Históricamente, el avance de la ciencia y la técnica ha elevado el desarrollo de la civilización humana, acarreando en la mayoría de las ocasiones, un deterioro del entorno. Es por ello que actualmente no puede existir un proceso tecnológico que surja sin responder a todas las interrogantes que se planteen sobre el posible daño al medio ambiente. El no encontrar alternativas a procesos y tecnologías implantadas con anterioridad, es uno de los problemas fundamentales que mantienen la amenaza constante sobre el entorno. ¹

Actualmente en Cuba el 23,7 % de la generación eléctrica se obtiene mediante grupos electrógenos (GE) o centrales eléctricas (CE) de "fuel oil" (generación distribuida), dadas las ventajas que los mismos tienen sobre las termoeléctricas tradicionales en cuanto a: mayor disponibilidad, rapidez para entrar al servicio y menor consumo de combustible. Es importante considerar en la utilización de los grupos electrógenos no solo los beneficios que estos representan, sino también las desventajas ambientales que pueden tener los mismos si no son consideradas todas las medidas correspondientes.

Los GE o CE no son más que motores de combustión interna que obtienen energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible ("fuel oil"), que combustiona dentro de las cámaras de combustión. Estos motores requieren de un combustible de muy alta calidad para obtener parámetros óptimos de combustión, aumentar su vida útil y emisiones de gases de escape menos contaminantes. Para lograr lo anterior, es necesario someter dicho combustible a un proceso de centrifugado o limpieza, con el objetivo de eliminar las impurezas mecánicas, el agua y partículas que se incorporan durante su transportación y almacenamiento.

Como en todas las centrales de su tipo, en el proceso de centrifugación del combustible fuel oil” se genera un residual líquido oleoso producto de los lavados que se realizan con agua a presión, para eliminar las impurezas que se encuentran en el interior de la centrifuga, al terminar el mismo. Las aguas residuales oleosas (lodo) generadas en dicho proceso están compuestas por dos fases fundamentales: combustible (hidrocarburo) y fase agua y son consideradas como un residuo peligroso. Por su complejidad, no pueden tener el mismo tipo de tratamiento dado a las aguas residuales generadas por otras industrias. ² Las tecnologías para el tratamiento de estos residuos tienen como objetivo disminuir el volumen, la toxicidad del material peligroso y generar residuos finales (efluentes) que cumplan con los flujos y concentraciones de contaminantes estipulados en la legislación vigente, o en las políticas de la empresa. Escoger el tratamiento adecuado depende de muchos factores: disponibilidad de instalaciones, normas de seguridad, costos, etc. Además dependiendo de la fuente y características del residual, cada caso requiere de una solución técnica propia, que permita minimizar o evitar posibles daños al suelo, a las aguas, a ecosistemas frágiles y a la población en general, en caso de derrames o por vertimientos de estos residuos sin la calidad requerida. ^3,4

La mayoría de los países en desarrollo no cuentan con instalaciones que permitan el tratamiento y disposición ambientalmente racional de estos desechos por lo que su disposición final se dificulta y, en muchos casos, se almacenan en condiciones no apropiadas o se disponen sin el debido control, contaminando los cursos de aguas, aire, suelos y afectando otros recursos naturales. ^5,6

Es por todo lo anteriormente expuesto que el objetivo de este trabajo es: evaluar el sistema para el tratamiento del agua oleosas total (lodo) generada en una central eléctrica operando con "fuel oil" y proponer soluciones tecnológicas, que permitan mitigar el poder contaminante de los mismos.

