Guía mejores técnicas disponibles en España del sector de tratamiento de superfícies metálicas y plásticas. Parte 06

Guía mejores técnicas disponibles en España del sector de tratamiento de superfícies metálicas y plásticas

3. Capítulo 3. Niveles actuales de consumos y emisiones

3.1 Introducción

El sector de tratamiento de superficies metálicas y plásticas consume productos químicos, agua y energía para sus procesos productivos; como consecuencia de esta actividad se generan una serie de corrientes residuales que precisan de gestión. Entre los aspectos ambientales más significativos del sector tenemos, por orden de importancia:

• Contaminación por aguas residuales
• Producción de residuos peligrosos
• Consumo de energía y agua
• Uso eficiente de las materias primas
• La emisión de contaminantes al aire
  Existe una gran dificultad para poder hacer comparaciones dentro del sector, tanto en el consumo de materias como en las emisiones, debido a la gran variación que existe entre instalaciones. Ello es debido, en buena parte, al gran número de opciones como consecuencia de la gran cantidad de parámetros de operación (tipo de sustrato, forma de las piezas, sistema de procesado de piezas, tecnología de pretratamiento y tratamiento
  de piezas, tecnología de enjuague, tecnología de depuración de aguas y gases, etc.).
  Por ello, un buen punto de partida para establecer comparaciones de consumos y emisiones, es la “unidad usada por metro o decímetro cuadrado o kilogramo de pieza tratada”. Este parámetro de control puede permitir la comparación entre instalaciones y, a la vez, usarse como indicador de mejora dentro de la misma instalación. De todas formas, no siempre es fácil establecer este parámetro debido al tamaño, forma y complejidad de las piezas tratadas.
  A continuación, se aportan algunos datos básicos sobre consumos y emisiones. Antes vamos a definir el concepto de arrastre, como máximo responsable de esta situación.

3.2 Concepto de arrastre y su incidencia en los consumos y niveles de emisión

El arrastre es la cantidad de líquido que impregna las piezas y los soportes utilizados en el proceso, como consecuencia del proceso productivo.
Debido a este fenómeno, se producen tres aspectos remarcables, que condicionan la mayor parte de los aspectos ambientales del sector:

• Sustracción de líquido procedente del baño de proceso, conteniendo las sales y los productos químicos. Esto es, pérdida de materias primas.
• Necesidad de lavar entre procesos para evitar contaminaciones cruzadas y ataques indeseables de las sustancias sobre los sustratos. Generación de aguas residuales.
• Ligera aportación de sales entre baños no compatibles. Generación de soluciones de proceso contaminadas.
  Tal y como se expone en el apartado 2.4.3 del presente documento el arrastre está condicionado por varios factores, entre los que se encuentran el tipo de soporte utilizado (bastidor o tambor) y las características del baño.
  A continuación se exponen valores de arrastre según soporte utilizado.

3.2.1. Arrastre en procesos a bastidor.

Puesto que en el tratamiento a bastidor, el tipo de baño (características de viscosidad etc) y la morfología de la pieza afectan en gran medida al arrastre, se exponen diferentes valores para diferentes baños y tipos de pieza ( planas o confonformadas). Estos valores deben enterderse a título indicativo, puesto que la forma de las piezas y concentración de los baños varían significativamente.

De forma general, comúnmente aceptada, el valor de arrastre considerado como base de cálculo es de 0.15 l/m2.

3.2.2. Arrastre en procesos a tambor

El arrastre producido por un tambor depende de muchos más factores que el arrastre producido por un proceso a bastidor, puesto que a los factores que afectan al bastidor deben añadirse otros factores como el número de revoluciones, el diámetro del los orificios etc, resultando de mayor dificultad establecer valores. A título informativo
puede considerarse el intervalo comprendido entre 0.05-0.10 L /Kg de piezas tratadas.

