Tecnología de ósmosis inversa: una herramienta eficaz para lograr cero emisiones de aguas residuales en la industria del carbón

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Tecnología de ósmosis inversa: una herramienta eficaz para lograr cero emisiones de aguas residuales en la industria química del carbón. Autor/Fuente: China Chemical Industry News. Fecha: 23-12-2015. Número de visitas: 11. Recientemente comenzaron las obras relacionadas con el proyecto de desarrollo del parque industrial de nuevos materiales químicos de Yangmei Group en Qingxu: se trata de un sistema para la concentración de agua salada utilizada como agua de relleno en calderas, además de un sistema de evaporación y cristalización. Se trata de un proyecto BOT. El proceso principal de este proyecto es el siguiente: almacenamiento del agua de entrada, ablandamiento, filtración por microfiltración en tubos, ablandamiento secundario, concentración por ósmosis inversa, concentración por ósmosis directa MBC y cristalización por evaporación. Por lo tanto, la tecnología de ósmosis positiva con cero emisiones se introdujo por primera vez en el área del tratamiento de aguas en la industria del carbón. Primer dispositivo piloto de concentración de agua de mar mediante tecnología de ósmosis inversa en Huanghua, Hebei. 　　El proyecto de cero emisiones de aguas residuales en la industria química del carbón es un proyecto de cero emisiones registrado por el Ministerio de Protección del Medio Ambiente; en el futuro, puede servir como referencia para otras empresas de la industria química del carbón, lo que le confiere una gran importancia como modelo a seguir. Entonces, ¿por qué las empresas adoptan la tecnología de ósmosis positiva? ¿Qué es la tecnología de ósmosis positiva? Con dudas, el autor realizó una investigación in situ. 　　Es urgente lograr una eliminación total de las aguas residuales provenientes de la industria del carbón. Según expertos, el desarrollo de esta industria es un paso necesario para la transformación estratégica energética de China. Esto está determinado por las características actuales de los recursos energéticos del país y por el contexto general de la revolución energética. En nuestro país, los recursos de carbón y de agua están distribuidos de manera inversa. Tomando como ejemplo las cuatro provincias de Shanxi, Shaanxi, Ningxia e Inner Mongolia, ubicadas en la parte media y superior del río Amarillo, se puede observar que estas regiones cuentan con el 67% del total de recursos de carbón del país. Debido a la abundancia de este recurso, en los últimos años estas provincias han planificado numerosos proyectos relacionados con la industria del carbón. Sin embargo, los recursos hídricos de estas regiones representan solo el 3,85% del total de recursos hídricos del país. Además, la producción de productos químicos a partir del carbón genera grandes cantidades de aguas residuales salinas. En los procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales, la sal no puede ser degradada. Actualmente, el contenido de sal en la cuenca del Río Amarillo ya se ha acercado al límite ecológico establecido. Si no se aplica un control estricto y no se exige una emisión nula, a medida que avanzan los proyectos relacionados con la industria del carbón en estas áreas, los conflictos ambientales se volverán muy graves. La gestión ecológica de la cuenca del Río Amarillo se volverá aún más difícil. El proyecto de gas de esquisto de la empresa estadounidense Oasys en el basamento del Permiano es el primero del mundo en utilizar tecnología de membranas de ósmosis inversa. 　　“Actualmente, las aguas subterráneas de poca profundidad son las más susceptibles a la contaminación. Dado que la contaminación de las aguas superficiales es algo bastante común, esto conlleva también una alta tasa de contaminación en las aguas subterráneas de poca profundidad. En el norte, la extracción excesiva de aguas subterráneas es bastante grave, lo que provoca la pérdida de grandes cantidades de estas aguas. Dado que el nivel del agua subterránea es significativamente más bajo que en las zonas circundantes, se forma una zona en forma de embudo. Bajo la acción de la presión, el agua superficial de los alrededores fluye hacia esta zona, lo que hace que el agua subterránea sea más susceptible a la contaminación. Además, la contaminación de las fuentes de agua potable es difícil de eliminar con los métodos tradicionales de tratamiento del agua. ”Dijo Ma Jun, director del Centro de Investigación sobre el Público y el Medio Ambiente. 　　