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Efluentes del sector metal-mec√°nica

El sector metal-mec√°nica comprende un gran n√ļmero de actividades econ√≥micas, muy diferentes entre s√≠, que comparten tanto los materiales que utilizan, como los residuos y efluentes que generan. Las actividades m√°s importantes de este sector son las estructuras met√°licas y la calderer√≠a.

La primera incluye todo tipo de construcción metálica hecha a partir de tubos, perfiles y chapas, atornilladas, remachadas o soldadas.

La calderería agrupa un gran surtido de piezas y equipos fabricados con chapa y que incluyen juntas estancas; los productos pueden ir desde el típico depósito, a intercambiadores de calor o evaporadores, pasando por tubos y conductos, serpentines, etc.

Otras actividades incluidas en este sector son aquellas de transformación de metales sin arranque de viruta (por estampación, extracción, trefilado, embutición), las de mecanización con arranque de viruta (fresado, torneado, rectificado, corte, etc.) y las de acabados basados en tratamientos térmicos y de superficies. Así pues, la variedad de actividades es realmente amplia.

Tratamiento de taladrinas

Todas estas actividades tienen en com√ļn que utilizan como materia prima los mismos materiales: acero, hierro, acero inoxidable, aluminio, etc., adem√°s que producen impactos ambientales similares.

Básicamente, los aspectos que más incidencias sobre el medio ambiente causan son las emisiones de gases nocivos y contaminantes a la atmósfera, la generación de efluentes líquidos que deben ser convenientemente tratados antes de su vertido y la producción de residuos sólidos.

Por el tipo de actividad, este tipo de industria es una gran consumidora de aceites lubricantes, utilizados asiduamente para facilitar la lubricación y refrigeración en las diferentes modalidades de corte, moldeado y tratamiento mecánico de piezas metálicas.

Estos aceites lubricantes, una vez han sido utilizados, se convierten en un residuo líquido contaminante que debe ser gestionado correctamente.

De entre todos los productos utilizados, los que tienen mayor relevancia son las taladrinas, que son utilizadas mayoritariamente en la industria del mecanizado met√°lico por sus propiedades:

  • Lubricantes, protegiendo las herramientas al reducir la fricci√≥n.
  • De refrigeraci√≥n, evitando un sobrecalentamiento de piezas y herramientas, que provocar√≠a microsoldaduras que originar√≠an un mal acabado superficial.
  • De evacuaci√≥n de limaduras, evitando el efecto abrasivo de las mismas.
  • De prevenci√≥n de la corrosi√≥n a m√°quinas y piezas.

Así, el uso de taladrinas es necesario en los procesos en los cuales se produce un contacto directo entre la pieza metálica que se está trabajando y la herramienta utilizada por sus propiedades lubricantes, refrigerantes, de evacuación de las virutas y limaduras producidas, además de prevención de la formación de óxido.

Características de las taladrinas como contaminantes

A medida que se van utilizando las taladrinas, sus propiedades se van reduciendo, decayendo su rendimiento y contaminándose con agentes externos tales como aceites y grasas, partículas metálicas, polvo ambiental, microorganismos que degradan la materia orgánica, etc.

Llegadas a este punto, las taladrinas se convierten en residuos altamente contaminantes, tanto para el medio ambiente como para el entorno de trabajo, por lo que son consideradas como residuos peligrosos por la normativa europea.

A su potencial contaminante debe a√Īadirse que su correcta gesti√≥n es muy costosa, por el hecho de la elevada proporci√≥n de agua que contiene, que incrementa el volumen de residuo original adem√°s de producir una fuerte emulsi√≥n, que dificulta posteriormente los procesos de separaci√≥n y depuraci√≥n.

Para mejorar su capacidad lubricante, en la formulaci√≥n de las taladrinas se incluye aceite y, para aumentar su capacidad refrigerante, se a√Īade agua.

Esto hace que a nivel industrial existen muchos tipos diferentes de taladrinas, que en realidad son una emulsión aceite-agua, dependiendo de qué propiedades se desee potenciar.

