Tractament dels efluents generats a la indústria metal-mecànica

Efluents del sector metal-mecànica

El sector metal-mecànica comprèn un gran nombre d’activitats econòmiques, molt diferents entre si, que comparteixen tant els materials que utilitzen, com els residus i efluents que generen. Les activitats més importants d’aquest sector són les estructures metàl·liques i la caldereria.

La primera inclou tot tipus de construcció metàl·lica feta a partir de tubs, perfils i xapes, cargolades, remachades o soldades.

La caldereria agrupa un gran assortiment de peces i equips fabricats amb xapa i que inclouen juntes estancs; els productes poden anar des del típic dipòsit, a intercanviadors de calor o evaporadors, passant per tubs i conductes, serpentins, etc.

Altres activitats incloses en aquest sector són aquelles de transformació de metalls sense arrencada de viruta (per estampació, extracció, trefilat, embutició), les de mecanització amb arrencada de viruta (fresat, tornejat, rectificat, tall, etc.) i les d’acabats basats en tractaments tèrmics i de superfícies. Així doncs, la varietat d’activitats és realment àmplia.

Totes aquestes activitats tenen en comú que utilitzen com a matèria primera els mateixos materials: acer, ferro, acer inoxidable, alumini, etc., a més que produeixen impactes ambientals similars.

Bàsicament, els aspectes que més incidències sobre el medi ambient causen són les emissions de gasos nocius i contaminants a l’atmosfera, la generació d’efluents líquids que han de ser convenientment tractats abans del seu abocament i la producció de residus sòlids.

Pel tipus d’activitat, aquest tipus d’indústria és una gran consumidora d’olis lubricants, utilitzats assíduament per facilitar la lubricació i refrigeració en les diferents modalitats de tall, modelat i tractament mecànic de peces metàl·liques.

Aquests olis lubricants, un cop han estat utilitzats, es converteixen en un residu líquid contaminant que ha de ser gestionat correctament.

D’entre tots els productes utilitzats, els que tenen major rellevància són les taladrines, que són utilitzades majoritàriament en la indústria del mecanitzat metàl·lic per les seves propietats:

• Lubricants, protegint les eines en reduir la fricció.
• De refrigeració, evitant un sobreescalfament de peces i eines, que provocaria microsoldadures que originarien un mal acabat superficial.
• D’evacuació de llimadures, evitant l’efecte abrasiu d’aquestes.
• De prevenció de la corrosió a màquines i peces.

Així, l’ús de taladrines és necessari en els processos en els quals es produeix un contacte directe entre la peça metàl·lica que s’està treballant i l’eina utilitzada per les seves propietats lubricants, refrigerants, d’evacuació de les virutes i llimadures produïdes, a més de prevenció de la formació d’òxid.

Característiques de les taladrines com a contaminants

A mesura que s’utilitzen les taladrines, les seves propietats es van reduint, decaient el seu rendiment i contaminant-se amb agents externs com ara olis i greixos, partícules metàl·liques, pols ambiental, microorganismes que degraden la matèria orgànica, etc.

Arribades a aquest punt, les taladrines es converteixen en residus altament contaminants, tant per al medi ambient com per a l’entorn de treball, per la qual cosa són considerades com a residus perillosos per la normativa europea.

Al seu potencial contaminant cal afegir que la seva correcta gestió és molt costosa, pel fet de l’elevada proporció d’aigua que conté, que incrementa el volum de residu original a més de produir una forta emulsió, que dificulta posteriorment els processos de separació i depuració.

Per millorar la seva capacitat lubricadora, en la formulació de les taladrines s’inclou oli i, per augmentar la seva capacitat refrigerant, s’afegeix aigua.

Això fa que a nivell industrial existeixin molts tipus diferents de taladrines, que en realitat són una emulsió oli-aigua, depenent de quines propietats es desitgi potenciar.

Sent l’aigua i l’oli els components principals de les taladrines, també incorporen una llarga llista d’additius, entre els quals es destaquen els següents:

• Tensioactius: sulfonats de sodi i glicols
• Inhibidors de la corrosió: amines, amides, borats, nitrits, etc.
• Humectants: alcohols, fosfats, etc.
• Antiespumants: èsters, siliconas, derivats etoxilats, etc.
• Biocides: formols, fenols, bor, poliglicols, etc.
• Additius per a operació a alta pressió

El consum de les taladrines és continu i periòdic, degut a la pèrdua de les seves propietats i al consum net produït pels vessaments i els arrossegaments amb les peces.

