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Conservación de agua y energía. Gestión Ambiental Tema 4. Generación de residuos en el proceso de fabricación. Durante el proceso de producción y en las operaciones de recuperación. Reducción de la generación de residuos mediante Empleo de catalizadores Uso de equipos más eficientes
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Conservación de agua y energía Gestión Ambiental Tema 4
Generación de residuos en el proceso de fabricación • Durante el proceso de producción y en las operaciones de recuperación. • Reducción de la generación de residuos mediante • Empleo de catalizadores • Uso de equipos más eficientes • Pérdidas en los equipos y evaporación de orgánicos volátiles. • Tanques de almacenamiento • Contenedores abiertos • Equipos • Tratamiento de aguas
Tratamiento de aguas residuales • Varían enormemente en cuanto a caudales y características. • Producción continua o discontinua. Paradas durante el fin de semana. • No pueden emplearse valores típicos en el diseño • Mezcla de diferentes corrientes que dificultan su manejo Necesidad de segregación
Opciones de tratamiento Las aguas residuales industriales pueden verterse en tres formas: • Tratamiento en planta de tratamiento de aguas residuales industriales y vertido • Descarga directa a colector municipal y tratamiento junto con las aguas urbanas • Economía de escala • Operación por trabajadores especializados • Pretratamiento en la planta y posterior descarga a colector municipal
Vertido a colector • Suele requerir neutralización • Se prohíbe el vertido de : • Explosivos • Productos corrosivos • Productos sólidos o viscosos (Obstrucción de tuberías) • Aceites y productos no biodegradables • Compuestos que generen gases tóxicos • Metales pesados
Opciones de pretratamiento • Procesos físico-químicos • Neutralización (Adecuación pH a tratamiento) • Sedimentación (Evitar depósitos en tuberías) • Lo más adecuado es eliminarlos tan pronto como sea posible) • Flotación (Eliminación de aceites libres) • Coagulación (Eliminación de materia coloidal) • Precipitación (Eliminación de metales pesados) • Procesos de oxidación reducción • Generar productos menos tóxicos, más fácilmente biodegradables o de más fácil adsorción
Opciones de pretratamiento (II) • Procesos físico-químicos • Tratamiento con carbón activo • Carbón en polvo (PAC) • Carbón activo Granular (GAC) • Intercambio iónico (Eliminación de especies iónicas) • Metales pesados, cianuros, arsenatos, cromatos • Filtración (Eliminación de sólidos en suspensión) • Empleo de filtros multicapa (arena y antracita) • Procesos de membrana
Opciones de pretratamiento (III) • Procesos biológicos. Degradación de materia orgánica • Sistemas de lodos activos • Operación en diferentes configuraciones • Sistemas de biopelícula • Lagunas • Aplicación al terreno • Procesos de baja velocidad • Infiltración rápida • Flujo sobre el terreno • Wetlands • Tratamiento del lodo
Control de contaminantes atmosféricos • Control de partículas • Sedimentadores • Ciclones • Filtros de mangas • Scrubbers • Precipitadores electrostáticos • Eliminación de gases • Scrubbers húmedos • Adsorción • Incineración
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)
Balance de materia QDCP + QRCR = QDC1 + QRC1 (C1 - Cp) QR = QD (CR – C1) Suponiendo que CP es mucho mayor que C1 y que C1 es mucho mayor que CR Cp QR = QD C1
Balance de materia QDCP + QRCR = QDC1 + QRC1 QDCn-1 + QRCR = QDCn + QRCn La solución simultánea de este conjunto de ecuaciones proporciona QDn1/n QR = CP Cn
Lavado en contracorriente QR = [(CP/Cn)1/n + 1/n]QD
Lavado en contracorriente con tanque muerto CD = (QDCP + QMCM)/QDQM
Una empresa de cromado opera con un baño con 85.000 mg Cr/l y un arrastre de 0,06 L/min. ¿Con qué flujo de lavado debe operarse para mantener la concentración de Cr en el arrastre final de la pieza en 25 mg/L? Comparar los diferentes sistemas de lavado. Suponer una velocidad de evaporación de 0,01 L/min Si la empresa emplea un sistema de 3 tanques en contracorriente y pretende instalar un sistema de osmosis inversa para concentar el Cr en el circuito de lavado. Asumiendo que se recupera el 92% del Cr y filtra el 90% del agua, ¿Cuánto Cr se recuperará y cuál será su concentración?. ¿Cuál será la concentración de Cr en el efluente?