Por ello, en los últimos años, con el fin de fomentar un desarrollo coordinado entre la economía industrial y los recursos hídricos y el medio ambiente, **los organismos competentes han promulgado numerosas políticas y regulaciones. 　　En el año 2005, la Comisión de Desarrollo y Reforma, junto con el Ministerio de Ciencia y Tecnología, así como los Ministerios de Recursos Hídricos, Obras Públicas y Agricultura, elaboraron y publicaron el “Esquema de política para el ahorro de recursos hídricos en China”. En dicho documento se planteó, por primera vez, la necesidad de desarrollar tecnologías para el reutilización de las aguas residuales y para lograr cero emisiones. Se fomenta y apoya el reutilización de las aguas residuales tratadas por parte de las empresas, promoviendo activamente la tecnología para su uso en los sistemas de agua de refrigeración circulante. En las regiones con escasez de agua y altas exigencias ambientales, se fomenta que las empresas apliquen tecnologías de cero emisiones de aguas residuales. Alrededor del año 2006, la condición previa para que la Comisión de Desarrollo y Reforma aprobara los proyectos piloto de química del carbón moderna era que las empresas se comprometieran a lograr cero emisiones; de lo contrario, era difícil obtener la aprobación para la evaluación ambiental del proyecto. Ceremonia de inicio de las obras de infraestructura complementaria y de reubicación en el parque industrial de nuevos materiales químicos de Yangmei Group en Qingxu: proyecto BOT para el dispositivo de concentración de agua salina utilizada como agua de relleno para calderas y el dispositivo de evaporación y cristalización n.º 1. 　　Con la creciente estrictitud de las políticas y normas ambientales, las empresas que iniciaron proyectos de química del carbón en la región occidental en los últimos años han tropezado repetidamente con dificultades en la selección del sitio y en la aprobación de dichos proyectos, quedando así en una situación difícil. Desde principios de este año, los informes de evaluación ambiental del proyecto de producción de gas natural a partir de carbón de 4 mil millones de metros cúbicos de la empresa Jiangsu Su New Energy, del proyecto de 2 mil millones de metros cúbicos de la empresa Yili Xintian, y del proyecto de producción de petróleo a partir de carbón de la empresa Shanxi Lu’an, han sido rechazados sucesivamente por el Ministerio de Protección Ambiental, lo que ha causado conmoción en la industria. Las razones por las cuales se rechazaron las evaluaciones ambientales están relacionadas, en su mayoría, con los problemas persistentes en materia de protección ambiental relacionados con la producción de gas a partir del carbón, así como con el uso de los recursos hídricos y el tratamiento de las aguas residuales. Todos los problemas se reducen a una cuestión: ¿es posible lograr cero emisiones? 　　“En el año 2008, la **Administración General de Supervisión de Calidad, Inspección y Cuarentena emitió la norma GB/T21534-2008 “Términos relacionados con el ahorro de agua en el uso industrial”. En dicha norma, se define la “emisión cero” como el estado en el que el sistema de uso del agua en una empresa o unidad productiva no genera residuos industriales que deban ser eliminados. Se puede entender que la emisión cero consiste en concentrar las aguas residuales industriales en forma de sólidos o líquidos concentrados, para luego tratarlos, en lugar de verterlas en cuerpos de agua naturales. Actualmente, los proyectos nacionales de cero emisiones de aguas residuales suelen requerir una inversión considerable y tener costos elevados. ”Guo Youzhi, secretario general de la división de desalinización de la Asociación China de Recursos Hídricos, dio como ejemplo el proyecto de producción de petróleo a partir de carbón de Shenhua Group Co., Ltd., el primero en el país en ser construido, pero que aún no ha logrado una eliminación total de las aguas residuales. En este proyecto, se invirtieron 1.340 millones de yuanes en medidas de protección ambiental, lo que representa el 10% de la inversión total del proyecto. Durante la fase de pruebas, el costo de tratamiento de cada tonelada de aguas residuales orgánicas superó los 5 yuanes, mientras que el costo de tratamiento de cada tonelada de agua salina fue de más de 38 yuanes. 　　