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Intercambio iónico para el tratamiento de efluentes

Es una operación en la que se utiliza un material, habitualmente denominado resinas de intercambio iónico, que es capaz de retener selectivamente sobre su superficie los iones disueltos en el agua, los mantiene temporalmente unidos a la superficie, y los cede frente a una disolución con un fuerte regenerante.

La aplicación habitual de estos sistemas, es por ejemplo, la eliminación de sales cuando se encuentran en bajas concentraciones, siendo típica la aplicación para la desmineralización y el ablandamiento de aguas, así como la retención de ciertos productos químicos y la desmineralización de jarabes de azúcar.

Las propiedades que rigen el proceso de intercambio iónico y que a la vez determinan sus características principales son las siguientes:

  • Las resinas actúan selectivamente, de forma que pueden preferir un ión sobre otro con valores relativos de afinidad de 15 o más.
  • La reacción de intercambio iónico es reversible, es decir, puede avanzar en los dos sentidos.
  • En la reacción se mantiene la electroneutralidad.

Hay sustancia naturales (zeolitas) que tienen capacidad de intercambio, pero en las industrias se utilizan resinas poliméricas de fabricación sintética con muy claras ventajas de uso.

Entre las ventajas del proceso iónico en el tratamiento de aguas cabe destacar:

  • Son equipos muy versátiles siempre que se trabaje con relativas bajas concentraciones de sales.
  • Actualmente las resinas tienen altas capacidades de tratamiento, resultando compactas y económicas.
  • Las resinas son muy estables químicamente, de larga duración y fácil regeneración.
  • Existe cierta facilidad de automatización y adaptación a situaciones específicas.

Cenizas y carbón activo para el tratamiento de aguas residuales

Las cenizas que se producen en los procesos de combustión que se llevan a cabo en centrales energéticas de biomasa y carbón mineral pueden ser recuperadas y ser utilizadas para el tratamiento de aguas residuales.

Dichas cenizas pueden emplearse tal y como se han recogido o bien ser tratadas antes de su utilización en caso de que sea necesario mejorar su capacidad adsorbente.

El uso de estas cenizas procedentes de centrales energéticas tiene una gran utilidad en industrias que generen residuos tóxicos tales como metales pesados (mercurio y cadmio) y colorantes, ya que facilita su eliminación con una gran efectividad.

Tal y como sucede cuando se lleva a cabo un tratamiento mediante carbón activado, basta con poner las cenizas en contacto con el efluente contaminado. Para ello se hace pasar la corriente de agua a través de un filtro fijo, de forma que las cenizas absorban los contaminantes y dejen pasar el agua, ya limpia, por el filtro.

Por su parte, el carbón activo es uno de los principales adsorbentes para el tratamiento de aguas contaminadas y su uso es válido en diferentes entornos, tanto para filtros de uso doméstico como para el tratamiento de vertidos en entornos naturales con altos niveles de contaminación por agentes químicos tóxicos.

Se trata además de una tecnología muy económica y que todavía lo puede ser más, ya que desde hace años se está analizando la posibilidad de obtener carbón activo a partir de materias primas autóctonas y, por lo general, muy baratas como las maderas de olivo, encina, eucalipto, troncos de jara y retama, trocos de vid o huesos de cereza.

Entre las principales características del carbón activo destaca el elevado grado de desarrollo del área superficial y porosidad que posee, propiedades que le confieren una alta capacidad para adsorber gases, vapores y solutos en disolución. La principal ventaja respecto a otras alternativas para el tratamiento de aguas residuales es su fácil preparación y regeneración a un bajo coste, además de que se trata de un adsorbente muy versátil y químicamente estable.

Las investigaciones más actuales buscan formulas para aprovechar materiales desechables tan abundantes como el plástico, gomas y otros residuos de origen industrial para preparar adsorbentes carbonosos.

Tratamiento de aguas residuales y efluentes en la industria de tratamiento de superficies metálicas

Secciones

El tratamiento de superfícies metálicas

La actividad de la industria dedicada al tratamiento de superficies metálicas consiste en recubrir superficies metálicas o plásticas mediante diferentes técnicas, con la finalidad de aumentar sus cualidades, como proteger las superficies contra la corrosión y el desgaste, variar su conductividad eléctrica, etc.

