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Recuperación de ácido clorhídrico y tratamiento de baños de decapado: Proceso Chemirec®

Recuperación de ácido clorhídrico de aguas de galvanizado y decapado

Una solución innovadora para la recuperación del ácido clorhídrico en residuos líquidos provenientes de procesos de decapado y galvanizado

El proceso Chemirec® ha sido concebido como una solución altamente innovadora para la recuperación del ácido clorhídrico (HCl) a partir de los efluentes de los baños agotados de decapado de metales. El proceso de decapado tiene como objetivo eliminar de la superficie de la pieza metálica los óxidos metálicos, la cascarilla de fabricación, el óxido de recocido y el orín para que queden las piezas perfectamente limpias. La mayoría de las cubas de decapado contienen, inicialmente, ácido clorhídrico diluido al 14-16% en peso. Pero a medida que el baño se va utilizando, la concentración de ácido clorhídrico va disminuyendo, hecho que obliga a realizar adiciones periódicas de ácido para que no decaiga de forma significativa la velocidad de decapado. El sistema se mantiene así hasta que se alcanza el límite de solubilidad del cloruro ferroso (FeCl2) en el propio ácido clorhídrico, momento en el que el baño está agotado y no es posible seguir decapando. El baño agotado contiene una concentración de hierro igual o superior a 140-150 g/L y debe ser renovado por un baño fresco. En aquellos casos en los que la industria realiza procesos de galvanizado en caliente, el baño agotado además de hierro también contiene elevados niveles de zinc (entorno a 25 g/L).

El ácido clorhídrico recuperado de los baños agotados mediante el Proceso Chemirec® se vuelve a utilizar en el mismo proceso de tratamiento de superficies ahorrando así la compra de la mayor parte de esta materia prima. Además, en el proceso se genera sulfato ferroso, el cual es un subproducto que dispone de cierto valor comercial (como fertilizante en horticultura y vinicultura) y cloruro de zinc, el cual se utiliza en el proceso de galvanizado al ser uno de los componentes básicos del fluxante (mezcla de cloruro de amonio y cloruro de zinc).

Si bien es cierto que en el proceso Chemirec® se requiere el consumo de ácido sulfúrico concentrado, el coste económico de este ácido queda ámpliamente compensado con la venta de los nuevos recursos producidos y del ahorro económico en materias primas (ácido clorhídrico y cloruro de zinc) y en gestión de residuos. Así, el balance económico del proyecto es muy positivo y permite recuperar la inversión, como se analizará posteriormente, en un periodo inferior a los 2 años.

La generación de residuos líquidos en procesos de tratamiento de superficies metálicas: procesos de decapado y galvanizado.

La economía verde aparece como una nueva economía baja en carbono, basada en la gestión eficiente de los recursos, la minimización de la cantidad de residuos generados y la potenciación de los productos y procesos productivos respetuosos con el medio ambiente. Frente a estos retos, la industria siderúrgica está llamada a desempeñar un papel protagonista en el corazón de la economía verde. De acuerdo con los datos publicados por la American Galvanizers Association (AGA), solamente las más de 1000 plantas representadas por esta asociación generan más de 500.000 Tm/año de residuos líquidos que deben ser tratados. Una gran parte de estos residuos líquidos procedentes de procesos de decapado de industrias de tratamiento de superficies metálicas, contienen elevados niveles de zinc, lo que incrementa su carácter contaminante a la vez que reduce el abanico de posibles tratamientos.

Además de generar una gran cantidad de aguas residuales, la industria de tratamiento de superficies metálicas consume una elevada cantidad de reactivos químicos en procesos como el decapado, que proceden de la explotación directa de recursos naturales.

De acuerdo con el concepto de la economía circular, la industria siderúrgica, y en especial la industria galvanizadora, debe hacer una apuesta firme por minimizar al máximo los residuos generados a la vez de reducir el consumo de recursos naturales como materia prima. Y es en esta línea, en la que el proceso Chemirec®, patentado y desarrollado por Condorchem Envitech, supone una tecnología innovadora que permite transformar los residuos generados en materias primas para el propio proceso, así como reducir notablemente el consumo de recursos naturales y las emisiones de CO2.

La aparición de una solución como Chemirec® permite que la industria del tratamiento de superficies metálicas sea ambientalmente sostenible a la vez que económicamente competitiva, dos factores que van más estrechamente ligados bajo el concepto de economía circular: transformación de los residuos en recursos, reutilización de materias primas y utilización de energía sostenible.

Funcionamiento del Proceso Chemirec® y tecnologías utilizadas: cristalizadores y destiladores a membranas

A nivel de operación, el proceso Chemirec® se compone de tres grandes etapas: el pretratamiento, la reacción y la separación.

Recuperación ácido clorhídrico en baños de decapado

La etapa de pretratamiento sólo es necesaria en aquellos casos en los que los baños agotados, procedentes de industrias con procesos de galvanización en caliente, contienen elevados niveles de zinc. El objetivo de esta etapa de pretratamiento es eliminar todo el zinc (95-98%) que haya presente en la solución. De no eliminar el zinc al principio, este metal precipitaría más adelante conjuntamente con el hierro, obteniendo un producto con una compleja salida comercial.