3.3 Consumo de agua

Para evitar contaminaciones cruzadas entre cubas de procesos como consecuencia del arrastre es necesario realizar el lavado de las piezas. En este punto, encontramos otro concepto fundamental dentro del sector- y frecuentemente olvidado o desconocido por el propio industrial- que es la calidad de lavado o razón de dilución (Rd). Este
concepto mide la calidad del lavado en cuestión y, por definición, debe establecerse para cada caso, es decir para cada proceso de lavado.

Sean los parámetros siguientes:

C0= concentración inicial del baño
Cr= concentración media del baño en el agua de lavado
q= arrastre (l/h)
Q= caudal de agua de lavado (l/h)
Rd= razón de dilución (calidad de lavado)

Las relaciones existentes entre estos son las siguientes:

Rd=C0/Cr=Q/q

De este modo, una vez fijada la calidad del lavado en cuestión (Rd) y habiendo determinado el arrastre de cada etapa o tratamiento derivado de su producción, puede determinarse el caudal de agua de lavado necesario para cada posición de lavado1.

La cuestión básica es que el arrastre debe ser eliminado por un caudal de agua de lavado que evite la concentración en sales del lavado. Por tanto, si q es le caudal de arrastre, y Q es el caudal de lavado:

q C0 es la cantidad de productos que entran en el lavado y,
Q Cr es la cantidad evacuada por el lavado.

Por tanto,

q C0 = Q Cr

es decir,

Q = qC0 / Cr = qRd

Q (caudal de lavado) = q (arrastre) Rd (razón de dilución o calidad del lavado)
Algunos ejemplos estándares de calidad de lavado ( Rd) extraídos de la bibliografía se detallan el la tabla siguiente:

Como estructuras o sistemas de lavado utilizados en el sector, se encuentran los siguientes:

Lavados simples.

Se compone de una única cuba de lavado, con agua corriente después del baño de tratamiento.
Generalmente, el caudal de agua necesario para garantizar una calidad de lavado o razón de dilución suficiente es muy elevado.

Lavados en etapas

También se les denomina lavados múltiples y, habitualmente, son lavados dobles o triples.
El principal sistema de lavado múltiple es:

Lavado múltiple en cascada (en serie):

Es, generalmente, el sistema más recomendado (siempre que la planta disponga de espacio suficiente).
Un simple estudio económico pone al descubierto un hecho incuestionable: la inversión que supone la instalación de este sistema es mínima comparada con el ahorro de agua obtenido.
En este caso el agua limpia se introduce por la última cuba de lavado y pasa (en cascada) hasta la primera. El sistema, pues, funciona a contracorriente (la circulación del agua se produce en sentido contrario al de la pieza trabajada), de este modo las piezas siempre se encuentran con agua cada vez más limpia.
Puede demostrase, como se indica en el apartado correspondiente a las MTDs, que el caudal de agua necesario para un sistema de lavado múltiple es radicalmente inferior al necesario en un sistema simple.

Lavados estancos de recuperación

Se trata de un prelavado que sirve para retener una parte del arrastre procedente del baño de tratamiento y, por tanto, ayuda a economizar materias primas.
Como su nombre indica, no está alimentado por ningún caudal de agua en continuo, sino que periódicamente se renueva totalmente. Además de la función anterior, el uso de los lavados de recuperación permite reducir la contaminación del líquido arrastrado por las piezas y, por tanto, reduce las necesidades de agua de lavados posteriores.

Estos lavados o enjuagues de recuperación pueden estar situados a continuación de una solución de proceso que trabaje en caliente. En este caso, puede utilizarse para reponer las pérdidas que, por evaporación, sufrirá el baño.

Para algunos baños que trabajan a temperatura ambiente puede realizarse, en la misma cuba de recuperación, un enjuague previo y uno posterior, de modo que el arrastre de entrada al baño de proceso proceda del propio sistema de recuperación. El resultado es una recuperación parcial sobre un proceso en el cual no hay evaporación. Este tipo de
enjuague se denomina ECO.

A continuación, se presentan ejemplos reales de instalaciones en España pertenecientes a
diferentes subsectores.

