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Tratamiento de aguas residuales en fábricas de pescado y marisco

SECCIONES

Introducción

El sector pesquero, o industria pesquera, es una parte del sector primario, o más bien una actividad económica de este, que se basa completamente en la pesca y producción de pescado, marisco y cualquier otro producto procedente del mar para su posterior consumo o incluso utilización como materia prima. El pescado no solo forma parte de la dieta del ser humano, sino que también se utiliza para dar forma a otros tantos productos que son parte de nuestro día a día, como son por ejemplo los aceites y determinadas harinas especiales, utilizadas en la cocina.

A escala mundial en 2018 la producción pesquera fue de 180 millones de toneladas, de las que un 47 % corresponde a acuicultura. El trío en cabeza está conformado por China (14,8 millones de toneladas), Indonesia (6,1 millones de toneladas) y Estados Unidos (4,9 millones de toneladas), según los datos recogidos en 2014.

Las industrias conserveras de pescado

La conservación es el resultado del proceso de manipulación de los alimentos, de tal forma, que sea posible preservarlos en las mejores condiciones posibles durante un largo periodo de tiempo. El objetivo final de la conserva es mantener los alimentos preservados de la acción de microorganismos capaces de modificar las condiciones sanitarias y no perder su sabor. El periodo de tiempo que se mantienen los alimentos en conserva es muy superior al que tendrían si la conserva no existiese. El alimento enlatado tiene muchos atributos, ya que sus elementos esenciales como lípidos, glúcidos, proteínas, vitaminas y minerales casi no se modifican, estas cualidades le confieren un alto valor industrial.

El pescado es la materia prima básica para la industria conservera. En el proceso de elaboración de conservas de pescado se describen las operaciones de fabricación de acuerdo con los procedimientos tecnológicos, entre las cuales tenemos: la recepción, eviscerado, cocimiento, fileteado, envasado, el vacío de las conservas, cierre del envase, esterilización, enfriamiento y etiquetado.

El tratamiento térmico considerado punto crítico se traduce en la inactivación de las enzimas y la destrucción de las diversas formas microbianas presentes en el producto; en cuanto al calor letal de esterilización puede darse a 116 o 121 °C, dependiendo en ambos casos del factor tiempo y principalmente del tamaño del envase.

Clasificación y definición

  • CONSERVA DE PRODUCTOS PESQUEROS.- Son aquellos productos envasados herméticamente y que han sido sometidos a esterilización comercial.
  • CONSERVA DE PRODUCTOS PESQUEROS AL NATURAL.- Es la conserva elaborada a base de productos crudos, sazonados con sal y cuyo medio de relleno es su propio líquido.
  • CONSERVA DE PRODUCTOS PESQUEROS EN AGUA Y SAL.- Es la conserva elaborada a base del producto pre-cocido o no, al cual se le ha agregado, como medio de relleno básico agua y sal en proporciones indicadas en las NTPs correspondientes.
  • CONSERVA DE PRODUCTOS PESQUEROS.- Es la conserva elaborada a base del producto pre-cocido, sazonado con sal y al cual se le ha agregado aceite comestible como medio de relleno básico.
  • DESMENUZADO (GRATED).- Es una mezcla de partículas de músculo de pescado que han sido reducidos a un tamaño uniforme y pasan a través de un tamiz INDECOPI 12,7 mm.  El producto debe estar libre de escamas. En lo posible, deberá estar libre de piel, sangre coagulada, huesos y carne oscura.
  • El contenido ocupará como mínimo el 95% de la capacidad del envase. El peso escurrido de este tipo de conserva será como mínimo el 75% del peso neto. Según la NTP 204.008 las conservas de atún, entre otras, también pueden ser “desmenuzado o rallado (grated)”.

Para la elaboración de conservas de pescado, independientemente de la materia prima que se trate, se pueden definir de forma global las siguientes etapas:

Tratamientos previos: Consisten en la manipulación de la materia prima con el fin de darle la forma y las dimensiones adecuadas para su envasado. En esta etapa se incluyen operaciones como el lavado, desescamado y pelado, eviscerado, eliminación de la espina, desconchado y troceado. En la actualidad muchas de estas operaciones se realizan de forma automatizada, aunque todavía existen fábricas en las que se realizan manualmente. En estos procesos se utilizan grandes cantidades de agua y se generan elevados caudales de vertidos con elevada carga orgánica.

Preparación: Se trata de una precocción, se puede realizar en agua, aceite o aire caliente, de esta forma se coagulan las proteínas del pescado, se desprende la carne del esqueleto o de la concha, se le da a los productos la textura y el sabor deseados.

Limpieza: Tienen como misión eliminar las espinas, piel y porciones no comestibles del pescado.

