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• Andrade Oscco JL

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TRATAMIENTO DE RESIDUOS LIQUIDOS EN LA INDUSTRIA SIDERURGIA

1.- ¿QUE ES UNA INDUSTRIA SIDERURGIA? Es una industria que se centra en la transformación de un mineral, el hierro. Este mineral se transforma normalmente en un alto horno, una instalación industrial donde se funde el hierro en una cápsula cilíndrica en la cual el combustible sólido del coque se somete a reacciones químicas que lo convierten en hierro. La obtención de hierro en la industria siderúrgica está destinada a otro metal, el acero. No obstante, existen acererías que obtienen el acero directamente a partir de la chatarra férrica

2.- ¿QUE ES UN RESIDUO LIQUIDO? Los residuos líquidos o aguas residuales se definen como la combinación de agua y residuos procedentes de Aguas residuales resultantes de la actividad industrial extractiva y el procesamiento de los productos de la actividad a. a los que pueden agregarse de forma eventual determinados volúmenes de aguas subterráneas, superficiales y pluviales. Son esencialmente aquellas aguas de abasto cuya calidad se ha degradado por diferentes usos

3.- INDUSTRIA DE SIDERURGIA Esta industria, gran consumidora de agua, produce una contaminación especialmente física. Por ello, desde hace tiempo, utiliza sistemáticamente circuitos cerrados y emplean equipos de tratamiento adaptados a las condiciones de trabajo específicas que se presentan en los siguientes circuitos.        

coquería altos hornos reducción directa convertidores colada continua laminación en caliente laminación en frio fundición

3.1.- COQUERIA Se utiliza agua para enfriar y limpiar el gas de coquería y para el apagado del coque incandescente luego de, principalmente, extraerlo del horno, la cifra de consumo promedio para 17 coquerías es de 4,5 m3/t de coque. El 35% se utiliza para el apagado del coque, el 30% para la limpieza del gas de coquería y el resto para otros usos Las aguas amoniacales de coquería están constituidas por el agua del carbón (4% de agua de formación y 8% de humedad si no se precalienta el carbón) Su contaminación está constituida por varios gramos/litro de fenoles y de amoniaco y en segundo lugar por sulfuros, cianuros y sulfocianuros. Estas aguas presentan generalmente, una elevada concentración de cloruros. El tratamiento comprende varias fases  Eliminación de alquitranes de las aguas amoniacales, por decantación y/o filtración.  STRIPPING del amoniaco volátil, y seguidamente del amoniaco fijo previamente desplazado por medio de sosa o más económicamente con cal. El “Stripping” es un proceso por el cual el nitrógeno amoniacal pasa a través de una corriente de aire, en contracorriente. Este proceso ocurre simultáneamente con la absorción posterior de este amoniaco en una corriente de agua, con el fin de que no se emita a la atmosfera. Se obtiene agua amoniacal. Este proceso se ve favorecido a unas condiciones de pH altas (alcalinidad) o la temperatura (superior a 60º Celsius). El proceso simultaneo, la absorción, es indispensable que el agua utilizada como solvente acarreador para la separación, tenga un pH bajo (pH acido). De esta forma es posible obtener una sal amoniacal limpia, pudiendo así sustituir un fertilizante mineral, aparte de realizar el respectivo tratamiento al vertimiento.

 Depuración biológica, en general por fangos activados en una o dos etapas con tratamiento eventual en lagunas aireadas.  Tratamiento terciario de clarificación con adsorción eventual del agua residual a través de carbón activo. 3.2.-ALTOS HORNOS Se trata de la unidad que más agua consume y descarga. El agua se utiliza mayoritariamente para el enfriamiento del crisol, refrigeración de las duelas y toberas y limpieza enfriamiento del gas de tope. El mayor consumo se origina en el enfriamiento del crisol. El 62% del agua que ingresa al alto horno es para enfriamiento directo. Solo el 12% del agua total es para enfriamiento por circulación. El 21% del agua se consume en la limpieza del gas de tope -Refrigeración de órganos de altos hornos, tales como toberas, timpas y cajas de aire. Puede efectuarse por circulación del agua en equilibrio carbónico o acondicionada con cromatos. En circuitos no cerrados, es necesario filtrar a velocidad muy rápida una parte del agua del circuito para mantenerla con un grado mínimo de limpieza -Apagado de escoria, producto abrasivo y poco denso, puesto en suspensión en grandes caudales discontinuos, se retiene en decantadores y depósitos de fondo filtrante. Las aguas son muy calientes y contienen compuestos sulfurados o cianurados. -Lavado de gases de altos hornos, el agua procedente de los lavadores de gases se encuentra más o menos cargada de materias en suspensión o de cenizas finas, según el grado de elaboración de la depuración física de los gases. Aunque hace algunos años era suficiente la instalación de un decantador de rasquetas, circular o longitudinal, y podía efectuarse el vertido de un agua simplemente decantada, actualmente es necesario prever un tratamiento químico de depuración, incluso una floculación, para poder verter el agua, o especialmente para poder recircularla sin producir el ensuciamiento de los equipos generalmente delicados de los lavadores de gases. Este tratamiento lleva consigo la utilización de floculantes o de dispersantes, de ácido o de cal. La alimentación de los equipos de los lavadores, especialmente de los Venturi puede exigir el empleo de agua filtrada

