PANORÁMICA ACTUAL DE LOS RESIDUOS. GESTIÓN, PROBLEMÁTICA Y

ALTERNATIVAS

Aguas residuales: problemática, tratamiento y política de gestión

Pedro Antonio García Encina.Departamento de Ingeniería Química y

Tecnología del Medio Ambiente.Universidad de Valladolid.

Palencia, 14 abril de 2005

Contaminación de aguas

• Origen– Antropogénico

• Urbano• Industrial• Agroganadero

– Natural

Comparación contaminación industrial1 heq = 61 g M.O./d

90 g SS/d

Castilla y León20 %

20%

60%

Funciones más frecuentes del agua en la industria

• Producción de energía por vaporización• Transporte de energía, condensación de vapor,

refrigeración de fluidos y aparatos• Transporte de materias primas o desechos• Aclarado de piezas o lavado• Lavado de gases• Fabricación de productos• Acción mecánica• Extinción de productos incandescentes• Acondicionamiento de aire

Caudales• Muy variables

– Tipo de industria– Momento de la operación– Varían desde varios m3/s a pocos m3/d

• Las aportaciones necesarias de agua fresca dependen de– Tipo de proceso– Tipo de circuito (recirculación)– Tratamientos intermedios

Aguas de aportación• Aguas de superficie. Muy variables en:

– Temperatura según las estaciones– Salinidad dependiendo de vertidos previos o tipo

de terreno– Contaminación orgánica– Contaminación física

• Agua de pozo– Características más constantes en Tª y salinidad– A veces presentan elevado contenido en Fe

(corrosión)

Alteraciones que sufre el agua

• Modificación física, química o biológica (Aparición de contaminantes)– Calentamiento– Disolución de gases (CO2, CO,..) productos

químicos o desgasificación– Arrastre de partículas en suspensión– Precipitación de sales poco solubles (CaCO3

CaSO4 ) por calentamiento o vaporización

Factores que determinan el efecto de un contaminante

• Naturaleza Química– Cómo es de activo y nocivo para tipos

específicos de organismos vivos• Concentración • Persistencia

– Tiempo que permanece en el aire, suelo, agua o nuestro organismo (Tiempo de contacto

– Algunas sustancias son (bio)degradables y otras persistentes (DDT, plásticos, CFC,...)

Caracterización de aguas residuales• Fundamental para plantear la estrategia de

gestión.• Caudal = f(t) ⇒ Tamaño• Contaminantes = f(t) ⇒ Tipo de tratamiento

• Tipos de muestras– Puntuales– Integradas (en función de tiempo o espacio)– Continuas

Medidores de caudal• Directos• Indirectos

– Térmicos– Magnéticos– Ultrasonidos– Mezclas (Aforo químico)– Dinámicos

• Diafragma• Venturi• Boquillas • Rotámetros• Vertederos• Flotadores• Pitot

Vertederos

d

DD

dgDDLCQ D 2=

L

• Tipo vertedero•Rectangular• Contraido•Triangular

• Altura cresta•Medida directa•Flotadores •Burbujeo

Canal Parshall

Características de las aguas

• Características físicas– Características organolépticas– Sólidos– Temperatura– Turbidez– Conductividad

• Características Químicas• Características biológicas

OlorColorSabor

Sólidos

Flotantes

Sedimentables No Sedimentables

Suspendidos(SS)

Coloidales Disolución

Filtrables

Sólidos Totales(ST)

Coagulables Sedimentables

Disueltas Coloidales Suspendidas

110-3 10 (= µm)

VolátilesOrgánico

FijosInorgánico

ST

Características de las aguas

• Características físicas– Características organolépticas– Sólidos– Temperatura– Turbidez– Conductividad

• Características Químicas• Características biológicas

Características de las aguas• Características físicas• Características Químicas

– Materia orgánica– Materia inorgánica

• pH• Cloruros• Alcalinidad• Nutrientes (Nitrógeno, Fósforo, Azufre)• Oxígeno disuelto• Dureza

• Características biológicas

Materia Orgánica

• Demanda Química de Oxígeno (DQO)– Oxidación química. Medio ácido y Tª– Se expresa en mg O2/L

• Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5)– Oxidación biológica aerobia– Se expresa en mg O2/L

• Carbono Orgánico Total (COT)– Oxidación catalítica– Se expresa en mg C/L

Características de las aguas• Características físicas• Características Químicas

– Materia orgánica– Materia inorgánica

• pH• Cloruros• Alcalinidad• Nutrientes (Nitrógeno, Fósforo, Azufre)• Oxígeno disuelto• Dureza

• Características biológicas

Gestión de las aguas residuales

• Prevención de la contaminación (Posibilidades de minimización)

• Ajuste de caudales y cargas a valores tipo• Balances globales al sistema

– Residuos = Materias primas - Productos• Segregación de corrientes

Prevención de la contaminaciónDefinición

• El empleo de materiales, procesos o prácticas que reducen o eliminan la generación de contaminantes o residuos en la fuente. Se incluyen las prácticas que reducen el empleo de materiales peligrosos, energía, agua y otros recursos, así como las prácticas que protegen los recursos naturales mediante su conservación o un uso más eficiente.

(Environmental Protection Agency)

Eliminación de la contaminación

• Trata los deshechos una vez que han penetrado en el medio– Remedio temporal– Cambia la contaminación de lugar

Filosofía de la prevención de la contaminación

• Hacer hincapié en minimizar el uso de recursos peligrosos o sobreexplotados y eliminar o minimizar la producción de residuos en la fuente.

• Requiere una aproximación holística a la gestión de residuos. Actuar antes de esperar a que se hayan generado los residuos.

