LA EVAPORACIÓN EN EL TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS

DE RNPs

4 DE NOVIEMBRE DE 2008

SIDASA MEDIO AMBIENTECIUDAD DE FRÍAS 19

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La evaporación es una tecnología mediante la cual se persigue la concentración de soluciones diluidas, con el fin de gestionar un residuo de menor volumen u obtener productos sólidos de valor añadido.

Existen multitud de sectores industriales que la utilizan: papeleras, industria farmacéutica, la industria de tratamiento superficial, vertederos, así como otros mercados con la misión fundamental de reducir los efluentes contaminantes de una determinada actividad industrial.

EVAPORACIÓN AL VACÍO

Algunas de las aplicaciones más comunes pueden ser las siguientes:

☼ Concentración de soluciones oleosas: desengrases, taladrinas, etc.☼ Uso en vertederos para la concentración de lixiviados.☼ Concentración de baños, efluentes de regeneración de resinas de intercambio iónico, etc.☼ Reducción de vertidos con alta carga de productos orgánicos en industria alimentaria, farmacéutica, etc.☼ Eliminación de amonio, nitratos, cloruros y/o sulfatos en efluentes de procesos industriales.

EVAPORACIÓN AL VACÍO

Existen tres tipos de tecnologías de evaporación al vacío, siendo las dos últimas las más adecuadas en nuestro sector, tanto por capacidad de tratamiento como por costes productivos:

-Evaporación al vacío mediante bomba de calor: se realiza vacío en la cámara de ebullición, con lo que se consiguen temperaturas de destilación que oscilan entre 30 y 40 ºC, obteniéndose valores altos en lo que a coste se refiere. El sistema de calefacción – enfriamiento se realiza mediante bomba de calor.

- Evaporación al vacío mediante fluidos de calefacción y enfriamiento externos: útil para caudales altos y procesos especiales.

- Evaporación por termocompresión: también trabaja a vacío y el vapor destilado se comprime hasta presión atmosférica sobrecalentándose, siendo la fuente de energía para la evaporación y el precalentamiento del líquido a tratar.

EVAPORACIÓN AL VACÍO

EVAPORACIÓN AL VACÍO POR TERMOCOMPRESIÓN

EVAPORACIÓN AL VACÍO MEDIANTE TERMOCOMPRESIÓN

Se basa en la recuperación de calor mediante la compresión y reuso como fluido calefactor del vapor producido en la fase de evaporación, lo que conlleva a una disminución considerable de la energía a utilizar.

De este tipo de equipos, cabe destacar:

- Consumo de electricidad muy reducido. Aproximadamente, 65 W/l

- Caudales de evaporación entre 20 y 2.400 l/h

- Materiales de fabricación: acero inoxidable con titanio como estándar. Opcionalmente, se pueden fabricar con cuerpo en Hastelloy y tuberías en PVDF, cuando el líquido a tratar es muy corrosivo.

EVAPORACIÓN AL VACÍO MEDIANTE TERMOCOMPRESIÓN

El líquido a tratar es aspirado a través de la válvula de admisión (1) y entra en el cambiador de calor (2), donde enfría el agua destilada saliente a la vez que se calienta hasta una temperatura próxima a su punto de ebullición.

EVAPORACIÓN AL VACÍO MEDIANTE TERMOCOMPRESIÓN

Una vez precalentado, en la cámara de evaporación (3) se calienta aún más al entrar en contacto a través del intercambiador de calor (4), en cuyo interior fluye vapor puro, por lo que el líquido se evapora.Las partículas contaminantes y otros fluidos con punto de ebullición más alto, se des-cargan automáticamente por la válvula de purga (5), una vez que han alcanzado una concentración determinada.

EVAPORACIÓN AL VACÍO MEDIANTE TERMOCOMPRESIÓN

La bomba de vacío (6) aspira el vapor producido, y lo comprime a una presión ligeramente superior a la atmosférica y lo conduce al cambiador de calor (2). Ahí, el vapor se condensa, transmitiendo el calor de condensación al líquido a tratar, saliendo del evapo-rador en fase líquida a través de la válvula de salida (8).

