o vertido al mar si se trata de un yacimiento submarino.

Tratamiento de aguas salinas, o salmueras

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.

tratamiento de aguas salinas

A continuación se realiza un análisis de las diferentes opciones de gestión posibles, haciendo especial hincapié en las técnicas que permiten el tratamiento de las salmueras.

Tratamiento de aguas salinas mediante un sistema de vertido cero (ZLD)

Esta opción es la alternativa de gestión viable en el mayor número de situaciones diferentes, se puede adaptar a cualquier escala de producción de salmueras y, sin duda, es la más respetuosa con el medio ambiente.

El objetivo de una planta de vertido cero para el tratamiento de un efluente de salmuera consiste en la conversión del residuo salino en una corriente de agua de elevada calidad por un lado, y las sales en estado sólido cristalizadas por otro lado. El agua puede ser reutilizada en el propio proceso por su elevada calidad, o en cualquier otra aplicación, y las sales cristalizadas gestionadas para su posible revalorización. Por tanto, mediante un sistema de vertido cero se transforma el residuo líquido en dos corrientes diferentes, inocuas, revalorizables y de fácil gestión.

La obtención de cloruro de sodio, sulfato cálcico, hidróxido de magnesio y cloruro cálcico es posible mediante diferentes procesos de evaporación de forma secuencial. Esta opción es viable cuando la salmuera es de origen marino y las producciones son moderadas.

El tratamiento consiste, en función de la concentración inicial de sales de la salmuera, en un primer proceso de concentración del efluente mediante ósmosis inversa. Si la concentración de la salmuera ya es elevada, la etapa de ósmosis inversa es prescindible. A continuación, la salmuera concentrada se somete a un proceso de evaporación al vacío en el que se concentra aún más y se genera una corriente de agua que puede ser mezclada con la producida en la ósmosis inversa. Finalmente, mediante un proceso de cristalización se obtienen las sales en estado sólido, cristalizadas y secas (imagen 1). Las sales pueden ser revalorizadas para su uso en el control de heladas, en la regeneración de resinas, etc.

El proceso de ósmosis inversa puede ser substituido por un sistema de electrodiálisis, el cual también permitiría concentrar el efluente de salmuera y producir un caudal de agua con una muy baja concentración de sales.

Si se dispone de alguna fuente de energía residual, puede ser ésta aprovechada en el proceso de evaporación al vacío, obteniendo unos resultados excelentes a un precio muy competitivo.
También existe una alternativa actual a la ósmosis inversa que es la forward ósmosis. Éste tipo de tecnología permite tratar aguas marinas o salmueras con un menor consumo de energía y una reducción del rechazo producido por lo que los evaporadores posteriores serán más pequeños. Reduce a su vez los costes de inversión y operación en las aplicaciones de vertido cero en comparación con otras tecnologías y puede utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones.

Gestionar los efluentes salinos mediante un sistema de vertido cero es especialmente ventajoso cuando, a parte de las sales, existen otros contaminantes de complejo tratamiento. Es el caso de los efluentes procedentes de los lixiviados de los vertederos de residuos sólidos urbanos, de los efluentes generados por la industria dedicada al curtido de pieles o de los efluentes producidos en la elaboración de encurtidos. En las plantas de tratamiento de agua –para producir agua ultra pura – también es una alternativa idónea, sobre todo en aquellos casos en los que se genera una energía residual que pueda ser aprovechada para el proceso de evaporación al vacío.

Inyección profunda (ISP)

La técnica de la inyección en sondeos profundos (ISP) consiste en inyectar el residuo líquido en el subsuelo a través de un pozo profundo. Se puede utilizar para gestionar las salmueras, así como otros residuos líquidos, siempre que se determine que no existe impacto ambiental en el subsuelo. Esto sucede cuando se dan las siguientes cuatro condiciones, las cuales son necesarias y suficientes:

  • Existe una formación permeable capaz de admitir el residuo.
  • Existe una formación impermeable que mantiene el residuo confinado el tiempo suficiente hasta su inocuidad.
  • Las condiciones de ambas operaciones no cambian con el desarrollo de la operación.
  • La operación de ISP no hipoteca otros recursos más importantes.

