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Ingeniería ambiental

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Tratamiento de aguas residuales, efluentes y aire al servicio del Medio Ambiente

Evaporadores de aguas residuales alimentados por energía solar – SOLARVAP®

Evaporadores de aguas residuales con energía solar

El tratamiento de aguas residuales mediante evaporación siempre ha sido una alternativa muy eficaz, robusta y sencilla en comparación con otros sistemas de tratamiento más convencionales. El hecho de que los sistemas basados en la evaporación requieran un consumo energético mayor ha dejado a estos reservados para aquellos casos en los que los sistemas convencionales no son eficaces, como es el caso del tratamiento de salmueras, lixiviados de vertederos de RSU, aguas aceitosas, etc., o bien cuando se desea evitar el vertido del efluente tratado (vertido cero).
No obstante, el desarrollo de procesos de producción de energía cada más sostenible y, sobretodo, más económicos, convierte los procesos de evaporación aplicados a los tratamientos de efluentes en una opción imbatible por su eficacia, transversalidad y simplicidad.

EVAPORADORES DE AGUAS RESIDUALES ALIMENTADOS POR ENERGÍA SOLAR

En este sentido, la energía solar posee un potencial muy elevado. Aunque esta fuente de energía se asocia generalmente con la utilización de placas fotovoltaicas para la conversión directa de la radiación solar en electricidad, existe una tecnología que aprovecha la energía solar con un rendimiento mucho mayor: la energía termosolar. Una planta termosolar transforma la radiación solar que recibe en energía térmica, la cual se puede utilizar directamente en procesos industriales que requieren calor, o también de forma indirecta como fuente de energía de un ciclo termodinámico convencional de generación de electricidad.

Para la obtención de la energía térmica en una planta termosolar, se utilizan unos dispositivos ópticos (lentes o espejos) para captar y concentrar la radiación solar sobre un dispositivo denominado receptor. Paralelamente, se hace circular a través del receptor un fluido, el cual se calienta debido al elevado flujo de radiación, y al pasar después por un intercambiador de calor, cede la energía térmica producida. Habitualmente, en aplicaciones de calor en procesos industriales, los concentradores solares trabajan en un rango de temperaturas de entre 150 y 200 ºC.
Para maximizar la absorción de la radiación solar y minimizar las pérdidas por emisión o convección se han desarrollado diferentes tecnologías. Aunque los sistemas que presentan un rendimiento superior están construidos con colectores cilindro-parabólicos (CCP), en los últimos años se está popularizando el uso de sistemas que utilizan espejos planos segmentados según la aproximación de Fresnel (Reflector Fresnel de Foco Lineal – RFFL). Estos sistemas, a costa de la pérdida de una cierta concentración y eficacia presentan una simplicidad que se traduce en una reducción de costes.

Habitualmente, un RFFL consiste en un conjunto de espejos planos y un receptor lineal, el cual se coloca en la línea focal del arreglo óptico construido con las líneas de espejos. Generalmente se suele utilizar un sistema secundario de concentración en la línea focal para maximizar la concentración solar y así obtener un flujo de radiación en el receptor mucho mayor. Así, para el suministro de energía térmica a un evaporador, teniendo en cuenta las condiciones de operación requeridas para maximizar la eficiencia del proceso, la tecnología RFFL se presenta como la óptima por su excelente aprovechamiento del terreno, las temperaturas de trabajo, su sencillez constructiva y sus costes competitivos. Si bien es cierto que un evaporador al vacío puede operar satisfactoriamente con un fluido calefactor que se encuentre a 90 ºC, utilizando la tecnología RFFL es posible conseguir llegar a los 120 ºC de forma relativamente sencilla, por lo que, al disponer de un salto de temperatura mayor, es posible trabajar con un equipo multiefecto (de 4 o 5 etapas o efectos), incrementando de forma muy significativa el rendimiento global conseguido.

Otro aspecto que ha de ser tenido en cuenta por su importancia para la viabilidad de esta tecnología es el grado en el que casa el perfil temporal de la producción (tanto diaria, como mensual y anual) con la curva de la demanda. Un mayor y mejor aprovechamiento de la energía solar sólo es posible cuando los perfiles de consumo son coincidentes con las curvas de producción de energía de la instalación. Así, los sistemas de evaporación que pueden trabajar de forma continua en el tratamiento de efluentes que han sido previamente almacenados optimizan enormemente el aprovechamiento del recurso solar. No obstante, no es estrictamente necesario almacenar el efluente a tratar para maximizar el rendimiento. Complementariamente, también es posible el almacenamiento de la energía térmica, lo cual permite extender las horas de producción, incluso cuando no hay disponibilidad de radiación solar. Existen diferentes tecnologías para conseguir el aprovechamiento del excedente de energía térmica producida, aunque la forma más desarrollada y utilizada consiste en el uso de sales fundidas. En estos sistemas, un fluido caloportador calentado con radiación solar cede su energía en un intercambiador de calor a una corriente de sales fundidas. Así, durante el ciclo de carga del sistema de almacenamiento, las sales fundidas se bombean desde el tanque de sales a menor temperatura a través de un intercambiador de calor al tanque de sales de mayor temperatura. Y, al revés cuando se consume la energía previamente almacenada.

