Tratamiento de aguas industriales
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El agua se utiliza de muchas formas en la industria y, en la mayoría de los casos, el agua usada también necesita tratamiento para que sea apta para su reutilización o eliminación. El agua cruda que entra en una planta industrial a menudo necesita tratamiento para cumplir con estrictas especificaciones de calidad para poder usarse en procesos industriales específicos. El tratamiento del agua industrial abarca todos estos aspectos, que incluyen el tratamiento de aguas residuales industriales , el tratamiento del agua de calderas y el tratamiento del agua de refrigeración .
Descripción general
El tratamiento del agua se utiliza para optimizar la mayoría de los procesos industriales basados en agua, como calefacción, refrigeración, procesamiento, limpieza y enjuague, de modo que se reduzcan los costos operativos y los riesgos. Un tratamiento deficiente del agua permite que el agua interactúe con las superficies de las tuberías y los recipientes que la contienen. Las calderas de vapor pueden acumular incrustaciones o corroerse, y estos depósitos significarán que se necesitará más combustible para calentar la misma cantidad de agua. Las torres de enfriamiento también pueden acumular incrustaciones y corroerse, pero si no se tratan, el agua tibia y sucia que pueden contener fomentará el crecimiento de bacterias, y la enfermedad del legionario puede ser la consecuencia fatal. El tratamiento del agua también se utiliza para mejorar la calidad del agua que entra en contacto con el producto fabricado (por ejemplo, semiconductores) y/o puede ser parte del producto (por ejemplo, bebidas, productos farmacéuticos). En estos casos, un tratamiento deficiente del agua puede provocar productos defectuosos. [ cita requerida ]
En muchos casos, el agua residual de un proceso puede ser apta para su reutilización en otro proceso si se le da el tratamiento adecuado. Esto puede reducir los costos al disminuir los cargos por consumo de agua, reducir los costos de eliminación de efluentes debido a la reducción del volumen y disminuir los costos de energía debido a la recuperación de calor en aguas residuales recicladas.
Objetivos
El tratamiento de aguas industriales busca gestionar cuatro áreas problemáticas principales: incrustaciones , corrosión , actividad microbiológica y eliminación de aguas residuales. Las calderas no tienen muchos problemas con los microbios ya que las altas temperaturas impiden su crecimiento.
La formación de incrustaciones se produce cuando las condiciones químicas y de temperatura son tales que las sales minerales disueltas en el agua se precipitan y forman depósitos sólidos. Estos pueden ser móviles, como un limo fino, o pueden acumularse en capas sobre las superficies metálicas de los sistemas. Las incrustaciones son un problema porque aíslan y el intercambio de calor se vuelve menos eficiente a medida que se espesan, lo que desperdicia energía. Las incrustaciones también reducen el ancho de las tuberías y, por lo tanto, aumentan la energía utilizada para bombear el agua a través de ellas.
La corrosión se produce cuando el metal original se oxida (como el hierro, por ejemplo) y gradualmente se ve comprometida la integridad del equipo de la planta. Los productos de corrosión pueden causar problemas similares a las incrustaciones, pero la corrosión también puede provocar fugas, que en un sistema presurizado pueden provocar fallas catastróficas.
Los microbios pueden proliferar en agua de refrigeración sin tratar, que es cálida y a veces está llena de nutrientes orgánicos, ya que las torres de refrigeración húmedas son depuradores de aire muy eficientes. El polvo, las moscas, la hierba, las esporas de hongos y otros elementos se acumulan en el agua y crean una especie de "sopa microbiana" si no se tratan con biocidas. Muchos brotes de la mortal enfermedad del legionario se han atribuido a torres de refrigeración no gestionadas, y el Reino Unido ha tenido estrictas directrices de salud y seguridad en relación con las operaciones de las torres de refrigeración durante muchos años, al igual que las han tenido las agencias gubernamentales en otros países.
