La potabilización de aguas residuales por evaporación es una tecnología de tratamiento que permite separar el agua de los contaminantes presentes en los efluentes industriales. El proceso produce dos productos: un destilado -agua tratada- y un concentrado -residuo-.
Las aguas residuales y los efluentes pueden tomar diferentes formas, desde agua relativamente limpia que se puede descargar de manera segura al medio ambiente con poco o ningún tratamiento, hasta efluentes extremadamente complicados, con altos niveles de sólidos disueltos o suspendidos, productos químicos y material biológico.
Los diferentes tratamientos utilizados varían según determinados factores, como la naturaleza de las aguas residuales o corrientes de efluentes, la demanda química y biológica de oxígeno del material (COD y BOD), el estándar requerido para el producto final, y si la captura del material y la reutilización son necesarias, entre otros.
En qué consiste la potabilización por evaporación
Los evaporadores industriales son equipos diseñados para concentrar líquidos mediante la eliminación de agua u otros disolventes por evaporación.
Los evaporadores industriales funcionan mediante un proceso de intercambio de calor que permite separar el agua u otros disolventes de los residuos líquidos. Lo que ocurre durante este proceso es que el líquido se evapora mientras los contaminantes o sólidos quedan concentrados, reduciendo considerablemente el volumen del residuo.
Para lograr el cambio de estado que permite la separación del soluto y el solvente, debe suministrase calor a la mezcla para que la parte líquida se evapore y se separe de la parte sólida.
Es muy utilizada en el ámbito industrial y consiste en calentar el líquido alimento en un recipiente y acto seguido conducir el agua por un sistema de tuberías de calentamiento en el que parte del agua pasa a ser vapor. Tras esto se deja enfriar el vapor hasta que vuelve a licuarse y entonces se recoge libre de impurezas.
Mientras que un evaporador transforma un líquido en vapor para separar componentes o concentrar una solución, un condensador realiza el proceso contrario, enfriando ese vapor hasta convertirlo nuevamente en líquido.
Las tecnologías de evaporación industrial permiten separar el agua de los contaminantes presentes en las aguas residuales. Los contaminantes como la salinidad, metales y sólidos en suspensión permanecen en el concentrado, mientras que el destilado se purifica y puede reutilizarse en los procesos industriales o como agua de servicio.
Evaporación al vacío: principio de funcionamiento
La evaporación al vacío es un proceso que se realiza en un evaporador al vacío industrial, donde se reduce la presión por debajo de la atmosférica para disminuir el punto de ebullición del líquido.
Esto permite evaporar el agua a temperaturas más bajas, lo que resulta en un ahorro significativo de energía y en la preservación de productos sensibles al calor.
La evaporación al vacío es una tecnología de tratamiento muy eficiente que funciona a temperaturas más bajas, gracias al proceso de vacío. Esto permite reducir el consumo energético y operar de manera más sostenible.
En un evaporador al vacío, el líquido se calienta a una temperatura específica y se introduce en una cámara donde se reduce la presión. Esto provoca que el agua se evapore incluso a temperaturas más bajas de lo habitual, lo que facilita su eliminación.
Las aguas residuales industriales se introducen en una cámara de ebullición y se calientan hasta que las moléculas de agua se convierten en vapor. Los contaminantes quedan atrás mientras que el vapor se recoge, se enfría y se condensa a través de un intercambiador de calor.
En el caso de la evaporación al vacío, se emplea una caldera donde se calienta agua hasta que se evapora. Por otra parte, para facilitar la evaporación del disolvente se pueden emplear sistemas generadores de vacío, de modo que se someta a la mezcla que se desea separar a presiones inferiores a la atmosférica.
Este método aprovecha la reducción de la presión para evaporar el agua a temperaturas más bajas, lo que resulta en un proceso más eficiente y respetuoso con el medio ambiente.
