Hay muchos usos del agua 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 ingresa a una planta industrial a menudo necesita tratamiento para cumplir con estrictas especificaciones de calidad para poder usarse en procesos industriales específicos. El tratamiento de aguas industriales abarca todos estos aspectos que incluyen el tratamiento de aguas residuales industriales , el tratamiento de agua de calderas y el tratamiento de agua de refrigeración .
El tratamiento del agua se utiliza para optimizar la mayoría de los procesos industriales a base de agua, como calentamiento, enfriamiento, procesamiento, limpieza y enjuague, de modo que se reduzcan los costos y riesgos operativos. Un mal tratamiento del agua permite que el agua interactúe con las superficies de las tuberías y recipientes que la contienen. Las calderas de vapor pueden acumularse 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 aumentar de escala y corroerse, pero si no se tratan, el agua tibia y sucia que pueden contener estimulará el crecimiento de bacterias, y la enfermedad del legionario puede ser una 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 mal tratamiento del agua puede provocar productos defectuosos. [ cita necesaria ]
En muchos casos, el agua efluente de un proceso puede ser adecuada para su reutilización en otro proceso si se le da un tratamiento adecuado. Esto puede reducir los costos al reducir los cargos por el consumo de agua, reducir los costos de eliminación de efluentes debido al volumen reducido y reducir los costos de energía debido a la recuperación de calor en las aguas residuales recicladas.
El tratamiento de aguas industriales busca gestionar cuatro áreas problemáticas principales: incrustaciones , corrosión , actividad microbiológica y eliminación de aguas residuales residuales. Las calderas no tienen muchos problemas con los microbios ya que las altas temperaturas impiden su crecimiento.
La incrustación ocurre cuando las condiciones químicas y de temperatura son tales que las sales minerales disueltas en el agua precipitan y forman depósitos sólidos. Estos pueden ser móviles, como un limo fino, o 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 las incrustaciones 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 las tuberías.
La corrosión ocurre cuando el metal original se oxida (como se oxida el hierro, por ejemplo) y gradualmente la integridad del equipo de la planta se ve comprometida. Los productos de corrosión pueden causar problemas similares a escala, pero la corrosión también puede provocar fugas, que en un sistema presurizado pueden provocar fallas catastróficas.
Los microbios pueden prosperar en el agua de refrigeración no tratada, que es cálida y, a veces, llena de nutrientes orgánicos, ya que las torres de refrigeración húmedas son depuradoras de aire muy eficientes. El polvo, las moscas, la hierba, las esporas de hongos y otros 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 relativas a las operaciones de las torres de refrigeración durante muchos años, al igual que las agencias gubernamentales de otros países.
Ciertos procesos como el curtido y la fabricación de papel utilizan metales pesados como el cromo para el curtido. Aunque la mayor parte se agota, queda una pequeña cantidad que se lleva con el agua. La presencia en el agua potable es tóxica cuando se consume, por lo que se debe eliminar incluso la cantidad más pequeña. [ cita necesaria ]
La eliminación de aguas residuales residuales de una planta industrial es un problema difícil y costoso. [1] La mayoría de las refinerías de petróleo y plantas químicas y petroquímicas tienen instalaciones en el sitio 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 con respecto a la eliminación de aguas residuales en plantas de tratamiento de aguas residuales o en ríos, lagos o océanos. [2]
Dos de los principales procesos de tratamiento de aguas industriales son el tratamiento de agua de calderas y el tratamiento de agua de refrigeración . Un gran tratamiento de agua adecuado puede provocar la reacción de sólidos y bacterias dentro de las tuberías y la carcasa de la caldera. Las calderas de vapor pueden sufrir incrustaciones o corrosión si no se tratan. Los depósitos de cal pueden provocar 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 Legionella , lo que supone un riesgo para la salud pública.
La corrosión en calderas de baja presión puede ser causada por oxígeno disuelto, acidez y alcalinidad excesiva. Por lo tanto, el tratamiento del agua debe eliminar el oxígeno disuelto y mantener el agua de la caldera con el pH y los niveles de alcalinidad adecuados. Sin un tratamiento eficaz del agua, un sistema de agua de refrigeración puede sufrir formación de incrustaciones, corrosión e incrustaciones 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 confiables e inseguras. [3]
El tratamiento del agua de calderas es un tipo de tratamiento de aguas industriales 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 incrustaciones , corrosión o formación de espuma . El tratamiento externo de los suministros de agua bruta destinados a ser utilizados 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 con menos probabilidad de causar problemas antes de que puedan eliminarse de la caldera durante la purga de la caldera. El desaireador se utiliza para reducir el oxígeno y el nitrógeno en aplicaciones de agua de alimentación de calderas.
