DISEÑO DE UNA PLANTA DE

OSMOSIS INVERSA PARA 100

M3/DIA DE AGUA SUBTERRANEA.

Emplazamiento: CIUDAD DEPORTIVA MUNICIPAL.SAN VICENTE DEL RASPEIG.

San Vicente del Raspeig, Septiembre del 2011.

MASTER EN GESTION SOSTENIBLE Y TRATAMIENTOS AGUA. JOSE J SIRVENT SEGURA.

Las instalaciones

El emplazamiento del edificio de proceso

Los antecedentes

• Los principales problemas a los que se debe enfrentar la humanidad próximamente son: energía, agua ymedioambiente.

• El problema del agua se puede contemplar desde dos puntos de vista: escasez y calidad. La mayor partede los procesos que se utilizan para el tratamiento de agua requieren un gran consumo de energía,recurso escaso y caro.

El objeto

• El objetivo de la presente instalación es el tratamiento de agua de un pozo a localizar en la población de SanVicente del Raspeig, con el fin de poder utilizarla para el suministro de agua en las instalaciones de la CiudadDeportiva Municipal, alimentado por un mini parque fotovoltaico de 25 kWp.

• En el presente estudio se aborda la descripción de dicho tratamiento, que consiste en una planta dedesalinización de agua por ósmosis inversa para un tratamiento de hasta 100 m3/día.

• Hasta la actualidad se ha utilizado para este fin agua procedente de la red municipal, suministrada por AMAEMSA, con un consumo anual de 31.188 m3 (2010).

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El suelo

• Como previo utilizaremos los datos de un sondeo efectuado en las inmediaciones en Nov 2008. Lascaracterísticas de este son:

• Prof alcanzada: 45 m• El nivel piezometrico queda establecido y estabilizado a 19,70 m.

• Las características litológicas de los materiales atravesados por el sondeo fueron las siguientes:•• -De 0 a 8 m. Limos marron rojizo con gravas ya renas. Cuaternario.• -De 8 a 10 m. Gravas y arenas algo limosas. Cuaternario.• -De 10 a 17 m. Calcarenitas color gris/beige. Neógeno.• -De 17 a 22 m. Calcarenitas color gris/beige algo margosas. Neógeno.• -De 22 a 37 m. Brecha calcarea con matriz margosa, color marron claro. Neógeno.• -De 37 a 45 m. Margas gris oscuro a azuladas. Paleógeno.•• Los materiales localizados se pueden incluir en una amplia unidad morfogeologica de edad Pliocuaternaria

denominada glacis de San Vicente y caracterizada por tratarse de una serie constituida por limos y arcillas decolor anaranjado ligeramente encostrado, con niveles de arenas y nódulos calcalreos, detectándose, por ultimo elsustrato terciario, formado por margas.

El agua subterranea

• Analisis despues de aforo.• pH 6,25• Conductividad eléctrica a 25 ºC 9280• Solidos totales disueltos <(STD) 7.006,65

Capacidad de tratamiento

• La instalación, en principio, se diseña para un caudal de agua a tratar hasta de 100 m3 dia, con lo queesperamos obtener un caudal de permeado de hasta 75 m3/dia y un concentrado o rechazo de hasta 25 m3/dia.

• El permado se utilizara para uso normal dentro del recinto deportivo: duchas, fuentes, riego zonas verdes, etc….•• El rechazo (concentrado) se utilizara para riego de:•• -Campo de futbol de césped artificial 1.• -Campo de futbol de césped artificial 2.• -Baldeo pistas tenis tierra batida.• -Riego y baldeo viario, con toma de carga al exterior de la instalación del edificio de proceso.• -Se puede llegar a utilizar, en parte, para sustituir la desinfección actual en piscinas municipales (hipoclorito y

acido tricloroisocianurico) por la cloración salina.

Instalacion propuesta

• La instalación se compone de los siguientes equipos:•• BOMBEO DE AGUA DE APORTE• EQUIPO DOSIFICADOR DE HIPOCLORITO.• EQUIPO DOSIFICADOR DE ANTIINCRUSTANTE.• EQUIPO DE FILTRACIÓN DE SILEX.• EQUIPO DOSIFICADOR DE BISULFITO.• EQUIPO DE FILTRACIÓN DE SEGURIDAD.• BOMBEO DE ALTA PRESIÓN.• MÓDULOS DE ÓSMOSIS INVERSA.• EQUIPO DE LIMPIEZA Y FLUSHING.• INSTALACIONES ELÉCTRICAS DE CONTROL•

•Los valores de caudal unitarios, m3/h, son resultado de dividir los caudales/dia por una franja de 8 h, de 9,00 h a17,00 h aprox, mas desfavorable en invierno, para producción de energía eléctrica por el sistema fotovoltaico. Elhorario de producción energética, que estimamos, en invierno es de 8,30 a 16,30 h.