L’ús continuat de les taladrines fa que les seves propietats vagin minvant degut a les altes temperatures assolides durant el mecanitzat de metalls, els components més volàtils s’evaporen.

Les pèrdues de taladrines produïdes pels vessaments, l’arrossegament amb les peces, etc. s’uneixen a les aigües residuals generades a la planta i formen l’efluent conegut com a “aigües oleoses”.

D’altra banda, els banys de taladrines es van contaminant a mesura que augmenta la seva utilització (amb impureses metàl·liques) i també estan sotmesos a processos de degradació microbiològica; per tot això, és necessària la seva reposició periòdica i es generen uns residus líquids anomenats “taladrines esgotades”.

En aquelles empreses que tenen un gran consum de taladrines, existeixen unitats de recuperació de taladrines que, després d’un procés de separació de llimadures i virutes metàl·liques, s’aconsegueix allargar una mica més la vida útil del bany de taladrines.

És així que els processos que utilitzen taladrines generen uns efluents tòxics i irritants que contenen metalls pesants, biocides, productes de descomposició de naturalesa tòxica, etc. que fan que la normativa europea els catalogui com a residus perillosos i que no puguin ser evacuats a la xarxa pública de clavegueram pels greus problemes que causaria a les instal·lacions de depuració.

La majoria dels processos convencionals utilitzats en el tractament de les taladrines han de ser revisats i actualitzats degut, principalment, a dos factors.

D’una banda, la legislació en matèria de vessaments és cada cop més estricta i restrictiva. I, d’altra banda, cada cop es fan patents més dificultats per a un tractament efectiu.

Aquestes dificultats tenen el seu origen en el canvi recent de la formulació de les taladrines, que, en detriment de les emulsions d’oli, han passat a ser de naturalesa sintètica, sent major la dificultat de la ruptura de l’emulsió i així, també de la separació de la fracció oleosa de la taladrina.

A més de les taladrines, les aigües residuals generades en les activitats del sector metal-mecànica també presenten sòlids en suspensió, metalls diversos, elevada conductivitat, fosfats i tensioactius.

Tractaments de taladrines

Existeixen diferents mètodes de tractament d’aquests efluents, els quals es poden classificar en si són destructius o no destructius.

Entre els mètodes no destructius es troben el tractament químic, el tractament mitjançant membranes i l’evaporació. I entre els mètodes destructius es troben el tractament biològic, la incineració i els processos d’oxidació avançada (oxidació humida i oxidació amb aigua supercrítica, OASC).

A continuació, s’analitzen per separat les diferents alternatives de tractament:

Procés químic

És un dels tractaments més utilitzats al segle passat ja que la base és molt coneguda i és fàcilment escalable en un ampli rang de cabals a tractar.

La filosofia del tractament es basa en la neutralització de les càrregues superficials amb la finalitat de trencar l’emulsió.

Tradicionalment, això s’ha aconseguit mitjançant l’addició d’àcids inorgànics com sulfúric o clorhídric i sals com ara clorur sòdic, clorur càlcic, sulfat fèrric, clorur de ferro i de magnesi i sulfat d’alumini. L’addició d’una quantitat suficient de catió dóna lloc al procés de desemulsificació.

No obstant això, en la formulació de les taladrines s’ha buscat obtenir productes més estables per resistir l’atac dels cations alliberats en els processos de tall i mecanitzat de metalls que tendeixen a trencar l’emulsió.

Això s’ha obtingut mitjançant la dosificació d’agents emulsionants i dispersants, fet que ha portat que el tractament de les taladrines sigui més difícil mitjançant aquest tractament.

Una variant a l’addició de sals inorgàniques per a la ruptura de l’emulsió és la utilització de polímers. El principi és el mateix, els polímers amb cations de gran càrrega tenen per objectiu desestabilitzar les càrregues negatives de les gotes d’oli.

La resta de contaminants presents a les aigües residuals que acompanyen les taladrines també poden ser eliminats en aquest procés, encara que en funció de la composició exacta de l’efluent el procés físic-químic ha de ser adaptat.

Tractament mitjançant membranes

Les membranes utilitzades són les d’ultrafiltració, ja que les de microfiltració no presenten una capacitat de retenció adequada i les de nanofiltració i òsmosi inversa s’embruten fàcilment amb els compostos orgànics d’elevat pes molecular.

