La industria reduce su sed de agua

¿Qué tal gestiona la industria los recursos hídricos? Hoy en día, la tendencia general es adoptar un enfoque holístico de los sistemas. Cada vez se recircula más agua de proceso y los productores industriales están recuperando sustancias reutilizables y productos químicos empleados en el tratamiento del agua. Las empresas también están adoptando un nuevo enfoque en la gestión de efluentes. Parte de los flujos se desvían en una fase temprana, haciendo que el tratamiento sea más sencillo y menos costoso. Incluso existe tecnología con potencial para, prácticamente, eliminar los efluentes. La gestión de las aguas industriales será uno de los tres temas principales de Achema 2015, que se celebrará del 15 al 19 de julio en Franfurt.

Las plantas, los animales y los humanos dependemos del agua para sobrevivir, pero el agua también es un recurso técnico esencial para la industria: ya sea como agente refrigerante, medio de transporte, disolvente o agua de proceso con diversas calidades, desde agua industrial, pasando por agua ablandada o desmineralizada, hasta el agua purificada de la industria farmacéutica.

El consumo de aguas industriales no es gratis. Normalmente, el agua de entrada tiene que acondicionarse y su tratamiento cuesta dinero. Las bombas de circulación consumen energía. Igualmente, suele ser necesario un tratamiento posterior para que el agua pueda volver a circular o verterse a los cursos de agua receptores. Por razones económicas y ambientales, es ventajoso reducir el movimiento, el calentamiento y la contaminación del agua, y ahí es donde la gestión de las aguas industriales tiene un papel que desempeñar. El objetivo es suministrar agua con un nivel de calidad definido manteniendo a la vez los costes (incluida la eliminación) bajo control.

La complejidad tecnológica es menor en las regiones donde abunda el agua, en comparación con aquellas partes del mundo donde escasea, y en las que cada gota que entra en el proceso es un bien preciado. Los costes de recirculación en circuito cerrado o incluso la producción sin agua son más aceptables en zonas con escasez que en países como Alemania. Independientemente de la situación del suministro de agua, la producción y la tecnología hídrica están siempre estrechamente interrelacionadas, lo que hace que se necesiten tecnologías integradoras y sistemas de gestión del agua.

No existe una gestión “estándar” de las aguas industriales. Al menos, esa es la conclusión del informe de posición de ProcessNet sobre tendencias y perspectivas de la tecnología de aguas industriales, que se publicó en 2014 (disponible en processnet.org). Se necesitan estrategias a medida para cada industria, aplicación y emplazamiento. El reciclaje de agua basado en la recirculación de aguas de proceso es una opción que, en general, solo es viable cuando los niveles de contaminación son bajos y el tratamiento del agua es relativamente asequible. Los expertos dicen que el reciclaje de agua es menos eficiente en el caso de flujos de residuos altamente contaminados o que contienen sustancias con una gama muy diversa de propiedades químicas y físicas. El requisito previo básico para el reciclaje de agua pasa por crear un sistema de gestión de agua eficiente que separe el agua que se presta fácilmente al reciclaje del agua que es menos idónea. La mayoría de estos procesos de reciclaje internos se encuentran en — o cerca de— fuentes donde la complejidad de los componentes es limitada y pueden desarrollarse técnicas aditivas con un mínimo esfuerzo y gasto.

El proveedor de energía integrada Suncor Energy recicla más del 90% del agua contenida en el vapor que la empresa utiliza para extraer crudo de la arena petrolífera. En vez de almacenar vapor de inyección en pozos de disposición subterránea, el agua salina reciclada se trata, las sales y los sólidos se filtran, y el agua se reutiliza para producir vapor de nuevo. Esta estrategia minimiza la extracción de aguas subterráneas.

Otro ejemplo de ello es lo que está haciendo Wabag en la actualidad. A principios de 2014, esta empresa se adjudicó un contrato para construir una planta de tratamiento de aguas residuales en el nuevo parque industrial de la ciudad de Al Kharj, en Arabia Saudí. El efluente de las diversas instalaciones de producción del emplazamiento será tratado, en la medida de lo posible, para volver a utilizarlo como agua de proceso. Las fases del proceso de purificación son el pretratamiento mecánico, la precipitación química, la sedimentación, el depósito de retención, la purificación biológica, la filtración, los filtros de carbón activo y la desinfección. La planta tendrá una capacidad de 10 000 m3/d.