Siendo el agua y el aceite los componentes principales de las taladrinas, también incorporan una larga lista de aditivos, entre los que se destacan los siguientes:

  • Tensoactivos: sulfonatos de sodio y glicoles
  • Inhibidores de la corrosi√≥n: aminas, amidas, boratos, nitritos, etc.
  • Humectantes: alcoholes, fosfatos, etc.
  • Antiespumantes: √©steres, siliconas, derivados etoxilados, etc.
  • Biocidas: formoles, fenoles, boro, poliglicoles, etc.
  • Aditivos para operaci√≥n a alta presi√≥n

El consumo de las taladrinas es continuo y periódico, debido a la pérdida de sus propiedades y al consumo neto producido por los derrames y los arrastres con las piezas.

El uso continuado de las taladrinas hace que sus propiedades vayan mermando debido a las altas temperaturas alcanzadas durante el mecanizado de metales, los componentes m√°s vol√°tiles se evaporan.

Las p√©rdidas de taladrinas producidas por los derrames, el arrastre con las piezas, etc. se unen a las aguas residuales generadas en la planta y forman el efluente conocido como ‚Äúaguas aceitosas‚ÄĚ.

Por otro lado, los ba√Īos de taladrinas se van contaminando a medida que aumenta su utilizaci√≥n (con impurezas met√°licas) y tambi√©n est√°n sometidos a procesos de degradaci√≥n microbiol√≥gica; por todo ello, es necesaria su reposici√≥n peri√≥dica y se generan unos residuos l√≠quidos llamados ‚Äútaladrinas agotadas‚ÄĚ.

En aquellas empresas que tienen un gran consumo de taladrinas, existen unidades de recuperaci√≥n de taladrinas que, despu√©s de un proceso de separaci√≥n de limaduras y virutas met√°licas, se consigue alargar un poco m√°s la vida √ļtil del ba√Īo de taladrinas.

Es as√≠ que los procesos que utilizan taladrinas generan unos efluentes t√≥xicos e irritantes que contienen metales pesados, biocidas, productos de descomposici√≥n de naturaleza t√≥xica, etc. que hacen que la normativa europea los catalogue como residuos peligrosos y que no puedan ser evacuados a la red p√ļblica de alcantarillado por los graves problemas que causar√≠a en las instalaciones de depuraci√≥n.

La mayoría de los procesos convencionales utilizados en el tratamiento de las taladrinas deben ser revisados y actualizados debido, principalmente, a dos factores.

Por un lado, la legislación en materia de vertidos es cada vez más estricta y restrictiva. Y, por el otro lado, cada vez se hacen patentes más dificultades para un tratamiento efectivo.

Estas dificultades tienen su origen en el cambio reciente de la formulación de las taladrinas, que, en detrimento de las emulsiones de aceite, han pasado a ser de naturaleza sintética, siendo mayor la dificultad de la ruptura de la emulsión y así, también de la separación de la fracción oleosa de la taladrina.

Además de las taladrinas, las aguas residuales generadas en las actividades del sector metal-mecánica también presentan sólidos en suspensión, metales varios, elevada conductividad, fosfatos y tensioactivos.

Tratamientos de taladrinas

Existen diferentes métodos de tratamiento de estos efluentes, los cuales se pueden clasificar en si son destructivos o no destructivos.

Entre los m√©todos no destructivos se encuentran el tratamiento qu√≠mico, el tratamiento mediante membranas y la evaporaci√≥n. Y entre los m√©todos destructivos se hallan el tratamiento biol√≥gico, la incineraci√≥n y los procesos de oxidaci√≥n avanzados (oxidaci√≥n h√ļmeda y oxidaci√≥n con agua supercr√≠cita, OASC).

A continuación, se analizan por separado las diferentes alternativas de tratamiento:

Proceso químico

Es uno de los tratamientos m√°s utilizados en el siglo pasado puesto que la base es muy conocida y es f√°cilmente escalable en un amplio rango de caudales a tratar.