Fritura: En algunos productos se realiza fritura o cocción en aceite para preservar el sabor y el aroma de los alimentos.

Envasado hermético: En general se hace de forma automática.

Cerramiento: Se realiza para eliminar los gases haciendo vacío dentro de la lata.

Tratamiento térmico: se realiza un tratamiento mediante la utilización de una autoclave; de esta forma, se destruyen todos los gérmenes que puedan alterar las características organolépticas del contenido de la lata.

Enfriamiento: Se suele realizar con agua o aire fríos. Dependiendo de la conserva se realizará en un tiempo concreto, con esta operación se evitan posibles alteraciones en la textura del producto.

Almacenamiento: acumulación de los productos en condiciones ambientales que no alteren el envase, controlando la temperatura, humedad y suciedad. Ponemos como ejemplo , el proceso de elaboración de conservas de fabricación del atún

el proceso de elaboración de conservas de fabricación del atún

Problemática ambiental en el sector de la conserva

Las industrias que procesan pescados y mariscos generan efluentes industriales con gran cantidad de aceites y sales. Por esa razón, se hace necesario un previo tratamiento de aguas residuales ; no sólo para poder verter las aguas sin contaminar, sino también para poder controlar los malos olores generados de la cocción de este alimento.

Las salmueras se deben tratar de la misma manera que las aguas saladas. Hasta hace poco tiempo, ninguna empresa llevaba a cabo el tratamiento de aguas residuales en el procesado de pescados. Simplemente, vertían a los mares las aguas con salmuera. Es entonces necesario un tratamiento que gestione tanto los residuos líquidos como los sólidos. Incluso se han tenido en cuenta opciones que minimicen el impacto ambiental por causa del vertido directo de aguas salinas .

Para estudiar los procesos convencionales de tratamiento de los efluentes generados para una industria conservera de pescado y marisco, proponemos el ejemplo de una que se produce mejillón y atún enlatado.

En primer lugar, los efluentes se separan en grasos y no grasos, para poder realizar en ellos los tratamientos más adecuados. En el siguiente cuadro se facilitan los datos de una industria tipo situada en las rías gallegas:

Vertidos de fábrica conservera de mejillones y atún

Caudal (m3/d)SS (mg/l)DQO (mg/l)DBO (mg/l)Grasas (mg/L)
Proceso mejillón
Aguas grasas198289444419251945
Aguas no grasas436.5724755385748
TOTAL VERTIDO 1634.558819068651122
Proceso del atún
Aguas grasas188621395315991885
Aguas no grasas314771714352662
TOTAL VERTIDO 250271518908191120

 

Línea de tratamiento efluentes con grasas:

Se dispone de la siguiente línea de tratamiento:

  • Desbaste en reja de limpieza automática de 5 mm de luz, en la que se retendrán restos de sólidos como escamas, algas, pedazos de conchas …etc.
  • Homogeneización y regulación de caudales.
  • Equipo de flotación para grasas tipo CAF , que produce la separación de grasas y flotantes mediante la creación de microburbujas de aire cavitado de 0,5 – 1 mm de tamaño. No se adicionan productos coagulantes ni floculantes , pues el resultado obtenido es suficiente y así no se contaminan los residuos que pueden ser destinados a fabricar subproductos como materia prima para alimentación animal u otras utilidades.

Tras este tratamiento se obtuvo un efluente con las siguientes características:

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Resultados tras el tratamiento de aguas con grasas

SS (mg/l)DQO (mg/l)DBO (mg/l)Grasas (mg/L)
Aguas de proceso878564030892245
Agua tratada1321290803253
Rendimiento (%)80777489

 

Los lodos flotantes tienen una tasa de MS del 2 – 3 %, lo que exige de un proceso de concentración adecuado a la finalidad que se persigue; así si se desea enviar a vertedero, probablemente con un centrifugado tendrá suficiente, como para alcanzar los valores exigidos (aprox. 30 % de MS), pero si se desea destinar a la elaboración de un subproducto, el tratamiento más eficiente sería el de evaporación al vacío, que puede ser complementario del anterior; además el condensado obtenido se puede reutilizar como agua de proceso por su elevada calidad.

