domingo, 31 de agosto de 2014

Suelos Contaminados: La importancia de los preliminares.

photo credit: mathieujarryphoto via photopin cc
Actualmente en España ciertos órganos competentes están pidiendo a diversas actividades, a las que consideran con mayor potencial de contaminación, que realicen estudios sobre la situación de sus suelos, solicitando además que dichos estudios incluyan también los correspondientes informes mediante organismo de control acreditado respecto al muestreo y la determinación de suelos.... con todo lo que ello supone en cuanto a costes económicos y quebraderos de cabeza.

Profesionalmente esto ha supuesto que retomase un tema que hacía tiempo que no trataba y que, gracias a la confianza de diversos clientes, me haya puesto manos a la obra en la realización de estudios sobre la situación de suelos potencialmente contaminados (también denominados aquí como Estudios Base de Suelos Contaminados).

Y ha sido en esta "nueva" faceta profesional, en la que como siempre ando buscando las mejores soluciones que combinen la mejor relación calidad / precio del mercado, donde he podido comprobar que en el sector de la investigación de los suelos "no es oro todo lo que reluce".

Evidentemente "al sonido del cordero que queda desamparado acuden multitud de lobos", que enseguida ofrecen sus servicios para realizar el muestreo, la determinación de contaminantes, e incluso el propio estudio base que piden los organismos competentes. En este punto uno puede llegar a encontrarse con las siguientes situaciones:
  • Ofertas a precio de saldo, más allá de las rebajas de verano, que difícilmente podrán cumplir con lo que anuncian, pues presentan precios muy por debajo de lo que hay en el mercado.
  • Ofertas subidas de tono, que por el contrario piden a la empresa lo que no es posible pagar aprovechando el incremento en la demanda.
  • Ofertas con precio cerrado para el muestreo y determinación que, o bien se están arriesgando más de lo necesario, o bien cuentan con unos márgenes excesivos (aquí entran las anteriores).
  • Ofertas con puntos de muestreo previamente cerrados, aun cuando no se conoce nada de la actividad ni se cuentan con los datos necesarios, unas con 20 puntos y otras con 3.
  • Ofertas abiertas, donde se fija un número de muestras y un coste del informe, pero se dejan abiertos los costes hasta el extremo de que la empresa podría terminar pagando cualquier cifra que finalmente se quiera poner sobre la mesa.

Lo expuesto aquí es una generalización, por supuesto, y estoy seguro que existen muchas empresas y ofertas que plantean los trabajos desde un punto de vista lógico y profesional. Sin embargo, he creído necesario incluir un pequeño post en el que poner de manifiesto mi punto de vista profesional y mis consideraciones al respecto, pues creo que podrían ser de utilidad a más de uno de cara a afrontar este tipo de requerimientos de la forma más efectiva y completa posible.


La importancia de los preliminares.

Bajo mi punto de vista, la realización de un proceso de investigación de suelos progresivo es fundamental para optimizar los recursos de la empresa, permitiendo ajustar paulatinamente las actuaciones que se van haciendo.

Al hacer un estudio progresivo de los suelos, que funcione como una herramienta flexible y dinámica, lo que conseguimos es que cada una de las fases alimente a la siguiente con información cada vez más precisa, y la planificación de esta última se ajuste a la realidad de las necesidades y, por lo tanto, los recursos económicos y humanos destinados sean los justos.

En este sentido, en un estudio sobre la situación de suelos potencialmente contaminados cobra especial importancia la realización de una buena fase preliminar, que sirve para:
  • Configurar la etapa posterior del estudio en toda su extensión.
  • Delimitar claramente el potencial de contaminación y los riesgos existentes.
  • Delimitar las zonas de la ubicación con mayor interés para continuar con la investigación de suelos.
  • Establecer los puntos de interés en los que se podría realizar el muestreo y fijar sus características.
  • Reducir los riesgos asociados a problemas durante el muestreo, tales como cambios de terreno, presencia de obstáculos, riesgos laborales, etc.
  • Definir objetivos en una etapa posterior de caracterización de suelos.

Esta fase de investigación preliminar termina por conformar una investigación exploratoria, debidamente estructurada, orientada a determinar la calidad de un suelo en función de la información disponible.

photo credit: Pablo F. J. via photopin cc
Un estudio preliminar bien hecho limitará el muestreo y la determinación de contaminantes a lo estrictamente necesario, pudiendo llegar incluso a eliminar la necesidad de esta última fase de estudio en detalle.


La investigación preliminar de suelos requiere inicialmente de una recopilación de información exhaustiva, que deberá contemplar cuando menos los siguientes apartados:

A. El entorno físico.

Se requiere conocer en profundidad el entorno en el que se ubica la actividad, y para ello se tiene que recopilar información sobre:
  • Ubicación geográfica de la actividad y caracterización de la zona en un radio suficientemente representativo.
  • Geología local a escala adecuada, con descripción de unidades litológicas y estratos afectados por la actividad. 
  • Edafología del suelo ocupado y unidad geomorfológica en la que se asienta la actividad, de forma que se pueda determinar la posible afección a estos factores por parte de la actividad, y la contribución de estos al potencial de contaminación y los riesgos.
  • Hidrogeología e hidrología de la zona ocupada, con descripción de acuíferos cercanos o sobre los que se ubique la actividad, dirección de flujos, usos del agua, corrientes superficiales cercanas, zonas de descarga y recarga, entre otros.
  • Establecimiento de potenciales puntos de vertido y/o captaciones sobre los recursos hídricos potencialmente afectados y determinación de la vulnerabilidad de los mismos, con inclusión de datos referidos al control de la calidad de las aguas.
  • Descripción de flora y fauna presente en la zona y existencia de espacios naturales protegidos o zonas vulnerables a la contaminación.
  • Condiciones meteorológicas dadas en la zona en estudio que puedan contribuir a la dispersión de la contaminación en los suelos.