La filosofía del tratamiento se basa en la neutralización de las cargas superficiales con el fin de romper la emulsión.

Tradicionalmente, esto se ha conseguido mediante la adici√≥n de √°cidos inorg√°nicos como sulf√ļrico o clorh√≠drico y sales tales como cloruro s√≥dico, cloruro c√°lcico, sulfato f√©rrico, cloruro de hierro y de magnesio y sulfato de aluminio. La adici√≥n de una cantidad suficiente de cati√≥n da lugar al proceso de desemulsificaci√≥n.

No obstante, en la formulación de las taladrinas se ha buscado obtener productos más estables para resistir el ataque de los cationes liberados en los procesos de corte y mecanizado de metales que tienden a romper la emulsión.

Esto se ha obtenido mediante la dosificación de agentes emulsionantes y dispersantes, lo que ha llevado a que el tratamiento de las taladrinas sea más difícil mediante este tratamiento.

Una variante a la adición de sales inorgánicas para la ruptura de la emulsión es la utilización de polímeros. El principio es el mismo, los polímeros con cationes de gran carga tienen por objetivo desestabilizar las cargas negativas de las gotas de aceite.

El resto de contaminantes presentes en las aguas residuales que acompa√Īan a las taladrinas tambi√©n pueden ser eliminados en este proceso, aunque en funci√≥n de la composici√≥n exacta del efluente el proceso f√≠sico-qu√≠mico debe ser adaptado.

Tratamiento mediante membranas

Las membranas utilizadas son las de ultrafiltraci√≥n, puesto que las de microfiltraci√≥n no presentan una capacidad de retenci√≥n adecuada y las de nanofiltraci√≥n y √≥smosis inversa se ensucian f√°cilmente con los compuestos org√°nicos de elevado tama√Īo molecular.

Mediante la ultrafiltraci√≥n se han conseguido buenos resultados trabajando a baja presi√≥n, aunque hay ciertas condiciones de operaci√≥n que las membranas no toleran, como es el caso de la temperatura moderada-alta (superior a 60 ¬ļC), valores de pH extremos, elevada cantidad de s√≥lidos, grandes cantidades de aceites no emulsionados, presencia de disolventes, etc.

Además, no se debe perder de vista que aquellas moléculas de bajo peso molecular pueden atravesar fácilmente la membrana de ultrafiltración.

Evaporación al vacío

La evaporación al vacío permite el tratamiento efectivo de aquellos efluentes en los que los métodos convencionales no son una solución.

Se trata de una tecnología sencilla, robusta y madura que permite el tratamiento de las aguas aceitosas con una gran eficacia y que se adapta fácilmente a variaciones tanto en el volumen como en la concentración del efluente a tratar.

La tecnolog√≠a ha evolucionado en las √ļltimas d√©cadas hasta el punto que el consumo energ√©tico es moderado y se presenta como una de las alternativas de tratamiento m√°s competitivas.

A esto contribuye tanto la calidad del agua separada como el peque√Īo volumen de residuos que se genera. En este sentido, se trata de la √ļnica alternativa de tratamiento que por s√≠ sola es capaz de reducir el volumen de efluente hasta cantidades muy reducidas sin la necesidad de procesos complementarios.

Tratamiento biológico

Debido a la inclusi√≥n en la formulaci√≥n de las taladrinas de agentes antimicrobianos que permitan que el producto no sea degradado por la acci√≥n microbiol√≥gica, como es el caso de derivados del boro, fenoles, formoles y poliglicoles, el tratamiento biol√≥gico como √ļnico tratamiento de esta agua residuales no es altamente efectivo.

Para conseguir rendimientos aceptables de depuración es necesario combinar el tratamiento biológico con un proceso previo físico-químico e, incluso, en ocasiones es necesario refinar el efluente tratado mediante tratamientos terciarios.

