Temática Diseño de una planta de depuración de un efluente de galvanizado

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA[pic 1]

ANTONIO JOSÉ DE SUCRE

VICE-RECTORADO BARQUISIMETO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUIMICA

DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO PARA EL EFLUENTE DE LA SECCIÓN DE ENJUAGUE ÁCIDO DE UN PROCESO DE GALVANIZADO.

PROPONENTE:

ELISANDER A. SILVA G.

TUTOR: ING. LUISA PIMENTEL

Temática de Trabajo de grado para ser considerada por la Coordinación de Trabajo Especial del Departamento de Ingeniería Química.

JUNIO, 2023

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El agua es la sustancia más importante para la vida en la tierra, esto debido a que a través de ella se llevan a cabo los procesos fisiológicos necesarios para que los diversos organismos sobrevivan y puedan desarrollarse en su entorno. Debido a esto, la calidad de vida y supervivencia de los dichos organismos dependerá de las condiciones del agua que consumen, y he allí la importancia de solventar la incierta situación de polución de los cuerpos de agua. La contaminación del agua es de los problemas medioambientales más preocupantes, debido principalmente a la actividad del hombre, por el aumento de elementos tóxicos provenientes de los efluentes que este genera.

 En particular, las actividades industriales son especialmente las más contaminantes, debido no sólo a la cantidad, sino también al tipo de sustancias provenientes de procesos como aguas de lavado de equipos, del tratamiento de materias primas y/o productos intermedios, de procesos metalúrgicos, solventes, aceites, grasas, hidrocarburos, sustancias orgánicas e inorgánicas, entre otras, que son vertidas a las fuentes de agua con poco o prácticamente ningún tratamiento para reducir su impacto negativo en el ecosistema. Entre todas estas sustancias que el hombre introduce a los cuerpos de agua se encuentran metales pesados como hierro, manganeso y zinc.

Por otro lado, es necesario recalcar que, según la Organización Mundial de la Salud, entre los más perjudiciales para la salud se mencionan: mercurio, níquel, cadmio, cobalto, cromo, manganeso, plomo, zinc, cobre, titanio, arsénico, estaño y hierro ((OMS), 2009), estos elementos se caracterizan por ser especialmente contaminantes, aún en cantidades muy pequeñas; además de ser persistentes y no biodegradables.

Asimismo, entre las actividades industriales el galvanizado de piezas de hierro o acero es de suma importancia, ya que confiere una mayor vida útil a las piezas mediante un recubrimiento de zinc que les protege de la corrosión, lo cual permite que las piezas tratadas mantengan sus propiedades mecánicas y estructurales por más tiempo, especialmente si están expuestas a agentes corrosivos o a la intemperie; como en el sector de la construcción, tuberías, redes de electricidad, aplicaciones en la industria, entre muchos otros.

Con respecto al galvanizado en caliente, este es un proceso de varias etapas que consiste en recubrir las piezas con zinc fundido; comenzando con una limpieza cáustica con desengrasantes alcalinos, seguido de un primer lavado donde se enjuaga la pieza con agua limpia, luego un decapado ácido para remover los óxidos de la superficie, a continuación un nuevo lavado con agua para retirar los ácidos de la etapa anterior; le sigue el prefluxado, donde se aplica una solución de cloruro de zinc y amonio para proteger la superficie antes del baño con zinc fundido, con el posterior enfriamiento y secado (Asimet, 2002).

Particularmente, en Venezuela el problema de la corrosión genera daños considerables en piezas de hierro y acero debido a su tendencia a degradarse cuando es expuesto a los elementos; por lo que se hace necesario alargar su vida útil, tanto por cuestiones de economía como por el riesgo de una potencial falla al verse superada la integridad de la pieza o estructura, con las nefastas consecuencias que esto conlleva. El proceso de galvanización desde hace más de un siglo presenta una forma sencilla y económica de prolongar el tiempo de utilidad de las piezas metálicas, y por ello es clave contar con empresas que se dediquen a prestar servicios de galvanizado en cada región del país.

Por otra parte, la industria de galvanizado involucra un alto consumo de agua, tanto en los baños de proceso como en las etapas de lavado y enjuague. En particular, los efluentes líquidos producidos constituyen una fuente de contaminación importante debido a la alta toxicidad de los desechos que genera, encontrándose conformados en mayor medida por metales pesados, tales como zinc, níquel, cromo, cobre, cadmio, los cuales son considerados, entre otros aspectos, inhibidores de tratamientos biológicos de residuos líquidos y dañinos para la salud. Esta potencial capacidad contaminante tiene su justificación al considerar los volúmenes de agua utilizados en los procesos, sobre todo en los de lavado que presentan contaminantes en descargas continuas.