Efluentes con bajo contenido de grasas

Para estos vertidos, se dispone primero de un desbaste grueso para eliminar los elementos de mayor tamaño del vertido, y , a continuación, se procede a un tamizado fino (aprox. 1,5 – 3 mm), pues el bajo contenido en grasas no lo colmatará con rapidez. Estos sistemas son de limpieza automática. Los efluentes obtenidos tienen las siguientes características:

Resultados tras el tratamiento de tamizado de aguas no grasas

SS (mg/l)DQO (mg/l)DBO (mg/l)Grasas (mg/L)
Aguas de proceso771714352662
Agua tratada154214106200
Rendimiento (%)80707070

 

Ambos vertidos se envían a un pozo de bombeo final que conduce el efluente mezclado hasta el mar mediante un emisario a 800 – 1000 m de la costa, a fin de evitar problemas de formación de espumas y olores. Se deberá cumplir con la normativa que resulte de aplicación.

Concentraciones limite instantáneas de parámetros contaminantes más importantes para los efluentes de fábrica:

SS (mg/l)DQO (mg/l)DBO (mg/l)Grasas (mg/L)
Parámetros aplicables ría de Vigo6001000600400
O.M. 13 de junio 1993 para emisarios de vertidos (BOE 27.IV)600350
Reglamento del dominio público hidráulico30050030040

SALAZÓN DE PESCADOS

Salazón de pescados

La salazón de pescado es, posiblemente, la especialidad gastronómica más antigua de cuantas existen en España. Su origen se remonta a la Edad de Bronce donde ya se explotaba comercialmente la sal para utilizarla en las salazones.

En la actualidad los países desarrollados siguen utilizando la salazón en el pescado, pero no ya para conservar este alimento, puesto que existen métodos más eficaces que alteran menos las cualidades del pescado, sino porque confiere al pescado unos aromas y sabores finales deseados por los consumidores.

Características y proceso de elaboración.

La salazón es un método utilizado para conservar el pescado (también otros alimentos) mediante la deshidratación parcial del producto, el refuerzo de su sabor y la inhibición de ciertas bacterias. Se realiza utilizando sal propiamente dicha o salmueras (soluciones concentradas de sal). El proceso tradicional para alcanzar esta preparación se compone de:

Limpiado. Al pescado se le extraen las vísceras, dejando solamente la carne y raspa.

Apilado. El pescado se coloca extendido sobre una capa de sal (aproximadamente de un centímetro de espesor). Se añade otra capa de sal y se van intercalando capas de pescado y sal. Sobre esta preparación se coloca un peso, equivalente a algo más de la mitad del peso del pescado.

Reposo. Se conserva durante una semana y media.

Lavado. Se saca el pescado y se lava con una preparación de agua y vinagre.

Oreado. Se sitúa al aire en un lugar donde no le incida el sol directamente y dependiendo del clima de deja unos días determinados.

Actualmente el proceso para obtener algunas salazones difiere en tiempos y materiales utilizados. En preparaciones como hueva o mojama las capas permanecen en reposo durante 24 horas, tras las que tiene lugar el lavado y su introducción en prensas que escurren el agua. Tras pasar por el secadero se envasan al vacío. El secado tiene lugar en la secadora, una habitación aislada con extractor de humedad que aplica calor seco (su uso es exigido por sanidad).

Los principales pescados que se conservan en salazón son : El bacalao, la anchoa, los arengues , bonito , atún, melva, caballa, bacaladilla, pulpo, mojana, huevas …etc.

Tratamiento de aguas residuales en salazón de pescados

Los residuos resultantes en el tratamiento de aguas residuales en salazón de pescados pueden clasificarse en:

  • Líquidos: Están conformados por materia orgánica en su mayoría, pero tienen además grandes cantidades de sólidos en estado de suspensión, sales, proteínas y grasas.
  • Sólidos: Este tipo de residuos se genera especialmente cuando se cortan los pescados. En este proceso se retiran las vísceras, escamas, cola, cabeza, etc.

Tratamiento de aguas residuales en salazón de pescados con evaporador al vacío

Los evaporadores al vacío constituyen la mejor opción si de tratamiento de aguas residuales en salazón de pescados se trata. Una de sus ventajas es que puede manejar altos volúmenes de efluentes. Además, los subproductos resultantes como las grasas y proteínas con omega 3 pueden ser comercializadas. Para ello se aplica en el proceso una membrana de ultrafiltración y posteriormente, el evaporador al vacío.

Con la evaporación al vacío puede lograrse el vertido cero, puesto que este tratamiento de aguas residuales en salazón de pescados transforma el agua salada en un producto destilado de calidad. Incluso, puede llegar a recuperarse hasta el 95% del agua original. Para lograrlo, se aplica en principio el proceso de ósmosis inversa en función del grado de concentración que tenga el efluente. Después va al evaporador al vacío en donde se secan y cristalizan las sales.