Para realizar la evaluación se realizó una caracterización físico-química del lodos, se realizaron los muestreos correspondientes, se determinó el % v/v de las fases que la componen con respecto al volumen total generado, teniendo en cuenta el procedimiento desarrollado en los estudios realizados por.⁷ Los métodos utilizados para la caracterización realizada a estas aguas oleosas, están basados según lo establecido en. ⁸

La evaluación de la calidad de las aguas oleosas para su vertimiento, se realizó teniendo en cuenta lo Límites Máximos Permisibles Promedio (LMPP) establecidos por las normas cubanas. ^9,10,11

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en la evaluación y las características físico-químicas del agua residual objeto de estudio, se proponen mejoras al sistema de tratamiento existente, las cuales resultaron ser factibles desde el punto de vista técnico-económico y ambiental. ¹² Además se demostró que el agua residual tiene un valor añadido a partir de las ganancias que puede reportar la recuperación de su fase orgánica (combustible).

Caracterización física de las aguas oleosas

Comportamiento del porcentaje volumétrico, de las diferentes fases que integran el agua oleosa total: fase combustible (lodo) y fase agua oleosa de la muestra 2

En la tabla 1 se observa que el agua oleosa total (lodo) posee valores medios de 47,7 % v/v de fase combustible (lodo) y un 52,3 % v/v de fase agua oleosa. Los resultados estadísticos reportados demuestran, que no es significativa la dispersión porque no hay diferencia en las varianzas. Estos resultados resultan ser muy similares con los resultados obtenidos en estudios realizados por ⁽¹⁵⁾, el cual obtuvo en su trabajo un 45-50 % v/v de la fase agua y 50-55 % de la fase combustible (lodo). La fase combustible (lodo) generada representa entre 8-10 L/ton de “fuel-oíl” procesada, el cual pudiera ser utilizado como un combustible de calidad aceptable en hornos industriales o generadores de vapor, debido al poder calórico considerable que posee.

Tabla 1

Comportamiento del porcentaje volumétrico, de las diferentes fases que integran el residual (combustible (lodo) y fase agua oleosa)) en la muestra 3 (calentamiento a 75⁰C)

En la tabla 2 se observa que el residual posee valores medios de 49,63 % v/v de fasea c9ombustible (lodo) y 50,37 % v/v de fase agua. Los resultados estadísticos reportados demuestran, que no es significativa la dispersión porque, no existe diferencia en las varianzas.

Tabla 2

Caracterización química-física de la fase agua oleosaComportamiento de los indicadores de la contaminación en las sudmuestras 1, 2 y 3

En la tabla 3 se observa que con solo 72 h de reposo (SM-2), en la fase gua oleosa se evidencia una disminución de un 25,2% en el contaminante grasa y aceites (G y A) y de un 23,8 % en el contaminante hidrocarburo (HC), pero poco significativo en el contaminante Demanda Química de Oxigeno (DQO), si se comparan con los resultados obtenidos en la SM-1. Esto está dado porque en el tanque de recepción de agua oleosa total (lodo) no existe una buena separación, debido a que cada 24 h el agua oleosa total (lodo) del tanque de lodo del HTU es enviada al mismo, provocando revolturas en el seno del líquido. La diferencia en el parámetro pH no es significativa.

Cuando se realiza un calentamiento a 75 ⁰C (SM-3) se observa una disminución muy significativa en los contaminantes: DQO (70,34 %), G y A (53,7 %) e HC (83,2 %) si se compara con los resultados obtenidos en la SM-1. Esto es debido que al existir cambios de temperatura, el hidrocarburo presente en la fase agua oleosa tribute a la fase combustible (lodo), disminuyendo así el poder contaminante de la misma

Esto debe tenerse en cuanta debido a que los procesos de separación de fases por decantación en residuales petrolizados, se ven favorecidos según ³ por el calentamiento a temperaturas inferiores al punto de inflamación de la fase combustible. Esto propicia una separación física más rápida, eficiente y permite el aprovechamiento de la fase combustible (lodo) en diferentes procesos. Por todo lo anterior se propone un sistema de calentamiento con el objetivo de lograr mayor uniformidad en las temperaturas y una separación eficiente de las fases presentes en el agua oleosa total (lodo).