Aunque el abanico de tratamientos aplicados y de recubrimientos posibles es extenso, uno de los más habituales es el de la galvanoplastia. Éste es un proceso basado en la electrodeposición en el que se recubre la superficie a tratar de una capa de varias decenas de micras de un metal que aporta unas características deseadas. Así, tienen lugar procesos como el cromado, el niquelado, el cincado, el cobreado, el cadmiado, el estañado, etc.

El procedimiento consiste en la inmersión de la superficie a tratar en un baño electrolítico, de manera que los iones metálicos presentes en la solución se reducen sobre la superficie a recubrir.

Aunque se pueden hacer recubrimientos de muchos metales diferentes, los más usuales son zinc, oro, níquel, cobre y cromo, además del anodizado, que se fundamenta en la conversión de la superficie metálica en un recubrimiento de óxido insoluble, siendo el aluminio el material de anodizado utilizado más común.

Tratamiento superficies metalicas

Estas actividades o tratamiento se pueden agrupar en dos grandes bloques:

1. Procesos de limpieza y preparado de superficies (desengrase, decapado, …)
2. Recubrimientos metálicos y obtención de acabados superficiales (electrodeposición, anodizado, inmersión,…)

Durante estos procesos de tratamiento se generan una gran cantidad de aguas residuales o efluentes de diversa composición, según haya sido el tratamiento al que se han sometido las superficies metálicas.

Se producen dos tipos de efluentes líquidos muy diferenciados:

a) efluentes con elevadas cargas contaminantes y relativamente poco volumen: es el caso de los baños de procesos saturados.
b) efluentes con baja carga contaminante pero producidos en gran volumen: generalmente en las operaciones de lavado.

La composición de los efluentes producidos en el sector de tratamiento de superficies metálicas, así como los objetivos y necesidades medioambientales de la empresa determinarán las tecnologías de tratamiento de aguas residuales y tratamiento de efluentes más adecuadas para su tratamiento.

Tratamientos

La naturaleza de la carga contaminante que incorporan dichos efluentes líquidos suele ser: DQO, aceites y grasas, tensioactivos, metales, alcalinidad, acidez, cianuro y sales, entre otras especies presentes en menor proporción.

Ante la complejidad de tratar estos efluentes, pueden plantearse dos alternativas de tratamiento:

Técnicas de separación y descontaminación

Tienen como finalidad eliminar la toxicidad y contaminación del efluente y que éste pueda ser vertido al sistema público de saneamiento o bien a cauce natural, ajustando los límites de vertido como:

Técnicas de concentración

Las técnicas de concentración como el vertido cero, reutilización del agua, obtención de subproductos tienen como objetivo dividir el efluente en dos corrientes, una de agua apta para su reutilización en el proceso, y otra de un residuo muy concentrado, preparado para ser gestionado externamente.

Las principales tecnologías son:

Los efluentes producidos en los distintos procesos tienen características muy diferentes. En función de estas características, suele existir una técnica más eficiente, específica, para cada caso.

Por ejemplo, para el efluente producido en la operación de desengrase de las piezas a recubrir, las mejores técnicas aplicables son la evaporación al vacío (con un periodo de retorno de la inversión de 4,5 años) y la electrocoagulación (con un periodo de retorno de la inversión de 10 años); en el proceso de cobre cianurado se genera un efluente en el que la mejor técnica de tratamiento también es la evaporación al vacío y en el proceso de recubrimiento con la aleación de cinc y níquel se genera un efluente en el que su tratamiento más eficiente y económico es una oxidación anódica y una electrólisis (con un periodo de retorno de la inversión de 7 años).

Por tanto, para cada efluente, en función de sus características y especificidades, la tecnología de tratamiento óptima puede variar.

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Tecnologías

A continuación, se hace un breve repaso de algunas de las tecnologías más relevantes en el tratamiento de aguas residuales y efluentes en la industria metalúrgica:

Evaporación al vacío

Es ideal para la obtención de un vertido cero y puede aplicarse de forma independiente o en combinación con tecnologías de membranas.

Los sistemas por evaporación permiten, entre otras aplicaciones, concentrar las aguas de enjuague de un lavado estático haciendo posible, por un lado, la recuperación del arrastre de forma “concentrada” y, por otro, obtener un 95% de agua que puede reutilizarse en operaciones de enjuague.

