Aumenta el interés por los sistemas de descarga cero de líquidos
Se estima que el mercado mundial de la tecnología de Descarga Cero de Líquidos (ZLD) supera los mil millones de dólares y se prevé que crezca casi un 12% durante la próxima década. Este crecimiento está siendo impulsado fundamentalmente por una mayor adopción de esta tecnología por parte de las industrias textil y de alimentos y bebidas, a medida que una población mundial en crecimiento ejerce una mayor presión sobre los suministros de agua potable.
¿Qué es el ZLD?
La Descarga Cero de Líquidos (ZLD) es un tratamiento de flujos de residuos líquidos que implica transformar los flujos de residuos líquidos en agua limpia (que puede reutilizarse) y un volumen mínimo de residuos sólidos. Una de las ventajas del ZLD sobre otras técnicas de tratamiento es su capacidad teórica para separar materiales no deseados del agua, ya sean benignos, peligrosos o tóxicos. El residuo sólido resultante suele ser más estable, lo que lo hace apto para reciclaje o vertedero.
Sin embargo, una mala gestión de los residuos sobrantes puede tener consecuencias medioambientales no deseadas. Por ejemplo, los estanques de almacenamiento pueden tener fugas o afectar la vida silvestre local, además de la posibilidad de que sustancias químicas tóxicas se filtren al agua subterránea desde los vertederos. Por lo tanto, es importante que al implementar un sistema ZLD se tenga plenamente en cuenta todo el proceso, incluido el destino final de los flujos de residuos líquidos y (semi)sólidos. Un sistema ZLD bien diseñado debería minimizar o incluso eliminar los flujos de desechos líquidos, lo que daría como resultado agua limpia para su reutilización o descarga respetuosa con el medioambiente, y un residuo sólido adecuado para su posterior procesamiento (para recuperar componentes valiosos para su uso en otros lugares) o para su eliminación segura.
Los factores que impulsan la implantación del ZLD
Según Transparency Market Research, el ZLD se está implementando en una amplia gama de industrias, incluidos los productos químicos y petroquímicos, la producción de alimentos y bebidas, los textiles, la energía y la electricidad, y la fabricación de productos farmacéuticos. Estas industrias se están viendo impulsadas a adoptar la tecnología debido a la mayor conciencia ambiental sobre los peligros de las aguas residuales tóxicas y a la creciente regulación ambiental. A su vez, se han incrementado los costes de tratamiento y eliminación de dichos flujos y, en algunos casos, ha hecho que dicha eliminación sea imposible. Como resultado, las empresas buscan alternativas más sostenibles y ZLD es una de las tecnologías líderes en este ámbito.
Es importante que al implementar un sistema ZLD se tenga en cuenta todo el proceso, incluido el destino final de los flujos de residuos
Los factores que impulsan la adopción de esta tecnología son diferentes según la industria. Por ejemplo, en el sector energético (históricamente el mayor usuario de tecnologías ZLD), el acceso a proveedores de agua potable es una preocupación cada vez mayor. El control de la contaminación también es un factor importante, y la Environmental Protection Agency de los Estados Unidos considera que la descarga cero es la opción de tratamiento preferida para el control de las cenizas y para las aguas residuales de los sistemas de control de mercurio provenientes de los gases de combustión.
Además, la creciente conciencia sobre los efectos tóxicos provenientes de los productos petroquímicos y sus derivados está impulsando los esfuerzos de la industria para limpiar sus sistemas de tratamiento de desechos. Los métodos ZLD ya se aplican ampliamente en el tratamiento de aguas residuales industriales para recuperar minerales y subproductos utilizables procedentes de los flujos de desechos, y el éxito de dichos sistemas está fomentando su adopción por parte de otras empresas. En 2015, el Gobierno de India promulgó una ley que obliga a todas las plantas textiles que generen más de 25 cu.m. de efluentes de aguas residuales al día a instalar sistemas ZLD.
La tecnología ZLD se ha implementado en varios países de Europa, en Australia, Canadá, Medio Oriente y México, pero los mayores mercados y con más potencial de expansión se encuentran en Estados Unidos, China e India.
Las ventajas y los retos del ZLD
En el sector energético (el mayor usuario de tecnologías ZLD), el acceso a proveedores de agua potable es una preocupación cada vez mayor
En términos generales, el ZLD reduce la contaminación del agua y aumenta su suministro, pero esto a veces se ve anulado por los altos costes y el consumo de energía, lo que ha limitado la adopción de esta tecnología. La reutilización de aguas residuales minimiza el volumen y el riesgo ambiental de las aguas residuales vertidas, pero también alivia las presiones asociadas con la extracción de agua corriente. No obstante, estos beneficios deben equilibrarse con los costes económicos y energéticos de implementar sistemas ZLD.