Se ha comprobado que la tecnología más eficiente para separar el zinc presente en el baño es la extracción líquido-líquido mediante una solución orgánica que actúa como agente extractante. Este agente, a su vez, mediante otro proceso de extracción líquido-líquido es regenerado, de modo que el proceso Chemirec® no consume netamente el agente extractante del zinc. Como resultado de la etapa de pretratamiento se obtienen dos corrientes: el baño agotado de decapado libre de zinc y una solución acuosa de cloruro de zinc. Esta solución se devuelve al proceso de galvanizado en el que se consume en la preparación de la corriente de fluxante, el cual es un reactivo formado por cloruro de amonio y cloruro de zinc.

Una vez se ha eliminado el contenido de zinc del baño agotado, o bien el baño no contenía inicialmente zinc, se lleva a cabo la etapa de reacción. Para recuperar tanto el ácido clorhídrico libre como el combinado presente en el baño agotado, se dosifica en un reactor-cristalizador ácido sulfúrico concentrado, el cual reacciona con los iones de hierro divalente presentes en la solución formando sulfato ferroso heptahidratado y ácido clorhídrico. A continuación, reduciendo la temperatura de la solución, se obtienen cristales de sulfato ferroso heptahidratado que se separan fácilmente mediante filtración de las aguas madres. Éstas contienen el hierro divalente que no ha precipitado, parte del ácido sulfúrico —que ha quedado en exceso—  y el ácido clorhídrico formado.

Finalmente, para obtener la separación del ácido clorhídrico formado, la solución se somete a un proceso de destilación por membranas que reduce los requerimientos prácticos para operar con una mezcla de ácido clorhídrico a elevada temperatura. En la etapa de destilación por membranas se obtiene, por un lado, el ácido clorhídrico recuperado, y, por otro lado, un concentrado acuoso que se recircula al reactor para devolver al proceso el hierro divalente y el ácido sulfúrico que no han reaccionado.

Recuperación de materiales valiosos: ácido clorhídrico, cloruro de zinc y cristales de sulfato ferroso

El ácido clorhídrico obtenido, con una concentración del 18-20% —debido al azeótropo que se forma— se consume en el proceso de tratamiento de superficies, generando un ahorro económico al reducir notablemente la compra de reactivos. Así pues, el proceso Chemirec® permite a la industria de tratamiento de superficies, la recuperación y utilización del ácido clorhídrico. Además, en el caso de las industrias galvanizadoras en caliente, el cloruro de zinc producido en la separación del zinc, puede ser reutilizado para la producción de fluxante. Y, finalmente, la producción de sulfato ferroso heptahidratado puede ser vendida al tener valor comercial como fertilizante. El único requerimiento de materias primas del proceso es la adición de ácido sulfúrico, cuyo coste es muy inferior a los beneficios generados por la venta de los productos generados y del ahorro económico de los recursos recuperados y de la gestión de residuos.

Por tanto, y a modo de resumen simplificado, en el Proceso Chemirec® entra un baño agotado y éste se transforma en ácido clorhídrico apto para ser reutilizado, cristales de sulfato ferroso heptahidratado que se comercializan y cloruro de zinc que también se reutiliza de nuevo.

Recuperación de hasta un 98% del ácido clorhídrico inicial

Condorchem Envitech, en una fase preliminar, ha construido una planta piloto basada en el proceso Chemirec® con una capacidad de tratamiento de 200 L/día de baños agotados de decapado procedentes de industrias galvanizadoras. Esta planta piloto ha permitido demostrar exitosamente la viabilidad técnica del proceso y la robustez de la operación. También se ha constatado que el rendimiento experimental obtenido, de recuperación de ácido clorhídrico, ha sido superior al 95% de ácido clorhídrico inicial (libre más combinado) recuperado, lo cual es un resultado excelente.

En una fase posterior, a través del Proyecto LIFE-DIME, Condorchem Envitech ha obtenido financiación europea para la construcción de una planta industrial, con una capacidad de 2 m3/día de baños agotados de decapado procedentes de industrias galvanizadoras, la cual permite demostrar que el proceso probado a escala piloto exitosamente también funciona satisfactoriamente a escala industrial manteniendo e incluso superando —por la mayor automatización del proceso— los mismos niveles de eficacia conseguidos a escala piloto, los cuales se sitúan en torno al 98% de recuperación de ácido clorhídrico inicial (libre más combinado).

Impacto económico y ambiental del Proceso Chemirec®

En una industria galvanizadora con una capacidad de 360 Tm/día de material galvanizado, la cual genera una producción de baños de decapado agotados de unos 24 m3/día, el ahorro económico que puede producir la introducción del proceso Chemirec® sumando el ahorro en la compra del ácido clorhídrico y del cloruro de zinc y el ahorro en la gestión de los residuos, se sitúa alrededor de los 720.000 € anuales. Este ahorro económico tan elevado hace posible recuperar la inversión en la implantación del proceso Chemirec® en un periodo de tiempo inferior a los 2 años, valor que sin duda es muy atractivo.

