Valorización de residuos de estaciones de tratamiento de agua potable y residual en la industria del cemento

• Autores: Nuria Husillos Rodríguez
• Directores de la Tesis: María Teresa Blanco-Varela (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2012
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Vicente Fernández Herrero (presid.), Shane Donatello (secret.), Joan Puig Montraveta (voc.), Francisca Puertas Maroto (voc.), Jordi Payá Bernabeu (voc.)
• Materias:
  • Química
    • Química inorgánica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: digitool-uam.greendata.es
• Resumen

  • A lo largo del ciclo del agua se generan un conjunto de residuos como son mayoritariamente los lodos de depurada y los fangos de potabilizadora. También se producen en los procesos de potabilización, pero en un volumen muy inferior, carbón activo agotado y arenas.

    En la actualidad, esto supone un grave problema debido al gran volumen que se produce y a la escasez de ámbitos en los que se pueden disponer. La saturación del territorio en cuanto a la aplicación agrícola del lodo, sumada a la sensibilidad del mismo en relación a una posible contaminación de las aguas superficiales y subterráneas hace necesario realizar una serie de operaciones para facilitar su manipulación y reducir su volumen a fin de disminuir los costes asociados a su gestión y transporte. Por lo tanto, surge la necesidad de encontrar un nuevo destino para estos residuos, siendo la industria cementera uno de los principales.

    En esta investigación se estudia la validez de los mencionados residuos para poder ser reutilizados en las distintas fases del proceso de fabricación del cemento. Se ha trabajado con un lodo de una estación de tratamiento de agua potable (ETAP) seco mediante un novedoso sistema de atomización, un lodo procedente de una estación de depuración de aguas residuales (EDAR) sometido a un secado térmico, un lodo EDAR estabilizado y secado con cal (Neutral) y un carbón activo agotado.

    El proceso de secado de fangos ETAP mediante atomizador, produce un material pulverulento de fácil manejo, cuyo tamaño de partícula y forma redondeada son parecidos al del cemento Portland comercial, y cuya superficie específica BET tiene un orden de magnitud mayor, que sin embargo no resultó apto como adición al cemento. Se demuestra sin embargo que el fango atomizado puede ser usado como materia prima para la elaboración de crudos de cemento, en sustitución parcial o total de la arcilla ya que la aptitud a la cocción del crudo elaborado con dicho lodo de ETAP es buena y los clínkeres obtenidos a partir del mismo son similares a los tomados como referencia.

    En relación al lodo de depuradora, previamente sometido a un nuevo proceso de secado térmico (Turbo-secado RINA-JET), lodo de Vic, tiene un 56 % de materia orgánica constituida por ácidos grasos de bacterias, está seco y presenta una potencia calorífica elevada de 8291 J/g, lo que le hace válido como combustible alternativo.

    El crudo que contiene lodo Vic presenta una mejor aptitud a la cocción que el crudo de referencia, esto se debe a que el lodo sustituye parcialmente a la arcilla y tiene menos cantidad de SiO2 que es de más difícil cocción. Los clínkeres con lodo Vic son similares a los industriales en composición y microestructura. Se estabiliza la belita por incorporación del P procedente del lodo.

    En este trabajo además se propone un procedimiento de gestión de los lodos EDAR mediante su tratamiento con CaO y se valoriza el producto obtenido (Neutral) como materia prima en la elaboración de crudos de cemento Portland al estar constituido por portlandita (51,70 %), calcita (16,75 %), óxidos inorgánicos (9,66 %) y materia orgánica + humedad (21,91 %). El producto es estable, homogéneo e inocuo y se puede depositar en vertederos de clase II siendo sensible a la carbonatación, en ambiente de alta humedad o a altas temperaturas.

    Se demuestra la validez tecnológica del Neutral como componente de un crudo de cemento por sustitución de la caliza, presentando una reactividad superior a la del crudo de igual composición dosificado con caliza y arena utilizado como referencia. Se produce un ahorro de energía al sustituir la caliza por Neutral, ya que la energía que se necesita para descarbonatar la caliza es prácticamente el triple que la del Neutral, además obtenemos energía de la combustión de la materia orgánica del Neutral; por otra parte su finura es superior a la de la caliza, necesitándose menos energía en la molienda de su crudo.

    Respecto a la validez de carbón activo agotado como combustible alternativo en hornos de clínker de cemento Portland, en sustitución del coque de petróleo, el carbón activo difiere sustancialmente del coque, siendo los contenidos de C, H, N, y S inferiores y el contenido de cenizas muy superior (un orden de magnitud), así como también presenta una menor potencia calorífica (18 % inferior), siendo sin embargo suficiente para el uso previsto.

    La ceniza de carbón activo está principalmente formada por anhidrita y cuarzo (SO3 =14,1 %), y se puede utilizar dicha ceniza de carbón en sustitución de la arcilla para obtener crudos que presentan una buena aptitud a la cocción (menos cal libre) y que originan clínkeres de composición y mineralogía similares a los industriales. El aporte de SO3 de las cenizas da lugar a un crecimiento muy grande de los cristales de alita en el clinker. La incorporación de un 5 y 7 % de carbón activo al crudo facilitado por Cementos Molins, prácticamente no induce diferencias en cuanto a la microestructura y mineralogía del clinker obtenido respecto del tomado como referencia (clinker Molins).