LA EVAPORACIÓN EN EL
TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS
DE RNPs
4 DE NOVIEMBRE DE 2008
SIDASA MEDIO AMBIENTE
CIUDAD DE FRÍAS 19
28021 MADRID
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EVAPORACIÓN AL VACÍO
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 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.
EVAPORACIÓN AL VACÍO MEDIANTE
TERMOCOMPRESIÓN
De este tipo de equipos, cabe destacar:
- Consumo
de
electricidad
Aproximadamente, 65 W/l
muy
reducido.
- 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 descargan 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 evaporador en fase líquida a través
de la válvula de salida (8).
EVAPORACIÓN AL VACÍO CON
SISTEMAS DE CALEFACCIÓN
Y CONDENSACIÓN EXTERNOS
EVAPORACIÓN AL VACÍO CON SISTEMAS DE
CALEFACCIÓN Y CONDENSACIÓN EXTERNOS
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.
3
4
Fuente caliente
Retorno
1
Fuente fría
Retorno
8
5
7
Concentrado
2
6
Alimentación
Agua destilada
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.
3
4
Fuente caliente
Retorno
1
Fuente fría
Retorno
8
5
7
Concentrado
2
6
Alimentación
Agua destilada
APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO EN
EVAPORACIÓN. TRIPLE EFECTO
Fuente
caliente
Retorno
Fuente fría
3
2
1
Retorno
Concentrado
Alimentación
Agua destilada
P1 > P2 >P3 T1 > T2 > T3
POSIBLES FOCOS CALEFACTORES EN EQUIPOS
DE EVAPORACIÓN AL VACÍO
Se pueden utilizar diferentes tipos de
calefactores en función de la disponibilidad:
□ Gas
□ Electricidad
□ Biomasa
focos
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.
EVAPORACIÓN AL VACÍO MEDIANTE FUENTES
DE CALOR EXTERNAS
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.
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.
PRETRATAMIENTO
El 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.
PRETRATAMIENTO. ADICIÓN DE QUÍMICOS
COAGULACIÓN
COAGULANTE
ALCALINIZACIÓN
PRODUCTO
ALCALINIZANTE
FLOCULACIÓN
POLIELECTROLITO
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.
PRETRATAMIENTO. SEPARACIÓN DE
SÓLIDOS PRECIPITADOS
DECANTADOR
LAMELAR
FILTRO PRENSA
ESPESADOR
DE LODOS
POSTRATAMIENTO. AFINO
ALMACENAMIENTO
pH
COLUMNAS DE AFINO
PARA ELIMINACIÓN DE
CALCIO Y MAGNESIO
A EVAPORACIÓN
ÁCIDO
CLORHÍDRICO NEUTRALIZACIÓN
O SULFÚRICO
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.
POSTRATAMIENTO. ELIMINACIÓN DE
AMONIACO
DESTILADO
VAPOR SOSA
ÁCIDO
SULFÚRICO
A VERTIDO
SOLUCIÓN DE
SULFATO AMÓNICO
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.
TRIPLE EFECTO CON UNA ALIMENTACIÓN
Fuente
caliente
Retorno
Fuente fría
3
2
1
Retorno
Concentrado
Alimentación
Agua destilada
TRIPLE EFECTO CON TRES ALIMENTACIONES
Fuente
caliente
Retorno
Fuente fría
3
2
1
Retorno
Alimentación 1
Concentrado 3
Concentrado 2
Concentrado 1
Agua destilada
Alimentación 2
Alimentación 3
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.
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Diapositiva 1 - Versos. Vertederos y Sostenibilidad