Los datos aportados son:

• Consumo anual de agua
• Relación l/m2 superficie tratada
• Relación l/m2 de superficie tratada para cada posición de enjuague. Una posición de enjuague se entiende como una operación de enjuague entre diferentes procesos, ya sea por una o más cubas de enjuague, incluyendo los
  sistemas por spray.
• Consumo anual de agua (m3/año)

En el siguiente gráfico, se representan conjuntamente los datos de las dos tablas anteriores:

• Consumo de agua por superficie tratada

Este indicador no permite establecer un criterio de comparación entre instalaciones porque no considera el número de etapas o subprocesos que pueden conformar un tratamiento.

• Consumo de agua por superficie tratada y posición de enjuague

Este indicador permite realizar la comparación entre diferentes instalaciones, pues al relativizar el consumo de agua respecto al número de operaciones de lavado se considera el número de etapas o subprocesos que pueden conformar un tratamiento.

Aunque en menor medida, también hay consumo de agua para compensar las pérdidas por evaporación, limpieza de filtros y equipos de intercambio de calor. El agua también puede usarse en sistemas de refrigeración. A menos que este consumo de agua sea recirculado o reutilizado, va a convertirse en una emisión que habrá que tratar como agua residual.

3.3.1 Agua sin tratar

Habitualmente, dentro del sector, existe un consumo de agua sin tratar para aquellas etapas de enjuague que no son críticas; p.e. enjuagues en etapas de preparación de piezas y en baños y enjuagues de proceso intermedios.

También encontramos un consumo de agua sin tratar en operaciones auxiliares como el lavado de cubas, suelos, filtros y otras instalaciones.

3.3.2 Agua tratada

El agua tratada se fabrica a partir de agua de red modificada mediante el empleo de técnicas específicas (ósmosis inversa, resinas de intercambio iónico, etc.), o es comprada del exterior y almacenada en cubas.

El agua tratada se utiliza, especialmente, en enjuagues críticos (lavados finales para cromado decorativo, metales preciosos, etc.), sobretodo en etapas finales de procesos.

También se utiliza para formular algunos baños o preparaciones en los que los componentes del agua sin tratar son perjudiciales (p.e. cloruros, sulfatos y carbonatos para preparar una solución de baño de cromo).

El aspecto ambiental a considerar en la fabricación de agua desmineralizada es el eluato generado en el proceso de regeneración de los equipos de fabricación, o de rechazo en el caso de la ósmosis. El eluato tiene una elevada concentración en aniones y cationes, lo procedentes del agua a tratar y los propios de los reactivos de la regeneración de los equipos. Normalmente, el eluato es tratado en las instalaciones de depuración de la empresa.

3.4 Consumo de materias primas

A continuación, se facilitan datos del consumo estimado en España del total de las principales materias primas principales. Puesto que en la mayoría de los casos se realizan varios tipos de tratamientos y acabados, el consumo de materias primas se ha agrupado por subsectores.

Cincado:

Níquel-cromo-cobre:

Metales preciosos:

Cromo duro:

Fosfatado:

Estañado:

Anodizado de aluminio:

Metalizado de plástico:

3.5 Consumo energético

Se producen pérdidas de energía a través de la superficie de soluciones de procesos en caliente. Ese aspecto se acentúa cuando el baño está agitado y la cuba tiene un sistema de extracción de aire.

3.5.1 Electricidad

Es la principal fuente energética para el proceso productivo (electrodeposición); también es habitual su consumo para calentar baños, secar piezas, hacer funcionar bombas y equipos, etc.

3.5.2 Combustibles fósiles

Se utilizan, fundamentalmente, para calentar baños y secar piezas.

3.5.3 Enfriamiento de soluciones

Es común encontrar instalaciones con sistemas de refrigeración de soluciones por agua corriente; en algunos casos, esta agua se emplea posteriormente para los enjuagues de la línea.

Otro sistema menos empleado es el circuito cerrado de refrigeración con equipo de frío.