En numerosos casos, dependiendo de la localización de la planta, la radiación solar disponible a lo largo del año es insuficiente para satisfacer la demanda de producción. En estos casos, es necesario complementar el sistema con otra fuente de energía para poder conseguir que la producción se extienda a lo que sea necesario para satisfacer la demanda. Esto no supone un problema puesto que una de las ventajas de las plantas termosolares es su facilidad de hibridación con otras fuentes de energía, preferiblemente renovables y, en su defecto, procedente del consumo de combustibles fósiles. En este último caso, aunque no se tratará de una planta sin emisiones, sí que se habrán minimizado estas al máximo.

En este sentido, para aplicaciones de evaporación en las que se desea potenciar al máximo la sostenibilidad del proceso, la energía termosolar es una fuente de energía especialmente interesante ya que es renovable, inagotable y fácilmente gestionable hibridándola con otro combustible (biogás, biomasa o combustibles fósiles), además de que es posible el almacenamiento del calor del sol para su uso posterior.

VENTAJAS DE LA SOLUCIÓN SOLARVAP®

Así, el sistema SOLARVAP® pone la tecnología más avanzada al servicio de la sostenibilidad, pues los sistemas de evaporación basados en la destilación por membranas combinados con plantas termosolares presentan una serie de ventajas muy valiosas, factor responsable de que su potencial sea tan elevado. Entre las principales ventajas se encuentran las siguientes:

  • SOSTENIBLE, por la utilización de una fuente de energía renovable e inagotable.
  • ECOLÓGICA, por la minimización y, en algunos casos, no emisión de gases efecto invernadero.
  • TRANSVERSAL, pues es fácil hibridar esta tecnología con el consumo de otras fuentes de energía (biomasa, biogás, etc.).
  • ADAPTABLE, pues la evaporación mediante destilación por membranas presenta un elevado rendimiento con una amplísima variedad de efluentes líquidos diferentes.
  • UNIVERSAL, por poderse implantar en cualquier lugar del mundo en el que la radiación solar sea suficiente.
  • ECONÓMICA, por conseguir unos costes de operación muy bajos mientras que el CAPEX es razonablemente bajo.

El sistema SOLARVAP®, fruto de un desarrollado compartido por parte de las empresas Condorchem Envitech y Rioglass Solar, ambas con una vasta experiencia y una larga lista de referencias a nivel mundial cada una en su sector, aúna todas estas características y es una de las opciones disponibles más avanzadas tecnológicamente y, con diferencia, más económica.

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Los siloxanos en el biogás: origen, efecto y tratamientos

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TIPOS DE BIOGAS Y FUENTES

El sector energético es uno de los más importantes y de mayor desarrollo actual. El mundo ha comprendido, desde el siglo XX, que debe renovar y ampliar sus fuentes de energía para poder satisfacer las necesidades crecientes de la sociedad, cuidando a su vez el medioambiente.

El biogás procedente de vertederos (rellenos sanitarios), plantas de metanización y depuración de aguas residuales (EDAR) constituye un valioso material para la producción de energía, biocombustibles y elaboración de productos químicos como el hidrógeno y el metanol.

Al ser una fuente de energía renovable, es inagotable, limpia y se pueden utilizar de forma planificadas. Su uso genera una menor contaminación ambiental y constituyen una alternativa viable al agotamiento ya sensible de energías fósiles, como el gas natural y el petróleo, dónde ya se mantiene un incremento en sus precios.

EL BIOGÁS, desde un punto de vista técnico, es una mezcla multicomponente de gases, tanto en su composición básica (CH4, CO2, H2, O2, N2, vapor de agua, etc.) como en sus componentes perjudiciales (NH3, siloxanos,hidrocarburos halogenados, BTEX,VOCs, H2S, etc.). Su composición esta íntimamente relacionada con el tipo de materia que se somete al proceso de digestión anaerobia y, en cierta medida, con la tecnología que se usa para su producción.

De aquí que se pueda hablar, en términos generales, de dos tipos de biogás:

  • Sistemas incontrolados. Biogás de vertedero, rellenos sanitarios, pantanos
  • Sistemas controlados. Planta de depuración de aguas residuales urbanas (EDAR) y de plantas de digestión anaerobia (alta carga orgánica).

De forma general, se puede plantear que los segundos se caracterizan por tener elevada concentración de H2S, su principal componente contaminante, y, en el caso de EDAR, la presencia de siloxanos; mientras que en los primeros se caracterizan por la aparición de los siloxanos y los hidrocarburos de alto peso molecular.

Los siloxanos proceden de las siliconas que están presentes en materiales como champú, jabones, tensoactivos, aceites, productos farmacéuticos, etc., que se somete al proceso de digestión anaerobia.

Desde el punto de vista de proceso, se puede plantear que el biogás es el gas procedente del proceso de digestión anaerobia de la fracción orgánica de diferentes tipos de materias, y que se caracteriza por su elevada concentración en metano (CH4), que es quien le da su característica como biocombustible, encontrando esta concentración entre el 40 al 80% v/v del gas generado en dicho proceso.

Por otro lado, toda instalación de aprovechamiento/valorización del biogás cuenta de tres partes fundamentales: producción del biogás (sistema de DA), captación-limpieza y sistema de valorización (electricidad, vapor,biocombustibles o como materia prima para la elaboración de otros productos).

Todas estas etapas son consecutivas, es decir, trabajan en línea con una función específica cada una. En ella juega un papel fundamental la limpieza/acondicionamiento del biogás y sus tecnologías, pues garantiza: 1 2 3

  • Un óptimo funcionamiento de los equipos y máquinas (motores, turbinas, calderas, pilas de combustible) involucradas en su aprovechamiento como material combustible.
  • Una vida útil prolongada de las máquinas utilizadas para su transporte, extracción y compresión (soplantes y compresores).
  • Una mejora en las emisiones de los gases de escape de las máquinas involucradas en su aprovechamiento energético, pues elimina su causa antes de entrar a proceso.
  • Reducción del coste de mantenimiento (reparación y cambio de aceites) de las máquinas involucradas en este tipo de instalación.