3.3.-REDUCCIÓN DIRECTA Este nuevo procedimiento, en vías de desarrollo consume gran cantidad de agua: 

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Para el lavado y refrigeración de los gases de reducción o la refrigeración de esponjas de hierro. Los volúmenes de agua se utilizan (12 a 20 m3 por tonelada de esponja) son mayores que en altos hornos y, debido a la elevada temperatura de los gases, estas aguas salen muy calientes de los lavadores (50 a 60 ºC). La cantidad de polvo recogida es del orden de 4 a 15 kg por tonelada de esponja, según los procedimientos. Para la refrigeración de la maquinaria (compresores y refrigerantes de aceite) y refrigeración directa de los gases. Para la producción de vapor de reformada del gas de proceso, se requiere un importante consumo de agua desmineralizada.

3.4.-CONVERTIDORES

El agua se utiliza para la refrigeración de la lanza de oxígeno, la salida de gases de los convertidores, el enfriamiento del cono y muñones y el enfriamiento de los gases. Los programas para el tratamiento del agua de enfriamiento, el agua de los scrubbers, las aguas residuales y la extracción de agua de los barros pueden ser útiles para.  Prolongar la vida del horno.  Aumentar la vida de la campana.  Extender la vida de la lanza de oxígeno.  Reducir el costo de mantenimiento y el consumo de energía de los scrubbers

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Reducir la limpieza de cañerías. Reducir las paradas del horno. Disminuir la contaminación ambiental La formación de óxidos y los problemas de corrosión en estas áreas pueden generar paradas, una mayor necesidad de mantenimiento para eliminarlos y pérdida de producción. En las plantas que practican el salpicado de escoria (slag splashing) para prolongar la vida del revestimiento del convertidor, hay necesidad de bajar los requerimientos de mantenimiento asociado con la campana de salida de gases y el enfriamiento de los gases, extendiendo el tiempo entre reparaciones y limpiezas.

La utilización preponderante de los procedimientos requiere circuitos importantes:  Aguas destinadas a la refrigeración de la cuba y de la lanza (que a veces se utiliza por vaporización).  Aguas de lavado de gases: su tratamiento comprende una decantación seguida de acondicionamiento anti-incrustación, según las técnicas de acería, la alcalinidad, muy elevada de las aguas, es cálcica o sódica y en primer caso, el agua puede ser extremadamente incrustante

3.5.-COLADA CONTINUA El agua se utiliza para el enfriamiento del molde de cobre (enfriamiento primario) y el enfriamiento por rociado de los semiproductos (enfriamiento secundario). En las máquinas de colada continua de planchones y de tochos de grandes dimensiones también se utiliza para el enfriamiento de rodillos y segmentos. La refrigeración de agitadores y frenos electromagnéticos también la requiere. Los programas para el agua de enfriamiento primario y secundario pueden asistir en proveer.  Mayor vida del molde de cobre.  Menor bloqueo de boquillas de enfriamiento secundario.

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Paradas más cortas y menor mantenimiento. Menos defectos y mejor calidad de los semiproductos. Más vida de rodillos y segmentos (en máquina de planchones). Menos perforaciones. Mejor confiabilidad y productividad de la máquina. Menor corrosión de la cámara de enfriamiento secundario.

Es en la colada continua donde la incidencia de la condición del agua es más crítica para la calidad de los productos. Es bien conocida la influencia del agua de molde en defectos como la romboidicidad en palanquillas o grietas longitudinales en planchones convencionales o delgados o del agua de enfriamiento secundario en la formación de grietas superficiales. Los depósitos de sólidos en suspensión sobre el lado agua de los moldes de cobre tienen una influencia muy grande sobre la transferencia de calor del acero al agua. Son frecuentes 3 circuitos  Refrigeración de la lingotera en circuito cerrado, con aportación de agua desmineralizada.  Refrigeración de la máquina, en circuito tradicional, con acondicionamiento inhibidor bien adaptado.  Aspersión de la máquina y del paquete con producción de virutas de descalaminado y de escoria oxicorte. El arrastre de estas materias a las aguas hace necesaria su decantación y su filtración, según técnicas aplicadas en os laminadores en caliente. Deben tenerse en cuenta la presencia de contaminaciones, a veces considerables, debidas a fluidos hidráulicas.