Mitjançant l’ultrafiltració s’han aconseguit bons resultats treballant a baixa pressió, tot i que hi ha certes condicions d’operació que les membranes no toleren, com és el cas de la temperatura moderada-alta (superior a 60 ºC), valors de pH extrems, elevada quantitat de sòlids, grans quantitats d’olis no emulsionats, presència de dissolvents, etc.

A més, no s’ha de perdre de vista que aquelles molècules de baix pes molecular poden travessar fàcilment la membrana d’ultrafiltració.

Evaporació al buit

La evaporació al buit permet el tractament efectiu d’aquells efluents en què els mètodes convencionals no són una solució.

Es tracta d’una tecnologia senzilla, robusta i madura que permet el tractament de les aigües oleoses amb una gran eficàcia i que s’adapta fàcilment a variacions tant en el volum com en la concentració de l’efluent a tractar.

La tecnologia ha evolucionat en les últimes dècades fins al punt que el consum energètic és moderat i es presenta com una de les alternatives de tractament més competitives.

Això hi contribueix tant la qualitat de l’aigua separada com el petit volum de residus que es genera. En aquest sentit, es tracta de l’única alternativa de tractament que per si sola és capaç de reduir el volum d’efluent fins a quantitats molt reduïdes sense la necessitat de processos complementaris.

Tractament biològic

Degut a la inclusió en la formulació de les taladrines d’agents antimicrobians que permetin que el producte no sigui degradat per l’acció microbiològica, com és el cas de derivats del bor, fenols, formols i poliglicols, el tractament biològic com a únic tractament d’aquesta aigua residual no és altament efectiu.

Per aconseguir rendiments acceptables de depuració és necessari combinar el tractament biològic amb un procés previ físic-químic i, fins i tot, en ocasions és necessari refinar l’efluent tractat mitjançant tractaments terciaris.

Incineració

Tot i que la incineració d’olis i greixos és factible degut a l’energia alliberada per la seva combustió directa, en el cas de les aigües residuals generades en aquest tipus d’indústries, que presenten una elevada proporció d’aigua, la incineració d’aquest efluents no és un procés viable per al seu tractament, llevat que es precedeixi d’un procés d’evaporació.

Processos d’oxidació avançada (oxidació humida i oxidació amb aigua supercrítica (OASC))

L’oxidació humida consisteix en un procés d’oxidació en fase aquosa a pressions i temperatures moderades-altes (50-200 bar i 100-300 ºC). En aquestes condicions és viable el tractament d’efluents amb elevades càrregues o que continguin compostos tòxics que facin inviable els tractaments convencionals.

L’oxidació en aigua supercrítica es diferencia de l’oxidació humida en què les condicions de pressió i temperatura superen el punt crític de l’aigua (221 bar i 374 ºC).

En condicions supercrítiques l’eficàcia de destrucció de contaminants és molt elevada fins i tot amb temps de reacció reduïts.

Ambdues tecnologies presenten una elevada capacitat de destrucció de compostos refractaris, la OASC més gran que l’oxidació humida, però l’elevat cost que comporta la seva inversió, funcionament i manteniment fan que no sigui una tecnologia competitiva.

A més, un cop oxidades totes les substàncies orgàniques contaminants, seria necessari algun procés complementari per tractar la resta de contaminants com poden ser els metalls, etc.

A la taula següent es comparen entre si les diferents alternatives de tractament de les taladrines davant les variables més rellevants a l’hora de seleccionar el procés de tractament d’un efluents:

Conclusions

Així doncs, el sector metal-mecànica comprèn un elevat grup d’activitats econòmiques que tenen en comú, entre altres característiques, que en totes elles s’utilitzen taladrines per facilitar la feina quan es produeix un contacte directe entre la peça mecanitzada i l’eina que s’utilitza.

Les taladrines, que són una emulsió d’aigua i oli amb una llarga llista d’additius, van perdent les seves característiques a mesura que són utilitzades i s’han d’anar reposant.

Fruit del seu ús, es produeixen vessaments i arrossegaments que acaben arribant a les aigües residuals i de neteja.

Per al tractament d’aquests efluents líquids, que a més de taladrines també contenen altres contaminants com sòlids en suspensió, metalls diversos, elevada conductivitat, fosfats, tensioactius, etc., no tots els processos són viables.

Entre els més competitius es troben el tractament mitjançant membranes d’ultrafiltració i l’evaporació al buit, si bé aquest últim és l’únic procés capaç de tractar l’efluent generant una mínima quantitat de residus que gestionar.