Objetivo de la prevención de la contaminación

• Evitar que los contaminantes penetren en el medio, mediante– Evaluación del daño ambiental potencial de una

sustancia o tecnología– Reciclado y procesamiento de sustancias químicas

peligrosas– Rediseño de tecnologías– Reducción del uso de recursos naturales y energéticos– Cambio en la dependencia de combustibles fósiles– Fabricación de productos que puedan ser reciclados o

reutilizados

Meta de la minimización

• Vertido ceroLa mayor parte de la generación de residuos en un proceso se elimina mediante cambios en el proceso, la mayor parte posible de los residuos generados se reutilizan, reciclan o valorizan. El residuo final se elimina.Como no toda la generación de residuos puede prevenirse, debe lograrse que el volumen que se elimina sea lo suficientemente pequeño para que pueda realizarse de forma segura.

TÉCNICAS DE MINIMIZACIÓN DE RESIDUOS

Gestión de las aguas residuales

• Prevención de la contaminación (Posibilidades de minimización)

• Ajuste de caudales y cargas a valores tipo• Balances globales al sistema

– Residuos = Materias primas - Productos• Segregación de corrientes

Racionalización en el consumo de agua

• Reutilización– Empleo de agua, en circuito abierto, con dos funciones

sucesivas y diferentes. Puede existir un tratamiento intermedio entre ellas

– La segunda utilización normalmente permite emplear agua de menor calidad.

• Recirculación– Reutilizar indefinidamente el agua para una misma

función, compensándose las pérdidas, fugas y purgas con una aportación.

– Debe limitarse la acumulación de sales minerales y materia en suspensión

Circuito de refrigeración semiabierto

Evaporación

Aportación

Purga

Fluido caliente

Fluido frío

Modificaciones en los procesos

• La mejora de la eficacia de los procesos productivos puede minimizar la generación de residuos.

• Esta modificaciones pueden incluir– Tecnologías más avanzadas– Cambio a reactivos menos contaminantes– Cambio en los procesos de limpieza– Empleo de catalizadores– Segregación de residuos– Mejorar la operación y el mantenimiento

Procesos de fabricación• La producción es sólo una etapa del proceso de

fabricación. Otras etapas son:– Diseño– Desarrollo del producto– Control de calidad– Gestión

• Las etapas implicadas en el diseño de un nuevo producto pueden dividirse en:– Planificación del producto. Identificación de áreas de

interés– Desarrollo del producto. – Diseño del producto.

• Existen muchas áreas en que el diseño del producto puede influir en la generación de residuos

Empleo de las mejores técnicas

• No emplear reactivos en exceso• Evitar la adsorción si el adsorbente no puede regenerarse• Empleo de columnas a vacío para productos lábiles• Empleo de columnas con relleno de alta eficacia para

reducir caídas de presión• Emplear proceso continuos si el lavado genera grandes

cantidades de residuos • Empleo de rascadores de pared en cambiadores con

productos viscosos

Mejores técnicas• Mejorar el diseño de reactores

– Facilitar la limpieza– Minimizar válvulas y obstrucciones– Recuperar drenajes, venteos,...

• Mejorar el control de reactores– Mejora de la eficacia– Disminución reacciones laterales

• Mejorar los procesos de separación– Emplear separaciones mecánicas si existe más de una fase– Evitar el sobredimensionamiento. Emplear diseños

efectivos en un amplio rango de condiciones – Favorecer la transferencia del componente minoritario– Emplear factores de separación elevados

Mejores técnicas• Mejorar la limpieza/desengrasado

– Limpieza de tanques en contracorriente– Sistemas automáticos de limpieza a presión– Minimizar la pérdida de disolventes– Limpieza con ultrasonidos

• Limpieza de equipos– Reducción de la frecuencia de limpieza

• Reciclado• Recuperación de materiales

Reducción del consumo de agua

• Uso de agua para operaciones de limpieza y desengrasado tanto de materias primas como de productos finales.

• Proceso realizado mediante tanques de aclarado. Sólo sirve para eliminar materia soluble– Tanque único– Serie de tanques– Serie de tanques con flujo de agua

• Tanques sin flujo son muy eficaces para aclarado inicial, pues permiten la recuperación de los metales arrastrados

• El uso de sprays puede mejorar la eficacia (aplicable a láminas)

Configuraciones de aclarado

Configuraciones de aclarado

Reducción de costes por reciclado

Proceso de niquelado

Sostenibilidad

• El desarrollo sostenible permite cubrir las necesidades presentes sin comprometer la posibilidad de futuras generaciones para cubrir sus propias necesidades ( Gro Harlem Brundtland, ex-primer Ministro Noruego, 1987)

• Capacidad de una sociedad, ecosistema u otro sistema para seguir funcionando de forma indefinida sin verse limitada por un agotamiento de los recursos clave. (Robert Gilman)

Guía para mejorar la gestión ambiental en la industria química

1. Desarrollar, producir, transportar, usar y eliminar de forma segura los productos químicos.

2. Convertir salud, seguridad y medio ambiente en prioridades durante el diseño y producción de productos.

3. Informar de cualquier posible peligro y estar preparado para abordarlo.4. Informar a los clientes de la forma segura de transporte, almacenamiento y

empleo de productos químicos.5. Operar las plantas de forma segura.6. Investigar sobre el impacto ambiental de productos, procesos y residuos.7. Contribuir a la solución de problemas generados en el pasado.8. Colaborar en el desarrollo de leyes y regulaciones para lograr una industria

mas segura y ambientalmente confiable.9. Compartir sus experiencias e información con otras empresas.

(Asociación de Productores de Productos Químicos)

Operaciones de tratamiento

• Procesos físicos– Sedimentación– Flotación– Filtración

• Procesos químicos– Coagulación-floculación

• Procesos biológicos– Procesos aerobios– Procesos anaerobios