Resumen

Habitualmente las industrias de pescado y marisco se ubican cerca de las costas. Esto es debió básicamente a la facilidad de disponer del pescado y de la posibilidad de tomar el agua del mar y devolverla mediante emisarios para evitar la elevada concentración de contaminantes cerca de las playas y la población; no obstante , existen substancias como los aceites que se utilizan para los cocimientos de los pescados y la elevada carga orgánica que se genera en el procesado, lo que obliga a elevados consumos de agua y genera una contaminación progresiva en los puntos de vertido.

Desde hace unos años, se vienen reciclando aguas en los procesos de lavado a fin de reducir los consumos y vertidos de agua , y posteriormente a utilizar sistema físico químicos como la coagulación, floculación ,tamizado y la flotación.

La evaporación a vacío constituye una buena solución tanto para concentrar los subproductos obtenidos, como para reducir la salinidad obtener condensados de alta calidad destinados a las aguas de lavado y cocción.

Rfas. bibliográficas y en internet:

Manual Técnico del Agua (Dègremont)

http://www.vidamediterranea.es/la-salazon-en-los-pescados/

https://espesca.com/industria-pesquera

https://es.scribd.com/presentation/92333892/La-Industria-Pesquera-02-1

Diagrama de flujos tratamiento de efluentes industria conservera de pescados

Diagrama de flujos tratamiento de efluentes industria conservera de pescados

Diagrama de flujos industria de salazón de pescados

Diagrama de flujos industria de salazón de pescados

Tratamiento de efluentes con DQO refractaria

Secciones

Introducción

Efluentes no biodegradables.

Con  frecuencia, nos encontramos con vertidos que contienen determinados compuestos orgánicos que confieren a estos efluentes un carácter refractario en lo relativo a su tratamiento biológico.

Estos compuestos aportan una determinada toxicidad en función de su concentración. La eliminación efectiva de estos contaminantes orgánicos en las aguas residuales es un problema de gran importancia y cuya solución urge, pues afecta principalmente a los recursos naturales del agua.

Este tipo de contaminación se debe a la presencia de hidrocarburos aromáticos polinucleados (PAH), compuestos fenólicos, hidrocarburos halogenados (AOX), BTEX, pesticidas, colorantes, etc. Todos ellos pueden ser agrupados de forma común bajo el parámetro de la DQO refractaria.

La Ley 16/2002 de Prevención y Control Integrados de la Contaminación (IPPC), que transpone la Directiva Europea 96/61/CE del mismo nombre, establece la lista de las principales sustancias contaminantes que se tomarán obligatoriamente en consideración si son pertinentes para fijar valores límite de emisiones.  En el caso del agua cabe distinguir:

  • Hidrocarburos persistentes y sustancias orgánicas tóxicas persistentes y bioacumulables.
  • Sustancias que ejercen una influencia desfavorable sobre el balance de oxígeno (y computables mediante parámetros tales como DBO, DQO, TOC).

En la siguiente tabla se muestran las concentraciones umbral de sustancias representativas tóxicas para el tratamiento convencional de oxidación biológica (lodo activo) [IPPC doc. BREF Waste Treatments Industries, 2006]..

SustanciaConcentración de inhibición (mg/L)
Cadmio (Cd2+)2-5
Bicromato (CrO42-3-10
Cobre (Cu2+)1-5
Níquel (Ni2+)2-10
Zinc (Zn2+)5-20
Cloro (Cl2)0.2-1
Cianuro (CN)0.3-2
Aceites minerales>25
Fenoles200-1000
Sulfuro de hidrógeno / sulfuros5-30

De manera general, una concentración de DQO refractaria en el efluente residual de entre los 500-2500 mg/l inhibe el proceso biológico de lodos activos.

Ámbito de aplicación

Además de los compuestos indicados en la tabla anterior, encontraron sustancias que dificultan o inhiben los procesos biológicos de depuración, que son básicamente los siguientes:

  • Carburos Halogenados – Naftalenos, antracenos
  • Cloraminas – Antibióticos
  • Aceites – Cianuros complejos
  • Grasas – Fitotóxicos
  • Hidrocarburos – Insecticidas y herbicidas
  • Compuestos mono y policíclicos – Compuestos aromáticos
  • Fenoles

Y los tipos de industrias en el que solemos encontrarlos:

  • Química orgánica
  • Intermedias y química fina
  • Petróleo
  • Petroquímica
  • Química del caucho
  • Colorantes
  • Insecticidas
  • Polímeros
  • Pesticidas
  • Farmacéutica

En general, cuando la relación entre DBO5 / DQO de un efluente sea < 0,6 , es indicio de baja degradabilidad y, cuanto más baja sea esta relación, también lo será la biodegradabilidad del efluente; también se encuentran cada vez en forma creciente en los vertidos domésticos, aunque en bajas concentraciones.