En algunos procesos, como el curtido y la fabricación de papel, se utilizan metales pesados como el cromo. Aunque la mayor parte se utiliza, queda una pequeña cantidad que se elimina con el agua. Su presencia en el agua potable es tóxica si se ingiere, por lo que incluso la cantidad más pequeña debe eliminarse. [ cita requerida ]
Eliminación de aguas residuales industriales
La eliminación de las aguas residuales de una planta industrial es un problema difícil y costoso. [1] La mayoría de las refinerías de petróleo y plantas químicas y petroquímicas cuentan con instalaciones in situ para tratar sus aguas residuales de modo que las concentraciones de contaminantes en las aguas residuales tratadas cumplan con las regulaciones locales y/o nacionales relativas a la eliminación de aguas residuales en plantas de tratamiento de aguas residuales o en ríos, lagos u océanos. [2]
Procesos
Dos de los principales procesos de tratamiento de agua industrial son el tratamiento de agua de calderas y el tratamiento de agua de refrigeración . Un tratamiento de agua inadecuado en grandes cantidades puede provocar la reacción de sólidos y bacterias en las tuberías y la carcasa de la caldera. Las calderas de vapor pueden sufrir incrustaciones o corrosión si no se tratan. Los depósitos de incrustaciones pueden hacer que la maquinaria sea débil y peligrosa, mientras que se requiere combustible adicional para calentar el mismo nivel de agua debido al aumento de la resistencia térmica. El agua sucia de mala calidad puede convertirse en un caldo de cultivo para bacterias como la legionela, lo que supone un riesgo para la salud pública.
La corrosión en calderas de baja presión puede ser causada por el oxígeno disuelto, la acidez y la alcalinidad excesiva. Por lo tanto, el tratamiento del agua debe eliminar el oxígeno disuelto y mantener el agua de la caldera con los niveles de pH y alcalinidad adecuados. Sin un tratamiento del agua eficaz, un sistema de agua de refrigeración puede sufrir formación de incrustaciones, corrosión y suciedad y puede convertirse en un caldo de cultivo para bacterias dañinas. Esto reduce la eficiencia, acorta la vida útil de la planta y hace que las operaciones sean poco fiables e inseguras. [3]
Tratamiento de agua de calderas
El tratamiento del agua de la caldera es un tipo de tratamiento industrial del agua centrado en la eliminación o modificación química de sustancias potencialmente dañinas para la caldera. Se utilizan distintos tipos de tratamiento en diferentes lugares para evitar la formación de incrustaciones , corrosión o espuma . El tratamiento externo de los suministros de agua cruda destinados a su uso dentro de una caldera se centra en la eliminación de impurezas antes de que lleguen a la caldera. El tratamiento interno dentro de la caldera se centra en limitar la tendencia del agua a disolver la caldera y mantener las impurezas en formas que tengan menos probabilidades de causar problemas antes de que puedan eliminarse de la caldera en la purga de la caldera. El desaireador se utiliza para reducir el oxígeno y el nitrógeno en las aplicaciones de agua de alimentación de la caldera.
Tratamiento de agua de refrigeración
El enfriamiento por agua es un método de eliminación de calor de los componentes de maquinaria y equipo industrial. El agua puede ser un fluido de transferencia de calor más eficiente donde el enfriamiento por aire es ineficaz. En la mayoría de los climas ocupados, el agua ofrece las ventajas de conductividad térmica de un líquido con una capacidad calorífica específica inusualmente alta y la opción de enfriamiento por evaporación. El bajo costo a menudo permite el rechazo como desecho después de un solo uso, pero los circuitos de refrigerante de reciclaje pueden presurizarse para eliminar la pérdida por evaporación y ofrecer una mayor portabilidad y una mejor limpieza. Los circuitos de refrigerante de reciclaje sin presurizar que utilizan enfriamiento por evaporación requieren una corriente de desechos de purga para eliminar las impurezas concentradas por evaporación. Las desventajas de los sistemas de enfriamiento por agua incluyen corrosión acelerada y requisitos de mantenimiento para evitar reducciones de transferencia de calor por bioincrustación o formación de incrustaciones . Los aditivos químicos para reducir estas desventajas pueden introducir toxicidad en las aguas residuales. El enfriamiento por agua se usa comúnmente para enfriar motores de combustión interna de automóviles y grandes instalaciones industriales como plantas de energía nuclear y de vapor , generadores hidroeléctricos , refinerías de petróleo y plantas químicas .