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Esquema de la instalacion

AGUAS SALOBRE(Bombeo pozo)

BOMBEO DE APORTE

FILTRACIÓN SOBRE SÍLEX-ANTRACITA

FILTRACIÓN DE PROTECCIÓN

BOMBEO DE ALTA PRESIÓN

MÓDULOS DE ÓSMOSIS INVERSA (MEMBRANAS)

AGUA DESALINIZADA

Dosificación de Hipoclorito

Dosificación de ácido

Dosificación de antiincrustante

Dosificación de Reductor

Equipo De

LimpiezaY

Flushing

ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN

Baja Presion

• BOMBEO DE EXTRACCION DEL POZO• El bombeo de agua de aporte se realiza por medio de una bomba sumergible, que bombea el total del caudal

necesario, hasta un deposito de PRFV de 2 m3 de capacidad, que sirve de regulación, para alimentar la bomba debaja presión.

•• La bomba de pozo se ha dimensionado para extraer el agua del pozo y suministrar como mínimo una presión de 1

Kg/cm2. Se dispondrá bomba marca Grundfos mod SP8A-25 de 3,7 kW con salida de 2” y 60 m.c.a.•• BOMBEO EN BAJA PRESIÓN• Se instala una bomba centrífuga, construida en acero inoxidable 316 L, capaz de impulsar 12,5 m3/h a 40 m.c.a.•

Los reactivos (I)

• Equipo dosificador de antiincrustante.

• Las sales del agua de aporte son sometidas a una importante concentración en el lado de rechazo de lasmembranas de ósmosis inversa. Este fenómeno puede llegar a producir incrustaciones de sales cristalizadascuando se supere el producto de solubilidad de las sales en el agua. Para evitar la precipitación de salesinsolubles es necesario la adición de un reactivo antiincrustante, que retarda este fenómeno.

• Se recomienda un reactivo del tipo polifosfonato, ya que requiere unas dosis menores que los poliacrilatos,alrededor de 4 ppm, y éstos últimos pueden provocar ensuciamientos en las membranas en caso de presencia dehierro en el agua de aporte. (Permetreat 191 de Permacare)

••• Equipo dosificador de ácido• Se incluye este equipo por la necesidad de controlar la incrustación de sales dadas las características del agua de

aporte. En el rechazo de la ósmosis inversa se produce una importante concentración de sales, que puedencristalizar si se supera su punto de saturación.

• La precipitación de estas sales está regida por el pH del medio, de modo que a ciertos valores de pH es másprobable que se produzca. Una medida de esta tendencia a precipitar la da el índice de Langelier. Para evitarriesgos de precipitaciones se recomienda un índice de Langelier en la salmuera inferior a 1,5 (si se dosificaademás un antiincrustante).

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Los reactivos (II)

• Equipo dosificador de hipoclorito sódico.

• El agua de aporte puede permitir la proliferación de gérmenes biológicos, los cuales tienen muchas posibilidadesde reproducirse en algunos puntos de la instalación, tales como los filtros de silex, los filtros de cartuchos, eincluso en las propias membranas de ósmosis inversa. Esta forma de contaminación puede colmatar lasmembranas, aunque ello no sea excesivamente problemático, pues ésta pueden recuperar prácticamente suscondiciones normales de operación con una limpieza química.

••• Equipo dosificador de bisulfito sódico.• Pese a que las membranas de ósmosis inversa propuestas tienen una cierta resistencia a la presencia de Cl2

residual, no hemos de olvidar que se trata de una membrana de poliamida y que, en condiciones excepcionales,pueden ser atacadas por este agente oxidante.

•• Por este motivo, si fuera necesario clorar el agua, consideramos preciso dosificar bisulfito sódico (NaHSO3), que

es un agente reductor y bioestático, ya que elimina el Cl2 residual del agua de aporte manteniendo una protecciónal sistema contra proliferaciones de material biológico. Asimismo, acidifica ligeramente el agua, lo cual resultaventajoso para el proceso.

Filtracion (1)

• FILTRACIÓN SOBRE SILEX-ANTRACITA.• Se dispone de un filtro cilíndrico en cuyo interior se alberga un lecho de material filtrante, silex, que retiene los

sólidos en suspensión existentes en el agua de aporte. Con esta filtración las membranas sufren un menorensuciamiento, con el consiguiente ahorro en costes de mantenimiento (reactivos de limpieza y reposición demembranas).

• El grado de ensuciamiento del lecho filtrante se detecta mediante diferencia de presión a la salida y entrada delmismo. La limpieza del filtro de silex-antracita se realiza de forma manual con agua a contracorriente, mediante labomba de aporte.