EVAPORACIÓN AL VACÍO MEDIANTE TERMOCOMPRESIÓN

EVAPORACIÓN AL VACÍO CON SISTEMAS DE

CALEFACCIÓN Y CONDENSACIÓN EXTERNOS

EVAPORACIÓN AL VACÍO CON SISTEMAS DE CALEFACCIÓN Y CONDENSACIÓN EXTERNOS

Fuente caliente

Retorno

Retorno

Fuente fría

Alimentación

Agua destilada

El vacío se realiza mediante una bomba de vacío (5) que aspira del depósito de destilado (7) y se transmite al cuerpo de evaporación (1). El destilado se extrae con una bomba (6).El calor necesario para la evaporación se cede en el cambiador de calor (3) a la solución a evaporar impulsada por la bomba (2) facilitando así la transmisión de calor.

1

257

6

34

Concentrado8

EVAPORACIÓN AL VACÍO CON SISTEMAS DE CALEFACCIÓN Y CONDENSACIÓN EXTERNOS

El vapor producido en el cuerpo de evaporación (1) se condensa en el cambiador de calor (4) al ceder su calor latente a la fuente fría, y es recogido en el depósito de destilado (7).El concentrado se extrae a través de la válvula (8) una vez alcanzada una densidad prefijada en el interior del cuerpo de evaporación.

Fuente caliente

Retorno

Retorno

Fuente fría

Alimentación

Agua destilada

1

257

6

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Concentrado8

APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO EN EVAPORACIÓN. TRIPLE EFECTO

Fuente caliente

Retorno

Retorno

Fuente fría123

P1 > P2 >P3 T1 > T2 > T3

Agua destilada

Alimentación

Concentrado

POSIBLES FOCOS CALEFACTORES EN EQUIPOS DE EVAPORACIÓN AL VACÍO

Se pueden utilizar diferentes tipos de focos calefactores en función de la disponibilidad:□ Gas□ Electricidad□ Biomasa

Estos tres focos pueden servir de alimento a una caldera de vapor, agua cliente o aceite térmico, en función de la elección del cliente.

POSIBLES FOCOS CALEFACTORES EN EQUIPOS DE EVAPORACIÓN AL VACÍO

Cabe destacar la utilización de un cuarto foco calefactor que, normalmente es desperdiciado en las empresas ya que se suele disipar a la atmósfera, y es el agua de refrigeración de motores de cogeneración, ya de sobra probado como foco calefactor en procesos de evaporación.

Por ejemplo, en una minicogeneración de 1 MW es posible disponer de 26.5 m3/h de agua de refrigeración de motores con un salto térmico de 90 a 70 ºC, aprox., con lo que podrían obtener 530.000 Kcal/h que, en un doble efecto, sería posible evaporar hasta 1.400 l/h.

Destacar, también, que las cogeneraciones hasta 1 MW de potencia están favorecidas por el nuevo R.D. 616/2007.

POSIBLES FOCOS FRÍOS EN EQUIPOS DE EVAPORACIÓN AL VACÍO

Se pueden utilizar dos tipos de focos fríos:

□ Aerorefrigeradores, de bajo consumo energético, pero su eficiencia puede verse afectada por la climatología.

□ Torres de refrigeración, muy eficientes pero conllevan un tratamiento contra la Legionella y las incrustaciones, existe un consumo notable de agua, etc.

De este tipo de equipos, cabe destacar:

☺ Consumo energético muy reducido, para doble y triple efecto:

- Simple efecto: 600 Kcal/Kg- Doble efecto: 360 Kcal/Kg- Triple efecto: 250 Kcal/Kg

☺ Posibilidad de obtener caudales elevados de evaporación

☺ Materiales de fabricación: muy versátiles en función del producto a evaporar:

- Cambiadores de calor: acero inoxidable, titanio, Hastelloy, etc.

- Cuerpos de evaporación: SMO254, poliéster reforzado con fibra de vidrio, etc.

EVAPORACIÓN AL VACÍO MEDIANTE FUENTES DE CALOR EXTERNAS

LIXIVIADOS

Un lixiviado se produce al atravesar el agua a través del producto almacenado en el vertedero. Al percolar a través de los desechos sólidos, arrastra consigo sólidos en suspensión, sales disueltas, materia orgánica y otros contaminantes.