Ya existen ejemplos de aplicación de la tecnología de ósmosis inversa en diversos campos. “Las técnicas tradicionales para tratar las aguas residuales provenientes de la industria del carbón presentan desventajas como costos elevados de inversión, altos gastos operativos y un funcionamiento inestable del sistema”. La tecnología de ósmosis positiva es, precisamente, una nueva tecnología de gran trascendencia que se ha desarrollado a partir de la situación actual en el ámbito de las emisiones cero. ” Li Suqing, directora técnica de Colek Environmental Resources Technology (Beijing) Co., Ltd., explicó que la tecnología de ósmosis inversa utiliza el fenómeno natural de la osmosis. A través de membranas semipermeables fabricadas mediante polimerización química, las moléculas de agua se difunden naturalmente desde un líquido con baja concentración de sales hacia uno con alta concentración de sales, sin necesidad de utilizar bombas de alta presión u otros dispositivos como fuerza motriz para la separación. Además, esta tecnología causa una contaminación relativamente baja en las membranas; las membranas de ósmosis pueden funcionar durante largos períodos de tiempo sin necesidad de ser limpiadas, lo que permite una reducción significativa en los costos de inversión y operación. Equipo de ósmosis inversa Huaneng Changxing Water. 　　Se sabe que el proyecto de gas de esquisto de la empresa estadounidense Oasys en el basamento Permiano de Estados Unidos es el primero del mundo en utilizar tecnología de membranas de ósmosis inversa. Esta tecnología trata las aguas residuales altamente salinas provenientes de la industria petroquímica, logrando cero emisiones, y la calidad del agua tratada puede alcanzar el nivel adecuado para ser utilizada como agua potable. En el año 2013, Beijing Water Technology Co., Ltd. invirtió en la empresa estadounidense Oasys Water. De esta manera, se logró introducir en el país la tecnología de membranas de ósmosis inversa. Esta tecnología se combinó con la técnica de coagulación y clarificación con cal que ya utilizaba la empresa, lo que permitió desarrollar una solución única para lograr cero emisiones de aguas residuales industriales con altos niveles de COD y salinidad. 　　Desde entonces, existen dos enfoques tecnológicos para lograr cero emisiones de aguas residuales altamente salinas en el país: uno es la ablandación con cal + concentración mediante membranas de ósmosis inversa + secado por cristalización ； Otra opción es la ablandación con cal + evaporación + secado por cristalización. Actualmente, existen proyectos de demostración de estos dos enfoques tecnológicos en las centrales eléctricas a carbón de nuestro país. La central Huaneng Changxing utiliza la tecnología de osmosis inversa + cristalización, mientras que una central en Guangdong emplea el proceso tradicional de evaporación + cristalización. 　　“La mayor diferencia entre estas dos técnicas es que la tecnología tradicional de evaporación y cristalización consume mucha energía, mientras que la tecnología de concentración por membranas de ósmosis inversa requiere relativamente menos energía. ”Li Suqing explicó que el proceso de cristalización por evaporación consiste en utilizar un evaporador para concentrar las aguas residuales hasta lograr un contenido de sal del 15% aproximadamente. Las aguas salinas concentradas se convierten en sales sólidas a través de procesos de cristalización y secado, para posteriormente ser eliminadas. Dado que el evaporador convierte las aguas residuales en vapor a través de una transformación de fase, y posteriormente recupera el agua tras su condensación, este proceso requiere la absorción de una gran cantidad de vapor para vaporizar las aguas residuales. En todo este proceso, las aguas residuales experimentan una transformación de fase del 100%, lo que consume una gran cantidad de energía. Por ejemplo, en un proyecto piloto de cero emisiones en una central eléctrica de Guangdong, el costo operativo al utilizar esta tecnología asciende a 180 yuanes por tonelada de aguas residuales. Por su parte, el proceso de concentración mediante membranas de ósmosis positiva consiste en absorber las moléculas de agua en el líquido absorbente. De esta manera, se puede aumentar el contenido de sal en las aguas residuales hasta aproximadamente el 25%, sin necesidad de utilizar grandes cantidades de vapor o energía eléctrica. La separación entre el gas y el agua en el líquido absorbente ocurre a una temperatura relativamente baja, representando solo un tercio del volumen total de las aguas residuales. Esto reduce tanto la cantidad de agua que debe ser tratada en los cristalizadores como el consumo energético. Por ejemplo, el costo de operación de la central eléctrica Huaneng Changxing al utilizar esta tecnología es de 45 yuanes por tonelada de aguas residuales. 　　