Tecnologías
Los avances en la tecnología de tratamiento del agua han afectado a todas las áreas del tratamiento de aguas industriales. Aunque la filtración mecánica, como la ósmosis inversa , se emplea ampliamente para filtrar contaminantes, otras tecnologías, como el uso de generadores de ozono, la evaporación de aguas residuales, la electrodesionización y la biorremediación, también pueden abordar los desafíos del tratamiento de aguas industriales.
El tratamiento con ozono es un proceso en el que se inyecta gas ozono en corrientes de desechos como un medio para reducir o eliminar la necesidad de utilizar productos químicos para el tratamiento del agua o desinfectantes que pueden ser peligrosos, incluido el cloro. [ cita requerida ]
Tratamiento químico
Los tratamientos químicos utilizan la adición de sustancias químicas para hacer que el agua industrial sea apta para su uso o descarga. Esto incluye procesos como la precipitación química, la desinfección química, el proceso de oxidación avanzada (AOP), el intercambio iónico y la neutralización química. [4] Los AOP son atractivos en el tratamiento de aguas residuales peligrosas debido a su alto potencial de oxidación y rendimiento de degradación. [5] [6] En los AOP, se introducen oxidantes como el reactivo de Fenton , el ozono o el peróxido de hidrógeno en las aguas residuales para degradar sustancias nocivas en el agua industrial para su descarga.
Tratamiento físico
El tratamiento físico implica la separación de sólidos de las aguas residuales industriales mediante filtración o flotación por aire disuelto . La filtración implica el uso de membranas o filtros, como filtros mecánicos, como la filtración por arena , etc., para lograr la separación sólido-líquido. Mientras que para la flotación por aire disuelto ,
Se bombea aire a presión a las aguas residuales. El aire a presión forma pequeñas burbujas que se adhieren a la materia en suspensión y hacen que floten hasta la superficie del agua, donde se pueden eliminar mediante un dispositivo de desnatado o un rebosadero. [7]
Tratamiento biológico
El tratamiento biológico es necesario para tratar las aguas residuales que contienen elementos biodegradables. Se utiliza habitualmente en las instalaciones de gestión de aguas residuales municipales e industriales y suele consistir en añadir bacterias comunes y otros microbios, en su mayoría respetuosos con el medio ambiente, para tratar el agua. Se trata de una práctica sostenible que ha dado buenos resultados durante más de un siglo.
Los filtros de arena lentos utilizan un proceso biológico para purificar el agua cruda y producir agua potable. [8] Funcionan utilizando una película biológica compleja que crece de forma natural en la superficie de la arena. Esta biopelícula gelatinosa , llamada capa hipogea o Schmutzdecke, se encuentra en los primeros milímetros de la capa de arena. La biopelícula superficial purifica el agua a medida que fluye a través de la capa, y la arena subyacente proporciona un medio de soporte para la capa de tratamiento biológico. [9] La Schmutzdecke está formada por bacterias, hongos, protozoos, rotíferos y una variedad de larvas de insectos acuáticos. A medida que la biopelícula envejece, pueden desarrollarse más algas y pueden estar presentes organismos acuáticos más grandes, incluidos briozoos, caracoles y gusanos anélidos. A medida que el agua pasa a través de la capa hipogea, las partículas de materia quedan atrapadas en la matriz mucilaginosa y se adsorbe material orgánico soluble. Los contaminantes son metabolizados por las bacterias, los hongos y los protozoos. [8]