Factores que afectan a la evaporación
Varios factores influyen en la velocidad de evaporación, como la temperatura ambiente, la humedad relativa, la superficie de contacto entre el líquido y el aire, y la presión atmosférica.
Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura y menor la presión, más rápida será la evaporación.
Esto es muy frecuente en los elementos proteínicos, que pueden desnaturalizarse con el aumento de temperatura.
Separación del agua y concentración de contaminantes
La evaporación permite separar con gran eficacia los contaminantes que se encuentran en el agua basándose en la relativamente baja volatilidad de las sales frente al agua.
La tecnología resulta especialmente eficaz para el tratamiento de aguas residuales industriales, ya que facilita la recuperación de agua para su posible reutilización y disminuye los costes asociados a la gestión de residuos.
Permite reducir de forma significativa el volumen de los residuos líquidos, disminuyendo los costes de almacenamiento, transporte y gestión.
La evaporación al vacío destaca en el tratamiento de aguas industriales por su capacidad para concentrar efluentes y recuperar productos valiosos, ofreciendo beneficios tanto económicos como ambientales.
Tras un proceso de evaporación se obtienen elevadísimos porcentajes de agua destilada (95%) y una cantidad muy pequeña de rechazo (5%) para ser gestionado.
Este rechazo es tan pequeño debido a la elevada concentración de residuos que se consigue en el proceso.
Residuo de evaporación y diseño de la planta
El residuo de evaporación se refiere a los residuos sólidos y disueltos que quedan tras la evaporación del agua o de las aguas residuales.
El residuo de evaporación suele utilizarse como indicador de la carga total de sólidos disueltos y no disueltos en las aguas residuales.
Suele medirse en miligramos por litro (mg/L) y es un parámetro clave en la caracterización de las aguas residuales, especialmente en industrias con grandes cargas de sustancias, como la industria química, el procesado de alimentos o el refinado de metales.
El residuo de evaporación se determina evaporando una cierta cantidad de agua a una temperatura especificada hasta que toda el agua se haya evaporado. El residuo restante se seca y se pesa.
Este método se utiliza para evaluar la calidad del agua o planificar procesos de tratamiento de aguas residuales.
Importancia para el diseño de plantas de tratamiento
El residuo de evaporación es un factor decisivo en el diseño y la optimización de las plantas de tratamiento de aguas residuales, especialmente cuando se utilizan procesos como la evaporación o la evaporación para concentrar y eliminar contaminantes.
En el caso de las plantas cuyo objetivo es depurar el agua por evaporación -por ejemplo, plantas de evaporación o plantas de destilación-, los operadores necesitan conocer la cantidad de residuo que queda en las aguas residuales.
Aguas residuales muy salinas
En industrias como la alimentaria, la petroquímica o la galvanoplastia, pueden aparecer grandes cantidades de sales disueltas en las aguas residuales.
El residuo de evaporación proporciona información sobre las cantidades previstas de sólidos que quedan tras la evaporación.
Esta información es crucial para el diseño de los evaporadores, ya que la concentración de sólidos influye en el diseño del evaporador y en los intervalos de limpieza necesarios.
Eliminación de lodos y residuos
Cuanto mayor es el residuo de evaporación, mayor es la cantidad de residuo que queda como lodo o concentrado tras el tratamiento de las aguas residuales.
Estos residuos deben eliminarse o tratarse posteriormente, lo que supone costes adicionales.
Una determinación precisa del residuo de evaporación ayuda a planificar el tamaño óptimo de los tanques de almacenamiento de lodos y la logística de eliminación.
Corrosión, depósitos y mantenimiento
Si los residuos del vapor de escape están compuestos por sales poco solubles o sustancias minerales, pueden producirse depósitos en los evaporadores, las tuberías o los intercambiadores de calor.
Esto reduce la eficacia del sistema y requiere un mantenimiento frecuente.
La corrosión de los materiales que conforman el evaporador puede aparecer si el líquido alimento es considerablemente agresivo respecto a los materiales en los que se ha construido el evaporador.
