Por Gerard J. Lynch, PE
La filtración, un elemento básico de los sistemas de tratamiento de agua y aguas residuales, ha sido durante mucho tiempo una herramienta para ayudar a mejorar la calidad del agua. Los textos antiguos describen prácticas para purificar el agua para beber, incluida su filtración a través de arena y grava, principalmente para mejorar su sabor. A lo largo de los siglos, la filtración con arena se convirtió en un proceso importante y es una de las muchas técnicas de filtración que todavía se utilizan en la actualidad. El médico griego Hipócrates (c. 460 – c. 370 AC) también jugó un papel importante en el avance de la tecnología de filtración. Se le atribuye haber inventado un filtro de bolsa crudo (también conocido como manga hipocrática) para purificar el agua utilizada para sus pacientes. Por supuesto, los filtros de mangas también se utilizan como parte de algunos sistemas de tratamiento de agua, aunque de una forma mucho más avanzada.
Hoy en día, la filtración se utiliza no solo para el agua potable, sino también por la industria para eliminar y concentrar los sólidos suspendidos y otros contaminantes del agua o de la corriente de aguas residuales. Como señaló la Sociedad Estadounidense de Filtración y Separaciones, la filtración juega un papel clave en las industrias que afectan todos los aspectos de nuestras vidas: “Las industrias modernas que son posibles, al menos en parte, por la tecnología de filtración y separación incluyen: automotriz, aeroespacial, productos químicos, productos farmacéuticos y diagnósticos, dispositivos médicos, electrónica de consumo, alimentos y bebidas, pulpa y papel, petróleo y gas, generación de energía en procesos de escala de baterías y servicios públicos, y tecnologías ambientales que proporcionan aire limpio, agua potable pura y tratamiento de aguas residuales ”.
Los filtros modernos ayudan a abordar la necesidad de las industrias de contar con soluciones nuevas y mejores para la eliminación de aguas residuales, la reutilización y el reciclaje del agua, así como la recuperación de productos valiosos de corrientes de aguas residuales no peligrosas. Además, desempeñan un papel importante en el tratamiento del agua para los procesos de fabricación y en la protección de los equipos industriales y comerciales al eliminar los contaminantes que podrían dañarlos o provocar un mal funcionamiento. Las empresas comerciales, desde hoteles hasta restaurantes, también utilizan la filtración para una variedad de aplicaciones.
El agua y la industria de alimentos y bebidas
Un ejemplo es la industria de alimentos y bebidas, uno de los mayores usuarios industriales y comerciales de agua en todo el mundo. Además, es una industria en la que la tecnología avanzada de filtración y separación juega un papel fundamental en todas sus operaciones. Según GWI WaterData, la demanda volumétrica global para la industria de alimentos y bebidas fue de 84.80 mil millones de metros cúbicos de agua en 2019; Se espera que este número aumente a 91.70 mil millones de metros cúbicos en 2025. Como resultado, la industria de alimentos y bebidas se enfrenta a la descarga de grandes volúmenes de aguas residuales que generalmente requieren un tratamiento previo para su reutilización o para garantizar el cumplimiento de las regulaciones de descarga industrial. Los límites de descarga para las empresas de alimentos y bebidas generalmente se pueden aplicar al pH, grasas-aceites-lubricantes (FOG, por sus siglas en inglés), sólidos suspendidos totales (SST), demanda bioquímica de oxígeno (DBO), sólidos disueltos totales (SDT) y demanda química de oxígeno (DQO).
La filtración avanzada en acción
Las empresas de muchas industrias requieren soluciones de filtración para el agua de proceso y las aguas residuales. Muchas consideraciones entran en juego al seleccionar un sistema de filtración óptimo. En el lado del agua de proceso, los criterios incluyen el impacto en las eficiencias comerciales en el tiempo de producción, transporte, costos de mano de obra y pérdida de producto. Por ejemplo, en la industria de alimentos y bebidas, el sistema de filtración también debe evaluarse por su capacidad para proteger el sabor del producto. En algunos casos, también se pueden usar sistemas de filtración para eliminar sólidos de esos productos. Hasta ahora, esto se logró ampliamente utilizando equipos como bolsas, cartuchos y centrifugadoras.