Así pues, esta técnica de gestión será viable cuando, por un lado se cumplan las cuatro condiciones, y por el otro lado el caudal de salmuera sea suficientemente importante como para justificar económicamente la actuación.

Lagunas de evaporación

La técnica de confinar las salmueras en una balsa es una opción que se ha utilizado en zonas áridas donde se dispone de suficiente superficie. En función del caudal de salmuera, se puede diseñar el área superficial y la profundidad mínima de la balsa. Uno de los puntos sensibles de la técnica es la contaminación ambiental de acuíferos cercanos por la posible fuga de lixiviados.

Pozos

Consiste la extracción de agua de pozos cercanos al mar, con altos contenidos en sal, para su uso principalmente en complejos hoteleros de zonas con escasez de agua dulce.
Este tipo de agua tiene 3 usos diferenciados:

  • Refrigeración de los sistemas de aire del complejo.
  • Abastecimiento de agua de red para el complejo.
  • Refrigeración de los filtros empleados previo tratamiento con ósmosis inversa.

Una vez empleada, se recogen todos los efluentes resultantes en un depósito que vuelve a reicorporarse a otro pozo con un contenido total en sal ligeramente superior al de entrada.
Este tipo de sistemas es específicos para agua marina y son de uso común en este tipo de zonas.

Conclusiones

Una amplia variedad de procesos generan importantes efluentes de salmuera, que constituye un residuo líquido que no puede ser vertido directamente al medio por el elevado impacto ambiental que esto supone.

No siempre es fácil encontrar una vía de gestión competitiva. Existen diferentes alternativas para su gestión, como la inyección profunda, las lagunas de evaporación, la obtención de productos revalorizables y 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.

 

Destilación por membranas para tratar aguas residuales

Destilacion por membranasEl tratamiento de efluentes salinos y salmueras no es posible utilizando procesos convencionales. La única tecnología que ofrece una solución completa es la evaporación al vacío, puesto que la ósmosis inversa o la electrodiálisis generan un efluente de rechazo el cual debe ser gestionado. Y la destilación convencional conlleva unos costes que hacen que no sea viable económicamente.

No obstante, existe una tecnología que, aunque la primera patente data de 1963, su utilización empieza a emerger en la actualidad aprovechando todos los desarrollos de la ingeniería de membranas. Se trata de la destilación por membranas.

La destilación por membranas consiste en un proceso térmico en el que únicamente las moléculas de vapor pueden pasar a través de la membrana, la cual es hidrofóbica. El alimento que se ha de tratar está en contacto directo con una de las superficies de la membrana pero no penetra a través de los poros de la membrana al ser ésta hidrofóbica. La fuerza impulsora para la separación es la presión de vapor a través de la membrana, y no la presión total como ocurre con la ósmosis inversa. Al aumentar la temperatura del alimento aumenta la presión de vapor y, por tanto, también aumenta el gradiente de la presión de vapor que es la fuerza impulsora.

Desde el punto de vista comercial es una tecnología que no ha sido ampliamente implantada por las siguientes razones:

  • La eficiencia térmica del proceso es reducida por las pérdidas de calor por conductividad de las membranas que se produce.
  • Se producen efectos de polarización de concentración y temperatura que disminuyen el flujo de permeado a través de la membrana.
  • Se produce el efecto wetting que consiste en la penetración de impurezas presentes en el alimento en los poros de la membrana, disminuyendo así el flujo de permeado.