Además de ser un proceso claramente viable a nivel económico, la derivada ambiental que supone la implantación del proceso Chemirec® es de gran relevancia. Por un lado, se dejan de producir unas 5.500 Tm/año de residuos y se reduce la compra de materias primas en unas 5.000 Tm/año, lo cual genera un elevado ahorro en las emisiones de CO2 al reducir el transporte de 11.500 Tm/año de mercancías. Por otro lado, el 43% de la producción mundial de zinc se destina a la industria galvanizadora, por lo que la recuperación y posterior reutilización del zinc de los baños de decapado en el proceso de galvanización no sólo supone el ahorro en la compra de materia prima, sino también una reducción en la extracción de recursos naturales.

Valoración general del Proceso Chemirec®

Así pues, tal y como se ha expuesto, el Proceso Chemirec®, patentado y desarrollado por Condorchem Envitech, supone una excelente oportunidad para las industrias de tratamiento de superficies no sólo de mejorar su balance de resultados sino de consolidar una necesaria y ambiciosa política ambiental y en materia de sostenibilidad. En un futuro a medio plazo, sólo aquellas compañías que sean sostenibles desde un punto ambiental, también podrán ser sostenibles a nivel económico.

Tratamiento de aguas salinas, o salmueras, en la industria

sal concentradaLa producción de aguas salinas se asocia tradicionalmente a los procesos de desalación de agua de mar. En el pasado no se llevaba a cabo ningún tratamiento de aguas salinas y simplemente se procedía a la reincorporación de esta salmuera al océano. Este sistema se ha visto que generaba un gran impacto ambiental en el medio de origen, por lo que se han puesto en marcha alternativas que disminuyesen el impacto ambiental del vertido directo y contemplan a también, cualquier tipo de salmuera producida en distintos procesos industriales. Estas alternativas pueden dividirse en:

  • Procesos de dilución: En este caso la salmuera generada se diluye con los efluentes de otras plantas de tratamiento que tengan como destino su vertido al océano, cuya concentración salina sea muy baja y cuyo caudal de salida sea más elevado que el de salmuera, con el fin de asegurar la dilución adecuada. Normalmente se emplean efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales o de centrales térmicas.
  • Procesos de gestión: Estos procesos incluyen diferentes procesos de tratamiento de los efluentes salinos producidos tanto en plantas desaladoras como en otros tipos de sectores. El tratamiento de las salmueras, permite garantizar una mayor sostenibilidad ambiental y una disminución de su impacto en el medio.

A continuación se tratan los procesos de gestión de efluentes salinos más destacables.

Gestión de las salmueras

La gestión de salmuera es sin duda un punto determinante para cualquier tipo de industria o sector en el que se genere un efluente salino, ya que, aún al carecer de peligrosidad, deben ser correctamente gestionados, porque su descarga no controlada puede causar un elevado impacto ambiental.

Existe una amplia diversidad de industrias que por uno u otro motivo generan salmueras, como es el caso de las plantas desaladoras, las dedicadas a las perforaciones de gas y petróleo, las plantas de generación de energía, las de curtidos de pieles, las que elaboran conservas de alimentos, olivas, salazones, aceites, jamones y embutidos, así como todas aquellas que tratan elevados volúmenes de agua (descalcificación, desmineralización, ósmosis inversa, etc.).

Su gestión no siempre es sencilla y la opción más idónea depende siempre de una larga lista de factores, como caudal, concentración, situación geográfica, disponibilidad de fuentes residuales de energía, etc. Entre las opciones posibles de gestión de las salmueras, no cabe duda que la más sostenible ambientalmente consiste en abordar su tratamiento.

Producción de salmueras

La variedad de industrias que generan efluentes salinos es amplia, a continuación se analizan las más representativas:

I. Desalación de agua de mar

La desalación consiste en la obtención de agua dulce para consumo humano, uso industrial o agrícola a partir de agua de mar o salmuera. Esta práctica se ha ido generalizando en las últimas décadas en todas aquellas zonas donde existe déficit hídrico y el abastecimiento no está por tanto garantizado. Actualmente es posible la producción intensiva de agua desalada a unos precios moderados, hecho que hace que en muchos casos sea la solución practicada para solucionar los problemas de abastecimiento. De acuerdo con UN Water, el mecanismo de inter-agencias para todo lo relacionado con el agua de Naciones Unidas, en febrero de 2014 existían más de 16.000 plantas desaladoras en todo el mundo, con una capacidad de producción de unos 70 hm3/día.

Sea cual sea la tecnología utilizada para la desalación, en todos los casos se produce un efluente de agua dulce y un efluente residual o rechazo. Éste último contendrá una concentración de sales elevada, que dependerá del agua cruda que se desala y del rendimiento de la separación, el cual depende de la técnica utilizada. Este residuo no debe ser devuelto al medio sin tratamiento por el elevado impacto que esto tendría sobre el mismo, además de suponer un aumento progresivo de los costes de desalación consecuencia directa del aumento de los niveles salinos de las aguas de origen.

Así pues considerando la gestión como la alternativa más adecuada, las técnicas que obtengan un elevado rendimiento de separación generarán un rechazo muy concentrado en sales, y al revés.

