Plantas modulares de producción de hipoclorito sódico para tratamiento del agua

A pesar de que el 70% del planeta está cubierto de agua, en el año 2050 se estima que más de 5.000 millones de personas podrían verse afectadas por su escasez, según datos de Naciones Unidas. Actualmente, casi la mitad de la población mundial vive en zonas con potencial escasez de agua y unos 2.100 millones de personas carecen de potabilidad y más del doble no tienen acceso a servicios de saneamiento1. 

Garantizar el derecho al agua se ha convertido en uno de los mayores desafíos del siglo XXI, tal es así que la ONU ha incluido entre los Objetivos de Desarrollo sostenible para el horizonte 2030 dos puntos específicos sobre el agua, el nº 6 que habla sobre una ordenación sostenible de este bien, así como de garantizar su disponibilidad y saneamiento a toda la población y el nº 14 que habla sobre la conservación de forma sostenible de este bien1.

El hipoclorito sódico

Según la Organización Mundial de la Salud (OMS) la "desinfección con cloro es la mejor garantía de un agua microbiológicamente potable", es la mejor opción para el tratamiento y potabilización de las aguas.

La mejor alternativa a día de hoy desde el punto de vista más eficiente, segura y económica para el tratamiento y desinfección del agua para consumo humano y también en aplicaciones industriales, es montar pequeñas plantas de producción de hipoclorito sódico próximas a las zonas de consumo, utilizando las modernas tecnologías de membrana y/o diafragma que permiten producir hipoclorito sódico ¨in situ¨ más barato y de alta calidad, utilizando para su producción sal y energía eléctrica. Plantas modulares, flexibles en la operación y que además eliminan el transporte y reducen los almacenamientos.

El hipoclorito sódico se produce habitualmente por reacción de cloro gas con hidróxido sódico según la reacción:

Cl2 + 2NaOH → NaOCl + NaCl + H2O
Cloro (gas) + hidróxido sódico → hipoclorito sódico + cloruro sódico + agua

Esta reacción origina un equilibrio químico entre los distintos componentes. El cloro gas reacciona con el hidróxido sódico para formar hipoclorito, pero el hipoclorito, a su vez, se descompone para formar cloro gas e hidróxido sódico. Ambas reacciones se desarrollan hasta llegar a un punto en que se equilibran mutuamente y se obtienen unas concentraciones estables de cada sustancia.

Para mejorar el desplazamiento del equilibrio hacia la formación de hipoclorito sódico se añade un exceso de sosa para situar el pH alrededor de 12 y aumentar de esta forma su estabilidad. No obstante, el hipoclorito sódico se descompone progresivamente, reduciendo su concentración. Una temperatura elevada, una alta concentración y largo período de almacenamiento acelerarán el proceso de descomposición.

Generación in situ de Hipoclorito sódico

Debido al importante riesgo de manipulación del cloro gas y a los inconvenientes del uso del hipoclorito sódico, a los cuales se une su coste de adquisición, transporte y almacenamiento, cada vez y con mayor frecuencia se están instalando sistemas de generación in situ por electrólisis de cloruro sódico.

La generación in situ minimiza el almacenamiento de hipoclorito sódico, ahorra las continuas pérdidas por degradación, garantiza una disponibilidad inmediata de producto, mejora la calidad y evita la formación de subproductos (cloratos, etc.).

Entre sus ventajas más significativas destacan:

• Calidad: hipoclorito sódico producido de alta calidad desde concentraciones del 5%  (50 g/l) a 15% (186 g/l) de cloro activo.
• Seguridad: se elimina el transporte y la manipulación de grandes cantidades. La generación in situ es una tecnología segura.
• Mayor protección del medio ambiente.
• Materia prima segura: la sal es un producto de precio estable y fácil de conseguir. El almacenamiento de sal no presenta ningún riesgo significativo.
• Coste reducido para el consumidor: los costes de generación del hipoclorito in situ son inferiores a la compra de hipoclorito sódico comercial.
• Plantas totalmente automatizadas, mínimo requerimiento de personal
• Solución flexible: el uso de electrolizadores, permite una solución modular fácilmente adaptable a la producción requerida en cada momento.