A pesar de estos inconvenientes que a medida que progresa la investigación se van superando, la tecnología presenta una serie de ventajas que hacen que sea competitiva cada vez en más aplicaciones. Las ventajas más importantes de la destilación por membrana son:

  • Al igual que en la evaporación, el proceso no está limitado por el equilibrio, por lo que se pueden conseguir los factores de recuperación del agua y de concentración del rechazo que sean necesarios. A diferencia de la ósmosis inversa, no existe un equilibrio el cual establece un límite en la separación.
  • Generalmente la tecnología no requiere un pretratamiento del alimento para alargar la vida de la membrana.
  • La eficiencia del sistema y la buena calidad del agua producida prácticamente son independientes de la concentración de sal del alimento.
  • Rechazo del 100% de solutos no volátiles.
  • Posibilidad de tratar efluentes corrosivos y ácidos, que en destilación convencional es complicado por los materiales que se requieren.
  • Flexibilidad de operación al tratarse de módulos independientes.

La selección de la membrana es clave para el buen funcionamiento del proceso. Las características de la membrana tienen influencia directa en el proceso, las más relevantes son: la porosidad, el tamaño del poro, el grosor de la membrana, la conductividad térmica y la composición, la cual está relacionada con la resistencia al ataque químico.

Las características de la destilación por membranas hacen que sea una tecnología con una aplicación satisfactoria en áreas tan diferentes como:

  • Producción de agua pura.
  • Desalación de salmuera.
  • Eliminación de tintes y tratamiento de aguas residuales de la industria textil.
  • Concentración de ácidos y sustancias corrosivas, así como separación de mezclas azeotrópicas en la industria química.
  • Concentración de zumos y procesado de leche en la industria alimentaria.

La destilación por membranas es una tecnología que cada vez es más competitiva en una amplia variedad de sectores industriales puesto que permite tratar efluentes complejos. Se trata de una técnica que, conjuntamente con la evaporación al vacío, son de las pocas tecnologías que permiten tratar efluentes salinos y salmueras sin producir si es necesario una corriente de rechazo, puesto que la separación no está limitada por el equilibrio. No obstante, la destilación por membranas aún no es una tecnología con una elevada eficiencia energética por las pérdidas de calor por conductividad de la membrana, por lo que su aplicación queda restringida a aquellas aplicaciones en las que la destilación convencional o la evaporación al vacío no son alternativas viables, como es el caso de cuando se desea concentrar ácidos o sustancias corrosivas.

La ósmosis inversa y sus diferentes aplicaciones

ósmosis inversaLa ósmosis inversa consiste en generar, mediante una membrana permeable al agua, una solución acuosa con bajo contenido en sal a partir de otra con alto contenido en sal.

La ósmosis inversa es el proceso mediante el cual se separa un solvente de una solución concentrada al aplicar presión, atravesando la membrana semipermeable desde el lado de la solución más concentrada al lado de la solución más diluida. Y cuanto mayor sea la presión aplicada, mayor será el flujo de solvente permeado a través de la membrana.

No se trata de un proceso de filtración a través de la membrana, como sería el caso de la microfiltración o de la ultrafiltración, sino que el solvente difunde a través de la membrana.

De forma natural, el equilibrio llevaría a que el solvente de la solución más diluida atravesase la membrana para diluir la solución más concentrada e igualar así los potenciales químicos. Si en este sistema se ejerciese una pequeña presión en el lado de la membrana de la solución concentrada, el flujo se reduciría. Y si la presión ejercida fuese igual a la presión osmótica, el flujo desaparecería. Finalmente, si la presión que se ejerciese fuese superior a la presión osmótica, la dirección del flujo se invertiría y éste fluiría desde la solución más concentrada a la solución más diluida.

La presión osmótica que se debe vencer para revertir el proceso natural y obtener el solvente sin soluto disuelto depende del tipo de soluto y de su concentración.

Características del proceso

La ósmosis es el proceso que tiene lugar cuando una membrana, con permeabilidad selectiva al agua, separa dos soluciones salinas acuosas de distinta concentración, que se encuentran a la misma presión y temperatura. De forma natural el agua pasa de la solución más diluida a la más concentrada a través de la membrana. El fenómeno cesa cuando el aumento de presión hidrostática, en el lado de la membrana de la solución más concentrada, supone una resistencia suficiente para impedir el paso del agua proveniente de la solución diluida. La diferencia de presión entre las dos soluciones cuando se alcanza este estado de equilibrio se denomina diferencia de presión osmótica transmembrana (Dp). Si lo que se pretende es invertir el flujo de agua generado por la ósmosis, es necesario aplicar, en el lado de la solución concentrada, un presión que origine una diferencia de presión transmembrana (Dp) superior a la presión osmótica.