Las características físico – químicas de un lixiviado son complejas de determinar ya que depende de la pluviometría de la zona, época del año, tipo de desechos almacenados, etc.

CONTAMINANTES PRESENTES EN LOS LIXIVIADOS

Salinidad. Se detecta una presencia de sólidos disueltos que elevan los valores de conductividad por encima de 50.000 µS/cm, debido a la presencia de cloruros en cantidades superiores a 20 g/l, sulfatos por encima de 4 - 6 g/l, nitratos por encima de 500 mg/l, etc. Se detecta, también, presencia muy elevada de calcio y magnesio, así como de metales pesados. Materia orgánica. Se miden valores de DQO superiores a 50.000 mg/l.Amonio. El contenido de amonio normalmente supera los 1.000 mg/l.Sólidos en suspensión. Normalmente, presenta concentraciones alrededor de 400 - 500 mg/l.

PROCESO DE DEPURACIÓN DE LOS LIXIVIADOS

Consta de tres etapas bien diferenciadas:

◊ Pretratamiento: con el fin de acondicionar el lixiviado y evitar ensuciamientos e incrustaciones en los cambiadores de calor de los evaporadores que hagan poco operativo el proceso.

◊ Evaporación, propiamente dicha, ya sea por compresión mecánica del vapor o por evaporación al vacío convencional por fuentes de calor y frío externas.

◊ Postratamiento: cuya misión es afinar algún parámetro del destilado y hacerlo cumplir al 100% las Normas de Vertido a cumplir.

PRETRATAMIENTOEl pretratamiento se basa en un proceso físico – químico para separación de sólidos en suspensión e hidróxidos metálicos.Aprovechando el físico - químico, se eliminan también en él, el calcio y el magnesio que son los agentes que pueden incrustar los cambiadores de calor al precipitar sus sales menos solubles por efecto de la concentración, fundamentalmente carbonatos y sulfatos.Existe un afino en el pretratamiento consistente en hacer pasar el agua tratada por una resina de intercambio iónico de tipo catiónico débil en la que se retienen las fugas de calcio y magnesio que hayan podido escapar del proceso de precipitación con carbonato sódico.Por último, se realiza un ajuste de pH ya que el proceso anterior se realiza a valores muy alcalinos que favorecen la precipitación de los metales y la eliminación del calcio y el magnesio.

ALCALINIZACIÓN FLOCULACIÓN

POLIELECTROLITOCOAGULANTE

COAGULACIÓN

PRODUCTO ALCALINIZANTE

PRETRATAMIENTO. ADICIÓN DE QUÍMICOS

PRETRATAMIENTO

Los productos químicos que se adicionan son:

♦ Coagulante: su misión es agrupar partículas mediante atracciones electrostáticas

♦ Producto alcalinizante: para precipitar el calcio y el magnesio como sales muy poco solubles y mantener un pH alcalino

♦ Polielectrolito: favorece la unión de partículas haciéndolas de mayor tamaño y más fácilmente separables por

decantación.

DECANTADOR LAMELAR

FILTRO PRENSA

ESPESADOR DE LODOS

PRETRATAMIENTO. SEPARACIÓN DESÓLIDOS PRECIPITADOS

POSTRATAMIENTO. AFINO

pH

NEUTRALIZACIÓN

ÁCIDO CLORHÍDRIC

O O SULFÚRICO

ALMACENAMIENTO

COLUMNAS DE AFINO PARA ELIMINACIÓN

DE CALCIO Y MAGNESIO

A EVAPORACIÓN

EVAPORACIÓN

En el proceso de evaporación elegido se producirán dos corrientes:

□ Destilado con muy bajo contenido en contaminantes

□ Concentrado, en el que se recogen los productos no volátiles. Dependiendo de las concentraciones iniciales en el destilado, esta corriente suele ser alrededor de un 5 – 10 % de la inicial. Este producto debe ser inertizado ya que es hasta 20 veces más concentrado que el lixiviado inicial.