3.6. LAMINACIÓN EN CALIENTE. En este caso el agua se utiliza para la extracción de laminillo, la refrigeración de los cilindros de laminación y el enfriamiento de los productos. En los laminadores de productos planos, se ocupa luego de la laminación y antes del bobinado del enfriamiento de la chapa mediante lluvia de agua. Se trata de instalaciones muy variadas desde el tren de banda que pone en circulación un caudal total que puede alcanzar hasta 6000m3/h.

3.7 LAMINACION EN CALIENTE En la elaboración de productos laminados de pequeño espesor y de acero galvanizado, se realizan operaciones de pretratamiento del metal, como son el desengrase y especialmente el decapado. Es necesario tratar las aguas acidas y cargadas de hierro, en varias fases sucesivas de neutralización con cal viva oxidación por aire y decantación.

3.8 FUNDICION Las aguas de lavado de los gases de los cubilotes deben someterse igualmente a una depuración. Según se trate de cubilotes de aire caliente o de aire frio, la instalación estará constituida por un decantador con o sin floculación previa

4.-TRATAMIENTO DE LOS EFLUENTES LÍQUIDOS EN LA INDUSTRIA DE SIDERURGIA

Las aguas usadas en o descargadas de los procesos se tratan para cumplir con los límites legales estipulados para los sistemas que las reciben. Los procesos utilizados para ese propósito son la remoción de aceites, neutralización, clarificación, floculación, filtración y oxidación biológica La planta de tratamiento de agua debe proveer a los sistemas de enfriamiento con una adecuada cantidad y calidad de agua. El agua que circula en los circuitos de enfriamiento debe respetar ciertos límites de temperatura y composición, para evitar problemas de depósitos y/o corrosión. Después de usarla se la enfría antes de su reutilización en el mismo circuito. El agua proveniente de circuitos directos se trata primero para retener partículas sólidas. Se identifica para cada planta la fuente de agua (río, pozo, cañería). El tratamiento depende de la calidad del agua y en la mayoría de los casos apunta a reducir el contenido de sales, disminuir la dureza y ajustar el pH. En las aplicaciones más modernas se usa la osmosis inversa para reducir la salinidad. Hay que producir suficiente agua tratada como para compensar las pérdidas por evaporación y otras. Además, las características del agua dentro de los circuitos de enfriamiento se mejoran mediante aditivos químicos 4.1.-ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO Las siderúrgicas con una alta producción de acero, de aproximadamente 150.000 toneladas de acero [diario semana] por año cuentan con más de 10 vertimientos de aguas residuales en cada sub proceso, La mayoría de estos efluentes no cuentan con los estándares de calidad de vertido a cauce público. Es por ello que se plantea la necesidad de reformar las instalaciones existentes, y desarrollar alternativas, como es una planta de tratamiento que pueda reducir tales índices tan elevados de carga contaminante. 4.2.-REACTORES BIOLOGICOS SECUENCIALES (SBR) Este tipo de reactores son discontinuos u operan como reactor tipo batch, donde el agua residual se mezcla con un lodo biológico en un medio aereado. La reacción, aeración y clarificación ocurre en un mismo tanque, esto reduce los costos de operación. También tiene como ventaja es que el control de la operación es sencillo y los buenos resultados obtenidos en el tratamiento de compuestos refractarios a los sistemas biológicos convencionales. El agua residual de una planta industrial de acero produce altas cargas contaminantes de diferente índole, tanto orgánicos resistentes a la degradación por vía química y toxico para el desarrollo de la actividad de los microorganismos en tratamientos

biológicos convencionales e inorgánicos. En el caso de los fenoles como anteriormente se expone en la tabla de caracterización fisicoquímica de la industria en cuestión; esta alternativa puede verse contemplada por el sistema de secuencia de reactores batch (SBR), ya que es un sistema de crecimiento suspendido en el que el agua residual se mezcla con un lodo biológico existente en un medio aereado. Es el único proceso biológico en el que se combina en un mismo tanque el proceso de reacción, aeración y clarificación. El sistema SBR consta de, al menos, cuatro procesos cíclicos: Llenado, reacción, decantación y vaciado, tanto de efluente como de lodos Algunas de las ventajas y características de este tipo de proceso son:  Bajos rendimiento de espacio, debido a que se requiere un solo tanque para realizar todo el proceso.  Menos costos que los sistemas convencionales de tratamiento biológico  Mejor control del crecimiento de organismos filamentosos y de problemas de decantación  Elimina nutrientes. Los sistemas SBR pueden ser usados para un proceso completo de nitrificación-desnitrificacion, así como para la eliminación o reducción de fosfatos.  Menor tiempo de control requerido.  Capacidad para la adaptación de los microorganismos a efluentes con elevado contenido en sales.  Versatilidad para trabajar con fluctuaciones de caudal y de concentración de materia orgánica.