B. La Actividad y su historia.

Se requiere tener por otro lado una fotografía precisa de la actividad, los focos potenciales de contaminación y su evolución histórica, recopilando para ello información sobre:
  • La naturaleza de las emisiones, vertidos y residuos de la actividad.
  • La tipología de productos químicos, y materias utilizadas, productos elaborados y subproductos de proceso.
  • Los procesos productivos y accesorios vinculados a la actividad, y su modo de funcionamiento.
  • La localización sobre plano de edificios, instalaciones, canalizaciones, depósitos o almacenamientos, subestaciones eléctricas, y zonas de descarga o trasvase susceptibles de ser foco de contaminación.
  • Los permisos y licencias de la actividad disponibles para el vertido, la generación de residuos, el control de emisiones o el almacenamiento de productos químicos.
  • Las medidas correctoras y preventivas adoptadas para evitar la generación de afecciones al suelo o su propagación.
  • Los usos anteriores del emplazamiento y zonas adyacentes y su potencial de contaminación, si existiese dicha información.
  • Las modificaciones que hubiera sufrido la actividad con el paso del tiempo o los cambios que se hubiesen generado en lso procesos productivos y las actividades accesorias (como por ejemplo los almacenamientos).
  • El histórico registrado de accidentes, incidentes, fugas u otros aspectos de interés registrados en la ubicación.
  • Denuncias, quejas o noticias respecto a la ubicación y las actividades realizadas en la misma.

Es recomendable además, apoyar esta labor de recopilación con visitas in situ, por parte de las personas encargadas de la realización del estudio, para  contrastar la veracidad de la información recopilada, comprobar las condiciones actuales del emplazamiento, establecer rutas de acceso y zonas hábiles para fases posteriores, delimitar el potencial real de contaminación y graduar el estado inicial observado de los suelos.

Finalizada la recopilación de la información y la realización de las visitas, un estudio en profundidad de todos los datos recabados nos permitirá hacernos una primera composición de lugar del tipo de problemática asociada a los suelos de la actividad que estemos estudiando, del potencial de contaminación existente, y de los riesgos que puedan estar asociados al mismo.

Esta evaluación será siempre cualitativa y se graduará en función de la calidad esperada del suelo (marcada por el histórico de la actividad y la inspección visual del proceso), la sensibilidad del medio receptor (dada por los factores estudiados en la descripción del entorno), y el riesgo detectado.


Utilizando la tecnología.

Hasta hace bien poco los estudios preliminares de suelos quedaban limitados a lo visto en el apartado anterior, y de hecho aún son contemplados así por muchos manuales y organismos, consistiendo en la recopilación de bibliografía y el estudio de la información disponible, por lo que básicamente lo que se tenía era una aproximación (en muchos casos no determinante) sobre las probabilidades y riesgos de la contaminación de los suelos. Es decir, eran sólo una descripción cualitativa del potencial de contaminación de suelos.

Sin embargo, cada vez son más comunes las aplicaciones tecnológicas, basadas en diversas técnicas geofísicas, que nos permiten completar estos estudios preliminares clásicos con datos reales, que no tienen por qué suponer el clásico, costoso e invasivo muestreo (mediante sondeos y catas del terreno), y que pueden servir para fundamentar de forma científica el estado real de los suelos, apoyando así de forma cuantitativa el estudio preliminar realizado.


Equipo de tomografía eléctrica capacitiva
Hoy en día no se debería concebir un estudio preliminar de suelos sin que se utilizase alguna de las técnicas geofísicas de apoyo que se mencionan en este apartado, orientadas a la cuantificación del potencial de contaminación real de un suelo.




El uso de técnicas geofísicas no prospectivas permite tener un conocimiento mucho más detallado del estado de los suelos, garantizando la obtención de una información cuantitativa útil, que apoye las conclusiones finalmente adoptadas durante el estudio preliminar documental, y que sirva para planificar posteriores estudios detallados de suelos y programas de remediación, siendo incluso posible generar fuertes ahorros económicos en estos al poder determinar con exactitud la extensión de terreno afectado o de interés para el estudio, permitiendo una mejor preparación de la actuación (lo que redunda en un menor número de puntos de muestreo, un menor volumen de tierra tratado, etc).

Entre otras podemos encontrar las siguientes tecnologías que considero que son interesantes:


La Tomografía Eléctrica Multielectrodo.

La tomografía eléctrica es una técnica geofísica basada en la amplia variación dada en las propiedades eléctricas de un suelo, y en especial en la diferencia que existe en la capacidad de conducir la electricidad para cada uno de los materiales que lo conforman.

Esta técnica es una de las técnicas geofísicas más versátiles por cuanto que la propiedad del suelo que se estudia: su resistividad, varía en varios órdenes de magnitud en función no sólo del tipo de material presente en el mismo, sino también de la porosidad, el grado de saturación de agua y la concentración de sales disueltas.