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ORIGEN DE LOS SILOXANOS

Entre los componentes de mayor incidencia en el aprovechamiento energético del biogás generado en plantas depuradoras y vertederos están los siloxanos, los cuales producen daños en las máquinas empleadas, reduciendo la vida útil de las mismas por el efecto abrasivo que producen en las partes internas de éstos, así como aumenta el coste de operación por los reiterados cambios de aceites y partes interna de las mismas.

Los siloxanos son una familia de compuestos orgánicos formados por cadenas lineales o cíclicas de silicio, oxigeno y grupos metilos. Son fabricados en un abanico de formas, entre los que se incluyen fluidos de alta y baja viscosidad, gomas, elastómeros y resinas. Se encuentran en cantidades significativas en una amplia y variada gama de productos domésticos, tales como detergentes, champús, desodorantes, pastas dentífricas, cosméticos, entre otros.

La mayoría de ellos se volatilizan rápidamente a la atmósfera, y con el tiempo se degradan en dióxido de carbono, sílice y agua. Pero algunos, no obstante, acaban en las aguas residuales y en los sólidos urbanos de desguace, y se produce su inevitable acumulación en vertederos y depuradores, donde se consideran uno de los contaminantes más difíciles de controlar.

Estos son compuestos orgánicos formados por siliconas, oxígeno y grupos metilos, con unidad estructural (CH3)2SiO, y peso molecular típicamente en el rango comprendido entre 150 a 600.

Su solubilidad en agua decrece con el aumento de su peso molecular; y éstos pueden ser volátiles o no. La Figura 1 muestra la unidad estructural de diferentes tipos de siloxanos.

Siloxanes

Figura 1.1 – Nomenclatura de siloxanos de grupos M y Dn

Siloxanes

Figura 1.2 – Estructura lineal de octametiltrisiloxano (MDM)

Siloxanes

Figura 1.3 – Estructura cíclica de octametilciclotetrasiloxano (D4)

Las Tablas 1 y 2 muestran diferentes especies de siloxanos encontrados en el biogás de vertedero y EDAR, así como algunas de sus propiedades básicas.

Siloxanes

Siloxanes

EFECTO DE LOS SILOXANOS

Las siliconas, a diferencias de los sulfuros, no reaccionan con el agua para formar ácidos. Sin embargo, durante la combustión, las moléculas de siloxanos se rompen liberando oxígeno y silicio. Esta última se combina con otros elementos formando silicatos, sílice y otros compuestos cristalinos, que se depositan en la cámara de combustión (fundamentalmente en la parte alta de la camisa), en las culatas y en las caras de las válvulas.

Estas incrustaciones provocan el desgaste, por abrasión, de diferentes partes internas de los motores. La Figura 2 muestra las incrustaciones que causan los siloxanos en diferentes tipos de máquinas.

Siloxanes

Figura 2 – Motores

Siloxanes

Figura 2 – Calderas

Siloxanes

Figura 2 – Turbinas

El contenido de siliconas permisibles para un buen funcionamiento de los motores de generación no debe exceder, por lo general, < 5 mg/Nm3, aunque cada fabricante de máquina pone sus límites. Un contenido superior indicará posibles problemas de deposición de sílice y, con ello, el quemado de válvulas de escape.En el caso de la turbinas a biogás, dado que operan a altas velocidades de rotación, es decir, por encima de las 10.000. rpm, requieren un balanceado, tanto estático como dinámico, de sus partes móviles muy preciso. Estas disposiciones de siloxanos pueden crea descompensaciones bastantes serias en las mismas, llegando a acusar importantes averías.

TRATAMIENTO DE SILOXANOS

Los sistemas actuales para la eliminación de dichos compuestos utilizan técnicas que poseen, por lo general, una o dos etapas involucradas, entre las cuales se pueden citar el subenfriamiento, la adsorción en carbón activo/silicagel, filtros de grafitos, determinados tipos de resinas, el lavado con ciertos reactivos (metanol, ácido sulfúrico, mezcla de hidrocarburo, etc.).

Sin embargo, las técnicas más aplicada se enuncian a continuación:

Enfriamiento (Figura 3)

  • Hasta los 4ªC.
  • Subenfriamiento (enfriamiento hasta -25°C)

Adsorción

Lavado con ciertos reactivos
Combinación de técnicas

La Figura 3 muestra el comportamiento de la remoción de siloxanos con la temperatura.

Siloxanes

Figura 3. Efecto de la temperatura en la reducción de los siloxanos

CLEAN-BGAS® MP DRY

CLEAN-BGAS® MP DRY es una tecnología multipropósito (limpieza/acondicionamiento), basada en la combinación de operaciones, que se fundamenta en el enfriamiento, condensación, lavado, secado y adsorción en carbón activo, que minimiza tanto el consumo energético como el de carbón activo.

La tecnología cuenta de dos etapas básicas: una de eliminación gruesa de contaminantes, incluyendo los siloxanos tipos D, hidrocarburos y acondicionamiento del biogás para entrada a filtros de carbón activo vía térmica, y otra de refinamiento (eliminación de siloxanos tipo L y D) vía adsorción en carbón activo. Una parte importante de esta tecnología es el recuperador lavador que garantiza el acondicionamiento del biogás en todos los sentidos.