II. Industria textil

La industria textil se caracteriza por un elevado consumo de agua, la cual debe ser de gran calidad. Es habitual que el agua, tanto de red como de captaciones propias, sea sometida a un proceso de purificación, generalmente, de ablandamiento. Históricamente, para eliminar la dureza del agua se han utilizado resinas de intercambio iónico, las cuales generan en su proceso de regeneración un efluente de elevada concentración salina.

Por otro lado, en el proceso de teñido de la fibra textil, se necesitan elevadas concentraciones salinas en el medio para que el pigmento se fije sobre la pieza de tela. Las aguas de teñido, aún después de haber sido tratadas, conservan un elevado contenido en sales.

III. Vertederos de RSU

Los vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU) generan efluentes de lixiviados, los cuales deben ser tratados para poder ser vertidos sin que causen impacto ambiental. Generalmente, después de varios procesos, el efluente tratado es sometido a un proceso de ósmosis inversa, con la finalidad de obtener una corriente de agua pura la cual reutilizar o verter, y una corriente más pequeña con los contaminantes concentrados. Este efluente presenta una elevada concentración salina, puesto que se han concentrado todas las sales presentes originalmente en los lixiviados.

IV. Elaboración de alimentos

Con la finalidad de que los alimentos se conserven durante largos periodos de tiempo y no sean atacados por los microorganismos, históricamente se han utilizado técnicas de salazón y de conservación en salmueras. Las salmueras se suelen preparar con agua fría, cloruro sódico, nitrito de sodio, además de productos saborizantes.

Para que la salmuera ejerza su efecto como conservante es necesario concentraciones salinas en el producto de entre el 15% y el 20%. Así pues, la industria de salazones y la dedicada a la conservación de alimentos en general producen efluentes de elevada concentración de sal.

La elaboración de encurtidos (olivas, pepinillos, zanahorias, cebollas, etc. marinados con salmuera y vinagre) es una actividad que genera efluentes con carga orgánica además de con una elevada salinidad. Estos efluentes deben ser tratados previamente a su vertido y es aconsejable recuperar la máxima cantidad posible de agua para su reutilización en el proceso.

V. Efluentes de plantas de tratamientos del agua

Una amplia variedad de industrias necesitan disponer de agua de elevada calidad, ultra pura, para su uso en el proceso productivo; es el caso de las industrias farmacéutica, alimentaria, textil, etc. Generalmente utilizan resinas de intercambio iónico para ablandar el agua, o bien procesos basados en membranas (nanofiltración u ósmosis inversa) para tratamientos más completos. Los efluentes generados en estos procesos concentran todas las sales e impurezas eliminadas del agua cruda. Cuando el consumo de agua en el proceso es elevado, se generan caudales de efluentes residuales importantes, los cuales se caracterizan por una elevada concentración de sales disueltas.

VI. Industria del curtido de pieles

La industria dedicada al curtido de pieles se caracteriza por su elevado potencial contaminante tanto por los reactivos que se utilizan como por los efluentes que se generan en los diferentes procesos.

Generalmente, los procesos que se siguen en el curtido de las pieles son el de salado (con NaCl), el de ablandamiento (utilizando sulfuro de sodio, polisulfuro de sodio o carbonato de sodio), el de apelambrado (usando sulfuro de sodio, sulfhidrato de sodio, aminas, hidróxido de calcio y sosa caústica), el de encalado (mediante un baño con sosa caústica), el de desencalado (utilizando ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido bórico, cloruro de amonio, acetato de amonio y ésteres cíclicos), el de curtido (sales de cromo y formaldehido), el de teñido, el de engrase, el de secado, el de acondicionado y el de acabado (usando pigmentos, y anilina). Estos productos químicos empleados en los diferentes procesos se van incorporando a las aguas residuales a medida que se van utilizando.

Las tecnologías utilizadas en estos procesos cada vez son más limpias, economizan agua, reutilizan efluentes y la contaminación final de las aguas es menor. Finalmente, una vez que las aguas son tratadas, la mayor parte de la contaminación es eliminada de las aguas. No obstante, las sales disueltas contenidas en los efluentes no son eliminadas, de modo que a la salida de la planta de tratamiento, salen inalteradas y las aguas tienen concentraciones de sales de hasta 10.000 mg/L. Estas aguas, con este contenido en sales, no pueden ser vertidas ni a cauce público ni a la red de alcantarillado.

VII. Tratamiento de agua para plantas de generación de energía

Las plantas de generación de energía necesitan para su funcionamiento disponer de agua de la máxima calidad, para poder transformarla en vapor de alta temperatura, el cual moverá el alternador. Generalmente, el agua ultra pura que se utiliza se obtiene sometiendo el agua de red, o de captación, a un proceso de tratamiento. Como consecuencia de este proceso, se genera un efluente residual que concentra todas las impurezas eliminadas del agua. Estos efluentes se caracterizan por poseer una elevada concentración de sales, los cuales deben ser tratados para poder ser vertidos.

