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Joan Compte Costa *
*Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Director General de la Sociedad Pública Depuradora del Baix Llobregat, SA
Descriptores: Uso industrial del agua, Ahorro del agua en la industria, Reciclaje del agua, Uso de membranas en el tratamiento de efluentes, emanda industrial del agua
Introducción
El agua
es un elemento común en la mayoría de los procesos industriales.
Es tan importante que a veces ha sido un factor limitante en el desarrollo económico,
en las actividades industriales y, en consecuencia, en la ordenación
del territorio.
Hay dos aspectos básicos que se asocian a la utilización del agua. Uno es puramente cuantitativo, como son los grandes caudales de agua consumidos por determinados sectores de la industria. El otro aspecto es de carácter cualitativo y hace referencia a los requisitos para su utilización y a las condiciones para su vertido al medio hídrico.
Por otro lado, el desarrollo tecnológico en los procesos de producción y la constante mejora de la competitividad de las empresas obligan a hacer una exhaustiva gestión integral del agua en la industria. Esta gestión debe hacerse desde un punto de vista global que contemple lo que podemos considerar el ciclo del agua en la industria: abastecimiento, proceso y depuración.
El consumo de agua en la industria en las Cuencas Internas de Cataluña
Volúmenes
consumidos por la industria. Evolución histórica
La evolución
de los volúmenes consumidos guarda un cierto paralelismo con el proceso
evolutivo del empleo industrial de la cuenca. En los años 1967-69 (estudio
R.E.P.O.) se evaluaba la demanda industrial de agua para el conjunto de la cuenca
en 318 hm3/año con una tasa de crecimiento prevista de un
4% anual acumulativo, similar a la observada en los años anteriores.
Dicho crecimiento se mantuvo, aunque con una tasa anual decreciente, hasta mediados de los años setenta, habiéndose podido superar ligeramente los 400 hm3/año en dicho período.
La escasez de los recursos disponibles se agudiza, por el importante crecimiento experimentado en el mismo período por las demandas urbanas de agua, iniciándose un proceso de sobreexplotación generalizada de las aguas subterráneas, fuente principal de abastecimiento industrial, y de contaminación de las aguas superficiales (vertidos sin depurar), dando lugar al deterioro progresivo de ambas fuentes de recursos.
El encarecimiento del coste del agua ha motivado en muchos casos (en especial en las nuevas industrias) la implantación de sistemas de ahorro del recurso, obligando en otros a su conexión parcial o total a las redes de abastecimiento urbano.
La caída de los consumos de agua industriales de mediados de los setenta tiene su causa principal en la crisis económica y en la caída del sector industrial (cierre, reconversión de empresas y disminución de la implantación de nuevas industrias). A ello hay que sumar, por otro lado, la incidencia importante de un incremento en el ahorro del agua (reciclaje principalmente) propiciado por los problemas de escasez-calidad-costo. En 1983, según la evaluación efectuada por el Plan Hidrológico de las Cuencas Internas de Cataluña (P.H.C.I.C.), el volumen de suministro industrial es similar al dato del R.E.P.O. para los años 1967-69. La caída de volúmenes desde 1973 supone una tasa negativa del orden del 3% entre 1973-1983.
En el del período 1980-83 los resultados de la encuesta industrial del P.H.C.I.C. muestran una tendencia al crecimiento de los volúmenes en el grupo de "pequeños consumidores" (empresas con volúmenes de suministro iguales o menores de 500 m3/día) y una caída generalizada en el grupo de "grandes consumidores" (más de 500 m3/día y empresa).
A nivel sectorial destaca el sector químico, que consume un 30% del volumen suministrado a la cuenca, seguido de los sectores del textil, alimentación y papel, movilizando en conjunto más del 75% del total industrial. El quinto sector en importancia es el de transformados metálicos, con un 10% del consumo.
Las agrupaciones menos consumidoras (calzado, vestido y confección, carpintería, transformados del papel y artes gráficas, entre otras) utilizan volúmenes medios diarios por empresa de entre 3 y 10 m3/día.