Por ejemplo, en el Valle Central de California, tanto los productores como los procesadores batallan con una alta carga de sólidos tanto en sus aplicaciones de proceso como de aguas residuales. Tanto la regulación como los procedimientos de proceso estándar requieren una alta eliminación de sólidos de sus flujos de proceso. Las cribas giratorias pueden no cumplir con las normas reglamentarias, así como eliminar la cantidad requerida de sólidos para evitar ensuciar el equipo aguas abajo. Las soluciones de filtración, como los filtros autolimpiantes automáticos avanzados, pueden ayudar tanto a los productores como a los procesadores a cerrar esta brecha en la línea de proceso.
A medida que las aguas residuales se vuelven más desafiantes, los reglamentos se vuelven más estrictos. Por ejemplo, en enero, la Junta Estatal de Control de Recursos Hídricos de California aprobó una orden para establecer pautas para el procesamiento de aguas residuales en la mayoría de las más de 3,600 bodegas consolidadas del estado, prometiendo llevar al menos 1,500 de esas bodegas a un marco regulatorio de eliminación de aguas residuales, por primera vez. Se espera que este suceso aumente los costos de cumplimiento para las bodegas. Como resultado, las bodegas deben buscar una nueva solución para reducir SST y DBO. Y los nuevos requisitos plantean preguntas sobre los posibles impactos en las bodegas de otras regiones, así como en las empresas más pequeñas dedicadas a industrias relacionadas, como microcervecerías y destilerías de lotes pequeños, productores de jugo, etc.
Manejo de aguas residuales
El manejo de altos niveles de sólidos en las aguas residuales es un desafío continuo para muchos productores, que están implementando cada vez más programas de reutilización y reciclaje de agua. El tratamiento de las aguas residuales puede ser un desafío dado que las aguas residuales son generadas por todas las áreas de procesamiento. En la gestión de aguas residuales, el desagüe es importante y el sistema también debe poder filtrar las impurezas para cumplir con los estándares regulatorios. La concentración de sólidos en la corriente de aguas residuales también beneficia a los usuarios industriales al reducir las tarifas reglamentarias y de eliminación. Los productores pueden considerar que el proceso es más una separación que una filtración. Los sólidos recuperados no son necesariamente un producto de desecho; en algunos casos, pueden convertirse en un subproducto rico en nutrientes que se puede vender para crear un flujo de ingresos complementario.
Por ejemplo, el filtro autolimpiante automático de un fabricante está diseñado para aplicaciones de flujo medio a alto, alta presión y temperatura, y separación de líquidos/sólidos. Está diseñado para eliminar SST ultra alto y variable (15.000 mg/L) de corrientes de agua y aguas residuales. Cada filtro contiene un cepillo en forma de espiral, impulsado por motor, que limpia continuamente la suciedad acumulada dentro del elemento filtrante. Los sólidos se acumulan en la parte inferior de la carcasa del filtro y se expulsan a través de una válvula de purga automática o una corriente de concentrado continuo. Este sistema no requiere altas presiones para funcionar y funciona a una presión diferencial muy baja. No se requieren bombas de refuerzo ni flujo cruzado de retrolavado.
Es un error común pensar que las empresas pueden satisfacer sus necesidades totales de filtración con una sola pieza de equipo. La verdad es que la mayoría de las aplicaciones de agua industrial requieren un conjunto complejo de pasos de filtración para lograr el resultado deseado, ya sea que ese resultado sea la reducción total de DBO, eliminación de SST, clarificación o simplemente protección de la boquilla. La variedad de soluciones de filtración comienza con filtros primarios, como un tambor giratorio. Son eficaces para eliminar sólidos grandes, pero pueden surgir problemas cuando una gran cantidad de partículas más finas pasan a través del filtro de tambor y entran en un filtro secundario, como un sistema de flotación por aire disuelto (DAF, por sus siglas en inglés) o un sistema clarificador. Para garantizar un flujo continuo, los fabricantes normalmente deben invertir en costosas medidas de precaución para evitar que el sistema se vea afectado por una sobrecarga de sólidos.
El aislamiento inicial de sólidos se convierte en un paso crucial para garantizar que los esfuerzos posteriores no se extiendan demasiado para compensar la alta carga de sólidos que permanece en el sistema. Las soluciones tradicionales incluyen centrífugas (que son piezas de maquinaria costosas y a menudo requieren un mantenimiento constante) y bolsas, cartuchos y filtros de medios que resultan en redundancia de equipos, grandes dimensiones, recursos humanos costosos y un impacto ambiental desfavorable.