Por lo tanto, los sistemas de tratamiento de aguas residuales, especialmente los sistemas de evaporación, deben estar diseñados para soportar los residuos y minimizar los depósitos.
Eficiencia energética
Un residuo de evaporación elevado suele significar que las aguas residuales contienen una alta concentración de sólidos, lo que afecta a la eficiencia energética del proceso de evaporación.
Se necesita más energía para evaporar el agua y aumenta la cantidad de residuos que hay que tratar o eliminar.
Separar el agua del efluente requiere 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).
En tales casos, puede ser necesario combinar el tratamiento de las aguas residuales con plantas de pretratamiento o CP para reducir la cantidad de sólidos antes de la evaporación.
Un ejemplo de sistema CP, también conocido como sistema de precipitación y floculación, es nuestro ALMA CHEM MCW.
Aplicaciones industriales
La evaporación al vacío es una técnica versátil que encuentra amplias aplicaciones en el tratamiento de aguas industriales, destacándose principalmente en dos áreas fundamentales:
Concentración de efluentes industriales
Los evaporadores al vacío industrial permiten concentrar los efluentes líquidos, reduciendo significativamente su volumen.
Esto facilita su posterior tratamiento y disposición final, disminuyendo los costos asociados al transporte y almacenamiento de grandes cantidades de agua residual.
Reducción del volumen de desechos
Al reducir el volumen de desechos líquidos, la evaporación al vacío contribuye a la preservación del medio ambiente al minimizar la cantidad de aguas residuales que deben ser tratadas y/o vertidas en cuerpos receptores.
Esto ayuda a prevenir la contaminación de suelos, ríos y acuíferos, protegiendo así la calidad del agua y la salud de los ecosistemas.
Recuperación de productos
Además de concentrar los efluentes, los evaporadores al vacío industrial permiten la recuperación de productos valiosos presentes en el agua residual, como sales, metales, solventes orgánicos, entre otros.
Estos productos pueden ser reutilizados en los procesos industriales o comercializados, generando así ingresos adicionales para la empresa.
La recuperación de componentes permite separar o reciclar materiales valiosos, incluidos los metales preciosos.
La recuperación de productos mediante la evaporación al vacío no solo genera beneficios económicos directos, sino que también contribuye a la reducción de la demanda de materias primas vírgenes y al aprovechamiento más eficiente de los recursos naturales.
Dependiendo de cuál sea la composición de las aguas residuales a tratar, un proceso de evapo-cristalización permite separar sus componentes y recuperar productos secundarios, que pueden ser reutilizados o vendidos.
Sectores que utilizan la tecnología
Las tecnologías de evaporación industrial son adecuadas para una amplia gama de industrias que generan aguas residuales complejas y contaminadas, tales como la industria química, farmacéutica, alimentación y bebidas, minería y petroquímica.
Estas soluciones son un gran apoyo para nuestros clientes de los diferentes mercados, como el farmacéutico y cosmético, químico, alimentación y bebidas, etc.
Las corrientes de aguas residuales industriales pueden incluir metales pesados, compuestos halógenos y otros nutrientes o sólidos en suspensión potencialmente dañinos.
Los altos niveles de materiales orgánicos disueltos o suspendidos también hace que los efluentes sean muy difíciles de tratar.
Además, es particularmente útil para tratar efluentes industriales concentrados y aguas residuales con altos niveles de contaminantes.
Tipos de evaporadores industriales
Existen diferentes tipos de evaporadores industriales, como los de vacío, circulación forzada, película descendente o múltiple efecto.
Evaporadores de película descendente
Estos evaporadores operan mediante la formación de una película delgada de líquido sobre una superficie de calentamiento.
El líquido se distribuye uniformemente sobre la superficie, donde se evapora al entrar en contacto con el calor proporcionado por el sistema.
Este tipo de evaporador es eficiente en la transferencia de calor y es adecuado para aplicaciones que requieren altas tasas de evaporación, como la concentración de soluciones salinas y la recuperación de productos químicos.