De esta forma, un suelo de areniscas puede estar en una resistividad que varía entre 4 y 8 x103 Ohm.m, mientras que un Xileno que haya sido vertido al suelo puede presentar una resistividad cercana al 6,9x1016 Ohm.m, o una sal de hierro presentar una resistividad de 8x10-8, ambas muy distintas a las que presentaría cualquier otro material a su alrededor y que pueden marcar la extensión y tipología de una contaminación en un terreno dado.

La técnica consiste en introducir una serie de electrodos en el suelo, en un número que suele estar entre 40 y 120, a lo largo de una línea determinada. Dichos electrodos van conectados a un dispositivo tetraelectródico que es capaz de soportar las distintas configuraciones a montar, y que va distribuyendo impulsos eléctricos de corriente continua entre los mismos.

El principio de funcionamiento consiste en generar corriente en dos de los electrodos, denominados electrodos de corriente, y medir la diferencia de potencial generada con otros dos electrodos, lo que permite conocer la distribución de resistividades en el subsuelo. Al ir utilizando los electrodos alternativamente a distintas distancias a lo largo de la línea de investigación, o mediante distintas configuraciones (dipolo-dipolo, polo-dipolo, etc), lo que obtenemos es un perfil con las resistividades aparentes encontradas a distintas profundidades.

La técnica requiere combinar de la forma más completa posible el número de electrodos y su distribución espacial, de forma que sea posible alcanzar las mayores resoluciones y profundidades posibles de estudio, siendo estos dos parámetros (profundidad y resolución) inversamente proporcionales entre sí en función de la distancia entre electrodos: A mayor distancia, mayor profundidad, pero menor resolución.


Al final lo que se obtiene, procesando los datos obtenidos mediante sistemas de modelización, es un perfil en distancia y en profundidad con la distribución de los niveles geoeléctricos presentes, dando lugar a datos de resistencia y espesor del perfil de suelo analizado que pueden representarse gráficamente para analizar depósitos o plumas de contaminantes, y que pueden llegar incluso a los 150 metros de profundidad.


La Tomografía eléctrica capacitiva 
(CCR - Capacitively Copled Resistivity).

Siguiendo principios de funcionamiento similares a los de la anterior técnica geofísica, esta técnica permite medir mediante acoplamiento capacitivo las propiedades eléctricas del subsuelo, desapareciendo así la necesidad de introducir ningún electrodo en el mismo. La inserción de estos electrodos quedará eso sí sustituida por el desplazamiento de un operario a lo largo del perfil para tomar las distintas lecturas de resistencia.

Por otro lado, las profundidades quedan más limitadas que en la técnica anterior, con niveles de prospección que como mucho llegan a los 5 o 6 metros de profundidad, jugando para ello con las separaciones entre antena emisora y receptora, al igual que se hacía entre los electrodos de la técnica anterior.
El funcionamiento es sencillo. Una antena emisora emite impulsos electromagnéticos de baja frecuencia, de aproximadamente 15 kHz, al suelo. El voltaje es recibido por un receptor a distancias variables y transformado a resistividades aparentes que quedan registradas en el equipo.

Una vez realizado el perfil y registradas las resistividades, se debe proceder al volcado de los datos para su corrección e interpretación mediante un software de minería que, al igual que en el caso de la tomografía eléctrica anterior, permitirá el modelizado del perfil de resistencias en distancia y profundidad.


El Georadar 
(GPR - Ground Penetrating Radar).

El Georadar es una técnica electromagnética consistente en la emisión de pulsos electromagnéticos, que podrán estar entre 10 MHz y 2,5 GHz. Los pulsos son de muy corta duración, entre 1 y 20 ns, y se emiten desde una antena emisora apantallada para evitar ruidos y dirigir la señal hacia el suelo.

Las ondas generadas se propagan por el suelo en función de las distintas característica electromagnéticas que tienen los materiales que lo conforman, y que en parte reflejan la señal y en otra parte la refractan hacia mayores profundidades.
La señal reflejada es recogida por una antena receptora que la transforma en una señal eléctrica que puede representarse directamente en el equipo procesador mediante un radargrama (una imagen bidimensional de ondas reflejadas). La emisión de cientos de estas señales a lo largo del estudio de un desplazamiento permite obtener un perfil continuo de este diagrama en distancia y profundidad.

En cualquier caso, y aunque se puede realizar un radargrama directamente en el equipo, suele ser recomendable el procesado previo de datos antes de proceder a la realización de estudios de interpretación, para eliminar así ruidos, interferencias eléctricas, incrementar la resolución e incluso mejorar la imagen obtenida. De hecho, suele ser recomendable que la interpretación de dicho radargrama venga a realizarse por un técnico cualificado y con experiencia, pues requiere de un estudio de las texturas, amplitudes y terminación de las reflexiones que en muchos casos es de difícil interpretación para los neófitos.

Destacar que, en el caso del Georadar, al igual que para técnicas anteriores, la frecuencia seleccionada para la emisión de la señal irá en función de la profundidad a la que se quiera investigar y la resolución que se quiera alcanzar, de tal forma que mayores frecuencias tienen mayores resoluciones pero menores capacidades de penetración y viceversa.

