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Tratamiento de aguas residuales procedentes de la producción de productos de limpieza y detergencia

25/11/2021

Tratamiento de aguas residuales procedentes de la producción de productos de limpieza y detergencia

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Antecedentes

 
En esta ocasión, una compañía líder en la producción de productos de limpieza, detergencia, cápsulas e higiene personal ha confiado en los servicios de J. Huesa para el tratamiento de los efluentes procedentes de la producción de productos de limpieza, concretamente para completar el sistema de depuración existente en la fábrica.
 
Para profundizar más en este sentido, a continuación, ponemos en antecedentes la situación de partida, puesto que la corriente principal presentaba altos contenidos en DQO, AyG y SS que afectaban negativamente a la O&M de la línea de tratamiento existente.
 
Para dar una respuesta a este problema, y teniendo en cuenta que este sector tiene unos requerimientos cada vez más exigentes, el equipo técnico planteó la instalación de un pretratamiento consistente en una ultrafiltración tubular que fuese capaz de eliminar la práctica totalidad de AyG y SS, a la vez que redujese notablemente la carga de DQO de entrada a la planta de tratamiento existente. Para corroborar la idoneidad de esta solución, en una etapa inicial del proyecto se realizó un pilotaje en el laboratorio de J. Huesa.
 

Pilotaje de laboratorio

 
 
 
Este pilotaje se ejecutó en dos fases, inicialmente se testearon varios módulos de membrana de ultrafiltración para elegir el modelo adecuado a incluir en la planta final. Para ello se testearon distintos módulos a una velocidad de crossflow de 4m/s, hasta alcanzar valores de concentración de máximo 16,7 a flux de diseño adecuados para una solución industrial.
 
A partir de este factor, la disminución del flux cayó drásticamente, y se produjo una abundante formación de espumas que afectaban a la recirculación del sistema. Además, se verificó la práctica total eliminación de SS y AyG y una drástica reducción de la DQO en el agua ultrafiltrada obtenida.
 
En una segunda etapa, se fabricó una unidad piloto con una membrana MO P1 (1,2mm) 66.03 PVDF 18, compuesto por un IBC para balsa de concentración y un depósito de agua tratada de 200 litros. Con la finalidad de verificar el comportamiento de la solución en una planta similar a la solución industrial, así como para evaluar el funcionamiento durante un periodo de tiempo más largo que en la prueba inicial.
 
Los objetivos establecidos para esta planta fueron los siguientes:
 
  • En condiciones iniciales de filtración:
     
    • Verificar la eliminación de AyG y SS en el filtrado obtenido.
    • Verificar el rendimiento de eliminación de DQO en el filtrado obtenido.
       
  • Alcanzar un factor de concentración de aprox. 10, y trabajar una semana en condiciones estacionarias de diseño para evaluar:
     
    • Si la calidad del filtrado mantiene los niveles de rendimiento en AyG, SS y DQO.
    • Efecto de un funcionamiento durante una semana sobre TMP y flux.
 
Puesto que el agua bruta del cliente contiene en su composición agua procedentes de diversas corrientes en proporciones habituales del proceso productivo, se procedió a realizar un análisis puntual específico de las calidades del permeado para cada una de las corrientes de forma individual, con los mismos objetivos que en el caso anterior.
 
Una vez dispuesta la planta piloto, el pilotaje se llevó a cabo en tres fases distintas, a saber:
 
  • Fase 1: concentración del agua bruta con el objetivo de que la balsa de alimentación adquiriese las mismas condiciones que la planta industrial. Esta fase tuvo lugar durante 4 semanas, 24 horas al día.
     
  • Fase 2: pilotaje estacionario en condiciones similares al proceso industrial. Desarrollándose durante tres semanas, 24 horas al día.
     
  • Fase 3: pilotaje puntual con muestras de agua de CIP, 24 horas al día durante dos días.
 
Las conclusiones obtenidas en ambos casos se detallan a continuación:
 
  • Tanto los SS como los AyG quedaron prácticamente retenidos en la ultrafiltración ensayada y en condiciones similares a la del diseño industrial.
     
  • La media de eliminación de DQO en este ensayo durante la fase estacionaria fue del 70 %, lo que implica que la carga de materia orgánica se verá reducida de forma significativa.
     
  • La presión transmembrana y el diferencial de presión en la membrana de UF no indicaron necesidad de limpieza o atascamiento prematuro durante el desarrollo del pilotaje.



Solución instalada

 
Como conclusión del pilotaje realizado, se optó por la implantación de un sistema de ultrafiltración, que es un sistema de separación mediante membranas, bajo una presión controlada y que genera un permeado libre de SS, bacterias y virus.
 
Como breve presentación de esta tecnología, se puede decir que existen dos tipos de módulos de membrana: Dead-end y de flujo cruzado, que a su vez de dentro a fuera o de fuera a dentro.
 