•• Con el fin de determinar el posible ensuciamiento de los filtros, se instala un caudalímetro a la salida del filtro, ya

que la diferencia de presión podría no ser un parámetro válido para la determinación del ensuciamiento.•

Control calidad agua aporte

• CONTROL DE LA CALIDAD DE AGUA APORTE• Se han instalado medidores de:• Conductividad• La conductividad es una medida eléctrica que está relacionada directamente con el TDS del agua. Por tanto, la

medida de este parámetro nos indicará la salinidad del agua de aporte y por tanto el cambio en la calidad de lamisma. Dado el carácter cualitativo de la medida de conductividad, deberían realizarse análisis químicos paradeterminar de manera precisa el origen de dichas variaciones.

• Esta medida, junto con la conductividad del producto nos permitirá calcular en todo momento el paso de sales através de las membranas y, por tanto, su rendimiento y estado.

• SDI• Este parámetro (Silt density, index) es una medida de la capacidad colmatante del agua, y se determina midiendo

el tiempo que tarda en pasar un volumen de agua de 0,5 l. a través de una membrana de 0,45 mm a una presiónde 2 bar. Se considera un agua limpia, a efectos de ósmosis inversa, cuando el SDI es inferior a 2.

• pH• Como ya se ha comentado, el pH del agua de aporte está relacionado con sus propiedades incrustantes, por lo

que este es un parámetro importante a controlar.•• Medida del ORP• Con el fin de determinar la presencia de posibles agentes oxidantes que podrían dañar las membranas de ósmosis

inversa, se incluye un medidor de potencial redox, que para la planta en caso de alarma.•

Filtracion (II)

• FILTRACION SOBRE CARTUCHOS• El agua tratada, y antes de ser enviada al bastidor de membranas, se filtra sobre cartuchos

bobinados de polipropileno con una capacidad de retención de 5 µm. con esto se consigue nosolo un afino del agua a tratar, sino una seguridad en caso de pérdida de material filtrante (delfiltro de silex).

• El colector procedente del filtro de silex alimenta a un filtro de cartuchos, equipado con 4cartuchos de polipropileno bobinado de 40”. El equipo se ha dimensionado a una velocidadmoderada de filtración (16 m/h).

• La mejor forma de controlar la colmatación en un filtro de cartuchos es por diferencias depresión.

La Osmosis Inversa

• El proceso de Osmosis Inversa se basa en el paso de agua a través de una membrana semipermeable rechazandola práctica totalidad de las sales disueltas. Para conseguir este fenómeno, se debe introducir en el contenedor delas membranas agua a presión superior a la presión osmótica del agua de aporte.

• Este es el punto en que se produce la desalación del agua de aporte. En base a los cálculos de incrustaciónrealizados se adopta como conversión de diseño el 75%, es decir, que se produce un caudal de permeado del75% del caudal del aporte y se vierte una salmuera cuyo caudal es del 25% del mismo.

• Las membranas elegidas son de configuración espiral y de tipo composite. La capa activa es de poliamidaaromática sobre soporte de polisulfona, que a su vez es soportado mecánicamente por un tejido no tejido depoliéster. Se ha elegido como membranas para la instalación el modelo SUL-G10, de TORAY.

•• Nº etapas 2• Nº cont. 1ª etapa 6• Nº cont. 2ª etapa 3• Nº membranas/cont. 6• Nº total de membranas 54•

La limpieza de membranas

• . EQUIPO DE LIMPIEZA Y FLUSHING

• Con el uso, las membranas sufren un ensuciamiento, lo que provoca caídas de presión elevadas y bajos caudalesde producto.

•• Mediante productos químicos adecuados:• Acidos.• Álcalis.• Detergentes.• Detergentes enzimáticos.• Dispersantes.• Biocidas.•• y por medio de una bomba adecuada se produce la limpieza de la superficie de membrana recuperándola de

nuevo, intercalando un filtro de cartuchos para eliminar los sólidos que puedan contener los reactivos o agua delimpieza. Constará de 4 unidades de cartuchos de 40” bobinado de ppoliester para 5 um.

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Automatizacion

• Con una aplicación Scada, combinada con software del grupo Telecom Levante, automatizamos la instalacion,adjuntamos esquemas de la unidad de adquisicion de datos, lista sensores y esquema principio de laautomatizacion., esquemas electricos y maniobra.

Coste agua desalada en nuestro caso

•• Costes de explotación: 0,32 €/m3.• Costes de amortización: 0,56 €/m3.

• Coste Total Agua desalada: 0,88 €/m3.

• Coste anual agua desalada: 23.100,00 €.• Coste actual agua red: 26.423,62 €.(2010).•

Gracias por su atencion.