EXERCICI SECTOR QUÍMIC: NETCAR


1.- OBJECTIU

L'objectiu de l'exercici és estudiar les alternatives que permetin a una empresa dedicada a la neteja de cisternes de productes químics aconseguir:

- Reduir els consums d'aigua
- Complir la normativa d'abocament d'aigües residuals
- Minimitzar la inversió en la depuradora.

Per aquest motiu, a continuació presentem l'empresa NETCAR del sector químic.

Així, doncs, haurem de trobar les respostes a les preguntes següents:
  1. Quines actuacions es poden dur a terme per reduir el consum d'aigua total de l'empresa i la generació d'aigües residuals?
2. Quin és el consum d'aigua i la generació d'aigües residuals després d'aplicar les alternatives proposades?



2.- DADES DE PARTIDA

Seguidament us donarem les dades bàsiques per poder resoldre aquest cas:

- Presentació de l'empresa
- Descripció de les instal·lacions
- Consums d'aigua
- Característiques de les aigües residuals produïdes
- Enumeració i descripció dels corrents residuals generats. Causes de la generació i gestió actual.



2.1.- Presentació de l'empresa

L'empresa NETCAR té un sistema de rentatge amb un volum molt important de consum d'aigua i de producció d'aigües residuals (amb una càrrega contaminant global elevada).

Encara que aquesta problemàtica és molt habitual en moltes empreses i en molts sectors industrials, per centrar l'exercici suposarem un cas concret: una instal·lació de rentatge de camions cisterna de productes químics.

La normativa internacional de transport i de càrrega i descàrrega de productes químics exigeix que, una vegada s'hagi descarregat el producte químic que transportaven, es netegi completament l'interior de les cisternes per eliminar totes les restes de productes que hi puguin quedar.

El consum d'aigua de les instal·lacions de rentatge de camions cisterna de productes químics és molt elevat i la producció d'aigües residuals és igual, pràcticament, al consum d'aigua i té una càrrega contaminant molt elevada, la qual cosa obliga a l'empresa NETCAR a fer una forta inversió en una depuradora.

Els camions cisterna que arriben a aquesta instal·lació aprofiten, generalment, per realitzar un rentatge exterior de la carrosseria.

L'empresa NETCAR està augmentant la seva activitat amb un fort increment del nombre de cisternes rentades, la qual cosa està tenint com a conseqüència que la depuradora no pot acomplir amb els límits de paràmetres d'abocament de les aigües residuals, per excés de volum d'aigua tractada.




2.2.- Descripció de les instal·lacions

Túnels de rentatge interior de cisternes

Consisteix en una estructura doble amb un seguit de connexions que, mitjançant un plat es col·loquen sobre les boques d'home dels camions cisterna; sota aquest plat hi ha uns brocs satèl·lit que giren a gran velocitat per efecte de l'aigua a molt alta pressió.

Després d'una esbandida prèvia amb aigua de mànega i una inspecció visual de l'interior de la cisterna, una bateria de bombes a una pressió molt alta (100-200 bar) injecten l'aigua a pressió, per canonades, fins a cada conjunt de plat / brocs satèl·lit; aquesta aigua és la que renta les parets interiors de la cisterna. Aquesta aigua injectada a pressió pot contenir detergent i pot ser calenta (l'aigua s'escalfa a una caldera amb cremador de gasoli).

Hi ha dos túnels de rentatge, de manera que es poden rentar dues cisternes simultàniament, mentre dues més es preparen per al rentatge.

En la mateixa zona de rentatge interior es pot fer l'operació de vaporització, amb vapor produït a una caldera amb cremador de gasoli.

L'aigua bruta produïda en el rentatge cau a terra des d'on és recollida per canals fins a la depuradora d'aigües residuals.

L'esbandida prèvia consumeix un 20% del volum d'aigua emprat en el rentatge interior.

Túnel de rentatge exterior de camions

És una instal·lació de rentatge exterior de camions, especial per a camions cisterna de gran longitud, amb característiques similars (però de gran mida) als túnels de rentatge exterior de cotxes.

A més dels raspalls de rentatge i de les seccions de remullada, rentatge amb detergent i esbandida final, la instal·lació disposa d'una bateria de descalcificació d'aigua utilitzada per a l'esbandida final. Com a ajuda al túnel de rentatge, es disposa de mànegues d'aigua a pressió.

L'aigua bruta produïda en el rentatge cau a terra, a un pou de decantació, des d'on és bombejada fins a la depuradora d'aigües residuals, barrejada amb les aigües del rentatge interior.

Depuradora d'aigües residuals

Les aigües residuals, tant les procedents del rentatge interior com les del rentatge exterior són recollides en un pou de decantació.

Des d'aquest pou es bombegen a una instal·lació de desgreixatge per flotació, mitjançant fines bombolles d'aire produïdes per un sistema de cavitació. El greix i els hidrocarburs són arrossegats a la superfície per les bombolles d'aire, formant una crema que és recollida per unes pales actuades per una cadena que porten els greixos a un contenidor, des d'on un gestor autoritzat se l'emporta a les seves instal·lacions.

