Comparación de los procesos de cristalización por evaporación para aguas residuales con nitrógeno amoniacal

Al utilizar la cristalización por evaporación para aguas residuales con alto contenido de nitrógeno amoniacal, los procesos principales se pueden clasificar en tres tipos: evaporación multiefecto (MEE), recompresión mecánica de vapor (MVR) y evaporación al vacío a baja temperatura. Los tres pueden convertir las sales de amonio de la fase líquida a la sólida, pero difieren significativamente en el consumo de energía, la dependencia del vapor, el control del escape de amoniaco, la intensidad de la inversión y la flexibilidad operativa.

1. Cristalización por evaporación multiefecto para aguas residuales de nitrógeno amoniacal

MEE utiliza vapor fresco para la transferencia de calor por etapas, produciendo entre 0,25 y 0,35 toneladas de vapor por tonelada de agua, lo que resulta en el mayor consumo de energía. El sistema es sencillo y tolera bien las fluctuaciones en la calidad del agua, lo que lo hace adecuado para escenarios con centrales eléctricas autónomas y precios elevados de la electricidad. Sin embargo, la evaporación a alta temperatura (90-110 °C) provoca la liberación de una gran cantidad de amoníaco libre, lo que requiere una torre de depuración ácida multietapa; de lo contrario, la concentración de amoníaco en el gas de cola tiende a superar los estándares. Simultáneamente, las superficies de intercambio de calor son propensas a la formación de incrustaciones, lo que requiere un ciclo de limpieza de 7 a 10 días, lo que resulta en una mayor frecuencia de mantenimiento que los otros dos procesos.

2. Evaporación y cristalización MVR de aguas residuales de nitrógeno amoniacal

El MVR utiliza un compresor para calentar el vapor secundario a 18-25 °C para su reutilización. Consume solo entre 25 y 35 kWh de electricidad por tonelada de agua, lo que prácticamente no requiere reposición continua de vapor, lo que resulta en costos operativos entre un 20 y un 30 % menores que la evaporación de cuádruple efecto. Las temperaturas de evaporación pueden alcanzar los 70 °C, lo que reduce la presión parcial de amoníaco en un orden de magnitud y, al mismo tiempo, reduce el volumen de gases de escape y la carga de depuración. Cuenta con un alto grado de automatización, que permite el arranque y la parada con un solo botón mediante convertidores de frecuencia y monitorización por software. La desventaja es que el compresor tiene requisitos estrictos para la limpieza del vapor secundario. Si las aguas residuales presentan una alta DQO y fuertes propiedades espumantes, se debe agregar un antiespumante y realizar una limpieza en línea; de lo contrario, el impulsor es propenso a la coquización, lo que aumenta los costos de mantenimiento.

3. Evaporación y cristalización a baja temperatura de aguas residuales con nitrógeno amoniacal

La evaporación al vacío a baja temperatura opera a 37-45 °C, con un impacto mínimo en el aumento del punto de ebullición, lo que la hace especialmente adecuada para licores madre de nitrógeno amoniacal con alta DQO, alta viscosidad y fácil coquización. La diferencia de temperatura de transferencia de calor de casi 100 °C permite el uso de agua caliente de baja calidad o calor residual de la planta como fuente de calor, con un consumo de energía de solo el 30-40 % del de la evaporación por evaporación (MVR). Debido a la baja temperatura, el escape de amoniaco es insignificante, lo que resulta en una mayor vida útil del equipo. Sin embargo, la presión de vapor saturado es baja a bajas temperaturas, lo que resulta en una baja intensidad de evaporación. La capacidad de procesamiento de una sola unidad suele ser ≤3 t·h⁻¹, lo que requiere varias unidades en paralelo para la ampliación. Además, el sistema de vacío es complejo, con una inversión única comparable a la de la MVR, lo que lo hace más adecuado para la recuperación de sales de amonio de bajo volumen y alto valor añadido o para escenarios de reducción profunda de licores madre.

En resumen, para proyectos con un volumen de agua ≥5 t·h⁻¹, precios moderados de electricidad, requisitos de proceso cortos y espacio reducido, la evaporación por evaporación múltiple (MVR) es la opción preferida. Para proyectos con calor residual económico, un volumen de agua <3 t·h⁻¹, DQO alta y requisitos menos estrictos para el color de los cristales, la evaporación al vacío a baja temperatura resulta más económica. Si existe un excedente importante de vapor a baja presión en la planta y resulta difícil ampliar la carga eléctrica, se puede considerar la evaporación por efecto múltiple, pero se debe reservar espacio adicional para el lavado con amoníaco y la limpieza frecuente. En la ingeniería práctica, la MVR suele conectarse en serie con un secador de baja temperatura para formar una combinación de "concentración principal + secado terminal", que no solo conserva la ventaja del bajo consumo energético de la MVR, sino que también utiliza la sección de baja temperatura para solidificar completamente las aguas madres, logrando una descarga casi nula de aguas residuales con nitrógeno amoniacal.