Raúl Moliner: Problemática de las aguas en la industria cerámica

Jornada Prevención de la Legionelosis en el sector cerámico
Problemática de las aguas
en la industria cerámica
Raúl Moliner Salvador
Responsable del Área de Comercialización,
Instituto de Tecnología Cerámica (AICE –ITC)

índice
1. Introducción
2. Estrategia de gestión de las aguas
3. Usos y Consumos
4. Reciclado de aguas
5. Sistemas de tratamiento de aguas
residuales
6. Nuevas líneas

01
Introducción
Recurso natural limitado
Escaso en muchas
regiones
Necesario en
muchos sectores
industriales
Necesario
investigar para
mejorar la gestión
actual de las aguas

01
Introducción
Subsectores de la industria cerámica
Baldosas cerámicas
Productos
arcilla cocidaSanitarios
Refractarios
Fritas
esmaltes y colores
Materias primas

01
Introducción
Sector de las fritas y esmaltes
... en 2017:
3861
trabajadores
1322 M€
ventas
385 M€
consumo doméstico
936 M€
Exportación, más del 70% del total
(Datos ANFFECC)
26
empresas
Muchas de las cuales están
localizadas en Castellón

01
Introducción
Sector de baldosas cerámica
... en 2017:
15600
trabajadores
Sólo 25 tienen más de 250
empleados. Muchas tienen
menos de 50
530
millones de m2
de producción
3.510 M€
millones de exportación a 187
países
(Datos ASCER)
más de180
empresas
81% de las cuales están
localizadas en Castellón y
concentran el 94% de la
producción Española

02
Estrategia de
gestión de las
aguas

02
Estrategia de gestión de aguas
Acciones
Concienciar al personal
Actuar sobre el circuito de agua: válvulas y presión
Minimizar los cambios del modelo en línea
Utilizar sistemas de aplicación en seco
Sustituir elementos de limpieza vía húmeda
Sustitución de equipos obsoletos

02
Estrategia de gestión de aguas
Proceso productivo
Intervención sobre el ciclo productivo
Reciclado
Necesidad
de depurar
Necesidad
de depurar
SiNo
Si Si
No
DepuraciónDepuración
Residuos de depuración
Gestión de residuos
Reciclado
total
No
VertidoVertido Vertido
Si
No

Como fluido para intercambio de calor y retención de partículas en
sistemas de depuración de efluentes gaseosos
Usos del agua
Como agente de limpieza
Como materia prima (agua limpia de pozo y agua residual)
Usos y Consumos
03

03
Usos y Consumos
Fritas cerámicas
Refrigeración Hornos de fritado 8-25 l/kg de frita

03
Materia prima
Preparación de pastas
Preparación de esmaltes
Vía seca
Vía húmeda
0,8-1,5 l/m²
8-14 l/m²
0,4-0,6 l/m²
Refrigeración Pulido y biselado 800-2000 l/m²
Limpieza
Preparación de pastas (v.h.)
Preparación y aplicación de esmaltes
1-2 l/m²
5-15 l/m²
Usos y Consumos
Baldosas cerámicas

03
PROCESO
C N A V
R
E
V Agua vertida
E Agua evaporadaP Necesidad de agua
R Agua residual reciclada
N Consumo de agua
A Total de agua residual del proceso
Usos y Consumos
Baldosas cerámicas
Balance hídrico simplificado

03
Usos y Consumos
Baldosas cerámicas
E=10-20
Proceso
R=55-75
V=15-25N=100C=25-45
Vía seca (Bicocción ciclo completo)
Vía húmeda (Plantas con atomizador, ciclo completo)
E=45-55
Proceso
R=45-55
V=0N=100C=45-55
Ejemplos de balances hídricos

03
Usos y Consumos
Baldosas cerámicas
Ejemplos de balances hídricos
E=85-90
Proceso
R=10-15
V=0N=100C=90
Plantas de atomización (Fabricación de atomizado)
E=5-10
Proceso
R=65-80
V=15-25N=100C=20-35
Plantas de fabricación de baldosas (sin preparación de materias primas)