L'aigua desengreixada s'acumula en un gran tanc d'homogeneïtzació, amb aireig, amb una capacitat d'unes 16 hores de producció d'aigua residual.

Des del tanc d'homogeneïtzació l'aigua és bombejada, a cabal constant, a les següents seccions de la depuradora.

La primera d'aquestes seccions és un tractament fisicoquímic, en el qual es fa una coagulació i, després, una floculació. Per al correcte funcionament del sistema s'ha instal·lat un control automàtic de pH, generalment amb sosa càustica (donat que la majoria de les aigües residuals són àcides).

Les aigües del tractament fisicoquímic són bombejades a un decantador. A través d'un sobreeixidor, les aigües clarificades van, per gravetat, al reactor biològic. Els fangs recollits (per temporitzador) del fons del decantador es bombegen a un espessidor de fangs.

El reactor biològic disposa d'airejadors de membrana de bombolla fina, amb bufadors d'aire exterior al reactor. En aquest reactor es produeix la part més important de la depuració de l'aigua residual. La barreja de fangs biològics i aigua depurada va a un decantador.
L'aigua decantada va a un pou des d'on es pot abocar directament a la xarxa de clavegueram o es pot fer passar per un sistema de filtració.
Els fangs decantats al fons del decantador són recirculats al reactor biològic, i una part (més o menys gran, en funció del control biològic de l'edat i concentració dels fangs actius al reactor) és purgada a l'espessidor de fangs (el mateix espessidor dels fangs del fisicoquímic).

El sistema de filtració final consisteix en un filtre semiautomàtic de sílex i antracita. Aquest filtre és utilitzat només en cas de necessitat. Amb un bon funcionament de la depuració biològica, i una bona decantació dels fangs biològics, no és necessària la filtració final.

L'aigua sobrenedant de l'espessidor de fangs torna, per gravetat, al tanc d'homogeneïtzació. Els fangs (del fisicoquímic i els del biològic, purgats) espessits són condicionats amb lletada de calç (preparada en un dipòsit ad hoc amb agitador) i són bombejats al sistema de deshidratació.

La deshidratació dels fangs es fa en un filtre-premsa, en el qual, mitjançant alta pressió, els fangs es fan passar per unes teles col·locades sobre uns plats muntats sobre un bastidor. La pressió dels plats produeix l'escorreguda i conseqüent deshidratació dels fangs, que es fan caure a un contenidor des d'on un gestor autoritzat se'ls emporta a les seves instal·lacions. L'aigua d'escorreguda del filtre-premsa es bombeja al tanc d'homogeneïtzació.

A continuació, mostrem l'esquema de la depuració d'aigües:



2.3.- Consums d'aigua

Els consums d'aigua són molt irregulars. Es produeixen només durant la jornada de treball dels túnels de rentatge.

Els túnels de rentatge interior de cisternes són grans consumidors d'aigua durant els moments d'injecció d'aigua a una pressió molt alta.

Els cabals estimats en aquestes instal·lacions són, en volums mitjans diaris:

- Rentatge interior de cisternes: 100 m³ / dia
- Rentatge exterior de cisternes: 20 m³ / dia


2.4.- Característiques de les aigües residuals produïdes

La càrrega contaminant de l'aigua residual produïda en el rentatge interior de cisternes és extremadament variable i depèn dels productes que transportaven les cisternes i, també, del grau de buidatge d'aquestes (és a dir, de la quantitat que producte que resti a l'interior de la cisterna quan arriba a l'estació de rentatge interior).

Per això és necessari un tanc d'homogeneïtzació molt gran (per intentar homogeneïtzar al màxim la qualitat de l'aigua residual que es tracti a la depuradora), i la importància del sistema fisicoquímic previ al biològic, que servirà de pretractament i de protecció d'aquest.

Donades les exigències de l'Ajuntament, els límits establerts per als paràmetres de càrrega contaminant abocada al clavegueram són relativament baixos i, per tant, l'aigua tractada abocada té una qualitat acceptable quan la depuradora funciona correctament.

L'aigua residual produïda al rentatge exterior de camions conté només, pràcticament, terra i brutícia, i una mica de greix, però la seva càrrega contaminant és molt baixa (excepte la terbolesa, causada per les matèries en suspensió).


3.- ORIENTACIÓ / PROBLEMÀTICA

  Es tracta de buscar possibilitats de recirculació o segregació dels tipus d'aigua residual. Hem de dissenyar un circuit per l'aigua tenint en compte el grau de càrrega contaminant que resulta de les activitats descrites [rentatge de cisternes i rentatge de vehicles].
Les aigües de rentatge exterior es poden reciclar fins a un 50% amb les modificacions adequades.
Amb una correcta gestió de l'aigua, només un 10% de les aigües del rentatge exterior haurien d'anar a la depuradora

A partir de la descripció dels processos i de les dades facilitades:
    - Identificar quines actuacions es poden dur a terme per reduir el consum d'aigua total de l'empresa i la generació d'aigües residuals
- Calcular el consum d'aigua i la generació d'aigües residuals després d'aplicar les alternatives proposades.