Según datos del Grupo de Tecnología del Agua de la U.P.C. (Universidad Politécnica de Cataluña), el consumo industrial de los años 1992-1993 se situó alrededor de los 214 hm3/año.
Durante el periodo 1992-1997 el volumen facturado declarado ante la Junta de Sanejament como uso industrial, se ha mantenido bastante estable alrededor de los 200 hm3/año, con tendencia al alza en los últimos años analizados. En ambos casos, las cifras indicadas no incluyen los volúmenes de agua de refrigeración usados para la producción de energía.
Procedencia
de los recursos utilizados
En general
puede decirse que sólo las industrias de baja demanda llegan a suministrarse
totalmente de las redes urbanas; por el contrario, las grandes consumidoras
utilizan las redes de forma parcial y para funciones que exigen una mayor calidad
del agua (uso humano, agua de proceso en la industria alimentaria, etc.).
El consumo procedente de la red corresponde al 30% del total, mientras que del 70% restante, un 60% procede de captaciones subterráneas y un 10% de otras fuentes de suministro.
En general, sólo en las cuencas altas de los ríos, y con menos frecuencia en las medias, la industria llega a suministrarse parcial o totalmente de forma directa de aguas superficiales. En los tramos bajos de las cuencas importantes, la calidad del agua superficial y la escasa regulación existente, conjuntamente con la existencia de acuíferos importantes, hacen que el suministro se realice básicamente mediante captaciones subterráneas para beneficiarse del filtrado y de la capacidad de regulación del acuífero.
Los mayores porcentajes del consumo conectado a las redes se producen en las zonas con importantes núcleos de concentración urbana e industrial y están relacionados con la escasez y/o la calidad de los recursos disponibles y con la proximidad y facilidad de conexión al gran entramado de redes urbanas.
Retornos
Las
pérdidas medias de agua evaluadas para el conjunto industrial de la cuenca
representan alrededor del 20% del caudal suministrado, equivalente a una relación
entre caudal vertido y caudal suministrado de 0,8.
A nivel sectorial, los menores porcentajes de pérdidas se producen en el papel, curtidos, transformados del caucho, materiales plásticos y textil, con valores próximos al 10%.
Destaca por su mayor consumo el sector de materiales de la construcción (cerámica, vidrio, conglomerantes y prefabricados), con un porcentaje de retornos cercano al 50%, en el que incide de forma importante el agua de constitución del producto elaborado.
El resto de sectores (alimentación, transformados metálicos y química) presentan valores próximos a la media.
El
agua, condicionante de la localización industrial
A la
hora de planificar y decidir una inversión industrial y su emplazamiento
el agua constituye un factor esencial de la decisión, hasta el punto
de que si se halla disponible, es un recurso, en general, sin gran repercusión
en los costes, pero su escasez o mala calidad en un área puede desde
ser un limitador o condicionante en la elección del propio proceso productivo
hasta urgir a un cambio de emplazamiento. En ambos casos se produce, y desde
el inicio, un ajuste del volumen utilizado al que imponen las condiciones de
disponibilidad, calidad y precio.
El ahorro del agua de la industria
El
coste del agua en Cataluña
La
repercusión de los costes del agua de suministro sobre los costes totales
de producción se puede estimar entre el 0,5 y el 6%, según indica
la tabla 1, proporcionada por el Institut Català d’Energia.
La
preocupación por los costes es patente en todo el sector industrial y
sobre todo en aquellas zonas en donde el incremento progresivo del coste de
acondicionamiento del agua (véase la tabla 2), o bien la necesidad de
complementar las captaciones propias mediante conexión a redes urbanas
o suministro de terceros –con costes muy superiores del agua– (véase
la figura 1) y, en general, el mayor conocimiento de la escasez y limitación
de los recursos hidráulicos, ha creado una concienciación hacia
el ahorro del recurso.
Los incrementos del coste del agua debidos a los cánones de infraestructura hidráulica y de vertido han tenido un importante efecto en el aumento del reciclaje del agua.
