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Caso de estudio: tratamiento de lixiviados de vertedero

En esta ocasión presentamos un caso real de tratamiento de lixiviados de un vertedero municipal en España.

En el caso se describe la problemática de los lixiviados y la solución aportada por Condorchem Envitech. El proceso de tratamiento incluye diferentes etapas:

  • Tratamiento biológico.
  • Ósmosis inversa.
  • Evaporador al vacío.
  • Stripping.

Destaca el importante ahorro económico que se obtiene al reducir la cantidad de residuo que ha de ser enviado al gestor tras el proceso de evaporación al vacío. El ahorro supera los 500.000 € anuales, lo cual permite amortizar la inversión con gran rapidez.

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TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS DE VERTEDERO

 

Tratamiento de aguas residuales industriales mediante evaporación al vacío

Secciones

Definición

La destilación térmica consiste en la separación de dos o más líquidos que se encuentran mezclados o de un soluto y su disolvente, mediante la aplicación de la energía suficiente para provocar la ebullición.

Con esta ebullición, los componentes más volátiles de dicha mezcla pasan a estado gaseoso y pueden ser posteriormente condensados a parte de la mezcla inicial.

El objetivo habitual de la separación térmica es la eliminación de impurezas que se encuentran disueltas en el agua y que hacen que esta no pueda ser reaprovechada o devuelta a un medio natural.

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

En este artículo nos centraremos en analizar la evaporación al vacío como proceso para el tratamiento de aguas residuales industriales.

Principios básicos de funcionamiento de la evaporación al vacío

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

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

En el caso de la evaporación al vacío, se emplea una caldera donde se calienta agua hasta que se evapora. Dicho vapor se conduce hasta una cámara donde se transmitirá ese calor a la mezcla que se desea separar.

Evaporador al vacío múltiple efecto

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

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

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

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

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

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

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Ventajas de la evaporación al vacío

La separación mediante evaporación al vacío tiene la función de separar el agua entrante en dos partes: una parte con un agua con baja concentración de contaminantes en disolución y otra parte con un condensado líquido con un elevado contenido de los mismos contaminantes.

Para ello el agua es transformada en vapor, separándola en ese momento de los materiales contaminantes que se encuentran disueltos en ella, y se transporta dicho vapor a una cámara donde se refrigera para volver a concentrar el agua ya libre de contaminantes.

Así pues, este procedimiento es uno de los más eficientes para el tratamiento de efluentes industriales, ya que permite separar con gran eficacia los contaminantes que se encuentran en el agua basándose en la relativamente baja volatilidad de las sales frente al agua. Gracias a la evaporación se pueden eliminar sustancias como los sólidos disueltos, aunque no separarse aquellos compuestos que tengan un punto de ebullición similar o cercano al del agua, como podría ser el alcohol.

Se trata de una tecnología indispensable para aquellas empresas que quieran implantar un sistema de vertido cero.

Tras un proceso de evaporación se obtienen elevadísimos porcentajes de agua destilada (95%) y una cantidad muy pequeña de rechazo (5%) para ser gestionado. Este rechazo es tan pequeño debido a la elevada concentración de residuos que se consigue en el proceso. Gracias a ello, las industrias que han de tratar caudales medios y grandes pueden beneficiarse de importantes ahorros, ya que el volumen de residuos que se han de enviar a gestionar se reduce considerablemente.

También es una tecnología muy adecuada para la producción del agua de alta calidad que numerosas industrias necesitan para incorporar a sus procesos productivos.

Ventajas de los evaporadores al vacío:

  • Alta calidad del destilado.
  • Es posible recuperar hasta un 97% de agua limpia.
  • Permite la reutilización de las aguas tratadas.
  • Puede tratar los efluentes más complejos.
  • Bajo consumo de electricidad.
  • Diseño flexible y compacto de las máquinas.
  • Es una tecnología de fácil uso y requiere poco mantenimiento.
  • Alta reducción y concentración de los residuos líquidos.