Otra de las ventajas de esta tecnología es que permite eliminar tanto los hidrocarburos pesados, como los que contienen compuesto de cloro o flúor, que inciden, a su vez, en el buen funcionamiento del motor, así como en el cumplimiento de las emisiones de los sistemas de generación de energía.

Esta tecnología CLEAN-BGAS® MP DRY es el resultado del trabajo de I+D+i de Energy & Waste dentro del Grupo Condorchem, que lleva más de 15 años trabajando en el tema de limpieza y acondicionamiento de diferentes tipos de gases, y en particular en el biogás (Figuras 4 a 6).

Siloxanes

Figura 4. Condensados antes y después de la tecnología CLEAN-BGAS® MP DRY. Eliminación de hidrocarburos

Siloxanes

Figura 5. CLEAN-BGAS® MP DRY. Vertedero de Arico-Tenerife

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Figura 6. CLEAN-BGAS® MP DRY. EDAR Mataró. Barcelona

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Referencias.

[1].R.Huppmann, H.W. Lohoff, H.F. Schroder, Fresenius J. (1996). Cyclic siloxanes in the biological waste water treatment process- Determination, quantification and possibilities of elimination, Anal.Chem. 354 (66-71).
[2] Determination of Low Molecular Weight Silicones in Plasma and Blood of Women after Exposure to Silicone Breast Implants by GC-MS, Anal Chem., 2001, 73, 606-61 1.
[3] J. Reina. et al (Nov. 2002). Plant for biogas treatment for its use as biofuel. 9° Congreso Mediterráneo de Ingeniería Química. Barcelona- España.
[4] J. Reina. Humedad y siloxanos en el biogás generado en vertederos y depuradoras. Info enviro. Octubre 2006.
[5] J. Reina. Biolimp-Siloxa. Planta multipropósito para la limpieza del biogás. Infoenviro. Julio/agosto 2008.
[6] Estrella Jara. (Abril. 1999). La lubricación de motores a biogás.. Mobil Oil S.A. Infopower.
[7] M. Constant, H. Naveau, G.-L. Ferrero and E.-J. Nyns. Biogas end-use in the European community. Commission of the European communities. Elsevier applied science.
[8] Estibaliz. A, José. I. Ciria. (2004). Siloxanos en motores de gas. Boletín mensual sobre lubricación y mantenimiento.
[9] Jeffrey L. Pierce, PE. Vice President SCS Energy Long Beach, California. SILOXANE QUANTIFICATION, REMOVAL AND IMPACT ON LANDFILL GAS UTILIZATION FACILITIES. 8TH ANNUAL MOP CONFERENCE AND PROJECT EXPO. January 10-11, 2005. Baltimore, Maryland
[10] Dr. Robert Eden. SHOULD WE BE CONCERNED ABOUT LANDFILL GAS. http://www.organic.com.
[11] Dr. Joaquín Reina. Técnicas de Tratamiento del Biogás. http://www.ewtech-ing.com
[12] Biogás, parámetros comunes. Especialidad Siloxanos. Ingeniería analítica. S.l. Cromatografía y espectrometría.

Tratamiento de residuos nucleares de baja y media actividad

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Gestión de residuos nucleares

De acuerdo con la World Nuclear Association, a fecha de junio de 2018 existen en el mundo 450 reactores nucleares en operación, otros 58 en construcción y 153 más planificados. Sin duda, a corto y medio plazo resulta muy difícil imaginarse una alternativa a la energía nuclear, más difícil aun si se tienen en cuenta las ventajas de la energía nuclear en la mitigación del cambio climático al tratarse de una energía libre de emisiones de gases efecto invernadero.

Lowl and intermediate level radioactive waste treatment

El principal hándicap de la energía nuclear radica en los residuos que genera, los cuales son radioactivos en mayor o menor grado y deben ser gestionados de acuerdo con los estrictos procedimientos de los organismos reguladores.

Los residuos nucleares se clasifican en función de su radioactividad en:

  • Residuos de alta actividad (3% en volumen del total)
  • Residuos de actividad media (7% en volumen del total)
  • Residuos de baja actividad (90% en volumen del total)

El residuo de alta actividad más relevante es el combustible nuclear gastado. Los residuos de baja actividad se corresponden con los utensilios, herramientas y ropa de trabajo utilizados por el personal en las centrales nucleares y que están ligeramente contaminados con partículas radioactivas. Y los residuos de actividad media son generados a partir de materiales de equipos utilizados como filtros, componentes metálicos del interior del reactor y algunos efluentes líquidos procedentes de reprocesamientos.

Mientras que la gestión de los residuos de alta actividad merece mención aparte, la gestión de los residuos de media y baja actividad se basa en su confinamiento en bidones de 220 litros sellados con hormigón y almacenados en depósitos controlados de residuos nucleares. Esta gestión comporta unos costes económicos muy elevados, por lo que su optimización proporciona unos resultados económicos, y también ambientales, muy notables.

Es en esta línea en la que Condorchem Envitech ha desarrollado 4 soluciones que, cada una de manera diferente, vela por la minimización de los residuos, tanto líquidos como sólidos, de media y baja actividad generados tanto en las centrales nucleares como en las plantas de enriquecimiento de uranio. A continuación se describen los procesos desarrollados por Condorchem Envitech para el sector nuclear.