VIII. Extracciones de gas y petróleo

La industria dedicada a la extracción de gas y de petróleo también es capaz de producir grandes efluentes de salmuera. Un elevado número de yacimientos de gas y de petróleo suelen aparecer junto a vetas de sal gema. La técnica utilizada para la extracción del petróleo consiste en la perforación de pozos por los que se inyecta agua dulce, que disuelve la sal y aparece en la superficie en forma de salmuera. La recuperación del petróleo se consigue desplazándolo hacia la superficie mediante la inyección de agua o de salmuera. El excedente de salmuera debe ser tratado, o vertido al mar si se trata de un yacimiento submarino.

Tratamiento de aguas salinas, o salmueras

La gestión de las salmueras no es una tarea sencilla en la mayoría de los casos. En función de factores como el caudal, la ubicación geográfica, si existen más contaminantes o no a parte de las sales, etc. se deberá optar por una u otra opción. En muchas ocasiones la única salida será el tratamiento de las salmueras, aunque pueden existir otras vías de gestión diferentes en función de las características de cada caso.

tratamiento de aguas salinas

A continuación se realiza un análisis de las diferentes opciones de gestión posibles, haciendo especial hincapié en las técnicas que permiten el tratamiento de las salmueras.

Tratamiento de aguas salinas mediante un sistema de vertido cero (ZLD)

Esta opción es la alternativa de gestión viable en el mayor número de situaciones diferentes, se puede adaptar a cualquier escala de producción de salmueras y, sin duda, es la más respetuosa con el medio ambiente.

El objetivo de una planta de vertido cero para el tratamiento de un efluente de salmuera consiste en la conversión del residuo salino en una corriente de agua de elevada calidad por un lado, y las sales en estado sólido cristalizadas por otro lado. El agua puede ser reutilizada en el propio proceso por su elevada calidad, o en cualquier otra aplicación, y las sales cristalizadas gestionadas para su posible revalorización. Por tanto, mediante un sistema de vertido cero se transforma el residuo líquido en dos corrientes diferentes, inocuas, revalorizables y de fácil gestión.

La obtención de cloruro de sodio, sulfato cálcico, hidróxido de magnesio y cloruro cálcico es posible mediante diferentes procesos de evaporación de forma secuencial. Esta opción es viable cuando la salmuera es de origen marino y las producciones son moderadas.

El tratamiento consiste, en función de la concentración inicial de sales de la salmuera, en un primer proceso de concentración del efluente mediante ósmosis inversa. Si la concentración de la salmuera ya es elevada, la etapa de ósmosis inversa es prescindible. A continuación, la salmuera concentrada se somete a un proceso de evaporación al vacío en el que se concentra aún más y se genera una corriente de agua que puede ser mezclada con la producida en la ósmosis inversa. Finalmente, mediante un proceso de cristalización se obtienen las sales en estado sólido, cristalizadas y secas (imagen 1). Las sales pueden ser revalorizadas para su uso en el control de heladas, en la regeneración de resinas, etc.

El proceso de ósmosis inversa puede ser substituido por un sistema de electrodiálisis, el cual también permitiría concentrar el efluente de salmuera y producir un caudal de agua con una muy baja concentración de sales.

Si se dispone de alguna fuente de energía residual, puede ser ésta aprovechada en el proceso de evaporación al vacío, obteniendo unos resultados excelentes a un precio muy competitivo.

También existe una alternativa actual a la ósmosis inversa que es la forward ósmosis, u ósmosis forzada. Éste tipo de tecnología permite tratar aguas marinas o salmueras con un menor consumo de energía y una reducción del rechazo producido por lo que los evaporadores posteriores serán más pequeños. Reduce a su vez los costes de inversión y operación en las aplicaciones de vertido cero en comparación con otras tecnologías y puede utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones. Se trata de una tecnología emergente y que ha demostrado una gran eficiencia en el tratamiento de aguas salinas.

Gestionar los efluentes salinos mediante un sistema de vertido cero es especialmente ventajoso cuando, a parte de las sales, existen otros contaminantes de complejo tratamiento. Es el caso de los efluentes procedentes de los lixiviados de los vertederos de residuos sólidos urbanos, de los efluentes generados por la industria dedicada al curtido de pieles o de los efluentes producidos en la elaboración de encurtidos. En las plantas de tratamiento de agua –para producir agua ultra pura – también es una alternativa idónea, sobre todo en aquellos casos en los que se genera una energía residual que pueda ser aprovechada para el proceso de evaporación al vacío.

Inyección profunda (ISP)

La técnica de la inyección en sondeos profundos (ISP) consiste en inyectar el residuo líquido en el subsuelo a través de un pozo profundo. Se puede utilizar para gestionar las salmueras, así como otros residuos líquidos, siempre que se determine que no existe impacto ambiental en el subsuelo. Esto sucede cuando se dan las siguientes cuatro condiciones, las cuales son necesarias y suficientes:

  • Existe una formación permeable capaz de admitir el residuo.
  • Existe una formación impermeable que mantiene el residuo confinado el tiempo suficiente hasta su inocuidad.
  • Las condiciones de ambas operaciones no cambian con el desarrollo de la operación.
  • La operación de ISP no hipoteca otros recursos más importantes.