El enfriamiento por agua es un método de eliminación de calor de componentes de maquinaria y equipos industriales. El agua puede ser un fluido de transferencia de calor más eficiente cuando 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 residuo 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 presión 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 refrigeración por agua incluyen corrosión acelerada y requisitos de mantenimiento para evitar reducciones en la transferencia de calor debido a la bioincrustación o la 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 eléctrica nuclear y de vapor , generadores hidroeléctricos , refinerías de petróleo y plantas químicas .
Los avances en la tecnología de tratamiento de agua han afectado todas las áreas del tratamiento de agua industrial. Aunque la filtración mecánica, como la ósmosis inversa , se emplea ampliamente para filtrar contaminantes, otras tecnologías, incluido el uso de generadores de ozono, la evaporación de aguas residuales, la electrodosionización y la biorremediación , también pueden abordar los desafíos del tratamiento de agua industrial.
El tratamiento con ozono es un proceso en el que se inyecta gas ozono en las corrientes de desechos como un medio para reducir o eliminar la necesidad de productos químicos para el tratamiento del agua o desinfectantes que pueden ser peligrosos, incluido el cloro. [ cita necesaria ]
Los tratamientos químicos utilizan el aditivo de productos químicos para hacer que el agua industrial sea adecuada para su uso o descarga. Eso incluye procesos como precipitación química, desinfección química, proceso de oxidación avanzada (AOP), intercambio iónico y 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, oxidantes como el reactivo de Fenton , el ozono o el peróxido de hidrógeno se introducen en las aguas residuales para degradar las sustancias nocivas en el agua industrial para su descarga.
El tratamiento físico implica la separación de sólidos de aguas residuales industriales ya sea mediante filtración o flotación por aire disuelto . La filtración implica el uso de membranas o filtros, como filtros mecánicos como filtración de arena , etc., para lograr la separación sólido-líquido. Mientras que para la flotación por aire disuelto ,
Se bombea aire presurizado al agua residual. Luego, el aire presurizado forma pequeñas burbujas que se adhieren a la materia suspendida y hacen que floten hasta la superficie del agua, donde pueden eliminarse mediante un dispositivo desnatador o un rebosadero. [7]
Es necesario un tratamiento biológico para tratar aguas residuales que contengan elementos biodegradables. Se utiliza habitualmente en 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. Es una práctica sostenible que ha tenido éxito 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 mediante el uso de una película biológica compleja que crece naturalmente en la superficie de la arena. Esta biopelícula gelatinosa llamada capa hipogea o Schmutzdecke se encuentra en los pocos milímetros superiores de la capa de arena. La biopelícula superficial purifica el agua a medida que fluye a través de la capa, la arena subyacente proporciona un medio de soporte para la capa de tratamiento biológico. [9] El Schmutzdecke está formado 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 el material orgánico soluble. Los contaminantes son metabolizados por bacterias, hongos y protozoos. [8]
Los filtros de arena lentos suelen tener entre 1 y 2 metros de profundidad y una tasa de carga hidráulica de 0,2 a 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 del flujo. El filtro se repara eliminando la biopelícula y una fina capa superior de arena. El agua se decanta nuevamente al filtro y se recircula para permitir que se desarrolle una nueva biopelícula. Alternativamente, la rastra húmeda implica remover la arena y lavar la biocapa para su eliminación . [9]
La tecnología de desinfección ultravioleta (UV) ha sido una tecnología de tratamiento de agua común 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, dejándolas incapaces de reproducirse o microbiológicamente inactivas. [10]
El agua de proceso es agua que se utiliza en una variedad de operaciones de fabricación, tales como: revestimiento y enchapado; enjuague y pulverización; lavado, etc. Las aguas municipales y subterráneas a menudo contienen minerales disueltos que las hacen inadecuadas para estos procesos porque afectarían la calidad del producto y/o aumentarían los costos de fabricación. Un sistema de tratamiento de agua entrante adecuado puede solucionar estos problemas y crear las condiciones de agua adecuadas para procesos industriales específicos. [ cita necesaria ]
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