NUCLEANTECH® LAUNDRY

Esta solución ha sido desarrollada para el tratamiento de las aguas residuales generadas en la lavandería de las centrales nucleares y en las duchas del personal. Estas aguas arrastran partículas radioactivas que se han adherido a la ropa de protección y elementos de seguridad del personal (máscaras, guantes, botas, etc.), en especial, durante las tareas de mantenimiento. Para evitar gestionar estas aguas como residuo nuclear de baja actividad por su elevado coste, el proceso NUCLEANTECH® LAUNDRY plantea su tratamiento de forma eficiente, sostenible y segura.

El proceso NUCLEANTECH® LAUNDRY se compone de dos líneas de tratamiento, efectivas en función del nivel de radioactividad de las aguas. Si los valores de radioactividad son inferiores a los límites de vertido (0,02 mSv/año), para conseguir una calidad de las aguas apta para su reutilización en la lavandería, la materia orgánica se oxida mediante la utilización de ozono y radiación ultravioleta. A continuación, el efluente es filtrado y refinado mediante su paso a través de un lecho de carbón activo y, finalmente, evaporado. El vapor condensado se recircula a la lavandería y el concentrado se seca y se gestiona como residuo convencional.

En caso de que las aguas contengan niveles de radioactividad apreciables (superiores a 0,02 mSv/año) la línea de tratamiento con radioactividad entra en funcionamiento. El primer paso es la oxidación mediante el uso de ozono y radiación ultravioleta de la materia orgánica y, a la vez, la ionización de las partículas radioactivas, generalmente iones metálicos. A continuación, éstos son retenidos mediante columnas catiónicas y aniónicas de intercambio iónico y, una vez las aguas están libres de isótopos radioactivos, mediante un evaporador-secador se separa el residuo concentrado, del agua y de los posibles gases no condensables. Estos gases son liberados a la atmósfera después de estar retenidos durante un tiempo de seguridad en un depósito de decaimiento, el agua evaporada y posteriormente condensada puede ser vertida al exterior y el residuo sólido concentrado es el único residuo que sí debe ser gestionado como un residuo nuclear de baja actividad.

Las ventajas de este proceso son numerosas y notables:

  • Elevada eficiencia en el proceso de lavado, en el que la utilización de ozono en el lavado permite reducir la dosis de detergentes e higienizar los materiales lavados.
  • Reutilización del agua, que además de conseguir un ahorro de este recurso, supone la minimización de los efluentes residuales generados en el proceso.
  • Reducción drástica del volumen de los residuos de baja y media actividad generados, con el consecuente ahorro económico y reducción del impacto ambiental.
  • Previsión y control de las especies radioactivas presentes en las aguas residuales (60Co, 129I, 131I, 90Sr, 55Mn, 59Fe, 137Cs, 134Cs, 51Cr, etc.).
  • Flexibilidad del proceso a la presencia de radioactividad en el efluente a tratar.
  • Flexibilidad del proceso a fluctuaciones de caudal y carga a tratar.
  • Estricto cumplimiento de la normativa más exigente.

Necesito tratar el agua de lavandería de mi central

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NUCLEANTECH® H3BO3

El proceso NUCLEANTECH® H3BO3 se presenta como una alternativa a la gestión como residuo nuclear de baja y media actividad de los efluentes procedentes de la regeneración de las resinas de intercambio iónico, que son utilizadas para retener los isótopos radioactivos de las purgas de refrigerante del circuito secundario de los reactores PWR.

Este proceso permite tratar los efluentes producidos en la regeneración de las resinas de intercambio iónico y, mediante un evaporador-secador, se separa el residuo concentrado y de nivel medio de radioactividad, de un efluente descontaminado que puede ser vertido.

La ventaja principal del proceso NUCLEANTECH® H3BO3 consiste en la minimización del volumen de residuo de baja y media actividad generado y que debe ser tratado de manera consecuente con su naturaleza. Esta minimización en la producción de este residuo nuclear se traduce en un elevado ahorro económico y un incremento en la sostenibilidad ambiental del proceso global.

Necesito tratar las aguas boradas de mi central

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NUCLEANTECH® UF6

En las plantas de enriquecimiento de uranio se generan efluentes en el proceso de lavado de los equipos utilizados en la síntesis y transporte del UF6. Estos efluentes contienen sales disueltas y partículas radioactivas, los cuales son gestionados como residuos de baja y media actividad.

El proceso NUCLEANTECH® UF6 constituye una solución para el tratamiento de este efluente de manera que la mayor parte de éste puede ser reutilizado en el proceso de lavado, con el consecuente ahorro de agua y, lo más importante, la minimización del volumen de residuo nuclear que debe ser gestionado externamente.

El proceso se basa en una filtración del efluente seguida de un proceso de evaporación al vacío, en el cual el concentrado se alimenta en un cristalizador para obtener un residuo totalmente seco. Este residuo concentra todas las partículas radioactivas en el menor volumen posible, por lo que se reduce notablemente el coste de la gestión de los residuos generados. El agua separada en el evaporador, una vez condensada presenta una calidad apta para ser reutilizada de nuevo en las operaciones de lavado de los equipos de proceso.

El proceso NUCLEANTECH® UF6 representa una solución sostenible a la generación de residuos de baja y media actividad en las operaciones de lavado en las plantas de enriquecimiento de uranio a la vez que minimiza notablemente el volumen del residuo producido, con el consecuente ahorro económico que esto supone.

