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Tratamiento de aguas residuales industriales

Procesos térmicos para el tratamiento de aguas residuales industriales: la evaporación al vacío

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La destilación térmica consiste en la separación de dos o más líquidos que se encuentran mezclados o de un soluto y su disolvente, mediante la aplicación de la energía suficiente para provocar la ebullición. Con esta ebullición, los componentes más volátiles de dicha mezcla pasan a estado gaseoso y pueden ser posteriormente condensados a parte de la mezcla inicial.

La separación por evaporación se ha utilizado de manera muy extensa a lo largo del tiempo y ha evolucionado en distintas técnicas que tienen características particulares y diferentes aplicaciones, como son el tratamiento de aguas, tratamiento de aguas residuales, la recuperación de solutos, o la purificación de líquidos, entre otras.

Para lograr el cambio de estado que permite la separación del soluto y el solvente, debe suministrase calor a la mezcla para que la parte líquida se evapore y se separe de la parte sólida. Dicho calor puede ser generado de varias maneras:

  • De forma directa mediante calentamiento de un recipiente que contiene la muestra.
  • De forma indirecta empleando vapor de agua como agente transmisor del calor.

En el segundo caso, que es el de los evaporadores al vacío, se emplea una caldera donde se calienta agua hasta que se evapora y dicho vapor se conduce hasta una cámara donde se transmitirá ese calor a la mezcla que se desea separar.

Por otra parte, para facilitar la evaporación del disolvente se pueden emplear sistemas generadores de vacío, de modo que se someta a la mezcla que se desea separar a presiones inferiores a la atmosférica. Con ello, se logra disminuir la temperatura de ebullición de los líquidos y también aumentar la eficiencia del fenómeno de transferencia de calor en el sistema.

Al plantear la utilización de un proceso térmico de separación para su aplicación sobre una mezcla líquida concreta, deben considerarse los siguientes puntos:

  • La termosensibilidad de la disolución.
  • La potencial corrosión a los materiales.
  • La concentración y otras características físicas.
  • La potencial aparición de incrustaciones.

Respecto a la termosensibilidad de la disolución es destacable la importancia que tiene trabajar a baja temperatura en aquellos casos en los que las propiedades de dicha disolución puedan verse alteradas con la temperatura.

Esto es muy frecuente en los elementos proteínicos, que pueden desnaturalizarse con el aumento de temperatura. La separación por volatilización del disolvente para concentrar el soluto permite la aplicación de vacío para disminuir así la temperatura de volatilización del disolvente y eliminar el riesgo de alteración de las propiedades de la disolución alimento.

La corrosión de los materiales que conforman el evaporador puede aparecer si el líquido alimento es considerablemente agresivo respecto a los materiales en los que se ha construido el evaporador. En la actualidad todos los evaporadores se construyen ya con acero inoxidable, grafito, níquel, cobre y algunas aleaciones de especial resistencia a la corrosión, por lo que el espectro de disoluciones potencialmente tratables por separación térmica es muy amplia.

A concentraciones de soluto muy elevadas, las disoluciones pueden ver alteradas sus características físicas de manera considerable. La conductividad, el punto de ebullición, o la viscosidad son algunas de estas propiedades.

Como resultado de la volatilización del disolvente, la concentración de diluciones puede ocasionar la aparición de incrustaciones provocadas por la cristalización del soluto en las paredes del evaporador. Esto puede provocar una disminución de la eficiencia en funcionamiento de la maquina, por lo que es importante un buen mantenimiento en los casos en que este fenómeno puede aparecer.

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.

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.

Planta termosolar en Abu Dhabi

En anteriores posts hemos hablado sobre las Plantas de Tratamiento de Aguas (PTA) y las Plantas de Tratamiento de efluentes (PTE) para centrales termosolares.

La PTA tiene como objetivo obtener agua ultrapura para generar vapor de calidad y la PTE se instala con el fin de depurar el rechazo de la PTA, de forma que el agua pueda ser reutilizada. Para tal fin se utilizan y combinan tecnologías como los evaporadores al vacío, cristalizadores, ósmosis inversa, depuración físico-química, entre otras.

En esta ocasión queremos compartir con vosotros unas espectaculares imágenes de una planta termosolar en Abu Dhabi, en cuya construcción participó Abengoa Solar, empresa con la que hemos colaborado para la implantación de Plantas de Tratamiento de Aguas y Plantas de Tratamiento de Efluentes.

Planta termosolar en Abu Dhabi