Normalmente los estudios de Georadar se desarrollan para profundidades que suelen estar entre los 5 y 10 metros y suelen  ser de extraordinaria utilidad para desvelar elementos y estructuras enterradas, fracturas, cavidades o delimitar plumas de contaminación. En combinación con la tomografía de suelos suele ser una de las técnicas más utilizadas para la investigación de suelos contaminados en la industria.


La prospección magnética

El principio básico es encontrar anomalías en el campo gravimétrico terrestre generadas por cuerpos enterrados que puedan afectar al mismo, como puedan ser bidones metálicos o incursiones de contaminantes susceptibles de polarizarse magnéticamente

Para detectar dichas anomalías se suelen utilizar magnetómetros de protones o de vapor de cesio, que se utilizan en perfiles o mallas a lo largo del terreno en estudio con espaciados que pueden ir desde los 0,5 m. a los 2 m. de distancia entre puntos de medida, en función de la profundidad de estudio deseada. 

Las derivas en el campo gravimétrico se miden en nanoTeslas y se pueden llevar a cabo de forma rápida y sencilla por los equipos actuales, cuya sensibilidad ronda entre los 0,1 a 1 nT,  algo más que suficiente si tenemos en cuenta que un bidón metálico enterrado a 2 metros produce una anomalía de unos 200 nT.


La Prospección Electromagnética 
(TDEM - Time Domain Electro Magnetic) 
(FDEM - Frecuency Domain Electro Magnetic)

Este sistema geofísico busca estudiar y analizar cómo se comporta un campo electromagnético que es inducido en el terreno mediante impulsos de corriente alterna de cierta intensidad que circulan sobre una bobina (también denominada bucle o antena) situada horizontalmente sobre el mismo. La idea es generar una corriente en un bucle, y una vez que dicha corriente ha dejado de generarse, momento en el que se producen una serie de corrientes secundarias (corrientes de Foucault), ver cómo reacciona el subsuelo y qué tipo de campos magnéticos secundarios se generan.

En función de la variable utilizada para hacer fluctuar el sistema, la prospección electromagnética podrá realizarse en el dominio tiempo (TDEM), también denominada de Transmisor Fijo, midiendo en diferentes aperturas del bucle en el tiempo, o en el dominio de las Frecuencias (FDEM), o de transmisor móvil.

El principal problema de esta técnica es su aparatosidad, que la hace poco práctica para muchos de los estudios de campo en contaminación industrial que nos podamos encontrar. Por ejemplo, en el caso de la TDEM requiere normalmente de la realización de bucles de considerables proporciones en zonas planas (mínimo de 50 metros de lado), dependiendo de dichas dimensiones la profundidad de prospección, lo que limita considerablemente su aplicación.

A cambio, la técnica nos permite alcanzar profundidades de hasta 250 metros o superiores, que pueden resultar de utilidad en algunos casos.


La Sonda de Interfaz de Membrana
(MIP - Membrane Inteface Probe)

Aunque ya no estamos hablando de una herramienta geofísica de estudio indirecto de los suelos propiamente dicho, pues requiere de prospección de los mismos y se basa en el ensayo químico, la sonda de interfaz de membrana es otra de esas herramientas de estudio de alto interés en medio ambiente, pues permite la detección directa de compuestos orgánicos volátiles en el subsuelo, comprobando la presencia y grado de contaminación por disolventes (halogenados o no) y otros compuestos petrolíferos volátiles.

El principio de funcionamiento de la sonda se basa en volatilizar estos compuestos al aplicar calor al subsuelo que la rodea y extraerlos a través de una membrana semipermeable, para luego conducirlos al exterior por medio de un gas inerte. 

Una vez en la superficie el gas contaminado con los compuestos orgánicos volatilizados se hace pasar por un equipo para la determinación de la concentración, que puede ser del tipo detector de fotoionización (PID), detector de ionización de llama (FID) o detector de captura de electrones (ECD), registrando tanto el nivel del contaminante detectado como la profundidad a la que se lleva a cabo el muestreo y la conductividad de la muestra.

Así, mediante este equipo se puede apoyar la investigación preliminar, y de una forma directa y rápida es posible conocer en suelos potencialmente contaminados cual es la concentración en volátiles y si dichas concentraciones recomiendan hacer estudios en detalle posteriores.

 

Bibliografía de referencia:
Procedimiento operativo para realizar informes preliminares de suelos del País Vasco.
Investigación de la contaminación de suelos - Ihobe 1998.
GEONICA - Empresa española decana en el suministro de equipos y sistemas de control.
Artículo. Caracterización de emplazamientos contaminados por hidrocarburos.

martes, 15 de julio de 2014

A por el VERTIDO CERO: Secando FLUJOS.

Cuando hablamos de aguas, o incluso de flujos residuales de proceso, y de su tratamiento o depuración, a efectos prácticos en lo que estamos pensando es en un sistema orientado a la extracción de materiales disueltos o en suspensión dentro de ese flujo, del que realmente nos interesa recuperar el agua y, en algunas ocasiones, alguno de los materiales que han quedado integrados en ella.