04
Reciclado de aguas
Requisitos cualitativos del agua reciclada
Fase del proceso
Operaciones
principales
Requisitos de calidad
del agua utilizada
Preparación
materias primas del
soporte
Molienda vía seca-
humectación
Molienda vía húmeda
Secado por pulverización
(Atomización)
Tolerables concentraciones elevadas de
materiales en suspensión y en
disolución
Comprobaciones: reología de la
barbotina (en el caso de molienda en
húmedo) y aparición de eflorescencias.
Preparación de
esmaltes y
esmaltado
Molienda
Se toleran cantidades muy bajas de
materiales en suspensión y pequeñas
proporciones de materia orgánica en
disolución.
Fusión de fritas Enfriamiento
Agua de enfriamiento (circuito cerrado +
adición de agua limpia)
Producción de
colorantes y
compuestos
Molienda de óxidos
Secado por pulverización
(Atomización)
Se toleran proporciones muy bajas de
materiales en suspensión y en
disolución.

04
Reciclado de aguas
Composición de aguas residuales cerámicas
Sólidos en suspensión: arcillas, partículas de fritas, silicatos y compuestos
insolubles en general
Aniones en solución: sulfatos, cloruros, fluoruros…
Compuestos de boro en cantidades variables
Trazas de materia orgánica: vehículos serigráficos, y colas utilizadas en la
operación de esmaltado

Aguas residuales
Reciclado
directo
Tratamiento de
depuración
Limpieza
Reciclado de aguas
Situación actual
04

Reciclado de aguas
Reciclado interno: Tratamiento físico
BalsasBalsas
de homogeneizacide homogeneizacióónn
Aguas residualesAguas residuales SedimentadorSedimentador
AguaAgua
clarificadaclarificada
Balsa de agua clarificadaBalsa de agua clarificada
Balsas de cargaBalsas de carga
(Densidad controlada)(Densidad controlada)
ProcesoProceso
-- F. V. HF. V. H
-- ETC.ETC.
MoliendaMolienda
de pastasde pastas AtomizadorAtomizadorBalsaBalsa
FangoFangoAgua sin tratarAgua sin tratar
BalsasBalsas
AguaAgua
ProcesoProceso
-- F. V. HF. V. H
-- ETC.ETC.
MoliendaMolienda
BalsasBalsas
AguaAgua
ProcesoProceso
-- F. V. HF. V. H
-- ETC.ETC.
MoliendaMolienda
04

Reciclado de aguas
Reciclado externo: Transporte
04
VENTAJAS INCONVENIENTES
• Sencillez
• Gran renovación de agua residual
• Gestión externa del fango
• Se evita “el problema del boro”
Coste transporte elevado
Escasa valorización del fango

05
Sistemas de
tratamiento de
aguas residuales

Sistemas de tratamiento de aguas residuales
Clasificación de los procesos
05

05
Etapas del proceso de tratamiento físico-químico
1 Homogeneización
2 Aireación
3 Sedimentación
4 Acciones químicas:
Coagulación. Floculación
Neutralización
Precipitación química

05 Funciones de la Homogeneización
Disponer de un caudal de agua a tratar constante
Conseguir uniformizar las características del agua a tratar
Mejorar el rendimiento de depuración
Actuar como sistema de acopio de agua (pulmón)
Homogeneización

Homogeneización
05
Conocer el régimen productivo de la planta de generación de aguas
y, en caso de reciclado el de la planta de recepción:
Balance hídrico
Previsión de posibles anomalías
El volumen de las balsas se calcula para acumular las aguas:
En instalaciones con depuradora: 1-3 d
En instalaciones sin depuradora (reciclado directo): 2-5 d
Principios básicos de la homogeneización

Aireación
05
Funciones de la Aireación
Oxidación de compuestos inorgánicos y orgánicos
Eliminación de sulfuros
Eliminación de compuestos volátiles disueltos
Mezclado y generación de turbulencias
Eliminación de Fe y Mn por formación de compuestos insolubles
Aportar oxígeno en procesos biológicos aerobios

Aireación
05
Proceso de transferencia gas-líquido controlado por la transferencia
de materia: el oxígeno es poco soluble en el agua
Variables más importantes:
La superficie de contacto aire/agua: tamaño de gota o burbuja
Tiempo de contacto: altura o profundidad
Concentración de saturación: T, P, Salinidad del agua
Principios básicos de la aireación

Aireación
05 Aireación: equipos industriales
Criterio de diseño en la industria cerámica (valores típicos):
Caudal de aire: 1-5 (m3/h de aire) /m3 de balsa
Los equipos de aireación se dividen en dos grandes tipos básicos:
Dispersan el aire en el agua en forma de burbujas
Ejemplos: difusores de burbuja fina o gruesa, efecto Venturi,...
Dispersan el agua en el aire en forma de gotas o porciones mayores.
Ejemplos: agitadores superficiales, cascadas de agua,...