Debido a las condiciones del proceso y del agua a tratar, además de ser el único sistema que garantiza un control del ensuciamiento y taponamiento de las membranas, la tipología de UF a utilizar será de flujo cruzado de dentro a fuera con capacidad para producir 15 m3/hora de permeado.
 
 
 
 
Puesto que el permeado obtenido en la ultrafiltración será el aporte a la planta existente, se ha establecido una planta de funcionamiento por lotes o tipo batch, de forma que se regula su funcionamiento según el nivel en el que se encuentren los tanques de almacenamiento de aporte al tratamiento existente.
 
Todo el funcionamiento del sistema se controla desde el cuadro eléctrico, donde se encuentra el autómata que gobierna la instalación, así como la pantalla táctil en la que se visualizan y parametrizan las diferentes variables de operación.
 


Sistema de tratamiento

 
El agua para tratar se almacena en un tanque troncocónico de PRFV de 30 m3 de capacidad desde el que se bombea el agua mediante una bomba de 50 m3 /hora de capacidad. En la propia línea de impulsión, y previa a la entrada del depósito, se colocará una batería de dos filtros de anillas auto-limpiantes que tienen la capacidad de retener las partículas de mayor tamaño que puedan venir con el agua bruta.
 
 
 
 
El agua bombeada pasa por un filtro de malla con un tamaño de poro de 150 micras. A continuación, nos encontramos con la bomba de recirculación de 90 kW de potencia. Esta bomba aporta el agua a tratar a los módulos de Ultrafiltración.
 
Esta bomba mueve tanto el agua impulsada por la bomba de aporte, como la propia recirculación de concentrado de la ultrafiltración, pudiendo trasegar hasta 400 m3/h de caudal.
 
 

 


Skid de UltraFiltración

 
La planta de ultrafiltración cuenta con 5 módulos compuestos por membranas de PVDF con un tamaño de poro de 30 nm. Las dimensiones de cada módulo son 4 m y 10” de diámetro. Además, tras los 5 módulos la planta dispone de un tubo de 10” de acero inoxidable que hace las veces de reserva como posible ampliación de la planta. A este tubo se le conoce como “dummy”.
 
 
 
 
En la línea de entrada al skid de UF, así como en la salida de cada módulo, nos encontramos una serie de instrumentación analítica con el objetivo de parametrizar las condiciones de entrada de la planta en todo momento, concretamente:
 
  • Caudalímetros.
  • Transmisores de temperatura.
  • Transmisores de presión.

Tras los módulos de ultrafiltración, el concentrado retorna por una línea de acero inoxidable en 10” hasta la aspiración de la bomba de recirculación.
 
Por la parte exterior de cada módulo encontramos la salida del permeado, realizada en PVC-U mediante una conexión vitaulic al módulo en 2 ½”. En la parte de permeado de cada módulo disponemos de una mirilla que permite inspeccionar de forma visual el permeado obtenido y detectar posibles roturas de poros si se observa turbidez. En esta parte también se dispone de instrumentación que permite medir parámetros como la presión transmembrana o TMP y la dP.
 
Además, cada línea de permeado tiene una válvula regulable neumática de simple efecto. Estas válvulas permiten aperturas parciales de cada línea de permeado y tienen como principal objetivo igualar las TMP de cada módulo lo máximo posible.
 
 



Flushing

 
En una planta de UF es necesario desplazar el vertido principal de las membranas una vez el proceso queda parado. De esta forma, nos aseguramos de que las membranas quedan “empapadas” de líquido limpio, como agua de ósmosis, agua de red, o incluso el propio permeado de la planta. En esta ocasión, tras varios estudios pilotados en laboratorio, se decidió optar por la propia agua permeada de la UF como agua de enjuague.
 
El flushing también se utiliza en la etapa de filtración como medida preventiva ante la posible colmatación de los poros de las membranas y recuperación del rendimiento de estas. Igualmente, el flushing suele ser utilizado antes del comienzo de una filtración, con el objetivo de asegurar el desplazamiento total del vertido previo al inicio.
 
Para poder realizar el flushing de la planta cuando se produzcan paradas en la misma, se ha incluido en el sistema un tanque troncocónico de PRFV de 5 m3 de capacidad desde el que la bomba de alimentación aspira agua ultrafiltrada y la introduce en la planta. El resto del permeado se acumula en sendos tanques de PRFV de 40 m3 de capacidad que acumulan el agua de entrada de la planta de tratamiento de agua existente en la fábrica.
 


Limpieza química (CIP)

 
El modo de limpieza química o CIP es un modo que entra en juego cuando el rendimiento de la membrana ha disminuido por efecto del ensuciamiento. Para conocer esta bajada de rendimiento es importante monitorear los siguientes parámetros:
 
1. Flujo de permeado.
2. Pérdida de carga en cada módulo (dP).
3. Presión transmembrana (TMP).
4. Consumo energético.

 
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