La Toxicidad de un efluente se mide en Equitox /m 3  y no debe superar un valor de 25 para poder ser vertido según el R.D. Ley 1/2001, de 20 de julio, que aprueba el texto refundido de la Ley de Aguas, derogando la Ley 29/1985 de Aguas, de 2 de agosto.

Depuración de la DQO en los efluentes industriales

Podemos clasificarlos en dos tipos:

Procesos intermedios: A este grupo pertenecen los tratamientos primarios y los secundarios. Estos son, básicamente todos aquellos procesos que separan una parte de los contaminantes.  Un ejemplo de tratamiento primario sería un tratamiento físico – químico, y uno de secundario, el tratamiento biológico aerobio o anaerobio.

Sus rendimientos de depuración dependerán del tipo de vertido y de las tecnologías aplicadas. De forma aproximada, podemos considerar que, en un tratamiento físico- químico estándar, se separan tan solo los materiales que estén en suspensión y en forma coloidal, y se estima un rendimiento del 30% de depuración sobre la DQO total, lo que en la mayoría de los casos exigirá de un tratamiento secundario, si no se alcanzan los límites exigidos.

En una depuradora biológica se suele operar con un rendimiento > 90 % de reducción de la DQO biodegradable. En ocasiones, los efluentes ofrecen resistencia a su biodegradación pues las bacterias no son capaces de rompen los enlaces de los compuestos orgánicos con que se  encuentran. Esto se puede conseguir con una oxidación parcial de estos compuestos, lo que favorece su biodegradación, pero hay otros compuestos que son tóxicos para las bacterias y en esos casos el proceso biológico no es de aplicación.

Los tratamientos terciarios son los destinados a purificar los efluentes hasta su posible recuperación o vertido. A este grupo corresponde el sistema con membranas MBR, procesos de desinfección o de tratamientos con una finalidad específica como sería la desmineralización. 

Existen otros procesos utilizados en aplicaciones específicas, como separación de aceites o de moléculas orgánicas de gran tamaño. Este sería el caso de utilizar materiales adsorbentes como el carbón activo, determinadas resinas o materiales absorbentes.  La utilización de membranas orgánicas o inorgánicas, permite la reducción de la DQO en suspensión, pudiendo separar  parte de la DQO soluble con unos factores de conversión elevados ( 70- 90 %). Se suelen utilizar otras técnicas como la oxidación con O3 y sus combinaciones con catalizadores.  La tradicional oxidación con NaOCl, Cl2, o ClO2.  Están en desuso por la formación de cloro derivados.

La evaporación es un proceso intermedio para esta aplicación, pues no descompone la DQO del efluente (únicamente se separan parte de los volátiles). Este proceso la concentra pudiendo llegar a nivel de residuo sólido junto con el resto de las sales del agua. El condensado obtenido solo contendrá DQO volátil y una ligera fuga de sales.

Procesos finalistas : En éstos se destruye la DQO por oxidación o incineración, generándose CO2 y volátiles (COV) que tendrán que ser depurados con un tratamiento de gases específico. Por regla general, los costes de instalación y explotación de los procesos de oxidación química o de incineración son elevados. 

En esta tabla comparamos los principales sistemas de tratamiento de la DQO de los efluentes:

TratamientoCoste energíaCoste reactivosResiduosTratam. posteriorTratam. gasesCoste instalaciónManteni-
miento
Espacio ocupado
BiológicoModeradoBajoAltoNoModeradoModeradoAlto
Físico-QuímicoBajoAltoMuy altoNoModeradoAltoAlto
EvaporaciónAltoBajoModeradoSiNoModeradoBajoBajo
OHPBajoAltoBajoNoNoAltoAltoModerado
Oxidación húmedaAltoBajoBajoNoNoMuy altoAltoAlto
OSACMuy altoBajoBajoNoNoMuy altoAltoAlto
IncineraciónBajoBajoBajoSí(*)Muy altoAltoAlto

 

Tratamiento de la DQO refractaria

Como hemos indicado, la DQO refractaria es aquella que inhibe el tratamiento biológico en los efluentes. Las técnicas de tratamiento que se utilizan para estos eliminar estos contaminantes  son; la oxidación húmeda y la oxidación térmica (incineración).

Las principales tecnologías variantes de la oxidación húmeda son :

  • Oxidación húmeda hipercrítica (OASC)
  • Oxidación húmeda no catalítica (WAO)
  • Oxidación húmeda catalítica (CWAO) y, dentro de esta categoría, la OHP como proceso avanzado.

