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Tratamiento de aguas residuales industriales mediante evaporación al vacío

La evaporación al vacío es uno de los procedimientos más eficientes para el tratamiento de efluentes industriales, ya que permite separar con gran eficacia los contaminantes que se encuentran en el agua. Se trata de una tecnología indispensable para aquellas empresas que quieran implantar un sistema de vertido cero.

Tras un proceso de evaporación se obtienen elevadísimos porcentajes de agua destilada (95%) y una cantidad muy pequeña de rechazo (5%) para ser gestionado. Este rechazo es tan pequeño debido a la elevada concentración de residuos que se consigue en el proceso. Gracias a ello, las industrias que han de tratar caudales medios y grandes pueden beneficiarse de importantes ahorros, ya que el volumen de residuos que se han de enviar a gestionar se reduce considerablemente.

También es una tecnología muy adecuada para la producción del agua de alta calidad que numerosas industrias necesitan para incorporar a sus procesos productivos.

Ventajas de los evaporadores al vacío:

  • Alta calidad del destilado.
  • Es posible recuperar hasta un 97% de agua limpia.
  • Permite la reutilización de las aguas tratadas.
  • Puede tratar los efluentes más complejos.
  • Bajo consumo de electricidad.
  • Diseño flexible y compacto de las máquinas.
  • Es una tecnología de fácil uso y requiere poco mantenimiento.
  • Alta reducción y concentración de los residuos líquidos.

Otro aspecto a destacar de los evaporadores al vacío es su versatilidad y el gran número de ocasiones en que pueden ser aplicados (siempre y cuando los resultados justifiquen la inversión necesaria para su instalación, ya que no son la tecnología más económica). Los evaporadores al vacío son especialmente adecuados para la separación y el tratamiento de:

  • Hidrocarburos disueltos en aguas contaminadas.
  • Emulsiones aceitosas.
  • Tratamiento de lixiviados.
  • Aguas de enjuague de metalización galvánica.
  • Aguas de desengrase.
  • Aguas con alto contenido de sustancias oleosas.
  • Aguas con alto contenido de metales pesados.
  • Aguas con alto contenido de sales disueltas.

Es habitual completar un proceso de evaporación al vacío con otras tecnologías de tratamiento de aguas residuales, que se pueden aplicar anteriormente (membranas, procesos físco-químicos, etc.), sometiendo al efluente a un pre-tratamiento que facilite el proceso de evaporación, o posteriormente si se quiere obtener un concentrado todavía mayor. En este segundo caso la tecnología más adecuada son los cristalizadores, que pueden ser utilizados de dos maneras:

  1. Cristalizador usado como una etapa final después de un proceso de evaporación clásico.
  2. Evaporador y cristalizador integrados en una única unidad que combina ambos procesos. Esta solución es adecuada para caudales pequeños y difíciles de tratar.

Dependiendo de cuál sea la composición de las aguas residuales a tratar, un proceso de evapo-cristalización permite separar sus componentes y recuperar productos secundarios, que pueden ser reutilizados o vendidos. Así sucede con el aceite de aguas aceitosas, que se puede vender como un producto secundario con un contenido de agua inferior al 5%, o con la recuperación de hidróxido de aluminio, que puede utilizarse posteriormente como producto químico, por citar algunos ejemplos.

Las 10 ciudades más limpias del planeta

Anualmente la consultora Mercer elabora un ranking de las ciudades más ecológicamente sostenibles y limpias del planeta.

Para ello se tienen en cuenta diferentes aspectos, algunos de los cuales son tratados habitualmente en este blog, entre los que destacan: disponibilidad de agua, sistemas de aguas residuales, contaminación atmosférica, recolección de basura y congestión del tráfico.