El proceso de producción electrolítica del hipoclorito se basa en la electrólisis de una disolución de sal en agua (salmuera). El corazón del sistema de producción es una celda electrolítica que contiene dos electrodos, el ánodo (+) y el cátodo (-) separado por una membrana. En esta celda se introduce la solución de sal (salmuera). Los iones procedentes de la sal, el ion cloruro (Cl-) y el ion sódico (Na+) y los iones procedentes del agua, el (H+) y el ion hidróxido (OH-), reaccionan entre si al hacerles pasar una corriente continua a través de los electrodos. En el electrodo positivo (ánodo), los iones cloruro se transforman en cloro quedando en el agua el sodio (Na+) y en el electrodo negativo (cátodo), el ion hidrógeno, se transforma en hidrógeno (H2), quedando en el agua los iones hidróxido (OH-). Los iones (Na+) e hidróxido (OH-) reaccionan para formar hidróxido sódico (NaOH). 

El hidróxido sódico (NaOH) y el cloro (Cl2) reacciona inmediatamente para formar hipoclorito sódico (NaOCl) y cloruro sódico (NaCl).

El proyecto

Durante más de 160 años, SUEZ ha sido una empresa siempre vinculada a las grandes transformaciones de la sociedad. Una vez más y ante la revolución de los recursos, SUEZ quiere ser agente del cambio hacia esta revolución circular, concreta y colaborativa.

KERN S&D es una compañía de ingeniería innovadora, con una contrastada experiencia en la ejecución de proyectos de ingeniería en los sectores químico y renovable que dispone de tecnología para producir plantas modulares de producción de hipoclorito sódico, mediante tecnología de membrana y/o diafragma. 

El 11 de diciembre de 2017 entro en vigor la normativa de la Unión Europea que obligó a cerrar, por motivos medioambientales, aquellas fábricas que no adaptaron la tecnología de producción de hipoclorito sódico de “celdas de mercurio” a ¨celdas de membrana¨. El cambio de esta normativa ambiental provoco el cierre de varias plantas de producción de cloro, llevando consigo una importante reducción en la producción de hipoclorito sódico en España. Este nuevo escenario conllevo una subida de precios y una inestabilidad del mercado.

Ante esta situación, SUEZ en colaboración con KERN S&D como tecnólogo, ha instalado una fábrica de hipoclorito sódico en la EDAR de Viveros de la Villa (Madrid):

• Autosuficiencia en el suministro
• Independencia económica del mercado
• Garantizar una riqueza o calidad de producto
• Evitar el transporte de líquidos corrosivos

La Planta de Hipoclorito Sódico ha sido montada en un contenedor marítimo de 40 pies, solución ¨plug & play¨ que puede ser transportada a otra ubicación en caso de necesidad. 

La planta tiene las siguientes características:

• Tecnología: diafragma
• Producción escalonada: de 400 l/día a 1.600 l/día
• Concentración: 120g/l
• Flexibilidad: 50-100%.

A continuación se muestran los consumos específicos obtenidos durante el funcionamiento de la planta para una producción de Hipoclorito al 120g/l:

• Energía eléctrica: 0,34 kWh/kg NaOcl
• Agua: 0,83 l/kg NaOCl
• Sal: 0,22 kg/kg NaOCl

Este tipo de plantas de Hipoclorito, se pueden instalar en cualquier instalación que necesite una desinfección del agua, tanto en depuradoras de aguas residuales como en potabilizadoras y gracias a su versatilidad y flexibilidad permiten adaptar la producción a las distintas demandas de y/o necesidades.

1 Naciones Unidas (ONU). Semana Mundial del Agua. Estocolmo 2018