La oxidación húmeda no catalítica (WAO) es un proceso clásico en que la oxidación se produce con O2 disuelto procedente del aire o corrientes gaseosas enriquecidas en O2, que actúan mediante el radical Hidroxilo como agente oxidante indirecto al promocionarse su generación; cuando el diseño no se efectúa pensando en la generación de este radical, se denomina oxidación directa. En este tipo de oxidaciones de la materia orgánica, algunos productos finales  como los ácidos carboxílico, acético, fórmico y oxálico, no son mineralizables, pero si biodegradables y suelen representar un 5 – 10% del TOC (Total Organic Carbon); de esta forma se puede limitar la oxidación si se trata de compuestos que no presentan toxicidad para las depuradoras, pero si su concentración es baja, no se puede utilizar este sistema, y en ese caso, deben adicionarse catalizadores para evitar la operación en condiciones de presión y temperatura prohibitivas El límite de DQO a tratar está en 15 g/l pues a partir de 20 g/l la reacción es autotérmica.

La oxidación húmeda catalítica (CWAO) se utiliza en los casos en que es preciso alcanzar una mineralización elevada, esto se consigue mediante catalizadores que consiguen aumentar la velocidad de reacción de degradación de los compuestos orgánicos e inorgánicos, pues también es capaz de oxidar a compuestos como los cianuros y el amoniaco utilizando O2 como agente oxidante. Los catalizadores acostumbran a ser determinados metales que permiten reducir las condiciones de operación (presión y temperatura) y el tiempo de reacción, en forma importante.

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La OHP es un proceso de oxidación húmeda catalítica que descompone la materia orgánica presente por reacción con el peróxido de hidrógeno (H2O2) en medio ácido en unas condiciones moderadas de presión y temperatura. El proceso se deberá iniciar aportando calor para llegar a la temperatura de operación ( aprox 120 ºC), a la que se forma el grupo fuertemente oxidante [OH]. Una vez iniciado el proceso y , dado que es exotérmico, se mantienen las condiciones de operación de acuerdo con un complejo equilibrio de control con un sofisticado conjunto de automatismos. Para que el sistema funcione se deben adicionar previamente catalizadores (normalmente sales de cobre y/o hierro).  La oxidación se realiza dentro de un reactor metálico esmaltado. La energía desarrollada en la reacción se recoge mediante un cambiador de calor que se utiliza para calentar el propio efluente de aporte manteniendo así las condiciones de operación adecuadas. A continuación, se procede a un ajuste de pH, habitualmente con un álcali y posteriormente se separan los sólidos en suspensión (principalmente catalizador) por decantación.

Los rendimientos de reducción de DQO de la OHP pueden llegar a ser muy elevados ( > 90%). Su elevado coste de explotación viene determinado por la demanda de agua oxigenada. La reacción que determina el consumo de agua oxigenada es :

CnHm +  (4 n + m)/2  => n CO2 + (2n+m) H2O

La oxidación húmeda supercrítica (SWAO) : En los procesos comentados de oxidación húmeda, el oxidante primario debe atravesar la interfase gas-líquido. Esto impone limitaciones al diseño de reactores puesto que debe tenerse en cuenta una posible limitación a la velocidad de transferencia de materia. Si se rebasa el punto crítico del agua ( 647,096 K y 22,064 MPa), desaparece la diferencia entre fases a la vez que los coeficientes de transporte que alcanzan valores elevados, Esto permite operar con velocidades de reacción muy altas, degradándose los compuestos orgánicos tóxicos y refractarios a la oxidación con temperaturas de entre 400 y 650 ºC y tiempos de residencia cortos (30 – 90 seg) El método permite oxidar también metales,  pero tiene algunos puntos negativos como la alta corrosividad de esta agua, lo que requiere de materiales muy especiales para la construcción de los equipos que la integran, y la tendencia a formar precipitados, pues en el agua supercrítica muchos compuestos inorgánicos son poco solubles.

Sobre la incineración, Es un proceso viable energéticamente desde el punto de vista de consumo,  por utilizar la DQO como combustible, pero debe tener una concentración adecuadamente alta como para no precisar de aporte de otros combustibles, aunque ello se puede resolver con sistemas intermedios que colaboren a incrementar la concentración de la DQO como es el caso de la evaporación o la ultrafiltración.  El peor inconveniente (*) es que se producen gases tóxicos (NOx, dioxinas, furanos…), lo que obliga a la disposición de sistemas sofisticados de filtración y tratamiento de los gases emitidos que encarecen la solución. Esta tecnología es muy impopular por su alto potencial contaminante y está muy limitada.