Además, el mayor impacto ambiental del sector concierne a los efluentes líquidos y eventualmente los lodos de tratamiento de dichos efluentes que van a contener los metales pesados. El proceso de recubrimiento metálico, en general, es muy poco efectivo ya que sólo una pequeña cantidad de las sustancias utilizadas en éste se deposita en la pieza y hasta un 90% de las sustancias pueden filtrarse a través de las aguas residuales.

 Hay que mencionar, además que, en general los residuos líquidos descargados por este tipo de industria, provienen de: aguas de lavado, enjuague y enfriamiento; de goteos y derrames, de baños de proceso agotados, mantenimiento de baños de proceso, soluciones de sistemas de lavado/extracción de gases, pérdidas accidentales. Estos residuos líquidos, están caracterizados por picos de acidez y alcalinidad, sustancias grasas, aceites, cationes metálicos, cianuros, disolventes orgánicos halogenados y no halogenados, fosfatos, boratos, cromatos, sulfatos y baja carga orgánica que le imprimen una carga contaminante tóxica (Gallardo, 2021).

Particularmente, la empresa Prensados y Galvanizados de Lara S.A. ubicada en la Zona Industrial I de Barquisimeto presta servicios de galvanizado en caliente para la protección de piezas de hierro y acero usados para aplicaciones en la industria de alimentos, automotriz, construcción, electricidad, entre otras. El proceso utilizado en la empresa consiste de un pretratamiento de la pieza con un baño cáustico, seguido por un primer enjuague, luego un baño ácido y un segundo enjuague para evitar que sustancias contaminantes continúen hacia las siguientes etapas, lo cual afectaría la calidad del acabado y efectividad de la protección. Cabe destacar que la línea del baño ácido posee un pH bajo y altas concentraciones de metales pesados, resultando ser muy contaminante al ambiente en caso de liberarse sin ningún tratamiento.

Con respecto a la coagulación, se denomina así al proceso de desestabilización y posterior agregación de partículas en suspensión coloidal presentes en el agua, para potenciar la etapa de decantación en la que esas partículas deben separarse del agua. La desestabilización se consigue neutralizando sus cargas eléctricas, con lo que dejan de actuar las fuerzas de repulsión, su carga eléctrica con respecto a la carga de la solución se anula y los coloides tienden a agregarse por acción de masas. La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes, denominados decantadores. El proceso de floculación es precedido por el de coagulación. (Hernández, 2001)

En este sentido, la presente investigación plantea una propuesta que consiste en el diseño de un sistema de tratamiento físico-químico para el efluente de la sección de enjuague ácido del proceso de galvanizado de la empresa Prensados y Galvanizados de Lara S.A. El diseño implica el dimensionamiento de un sistema de tratamiento en función del volumen del efluente de aguas del lavado ácido, además de la cantidad y efectividad de los productos utilizados para el procesamiento y reducción de metales en el efluente, más la disposición y especificaciones de los equipos utilizados.

De hecho, la reducción de hierro y manganeso se llevará a cabo mediante oxidación por aireación con el uso de difusores, más la adición de agentes coagulantes-floculantes, entre ellos: cal hidratada, policloruro de aluminio o PCA y bicarbonato de sodio como agentes coagulantes-floculantes, más la determinación de las condiciones y las cantidades óptimas mediante ensayos con prueba de jarras para la reducción de hierro y manganeso en el efluente y por ende la mejora de la calidad de las aguas del mismo, de forma que cumplan con los niveles de la normativa del decreto Nº 883 (Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos) y sea seguro liberarlas al ambiente, o, en su defecto, aptas para que se puedan recircular al proceso.

Es necesario recalcar que, para ello se partirá de la caracterización de una muestra de agua del enjuague ácido proporcionada por la empresa Prensados y Galvanizados de Lara S.A. para luego llevar a cabo ensayos experimentales con el fin de obtener la proporción más adecuada de los agentes coagulantes-floculantes, además de los volúmenes resultantes que permitan determinar el dimensionamiento de los componentes del sistema de tratamiento, verificando que las aguas después del tratamiento cumplan con las especificaciones ambientales de la normativa ya mencionada y contribuir con la situación ambiental y el déficit actual de disponibilidad de aguas blancas (Fundación Tierra Viva, 2018).

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