Aireación
05
Turbina
Motor
Acoplamiento
Reductor
Manguito de
acoplamiento
Eje de transmisión
Aireación: equipos industriales
Agitadores superficiales

Aireación
05
Fuente de O2 o de aire
comprimido
Difusores porosos
placas o tubos
Aireación: equipos industriales
Difusores de burbuja fina

Aireación
05 Aireación
Ventajas
Es un proceso relativamente económico
No introduce compuestos que modifiquen la reología de suspensiones
Amplio uso y fácil manejo
Desventajas
Necesita tiempos de residencia largos
Su efectividad es limitada

Sedimentación
05 Funciones de la sedimentación
Separación sólido-líquido en la que las partículas sólidas suspendidas
en un líquido se separan por acción de la gravedad
En el tratamiento de aguas se distingue entre:
Sedimentación primaria: operación sin adición de reactivos químicos
Sedimentación secundaria: operación realizada tras:
la adición de reactivos químicos
de un tratamiento biológico

Sedimentación
05
Agua bruta
Agua tratada
Vaciado de lodos
Sedimentadores estáticos. Sedimentador cilíndrico-cónico

Sedimentación
05
Salida
agua decantada
Mezclador
Entrada
agua sucia
Decantador
Purga
Floculador
Salida
de fangos
Sedimentadores estáticos. Sedimentador de lamelas

Sedimentación
05
Mecanismo de la coagulación
Desestabilización de partículas coloidales especialmente por neutralización
de cargas
Sistema
coloidal disperso
Coagulación

Sedimentación
05 Mecanismo de la floculación
Aglomeración de materia coloidal desestabilizada y/o de materiales
finos en suspensión al ponerse en contactos unas con otras para
formas flóculos
Centros activos
Floculante
Partículas en suspensión desestabilizadas

Sedimentación
05 Función de la coagulación floculación
Las finalidad de esta operación es desestabilizar las suspensiones
coloidales y producir la aglomeración de partículas
Este tratamiento permite:
Eliminar partículas coloidales cuya estabilidad hace que no se eliminen
por sedimentación convencional
Aumentar la velocidad de sedimentación de partículas mediante su
aglomeración

Sedimentación
05 Proceso de coagulación floculación
Desestabilización coloidal Generación y crecimiento
de flóculo

Sedimentación
05
120
100
80
60
40
20
0
10-3 10-2 10-1 1 10 102
Dosificación de reactivo (mg/L)
Turbidezresidualrelativa(%)
Coagulación floculación dosificación de reactivos

Sedimentación
05 Valores típicos en instalaciones cerámicas
Coagulación:
Reactivos: sales de aluminio, de hierro,...
Dosificación: 50-500 mg/L
Agitación rápida: >100 rpm
Tiempo de residencia corto (segundos)
Floculación:
Reactivos: sílice activada, alginatos, poliacrilamidas, etc..
Dosificación: 0.5-5 mg/L
Agitación lenta: < 100 rpm
Tiempo de residencia mayor (minutos)

Sedimentación
05
Ácido
o
base
Controlador de pH
Efluente
Funciones:
Optimizar la eficacia de los
coagulantes y floculantes
Precipitación química de especies
Ajuste final del pH
Reactivos:
Sosa cáustica, Cal
Acido sulfúrico, clorhídrico
Neutralización

Tratamiento físico-químico con sedimentación
primaria
05
a b c
Homogeneización
y/o aireación
Coagulación
Floculación
NeutralizaciónSed. primaria
Fangos Fangos
Entrada de agua residual
Salida de agua depurada
Clarificación
ó
Sed. secundaria
Balsa de recepción

Tratamientos terciarios
05
Filtración
Cloración
Intercambio iónico
Ósmosis inversa

Nuevas líneas
05
Nanofiltración para la eliminación del boro en aguas residuales y
el ablandamiento de aguas de proceso
Elaboración de membranas cerámicas low-cost
Ahorro energético mediante la geotermia somera

¡Gracias por su atención!
Contacto: rmoliner@itc.uji.es

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