Las aguas residuales generadas en las industrias farmacéutica y cosmética son vistas como un reto ambiental y económico. Sin embargo, si se utilizan tecnologías avanzadas de tratamiento de efluentes, como la evaporación industrial, estas aguas pueden convertirse en una fuente de recursos. Para las industrias que externalizan la gestión de sus efluentes industriales, el uso de la evaporación al vacío ofrece una alternativa económica y sostenible. Gracias a esta tecnología, se puede no solo recuperar agua para su reutilización, sino también recuperar valiosas materias primas como proteínas, glicoles o desinfectantes.
Tecnología de evaporación en el tratamiento de efluentes industriales
La evaporación industrial es una tecnología con una larga trayectoria en el tratamiento de aguas residuales. Aunque anteriormente ha sido descartada por los altos costes de operación, los avances han hecho que esta tecnología se vuelva cada vez más atractiva. La presión medioambiental, el aumento de los costes asociados con la captación y el vertido del agua, junto con las mejoras en la eficiencia energética, han transformado la evaporación al vacío en una solución viable para muchas industrias.
La externalización de la gestión de residuos líquidos industriales ha implicado procesos costosos como la incineración o un tratamiento químico complejo. La evaporación es una alternativa más rentable y respetuosa con el medio ambiente que reduce el volumen de los efluentes hasta en un 90%, lo que supone un importante ahorro de costes de operación, pudiendo llegar a ser de hasta un 80%. Además, esta tecnología permite recuperar el destilado para su reutilización, con el consiguiente ahorro en la factura del agua y en algunos casos, la recuperación de materias primas como puede ser API, desinfectantes, proteínas o glicoles.
La evaporación de aguas residuales consiste en convertir el agua en vapor mediante el uso de calor para superar el calor latente de la evaporación. El vapor se condensa y se producen dos corrientes: por un lado, el destilado, que es de alta calidad y apto para su reutilización y por otro lado el concentrado, que puede llegar a suponer una décima parte del volumen original tratado. Por lo tanto, la factura del coste de gestión externa se puede llegar a reducir hasta un 90%. Para calcular el OPEX del equipo, habría que sumar los costes eléctricos, de mantenimiento y limpieza del evaporador. Como se ha indicado anteriormente, el cómputo global puede llegar a suponer un ahorro que puede llegar a ser de hasta un 80% de los costes de operación.
Para que este proceso de evaporación funcione, el agua debe alcanzar su punto de ebullición, es decir 100ºC a presión atmosférica. Esta temperatura puede descomponer muchos ingredientes farmacéuticos y cosméticos. Los evaporadores de bomba de calor de última generación funcionan al vacío, lo que significa que el punto de ebullición está en torno a 30-40°C, lo que posibilita la recuperación en el concentrado de materias primas sensibles al calor. Estos evaporadores utilizan un circuito refrigerante accionado por compresor para extraer el calor latente del vapor de agua, que lo condensa, y luego lo transfiere al líquido para evaporarlo. Esta es una forma altamente eficiente de recuperar el calor latente y significa que se requiere muy poco calor adicional para el proceso. Cualquier calor adicional que se requiera puede ser proporcionado por un calentador eléctrico interno o un suministro externo de agua caliente. El resultado es un proceso que utiliza unos 0,15-0,18 kWh por litro de destilado.
Tipos de evaporadores industriales
Existen diferentes tipos de evaporadores industriales diseñados para optimizar el tratamiento de efluentes industriales según las necesidades específicas de cada planta:
- Evaporación mediante agua caliente/fría: Estos equipos necesitan un aporte de agua caliente/fría para el proceso de evaporación de aguas residuales con alto contenido de sólidos disueltos. Están diseñados para minimizar la producción de incrustaciones y ensuciamiento, manteniendo una alta eficiencia.
- Evaporación al vacío por compresión mecánica del vapor: Utilizan el calor latente del vapor condensado para calentar el líquido a evaporar. Esta tecnología es altamente eficiente y permite un considerable ahorro energético, al reutilizar el propio vapor generado en el proceso.