El
reciclaje del agua
El agua
interviene dentro de la factoría de forma muy diversa en función
del producto final elaborado y del sistema de fabricación adoptado para
su obtención.
Fig.
1. coste medio del agua de captaciones propias y de la red pública
en Cataluña. (Fuente: Gestió de l´aigua a la indústria.
Estalvi o depuració, Institut Català d´Energia, 1994)
Para simplificar se han distinguido cinco tipos de funciones del agua en las plantas industriales: agua de proceso, producción de vapor, refrigeración, limpieza y uso humano.
— Predomina la función refrigeración en los siguientes sectores: refino de petróleo; química; transformados del caucho y plásticos, en los que de forma casi generalizada cobra también importancia el uso del agua para la producción de vapor y el proceso; la industria alimentaria, con caudales también importantes para el agua de proceso y de limpieza; vidrio; y gran parte de los transformados metálicos.
— Con mayor peso del agua de proceso están los siguientes sectores: fabricación de pasta de papel, papel y cartón; textil ramo del agua; curtidos; conglomerantes y prefabricados.
— Cabe destacar el peso relativo importante del agua de limpieza en los siguientes sectores: lácteos; cervezas y refrescos; industrias de alcoholes y vinícolas; cárnicas; química.
— Finalmente, el peso del agua para uso humano es en general bajo, con mayor importancia, lógicamente, en las actividades de baja demanda.
El predominio de las necesidades de agua bruta para uno u otro tipo de función puede llegar a ser determinante del consumo efectivo de agua en la factoría y, en todo caso, condicionar las posibilidades reales de ahorro en los caudales de suministro.
La implantación de circuitos cerrados para las aguas de refrigeración y el reciclaje de las de proceso constituyen los principales sistemas de ahorro de recursos hídricos en la industria.
El
uso de las membranas
Las tecnologías
basadas en el uso de membranas abren un campo muy extenso en todas sus variantes,
que van desde la microfiltración hasta la ósmosis inversa, para
reciclar agua limpia y productos hasta ahora contemplados como efluentes residuales.
La utilización de membranas en el tratamiento de efluentes persigue alguno de los tres objetivos siguientes:
— Concentrar la contaminación en un reducido volumen.
— Recuperar productos de alto valor económico.
— Recircular el agua.
Es importante señalar que las membranas no destruyen la contaminación, sino que permiten concentrarla en un pequeño volumen. Este concentrado a veces puede reutilizarse de nuevo. Otras veces se puede obtener de él una serie de subproductos de alto valor económico. Finalmente, el permeado suele tener una DBO baja, pudiendo reutilizarse en el proceso.
Algunas de las aplicaciones más interesantes de esta técnica son las siguientes:
A.
Circuitos de refrigeración semiabiertos
Las centrales
de producción de energía eléctrica, al igual que muchos
otros procesos industriales, deben ceder al foco frío grandes cantidades
de energía en forma de calor. El medio utilizado para esta transferencia
es habitualmente el agua de un circuito de refrigeración.
Los circuitos de refrigeración semiabiertos disponen de una torre en la que la mayor parte del agua se enfría gracias a la evaporación de una pequeña parte, cediendo el sistema calor a la atmósfera, que actúa así de foco frío. El agua evaporada se compensa aportando al circuito idéntico volumen de agua nueva.
Como el agua al evaporarse no arrastra consigo las sales disueltas, de persistir esta situación, las sales se irían acumulando en el circuito, llegando un momento en el que las corrosiones y/o precipitaciones serían enormes. Para evitar esta situación se purgan todas las sales que se aportan.
Con el fin de economizar la máxima cantidad de agua posible se concentra el agua de aporte tantas veces como lo permita su composición iónica y la resistencia a la corrosión de los materiales del circuito. Al mismo tiempo, con tal finalidad, y para cumplir con la legislación vigente, reduciendo el impacto ecológico que supondría el vertido de las aguas de alta salinidad de la purga del circuito, se procede a tratar éstas mediante ósmosis inversa.