Necesito tratar las aguas de producción de UF6 de mi central

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NUCLEANTECH® NWDR

En las plantas de enriquecimiento de uranio y, sobretodo, en las centrales nucleares, se generan grandes volúmenes de residuos que, a pesar de su escasa radioactividad, deben ser gestionados de acuerdo con los protocolos normalizados para los residuos nucleares. Estos residuos proceden de todos los utensilios y materiales de protección desechables que utilizan los trabajadores de las instalaciones, como puede ser el caso de máscaras, guantes, gorros, gafas, trajes de protección, etc. Gestionar este ingente volumen de residuos mediante su confinamiento en bidones de 220 L sellados con hormigón resulta muy costoso.

En algunas instalaciones, allí donde está permitido, estos residuos son incinerados; aunque es una alternativa económica, no es la más ventajosa desde el punto de vista ambiental.

La solución NUCLEANTECH® NWDR (nuclear waste disposal reduction) ha sido concebida como una alternativa innovadora para la minimización del volumen de este tipo de residuo nuclear, pudiendo llegar hasta un 80% de reducción del volumen global. El corazón del proceso está constituido por una etapa de pirolisis de los residuos que, en ausencia de oxígeno, los residuos son destruidos y transformados en un residuo sólido (5% del volumen inicial), una fracción líquida y una corriente gaseosa que es convenientemente tratada antes de ser liberada a la atmósfera. Del tratamiento de la fracción líquida y de la fracción gaseosa también se genera un residuo seco el cual puede suponer el 15% del volumen del residuo inicial.

Las ventajas del proceso NUCLEANTECH® NWDR son numerosas y muy importantes. Entre las más relevantes se encuentran las siguientes:

  • Reducción del 80% del volumen de residuo nuclear de baja y media actividad generado en las plantas que manipulan sustancias radioactivas, especialmente, las plantas de enriquecimiento de uranio y las centrales nucleares. Esto supone una reducción drástica de los costes de gestión de estos residuos.
  • Tamaño de la instalación relativamente pequeño, por lo que los residuos pueden ser tratados in situ sin necesidad de que sean transportados.
  • En el proceso no se generan cenizas contaminantes ni dioxinas puesto que no se produce incineración alguna.
  • El proceso es eficiente, compacto y seguro.

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Tratamiento de los efluentes generados en la industria metal-mecánica

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Efluentes del sector metal-mecánica

El sector metal-mecánica comprende un gran número de actividades económicas, muy diferentes entre sí, que comparten tanto los materiales que utilizan, como los residuos y efluentes que generan. Las actividades más importantes de este sector son las estructuras metálicas y la calderería.

La primera incluye todo tipo de construcción metálica hecha a partir de tubos, perfiles y chapas, atornilladas, remachadas o soldadas.

La calderería agrupa un gran surtido de piezas y equipos fabricados con chapa y que incluyen juntas estancas; los productos pueden ir desde el típico depósito, a intercambiadores de calor o evaporadores, pasando por tubos y conductos, serpentines, etc.

Otras actividades incluidas en este sector son aquellas de transformación de metales sin arranque de viruta (por estampación, extracción, trefilado, embutición), las de mecanización con arranque de viruta (fresado, torneado, rectificado, corte, etc.) y las de acabados basados en tratamientos térmicos y de superficies. Así pues, la variedad de actividades es realmente amplia.

Tratamiento de taladrinas

Todas estas actividades tienen en común que utilizan como materia prima los mismos materiales: acero, hierro, acero inoxidable, aluminio, etc., además que producen impactos ambientales similares.

Básicamente, los aspectos que más incidencias sobre el medio ambiente causan son las emisiones de gases nocivos y contaminantes a la atmósfera, la generación de efluentes líquidos que deben ser convenientemente tratados antes de su vertido y la producción de residuos sólidos.

Por el tipo de actividad, este tipo de industria es una gran consumidora de aceites lubricantes, utilizados asiduamente para facilitar la lubricación y refrigeración en las diferentes modalidades de corte, moldeado y tratamiento mecánico de piezas metálicas.

Estos aceites lubricantes, una vez han sido utilizados, se convierten en un residuo líquido contaminante que debe ser gestionado correctamente.

De entre todos los productos utilizados, los que tienen mayor relevancia son las taladrinas, que son utilizadas mayoritariamente en la industria del mecanizado metálico por sus propiedades:

  • Lubricantes, protegiendo las herramientas al reducir la fricción.
  • De refrigeración, evitando un sobrecalentamiento de piezas y herramientas, que provocaría microsoldaduras que originarían un mal acabado superficial.
  • De evacuación de limaduras, evitando el efecto abrasivo de las mismas.
  • De prevención de la corrosión a máquinas y piezas.

Así, el uso de taladrinas es necesario en los procesos en los cuales se produce un contacto directo entre la pieza metálica que se está trabajando y la herramienta utilizada por sus propiedades lubricantes, refrigerantes, de evacuación de las virutas y limaduras producidas, además de prevención de la formación de óxido.

Características de las taladrinas como contaminantes

A medida que se van utilizando las taladrinas, sus propiedades se van reduciendo, decayendo su rendimiento y contaminándose con agentes externos tales como aceites y grasas, partículas metálicas, polvo ambiental, microorganismos que degradan la materia orgánica, etc.

Llegadas a este punto, las taladrinas se convierten en residuos altamente contaminantes, tanto para el medio ambiente como para el entorno de trabajo, por lo que son consideradas como residuos peligrosos por la normativa europea.