Otro aspecto destacable de los evaporadores al vacío es su versatilidad y el gran número de ocasiones en que pueden ser aplicados (siempre y cuando los resultados justifiquen la inversión necesaria para su instalación, ya que no son la tecnología más económica). Los evaporadores al vacío son especialmente adecuados para la separación y el tratamiento de:

Es habitual completar un proceso de evaporación al vacío con otras tecnologías de tratamiento de aguas residuales, que se pueden aplicar anteriormente (membranas, procesos fisicoquímicos, etc.), sometiendo al efluente a un pretratamiento que facilite el proceso de evaporación, o posteriormente si se quiere obtener un concentrado todavía mayor. En este segundo caso, la tecnología más adecuada son los cristalizadores, que pueden ser utilizados de dos maneras:

  1. Cristalizador usado como una etapa final después de un proceso de evaporación clásico.
  2. Evaporador y cristalizador integrados en una única unidad que combina ambos procesos. Esta solución es adecuada para caudales pequeños y difíciles de tratar.

Dependiendo de cuál sea la composición de las aguas residuales a tratar, un proceso de evapo-cristalización permite separar sus componentes y recuperar productos secundarios, que pueden ser reutilizados o vendidos. Así sucede con el aceite de aguas aceitosas, que se puede vender como un producto secundario con un contenido de agua inferior al 5%, o con la recuperación de hidróxido de aluminio, que puede utilizarse posteriormente como producto químico, por citar algunos ejemplos.

Tipos de procesos de evaporación al vacío

Los diferentes tipos de evaporación al vacío que podemos encontrar son:

  • Evaporación Multietapa

  • Evaporador de múltiples etapas

    Funcionamiento de un evaporador al vacío de múltiples etapas (click para ampliar)

    Es muy utilizada en el ámbito industrial y consiste en calentar el líquido alimento en un recipiente y acto seguido conducir el agua por un sistema de tuberías de calentamiento en el que parte del agua pasa a ser vapor. Después pasa a otro recipiente en el cual la presión y temperatura son tales que una parte del agua caliente pasa súbitamente a vapor dejando en forma líquida un remanente concentrado que pasa a alimentar la siguiente etapa.

    Tras esto se deja enfriar el vapor hasta que vuelve a licuarse y entonces se recoge libre de impurezas. A continuación, se repite el proceso en otra etapa. Después de una serie determinada de etapas, se consigue agua que se ha destilado repetidas veces de manera muy rápida y que, por ello, contiene muy poca cantidad de contaminantes disueltos.

    Este tipo de evaporación opera a temperaturas entre 90º y 120º.

  • Evaporación por efectos múltiples

  • Evaporador de múltiple efecto

    Funcionamiento de un evaporador al vacío de múltiple efecto (click para ampliar)

    Consiste en calentar el agua alimento mediante el aprovechamiento del calor residual de aguas ya tratadas y conducirla hasta una serie de tanques a los que llega caliente pero todavía en estado líquido. En estos tanques el agua se distribuye en películas finas a fin de facilitar la evaporación a base de reducir la presión. El fenómeno de reducción progresiva de la presión permite que el agua alimento sufra procesos de licuefacción y evaporación continuamente sin necesidad de ir añadiendo calor al sistema.

    Estos procesos trabajan a temperaturas entorno a los 70º.

  • Evaporación por compresión de vapor

  • Evaporador de compresión mecánica

    Funcionamiento de un evaporador al vacío de compresión mecánica del vapor (click para ampliar)

    Consiste en la evaporación del agua a base de suministrarle calor procedente de la compresión de vapor, en vez de transmitir el calor mediante contacto directo con un cuerpo sólido caliente. Este tipo de plantas se diseñan para que funcionen reduciendo el punto de ebullición del agua mediante disminución de la presión.

    El compresor crea vacío en un extremo de un recipiente por donde extrae el vapor de agua formado, pero por el otro extremo comprime dicho vapor formado y lo condensa en el interior de unos tubos. El agua cae sobre estos tubos calientes y se evapora. Posteriormente, mediante compresión del vapor y puesta en contacto de este con el agua alimento, se logra la evaporación del agua y la eliminación de las sales en una salmuera muy concentrada.

¿Qué tipo de evaporador es el más eficiente en mi caso?

Póngase en contacto con nosotros y uno de nuestros expertos en evaporadores al vacío atenderá su consulta de forma personalizada.