Fig. 2. Esquema del proceso de recuperación de sales procedentes de los baños de recubrimiento. (Fuente: Fariñas, Manuel, Ósmosis inversa. Fundamentos, tecnología y aplicaciones, Aravaca, 1999)
Las aguas procedentes de las cubas de lavado, tal como se muestra en la figura 2, se envían hacia una ósmosis inversa que separa las sales arrastradas por un lado y el agua por otro. El rechazo de la ósmosis inversa se envía de nuevo a la cuba de recubrimiento y el permeado a la última cuba de lavado a contracorriente.
C.
Pintado por electrodeposición
El permeado
de la ultrafiltración es impulsado de nuevo hacia una ósmosis
inversa cuyo permeado es agua de alta pureza que se utiliza, junto con una pequeña
cantidad de agua desmineralizada de aporte, para el lavado final de la carrocería.
D.
Fabricación de fécula de patata
El ultrafiltrado
se envía de nuevo hacia una ósmosis inversa cuyo permeado presenta
una contaminación que puede tratarse en una planta convencional de aguas
residuales urbanas.
E.
Vinazas
El permeado
de la ósmosis inversa, que constituye el 90% del volumen inicial de las
vinazas, se envía hacia una columna de destilación que permite
recuperar el alcohol y otros productos nobles. El residuo de la columna de destilación
es agua con un bajo contenido en DBO que puede enviarse hacia una planta convencional
de aguas residuales urbanas.
F.
Tintado de fibras textiles
La utilización
de la ósmosis inversa y de la nanofiltración para el tratamiento
de los efluentes procedentes del tintado de fibras textiles permite por un lado
recircular aproximadamente el 95% de los productos químicos usados en
los baños de tintado y, por otro, reutilizar alrededor del 90% de las
aguas residuales generadas.
G.
Alpechines
Fig. 3. Esquema del proceso de tratamiento de los alpechines. (Fuente:
Fariñas, Manuel, Ósmosis inversa. Fundamentos, tecnología
y aplicaciones, Aravaca, 1999)
La utilización de una ósmosis inversa combinada con una ultrafiltración, tal como muestra la figura 3, permite, por un lado, recuperar de dichos efluentes una serie de productos de alto valor económico y, por otro, obtener un agua reutilizable o bien que cumpla con la legislación vigente sobre vertidos.
H.
Fabricación de catalizadores
La combinación
de una ultrafiltración y una ósmosis inversa permite recuperar
tanto la materia prima de fabricación como el agua del proceso, tal como
muestra la figura 4.
I.
Procesado de papel fotográfico
Los efluentes,
con un contenido en plata del orden de las 30 ppm, son enviados hacia unas membranas
de ósmosis inversa que presentan un rechazo medio del tiosulfato de plata
del 99,7%. El permeado es recirculado de nuevo al proceso.
El
ratio de reciclaje
La diferenciación
entre los caudales brutos o de utilización y los caudales de suministro,
derivada de la implantación de dichos sistemas, viene representada por
el ratio de reciclaje. Éste, se ha definido como el cociente entre ambos
caudales, pudiendo interpretarse, grosso modo, como el número de vueltas
o de utilizaciones del agua suministrada dentro de la planta.
En Cataluña, el ratio medio calculado para el conjunto de la industria muestra un ahorro en los caudales de suministro equivalente al 70% del caudal bruto o realmente utilizado en la producción, o lo que es lo mismo, que el caudal de suministro necesario para el abastecimiento a la industria sería, en ausencia de reciclaje, 3,4 veces superior al actual. En general, el ratio de reciclaje aumenta con el tamaño de la empresa.
Como ejemplos fuera de nuestro país, el conjunto de la industria de California incrementó el reciclaje de 6,7 a 8 vueltas en un período de nueve años, lo cual equivale a un crecimiento del 2% anual acumulativo en dicho período. La motivación de este incremento, según la Office of Recycling del Estado de California, fue probablemente el incremento del coste de las aguas de suministro y de vertido (cánones y control de vertidos). Asimismo, en la región británica de Severn-Trent, un fuerte incremento del coste del agua (un 18% anual) en un periodo de siete años dio lugar a la instalación de sistemas de ahorro en el 58% de las empresas.