Así pues, esta técnica de gestión será viable cuando, por un lado se cumplan las cuatro condiciones, y por el otro lado el caudal de salmuera sea suficientemente importante como para justificar económicamente la actuación.

Lagunas de evaporación

La técnica de confinar las salmueras en una balsa es una opción que se ha utilizado en zonas áridas donde se dispone de suficiente superficie. En función del caudal de salmuera, se puede diseñar el área superficial y la profundidad mínima de la balsa. Uno de los puntos sensibles de la técnica es la contaminación ambiental de acuíferos cercanos por la posible fuga de lixiviados.

Pozos

Consiste la extracción de agua de pozos cercanos al mar, con altos contenidos en sal, para su uso principalmente en complejos hoteleros de zonas con escasez de agua dulce.
Este tipo de agua tiene 3 usos diferenciados:

  • Refrigeración de los sistemas de aire del complejo.
  • Abastecimiento de agua de red para el complejo.
  • Refrigeración de los filtros empleados previo tratamiento con ósmosis inversa.

Una vez empleada, se recogen todos los efluentes resultantes en un depósito que vuelve a reicorporarse a otro pozo con un contenido total en sal ligeramente superior al de entrada.
Este tipo de sistemas es específicos para agua marina y son de uso común en este tipo de zonas.

Conclusiones

Una amplia variedad de procesos generan importantes efluentes de salmuera, que constituye un residuo líquido que no puede ser vertido directamente al medio por el elevado impacto ambiental que esto supone.

No siempre es fácil encontrar una vía de gestión competitiva. Existen diferentes alternativas para su gestión, como la inyección profunda, las lagunas de evaporación, la obtención de productos revalorizables y el tratamiento de la salmuera mediante un sistema de vertido cero. De entre todas las opciones posibles, esta última se presenta como la más universal, ya que puede ser aplicada en la mayoría de situaciones, es la más respetuosa con el medio ambiente, no produce vertido alguno, genera un efluente de agua de elevada calidad, que puede ser reutilizada en el proceso productivo, y se obtiene sal cristalizada que puede ser revalorizada.

 

Vertido cero: Concepto y tecnología

Secciones

Definición

La inmensa mayoría de actividades industriales generan efluentes líquidos, en mayor o menor cantidad, que deben ser gestionados correctamente por la carga contaminante que contienen. Estos efluentes se generan cuando se utiliza el agua para refrigerar o calentar, en las limpiezas de los equipos, dentro del propio proceso, etc.

La normativa medioambiental es cada vez más restrictiva y generalmente no permite que los efluentes líquidos puedan ser vertidos sin un tratamiento previo. La solución convencional pasa por instalar una serie de procesos fisicoquímicos y/o biológicos que tratan el agua lo necesario para conseguir cumplir la normativa de vertido.

No obstante, existe un gran número de situaciones donde el efluente tratado, o no puede ser vertido por razones geográficas, o requiere un esfuerzo económico elevado conseguir que el efluente sea evacuado. En otras situaciones, cuando se producen efluentes líquidos de naturaleza compleja, los sistemas de tratamiento convencionales necesarios no son competitivos a nivel económico.

Ante estos escenarios, el concepto de vertido cero se está forjando como la opción más sostenible a nivel ambiental y, en muchas ocasiones, también a nivel económico.

El concepto de vertido cero se basa en el uso de técnicas y procesos que hacen posible la reutilización de la totalidad de las aguas residuales con un doble objetivo: (1) reducir al máximo el consumo de agua de red, y (2) minimizar la cantidad de residuos que deben ser gestionados externamente.

Las ventajas de la aplicación de esta filosofía, en relación con la solución convencional, son numerosas, destacando especialmente las siguientes:

  • Ahorro en el consumo de agua de red.
  • Reducción radical de la cantidad de residuos a gestionar externamente.
  • Mejora de la imagen corporativa por la sensibilidad ambiental que demuestra la implantación de este sistema.
  • Facilidad para la posterior implantación de un sistema de gestión medioambiental.
  • Ahorro económico en la gestión de residuos externa.
  • Ahorro económico en la fiscalidad del vertido.
  • Ahorro económico en posibles sanciones administrativas por no adecuación del vertido a la normativa.
  • Flexibilidad del sistema en cuanto a cambios en la composición.
  • Necesidad de poco espacio, pues son sistemas compactos.
  • Simplicidad de explotación.
  • Alto grado de automatización.
  • No necesidad de personal técnico especializado.
  • Bajo coste de personal.
  • Ahorro en el consumo de reactivos químicos.
  • Elevado nivel de autosuficiencia en el consumo de agua.
  • Posibilidad de aprovechar calores residuales de otros procesos, disminuyendo extraordinariamente los costes de explotación.

La implantación de un sistema de gestión basado en el concepto de vertido cero supone el tratamiento de todos los efluentes líquidos cuanto sea necesario hasta que su calidad permita su introducción de nuevo en el proceso, de modo que el rechazo final sea mínimo.