Evaluación de la calidad de la fase agua. Aunque se logra disminuir considerablemente los indicadores de la contaminación determinados, los mismos no cumplen con los límites máximos permisibles promedio (LMPP) establecidos en la legislación vigente ⁹ ya que en ella se prohíbe el vertimiento de hidrocarburos a cualquier cuerpo receptor. En el caso de la legislación vigente ¹⁰, solo se prohíbe el vertimiento del efluente al cuerpo receptor clase A, por ser las áreas marinas zonas de conservación eclógica o áreas protegidas (ecosistemas de gran fragilidad).

Descripción de la alternativa tecnológica propuesta. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en el trabajo y lo planteado en la bibliografía consultada ^4,16, se describe a continuación la alternativa tecnológica propuesta, para el tratamiento de residuales líquidos de la central eléctrica “fuel-oíl” de tecnología HYUNDAY objeto de estudio.

Alternativa propuesta. Una vez que el tanque de recepción de lodo (capacidad 80 m³) alcanza un determinado nivel (aproximadamente un 90%) se bombea al tanque de estabilización y después de transcurrido un tiempo de 72 h o más, según la disponibilidad de la CE, se le suministra vapor a través de un calentador de serpentín hasta alcanzar un rango de temperatura entre 75-80 ⁰C durante un tiempo entre 30-40 min y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente. Posteriormente se drena la fase agua (aguas oleosas) hacia la trampa de grasa y sigue el mismo ciclo del proceso descrito en el epígrafe 1 y representado en la figura 1.

En la figura 3 se muestra el diagrama de flujo con la alternativa tecnológica propuesta al sistema de tratamiento de las aguas oleosas (lodo), generadas en el proceso de centrifugación del "fuel oil" y el aceite.

Resultados de la valoración económica de la mejora propuesta

Análisis de los indicadores dinámicos de rentabilidad (VAN, TIR, PRD)

Según los valores obtenidos para el Valor Actual Neto (VAN) de $65,659.51 y una Tasa Interna de Rentabilidad (TIR) de 64% la mejora propuesta resulta ser viable desde el punto de vista económico. Según se muestra en la figura 4, el período de recuperación de la inversión (PRD) es de aproximadamente 2 años, después de implementada la propuesta.

Impactos obtenidos con la aplicación de la mejora propuesta

Con la aplicación de la mejora propuesta se obtienen beneficios ambientales y económicos considerables.

Impacto económico. Según estudios realizados por el Centro de Estudio Termoenergético Azucarero (CETA). Facultad de Ingeniería Mecánica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, en una Central Eléctrica (CE) “fuel oíl” de tecnología HYUNDAI, con 12 motores, se generan aproximadamente 242 756 L de lodo/año (año de referencia 2010).

Cantidad de dinero perdida cada año (CDPA)

CDPA = VL* Precio del “fuel oíl”

CDPA = 242 756 L/ año* 0,19 pesos

CDPA = 46 123,64 $/año

Teniendo en cuenta el volumen de lodo (VL) generado anualmente y el precio actual que paga “Generación Distribuida” para la compra del mismo, se lograrían ingresos de $46 123,64 por año. La cantidad de dinero es significativa si se tiene en cuenta que el análisis se realizó para una CE “fuel oíl” solamente.

Impacto ambiental. Se logra una reducción considerable de los indicadores de la contaminación más cuestionados en la legislación vigente como son (DQO, grasas y aceites e hidrocarburos), disminuyendo así el poder contaminante de dichas aguas, si las mismas son vertidas al medio. Además con la recuperación de la fase orgánica (lodo) se logran ahorros de 46 123,64$/año por daños evitados.

El sistema de tratamiento de las aguas oleosas generadas en el proceso de centrifugación del fuel y el aceite de la Central Eléctrica "fuel oil" de tecnología HYUNDAI, presenta deficiencias técnicas y de diseño, que no permiten que el efluente cumpla con los LMPP, establecidos por la legislación vigente, para su vertimiento al medio.