4.3.-STRIPPING Y ABSORCION El Stripping es un proceso por el cual el nitrógeno amoniacal pasa a través de una corriente de aire, en contracorriente. Este proceso ocurre simultáneamente con la absorción posterior de este amoniaco en una corriente de agua, con el fin de que no se emita a la atmosfera. Se obtiene agua amoniacal. Este proceso se ve favorecido a unas condiciones de pH altas (alcalinidad) o la temperatura (superior a 60º Celsius). El proceso simultaneo, la absorción, es indispensable que el agua utilizada como solvente acarreador para la separación, tenga un pH bajo (pH acido). De esta forma es posible obtener una sal amoniacal limpia, pudiendo así sustituir un fertilizante mineral, aparte de realizar el respectivo tratamiento al vertimiento.

Ventajas Recuperación del nitrógeno amoniacal de un vertimiento de aguas residuales. Se contribuye un ahorro de energía y la reducción del consumo de fertilizantes minerales. Desventajas El sistema requiere tratamiento previo (digestión anaeróbica, aeróbica, separación solido liquido) Debe asegurarse que el producto final obtenido (sal de amonio, aguas amoniacales, etc.) tenga la calidad suficiente para que se pueda comercializar 4.4.-TRATAMIENTO DE LODOS-FANGOS Espesado del fango: El fango procedente de decantadores es aun prácticamente líquido. Se emplea el esperado para aumentar el contenido en solidos del fango por eliminación de parte de la fracción liquida del mismo. Esto se suele aplicar a lodos primarios y el espesado por flotación a los fangos secundarios (biológicos), y el espesado por centrifugación se utiliza exclusivamente para fangos activos Estabilización y acondicionamiento: La estabilización se lleva a cabo para reducir la presencia de patógenos y eliminar olores desagradables y reducir o eliminar el potencial de putrefacción del fango. Los métodos tienen como objeto disminuir la fracción de materia orgánica volátil, a esterilizar o desinfectar el fango o a hacerlo poco adecuado para la supervivencia de microrganismo descomponedores. Deshidratación y disposición final: En la última deshidratación de lodos se usan las centrifugas, con remoción elevada de agua, por ende el volumen es reducido

considerablemente para su transporte o compostaje, posteriormente se lleva a secado y subsecuentemente se trata las corrientes de aire evacuadas mediante lavado de gases o absorción con carbón activado. Una vez deshidratados los fangos pasan a un silo desde donde son enviado a su destino definitivo: Agricultura, construcción, incineración, entre otros.

5.-CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA SIDERURGIA La naturaleza de los efluentes industriales de una industria siderurgia, es muy heterogénea y tiene un carácter prioritariamente mineral (hierro, acero). Muchas de las sales inorgánicas elaboradas como subproducto o desechos, como las de níquel, plomo, mercurio, cobre y plata actúan como impedimento para que los organismos que residen en ese ecosistema puedan realizar la transferencia de oxigeno adecuadamente, además muchas de estas sales tienen un efecto toxico acumulativo produciendo trastornos neurológicos y pulmonares, como también enfermedades a partir del consumo de cromo y mercurio, como lo es el cáncer. Estos vertimientos de aguas residuales de la Acería producen cambios físicos del agua como lo es, la modificación de color, transparencia, olor, contaminación biológica, dureza, viscosidad, temperatura, entre otras. Como es el caso de contaminación térmica gracias a los sistemas de enfriamiento de la industria, tal causa, el aumento de la temperatura y por ende provoca un mayor consumo de oxigeno que afectara indudablemente la biodiversidad presente en el ecosistema. A su vez se incremente la velocidad en función del tiempo del metabolismo de los peces, y eso hace mucho más indispensable el oxígeno y la velocidad de respiración. Esto hace colapsar el sistema nervioso, respiratorio a nivel macro del organismo o a nivel micro, en los procesos celulares El incremento de la temperatura también acelera el crecimiento de organismos patógenos, que pueden causar en el hombre enfermedades como; cólera, fiebre tifoidea, hepatitis infecciosa, gangrena, etc., dando a conclusión, que los riesgos sanitarios poseen mayor relevancia en épocas secas si se tiene contacto con agua donde proliferan estos organismos.

CONCLUSIONES El concepto de la utilización de agua en la producción de acero ha ido cambiando, desde considerarlo como un insumo de bajo costo e inagotable, hasta la situación actual en que se procura minimizar dicho consumo y la descarga de aguas residuales. Esto se tiene en cuenta tanto para el diseño de nuevas plantas como para la mejora de las plantas existentes. De esta forma se aporta a la sustentabilidad de la industria