El campo de aplicación de este sistema de gestión es tan amplio como el número de actividades diferentes que generan efluentes líquidos, con alguna pequeña limitación. En la tabla se resumen las actividades en las que el sistema de gestión de vertido cero es especialmente útil y ventajoso.
aguas residuales industriales

Tecnologías utilizadas en un Sistema de Vertido Cero

Las tecnologías utilizadas para concentrar y minimizar el efluente final se pueden clasificar en:

Tecnologías de Membranas

Tecnologías de Separación Térmica

Se centran en concentrar el rechazo de las técnicas de membrana produciendo agua destilada, reutilizable en el proceso, y un residuo sólido seco, haciendo posible el objetivo de no producir finalmente ningún tipo de vertido.

  • Evaporación al Vacío: reduce al máximo el vertido, con criterios de eficacia, robustez y sostenibilidad.
  • Cristalizadores: Cuando interesa que el único residuo sea un sólido seco, la evaporación al vacío se utiliza seguido de un cristalizador, el cual cristaliza el residuo del evaporador.

La evaporación al vacío es la tecnología más útil para obtener un vertido cero. Mediante esta tecnología se puede recuperar alrededor del 95% de las aguas residuales, obteniendo un agua destilada que puede ser reutilizada. Los residuos de salmuera restantes pueden ser reducidos a sólido en un cristalizador.

Sin embargo, la evaporación por sí sola puede ser una opción cara cuando los caudales son considerables. Una manera de resolver este problema es la integración de las tecnologías de membrana, especialmente ósmosis inversa y electrodiálisis reversible, con la evaporación. Hoy en día es muy habitual combinar ambas tecnologías en el diseño de sistemas de vertido cero.

Mediante la combinación de las tecnologías de membranas con la evaporación y la cristalización, los sistemas de vertido cero han resultado más eficientes y menos costosos. La forma en que se combinan dichas tecnologías depende del efluente a tratar.

tecnologías para vertido cero

MF: microfiltración; UF: ultrafiltración; EDR: electrodiálisis reversible.

En el gráfico se observa el ciclo virtuoso que representa el concepto de vertido cero. No en todos los casos son necesarios todos los procesos representados. Los procesos de membrana (MF, UF, EDR y OI) generan una elevada cantidad de agua apta para ser reutilizada. Y los procesos térmicos (evaporación y cristalización) tratan los rechazos producidos en los procesos anteriores, produciendo más agua apta para ser reutilizada y un residuo final sólido y seco.

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Diseño de un sistema de vertido cero

La mayoría de las industrias utilizan agua de alguna forma en sus procesos de producción. Esta agua acaba generando unos efluentes que habrán de ser tratados con el objetivo de obtener nuevamente agua limpia, que podrá ser reutilizada mediante un sistema de vertido cero, o vertida a la naturaleza en función de los intereses de la empresa.

Sin embargo, el flujo de efluentes y su composición resulta muy variable y este es uno de los principales problemas en el diseño de un sistema de vertido cero: entender el efluente a tratar.

Factores esenciales en el diseño:

Debido a que cada efluente es diferente no se puede diseñar un sistema de vertido cero que funcione como sistema único y aplicable de forma general. Así, la composición del efluente es esencial en el diseño de un sistema de vertido cero.

Un efluente mal descrito conducirá a un diseño que está lejos de su nivel óptimo, bien porque sea demasiado grande y caro o demasiado pequeño para lograr la separación requerida.El caudal acostumbra a determinar el tamaño de la instalación y, por tanto, el coste inicial de la misma.

Por otra parte, los componentes del efluente también deben ser analizados y preferiblemente en diversas ocasiones para ver si puede haber diferentes composiciones. Dependiendo del proceso que se utilice las composiciones pueden variar ligeramente.

Las medidas más comunes a analizar hoy en día son la demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de oxígeno (DBO), carbono orgánico total (TOC), así como el análisis de inorgánicos (aniones, cationes, sílice).

Pese a la versatilidad en cuanto a la naturaleza de la contaminación de este sistema de gestión, no lo es tanto en relación con la cantidad de caudal a tratar. Para vertidos elevados (caudales superiores a 50 m3/h) no es una tecnología competitiva.

También se debe tener en cuenta que, cuando el efluente es rico en componentes volátiles, el destilado debe ser post-tratado para que pueda ser reutilizado. Y este proceso incrementa sensiblemente la inversión inicial.

Hoy en día la mayor parte de las instalaciones de vertido cero se llevan a cabo en diferentes sectores industriales y en actividades relacionadas con la producción de energía, así como en vertederos de Residuos Sólidos Urbanos.

Descripción general de los componentes principales de un sistema de vertido cero

1. Ósmosis inversa

La ósmosis inversa es un proceso donde el agua está bajo presión para que pase a través de una membrana semi-permeable, dejando las sales inorgánicas disueltas y sílice atrás.

Hay que tener en cuenta que algunos compuestos orgánicos y los sólidos en suspensión pueden dañar los sistemas de ósmosis inversa, por lo que es recomendable llevar a cabo un pretratamiento o filtración antes de utilizar esta tecnología.

2. Electrodesionización (EDI)

Se trata de un proceso de membranas en el que los electrolitos migran a través de membranas selectivas de carga en respuesta a un campo eléctrico.