Incineración

Aunque la incineración de aceites y grasas es factible debido a la energía liberada por su combustión directa, en el caso de las aguas residuales generadas en este tipo de industrias, que presentan una elevada proporción de agua, la incineración de este efluente no es un proceso viable para su tratamiento, a no ser que se preceda de un proceso de evaporación.

Procesos de oxidaci√≥n avanzados (oxidaci√≥n h√ļmeda y oxidaci√≥n con agua supercr√≠tica (OASC)

La oxidaci√≥n h√ļmeda consiste en un proceso de oxidaci√≥n en fase acuosa a presiones y temperaturas moderadas-altas (50-200 bar y 100-300 ¬ļC). En estas condiciones es viable el tratamiento de efluentes con elevadas cargas o que contengan compuestos t√≥xicos que hagan inviables lo tratamientos convencionales.

La oxidaci√≥n en agua supercr√≠tica se diferencia de la oxidaci√≥n h√ļmeda en que las condiciones de presi√≥n y temperatura superan el punto cr√≠tico del agua (221 bar y 374 ¬ļC).

En condiciones supercríticas la eficacia de destrucción de contaminantes es muy elevada incluso con tiempos de reacción reducidos.

Ambas tecnolog√≠as presentan una elevada capacidad de destrucci√≥n de compuestos refractarios, la OASC mayor que la oxidaci√≥n h√ļmeda, pero el elevado coste que conlleva su inversi√≥n, funcionamiento y mantenimiento hacen que no sea una tecnolog√≠a competitiva.

Adem√°s, una vez oxidados todos los contaminantes org√°nicos, ser√≠a necesario alg√ļn proceso complementario para tratar el resto de contaminantes como pueden ser los metales, etc.

En la siguiente tabla se comparan entre sí las diferentes alternativas de tratamiento de las taladrinas frente a las variables más relevantes a la hora de seleccionar el proceso de tratamiento de un efluente:

M√©todo qu√≠mico Membranas ultrafiltraci√≥n Proceso biol√≥gico Evaporaci√≥n al vac√≠o Oxidaci√≥n h√ļmeda OASC
Proceso maduro Sí Sí Sí Sí No No
Eficacia eliminación aceite Variable Muy elevada Baja Total Muy elevada Total
Adaptación variación caudal entrada Mala Mala Mala Muy buena Buena Buena
Adaptación variación concentración entrada Muy mala Buena Mala Muy buena Buena Buena
Espacio requerido Grande Bajo Moderado Bajo Elevado Elevado
Mantenimiento necesario Bajo Moderado Bajo Bajo Alto Alto
Generación de residuos Alto Moderado Moderado Muy bajo Bajo Bajo
Consumo de reactivos Alto Muy bajo Muy bajo Muy bajo Moderado Moderado
Consumo energético Bajo Bajo Moderado Moderado Moderado Moderado
Necesidad tratamiento complementario No Sí, para el rechazo Sí No Sí Sí

Conclusiones

As√≠ pues, el sector metal-mec√°nica comprende un elevado grupo de actividades econ√≥micas que tienen en com√ļn, entre otras caracter√≠sticas, que en todas ellas se utilizan taladrinas para facilitar el trabajo cuando se produce un contacto directo entre la pieza mecanizada y la herramienta que se utiliza.

Las taladrinas, que son una emulsión de agua y aceite con una larga lista de aditivos, van perdiendo sus características a medida que son utilizadas y se deben ir reponiendo.

Fruto de su uso, se producen derrames y arrastres que acaban llegando a las aguas residuales y de limpieza.

Para el tratamiento de estos efluentes líquidos, que además de taladrinas también contienen otros contaminantes como sólidos en suspensión, metales varios, elevada conductividad, fosfatos, tensioactivos, etc. no todos los procesos son viables.

Entre los m√°s competitivos se encuentran el tratamiento mediante membranas de ultrafiltraci√≥n y la evaporaci√≥n al vac√≠o, si bien este √ļltimo es el √ļnico proceso capaz de tratar el efluente generando una m√≠nima cantidad de residuos que gestionar.