Análisis Pinch • Técnica de análisis empleada para minimización de residuos por la industria. • Desarrollada inicialmente para minimizar el consumo energético, ha sido adaptada para optimizar el uso de agua y reactivos • Mediante un diseño holístico, basado en la integración de procesos, en el que los procesos se conciben como un sistema integrado de unidades y corrientes interconectados y no como una serie de etapas individuales e independientes • Los materiales o energía necesarios en una etapa pueden ser suministrados por otra etapa • Basado en principios termodinámicos empleados para predecir el flujo de materia y energía a través del proceso
Red de cambiadores de calor • Integración de procesos • Transferencia de calor entre corrientes ahorro de energía y menores emisiones • Mayor T Transferencia calor más rápida • Mayor T Mayor desperdicio calor útil • Área cambiador = f(Tmin)
Análisis térmico • La optimización Pinch en sistemas térmicos se basa en el análisis riguroso de todas las fuentes y sumideros de calor en el proceso en términos de entalpía y Tª. • Todas las corrientes se dibujan en un diagrama H-T • Las curvas se separan mediante una T seleccionada como la fuerza impulsora mínima para transferir calor de forma eficiente. Esta T mínima se denomina temperatura Pinch
Corrientes frías La línea compuesta representa los sumideros de calor del proceso como función de la carga térmica frente a la Tª.
Corrientes calientes La línea compuesta representa las fuentes de calor del proceso como función de la carga térmica frente a la Tª.
Combinación de las curvas • El área entre las dos curvas indica la cantidad potencial de calor que puede transferirse desde la fuente caliente a la fría. • El punto de mínima separación vertical es el pinch y representa la mínima diferencia de Tª entre las dos curvas. • El pinch indica el punto óptimo de la red donde debe colocarse el cambiador. • Las dos curvas no se sobreponen, por lo que no pueden cubrirse todos los requerimientos de calor. Existen unos requerimientos mínimos de calentamiento y enfriamiento. • Existe un valor mínimo de T para que la transferencia de calor tenga lugar con un tamaño adecuado de cambiador. Este valor dependerá de decisiones ingenieriles
Análisis pinch para aguas • La demanda de agua fresca y la producción de aguas residual puede reducirse mediante: • mejoras en la operación • Incrementando la reutilización • La reutilización puede realizarse: • Directa • Tratamiento previo (Eliminación de contaminantes molestos) • Para maximizar la reutilización de agua debe conocerse: • Máxima concentración de contaminante a la entrada • Máxima concentración de contaminante a la salida
Concentraciones máximas en la entrada y salida • Mínima fuerza impulsora para la transferencia de materia • Máxima solubilidad • Necesidad de evitar precipitación de sales • Ensuciamiento • Corrosión • Flujo mínimo para evitar deposiciones
Cantidad mínima de agua necesaria: 90 m3/h • Diferentes métodos para determinar el diseño final: • Máxima fuerza impulsora • Mínimo número de fuentes de agua
Máxima fuerza impulsora • Dividir la curva en intervalos “verticales” de carga, basado en cambios en la pendiente • Diseñar una red basada en esos intervalos • Se emplea un diagrama de cuadrícula • En cada intervalo se divide la corriente de agua en tantas corrientes como procesos contribuyen a la carga. Se realiza de forma proporcional al flujo de agua limitante para cada proceso. • El sistema puede ser algo complejo
Mínimo número de fuentes de agua • Se emplea la técnica de bypas y mezcla • En lugar de intervalos de carga másica se definen intervalos de concentración. • En cada intervalo se emplea sólo la cantidad de agua para mantener el funcionamiento del sistema. • Se sigue la curva compuesta y se minimizan las fuerzas impulsoras en cada intervalo • Si existe más agua de la necesaria, se bypasa y se mezcla más adelante.