Durante el proceso la polaridad de los electrodos se invierte varias veces por hora y el agua dulce y las aguas residuales concentradas se intercambian dentro de la pila de membrana para eliminar suciedad y descamación.

La electrodesionización también requiere la eliminación previa de los sólidos y los compuestos orgánicos para un funcionamiento fiable.

3. Evaporadores al vacío

Los evaporadores al vacío son una de las tecnologías más novedosas y eficaces para la minimización y tratamiento de residuos industriales líquidos en base acuosa. Dicha tecnología es limpia, segura, muy versátil y con un coste de gestión muy bajo.

Encontramos una gran variedad de evaporadores: evaporadores al vacío por bomba de calor , evaporadores al vacío por compresión mecánica del vapor , los evaporadores al vacío para caudales elevados , los de película descendente, circulación forzada, con rascador y aquellos que funcionan con agua caliente por múltiple efecto., etc.

La gran ventaja de los evaporadores al vacío es que producen un destilado muy limpio, que por lo general contiene menos de 10 ppm, siendo esta una de las razones principales por las que se utilizan en sistemas de vertido cero.

Normalmente el evaporador se utiliza para tratar los rechazos de las membranas y concentrar los residuos contenidos en el efluente hasta un estado prácticamente sólido.

Destaca su capacidad para concentrar salmueras, un problema muy habitual en muchas industrias.

4. Cristalizadores

Un cristalizador es un tipo de evaporador de circulación forzada, que utiliza un compresor mecánico de vapor como fuente de energía.

El cristalizador consigue reducir a un sólido seco el rechazo de un evaporador para su posterior eliminación. Por otra parte, se obtiene un agua de alta pureza para su reutilización.

5. Balsas de evaporación

El procedimiento de evaporación por balsas se ha utilizado desde hace mucho tiempo para el tratamiento de aguas residuales. La idea consiste en depositar las aguas residuales en una gran balsa abierta, de forma que el agua acabe evaporándose debido a la radiación solar y el viento.

Esto implica una reducción de costos, a la vez que se obtiene un incremento de la concentración de los materiales (o subproductos) que tienen aprovechamiento comercial.

También pueden presentar algunos problemas, sobretodo los relacionados con la generación de olores cuando hay cerca un núcleo poblado y se almacenan aguas con elevada carga orgánica. En estas situaciones se pueden aplicar tecnologías para el enmascaramiento de olores , que consiste en nebulizar un producto químico que neutraliza el olor.

También es frecuente que en épocas de lluvia la balsa se llene mucho más que lo que evapora. Para subsanar este problema se requiere de un diseño adecuado de la balsa y de la ayuda de un sistema de nebulización de agua (evaporación forzada), que permiten incrementar la velocidad de evaporación más de 20 veces que con la evaporación natural.

A pesar de su sencillez, las balsas de evaporación pueden resultar muy útiles para el cometido de obtener el vertido cero en rechazos salinos y otros efluentes de componente mineral, ya que ningún efluente es vertido directamente en el entorno natural.

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Hacia el vertido cero en la gestión de Residuos Sólidos Urbanos (RSU)

El tratamiento de los residuos sólidos urbanos es un problema ambiental de gran importancia para todas las grandes ciudades debido al aumento de las cantidades de residuos que se han de gestionar.

El principal inconveniente es que a pesar de los amplios esfuerzos y recursos destinados a su eliminación, es muy complicado llegar a valorizar el 100% de los residuos. A día de hoy se siguen obteniendo fracciones de rechazo superiores al 30% de los residuos sólidos urbanos procesados, que suelen depositarse en vertederos controlados.

Lógicamente, este incremento de las cantidades de residuos a tratar también supone un incremento del coste económico (plantas de tratamiento y vertederos) y de los espacios destinados a tal propósito.

Para hacer frente a esta situación se han puesto en marcha iniciativas, tanto públicas como privadas, que promueven el denominado residuo cero. El propósito es no centrarse únicamente en la fase de reciclaje de los materiales y la recuperación de la materia orgánica, si no en que los productos sean concebidos desde un inicio para poder ser recuperados, en vez de ser pensados para su futura eliminación, como ha sucedido siempre.

Otro elemento clave para este cambio es el vertido cero, o lo que es lo mismo, el nulo depósito en vertederos de residuos. Para conseguir tan ambicioso objetivo es imprescindible aplicar aquellos procesos de tratamiento de residuos que permiten transformar los residuos generados en energía o subproductos.

Diferentes empresas a nivel internacional, entre las que figura Condorchem Envitech, trabajan de manera decidida en el desarrollo e implantación de tecnologías y procesos que permitan alcanzar el vertido cero en el mayor de los casos posibles.

El vertido cero ha de dejar de ser una voluntad de futuro, para ir ganando terreno y convertirse en una realidad  para la administración y las diferentes industrias.

Para terminar os dejamos el enlace a un extenso documento que trata sobre el vertido cero en RSU, que fue elaborado por ESACAM y COMAV para las jornadas de medio ambiente Ecosessions en el año 2009.

http://www.fundacionseres.org/Lists/Informes/Attachments/252/2009%20Informe%20hacia%20el%20Vertido%20Cero.pdf