Evaporadores de circulación forzada
Los evaporadores de circulación forzada utilizan bombas para circular el líquido a través de un intercambiador de calor, donde se evapora parcialmente.
El vapor generado se separa del líquido y se condensa, produciendo un concentrado más rico en solutos.
Este tipo de evaporador es especialmente útil en aplicaciones donde se requiere una alta concentración de solutos o en sistemas que manejan líquidos viscosos o corrosivos.
Evaporadores de placa y marco
Los evaporadores de placa y marco utilizan una serie de placas corrugadas para aumentar la superficie de intercambio térmico entre el líquido y el vapor.
Esto permite una mayor eficiencia en la transferencia de calor y una reducción en el tamaño y el costo del equipo.
Estos evaporadores son comúnmente utilizados en la industria alimentaria, química y farmacéutica para concentrar productos líquidos, tales como jugos, extractos y soluciones concentradas.
Evaporadores de múltiple efecto
Consiste en calentar el agua alimento mediante el aprovechamiento del calor residual de aguas ya tratadas y conducirla hasta una serie de tanques a los que llega caliente pero todavía en estado líquido.
En estos tanques el agua se distribuye en películas finas a fin de facilitar la evaporación a base de reducir la presión.
Evaporadores por compresión mecánica de vapor
Consiste en la evaporación del agua a base de suministrarle calor procedente de la compresión de vapor, en vez de transmitir el calor mediante contacto directo con un cuerpo sólido caliente.
El compresor crea vacío en un extremo de un recipiente por donde extrae el vapor de agua formado, pero por el otro extremo comprime dicho vapor formado y lo condensa en el interior de unos tubos.
El agua cae sobre estos tubos calientes y se evapora.
Conocer las diferencias entre los evaporadores de película descendente, de circulación forzada y de placa y marco permitirá seleccionar la opción más eficiente y económica para cada aplicación industrial.
Evaporación y cristalización para vertido cero
El vertido cero de líquidos (ZLD, por sus siglas en inglés Zero Liquid Discharge) es un sistema de tratamiento de aguas residuales industriales que elimina completamente el vertido de líquidos al medio ambiente.
En este proceso, todos los flujos líquidos generados se reutilizan y el residuo final se encuentra en un estado semisólido o sólido.
La evaporación es la tecnología clave para alcanzar ZLD, ya que permiten llevar las recuperaciones y concentraciones más allá de las otras tecnologías convencionales.
El vertido cero de líquidos (ZLD) es un tratamiento de flujos de residuos líquidos que transforma los flujos de residuos líquidos en agua limpia -que puede reutilizarse- y un volumen mínimo de residuos sólidos.
Es especialmente adecuado para efluentes peligrosos, tóxicos o difíciles de tratar mediante otros métodos.
Etapas del proceso ZLD
Evaporación/concentración: El producto se concentra justo por debajo de su concentración máxima (saturación).
Cristalización: La cristalización/sedimentación de los sólidos obtenidos en el paso 2 se produce en tanques de cristalización especialmente diseñados.
Los enfriadores y evaporadores utilizados en estas situaciones deben diseñarse para trabajar con materiales difíciles y con un potencial de contaminación muy alto.
Por esta razón, un evaporador HRS típico utiliza evaporadores de superficie rascada de la Serie Unicus, que son autolimpiables y mantienen tasas de evaporación óptimas.
Los enfriadores de superficie rascada de la Serie R también se utilizan para enfriar las soluciones saturadas que se envían a los tanques de cristalización.
Selección de un sistema de evaporación al vacío
Al seleccionar un sistema de evaporación al vacío industrial, es crucial tener en cuenta diversos factores que garantizarán su eficiencia y adecuación a las necesidades específicas del proceso.
Capacidad de tratamiento requerida
Es fundamental evaluar la cantidad de efluentes que se deben tratar en el sistema de evaporación al vacío.