En la siguiente tabla se indican las características básicas de cada tecnología:

TecnologíaTemp/pres. OperaciónRendimientoLimitacionesComentarios
Incineración>800 ºC/Atm.>99 %Poder calorífico >3000kJ/kg (DQO>200 g/l)Si poder calorífico menor => adición combustible.Produce AOX
Oxidación húmeda supercrítica (OASC)450 – 560 ºC / > 200 bar99,9 %DQO inicial > 50 g/lMuy corrosivo.La deposición de sales produce bloqueos.
Oxidación húmeda no catalitica150 – 300 ºC/ 20-200 bar75-99 %DQO inicial: 0,5 – 15 g/lNo se alcanza mineralización
Oxidación húmeda catalítica120-250 ºC / 5 – 25 bar75-99 %DQO inicial: 10 g/lDepende de la estabilidad del catalizador
OHP110 -120ºC / 2 bar80- 99 %DQO entre 5 y 50 g/lReacción muy exotérmica


Los costes orientativos por kg de DQO separada , se indican en el siguiente cuadro comparativo:

Gráfico 1: Cuadro comparativo  de tecnologías y costes de separación de la DQO refractaria:

dqo-refrac-2-es

La oxidación catalítica y la evaporación

Pese a ser tecnologías difícilmente comparables, el resultado que se obtiene con ambas es un efluente tratado al que se le ha separado una importante proporción de contaminantes orgánicos refractarios. La gran diferencia está en el tipo de residuos que se generan, pues en la oxidación son residuos de tipo mineral que proceden de los catalizadores que se utilizan para la reacción y, en la evaporación, los residuos estarán compuestos por todos los contaminantes del efluente concentrados hasta llegar al límite de residuos sólidos, incluyendo la DQO refractaria. En el efluente tratado con esta tecnología (condesado) se encontrarán  COV. Por lo que probablemente será preciso un tratamiento complementario.

En el proceso de evaporación a vacío, el mayor coste es el energético. Se pueden utilizar distintas técnicas, pero la que permite mayor ahorro energético es la de compresión mecánica de vapor con un consumo de 50 kWh/m3 de efluente.  Dependiendo del efluente a tratar, se puede alcanzar una elevada concentración , pero si perseguimos obtener un residuo para ser enviado a vertedero,  se deberá llegar a un 30 – 35 % de sequedad, y dependiendo de la concentración de DQO del vertido de origen; pongamos como ejemplo un vertido que tiene una carga de DQO de 10.000 ppm ( 10 kg DQO/m3).  Este valor representa un 1 % en peso , y para llegar al 30%, deberíamos evaporar en dos pasos lo que nos llevaría a un consumo del orden de 100 kWh/m3 . El coste del kWh industrial está en 0,1 €, luego el coste energético sería de 10 €/m3, y para este caso en que separamos 10 Kg de DQO / m3 de efluente, tendríamos un cote de 1 €/ kg de DQO separada, al que deberíamos añadir, el coste de gestión de residuos especiales, pero, por elevado que este fuera, no llegaría al de los procesos de oxidación. 

En la siguiente tabla, se compara   el coste de la DQO separada en el caso de la OHP y el de la evaporación, por ser quizás los más comparables entre sí por rangos de operación y costes de instalación.  En el caso de la OHP, los costes de operación se mantiene directamente proporcional a la carga de DQO : Con un coste de aprox. 250 € /Tm H2O2  y un consumo medio de agua oxigenada de 1,5 Kg de H2O2 del 100 % / Kg de DQO, mientras que en la evaporación se reduce en la medida que crece la concentración de la DQO del efluente:

DQO(Kg/m3 efluente)1510204050
OHP (€/Kg DQO)0,753,757,5153037,5
Evaporación (€/Kg DQO)10210,50,250,2

 

El rango competitivo de la Evaporación estaría entre los 4 y 100 Kg de DQO/m3,  tal y como se indica en el gráfico 1;  además, a partir de los 50 Kg de DQO / m3 en que la OHP ya no es apta para operar por generarse una reacción autotérmica que obligaría a refrigerar el reactor y podría representar un riesgo.

Resumen

Existen distintos procedimientos para el tratamiento de la DQO refractaria de los efluentes que se presentan en determinados tipos de industrias. El principio es descomponer la DQO por oxidación o por incineración, pero esto representa elevados costes de implantación y explotación, con instalaciones complejas que, aunque estén debidamente controladas e instrumentalizadas, entrañan un riesgo para la seguridad.

La solución que parece más rentable y eficiente es la incineración, pero  genera gases que pueden ser más tóxicos que la propia DQO a tratar, lo que exige de filtros y sistemas de depuración costosos y de eficacia relativa. 

La opción de oxidación por vía húmeda catalítica tiene límites de DQO relativamente bajos para que se convierta en autotérmica, según se ha indicado en este artículo. Otras técnicas de oxidación se realizan en condiciones de presión y temperatura elevadas que encarecen y sofistican mucho el proceso.

