Gestión eficiente y eficaz de los flujos de aguas residuales de centrales eléctricas

En blogs anteriores, hemos analizado cuestiones generales a las que se enfrentan las industrias en relación con sus necesidades de tratamiento de agua y efluentes. En este blog, analizaremos más detenidamente el sector energético, ya que la generación de energía térmica es uno de los mayores «consumidores» de agua en los Estados Unidos, responsable de alrededor del 41 % del consumo diario de agua. Esto hace que los recursos hídricos limitados y la sequía sean un reto aún mayor para esta industria, un reto que se ve agravado por las normativas cada vez más estrictas sobre el vertido de efluentes.

Hay tres corrientes principales en la industria energética que requieren tratamiento:

• alimentación/reposición de calderas: requiere agua de alta calidad (agua ultrapura) y se trata para eliminar casi todos los sólidos disueltos, controlar la alcalinidad, prevenir la formación de incrustaciones, corregir el pH y controlar la conductividad.
• Recarga de la torre de refrigeración: el agua se añade al sistema de la torre de refrigeración de forma regular para reemplazar el agua perdida por evaporación, deriva y purga, y para mantener un funcionamiento óptimo del sistema y el control del proceso.
• Recarga de la torre de refrigeración: el agua se añade al sistema de la torre de refrigeración de forma regular para reemplazar el agua perdida por evaporación, deriva y purga, y para mantener un funcionamiento óptimo del sistema y el control del proceso. Las aguas residuales de la purga de la torre de refrigeración (CTBD) requieren un tratamiento en plantas que utilizan refrigeración por recirculación, especialmente para reutilizar el agua y cumplir con la normativa.

Analizaremos más detenidamente el tratamiento de estas secuencias.

Como se ha mencionado anteriormente, las centrales eléctricas también se ven afectadas por unas normas sobre vertidos cada vez más estrictas. En septiembre de 2015, la EPA de EE. UU. aprobó una nueva normativa sobre vertidos de aguas residuales de centrales eléctricas, aplicable a todas las centrales eléctricas de vapor con una capacidad superior a 50 MW (fuente: EPA). Al igual que en otros sectores que hemos analizado, la necesidad de cumplir con la normativa es uno de los principales impulsores de la búsqueda de nuevas tecnologías.

Figura 1: funcionamiento de una central térmica típica, en el que se muestran los tres flujos principales de agua.

Tratamientos típicos de aguas residuales de centrales eléctricas

Agua de alimentación/reposición de la caldera

La calidad del agua de alimentación de la caldera tiene un efecto directo en la calidad del vapor producido, y un tratamiento adecuado del agua de alimentación de la caldera ayuda a preservar la calidad del vapor, la eficiencia de la caldera y el equipo. Existe un consenso generalizado sobre la necesidad de un tratamiento avanzado del agua de alimentación de las calderas, ya que se requiere agua de muy alta calidad para un funcionamiento adecuado y eficiente. Además, los fabricantes de calderas suelen indicar claramente los parámetros del agua. La falta de un tratamiento adecuado podría dar lugar a vapor de baja calidad, menores niveles de eficiencia de la caldera o una parada completa. Muchas paradas de calderas se deben a un tratamiento deficiente del agua de alimentación, y la calidad de esta tiene un impacto directo en la calidad del vapor. El tratamiento del agua de alimentación de las calderas depende de la fuente de agua de alimentación y, por lo general, incluye etapas de filtración, ósmosis inversa y una etapa final de lechos mixtos (MB), electrodesionización (EDI) o intercambiadores de iones (IX). La figura 2 muestra los procesos típicos para el tratamiento del agua de alimentación/reposición de calderas, en función del origen del agua.

Figura 2: trenes de tratamiento típicos para el tratamiento de alimentación/reposición de calderas

Composición de la torre de refrigeración

En su mayor parte, las torres de enfriamiento son más tolerantes que las calderas en cuanto al agua de reposición que pueden soportar. Tradicionalmente, las fuentes de agua comunes para la recarga de torres de refrigeración son el agua de pozo, el agua superficial, el agua de mar, etc. Sin embargo, a medida que estas fuentes se vuelven más escasas, las centrales eléctricas están buscando fuentes alternativas, como las aguas residuales municipales, que requieren un tratamiento más avanzado.

Dos de las consideraciones principales aquí son «lo que entra, sale» y los gastos operativos de sus instalaciones. Puede utilizar productos químicos en el agua de alimentación antes de que entre en la torre de refrigeración. Sin embargo, esto conlleva una serie de problemas que deben abordarse, como la manipulación de materiales peligrosos, el transporte y el almacenamiento de productos químicos, etc. Por lo tanto, es posible que ahorre en el tratamiento del agua que entra, pero que el tratamiento de la purga de la torre de refrigeración resulte más complejo y costoso.