En base a estos y otros parámetros, los resultados presentados por la consultora el último año son los siguientes:

1. Oslo (Noruega) – Población: 607.292 habitantes

En Oslo no existen núcleos industriales cercanos a la ciudad, lo cual garantiza una gran calidad de aire para sus ciudadanos. Además, los residuos son reaprovechados de forma inteligente, ya que los residuos orgánicos son recogidos y almacenados para su tratamiento en una planta de biogas, donde son transformados en combustible para los autobuses urbanos. Por otra parte, el gas metano generado de la basura es convertido en electricidad.

2. Ottawa (Canadá) – Población: 883.391 habitantes

En Ottawa destaca la excepcional calidad de su agua, ya que todas las instalaciones de agua de la ciudad ofrecen agua potable con una fiabilidad del 100%.

3. Reykjavik (Islandia) – Población: 120.165 habitantes

Aparece en un puesto tan alto del ranking debido a la pureza de su aire y a la gran consciencia medioambiental de su población, como lo demuestra que el hecho de que es una de las ciudades con menos densidad de coches por km del mundo

4. Copenhague (Dinamarca) – Población: 580.000 habitantes

5. Calgary (Canadá) – Población: 1.096.833 habitantes

6. Helsinki (Finlandia) – Población: 580.000 habitantes

7. Honolulu (Hawai) – Población: 377.260 habitantes

8. Wellington (Nueva Zelanda) – Población: 179.446 habitantes

9. Adelaida (Australia) – Población: 1.158.259 habitantes

10. Kobe (Japón) – Población: 1.529.116 habitantes

Procesos de membranas para el tratamiento de aguas residuales

Los procesos de membrana son procesos de difusión física de partículas en el agua. Funcionan debido a que determinadas clases de membranas permiten el paso a través de ellas de partículas con unas características particulares, mientras que impiden el paso de aquellas que no poseen esas mismas características.

Actualmente existen muy diversas clases de membranas, que permiten el paso de unos solutos u otros en función de su naturaleza, carga iónica o tamaño. Los principales son:

  • Electrodiálisis
  • Electrodiálisis reversible
  • Ósmosis inversa

ELECTRODIÁLISIS

Consiste en la eliminación de iones cargados eléctricamente y que se encuentran disueltos en el agua. Para llevar a cabo esta eliminación se introduce en el agua alimento un par de electrodos de distinta carga eléctrica de manera que los iones disueltos serán atraídos por los electrodos de distinto signo al suyo propio. Por este procedimiento se logra desplazar los iones de un lugar a otro de la disolución.

Es fundamental el empleo de membranas selectivas aniónicas y catiónicas alternativamente para que el agua alimento vaya perdiendo iones negativos y positivos tras su paso por la zona de separación.

Lo interesante es colocar las membranas alternativamente de tal modo que en unos canales se concentren los solutos, en un agua que se denomina concentrado, y en otros canales circule el agua alimento que va perdiendo poco a poco sus contaminantes hasta salir del proceso con una concentración de sales muy baja.

ELECTRODIÁLISIS REVERSIBLE

En este caso se alteran periódicamente las polaridades de los electrodos de manera que los flujos de agua cambian temporalmente de sentido, pasando a recibir agua depurada aquellos conductos que transportaban el concentrado y al revés.

Este método elimina el riesgo de formación de precipitados, incrustaciones y obstrucción de las membranas, ya que el cambio periódico del sentido del flujo del agua colabora en la limpieza de conducciones y membranas, además de evitar la aparición de limos y otros depósitos en la planta.

OSMOSIS INVERSA

La ósmosis inversa aprovecha el procedimiento por el cual, a través de una membrana semipermeable se tienden a igualar los potenciales químicos de dos diluciones situadas una a cada lado de la membrana, y lo hace funcionar al revés.

Consiste en el bombeo del agua cargada con iones disueltos a un tanque en el que se le somete a una presión contra una membrana. Durante el proceso se transfiere agua de un lado a otro de la membrana, quedando los iones en el agua alimento de tal modo que se genera un concentrado en el agua que no ha pasado a través de la membrana y un caudal depurado con el agua que si ha pasado a través de la membrana.