Caso estudio en la Industria Farmacéutica
Una destacada empresa italiana especializada en la fabricación de membranas de polisulfona enfrentaba la necesidad de tratar aguas residuales contaminadas con N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP), un solvente orgánico peligroso. La solución adoptada fue un sistema de evaporación al vacío de doble paso para el tratamiento de 50 t/d. El concentrado del primer equipo -que se trataba de un evaporador de recompresión mecánica del vapor y circulación forzada- se trataba nuevamente con un evaporador de agua caliente/fría y circulación forzada, dando como resultado un concentrado final de 0,6 t/d. El destilado obtenido fue de 49,4 t/d que se reutilizaba en el proceso de concentrado, mientras que el concentrado.
Este sistema permitió recuperar el NMP del concentrado, reduciendo los costes externos de disposición en un 98% y logrando un retorno de la inversión de tan solo 5 meses.
El rendimiento de la planta se resume en la tabla:
Caso estudio en la Industria Cosmética
Para entender mejor la diferencia entre dos formas de evaporación, pondremos el caso real de una multinacional italiana del sector cosmético, fabricante de productos para el cuidado del cabello. La fábrica, que trabaja 24 horas al día durante seis días a la semana, produce 36 t/d de aguas residuales, con una DQO superior a 50.000 mg/l.
Originariamente, esta industria trataba las aguas residuales con un biorreactor de membrana (MBR) que producía un efluente de alta calidad. A continuación, este efluente se enviaba a una planta de ósmosis inversa para su recuperación. La cantidad de lodos producida por el MBR era de 0,5 t/d aproximadamente.
Los objetivos globales de sostenibilidad de la empresa establecieron la necesidad de reducir el consumo de agua y materias primas, lo que llevó a esta compañía a buscar soluciones.
Inicialmente, instalaron un pequeño evaporador de bomba de calor para concentrar las aguas residuales de alta densidad. Esto fue tan exitoso que decidieron ver qué otra tecnología de evaporación podría implementarse.
Después de una auditoría in-situ y la caracterización de las aguas residuales, los ingenieros de Veolia Water Technologies desarrollaron un esquema que utiliza dos etapas de evaporación. La primera etapa utiliza un evaporador de recompresión mecánica del vapor para tratar 30 t/d de aguas residuales diluidas, que producen 24 t/d de destilado y 6 t/d de concentrado. Este concentrado se mezcla con otras 6 t/d de residuos del proceso y se envía a un segundo evaporador con rasqueta que utiliza agua fría y caliente del ciclo combinado de la planta. Este segundo evaporador produce un 8,5 t/d adicionales de destilado y reduce el concentrado a tan sólo 3,5 t/d, que se envía a gestión externa para la incineración. El rendimiento de la planta se resume en la tabla:
Las 34,5 t/d de destilado que se obtienen de los dos evaporadores se tratan en el biorreactor de membrana (MBR), reduciendo la producción de lodos de 500 kg/d a menos de 20 kg/día y, además, se obtiene un efluente final de mayor calidad como resultado de una menor carga de DQO en cabecera de la EDAR.
Los evaporadores industriales permitieron recuperar un 96% de las aguas residuales para su reutilización, y la reducción de los costes de gestión externa en un 75%, lo que permitió un retorno de la inversión en menos de un año.
Conclusiones
La a evaporación industrial se está consolidando como una de las tecnologías más eficientes y sostenibles para el tratamiento de efluentes industriales. Permite reducir tanto los costes operativos como la huella hídrica, a la vez que recupera recursos valiosos.
Los evaporadores al vacío industriales EVALED™ de Veolia Water Technologies son una excelente opción para optimizar el tratamiento de aguas residuales en la industria farmacéutica y cosmética. Cuentan con más de 3.000 instalaciones en el mundo y más de 4 décadas de experiencia en evaporación.