A su potencial contaminante debe añadirse que su correcta gestión es muy costosa, por el hecho de la elevada proporción de agua que contiene, que incrementa el volumen de residuo original además de producir una fuerte emulsión, que dificulta posteriormente los procesos de separación y depuración.

Para mejorar su capacidad lubricante, en la formulación de las taladrinas se incluye aceite y, para aumentar su capacidad refrigerante, se añade agua.

Esto hace que a nivel industrial existen muchos tipos diferentes de taladrinas, que en realidad son una emulsión aceite-agua, dependiendo de qué propiedades se desee potenciar.

Siendo el agua y el aceite los componentes principales de las taladrinas, también incorporan una larga lista de aditivos, entre los que se destacan los siguientes:

  • Tensoactivos: sulfonatos de sodio y glicoles
  • Inhibidores de la corrosión: aminas, amidas, boratos, nitritos, etc.
  • Humectantes: alcoholes, fosfatos, etc.
  • Antiespumantes: ésteres, siliconas, derivados etoxilados, etc.
  • Biocidas: formoles, fenoles, boro, poliglicoles, etc.
  • Aditivos para operación a alta presión

El consumo de las taladrinas es continuo y periódico, debido a la pérdida de sus propiedades y al consumo neto producido por los derrames y los arrastres con las piezas.

El uso continuado de las taladrinas hace que sus propiedades vayan mermando debido a las altas temperaturas alcanzadas durante el mecanizado de metales, los componentes más volátiles se evaporan.

Las pérdidas de taladrinas producidas por los derrames, el arrastre con las piezas, etc. se unen a las aguas residuales generadas en la planta y forman el efluente conocido como “aguas aceitosas”.

Por otro lado, los baños de taladrinas se van contaminando a medida que aumenta su utilización (con impurezas metálicas) y también están sometidos a procesos de degradación microbiológica; por todo ello, es necesaria su reposición periódica y se generan unos residuos líquidos llamados “taladrinas agotadas”.

En aquellas empresas que tienen un gran consumo de taladrinas, existen unidades de recuperación de taladrinas que, después de un proceso de separación de limaduras y virutas metálicas, se consigue alargar un poco más la vida útil del baño de taladrinas.

Es así que los procesos que utilizan taladrinas generan unos efluentes tóxicos e irritantes que contienen metales pesados, biocidas, productos de descomposición de naturaleza tóxica, etc. que hacen que la normativa europea los catalogue como residuos peligrosos y que no puedan ser evacuados a la red pública de alcantarillado por los graves problemas que causaría en las instalaciones de depuración.

La mayoría de los procesos convencionales utilizados en el tratamiento de las taladrinas deben ser revisados y actualizados debido, principalmente, a dos factores.

Por un lado, la legislación en materia de vertidos es cada vez más estricta y restrictiva. Y, por el otro lado, cada vez se hacen patentes más dificultades para un tratamiento efectivo.

Estas dificultades tienen su origen en el cambio reciente de la formulación de las taladrinas, que, en detrimento de las emulsiones de aceite, han pasado a ser de naturaleza sintética, siendo mayor la dificultad de la ruptura de la emulsión y así, también de la separación de la fracción oleosa de la taladrina.

Además de las taladrinas, las aguas residuales generadas en las actividades del sector metal-mecánica también presentan sólidos en suspensión, metales varios, elevada conductividad, fosfatos y tensioactivos.

¿Qué tratamiento es el más adecuado para las taladrinas?

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Tratamientos de taladrinas

Existen diferentes métodos de tratamiento de estos efluentes, los cuales se pueden clasificar en si son destructivos o no destructivos.

Entre los métodos no destructivos se encuentran el tratamiento químico, el tratamiento mediante membranas y la evaporación. Y entre los métodos destructivos se hallan el tratamiento biológico, la incineración y los procesos de oxidación avanzados (oxidación húmeda y oxidación con agua supercrícita, OASC).

A continuación, se analizan por separado las diferentes alternativas de tratamiento:

Proceso químico

Es uno de los tratamientos más utilizados en el siglo pasado puesto que la base es muy conocida y es fácilmente escalable en un amplio rango de caudales a tratar.

La filosofía del tratamiento se basa en la neutralización de las cargas superficiales con el fin de romper la emulsión.

Tradicionalmente, esto se ha conseguido mediante la adición de ácidos inorgánicos como sulfúrico o clorhídrico y sales tales como cloruro sódico, cloruro cálcico, sulfato férrico, cloruro de hierro y de magnesio y sulfato de aluminio. La adición de una cantidad suficiente de catión da lugar al proceso de desemulsificación.

No obstante, en la formulación de las taladrinas se ha buscado obtener productos más estables para resistir el ataque de los cationes liberados en los procesos de corte y mecanizado de metales que tienden a romper la emulsión.

Esto se ha obtenido mediante la dosificación de agentes emulsionantes y dispersantes, lo que ha llevado a que el tratamiento de las taladrinas sea más difícil mediante este tratamiento.

Una variante a la adición de sales inorgánicas para la ruptura de la emulsión es la utilización de polímeros. El principio es el mismo, los polímeros con cationes de gran carga tienen por objetivo desestabilizar las cargas negativas de las gotas de aceite.

El resto de contaminantes presentes en las aguas residuales que acompañan a las taladrinas también pueden ser eliminados en este proceso, aunque en función de la composición exacta del efluente el proceso físico-químico debe ser adaptado.

Tratamiento mediante membranas

Las membranas utilizadas son las de ultrafiltración, puesto que las de microfiltración no presentan una capacidad de retención adecuada y las de nanofiltración y ósmosis inversa se ensucian fácilmente con los compuestos orgánicos de elevado tamaño molecular.