La
demanda industrial
Se ha
definido la demanda como el agua que se utilizaría, en determinadas condiciones
de calidad y precio, para una correcta satisfacción de las necesidades
(sin déficit ni despilfarros) del uso al que se aplique.
Las necesidades brutas de agua industrial vienen determinadas por los distintos tipos de utilización de la misma dentro de la factoría (producción de vapor, agua de proceso, refrigeración, limpieza y uso humano), y son función del producto final elaborado y del sistema de fabricación adoptado para su obtención.
La posibilidad de incorporación al proceso productivo de sistemas de ahorro de caudales permite una importante capacidad de adaptación de la industria a situaciones cambiantes en la disponibilidad y coste de los recursos hídricos.
Fig.
4. Esquema del proceso de recuperación de la pasta de fabricación
de ciertos catalizadores. (Fuente: Fariñas, Manuel, Ósmosis
inversa. Fundamentos, tecnología y aplicaciones, Aravaca, 1999)
La implantación de circuitos cerrados para las aguas de refrigeración, de forma general, y el reciclaje de las aguas de proceso, constituyen hoy día los principales sistemas de ahorro de recursos empleados por la industria, con los que se han llegado a conseguir importantes reducciones en los caudales de suministro.
De esta manera, factores más o menos interrelacionados, como la disponibilidad de recursos (en calidad y cantidad), las exigencias en los vertidos, cánones, etc., que inciden directa o indirectamente en el coste del agua y en los costes de producción, dan lugar a variaciones significativas de la demanda industrial de agua.
— En la cuenca del Pirineo Oriental, con unos recursos hidráulicos cuantitativamente escasos, dichos factores han conducido en los últimos veinte años hacia el ahorro de los caudales de suministro.
Por otro lado, no cabe esperar que el aporte de nuevos recursos de agua a las áreas industriales de la cuenca con mayor problemática de abastecimiento pueda realizarse a un coste del agua inferior al actual; siendo previsible, en cualquier caso, un encarecimiento general en el conjunto de los costes actuales de suministro y vertido.
Por otra parte, con carácter general, la industria ha diversificado sus fuentes de suministro, según requiriese una mayor calidad (proceso, uso humano, etc.), o fuera admisible una mayor tolerancia (refrigeración, limpieza, etc.), conectándose a las redes urbanas o explotando captaciones propias, respectivamente. Así se ha llegado a que numerosas industrias disponen de redes separativas de suministro, como solución a los problemas de calidad/cantidad que tienen planteados.
Por otro lado, cabe destacar que aunque el reciclaje de las aguas de refrigeración es prácticamente generalizado, en la mayor parte de las agrupaciones de actividades consideradas, la recirculación de las aguas de proceso presenta mayores dificultades, como en el caso de la industria alimentaria, que presenta menores posibilidades debido a la incorporación de los caudales al producto final elaborado.
Puede, por tanto, concluirse que las industrias en cualquier caso ajustan el volumen de agua que necesitan en función de la calidad y el precio del recurso; es decir, no se producen desfases duraderos entre el uso industrial y la demanda industrial del agua. Sí se pueden producir, en cambio, diferencias de mayor persistencia entre el volumen demandado y el recurso disponible, las cuales originan los déficit que deben ser satisfechos con la asignación de recursos suficientes en cantidad y calidad y con niveles adecuados de garantía y costes.
En definitiva, las dotaciones de demanda, o volúmenes que se utilizarían en condiciones determinadas de calidad y precio, no deben fijarse en general superiores a los usos unitarios o volúmenes que realmente se utilizan.
— A nivel estatal, las demandas previstas por el Plan Hidrológico Nacional pueden observarse en las tablas 3 y 4, pertenecientes al «Libro Blanco del Agua en España»:
La
tabla 3 refleja las demandas actuales correspondientes a los usos urbanos, industriales,
agrícolas y de refrigeración, de acuerdo con los datos de los
Planes Hidrológicos de cuenca. En estas cifras se considera incluido
un ahorro del 5% por mejora de infraestructuras y eliminación de pérdidas.