El concentrado que se genera debe ser eliminado del contacto directo con la membrana para evitar que la concentración de iones vaya aumentando y llegue a precipitar sales en la superficie de la membrana, lo que provoca una pérdida de efectividad del proceso y un incremento de los gastos de mantenimiento. Igualmente es importante llevar a cabo tratamientos previos para evitar obstrucciones.

Como resultado estándar, la ósmosis inversa devuelve un 80% de agua depurada y un rechazo del 20%.

Procesos térmicos para el tratamiento de aguas residuales: tipos de evaporadores al vacío

Los procesos de separación térmica se utilizan principalmente para la desalación, concentración, recuperación y/o eliminación de productos o contaminantes.

El objetivo habitual de la separación térmica es la eliminación de impurezas que se encuentran disueltas en el agua y que hacen que esta no pueda ser reaprovechada o devuelta a un medio natural.

Así, la separación mediante evaporación al vacío tiene la función de separar el agua entrante en dos partes: una parte con un agua con baja concentración de contaminantes en disolución y otra parte con un condensado líquido con un elevado contenido de los mismos contaminantes.

Para ello el agua es transformada en vapor, separándola en ese momento de los materiales contaminantes que se encuentraan disueltos en ella, y se transporta dicho vapor a una camara donde se refrigera para volver a concentrar el agua ya libre de contaminantes.

Este proceso se basa en la relativamente baja volatilidad de las sales frente al agua. Gracias a la evaporación se pueden eliminar sustancias como los sólidos disueltos, pero no sirve para separar del agua otros compuestos que tengan un punto de ebullición similar o cercano al del agua, como podría ser el alcohol.

Los diferentes tipos de evaporación al vacío que podemos encontrar son:

La evaporación multietapa es muy utilizada en el ámbito industrial y consiste en calentar el líquido alimento en un recipiente y acto seguido conducir el agua por un sistema de tuberías de calentamiento en el que parte del agua pasa a ser vapor. Después pasa a otro recipiente en el cual la presión y temperatura son tales que una parte del agua caliente pasa súbitamente a vapor dejando en forma líquida un remanente concentrado que pasa a alimentar la siguiente etapa.

Tras esto se deja enfriar el vapor hasta que vuelve a licuarse y entonces se recoge libre de impurezas. A continuación se repite el proceso en otra etapa. Tras una serie determinada de etapas, se consigue agua que se ha destilado repetidas veces de manera muy rápida y que, por ello, continene muy poca cantidad de contaminantes disueltos.

Este tipo de evaporación opera a temperaturas entre 90º y 120º.

La evaporación por efectos múltiples consiste en calentar el agua alimento mediante el aprovechamiento del calor residual de aguas ya tratadas y conducirla hasta una serie de tanques a los que llega caliente pero todavía en estado líquido. En estos tanques el agua se distribuye en películas finas a fin de facilitar la evaporación a base de reducir la presión. El fenómeno de reducción progresiva de la presión permite que el agua alimento sufra procesos de licuefacción y evaporación continuamente sin necesidad de ir añadiendo calor al sistema.

Estos procesos trabajan a temperaturas entorno a los 70º.

La evaporación por compresión de vapor consiste en la evaporación del agua a base de suministrarle calor procedente de la compresión de vapor, en vez de transmitir el calor mediante contacto directo con un cuerpo sólido caliente. Este tipo de plantas se diseñan para que funcionen reduciendo el punto de ebullición del agua mediante disminución de la presión.

El compresor crea vacío en un extremo de un recipiente por donde extrae el vapor de agua formado, pero por el otro extremo comprime dicho vapor formado y lo condensa en el interior de unos tubos. El agua cae sobre estos tubos calientes y se evapora. Posteriormente, mediante compresión del vapor y puesta en contacto de este con el agua alimento, se logra la evaporación del agua y la eliminación de las sales en una salmuera muy concentrada.