RECUPERACIÓN DE SALMUERAS CON LA TECNOLOGÍA DE DESIONIZACIÓN CAPACITIVA

Autores: Antonio Ordóñez , Belén Gutiérrez, Fernando Huertas (GS Inima Environment, SA)Jesús Palma , Julio Lado, Enrique García-Quismondo (Imdea Energía)Ángel de Miguel (Proingesa)

Presentador: Belén Gutiérrez (GS Inima Environment, SA), Enrique García-Quismondo (Imdea Energía)

ISBN 978-84-09-04625-6

ÍNDICE 1. Introducción al Proyecto DC-SOIAS

1.1 Motivación1.2 Proyecto DC-SOIAS1.3 Objetivos del Proyecto1.4 La Desionización Capacitiva1.5 Osmosis Inversa + Desionización Capacitiva

2. Desarrollo Experimental3. Resultados4. Conclusiones

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Motivación

Mejora de la gestión de las salmueras procedentes de plantas de Ósmosis Inversa de Agua Salobre usando tecnologías energéticamente eficientes

Deep Well injection Balsas de Evaporación Zero Liquid Discharge Tech. - MVCD

DESVENTAJAS: Gran impacto medioambiental, costes de transporte del efluente, elevado consumo

energético

1. INTRODUCCIÓN

1.2 Proyecto

1. INTRODUCCIÓN

• Desarrollo de la tecnología de desionización capacitiva para incrementar laproducción en procesos de desalación de aguas salobres subterráneas.

• Producir una salmuera con mayor contenido salino y menor caudal volumétrico y portanto con un mínimo impacto medioambiental.

• Uso mas eficiente de los recursos hídricos, logrando un aumento aprox. del 20% dela producción de agua dulce con el mismo caudal de entrada y con un menorconsumo energético, reduciendo la presión hídrica sobre los recursos naturales.

1.3 Objetivos

1. INTRODUCCIÓN

ETAPA DE ADSORCIÓN: los electrodos, encerrados en el interiorde celdas de flujo son recorridos por una disolución dealimentación a la vez que se aplica una diferencia de potencialentre ambos electrodos, reteniendo cada uno de ellos a la granmayoría de iones de signo contrario.

Se trata de una tecnología capaz de eliminar los iones presentes en el agua mediante la aplicación de unadiferencia de potencial entre dos electrodos inmersos en la disolución de agua a tratar.

ETAPA REGENERACIÓN: Con los electrodos parcial o totalmentesaturados por los iones adsorbidos, éstos son regeneradoscortocircuitando la celda o aplicando un voltaje de signocontrario al aplicado en la etapa inicial coincidiendo con lacirculación de una disolución de lavado que dará lugar a lasalmuera del proceso.

1.4 Desionización Capacitiva (CDI)

1. INTRODUCCIÓN

Aspectos RelevantesNo se usan membranasProceso de baja presiónNo es necesario adicionar químicosTecnología de supercondensadorLa recuperación de energía es posible

durante la regeneración

1.4 Desionización Capacitiva (CDI)

1. INTRODUCCIÓN

Agua salobreL

L

Rechazo

Ósmosis Inversa

Agua tratada

DESIONIZACIÓN CAPACITIVA

Salmuera con menor caudal volumétrico

ÓSMOSIS INVERSA

Permeado

Agua Regenerada

Agua ‘Desionizada’

Esquema de Proceso

DC-SOIAS

Se plantea utilizar la CDI como tecnología para el tratamiento de salmueras de rechazo de una planta de osmosis inversa de agua salobre

1.5 ÓSMOSIS INVERSA + Desionización Capacitiva (CDI)

1. INTRODUCCIÓN

En la etapa de descarga, se logra aumentar la concentración en la salmuera mediante la recirculación del efluente

En la etapa de carga, parte de las sales contenidas en la salmuera son retenidas en los electrodos dando

lugar a un efluente menos concentrado

1.5 ÓSMOSIS INVERSA + Desionización Capacitiva (CDI)

1. INTRODUCCIÓN

2 corrientes que se alternan

2. DESARROLLO EXPERIMENTAL

A) DEL LABORATORIO A LA ESCALA PILOTO

2. DESARROLLO EXPERIMENTAL

Conexión Eléctrica en Serie

Electrodos modificados:

Fieltros de grafito dopados con carbón activado. Configuración 3D: el agua atraviesa la estructura

porosa de los electrodos. Los iones de carga opuesta se adsorben durante la

etapa de desionización y se desorben en la regeneración.

Conexión Hidráulica en Paralelo

Proceso de preparación de electrodos de carbón activado 2400 cm2

Reactor de Desionización Capacitiva ensamblado

B) STACK DEL CDI

2. DESARROLLO EXPERIMENTAL

CARACTERÍSTICAS

• Caudal: 4 – 15 L/h• Presión: 0 - 4 bar• Temperatura: 0 - 60 ºC• Conductividad: 0- 100 mS/cm• pH: 0 – 12

SISTEMA DE GESTIÓN DE ENERGÍA

• Voltaje Constante.• Corriente Constante.• Potencia:

• Voltaje: +6V/-6V.• Intensidad: +5A. / -5A.

INSTRUMENTOS

• 1×presión, 1×temperatura• 1×caudalímetro, 1×pH, 1×conductivímetro

C) PROTOTIPO DE DESIONIZACIÓN (1.200 cm2)

2. DESARROLLO EXPERIMENTAL

3. RESULTADOS

3. RESULTADOS

Volta

je /

V

Tiempo

EnergíaAlmacenada

Adsorción(Carga)

Desorción (Descarga)

Energía RecuperadaEnergía No

Almacenada

RESULTADOS: Adsorción específica por cinética Diferente movilidad de iones

CONCENTRACIÓN DE IONES: Salto de concentración limitado

3. RESULTADOS

3. RESULTADOS

RESULTADOS:

El consumo está condicionado por la eficiencia de desalación (%)

Depende de la concentración de iones

PLANTA PILOTO DC-SOIAS

CARACTERÍSTICAS• Caudal: 40 - 120 L/h • Presión: 200 – 1000 mbar• Temperatura: 25 - 30 ºC

GESTOR DE ENERGÍA• Voltaje Constante.• Corriente Constante.• Potencia:

• Voltaje: +15V/0V.• Intensidad: +24A. / -40A.

INSTRUMENTOS• 1×presión, 1×temperatura• 1×caudal, 1×pH, 2×conductivímetro

Escalado a Sistema Piloto de electrodos de 2400 cm2 – 10 celdas3. RESULTADOS

3. RESULTADOS

RESULTADOS: Escalado verificado Diferente reversibilidad de iones

CONCENTRACIÓN DE IONES: Salto de concentración limitado

4. CONCLUSIONES

La CDI se presenta como una alternativa tecnológica prometedora para afrontar la reduccióndel volumen de salmueras.

El proceso de escalado de la tecnología se ha realizado de forma satisfactoria desde lasceldas de laboratorio hasta la escala de planta piloto.

El sistema de CDI permite la recuperación de energía llegándose a eficiencias de ciclo del70%.

La tecnología presenta una gran versatilidad dado que permite operar a distintasvoltajes/densidades de corriente en función del agua de proceso.

Para la implementación de esta tecnología se requieren estrategias operacionales, esfuerzoen ingeniería y estudio del diseño del sistema completo de CDI.

4. CONCLUSIONES

AGRADECIMIENTOSEste proyecto está siendo financiado parcialmente por el Ministerio de

Economía y Competitividad mediante el Programa Retos Colaboración 2015 (RTC-2015-3969-5 (Proyecto DC-SOIAS)).