Para ello da igual que utilicemos productos químicos que nos ayuden a precipitar, a coagular o a flocular los sólidos, que utilicemos técnicas para hacer flotar aquellos menos densos, que utilicemos filtros o membranas para separarlos de forma selectiva, o que hagamos uso de la biología para digerir los disueltos y generar "deposiciones de bacterias", todo es separar el agua de los sólidos que contiene.

photo credit: CityofGeneva via photopin cc
Al final
todo proceso de
depuración
consiste,
hablando de forma genérica,
en separar sólidos
del agua
a través de procesos físicos,
químicos
o biológicos.




____________________________________________
*Pido perdón por adelantado a todos los expertos en depuración por la licencia que me tomo en simplificar hasta estos extremos los sistemas de tratamiento, que conste que está hecho con la mejor de las intenciones, y creo que en esta ocasión el fin justifica los medios. 
_______________________________________________________


Sin embargo, al final ninguno de estos sistemas de extracción de sólidos es perfecto, y lo que siempre tenemos es un proceso de tratamiento que a partir de un agua residual genera dos flujos distintos:

  • Un flujo diluido, formado por agua de la que se ha extraído la mayor parte del material disuelto que se pretendía, y que forma parte de la línea de aguas de una depuradora, siendo el que luego se remite a otros tratamientos posteriores o a vertido, reutilización, etc.
  • Un flujo concentrado, formado por el contaminante retirado y un porcentaje de agua elevado, que normalmente forma parte de la línea de lodos o rechazos de una depuradora, y que luego seguirá un sistema de tratamiento similar orientado a extraer el agua del lodo y generar un flujo aún más concentrado.

Si lo pensamos fríamente, al hablar de sistemas para el tratamiento de aguas residuales realmente de lo que estamos hablando es de una sucesión o ramificación de procesos bajo los criterios vistos anteriormente, orientados fundamentalmente a disponer de un agua lo más pura posible y de un residuo que alcance la mayor sequedad.

Sin embargo, es en parte este afán por alcanzar un agua lo más depurada posible y eliminar aquellos contaminantes más problemáticos y recalcitrantes, o la necesidad de "estrujar" los lodos hasta el extremo, lo que hace que la tecnología tienda actualmente a adoptar sistemas cada vez más exigentes en la calidad del resultado final y que, sin embargo, son "menos eficientes" de cara a la concentración del efluente de rechazo.

En este sentido, por ejemplo, las técnicas más avanzadas de ósmosis inversa, intercambio iónico, ultrafiltración, etc, ya permiten obtener un agua prácticamente pura con una excelente calidad, pero por contra generan un rechazo muy diluido que se vuelve un problema tanto por su alta concentración de contaminantes, que impiden su tratamiento por métodos tradicionales, como por su alto volumen, debido a un alto contenido en agua, que hace que aún presenten un estado líquido.


La última frontera: los PROCESOS TÉRMICOS.

Así, cuando llegamos a los límites de la depuración de flujos nos encontramos fácilmente con el problema de tener rechazos líquidos que constituyen esencialmente un problema debido a que ya no existen alternativas de tratamiento viable por medios físico-químicos o biológicos convencionales. A estos flujos les espera normalmente uno de estos destinos:
  • En el mejor de los casos su disposición en balsas para promover la evaporación o evapotranspiración natural, en ocasiones favorecida por algún sistema de aspersión, para tratar y concentrar de forma natural estos flujos residuales. Una alternativa que sin embargo requiere espacio, tiempo y unas condiciones climatológicas favorables, entre otros aspectos a cubrir.
  • En ocasiones su recirculación para su dilución junto a otros vertidos de proceso, lo cual es un evidente error y un coste añadido si se lleva a la cabecera de una depuradora, e incluso en ocasiones una práctica con escaso amparo legal si se lleva a vertido.
  • En muchos otros casos, se termina tratando como un residuo líquido, destinándolo a su retirada por parte de un gestor autorizado, que en algunas ocasiones puede llegar a gestionarlo como residuo peligroso, con los costes que ello supone.

photo credit: JF Marrero via photopin cc

Pero estos rechazos siguen siendo en su mayor parte agua. Agua con una alta concentración de contaminantes disueltos, de difícil eliminación, pero al fin y al cabo agua en hasta un 95% o más, que sin embargo se trata como un residuo o un vertido y se convierte en un coste adicional.

Sin embargo, la tecnología nunca tira la toalla, y movida esencialmente por algunas iniciativas industriales que buscan la máxima recuperación de flujos e incluso tienden al "vertido cero", e inspirada en los procesos naturales de evaporación, cambia el concepto y lo que busca en este punto es extraer el agua del flujo residual mediante procesos térmicos de alto rendimiento, que aceleren de forma rentable los procesos naturales de evaporación.

La extracción del agua se lleva a cabo en estos procesos térmicos, como ya se ha mencionado, por evaporación, consiguiendo así concentrar los sólidos disueltos en el flujo residual hasta prácticamente el punto de saturación, y pudiendo llegar en algunos casos incluso al denominado como residuo seco. 


Haciéndole el VACÍO a los Flujos Residuales.

Pero evaporar agua por si sólo es muy caro, se necesita aportar mucha energía para calentar el agua hasta los 100ºC y luego aplicar el calor necesario para evaporarla (el calor latente del agua además es alto, entorno a 2.300 kJ/kg). 