Además, las membranas de ósmosis positiva presentan una gran resistencia a las cargas de impacto, y su operación y mantenimiento son sencillos. En los procesos de cristalización por evaporación se utiliza calor de vapor. Antes de detener la máquina, es necesario realizar un ciclo de enfriamiento, mientras que antes de ponerla en marcha se requiere una gran cantidad de vapor para su precalentamiento. Todo el proceso de arranque y parada es bastante complejo ； Por su parte, el proceso de concentración mediante membranas de ósmosis positiva puede ajustar automáticamente la tasa de concentración en función del contenido de sales en las aguas residuales, lo que permite mantener un nivel adecuado de sales en los cristales. No se requieren procedimientos complejos para iniciar o detener el sistema; basta con presionar un botón. 　　Según Shao Guohua, jefe técnico de la planta eléctrica Huaneng Changxing, el sistema de cero emisiones de aguas residuales provenientes del proceso de desulfuración de la planta, con una capacidad de 22 metros cúbicos por hora, utiliza tecnología de membranas de ósmosis inversa para tratar estas aguas. De esta manera, se puede concentrar 18 toneladas de agua salina resultante del proceso de desulfurización a 3-4 toneladas por hora. El 100% de las aguas residuales puede ser reutilizado, y las sustancias contaminantes presentes en ellas pueden ser separadas completamente en forma de cristales y lodos. Además, durante su funcionamiento, se **reduce** el consumo de vapor, productos químicos y electricidad. Por ejemplo, el consumo energético para tratar una tonelada de aguas residuales se reduce de 20 a 40 kilovatios-hora en el método tradicional de evaporación y cristalización, a 10 kilovatios-hora; esto supone una reducción del 30% en los costos operativos. Se estima que la empresa podrá recuperar 180.000 toneladas anuales de agua dulce de alta calidad, lo que permitirá obtener unas 2.000 toneladas de sal de calidad industrial para su venta. De este modo, se logrará un beneficio para la sociedad, para el medio ambiente y también desde el punto de vista económico. 　　Además, la tecnología de ósmosis positiva también ha demostrado su valor potencial en el área del desalinización del agua de mar. Actualmente, el primer dispositivo de prueba para la concentración de agua de mar mediante tecnología de ósmosis inversa, establecido en Huanghua, Hebei, ya está en funcionamiento. Este dispositivo proporciona datos fiables para las investigaciones realizadas en los laboratorios dedicados a la desalinización y al uso integral del agua de mar. 　　Se sabe que la tecnología de ósmosis inversa permite aumentar la tasa de producción de agua desalinizada, pasando del 40% que ofrece la tecnología actual al 85%. Además, esta tecnología aumenta las concentraciones de bromo, magnesio y potasio en el agua salina concentrada, lo que facilita su extracción y uso. De este modo, se reducen significativamente los costos operativos de la desalinización. También se disminuye la contaminación ambiental causada por el agua marina de alta salinidad. El consumo energético de esta tecnología es del 70% del que requieren las tecnologías actuales para desalinizar agua. 　　Creación de un proyecto piloto de química del carbón con cero emisiones. Precisamente, basándose en estos ejemplos de aplicación exitosa, el proyecto de tratamiento de aguas residuales del parque de nuevas materias primas derivadas del carbón de Yangmei Group eligió la tecnología de ósmosis inversa. 　　Li Kai, ingeniero jefe de la filial dedicada al ácido adípico y responsable de la construcción del sistema de tratamiento de aguas residuales en el parque industrial de nuevos materiales químicos de Yangmei, explicó que la capacidad de entrada de agua para el dispositivo de tratamiento de agua salina concentrada utilizado en las calderas de ese parque es de 50 metros cúbicos por hora, mientras que se exige que el volumen de agua salida esté concentrado a 5 metros cúbicos por hora ； Se exige que la calidad del agua de salida tenga un valor de TDS superior a 2,4×105 ppm. El agua reutilizada debe cumplir con los estándares de calidad establecidos en la norma **《Calidad del agua para uso industrial en procesos de reciclaje de aguas residuales urbanas》GB/T19923-2005**, relativos al uso de agua reciclada como agua de reabastecimiento en sistemas de enfriamiento por circulación abierta. El proyecto de cero emisiones con materiales nuevos promete al **Ministerio de Protección del Medio Ambiente** construir un modelo de planta química basada en el carbón que no genere emisiones. El Ministerio de Protección del Medio Ambiente indicó que, una vez que la planta esté en funcionamiento, se organizarán reuniones en el lugar con representantes de la industria de la carbonización. Por eso, la empresa tiene requisitos muy estrictos en cuanto a la selección de tecnologías que permitan cero emisiones. 　　