No hay duda de que el uso de agua tratada para la reposición minimiza el mantenimiento de la torre de refrigeración y ofrece importantes ventajas. Al igual que con todos los sistemas de tratamiento de agua, el tratamiento del agua de reposición de las torres de refrigeración depende en gran medida de la fuente de agua y puede incluir ultrafiltración, carbón activado, filtración multimedia, ósmosis inversa, ósmosis inversa en circuito cerrado, ablandamiento por intercambio iónico, electrodialisis inversa y acondicionamiento químico.

Purgado de la torre de refrigeración

Probablemente se trate de la corriente más compleja de tratar en las operaciones de la industria energética. Cuando el agua se evapora de la torre, los sólidos disueltos (como calcio, magnesio, cloruro y sílice) permanecen en el agua recirculante, y la concentración de estos sólidos disueltos aumenta a medida que se evapora más agua.

Si la concentración es demasiado alta, los sólidos pueden provocar la formación de incrustaciones en la torre de refrigeración y también pueden causar problemas de corrosión. Esto se conoce como ciclo de concentración, y cuantos más ciclos haya antes de la purga, menor será el consumo de agua y el volumen de residuos generados. Sin embargo, los ciclos de concentración no pueden aumentarse indefinidamente, ya que los riesgos de corrosión y formación de incrustaciones en el interior de la torre de refrigeración se vuelven demasiado difíciles de controlar.

Además, se llega a un punto en el que esta concentración ya no es eficiente. La concentración de sólidos disueltos se controla eliminando una parte del agua altamente concentrada y sustituyéndola por agua de reposición fresca. La supervisión y el control cuidadosos de la cantidad de purga reducen la cantidad de agua y purga, pero sigue habiendo un flujo de purga considerable que tratar, con una química muy compleja. Con la creciente escasez de agua y las normativas cada vez más estrictas para el tratamiento de aguas residuales de las centrales eléctricas, se están desarrollando continuamente tecnologías de alta eficiencia para satisfacer las necesidades de la industria en este ámbito. Los tratamientos pertinentes de las aguas residuales de las centrales eléctricas pueden incluir la eliminación selectiva de contaminantes específicos, como iones incrustantes o cloruros, hasta la recuperación total o el tratamiento con descarga cero de líquidos para producir un volumen reducido de salmuera o incluso sólidos.

La oferta de tecnologías del agua de IDE para la industria energética

Entre 2000 y 2009, la mayoría de las centrales eléctricas dependían del agua superficial para satisfacer sus necesidades hídricas. Sin embargo, en la última década se ha producido un descenso en el uso de aguas superficiales y un aumento de más del 100 % en el uso de agua regenerada. Junto con esto, también hemos observado un aumento significativo en el uso de tratamientos avanzados de agua en el sector energético, no solo debido a la necesidad de cumplir con la normativa, sino también a la disminución de la calidad del agua de alimentación.

Figura 3: aumento del uso de tratamientos avanzados de agua en centrales eléctricas de EE. UU.

Con más de medio siglo de experiencia en desalación y tratamiento de agua, IDE puede ofrecer soluciones eficientes y rentables para tratar el agua y las corrientes de aguas residuales en la central eléctrica. Ofrecemos sistemas avanzados de tratamiento de agua que «se comunican entre sí», desde el agua ultrapura necesaria para alimentar las calderas, pasando por la reposición de las torres de refrigeración, hasta llegar al complejo flujo de purga de las torres de refrigeración. Ya sea que necesite filtración primaria o un pretratamiento más robusto, RO y una etapa de pulido de MBR o EDI, ofrecemos soluciones integrales que maximizan la eficiencia de su planta y cumplen con todos los requisitos reglamentarios.

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La guinda del pastel

Dado que la composición química del agua de purga de las torres de refrigeración es especialmente compleja, el tratamiento de este flujo con sistemas convencionales plantea retos específicos, como unos altos costes operativos y la imposibilidad de alcanzar una alta recuperación. Nuestra tecnología del desalador MAXH2O nos permite ayudarle a superar estas barreras, haciendo posible el tratamiento y la reutilización del flujo de purga de forma rentable y con altas tasas de recuperación. Esto permite ciclos continuos a través del sistema de ósmosis inversa hasta que se alcanza la presión osmótica máxima de la salmuera.

Póngase en contacto con IDE Water Technologies y permítanos ayudarle con el tratamiento de aguas residuales industriales y el tratamiento de corrientes de agua de manera eficiente y eficaz, cumpliendo con los requisitos reglamentarios y maximizando la disponibilidad de la planta.