De esta forma se logra que el flujo de agua sea en el sentido de la solución concentrada a la solución diluida (RO), obteniéndose agua desalada, a partir de soluciones acuosas salinas, de calidad suficiente para ser utilizada en el consumo humano o en otras aplicaciones.

Selectividad de la membrana

La ósmosis inversa es una técnica muy eficiente y competitiva para separar un solvente de los solutos que lleva disueltos, puesto que aplicada al agua, la membrana permite la separación del 95% de las sales disueltas, lo cual permite la desalinización de aguas salobres o de aguas de mar.

Las membranas semipermeables, que dejan pasar selectivamente el solvente e impiden el paso a los solutos, desempeñan un papel clave en el proceso. Las primeras estaban fabricadas con acetato de celulosa pero después las de poliamida han desplazado a las primeras, al permitir controlar el tamaño de poro y la permeabilidad.

Las membranas son poco permeables a los iones y a las moléculas con cargas electroestáticas; a mayor carga, mayor será la retención. Por el contrario, los gases disueltos (oxigeno, dióxido de carbono, cloro, etc.) tienen una buena permeabilidad, igual que las moléculas orgánicas neutras de bajo peso molecular.

Problemas específicos de ensuciamiento

El factor principal que amenaza la productividad de la membrana es su gradual ensuciamiento. Este se puede producir por diversos motivos, siendo los más comunes (1) los depósitos en la superficie de la membrana de escamas o costras de carbonato cálcico, sulfato cálcico, silicatos complejos, sulfato de bario, sulfato de estroncio, fluoruro cálcico, etc., dependiendo de la composición de la alimentación y como consecuencia de que las concentraciones de sal en el concentrado puedan sobrepasar el producto de solubilidad de la sal; (2) los sedimentos de partículas como coloides, productos de la corrosión del hierro de las conducciones, precipitados de hidróxido de hierro, algas, etc.; (3) el bioensuciamiento debido al crecimiento de microorganismos en la superficie de la membrana, ya que algunos materiales de las membranas, como el acetato de celulosa o las poliamidas, pueden ser un sustrato utilizable por los microorganismos y (4) el ensuciamiento debido a compuestos orgánicos como aceites o grasas presenten en las aguas residuales industriales.

La forma de limpieza de las membranas depende de las características del agua de alimentación, del tipo de membrana y de la naturaleza del ensuciamiento. Como pauta general se puede proceder a alternar periodos de enjuagado de las membranas, haciendo circular las soluciones limpiadoras a alta velocidad por la superficie de las membranas, con periodos donde las membranas queden sumergidas en las soluciones limpiadoras.

Los agentes de limpieza habitualmente utilizados son (1) ácidos clorhídrico, fosfórico o cítrico y agentes quelantes como EDTA, para eliminar las costras de precipitados salinos, y ácido oxálico para eliminar los sedimentos de hierro; (2) álcalis combinados con surfactantes para eliminar microorganismos, sedimentos y compuestos orgánicos y (3) esterilización de las membranas con soluciones de cloro para eliminar los microorganismos.

Las sucesivas limpiezas terminan por degradar las membranas. Dependiendo de la aplicación, el periodo de vida garantizado por el fabricante suele ser de 1 – 2 años. Con un buen programa de limpieza la vida de las membranas se puede prolongar hasta 3 años, siendo improbables periodos de vida de 5 años.