“La tecnología de ósmosis inversa con cero emisiones es una de las tecnologías más avanzadas a nivel mundial en la actualidad. Es también la única tecnología capaz de concentrar aguas salinas con un contenido de TDS superior a 5×104 ppm, hasta niveles superiores a 2.4×105 ppm. Esta es una de las razones por las que vemos con optimismo la tecnología de ósmosis positiva. La segunda razón es el reconocimiento que el sector da a la tecnología de ósmosis inversa. Oasys Water (una empresa en la que Beijing Water Technology Co., Ltd. tiene participaciones en Estados Unidos) recibió el premio a “Mejor empresa tecnológica del sector hídrico del año 2014”, otorgado por la revista Global Water Intelligence’ ； El proyecto de la cuenca del Pérmico recibió el ‘Premio Mundial a la Mejor Ingeniería 2014’ gracias a la revolucionaria tecnología de concentración por membranas de ósmosis positiva (MBC)’ ； En 2014, esta tecnología fue reconocida por la Federación China de la Industria Petrolera y Química como una tecnología clave para la protección del medio ambiente en el sector de la química basada en el carbón ； La tecnología de tratamiento de aguas residuales mediante coagulación con cal y concentración por ósmosis inversa, desarrollada por Beijing Water Technology Co., Ltd., ha sido reconocida como una nueva tecnología y producto (servicio) en la ciudad de Pekín… En tercer lugar, está su desempeño dentro de la industria. El proyecto de cero emisiones de aguas residuales provenientes del proceso de desulfuración en la central eléctrica Huaneng Changxing, que ya está en funcionamiento en el país; el proyecto similar en la central eléctrica Shenhua Wangqu, que se encuentra en fase de diseño; además, algunos ejemplos de éxito en su aplicación en Estados Unidos. Nuestra empresa ha adoptado con valentía la tecnología de ósmosis inversa, ya que creemos que esta tecnología también puede lograr maravillas en la eliminación total de las aguas residuales provenientes de la industria del carbón, permitiendo así crear proyectos piloto de cero emisiones en este sector. ”Dijo Li Kai. 　　“La tecnología de ósmosis positiva utiliza las técnicas de pretratamiento y preconcentración, que cada vez están más desarrolladas, para mejorar las tecnologías existentes de evaporación y cristalización con cero emisiones. De esta manera, se logra la reutilización de las aguas residuales provenientes de la industria del carbón sin necesidad de utilizar evaporadores, además de una concentración a altos niveles. Esto permite reducir significativamente los costos de inversión y operación, cumpliendo así con las exigencias del mercado. Además, gracias a su laboratorio de ósmosis inversa con cero emisiones y a su centro de investigación y desarrollo, la empresa puede diseñar soluciones tecnológicas para cero emisiones específicas para las empresas del sector de la química del carbón. Estas soluciones pueden ser probadas en escala reducida y a mediana escala, hasta que finalmente se puedan aplicar en la producción real. De esta manera, se reduce significativamente el riesgo asociado a la implementación de estas tecnologías. Actualmente, en sectores como la química del carbón en el país, ya hay decenas de empresas que han mostrado un gran interés por la tecnología de osmosis inversa. Además, los diversos modelos de negocio de la empresa, como EPC, BT, BOT y PPP, también serán una razón importante para la rápida difusión de esta tecnología. ”Dijo Gao Feiyi, director general de Colek Environmental Resources Technology (Beijing) Co., Ltd. 　　Yang Huaheng, director de marketing de Beijing Water Technology Co., Ltd., expresó con confianza: “La tecnología de ósmosis es muy popular en la actualidad, y seguirá siéndolo en el futuro”. Porque se ajusta a los requisitos del desarrollo de las políticas ambientales, satisfaciendo así la necesidad de reducir, reutilizar y lograr cero emisiones de aguas residuales en industrias como la química del carbón.