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Conceptos básicos sobre el biogás

Como ya hemos comentado en anteriores posts, el biogas es un combustible que se genera con la degradación de la materia orgánica. Es muy habitual que se produzca en lugares como vertederos, que acumulan grandes cantidades de residuos sólidos que sufren procesos de descomposición.

Este biogás no puede ser emitido a la atmosfera, ya que contiene un elevadísimo porcentaje de metano , que es un gas altamente inflammable y que también puede provocar asfixia. Por otra parte, el biogas acostumbra a generar problemas de olores.

En otras ocasiones ya hemos explicado que existen antorchas destinadas a quemar el biogas y evitar así su emisión a la atmósfera, pero siempre hemos considerado mucho más oportuno aprovechar su capacidad para generar energía eléctrica. Dicha energía puede ser reutilizada en el propio vertedero o incorporada a la red de distribución eléctrica si se consigue generar la cantidad suficiente.

Para ello el biogás ha de ser captado y sometido a un tratamiento, tras el cual puede ser aprovechado para generar energía eléctrica. De esta forma conseguimos reaprovechar recursos naturales y generar ahorros económicos.

A continuación os dejamos una presentación elaborada por la Global Methane Initiative, que repasa algunos conceptos básicos del biogás, entre los que destacan su composición, como se genera, métodos de captación y tratamiento, sistemas de control y monitoreo, etc.

http://www.globalmethane.org/documents/events_land_20100817_conceptos_basicos_sobre_biogas.pdf

Más información respecto al biogás y su tratmiento puede ser encontrada en anteriores posts de nuestro blog:

Solución a un problema de lixiviados en un vertedero de RSU

residuos_defCondorchem Iberica ha ganado el concurso para llevar a cabo la segunda fase de la ampliación de la planta de residuos urbanos del Segriá, en la provincia de Lérida.

Un problema muy común en los vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU), como es el caso que nos ocupa, es que se generan unos efluentes líquidos muy contaminantes que suponen un serio problema medioambiental: los lixiviados. Dichos efluentes proceden de la degradación y descomposición de la materia orgánica presente en estos residuos, así como del agua de lluvia que percola a través de ellos.

En consecuencia, en un vertedero de RSU se generan unos efluentes líquidos de color oscuro y olor penetrante que no pueden verterse sin un tratamiento previo, y que se caracterizan por una muy elevada carga orgánica, alta conductividad, fuerte presencia de iones metálicos y también por un elevado contenido en nitrógeno amoniacal.

El doble objetivo de esta ampliación es obtener una planta con capacidad para tratar una mayor cantidad de residuos, provenientes de diversas poblaciones cercanas al vertedero, y mejorar al mismo tiempo la eficacia en los sistemas de tratamiento empleados con los residuos urbanos que se reciben, de forma que los resultados obtenidos se ajusten a las normativas estatales y europeas.

En este sentido, cabe destacar que el tratamiento actual de los lixiviados en el vertedero comarcal permite reducir 100 litros de líquido con materia residual a unos 50. Con la nueva planta, que se unirá a la ya existente, la fracción resultante será de 25, lo que supone un importante avance. Además, estos desechos se transportaran a otra planta externa para completar su tratamiento y reducirlos a una pasta de residuos inerte que pueda almacenarse.

Aunque originalmente se optó por realizar tratamientos de depuración fisico-química de aguas residuales y/o biológicos en este tipo de efluentes, para obtener los resultados deseados será necesario desarrollar y poner en marcha tratamientos físicos de concentración, que ofrecen una mayor eficacia y rendimiento en estos casos. En especial, los sistemas de evaporación al vacío combinados o no con ósmosis inversa previa o posterior, dado el elevado porcentaje de minimización del lixiviado y la obtención de un agua depurada resultante que permite ser adecuada a vertido de una forma sencilla, incluso cuando los límites son los más exigentes. Otra de las ventajas de estos sistemas son los muy moderados costes de tratamiento.

Además, en los casos en que exista en el vertedero generación de biogás, éste puede aprovecharse como fuente energética de aporte al sistema de evaporación al vacío, bien mediante una caldera con quemador de biogás, o bien mediante sistemas de cogeneración.