POSTRATAMIENTO

Tras la evaporación se precisa afinar la calidad del agua producida antes de su vertido, con el fin de ajustar la totalidad de los parámetros a las Normas de Vertido en vigor en la zona. Cabe destacar:

☼ Temperatura. Debe reducirse este valor mediante algún tipo de aerorefrigerante o simplemente almacenándose el tiempo suficiente antes de su vertido.

☼ DQO. Puede ser suficiente instalar unos filtros de carbón activo para reducirla o una depuradora de tipo biológico.

☼ Amonio. Será necesario incluir un equipo desalinizador de ósmosis inversa o una depuradora de tipo biológico.

POSTRATAMIENTO. INFLUENCIA DEL pH DE EVAPORACIÓN

El pH de trabajo durante la fase de evaporación va a influir notablemente en el postratamiento que hay que realizar:

☺ Trabajar a pH moderadamente ácidos permite evitar que el amoniaco destile con el agua al encontrarse en forma de amonio. Por el contrario, se facilita la formación de los ácidos orgánicos de bajo peso molecular que sí destilan con el agua. Según esto, trabajar a pH moderadamente ácidos produce un destilado con bajo contenido en amoniaco, pero con alta DQO.

☺ Trabajar a pH alcalino evita el destilado de materia orgánica que eleve el DQO, pero la práctica totalidad del amoniaco sale del sistema con el agua destilada. ¿Es esto una buena idea?

POSTRATAMIENTO. INFLUENCIA DEL pH DE EVAPORACIÓN

¡Sí, es una buena idea!

Trabajar a pH alcalino produce un destilado con una DQO muy baja y una concentración muy elevada de amoniaco que puede ser retirado de forma sencilla y económica mediante un stripping, obteniéndose un agua apta para vertido y un subproducto, solución saturada de sulfato amónico, que tiene un cierto valor como abono. No existe riesgo de incrustaciones si se trabaja a pH alcalino ya que se han eliminado los cationes que pueden producir incrustaciones en los cambiadores de calor de los evaporadores.

DESTILADO

SOSA

VAPOR

A VERTIDO

ÁCIDO SULFÚRICO

SOLUCIÓN DESULFATO AMÓNICO

POSTRATAMIENTO. ELIMINACIÓN DE AMONIACO

APLICACIONES REALIZADAS

La más completa experiencia de SIDASA en el tratamiento de lixiviados ha sido en la firma ECODEAL, en Chamusca, Portugal.

Se ha instalado un evaporador con fuente externa de calor, triple efecto, para una capacidad de tratamiento de lixiviados de 4.600 Kg/h usando como fuente de calor aceite térmico procedente de una caldera de biomasa. El foco frío es una torre de refrigeración.

Este evaporador tiene la característica excepcional de que puede trabajar como un triple efecto convencional, con único punto de alimentación, o con tres alimentaciones independientes, según los esquemas siguientes. Tiene la ventaja de poder tratar productos de naturalezas distintas sin necesidad de ser mezcladas que pueden dar lugar a sólidos o productos no deseados.

El cuerpo del primero de los efectos se ha fabricado en la aleación SMO254 con el fin de poder soportar concentraciones elevadas de cloruros y presencia elevada de disolventes, que serán tratados en este primer efecto, de modo independiente a lo que se trate en los otros dos efectos.

Fuente caliente

Retorno

Retorno

Fuente fría123

Agua destilada

Alimentación

Concentrado

TRIPLE EFECTO CON UNA ALIMENTACIÓN

Fuente caliente

Retorno

Retorno

Fuente fría123

Agua destilada

Alimentación 1

Concentrado 3

TRIPLE EFECTO CON TRES ALIMENTACIONES

Alimentación 2

Alimentación 3Concentrado 2

Concentrado 1

EVAPORADOR DE TRIPLE EFECTO

ACONDICIONAMIENTO DE pH DE LAS TRES ALIMENTACIONES

CONCLUSIONES

El tratamiento de lixiviados en vertederos de RNPs es factible mediante tecnologías de sobra conocidas como la evaporación, stripping, físico – químicos, etc. y a unos precios razonables ya que es posible acomodarse a las fuentes de energía disponibles y los consumos de reactivos son relativamente bajos.