Esta es la razón de que hayan surgido en este punto los evaporadores al vacío. Estos equipos, utilizados originalmente en la industria alimentaria desde el siglo XIX, han servido para conseguir evaporar el agua de ciertos alimentos pero sin afectar a los componentes básicos que los forman, debido a las bajas temperaturas utilizadas, y ahora se desvelan como la solución a estos flujos problemáticos gracias a su alta eficiencia.

El principio es bien sencillo y es aplicable a cualquier proceso de evaporación. La temperatura de ebullición del agua baja considerablemente en función de la presión a la que esté sometida, por lo que a menor presión menor temperatura es necesaria para evaporar el agua, principio en el que se basan los evaporadores, y que puede incrementar la eficiencia en la evaporación del agua contenida en un flujo residual gracias a que previamente se hace el vacío.

De hecho, los evaporadores industriales que podemos aplicar hoy en día a nuestros flujos residuales permiten alcanzar presiones de unos 33 mbar, que dejan la temperatura de ebullición del flujo contaminado en unos 31 a 35ºC, lo que lleva a una menor necesidad de aporte calórico para conseguir llegar al punto de ebullición, pudiendo incluso compensar el incremento del calor latente que se da con la disminución de la presión.

Evaporador al vacío de serpentin inmerso - By Condorchem Envitech

Por otro lado, una temperatura tan baja permite diversas opciones para su obtención, y pueden llegar a aplicarse principios de funcionamiento a baja temperatura que serían impensables a altas temperaturas. De esta forma, podemos encontrarnos con evaporadores al vacío que funcionan: 
  • Mediante bombas de calor, utilizando únicamente el ciclo frigorífico de un gas refrigerante a baja temperatura, con unos rendimientos muy atractivos que van actualmente de los 130 W a los 230 W por litro destilado y unas aplicaciones a nivel industrial que llegan a caudales de hasta 50 m3/día.
  • Mediante compresión mecánica del vapor, recuperando así el calor latente de la evaporación mediante la condensación del vapor obtenido, gracias a su compresión mecánica, utilizando dicho calor como fuente para calentar el flujo entrante, llegando así a rendimientos muy atractivos que van de 36 W a 50 W por litro destilado, y que además permite tratar mayores volúmenes, llegando incluso a los 250 m3/día.
  • Mediante sistemas multiefecto. En estos sistemas se disponen varios evaporadores en batería en los que el vacío va siendo progresivamente mayor (cada vez hay menos presión) de forma que calentando el primer evaporador a alta temperatura (unos 90ºC) en el resto  se aprovecha el calor latente del vapor generado en el anterior para calentar el flujo entrante a menores temperaturas y condensarlo parcialmente.

En todos ellos el resultado final es la obtención de un flujo concentrado, resultado de llevar prácticamente hasta el punto de saturación el flujo residual, pudiendo en algunos casos llegar al residuo seco (5% de agua) utilizando equipos de concentración especiales, denominados cristalizadores.

Se debe tener en cuenta que, en cualquier caso, el calor latente de cualquier flujo que queramos tratar con un evaporador se incrementa con el descenso de la presión, y que el punto de ebullición aumenta en función de la concentración de sólidos disueltos que vaya alcanzando, por lo que el rendimiento de la máquina va disminuyendo según se va evaporando el líquido, llegando a alcanzarse un punto de concentración crítica a partir del cual la evaporación al vacío ya no es rentable, y que comúnmente sirve para definir el ciclo de trabajo de un evaporador.

En cualquier caso, los evaporadores al vacío consiguen así reducciones del volumen del flujo entrante que van del 90% al 95%, por lo que la reducción en los costes de gestión posterior de dicho flujo es considerable, llegando a permitir incluso plazos de amortización del equipo inferiores a los 2 años actualmente.

De esta forma se consigue dar una salida a flujos residuales como taladrinas, soluciones oleosas, lixiviados de vertedero, aguas de desengrase, rechazos de ósmosis inversa, intercambio iónico o ultrafiltración, recuperación de baños galvánicos, concentración de tintas, etc. Flujos que hasta el momento presentaban una problemática ambiental y económica más que relevante para las empresas.


Una vuelta de tuerca más: el "SPRAY  DRYER".

Sin embargo, muchos estarán pensando ahora mismo que la evaporación al vacío no deja de ser un sistema de minimización, con una cierta mejora en la eficiencia energética, pero que también tiene un flujo de rechazo líquido que se tiene que tratar ya como un residuo

En cierta forma no les falta razón, a pesar de que podría llegarse a la cristalización, la evaporación al vacío es rentable sólo para la reducción del volumen, pues sigue dando como resultado un flujo líquido saturado, aunque eso si en unas cantidades mucho más reducidas. Y por eso he querido agregar en este artículo una nueva tecnología que complementa, y en algunas ocasiones incluso puede llegar a sustituir, la tecnología de evaporación al vacío "convencional", encontrándose dentro de las tecnologías de secado térmico para el tratamiento de flujos problemáticos que propone este artículo.

Se trata del secado por spray, también conocido como secado por atomización o por dispersión, una interesante alternativa tecnológica, prácticamente desconocida en el mundo ambiental, que sin embargo tiene un amplio bagaje en determinados entornos industriales como el alimentario o el farmacéutico, donde se ha utilizado desde principios del siglo XX para secar totalmente productos líquidos y obtenerlos en formato polvo o incluso encapsularlos (tales como la leche en polvo, los concentrados, los extractos, o el jabón, entre otros) sin que estos pierdan sus propiedades características.