La evaporación, pese a no ser una solución finalista ( no oxida la DQO), permite obtener un efluente con una reducción muy importante en su contenido de DQO refractaria, y un residuo que deberá ser enviado a vertedero adecuado o sometido a destrucción por un gestor de residuos, pero permite al industrial liberarse del problema del vertido a un coste sensiblemente inferior al de las técnicas de oxidación.

Referencias bibliográficas

https://www.um.es/documents/3456781/3691285/Depuracion_Llorens-1.pdf/2c454f3d-c5f8-422d-9e53-bc20e5f5b792

http://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2007/12/26/81333

https://condorchem.com/files/catalogos/Tratamiento%20de%20aire%20-%20ONLINE.pdf

https://www.researchgate.net/publication/275521443_Oxidacion_en_agua_supercritica_una_tecnologia_prometedora_mas_cerca_de_ser_implantada

http://www.eindustria.com/productos/agua-oxigenada-50-4056443561/precios.htm

https://previa.uclm.es/servicios/prevencion/residuos/documentacion/Manual/07.%20Residuos%20Quimicos.pdf

https://www.madrimasd.org/uploads/informacionidi/biblioteca/publicacion/doc/VT/VT2_Tratamientos_avanzados_de_aguas_residuales_industriales.pdf

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.

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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

Tratamiento de emisiones, aguas y efluentes en centrales termosolares

termosolares1Tratamiento de aguas y efluentes

La centrales termosolares consumen una elevada cantidad de agua, normalmente proveniente de ríos y pozos, destinada a la generación de vapor.

Este vapor es generado en unas turbinas, que necesitan agua ultrapura para obtener vapor de calidad. Por este motivo el agua que llega a la central ha de ser tratada en una Planta de Tratamiento de Aguas (PTA) antes de poder ser utilizada.

Estas plantas de tratamiento acostumbran a contar con un primer tratamiento mediante osmosis inversa y una segunda fase o post tratamiento con resinas o CEDI.

Una vez se ha obtenido el agua ultrapura, esta se envía en su mayor parte a la turbina de generación de vapor, reservando una pequeña cantidad para la limpieza de los paneles solares.

Por otra parte, también obtenemos un efluente que contiene todos los rechazos de la PTA (tierra y arena, bacterias y distintos tipos de sales), y que ha de ser tratado para poder ser vertido en lo que se conoce como Planta de Tratamiento de Efluentes (PTE).

En una PTE encontramos diferentes tecnologías a través de las cuales se trata el efluente hasta cristalizar las sales. Los principales procesos a los que se somete el efluente son el pretratamiento químico, las membranas, la evaporación al vacío y la cristalización.

Podéis encontrar más información sobre estos procesos en este post que publicamos hace unas semanas.

Tratamiento de emisiones

El calor captado por los colectores solares de una central termosolar es conducido hasta el bloque de potencia utilizando un fluido caloportador orgánico. Este fluido contiene moléculas derivadas del benceno, y sufre degradaciones que pueden tener un fuerte impacto en términos de seguridad, ya que algunos de los subproductos de esta degradación son potencialmente peligrosos.

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Los mecanismos de degradación del fluido térmico son la contaminación, con restos de residuos de tuberías y con agua proveniente del ciclo agua-vapor, la oxidación, por reacción del aceite con el oxígeno ambiental, y el cracking, que se produce en los tubos absorbedores y en la caldera auxiliar al elevarse puntualmente la temperatura del fluido térmico.

Los productos obtenidos tras esta degradación son tres:

1. Sólidos, principalmente ácidos carboxílicos, carbón y carbonillas. Productos altamente inflamables y que también provocan corrosión debido a sus características ácidas.

2. Hidrocarburos de cadena corta provenientes de la ruptura de las moléculas de bifenilo y óxido de difenilo. Estos hidrocarburos de cadena corta tienen puntos de ebullición bajos. Modifican la viscosidad y el punto de inflamación.

3. Hidrocarburos de cadena larga, provenientes de la unión de muchos restos de cadena corta. Estos hidrocarburos modifican la viscosidad y las propiedades térmicas.

Para eliminarlos, las centrales solares están equipadas con tres tecnologías: el filtro principal, el sistema ullage y el sistema reclamation.

Llegados a este punto cabe destacar que los vapores emitidos en el sistema ullage contienen benceno, que ha de ser eliminado ya que es cancerigeno y sus límites de emisión son muy estrictos.

La tecnología adecuada para reducir estas emisiones de benceno son los filtros de carbón activo, que contienen material inerte que retienen los compuestos orgánicos volátiles y expulsan el aire depurado.