Los filtros de arena lentos suelen tener una profundidad de entre 1 y 2 metros y una tasa de carga hidráulica de entre 0,2 y 0,4 metros cúbicos por metro cuadrado por hora. [9] Los filtros pierden su rendimiento a medida que la biopelícula se espesa y reduce la velocidad de flujo. El filtro se reacondiciona eliminando la biopelícula y una fina capa superior de arena. El agua se decanta de nuevo en el filtro y se recircula para permitir que se desarrolle una nueva biopelícula. Otra opción es el rastrillado húmedo, que consiste en remover la arena y enjuagar la biocapa para su eliminación . [9]
Irradiación ultravioleta
La tecnología de desinfección ultravioleta (UV) ha sido una tecnología común de tratamiento de agua en las últimas dos décadas debido a su capacidad de proporcionar agua desinfectada sin el uso de productos químicos nocivos. La porción UV-C representa longitudes de onda de 200 nm a 280 nm que se utilizan para la desinfección. Los fotones UV-C penetran en las células y dañan el ácido nucleico, volviéndolas incapaces de reproducirse o microbiológicamente inactivas. [10]
Tecnología de tratamiento de aguas de proceso
El agua de proceso es el agua que se utiliza en diversas operaciones de fabricación, como: revestimiento y enchapado; enjuague y pulverización; lavado, etc. El agua municipal y subterránea a menudo contiene minerales disueltos que la hacen inadecuada para estos procesos porque afectaría la calidad del producto y/o aumentaría los costos de fabricación. Un sistema adecuado de tratamiento de agua entrante puede remediar estos problemas y crear las condiciones adecuadas para el agua de procesos industriales específicos. [ cita requerida ]
Véase también
- Tratamiento de agua
- Tratamiento de aguas residuales
- Indicadores de calidad de aguas residuales
- Torre de enfriamiento
- Abordaje
- Tecnología de hielo bombeable
Referencias
- ^ Tchobanoglous, G.; Burton, FL; Stensel, HD; Metcalf & Eddy, Inc. (2003). Ingeniería de aguas residuales (tratamiento, eliminación y reutilización) (4.ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-041878-3.
{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) - ^ Beychok, Milton R. (1967). Residuos acuosos de plantas petroleras y petroquímicas (1.ª ed.). John Wiley & Sons. LCCN 67019834.
- ^ Cicek, V. (2013). "Corrosión y prevención de la corrosión en calderas". Protección catódica: soluciones industriales para la protección contra la corrosión . Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons. ISBN 9781118737880.
- ^ Pal, Parimal (1 de enero de 2017), Pal, Parimal (ed.), "Capítulo 2: Tecnología de tratamiento químico", Tecnología de proceso de tratamiento de agua industrial , Butterworth-Heinemann, págs. 21–63, doi :10.1016/B978-0-12-810391-3.00002-3, ISBN 9780128103913
- ^ Cai, QQ; Lee, BCY; Ong, SL; Hu, JY (febrero de 2021). "Tecnologías de lecho fluidizado Fenton para el tratamiento de aguas residuales industriales recalcitrantes: avances recientes, desafíos y perspectiva". Water Research . 190 : 116692. doi :10.1016/j.watres.2020.116692. PMID 33279748. S2CID 227523802.
- ^ Hansson, Henrik; Kaczala, Fabio; Amaro, Alexandre; Marques, Marcia; Hogland, William (1 de julio de 2015). "Tratamiento de oxidación avanzado de aguas residuales recalcitrantes de una industria basada en la madera: un estudio comparativo de O3 y O3/UV". Contaminación del agua, el aire y el suelo . 226 (7): 229. Bibcode :2015WASP..226..229H. doi :10.1007/s11270-015-2468-5. ISSN 1573-2932. S2CID 92701177.
- ^ Wong, Joe (2013). «Flotación por aire disuelto». Water World . Consultado el 26 de junio de 2020 .
- ^ ab SSWM University. "Filtración lenta en arena". SSWM University . Consultado el 26 de junio de 2020 .
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{{cite journal}}: Requiere citar revista|journal=( ayuda ) - ^ Meulemans, CCE (1987-09-01). "Los principios básicos de la desinfección del agua mediante rayos UV". Ozono: ciencia e ingeniería . 9 (4): 299–313. doi :10.1080/01919518708552146. ISSN 0191-9512.