Un proceso de secado que poco a poco empieza a tener cabida también en el tratamiento final de flujos problemáticos como los que hemos visto anteriormente, e incluso rechazos finales como el de la evaporación, recuperando el agua que contienen, y obteniendo un residuo totalmente seco (de hasta el 4% en agua) con cabida en el sector del tratamiento de aguas para obtener el tan ansiado "vertido cero".

Innospray - Equipo de Secado de flujos residuales por spray de CADE Engineering.

El principio del proceso es incrementar la superficie libre del líquido a tratar al máximo posible mientras se pone en íntimo contacto con aire caliente, lo que permite que la cantidad de agua sometida a evaporación en el momento sea la máxima posible, optimizando así su secado.

Para cumplir con este fin el corazón de los secadores de spray está en el sistema de atomización del flujo, que puede ser de distintos tipos: 
  • Centrífugo, mediante discos rotatorios que pueden girar hasta a 25.000 RPM (a mas revoluciones menor tamaño de partícula), para los que el mercado presenta una gran variedad de caudales y tamaños, y con los que se pueden alcanzar tamaños de partícula de 15 µm a 250 µm.
  • De boquillas a presión, hidráulicas o neumáticas, donde las primeras bombean directamente el flujo para que pase a presión por una boquilla que puede tener entre 0,5 y 3 mm, mientras que en las segundas el bombeo se produce por interacción del aire comprimido y el fluido.
  • Ultrasónico, el más novedoso y aún en desarrollo, basado en hacer pasar el flujo líquido por una superficie sometida a vibración ultrasónica, generando así, mediante fenómenos de ondas capilares y cavitación, burbujas de vapor que al escapar del fluido generan gotas microscópicas de tamaños que pueden ser incluso inferiores a los 10 µm.

Además de las múltiples opciones para la atomización que pueden existir, el secado por spray también ofrece distintas alternativas posibles en cuanto a la mezcla con el aire caliente, ya sea en paralelo, atomizando el flujo residual junto con la corriente de aire caliente en el momento de su ingreso a la cámara de secado, a contracorriente, atomizando el flujo residual en la parte superior de la cámara mientras una corriente de aire caliente asciende a través de ella, o mediante flujo mezclado o en fuente.

En cualquier caso la intención será siempre que atomizador y cámara de secado se diseñen de tal forma que la mezcla aire caliente / gota sea íntima, y el patrón de flujo de ambos disponga de un tiempo suficiente de contacto como para que se evapore todo el líquido.

En este sentido, las cámaras de secado tendrán siempre en cuenta que la microgota generada, en contacto con el aire caliente (entre 100ºC y 400ºC), comienza a evaporar el agua en toda su superficie, concentrando en su interior los sólidos disueltos

Esta evaporación provoca una cesión de calor del aire entrante (que se enfría) para conseguir una evaporación rápida, mientras que el núcleo de la partícula generada, donde se concentran los sólidos, permanece a temperaturas bajas gracias al efecto de la propia evaporación del agua.

El secado total se garantiza gracias a la disposición de zonas adicionales de enfriamiento de la partícula dentro de la propia cámara de secado, en las que se incrementa el tiempo de permanencia consiguiendo que la partícula se enfríe y de tiempo a la difusión de líquidos desde su interior.

La temperatura y el modo de generar el gas de secado dependerán del tipo de flujo a tratar y de lo que se quiera hacer con el. Si el flujo no es termosensible ni requiere una posterior recuperación (como sucede en muchos flujos residuales), no existirá límite en la temperatura del gas de entrada, y además será posible introducir en la cámara los propios gases de escape del quemador, algo que no sería recomendable en caso contrario (cuanto se utiliza para el secado de ciertos alimentos, por ejemplo, en los que se requiere de un intercambiador para calentar aire).

Al final lo que se consigue es una partícula totalmente seca (cerca del 4% de humedad) de granulometría controlada, que se puede manejar perfectamente gracias a su pequeño volumen y estado sólido sin que se generen los riesgos de contaminación de un líquido, y teniendo un coste de gestión mucho menor debido a su menor volumen. Todo ello sin contar con las posibilidades que se abren con el potencial de recuperación de compuestos o de recuperación del flujo de agua, que también se puede condensar para su aprovechamiento.


photo credit: JD Hancock via photopin cc
Los Spray-dryer 
se convierten 
así en 
la solución 
que promete 
dar 
la vuelta de tuerca 
al secado 
de 
flujos residuales.





Sobre el origen del CALOR:

Secar flujos de agua, más o menos concentrada, supone evaporar agua, y esto, en cualquier caso, implica siempre un gasto energético. Pero este aspecto, que en muchas ocasiones supone un problema cuando se plantea a las empresas que precisan de estos tratamientos, puede ser un reto de interés para encontrar fuentes alternativas de suministro.

En este sentido es en el que se mueven muchas de las empresas del sector que promueven este tipo de tecnologías: la utilización de nuevas fuentes de energía y el uso de energía residual.

El uso de flujos residuales de calor de proceso es una de las líneas de trabajo más interesantes. Si recordamos el artículo de este Blog "Gestionando el Calor Residual" nos daremos cuenta de la enorme cantidad de energía que se desperdicia en nuestras empresas y actividades diarias, lo que justifica que sea una de las opciones y líneas de trabajo que contempla la oferta tecnológica existente en la actualidad.