4.- RESPOSTA A L'EXERCICI

1. ACTUACIONS DE MINIMITZACIÓ:

Anàlisi crítica de les necessitats d'aigua
- L'esbandida prèvia del rentatge interior de les cisternes necessita aigua clarificada, però no és necessari, com es fa ara, consumir aigua abastada de la xarxa.

- Tanmateix, no cal que l'aigua de prerentatge del túnel de rentatge exterior sigui aigua pura de la xarxa. Aigua clarificada i, també, sense càrrega contaminant dissolta és suficient.

- L'aigua residual produïda al túnel de rentatge exterior és tractada a tota la depuradora, quan ni el tractament fisicoquímic ni el biològic serien necessaris si aquestes aigües no es barregessin amb les del rentatge interior (molt contaminades).
Proposta de modificacions del sistema de rentatge i utilitzacions de les diferents qualitats d'aigua.
- Rentatge interior

Proposem alguns canvis d'operació i d'utilització de diferents qualitats d'aigua:
    • Segregar l'escorreguda del producte residual de la cisterna quan arriba a les instal·lacions de rentatge i emmagatzemar-ho en contenidors o bidons. Es gestionaran com a residus amb un gestor autoritzat.
Amb aquesta actuació disminuirà molt la càrrega contaminant de les aigües que s'envien a la depuradora.

• L'esbandida prèvia, que es fa amb mànegues, a baixa pressió, es pot fer amb aigua de sortida de la depuradora. Aquesta aigua és clarificada i, encara que té contaminació dissolta moderada, es pot fer servir de primera neteja grollera de la cisterna. Amb aquesta actuació es pot estalviar un 20% de l'aigua consumida en aquesta secció de rentatge interior.

• Per a les neteges a una pressió molt alta, proposem continuar amb aigua de la xarxa, donat que aquests equipaments són tècnicament delicats.
  - Rentatge exterior

Proposem la segregació de l'aigua residual i la reutilització d'aigua:
  • L'aigua residual produïda en aquesta instal·lació té, pràcticament, únicament matèries en suspensió, però molt poca contaminació dissolta. Per tant, no té sentit que es barregin amb les aigües molt contaminades del rentatge interior i es tractin pel sistema fisicoquímic i el biològic.

• Aprofitant que aquestes aigües ja tenen una fossa prèvia de decantació, i que part d'aquesta ja s'està enviant a la depuradora amb bombes, proposem un canvi de canonades i bombejar-les directament al filtre de sorra i antracita actualment infrautilitzat. L'aigua filtrada és recirculada i s'aprofita totalment pel rentatge exterior de camions. Per evitar la concentració de brutícia dissolta, una proporció (10%) d'aquesta aigua es purga i s'envia a la depuradora.

• L'esbandida es farà amb aigua de la xarxa i l'última es farà, com fins ara, amb aigua descalcificada.

• Amb aquestes actuacions es pot estalviar un 50% de l'aigua consumida en aquesta secció de rentatge exterior.

2. CÀLCUL DEL CONSUM D'AIGUA I LA GENERACIÓ D'AIGÜES RESIDUALS DESPRÉS D'APLICAR LES ALTERNATIVES PROPOSADES:

Quantificació dels estalvis

Estalvi d'aigua al rentatge interior: 20% * 100 m³/h = 20 m³/h
Estalvi d'aigua al rentatge exterior: 50% * 20 m³/h = 10 m³/h

TOTAL ESTALVI D'AIGUA: 30 m³/h

(Consum d'aigua inicial després de la minimització i sense tenir en compte la recirculació: 90 m³/h)
Aigua residual tractada a la depuradora:

Procedent del rentatge interior (1): 100 - 20 = 80 m³/h
Procedent del rentatge exterior (2): 10% * 10 = 1 m³/h

TOTAL D'AIGUA TRACTADA A LA DEPURADORA: 81 m³/h

Càlculs:

Consum d'aigua final:
80 m³/h + 1 m³/h* = 81 m³/h (*els 9 m³/h restants es recirculen)

(1) Aquesta aigua residual tindrà una càrrega contaminant inferior, no quantificable a priori, degut a la pràctica de segregar les escorregudes de les cisternes.
(2) Només aniria a la depuradora la purga del circuit de recirculació d'aigua, que estimem en un 10% del consum.


3. CONCLUSIONS:

Amb aquestes actuacions, alliberem un 33% de la capacitat de la depuradora o, el que és el mateix, podem augmentar l'activitat de rentatge de camions cisterna en un 33% sense necessitat de fer inversions en l'ampliació de la depuradora i amb un consum d'aigua inferior a l'inicial.

A més, aquestes actuacions garantirien que, tot i amb un augment de l'activitat, la depuradora continuarà acomplint els límits establerts de càrrega contaminant abocada.