La demanda industrial independiente corresponde a industrias no conectadas a las redes de distribución municipales y supone (tabla 4) casi 1.650 hm3/año actualmente, lo cual representa cerca del 5% del total de demandas consuntivas. Los retornos son variables según el tipo de industria, tanto en cantidad como en calidad, y su distribución a lo largo del año suele ser próxima a la uniformidad. Los crecimientos que se indican en la tabla 4 se corresponden con las propuestas de las Confederaciones Hidrográficas y de las administraciones hidráulicas de la Generalitat de Catalunya, de Galicia, de Baleares y de Canarias. La posibilidad de prever el número y tipo de las industrias que se instalarán en cada cuenca y en cada período es escasa, lo que explica la dispersión de los datos por cuencas. El crecimiento global sería del 25% al cabo de los veinte años analizados.
Las captaciones superficiales industriales y el medio ambiente
La
construcción de cualquier industria que disponga de una captación
superficial modifica de una manera u otra el entorno que la envuelve.
En general, el impacto sobre el medio ambiente se puede resumir en los siguientes puntos:
— Talas de árboles y movimientos de tierra necesarios para su construcción.
— Detrimento de parte del caudal del cauce del río con consecuencias para la vida vegetal y animal.
— Obstáculo para la migración de determinadas especies piscícolas.
— Emisión de aguas residuales y gases.
— Impacto visual y sonoro.
— Posible incidencia sobre zonas de especial protección natural.
No obstante, diversas medidas correctoras permiten atenuar y/o minimizar el impacto ambiental:
— Las normativas y regulaciones que obligan a garantizar un mínimo caudal ecológico y permiten mantener la vida animal y vegetal existente antes de la construcción de la industria.
— La reforestación de las zonas afectadas, el cubrimiento total o parcial de los canales de conducción o la siembra de especies vegetales para evitar la erosión del terreno.
— La tecnología ha evolucionado suficientemente para garantizar la eficacia de las escaleras de peces como sistema para permitir la migración de las especies río arriba.
— La construcción de las edificaciones de acuerdo con la tipología arquitectónica de la zona contribuye a la integración de la industria en el entorno natural.
— La insonorización de los centros de motores y la depuración de los vertidos líquidos y gaseosos permiten corregir estos impactos sobre el medio ambiente.
A modo de conclusión cabe resaltar la importancia del ahorro de agua en la industria. Para ello, es indispensable que los actores que intervienen en este campo lo tengan muy presente:
— Las industrias implantando un sistema integral de gestión del agua que comprenda la evaluación/diagnóstico de la situación actual, la instalación de sistemas de medida, el establecimiento de objetivos de consumo, y políticas de optimización del uso y vertido.
— Las Administraciones estableciendo programas de ahorro del agua en la industria que pongan de manifiesto la importancia del agua como un bien asociado a un coste económico relevante, que fomenten la implantación de las mejores tecnologías disponibles para minimizar tanto el consumo del agua como la carga contaminante de los efluentes y que promuevan inversiones para mejorar el medio ambiente. n
Bibliografía
– Gestió de l’aigua a la indústria: estalvi i depuració, Barcelona, Institut Català d’Energia, Generalitat de Catalunya, 1994.
– Soler, M.A. y otros, Terrassa, Grupo de Tecnología del Agua, Universidad Politécnica de Cataluña, 1999.
– Fariñas, Manuel, Ósmosis inversa. Fundamentos, tecnología y aplicaciones, Aravaca, Antonio García Brage, 1999.
– Plan Hidrológico de las Cuencas Internas de Cataluña, Barcelona, Direcció General de Política Hidràulica, Generalitat de Catalunya, 1994.
– Libro Blanco del Agua en España, Madrid, Ministerio de Medio Ambiente, 1998.
B.
Tratamiento de superficies