Hasta hace poco, los filtros autolimpiadores automáticos habían demostrado ser incapaces de manejar cargas con alto contenido de sólidos o grasas, aceites y grasas durante un período prolongado de tiempo sin cegar. Sin embargo, la nueva tecnología, como el filtro autolimpiante, resuelve este problema al aislar inmediatamente los sólidos altos en una cámara de concentración, lo que permite mantener los caudales durante todo el proceso de filtración.
Un ejemplo de ello es una empresa de fabricación de pasas en el Valle Central de California que deshidrata y empaqueta su producto, creando a su vez una corriente de aguas residuales con alto contenido de sólidos que no se puede reutilizar. La empresa estaba utilizando un sistema de tratamiento para su sumidero de aguas residuales, que incluía un lecho agitador y un tamiz de tambor, antes de descargar el agua a la planta de tratamiento local. La empresa había probado soluciones que iban desde pantallas de filtro hasta un sistema de ósmosis inversa (OI). Los filtros automáticos tradicionales se habían tapado y los sistemas MF/UF/OI eran demasiado costosos de operar. Las mejoras marginales se lograron con la implementación de un lecho agitador de procesamiento de alimentos con una malla de cinco mm para eliminar los sólidos gruesos, seguido de un tamiz de tambor giratorio con una malla de 250 micrones para eliminar los sólidos más finos. Sin embargo, la pantalla del tambor no proporcionó las reducciones necesarias de SST.
Un fabricante de filtros evaluó la situación y recomendó instalar su filtro autolimpiante automático de 25 micrones después de la rejilla del tambor. Combinado con un simple saco de deshidratación, el filtro concentra sólidos hasta un cinco por ciento en peso y puede producir sólidos deshidratados para fertilizantes o vertederos. En el primer mes de funcionamiento del filtro, los niveles de SST se redujeron en un 61 por ciento y la DBO en un 48 por ciento con respecto a los cinco meses anteriores de funcionamiento.
¿Qué es lo siguiente en la filtración?
La respuesta simple es que no existe una fórmula mágica para la recuperación de agua y la reducción de desechos. La respuesta está en soluciones integradas que incorporan tecnología avanzada de filtración y separación de alto contenido de sólidos dentro de un marco holístico. Por ejemplo, las pequeñas explotaciones se enfrentan al desafío de reducir los residuos. Una empresa ha estado trabajando con granjas lecheras para tratar corrientes de aguas residuales y separar material digerido que luego puede revenderse como fertilizante. Y a medida que aumenta la agricultura sostenible y el uso de la agricultura vertical, muchos productores están descubriendo el valor de los filtros autolimpiantes automáticos que concentran más y desperdician menos. El desarrollo adicional continuará impulsando la tecnología de filtración y separación para los actores comerciales e industriales en todos los sectores. Si Hipócrates pudiera vernos ahora, estaría orgulloso de adónde nos ha llevado su invento.
Acerca del autor
Como presidente y director ejecutivo de Spiral Water Technologies, Gerard J. Lynch, Ingeniero Profsional, tiene una amplia experiencia en tecnologías de filtración y separación y técnicas de prueba avanzadas con más de 30 años en pruebas de filtración, ingeniería de diseño y operaciones de fabricación. Se ha desempeñado como presidente de International Filter Testing Services, Inc. (IFTS), USA, un centro independiente sin fines de lucro que se especializa en ciencia, investigación y pruebas de filtración y separación. El Ing. Lynch ha sido miembro de la Sociedad Estadounidense de Filtración y Separaciones (AFS) desde 1988. Se desempeñó como Presidente Nacional de AFS durante 2006-2007 y ha sido miembro de la junta de AFS desde 1999. Puede comunicarse con Lynch en gjlynch@spiralwater.com.
Acerca de la empresa
Spiral Water Technologies (www.spiralwater.com) desarrolla y comercializa productos de alto rendimiento para aplicaciones avanzadas de filtración y concentración de sólidos. La tecnología patentada de filtración autolimpiante automática de la compañía ofrece resultados superiores, al mismo tiempo que reduce los gastos de capital y gastos operativos para un bajo costo total del ciclo de vida. Los productos Spiral Water proporcionan un rendimiento revolucionario en algunas de las aplicaciones más exigentes de la actualidad, incluida la reutilización y recuperación de agua; prefiltración para DAF, MBR y OI/UF; filtración de agua industrial y concentración de productos valiosos o revendibles de aguas residuales no peligrosas.