La técnica de la concentración-evaporación se caracteriza por transformar un efluente líquido en dos corrientes, una de agua de alta calidad y otra, consistente en un residuo concentrado. El agua obtenida tiene una calidad suficiente para ser reutilizada, mientras que el residuo puede ser concentrado incluso llegando casi a la sequedad total. Al concentrar el residuo a estos niveles se disminuyen notablemente los costes de gestión de residuos.
Para conseguir evaporar el agua sin que los costes energéticos se disparen, la evaporación no se lleva a cabo a presión atmosférica, sino al vacío. Así se ahorra energía. A medida que disminuye la presión, la temperatura a la que el agua hierve, también se reduce. Por ejemplo, si a la altura del nivel del mar (presión 760 mm Hg) el agua hierve a 100 ºC, en la cima del Aneto (3.404 m sobre el nivel del mar, presión atmosférica entorno a los 500 mm Hg) la temperatura de ebullición del agua es de 88 ºC; y en la cima del Everest (8.848 m, 225 mm Hg) el agua hierve a 68 ºC. Así pues, si en el interior del evaporador se reduce la presión sustancialmente, el agua hierve a temperatura casi ambiental: operando a 40 mm Hg de presión absoluta, el agua se evapora a 34 ºC. A la práctica, como el líquido que hierve no es agua pura, la temperatura de ebullición es ligeramente superior.
Los evaporadores al vacío son una solución competitiva y eficiente para tratar aguas residuales que con los métodos más convencionales (tratamientos físico-químicos y biológicos) no se consiguen resultados aceptables. Esto sucede fundamentalmente cuando el efluente contiene una concentración de sales muy elevada, compuestos no biodegradables, sustancias tóxicas para los microorganismos, metales, etc. Estos efluentes son producidos en la industria por servicios generales: purgas de calderas, efluentes de regeneración de resinas de intercambio iónico, rechazos de procesos de ósmosis inversa, fangos de tratamiento de agua de proceso, purgas de torres de refrigeración, etc., así como efluentes específicos de la industria alimentaria (tratamiento de salmueras), la industria galvánica (baños agotados, aguas de lavado y de tratamiento de superficies), las industrias química, farmacéutica y cosmética (aguas de lavado de tanques y reactores, etc.), la industria de fabricación de pinturas (lavado de reactores), la industria del automóvil y del metal en general (emulsiones aceitosas, desengrasantes, taladrinas, líquidos penetrantes), de artes gráfica (tratamiento y concentración de tintas y aguas de lavado de rodillos), gestores de residuos (lixiviados de vertederos, aguas de elevada conductividad, etc.), residuos sanitarios, etc. La evaporación no sólo se utiliza para el tratamiento de efluentes, sino que en la industria alimentaria se utiliza extensamente para concentrar todo tipo de sustancias sensibles al calor (concentración de zumos, fabricación de leche condensada, eliminación del alcohol para obtener cerveza sin alcohol, etc.).
Los equipos necesarios para llevar a cabo el proceso de evaporación-concentración al vacío se podrían clasificar dentro de tres grandes tipos, en función del procedimiento para calentar el efluente hasta la temperatura de proceso:
• Evaporador al vacío por bomba de calor: mediante la compresión de un gas refrigerante, se cede calor al líquido a evaporar mediante un intercambio de calor. A continuación, un condensador que enfría el líquido evaporado, por medio de una válvula termostática, provoca que se expansione el gas refrigerante de nuevo, el cual circula en un circuito cerrado. Al estar el equipo operando en condiciones de vacío, es posible evaporar a temperaturas que están alrededor de los 40 ºC, hecho que hace que no sea necesario ningún otro aporte de calor ni de frío. Esto hace que se trate de un proceso económicamente atractivo.
• Evaporador al vacío por compresión mecánica del vapor: el destilado se comprime mecánicamente para incrementar su temperatura y obtener así vapor sobrecalentado, el cual, mediante un intercambiador de calor, cederá su energía para calentar el líquido a evaporar mientras el propio vapor condensa. Así, se consigue ahorrar, por un lado, energía para calentar el líquido a evaporar y, por otro, una fuente de refrigeración para la condensación.
• Evaporador al vacío de múltiple efecto: consiste en la conexión de varios evaporadores conectados en cascada. En el primero de ellos se utiliza agua caliente o vapor fresco para calentar el líquido a evaporar. El destilado que se genera en el primer evaporador sirve como agente de calefacción en el segundo evaporador. Y así sucesivamente, el vapor generado en el segundo evaporador se utiliza para calentar el líquido del tercer evaporador. Es una opción muy competitiva cuando el caudal a tratar es elevado, porque el ahorro en calefacción es significativo en relación a un evaporador de simple efecto.
Las ventajas de la evaporación-concentración para el tratamiento de aguas residuales y efluentes líquidos son diversas y muy importantes. La primera, que se trata de una técnica eficiente en el tratamiento de aguas que presentan dificultad para ser tratadas mediante técnicas convencionales, las cuales no proporcionan resultados óptimos. En estos casos, la evaporación-concentración al vacío es una técnica eficaz y competitiva. También, hay que tener presente que el agua destilada que se obtiene es de una gran calidad y permite que sea reutilizada dentro del proceso, facilitando implantar una política de vertido cero. Por otro lado, el residuo concentrado, que sufre una importante reducción de peso, hace que los costes de gestión de residuos disminuyan cuantiosamente. Además, por lo general, no es necesario utilizar reactivos químicos, salvo en contadas ocasiones, que se precisa de la dosificación de un antiespumante. Asimismo, los equipos son compactos, prácticos e instrumentalizados, por lo que el seguimiento de su funcionamiento es sencillo, permitiendo llegar a tratar efluentes de hasta 20 m3/h en un solo evaporador. Finalmente, también se debe tener en cuenta que al no haber de calentar el efluente hasta elevadas temperaturas, ya que al trabajar al vacío el agua hierve a 35-40 ºC (en función de la presión de operación), los requerimientos energéticos del evaporador no tienen por qué ser corrientes energéticas de alta calidad y excedentes energéticos de otros procesos serán de utilidad en la mayoría de los casos.
A modo de conclusión, destacar que la evaporación-concentración al vacío es una tecnología novedosa, eficiente y competitiva que permite obtener muy buenos resultados en el tratamiento de aquellos efluentes que mediante otras técnicas es complejo. En muchos casos permite la implantación de políticas de vertido cero, con todas las repercusiones ambientales positivas que esto supone. Además, gracias a la reducción de la cantidad de residuo generado y a la obtención de una corriente de agua de elevada calidad, la recuperación de la inversión económica es relativamente rápida. Y se reduce aún más si se puede utilizar algún excedente energético de algún otro proceso.