Por un lado, las bajas temperaturas a las que se mueve la Evaporación al Vacío permiten utilizar el calor residual generado en circuitos de refrigeración de baja temperatura o en circuitos con aguas calientes (a 90ºC aprox) y frías (a 25ºC aprox) del propio proceso, que se pueden utilizar en el circuito del evaporador, integrando así el equipo en el proceso productivo, sin que apenas suponga coste energético para la empresa, permitiendo el tratamiento de flujos residuales de proceso.

Por otro lado, la ausencia de requerimientos específicos para la recuperación de flujos residuales permite en procesos como los secados por spray usar no sólo los gases de escape directamente generados por una caldera, con la ventaja además de no requerirse un combustible especialmente limpio (pues al fin y al cabo se le somete a un lavado del gas con microgotas), sino que además es posible utilizar el gas residual de los procesos productivos que se emite directamente a la atmósfera con un calor residual que, en muchas ocasiones, es más que suficiente para la evaporación de los flujos residuales de los que estamos hablando.

A estas alturas es fácil que más de un lector haya visto en esta última opción una segunda variable más que interesante: usar el flujo residual de agua y el propio spray dryer como sistema de depuración de emisiones atmosféricas de proceso (la sinergia perfecta: tratamiento de vertidos con emisiones y viceversa). 

Efectivamente esto es posible, y de hecho algunas marcas como GEA-Niro ya venden Spray-dryers como sistemas de absorción de contaminantes atmosféricos de alto rendimiento, con diseños específicos para el tratamiento de emisiones, y alcanzando rendimientos por encima de sistemas tradicionales como los lavados de gases con scrubber, con los que además compiten en situación de ventaja al no generar agua residual y poder utilizar aguas sin requerimientos específicos de calidad de entrada.

Si llegado el punto no se pueden utilizar fuentes de energía residual, ya sea por inexistencia o por requerimientos del propio proceso, o estas son incompletas en su aporte de calor, la utilización de energías alternativas es otra de las opciones que se están ofertando actualmente. El uso de energías renovables, con especial hincapié en propuestas como la termosolar orientada a la generación de calor y frío de proceso, son otra de las alternativas que parece que podrían triunfar en los mercados.


Fuente propia

Empresas como CADE Engineering ya ofrecen esta opción como integración de sus tecnologías, y prometen interesantes rendimientos en el aprovechamiento del calor generado de esta forma. La energía termosolar, y en concreto la CSP como abanderada, se desvelan de esta forma como nuevos métodos de generación de calor y frío de proceso que bien pueden utilizarse más allá de la generación energética en procesos como el secado de flujos residuales.




Páginas para consulta sobre este tema:
Condorchem Envitech, una empresa de tecnología ambiental cuyo producto estrella son los evaporadores al vacío.
Veolia, empresa de referencia en el sector, con equipos de última generacion para la evaporación.
GEA-Niro, decanos en la construcción de equipos para el secado por spray en proceso.
CADE Engineering, con su tecnología Innospray para el secado de flujos problemáticos.
Spray Process, tecnología de secado por spray para distintas aplicaciones.


domingo, 29 de junio de 2014

Ser ECO-Fashion esta de MODA.

Si definimos la moda como el arte de vestir y de amoldar las prendas y accesorios al hombre y la mujer en base a una serie de parámetros funcionales y de estética, muy probablemente lleguemos a comprender que la moda ha existido siempre, incluso diría que es algo implícito al hombre, a su evolución y a su innato egocentrismo.

miércoles, 4 de junio de 2014

Aguas residuales: Una pila de energía.

La gestión del agua ha sido históricamente un grave problema para las sociedades: Un problema de salud, si se tiene en cuenta la necesidad de suministro de un agua con la adecuada calidad para su consumo, y un problema ambiental, pues supone un importante foco de contaminación del medio una vez que ha sido usada en las distintas actividades humanas que dependen de ella, que son muchas. 

lunes, 12 de mayo de 2014

1 Año de Trabajo, 1.000 Gracias a todos.

Ha pasado ya un año desde que, por aquellas vicisitudes de la vida profesional que uno tiene, descubriese el mundo de las nuevas tecnologías de la comunicación y la información en toda su extensión y me lanzase con energía a encontrarme de pleno con Linkedin, Google+, Cuvitt, Twitter y el mundo Blogger.

domingo, 13 de abril de 2014

El Greenwashing o cómo engañar con el medio ambiente.

Hace tiempo que quería hablar del Greenwashing como fenómeno de corrupción de los mercados y, aunque alguno de mis compañeros blogueros ya se me han adelantado sacando el tema a la palestra con excepcional acierto, he creído interesante reeditarlo también en mi blog, con la extensión de análisis que me caracteriza, aportando así mi pequeño granito de arena a su difusión.

Y, ¿por qué ahora? - se puede preguntar alguien. Pues bien sencillo, porque a pesar de que el fenómeno ha existido siempre, y seguramente así seguirá siendo, en los últimos años parece haber cobrado un mayor empuje y crecimiento, amparado en la crisis económica, potenciado por los mass media y las nuevas herramientas para la manipulación a gran escala de la opinión pública, y habiéndose perdido en paralelo el empuje de ciertas organizaciones para denunciarlo.