Mediante la ultrafiltración se han conseguido buenos resultados trabajando a baja presión, aunque hay ciertas condiciones de operación que las membranas no toleran, como es el caso de la temperatura moderada-alta (superior a 60 ºC), valores de pH extremos, elevada cantidad de sólidos, grandes cantidades de aceites no emulsionados, presencia de disolventes, etc.

Además, no se debe perder de vista que aquellas moléculas de bajo peso molecular pueden atravesar fácilmente la membrana de ultrafiltración.

Evaporación al vacío

La evaporación al vacío permite el tratamiento efectivo de aquellos efluentes en los que los métodos convencionales no son una solución.

Se trata de una tecnología sencilla, robusta y madura que permite el tratamiento de las aguas aceitosas con una gran eficacia y que se adapta fácilmente a variaciones tanto en el volumen como en la concentración del efluente a tratar.

La tecnología ha evolucionado en las últimas décadas hasta el punto que el consumo energético es moderado y se presenta como una de las alternativas de tratamiento más competitivas.

A esto contribuye tanto la calidad del agua separada como el pequeño volumen de residuos que se genera. En este sentido, se trata de la única alternativa de tratamiento que por sí sola es capaz de reducir el volumen de efluente hasta cantidades muy reducidas sin la necesidad de procesos complementarios.

Tratamiento biológico

Debido a la inclusión en la formulación de las taladrinas de agentes antimicrobianos que permitan que el producto no sea degradado por la acción microbiológica, como es el caso de derivados del boro, fenoles, formoles y poliglicoles, el tratamiento biológico como único tratamiento de esta agua residuales no es altamente efectivo.

Para conseguir rendimientos aceptables de depuración es necesario combinar el tratamiento biológico con un proceso previo físico-químico e, incluso, en ocasiones es necesario refinar el efluente tratado mediante tratamientos terciarios.

Incineración

Aunque la incineración de aceites y grasas es factible debido a la energía liberada por su combustión directa, en el caso de las aguas residuales generadas en este tipo de industrias, que presentan una elevada proporción de agua, la incineración de este efluente no es un proceso viable para su tratamiento, a no ser que se preceda de un proceso de evaporación.

Procesos de oxidación avanzados (oxidación húmeda y oxidación con agua supercrítica (OASC)

La oxidación húmeda consiste en un proceso de oxidación en fase acuosa a presiones y temperaturas moderadas-altas (50-200 bar y 100-300 ºC). En estas condiciones es viable el tratamiento de efluentes con elevadas cargas o que contengan compuestos tóxicos que hagan inviables lo tratamientos convencionales.

La oxidación en agua supercrítica se diferencia de la oxidación húmeda en que las condiciones de presión y temperatura superan el punto crítico del agua (221 bar y 374 ºC).

En condiciones supercríticas la eficacia de destrucción de contaminantes es muy elevada incluso con tiempos de reacción reducidos.

Ambas tecnologías presentan una elevada capacidad de destrucción de compuestos refractarios, la OASC mayor que la oxidación húmeda, pero el elevado coste que conlleva su inversión, funcionamiento y mantenimiento hacen que no sea una tecnología competitiva.

Además, una vez oxidados todos los contaminantes orgánicos, sería necesario algún proceso complementario para tratar el resto de contaminantes como pueden ser los metales, etc.

En la siguiente tabla se comparan entre sí las diferentes alternativas de tratamiento de las taladrinas frente a las variables más relevantes a la hora de seleccionar el proceso de tratamiento de un efluente:

Método químicoMembranas ultrafiltraciónProceso biológicoEvaporación al vacíoOxidación húmedaOASC
Proceso maduroNoNo
Eficacia eliminación aceiteVariableMuy elevadaBajaTotalMuy elevadaTotal
Adaptación variación caudal entradaMalaMalaMalaMuy buenaBuenaBuena
Adaptación variación concentración entradaMuy malaBuenaMalaMuy buenaBuenaBuena
Espacio requeridoGrandeBajoModeradoBajoElevadoElevado
Mantenimiento necesarioBajoModeradoBajoBajoAltoAlto
Generación de residuosAltoModeradoModeradoMuy bajoBajoBajo
Consumo de reactivosAltoMuy bajoMuy bajoMuy bajoModeradoModerado
Consumo energéticoBajoBajoModeradoModeradoModeradoModerado
Necesidad tratamiento complementarioNoSí, para el rechazoNo

Conclusiones

Así pues, el sector metal-mecánica comprende un elevado grupo de actividades económicas que tienen en común, entre otras características, que en todas ellas se utilizan taladrinas para facilitar el trabajo cuando se produce un contacto directo entre la pieza mecanizada y la herramienta que se utiliza.

Las taladrinas, que son una emulsión de agua y aceite con una larga lista de aditivos, van perdiendo sus características a medida que son utilizadas y se deben ir reponiendo.

Fruto de su uso, se producen derrames y arrastres que acaban llegando a las aguas residuales y de limpieza.

Para el tratamiento de estos efluentes líquidos, que además de taladrinas también contienen otros contaminantes como sólidos en suspensión, metales varios, elevada conductividad, fosfatos, tensioactivos, etc. no todos los procesos son viables.

Entre los más competitivos se encuentran el tratamiento mediante membranas de ultrafiltración y la evaporación al vacío, si bien este último es el único proceso capaz de tratar el efluente generando una mínima cantidad de residuos que gestionar.

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