En vez de purificar el agua todo lo posible antes de descargarla, ¿no tendría más sentido eliminar por completo la descarga de agua? Actualmente, la eliminación de efluentes de la producción (cero descarga de líquidos) es objeto de un debate sumamente controvertido. En el mundo, ya hay 400 plantas en funcionamiento con este concepto. Los motivos pueden ser muy distintos, por ejemplo: la eliminación de la dependencia del suministro de agua local (especialmente en las regiones donde el agua escasea), normas medioambientales estrictas de concentraciones de sal en el efluente, la recuperación de las sustancias reutilizables o la mejora de la imagen. La experiencia demuestra que el proceso de aprobación para las plantas de cero descarga de líquidos suele ser más sencillo y rápido, lo cual es otro aspecto interesante. Sin embargo, el tratamiento de concentrados residuales es problemático. Elegir un emplazamiento con un suministro abundante de agua e implantar un programa de gestión de aguas industriales son generalmente preferibles que las cargas asociadas a la producción de cero descarga de líquidos, que supone un consumo elevado de energía. Como resultado, los expertos están depositando sus esperanzas en una mayor integración de la gestión hídrica y energética.

Bayer Technology Services ha desarrollado un proceso para el tratamiento de efluentes que contienen tanto materia orgánica como sales inorgánicas en una planta farmacéutica india. No había ninguna infraestructura para utilizar como base. El nuevo proceso de tratamiento independiente tiene tres fases. La materia orgánica se elimina mediante purificación biológica. La concentración de sal se incrementa mediante ósmosis inversa para minimizar el consumo de energía en la fase de evaporación posterior.

Veolia Italia ha desarrollado un sistema de cero descarga de líquidos para un fabricante internacional de dispersiones y adhesivos. El sistema puede tratar 15 toneladas de aguas residuales al día. En la primera fase, un evaporador de vacío basado en una bomba de calor con circulación forzada preconcentra el agua de lavado. A continuación, un evaporador de vacío con bomba de calor y sistema rascador en la cámara de ebullición produce un concentrado final que se mezcla con dispersión fresca para obtener una densidad constante. El destilado se trata para usarse en el lavado, reduciendo el volumen de aguas residuales a cero. Lo que antes era un producto residual que se eliminaba se reutiliza en el proceso de producción. Como parte del proyecto E4Water de la Unión Europea —actualmente, el proyecto de investigación de gestión hídrica más grande del mundo en la industria química—, una serie de plantas de Bélgica, Francia, Holanda y España están trabajando de forma conjunta para reducir significativamente el consumo de agua dulce. En Solvic NV y Dow Benelux, se combinan los flujos de agua de diferentes plantas. El efluente tratado de una planta se utiliza como agua de alimentación para otra. El objetivo es reducir el consumo de agua dulce hasta un 50%.

El uso de membranas en la tecnología de tratamiento de aguas lleva muchos años en alza. Hay buenas razones que lo justifican. Las membranas funcionan continuamente y son totalmente automáticas. Los materiales de las membranas son ahora más baratos y más eficaces. Las membranas funcionan a una menor presión, lo que reduce el consumo energético.

Más de dos terceras partes de la nueva capacidad de desalación que se instala en el mundo ahora se basa en la ósmosis inversa. A diferencia de las tecnologías tradicionales basadas en la evaporación, la ósmosis inversa no consume energía térmica. Eso reduce el coste del agua desalada. Incluso en regiones donde los costes energéticos son relativamente bajos, como Oriente Medio, la ósmosis inversa es la solución que se elige cada vez más. Sulzer declara que nada puede igualar la tecnología de ósmosis inversa, con el diseño de planta y el equipo adecuados (el 60% del consumo total de energía se utiliza para alimentar las bombas).

El agua marina no es la única opción. El agua subterránea desalada es otra posible fuente, por ejemplo en las zonas secas del sur de Estados Unidos, según GTAI (Germany Trade & Invest). Texas, Florida y California son los principales usuarios de la tecnología. La desalación del agua marina se está convirtiendo en una opción cada vez más importantes, especialmente en California, donde se están planificando megaproyectos. La demanda de bombas de alta eficacia y membranas resistentes sigue en aumento. La financiación de muchos proyectos procede de asociaciones públicas-privadas.