Esto incluye tanto el caudal de líquido a procesar como la concentración de los contaminantes presentes.
La capacidad de tratamiento del evaporador al vacío debe ser suficiente para manejar la carga de trabajo de manera efectiva y sin comprometer la calidad del tratamiento.
Tipo y composición de los efluentes
Los efluentes industriales pueden variar considerablemente en su composición química y características físicas.
Es importante analizar en detalle la naturaleza de los efluentes a tratar, identificando los contaminantes presentes y sus concentraciones.
Esto permitirá seleccionar un sistema de evaporación al vacío que sea compatible con las características específicas de los efluentes y garantice una eliminación efectiva de los contaminantes.
Uno de los mayores desafíos en el tratamiento de aguas residuales industriales es la variabilidad de las corrientes de efluentes.
A menudo, las aguas residuales de una misma industria pueden diferir significativamente en su composición.
Además, las altas concentraciones de contaminantes, como metales pesados, compuestos orgánicos y salinidad, pueden dificultar el tratamiento.
Eficiencia energética y costes operativos
La eficiencia energética y los costos operativos son aspectos clave a considerar en la selección de un sistema de evaporación al vacío.
Es importante evaluar el consumo de energía del equipo, así como los costos asociados al mantenimiento y operación del sistema.
Se deben buscar opciones que ofrezcan un equilibrio óptimo entre eficiencia energética y costos operativos, maximizando así la rentabilidad y la sostenibilidad del proceso de tratamiento.
Materiales y resistencia a la corrosión
La corrosión de los materiales que conforman el evaporador puede aparecer si el líquido alimento es considerablemente agresivo respecto a los materiales en los que se ha construido el evaporador.
El control preciso del caudal a través de cada válvula es clave para su rendimiento.
También se pueden combinar con tipos cúbicos de doble flujo, de placa e intercambiadores de calor adicionales.
Estas opciones, construidas con materiales de primera como el cobre y aletas de aluminio -a menudo soldadas para una máxima eficiencia-, te permiten procesar las materias primas con la mejor calidad posible.
Ventajas de la potabilización por evaporación
Calidad del destilado
La evaporación al vacío permite obtener una excelente calidad del destilado producido, apto para la reutilización.
El destilado puede recuperarse y reciclarse como agua de proceso -cuando sea posible- o para otros fines de la fábrica, ayudando a las plantas a cumplir las obligaciones de vertido y proporcionando una fuente potencial de ingresos o ahorro.
Reducción de residuos y costes
El alto nivel de concentración de la fracción contaminante permite una reducción significativa de los costes de eliminación.
La reducción del volumen de residuos líquidos disminuye los costes de almacenamiento, transporte y gestión.
Versatilidad
La tecnología puede tratar agua de alimentación con poco o ningún pretratamiento, incluidas corrientes peligrosas y difíciles.
Las tecnologías de evaporación industrial ofrecen una baja huella de carbono y son capaces de tratar los efluentes industriales más agresivos.
Además, su alta automatización facilita la operación y reduce los costes operativos.
Recuperación y reutilización
La separación de subproductos del tratamiento de aguas residuales en energía proporciona una opción energética alternativa eficaz para reducir los costes energéticos y las emisiones de CO2 y sustituir a los combustibles fósiles.
La recuperación de productos puede contribuir a la reducción de la demanda de materias primas vírgenes y al aprovechamiento más eficiente de los recursos naturales.
Impacto ambiental
La evaporación al vacío contribuye a la reducción de la contaminación y al manejo más eficiente de los recursos naturales.
Al concentrar los contaminantes presentes en los efluentes, la evaporación al vacío facilita el cumplimiento de las regulaciones ambientales y los estándares de calidad del agua.
Esto ayuda a las empresas a evitar multas y sanciones, así como a mejorar su imagen pública y su responsabilidad social corporativa.
