Uso del CO2 como agente neutralizante en sustitución de ácidos fuertes minerales (HCl, H2SO4)
Los métodos tradicionales utilizados para efectuar la neutralización de efluentes alcalinos en los procesos de ajuste de pH productivos y no productivos, incluyen ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico e incluso la utilización del coagulante como “ácido” (Ver artículo “Reducción de la concentración de aluminio disuelto en ETAP mediante el uso de CO2”). Sin embargo, debido a los problemas que estos ácidos presentan para su almacenamiento/manipulación, los efectos de corrosión que producen y su coste. En la actualidad muchas industrias y estaciones de tratamiento de agua están cambiando o complementando dichos procesos utilizando CO2 (dióxido de carbono) tanto para pequeños caudales como para grandes volúmenes.
DOSIFICACIÓN Y FUNCIÓN DEL CO2 COMO AGENTE NEUTRALIZANTE
El CO2 en contacto con el agua produce ácido carbónico según la reacción:
Figura 1.b) Reacción de disociación del CO2 en el agua. Figura 1.b) Gráfica de equilibrio.
Esta capacidad para ceder protones es la causa de que actúe como ácido y, por tanto, como agente neutralizante, además, dependiendo del pH (pH antes de dosificar CO2), se libera uno o dos protones H+, siendo aún más eficiente a niveles altos de pH de entrada (> 8,5) y al ser una reacción de equilibrio (Figura 1b) ésta disociación forma un sistema tampón, comportándose como ácido débil y evitando descensos bruscos de pH por debajo de 5,5, eliminado los problemas de super-acidez que ocasionan los ácidos fuertes debido a error instrumentales.
EXACTITUD EN EL CONTROL DE pH Y VENTAJAS DE OPERATIVIDAD Y COSTE FRENTE A ÁCIDOS MINERALES
Para obtener las máximas ventajas de operatividad y ajuste de ahorro de costes comparativamente al uso de ácidos fuertes (HCl y H2SO4 principalmente), es necesario disponer de los equipos, herramientas y servicios de dosificación y automatización que estén al nivel del objetivo de la aplicación y de los tiempos industriales actuales, cada más integrados en el I2OT e Industria 4.0.
Nippon Gases, optimiza el proceso de neutralización con CO2 automatizando la difusión del dióxido de carbono mediante cuadros de regulación con válvula proporcional (PID) según necesidades del cliente y controlando los caudales y los tiempos de dosificación a través del sistema AqScan®, integrado dentro del servicio AqServices, (servicios de monitorización on-line, control, optimización, reproducción, asesoría e interpretación y respuesta en tratamiento de aguas residuales), siendo por tanto la modificación del pH progresiva y predecible ante naturaleza de vertidos cambiantes y proporcionando un control exacto del valor del pH deseado. AqScan® permite la monitorización de las pruebas desde cualquier terminal con acceso a Internet (PC, Tablet, Móvil…) accediendo tanto a los datos instantáneos como a los históricos (Gráfica 1).
Gráfica 1. Control proceso y caudales de CO2 mediante la herramienta AqScan®.
Dado que en solución acuosa el CO2 forma un ácido débil, se evitan los graves problemas ocasionados por un mal funcionamiento del pHmetro, que en el caso del ácido sulfúrico puede suponer bajar el valor del pH hasta valores fuera de control.
Además basándose en la estequiometría de reacción de neutralización y por tanto en los Pesos Moleculares (PM), según el tipo de ácido mineral con el que se compare y su % de pureza, el consumo de CO2 es considerablemente menor y por tanto económicamente más atractivo. Las instalaciones se realizan en función del consumo estudiado previamente, pudiendo Nippon Gases dar soporte tanto para mínimos (gas comprimido) como para grandes caudales de dosificación.
Gráfica 2. Comparativa proceso de neutralización CO2 frente a ácidos fuertes.
Otras ventajas añadidas a la sustitución de clorhídrico o sulfúrico por dióxido de carbono son:
- Mayor estabilidad en el tratamiento posterior, ya sea productivo o en el propio proceso de depuración (mejora estabilidad en tratamiento F/Q y/o Biológico).
- Mayor duración de los equipos implicados, el CO2 no es corrosivo lo cual previene el deterioro de las tuberías y equipos directamente en contacto con él o sus ácidos derivados. Además, su solubilidad en agua es muy elevada (1,72 g/L a 20 ºC y 101,3 kPa) disolviéndose rápidamente en agua, especialmente si es agua limpia. La alta viscosidad del ácido sulfúrico es una fuente continua de problemas en las bombas de dosificación, especialmente cuando se trabaja a bajas temperaturas que es cuando el sulfúrico adquiere su mayor viscosidad siendo necesario para su mejor manejo una calorifugación, con el consiguiente consumo energético y necesidad adicional de mantenimiento de otra instalación aneja al control del pH.
- Seguridad de la propia instalación, dados los peligros que se corren de ataque a la propia obra civil en el uso y manipulación de los ácidos minerales.
- Mejora de las condiciones operacionales, eliminando el riesgo de vapores tóxicos, quemaduras y el uso de dispositivos de seguridad y protección individual, además el CO2, al ser un gas criogénico no presenta problemas de congelación.
- Baja inversión, Los sistemas de difusión de CO2 se adaptan bien a cualquier tipo de instalación, no requiriéndose equipos complejos.
- Reducción de la conductividad o concentración de sulfatos ocasionado por el empleo de HCl o H2SO4, valores legislados por el RD 140/2003
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