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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.

Vertido cero en la depuración de efluentes

water_drop_1La 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.

Tratamiento de efluentes y vertido cero en minería

mineriaUna mina genera una gran cantidad de efluentes de elevada carga debido al contacto del agua con distintos tipos de minerales. El origen de estos efluentes podemos encontrarlo en los distintos procesos que se llevan a cabo en la mina, así como en el drenaje de lluvías que caen sobre el lugar.

 

 

 

Los efluentes de proceso pueden tener su origen en:

•Aguas de lavado

•Flujos ácidos del proceso

•Aguas de Lixiviación, flotación y concentración

•Efluentes de refino y lavadores de gases

Por su parte, las lluvías que se infiltran en las escombreras de la mina también originan procesos de oxidación, hidrolisis, lavado, etc. que tienen como resultado un efluente altamente contaminante.

El contacto entre los minerales y el agua, tanto de proceso como de lluvias, puede originar distintas reacciones, y por lo tanto efluentes de composición muy diversa, que dependerán de la naturaleza de cada mineral, ya que los hay más o menos solubles, hidrolizables y no hidrolizables, así como sorbentes y no sorbentes. Así pues, el vertido de estos efluentes puede provocar gravísimas consecuencias sobre el medio y su entorno, ya que alteran completamente la química del agua.

Tradicionalmente se habían aplicado metodos físico-químicos o biológicos para el tratamiento de estos efluentes, pero a día de hoy el vertido cero ha demostrado ser la opción más inteligente, ya que garantiza la protección del ecosistema, el reuso del agua en lugares donde no es siempre sencillo acceder a ella, y a largo plazo supone la alternativa más económica, una vez se ha amortizado el coste de la instalación.

Las únicas tecnologías que, a día de hoy, pueden garantizarnos el vertido cero son la evaporación al vacío y la cristalización, combinadas o no, según sea la composición del efluente, con otras tecnologías de membranas o procesos de pretratamiento. Gracias a la instalación de estas plantas de tratamiento de efluentes podemos obtener un 95% de agua destilada y lista para ser reutilizada y, por otra parte, un rechazo más o menos sólido para ser enviado al gestor de residuos.

Vertido cero y valorización de residuos en salazón de pescados y cocido de mariscos

pescados-mariscos-a-domicilio1La industria de alimentación marítima genera una gran cantidad de residuos durante sus procesos de producción. Especialmente complicado es el tratamiento de las salmueras que se generan. Veamos en primer lugar, los tipos de residuos más comunes:

1. Residuos líquidos

Los residuos líquidos están compuestos principalmente por materia orgánica con un alto contenido en proteínas, sales, grasas y otros sólidos suspendidos. Los flujos generalmente son altos, debido a la gran cantidad de agua que se requiere en los procesos de producción.

Estos son principalmente: agua con sangre, aguas de lavado provenientes de las etapas de corte, eviscerado y fileteado, prensado de pulpa (en los congelados), envasado y cocción, otros residuos líquidos provenientes del proceso de cocción, aguas de enfriamiento y aguas provenientes de las operaciones de limpieza de la planta

2. Residuos sólidos

También es importante la generación de residuos sólidos. Algunas empresas los entregan para alimentación animal, otras los devuelven al mar y otras lo destinan a plantas de reducción.

Los residuos sólidos que se producen se derivan principalmente de las etapas de corte y eviscerado están constituidos por cabezas, colas y vísceras. Estos son reutilizados como materias primas por las empresas productoras de harina de pescado, por lo que su disposición en vertederos es mínima. En las conservas de mariscos se producen vísceras y conchas, que también pueden ser aprovechadas.

RECICLAJE: REUSO Y RECUPERACIÓN

Antes de pasar a ver que tecnologías son más adecuadas para el tratamiento de los residuos, cabe destacar que algunos de estos residuos pueden ser utilizados con otro fin sin necesidad de ser tratados previamente.

1. Reutilización del agua

• Reutilización de agua de lavado, en lavado secuencial; por ejemplo las aguas residuales menos contaminadas o sucias de la planta pueden reutilizarse para operaciones de limpieza, al inicio del proceso.

• Las aguas provenientes de la operación de enfriamiento de los autoclaves, en los procesos de conservería, pueden emplearse en operaciones de limpieza de equipos y de la planta.

2. Recuperación de desechos como subproductos

• Utilización de residuos de mariscos y pescado en preparación de paté y/o alimento animal.

• Utilización de residuos de mariscos y pescado en preparación de harina de pescado, que se utiliza para alimentación animal.

• Recuperación de sólidos y grasas de los efluentes, mediante centrifugación, separación, o concentración y posterior deshidratación y empleo para formulaciones de alimentación animal, dependiendo del volumen de los efluentes.

• Empleo de las valvas de los mariscos en desarrollo de nuevos productos; por ejemplo harina de calcio.

TRATAMIENTO Y VALORIZACIÓN DE LOS RESIDUOS

Un novedoso proceso de tratamiento consiste en extraer y concentrar las proteínas y grasas ricas en omega 3 para comercializarlas. Esto se produce con la acción combinada de equipos de membranas de ultrafiltración y evaporación al vacío. Finalmente mediante equipos de secado spray (atomizadores) se obtiene harina de proteína y ácidos grasos oleicos, productos con un alto coste en el mercado de alimentación.

El resto de agua que suele contener cantidades elevadas de sal puede ser tratada con equipos de evapo-cristalización, que nos permitirán obtener un efluente limpio que cumple con la normativa y puede ser reutilizado o abocado, según prefiera el fabricante. La cal obtenida tras este proceso puede ser utilizada en deshielo de carreteras así como en usos industriales.

Gracias a estas tecnologías conseguimos valorizar los residuos, convirtiéndolos en productos de alto valor comercial, y obtener un vertido cero.