El rol de la evaporación en el tratamiento de efluentes complejos

Las aguas residuales y los efluentes pueden tomar diferentes formas, desde agua relativamente limpia que se puede descargar de manera segura al medio ambiente con poco o ningún tratamiento, hasta efluentes extremadamente complicados, con altos niveles de sólidos disueltos o suspendidos, productos químicos y material biológico. Entre los productos difíciles de tratar de manera eficaz y eficiente se incluyen los lixiviados de vertederos y las corrientes de aguas residuales industriales, muchas de las cuales ya no pueden descargarse al medio ambiente, ni siquiera a los sistemas de alcantarillado públicos.

Los diferentes tratamientos utilizados varían según determinados factores, como la naturaleza de las aguas residuales o corrientes de efluentes, la demanda química y biológica de oxígeno del material (COD y BOD), el estándar requerido para el producto final, y si la captura del material y la reutilización son necesarias, entre otros. Sin embargo, la evaporación se está volviendo cada vez más popular como forma de separar eficazmente las corrientes de desechos líquidos y sólidos.

Ejemplos de efluentes difíciles de tratar

Los lixiviados de vertedero se forman a partir del agua acumulada en el vertedero procedente de fuentes externas (lluvia, agua superficial y subterránea), así como de la putrefacción de los materiales de desecho en el vertedero. La composición del lixiviado variará según la antigüedad del vertedero y el tipo de residuo involucrado, pero normalmente contiene materiales tanto disueltos como suspendidos, como materia orgánica (alcoholes, ácidos y azúcares, etc.), cationes (sulfatos, cloruros, hierro, etc.), metales pesados (plomo, níquel, cobalto y mercurio) y otras moléculas orgánicas complejas como PCB y dioxinas. Cuando se han eliminado grandes volúmenes de residuos procedentes de la construcción, el sulfuro de hidrógeno también puede ser un problema.

Las corrientes de aguas residuales industriales pueden incluir metales pesados, compuestos halógenos y otros nutrientes o sólidos en suspensión potencialmente dañinos. La mayoría de los países cuentan con normas estrictas sobre el tratamiento y la descarga de dichos flujos de residuos, incluidos requisitos para la “descarga cero” de aguas residuales (ver más abajo).

Los altos niveles de materiales orgánicos disueltos o suspendidos también hace que los efluentes sean muy difíciles de tratar. Algunos ejemplos incluyen desechos líquidos procedentes de curtidos, efluentes de piscifactorías y corrientes de aguas residuales de mataderos o incluso laboratorios de procesamiento de sangre.

Debido a esta variedad de productos y tratamientos, también existe una amplia gama de técnicas de tratamiento disponibles. Las opciones de separación física incluyen asentamiento, filtros de aireación sumergidos (SAF), filtros de aireación disueltos (DAF) y flotación de aire inducida. A veces también se requieren otros tratamientos biológicos (aeróbicos o anaeróbicos) y químicos (como desalinización, alquilación y neutralización). Sin embargo, el uso de tecnologías de evaporación para separar efluentes difíciles en corrientes de agua y desechos sólidos (o lodos altamente concentrados) es cada vez más común.

Vertido cero de líquidos y evaporación

El vertido cero de líquidos (ZLD) es un tratamiento de flujos de residuos líquidos que transforma los flujos de residuos líquidos en agua limpia (que puede reutilizarse) y un volumen mínimo de residuos sólidos. Es especialmente adecuado para efluentes peligrosos, tóxicos o difíciles de tratar mediante otros métodos. Un sistema ZLD bien diseñado minimizará o eliminará los flujos de desechos líquidos, consiguiendo agua limpia para su reutilización o descarga respetuosa con el medio ambiente, y un residuo sólido adecuado para su posterior procesamiento (recuperar componentes valiosos para su uso en otros lugares) o su eliminación segura.

Sin embargo, separar el agua del efluente requiere grandes cantidades de energía: se necesita aproximadamente seis veces más energía para evaporar el agua (calor latente) en su punto de ebullición que la energía necesaria para llevarla a ese punto de ebullición (calor sensible). Por este motivo, los procesos de evaporación utilizados para ZLD suelen incluir optimización energética en forma de evaporadores multietapa, recompresión térmica de vapor (TVR) o recompresión mecánica de vapor (MVR).

HRS ha instalado varios sistemas de evaporación para tratar efluentes difíciles. Algunos de estos son verdaderos sistemas ZLD, mientras que otros reducen el volumen de líquido en forma de lodos para permitir una gestión más eficiente o un tratamiento adicional.

La solución HRS

Dependiendo del efluente a tratar, HRS dispone de varias tecnologías para diseñar el proceso ZLD óptimo. Los métodos de optimización de energía (multietapas, TVR, MVR) pueden combinarse con diferentes tecnologías de transferencia térmica y el proceso general se puede dividir en tres pasos:

1. Evaporación/concentración: El producto se concentra justo por debajo de su concentración máxima (saturación). La planta de evaporación suele ser una configuración de evaporador de múltiples etapas.

2. Enfriamiento: Si la curva de máxima solubilidad es pronunciada (gran concentración a alta temperatura, baja concentración a baja temperatura), el producto obtenido en el paso 1 se enfría, provocando la precipitación inmediata de los sólidos disueltos.

3. Cristalización: La cristalización/sedimentación de los sólidos obtenidos en el paso 2 se produce en tanques de cristalización especialmente diseñados. Tras esta etapa queda una capa sobrenadante de solución concentrada que se devuelve al paso 1 para su reprocesamiento.

Los enfriadores y evaporadores utilizados en estas situaciones deben diseñarse para trabajar con materiales difíciles y con un potencial de contaminación muy alto. Por esta razón, un evaporador HRS típico utiliza evaporadores de superficie rascada de la Serie Unicus, que son autolimpiables y mantienen tasas de evaporación óptimas. Los enfriadores de superficie rascada de la Serie R también se utilizan para enfriar las soluciones saturadas que se envían a los tanques de cristalización. El resultado es un proceso eficiente que funciona continuamente para tratar los materiales y efluentes más desafiantes.