Desafíos y limitaciones
Consumo energético
Aunque la evaporación al vacío es una técnica eficiente en términos de reducción de residuos, puede requerir un alto consumo energético para generar y mantener el vacío necesario en el sistema.
Esto puede aumentar los costos operativos y contribuir a la huella de carbono de la empresa, especialmente si la energía utilizada proviene de fuentes no renovables.
Mantenimiento del equipo
Los evaporadores al vacío industrial requieren un mantenimiento regular para garantizar su correcto funcionamiento y prolongar su vida útil.
Esto puede implicar la limpieza periódica de los equipos, la reparación de componentes dañados y la sustitución de piezas desgastadas, lo que supone costos adicionales y tiempo de inactividad en la producción.
Los evaporadores y cristalizadores utilizados en situaciones de alta concentración deben diseñarse para trabajar con materiales difíciles y con un potencial de contaminación muy alto.
Inversión inicial
Otro aspecto destacable de los evaporadores al vacío es su versatilidad y el gran número de ocasiones en que pueden ser aplicados, siempre y cuando los resultados justifiquen la inversión necesaria para su instalación, ya que no son la tecnología más económica.
Equipos, automatización y operación
Los evaporadores Evaled son equipos estándar y modulares que incorporan diferentes tecnologías de transferencia de calor.
Estos equipos tienen diferentes capacidades de producción, un bajo consumo energético y una baja huella de carbono gracias a sus procesos de alta automatización.
En nuestro proceso de fabricación, como fabricante líder y siguiendo un estricto control de calidad, hemos buscado diseñar y mejorar la resistencia de las máquinas mediante la creación de un circuito, compresor y colectores que incrementan y disminuyen la temperatura del agua.
Esto garantiza su perfecta utilización y posterior aplicación.
Cada unidad está pensada para ofrecer un alto rendimiento estable y continuo.
Un desafío común en estos sistemas es la formación de escarcha, pero la innovación en nuestros equipos incluye sistemas de desescarche por gas caliente o eléctrico automático para mantener la eficiencia.
Su facilidad de operación los convierten en una herramienta indispensable en diversas industrias, ayudando a reducir el consumo de energía y el coste operativo.
Los equipos también se pueden combinar con tipos cúbicos de doble flujo, de placa e intercambiadores de calor adicionales.
Ofrecemos una amplia gama de servicios; asistencia técnica, productos químicos, contratos de mantenimiento, y servicio de repuestos y consumibles.
Pretratamiento y combinación con otras tecnologías
Debido a esta variedad de productos y tratamientos, también existe una amplia gama de técnicas de tratamiento disponibles.
Las opciones de separación física incluyen asentamiento, filtros de aireación sumergidos (SAF), filtros de aireación disueltos (DAF) y flotación de aire inducida.
A veces también se requieren otros tratamientos biológicos -aeróbicos o anaeróbicos- y químicos, como desalinización, alquilación y neutralización.
En tales casos, puede ser necesario combinar el tratamiento de las aguas residuales con plantas de pretratamiento o CP para reducir la cantidad de sólidos antes de la evaporación.
La selección del tratamiento previo depende de la composición del efluente, la concentración de sólidos, el potencial de incrustación, la corrosividad y la calidad requerida para el destilado.
Relación con la potabilización y la reutilización
La evaporación produce un destilado de alta calidad que puede reutilizarse como agua de proceso o agua de servicio cuando sea posible.
La reutilización del destilado depende de la calidad exigida por el uso final y de la verificación correspondiente de los parámetros del agua.
El objetivo de la evaporación industrial es separar el agua de los contaminantes y reducir el volumen de residuos, pero el tratamiento posterior y los controles necesarios deben adaptarse al destino previsto del agua.
La evaporación al vacío en el tratamiento de aguas industriales representa una solución eficaz y sostenible para el manejo de los residuos líquidos, contribuyendo así a la protección del medio ambiente y al desarrollo de prácticas industriales más responsables.
Evaporadores al vacío para aguas residuales complejas
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