Generalmente, para alargar la vida de las membranas se suele pretratar el agua de alimentación. Es habitual que, como pasos previos a la ósmosis inversa, primero se lleve a cabo una filtración y después una ultrafiltración, siempre dependiendo de la cantidad de sólidos en suspensión que lleven las aguas a tratar.v

Aplicaciones en general

Los objetivos de las plantas de RO instaladas se distribuye de la siguiente forma: 50 % en desalinización de agua de mar y agua salobre; 40 % en la producción de agua ultrapura para las industrias electrónica, farmacéutica y de producción de energía; 10 % como sistemas de descontaminación de aguas urbanas e industriales.

  • Desalinización de aguas salobres: La salinidad de este tipo de aguas es de 2000 mg/L – 10000 mg/L. En su tratamiento se utilizan presiones de 14 bar – 21 bar para conseguir coeficientes de rechazo superiores al 90 % y obtener aguas con concentraciones salinas menores de 500 mg/L, que son los valores recomendados por WHO como condición de potabilidad. Las plantas de tratamiento utilizan módulos de membranas enrolladas en espiral. Se estima que los costes de capital de este tipo de plantas son del orden de 0.25 $US/L de agua tratada/día, siendo los costes de operación del mismo orden.
  • Desalinización de agua de mar: Dependiendo de la zona geográfica, la salinidad de este tipo de aguas es de 30000 mg/L – 40000 mg/L. Para conseguir condiciones de potabilidad se utilizan membranas de poliamida de tipo fibra hueca que permiten conseguir coeficientes de rechazo superiores al 99.3 % con presiones de trabajo de 50 bar – 70 bar. Los costes de operación de este tipo de plantas de tratamiento se estiman en 1 – 1.25$US/ L deagua tratada/día, lo que hace que este sistema de tratamiento no sea competitivo, frente a otros sistemas como los procesos de evaporación multietapa, si las necesidades de agua superan los 40000 m3 de agua tratada/día.
  • Producción de agua ultrapura: La RO permite obtener a partir del agua de consumo (concentración de sólidos disueltos < 200 mg/L) agua de la calidad exigida en la industria electrónica. El principal problema en este tipo de instalaciones es el bioensuciamiento de las membranas, por lo que es necesaria la instalación de sistemas de esterilización mediante radiación UV. En la Tabla 11 se comparan las características exigidas al agua de consumo y al agua ultrapura.
  • Tratamiento de aguas residuales: Esta aplicación de la RO está limitada por los altos costes de operación debido a los problemas de ensuciamiento de las membranas. En el caso de las aguas residuales industriales, la RO se utiliza en aquellas industrias donde es posible mejorar la economía del proceso mediante la recuperación de componentes valiosos que puedan volver a reciclarse en el proceso de producción: industrias de galvanoplástia y de pintura de estructuras metálicas, o donde la reutilización del agua tratada signifique una reducción importante del consumo de agua: industria textil. En el caso de las aguas urbanas, la RO es un tratamiento que estaría indicado como tratamiento terciario, siendo posible obtener agua con una calidad que la hiciese apta para el consumo, con un coste de 0.5 – 0.75 $US/m3. El principal problema para la consolidación de este tipo de tratamiento es la contestación social. Sin embargo, en zonas de Japon y California, donde existen limitaciones extremas de agua, se están utilizando plantas de RO para tratar el agua procedente del tratamiento biológico de las aguas domésticas, empleándose el agua tratada por RO para la recarga de acuíferos.

Aplicaciones industriales

Las aplicaciones industriales de esta tecnología son tan variadas como indispensables. Entre los usos y aplicaciones más utilizadas se encuentran las siguientes:

  • Industria alimentaria, farmacéutica, etc.: En las industrias alimentaria, farmacéutica, médica, cosmética, química, electrónica, biotecnológica, etc. se utiliza agua osmotizada puesto que en una gran variedad de procesos se precisa agua de gran calidad si no agua ultrapura. El agua osmotizada es el punto de partido para la obtención de agua ultrapura.
  • Industria productora de agua para consumo humano:En muchos lugares del planeta no existe suficiente agua dulce o con la calidad necesaria para poder abastecer a la población. Tanto si el problema es de calidad (aguas salobres, aguas contaminadas con nitratos, metales, pesticidas, etc.) como de cantidad (se recurre a la desalinización de agua de mar) la opción más económica para la obtención de agua apta para el consumo humano es la ósmosis inversa.
  • Reutilización de aguas residuales: Existen numerosos casos en los que los efluentes de los procesos de tratamiento de las aguas residuales deben ser tratados para mejorar su calidad hasta que puedan ser reutilizados. Es el caso de aquellos procesos en los que se consume un gran caudal de agua, como en la industria textil, o cuando se vierte el efluente al medio natural para recargar un acuífero.

También es el caso de los procesos en los que se persigue no generar ningún vertido líquido (vertido cero) y la totalidad de los efluentes son tratados y recuperados para ser utilizados de nuevo.

Todas las áreas mencionadas para el uso de la ósmosis inversa y sus aplicaciones son cubiertas por Condorchem Envitech.

Cristalizadores para el tratamiento de efluentes industriales: vertido cero

Cristalizadores aguas residualesLos cristalizadores son una de las principales tecnologías para obtener un  vertido cero en un proceso de tratamiento de efluentes industriales. Esto significa que el proceso de tratamiento o depuración no produce ningún vertido líquido y normalmente se obtiene un agua de buena calidad que puede ser reutilizada en procesos de fábrica, además de un residuo sólido que suele ser valorizable para su comercialización interna/externa o combustible. Cuando no puede ser reaprovechado por carecer de valor puede ser cedido a depósitos controlados.

Algunos de los procesos que inciden de forma especial para obtener el vertido cero son la cristalización, el secado térmico y la estabilización de líquidos.

Para llegar a estos resultados normalmente se precisa de una etapa previa de concentración mediante equipos de evaporación al vacío de alta eficiencia energética, para obtener unos efluentes concentrados, que serán los que posteriormente serán minimizados con alguna de las mencionadas técnicas.

Cristalizadores

La cristalización es una operación de separación en la que se produce la transferencia de un soluto desde la fase líquida a una fase sólida cristalina, al variar la temperatura o la composición de la solución.

El proceso industrial de cristalización se basa fundamentalmente en obtener de forma temporal la solución sobresaturada en relación al equilibrio, ésta es la autentica fuerza motriz del proceso. La sobresaturación puede alcanzarse mediante la reconcentración del soluto por la evaporación del solvente, el enfriamiento de la solución o la acción de otro producto químico que se adiciona a la solución para disminuir la solubilidad del soluto original, o incluso una combinación de los tres procesos.

En el proceso de cristalización existen una serie de factores, diferentes a la sobresaturación, que determinan la cinética de formación de cristales y, por tanto, el tamaño de éstos. Estos factores son la temperatura, la agitación y el tiempo; actuando sobre ellos es posible obtener cristales muy finos o gruesos.

Los cristalizadores por evaporación trabajan al vacío, así el agua se evapora a temperaturas mucho más bajas (35-80ºC). El agua se condensa y puede ser utilizada como agua destilada.

La especial configuración del recipiente de evaporación con un sistema de calefacción tipo camisa, por donde circula el fluido de calefacción (vapor, agua caliente, fluido térmico) permite alcanzar elevadas concentraciones en la cámara con presencia de sólidos sin que esto represente ningún problema para el proceso.

A la salida del cristalizador se precisa generalmente algún sistema final de deshidratación de las sales, los más eficientes son:

  • Centrífuga: Este equipo permite deshidratar por lotes grandes cantidades de cristales de todo tipo de sales.
  • Filtro deshidratador: Se descarga el lote de licor madre y sales sobre un tapiz que drena el líquido que vuelve a cabecera del evapo-cristalizador, mientras que las sales quedan retenidas y separadas por un rascador al final del recorrido, el cual las descarga sobre un contenedor.
  • Contenedor de drenaje: Sigue el mismo procedimiento que el anterior pero sus mayores dimensiones permite tratar mayores cantidades de sales cristalizadas.
  • Tambor rotativo: con camisa de enfriamiento del cilindro exterior y un rascador que extrae los cristales que se depositan en la superficie interna. El líquido a cristalizar procede de una etapa de concentración por evaporación y por tanto está caliente. El fluido de enfriamiento puede ser agua de un circuito de refrigeración con torre evaporativa o de fluido refrigerante que se mantiene a muy baja temperatura con equipos de frío industrial.
  • Reactor decantador: un proceso que utiliza la evaporación previa para concentrar el soluto, pero en la zona de equilibrio, mediante la dosificación de un producto químico específicamente estudiado para cada caso, puede ser otra sal, otro solvente, un polímero, etc., se produce un desequilibrio en la solución original que conduce a la precipitación de cristales que son extraídos del tanque de reacción por dispositivo diseñado para tal fin. Este proceso permite la cristalización fraccionada y la obtención separa de diferentes cristales de sustancias de elevado valor añadido.

Los procesos de evaporación al vacío y de cristalización deben ser estudiados específicamente para cada caso. Condorchem Envitech dispone de una larga experiencia en el diseño, fabricación e instalación de estos equipos para una gran variedad de procesos industriales diferentes.

Secado térmico (spray drying)

El secado térmico consiste en pulverizar una solución rica en sólidos disueltos, nunca en suspensión, en una cámara que se mantiene caliente por acción de los gases de combustión de un quemador o de aire caliente (180 a 400 ºC). Al entrar en contacto con la temperatura el solvente se evapora instantáneamente y el sólido precipita en el fondo de la cámara. Un sistema de venturi permite extraer el sólido secado y se separa del vapor de agua y gases de combustión fríos (aprox. 100ºC) que se emiten al exterior. Un proceso de filtrado/lavado de estos gases garantiza los límites de emisión a la atmósfera.

Debido a que es un proceso que consume gran cantidad de energía (kwt/litro evaporado) es preferible utilizar después de un proceso de evaporación para reconcentrar el soluto y disminuir el volumen de agua a evaporar. El sólido obtenido puede ser reutilizado cuando es posible o cedido a depósito controlado.

Estabilización / inertizado

La estabilización de líquidos es muy recomendable cuando la gestión del residuo líquido es muy costosa o imposible y cuando la cristalización o secado térmico no puede aplicarse por cuestiones técnicas o de inversión.

Consiste en la mezcla del residuo líquido o pastoso, previamente concentrado por evaporador, con un material inerte de bajo coste. Normalmente se emplea para este fin arcillas, cal viva, cal apagada, cemento, etc., aunque también suelen emplearse algunos polímeros deshidratantes como bentonita, sepiolita, etc. En algunos casos puede utilizarse otro residuo sólido (por ejemplo: fangos depuradora, cenizas, escorias, etc.).

El proceso de mezcla se hace por lotes o en continuo en un equipo denominado BLENDER, que consiste en un tambor donde llegan por separado la alimentación del líquido o pasta y el producto sólido estabilizante, se mezclan hasta formar una masa homogénea y se descarga por la boca frontal hacia un contenedor.

La mezcla se cementa en unas horas y con el paso del tiempo pierde prácticamente toda la humedad, quedando solidificada e inerte. Este producto puede llevarse a vertedero sin más problema ya que no se volverá a disolver nunca más.

La cantidad de producto cementante estabilizante por litro de líquido o pasta dependerá del tipo de residuo pero normalmente esta entre los 0,8 y 2 litros de cementante por litro de residuo líquido o pasta.En el tratamiento de vertidos líquidos industriales se aspira a conseguir el llamado vertido cero, esto significa que el proceso de tratamiento o depuración no produce ningún vertido líquido y normalmente se obtiene un agua de buena calidad que puede ser reutilizada en procesos de fábrica, además de un residuo sólido que suele ser valorizable para su comercialización interna/externa o combustible. Cuando no puede ser reaprovechado por carecer de valor puede ser cedido a depósitos controlados.