A medida que se intensifica la escasez de agua y la contaminación ambiental en todo el mundo, el ZLD se vuelve más factible y generalizado, y los costes relativos de la tecnología ZLD comparado con otras alternativas (suponiendo que existan) se reducen.
Aumentar la eficiencia del ZLD
Separar toda el agua del producto demanda 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).
De ahí que los sistemas ZLD suelen comenzar con un proceso de separación basado en membranas (ósmosis inversa). La separación por membranas no necesita un cambio de fase/ebullición. Se utiliza energía eléctrica (bombeo) para empujar el agua a través de los poros de la membrana y separarla de los sólidos disueltos.
La membrana lleva el producto a una determinada concentración. Para lograr una separación completa, se necesitan otros procesos de evaporación/cristalización. Como explicamos anteriormente, la evaporación (debido al calor latente) consume mucha energía. Por tanto, es aconsejable elegir un proceso de evaporación que implique formas de optimización energética, siendo las más populares:
- Evaporación multietapa: utilizar el calor latente del agua evaporada como fuente de energía en una siguiente etapa de evaporación reduce el consumo total de la caldera a la planta de evaporación.
- Recompresión Térmica de Vapor (TVR): el vapor evaporado se mezcla con el vapor procedente de la caldera. Su reutilización disminuye la demanda energética.
- Recompresión Mecánica de Vapor (MVR): se puede instalar un compresor MVR (impulsado por un motor eléctrico) para comprimir el vapor evaporado, aumentando así su presión y utilizar este vapor como aporte energético para el proceso. La compresión MVR es muy eficiente en términos de consumo de energía.
Debido a los factores descritos anteriormente, las plantas de compresión de vapor (de múltiples etapas) siguen siendo el principal método empleado para el procesamiento de ZLD a nivel mundial, y la evaporación normalmente recupera alrededor del 95% de las aguas residuales como destilado. Posteriormente, el concentrado restante se trata física o químicamente para obtener residuos sólidos (como cristales) y agua. Los evaporadores utilizados en los sistemas ZLD funcionan a presiones más bajas para reducir el punto de ebullición del líquido a tratar.
La solución HRS ZLD
Dependiendo del producto a concentrar, HRS selecciona entre varias tecnologías para diseñar el proceso ZLD óptimo. Los métodos de optimización de energía (multietapa, TVR, MVR) pueden combinar con varios tipos de tecnologías de transferencia térmica (evaporadores de placas, de tubos corrugados y evaporadores de superficie rascada). Cualquiera que sea la tecnología aplicada, el proceso general se divide en tres fases:
- Evaporación/concentración: el producto se concentra justo por debajo de su punto de concentración máxima (saturación). La planta de evaporación suele tener una configuración de evaporador multietapas.
- 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.
- Cristalización: la cristalización/sedimentación de los sólidos obtenidos en el paso 2 tiene lugar 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.
El ZLD reduce la contaminación del agua y aumenta su suministro, pero a veces se ve anulado por los altos costes y el consumo de energía
Para productos sin una curva de solubilidad pronunciada es necesario concentrar dentro del evaporador por encima de la solubilidad máxima. Esto significa que el paso 1 ha de estar equipado con una etapa final de evaporación, especialmente diseñada para trabajar con sólidos suspendidos. Posteriormente, el fluido con sólidos en suspensión se transfiere directamente a los tanques de cristalización en el paso 3.
El enfriador de salmuera y el evaporador de acabado trabajan con sólidos en suspensión, por lo que han de lidiar con productos incrustantes. Un evaporador/acabador típico de HRS incorpora evaporadores de superficie rascada Unicus, que son autolimpiantes y mantienen tasas de evaporación óptimas. Normalmente, nuestros enfriadores de superficie rascada de la Serie R se utilizan para enfriar las salmueras saturadas que se envían a los tanques de cristalización. El resultado es un proceso eficiente que funciona de forma continua sin requerir tiempos de inactividad programados.
Cualquiera que sea el tipo de evaporador que se emplee, los intercambiadores de calor desempeñan un papel crucial en los sistemas ZLD a la hora de reducir los costes de funcionamiento, al utilizar el calor del agua de proceso y otras fuentes existentes, y también recuperar el calor al final del proceso y reutilizarlo para aumentar la eficiencia energética del sistema ZLD.