Si no fuera mediante este sistema, sería muy limitada la utilización de los enjuagues estáticos como recuperaciones, siendo necesario su vaciado periódico y consecuente tratamiento del vertido.

Se emplea para una amplia variedad de efluentes, como es el caso de los generados en los procesos de desengrase o de recubrimiento de cobre cianurado, es la óptima. Y, además, es la única técnica eficiente y viable cuando todos los efluentes están mezclados o sólo se puede disponer de una única tecnología de tratamiento para todo el efluente producido.

Se trata de la única tecnología siempre eficiente y, en la mayoría de los casos, la más económica -con un periodo de retorno de la inversión menor- es la evaporación al vacío.

Además, cuando los efluentes líquidos no están segregados, es la única técnica viable. Así sucede también cuando la producción de los diferentes efluentes es espaciada en el tiempo (producción en discontinuo en función de la demanda); en estos casos la empresa no suele poder disponer de un amplio abanico de técnicas específicas, las cuales suponen una cierta inversión económica.

Cristalización y precipitación

Se aplican para la obtención de un vertido cero (tratamiento del rechazo del evaporador), para recuperar materias valorizables y para regenerar soluciones de proceso, mediante la eliminación de impurezas. Es aplicable a cualquier baño que presente algún tipo de contaminación de una sal con un metal, siempre y cuando las sales contaminantes presenten una solubilidad limitada.

Electrodiálisis

Es un sistema de filtración con un reducido coste de operación, que permite recuperar entre un 80% y un 90% de sales. Se puede aplicar para la recuperación de materias primas de los baños de proceso y para la regeneración de baños de trabajo libres de iones.

Ósmosis Inversa

Produce un agua que puede retornarse en circuito cerrado al proceso de enjuague y, por el otro, un concentrado de sales de níquel que puede retornarse a los baños de proceso (90%-97%).

De esta manera, se consigue el ahorro de sales de níquel y de otros componentes del baño, así como del agua de enjuague. Se puede aplicar sobre otros procesos tales como el latonado, cobreado, plateado, zincado, etc.

También se aplica para la regeneración del agua de enjuague. En función del caudal de rechazo, con el sistema de ósmosis inversa puede obtenerse un agua de entre 100-500 μS/cm. La técnica es aplicable sobre el agua diluida de la mayoría de los procesos, con excepción de baños muy oxidantes.

Resinas de Intercambio Iónico

Permiten la eliminación de contaminantes metálicos y la regeneración del agua de enjuague, ya que retornan grandes cantidades de agua con una elevada calidad por su bajo contenido en iones. El sistema retorna el agua a la cuba de enjuague puesto que el diseño de la instalación funciona en circuito cerrado.

Los enjuagues recirculados con resinas de intercambio iónico, según la operación a la que se destinen, pueden trabajar durante largo tiempo, a conductividades inferiores a 50 μS/cm, en incluso, por debajo de 5 μS/cm si se trata de enjuagues finales.

Así pues, los principales retos ambientales a superar por parte de la industria de tratamiento de superficies son el elevado consumo de agua y la generación de grandes volúmenes de efluentes líquidos.

Aunque éstos, en función de sus características, tienen una tecnología de tratamiento asociada como la más recomendable, no siempre es posible segregar todos los efluentes y tratar cada uno de forma individualizada con la tecnología óptima.

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Felices fiestas a todos nuestros lectores

nadal_okEstamos a escasos días de despedir al 2.011, un año que ha resultado muy complicado debido a la crisis económica que estamos sufriendo.

A pesar de ello, ahora es momento de hacer balance del año que cerramos y cargar las baterías para el próximo 2012, un ejercicio que se abre lleno de nuevos retos y proyectos.

Desde Condorchem Envitech queremos desearos a todos unas felices fiestas y un prospero 2012, un añó en el que esperamos continuar contando con vuestra compañía y confianza.

Por nuestra parte  hemos preparado una serie de novedades en el blog, que pronto verán la luz,  y que están pensadas para ofreceros un mejor servicio y atención. Como siempre hemos hecho, os animamos a seguir participando con vuestros comentarios y a consultar todas aquellas dudas que tengáis relacionadas con el tratamiento de aguas, efluentes y emisiones en entornos industriales.

Un fuerte abrazo de toda la familia de Condorchem Envitech.

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