Jim Taft, director ejecutivo de la Asociación de Administradores Estatales de Agua Potable (ASDWA), comenta que los sistemas de desalación móviles tienen un potencial muy importante. Es posible que aumente la demanda porque, en el sur de Estados Unidos, estos sistemas podrían ayudar a la industria hídrica a gestionar períodos más frecuentes de sequía o restricciones temporales en el suministro.

Algunos proveedores de sistemas de membranas han empezado a estandarizar sus sistemas. Los mayores volúmenes de producción hacen bajar los costes de fabricación de estas soluciones de instalación inmediata, que se usan para purificar el agua de servicio y el agua potable, y también para el tratamiento de las aguas residuales industriales. Además, conectar los sistemas premontados apenas supone esfuerzo alguno.

Cuando hay contacto directo es imposible evitar que los materiales de producción contaminen el agua de proceso. Como resultado, el agua de proceso contiene diversas concentraciones de contaminantes (que van desde unas pocas ppb a varios puntos porcentuales). Si se puede reutilizar una sustancia, la recuperación puede tener sentido desde el punto de vista económico, además de ayudar a proteger el medio ambiente.

La compañía francesa Magpie Polymers ha desarrollado un método de filtración altamente eficaz para capturar sustancias reutilizables incluso cuando solo están presentes en cantidades mínimas. Se instalan varios filtros de perlas de polímero y los metales forman enlaces selectivos con las perlas. La técnica ya se está implantando en varias empresas europeas para filtrar y recuperar cantidades muy pequeñas de metales preciosos.

El grupo químico Lanxess también proporciona tecnología para la recuperación de materiales reutilizables. Los intercambiadores de iones funcionan como adsorbedores selectivos para la purificación fina de flujos de aguas residuales y electrolitos de proceso. Es posible capturarse selectivamente metales pesados y otras sustancias como el ácido bórico, los cromatos, arseniatos, fluoruros e iones amonio de las soluciones salinas.

Hasta ahora, poco se ha recurrido a las aguas residuales como fuente de calor. En el pasado, raras veces era posible utilizar esta energía, al ser uno de los factores restrictivos el límite del punto de fluidez de 65 °C para las bombas de calor. Ochsner ya comercializa bombas de calor de alta temperatura con puntos de fluidez de hasta 100 °C, lo que abre las puertas a aplicaciones de bombas de calor comerciales e industriales totalmente nuevas.

Los sistemas de refrigeración desempeñan un papel importante en los flujos de proceso industriales. El agua de refrigeración tiene que tratarse para evitar que se produzcan depósitos y corrosión, así como para mantener los estándares de higiene. El agua del circuito de refrigeración está permanentemente infestada con legionela y pseudomonas, lo que supone un riesgo para la salud del personal que trabaja en las empresas industriales y también pone en peligro a las personas que viven en las proximidades. El peligro puede minimizarse reduciendo la liberación de aerosoles y aplicando medidas de control activas de la legionela.

La directriz 2047-2 de VDI, de enero de 2014, contiene un código de conducta para el buen funcionamiento higiénico de los sistemas que liberan calor a través de evaporación o pulverización de agua. La directriz recomienda llevar a cabo una evaluación de los riesgos en todo el sistema. Las medidas incluyen la inspección y documentación, así como la identificación, evaluación y minimización de riesgos. Empresas como EnviroChemie y BWT ofrecen soluciones a la gestión de la legionela. El paquete de análisis de riesgos y gestión de las instalaciones de Cillit CEE incluye un análisis holístico de los riesgos y la supervisión comprobada de los sistemas de refrigeración evaporativos. Para eliminar los depósitos y la corrosión relativos al agua como una fuente potencial de formación de biopelículas, Dipolique recomienda instalar un sistema de tratamiento de aguas adecuadamente diseñado, usar los agentes acondicionadores adecuados y gestionar el contenido de sal total a partir de los datos obtenidos mediante sondas de conductividad inductivas.

Resumen: Las consideraciones económicas y de conservación de los recursos exigen un “uso” inteligente del agua de los procesos industriales y un “consumo” lo más bajo posible. No se debe transportar, calentar o contaminar agua más allá de lo estrictamente necesario para cumplir los requisitos de los procesos. La recirculación y la reutilización del agua son dos aspectos cruciales del “agua inteligente”. Diversas empresas exhibirán productos, tecnologías y soluciones de sistemas contrastados, mejorados y recientemente desarrollados en Achema 2015, que se celebrará del 15 al 19 de junio en Frankfurt. Panta rkei —todo fluye— y la tecnología del agua no es una excepción.