seminario minerÍa y recursos hÍdricos alternativas de abastecimiento desalinizaciÓn de aguas

SEMINARIO MINERÍA Y RECURSOS HÍDRICOS

ALTERNATIVAS DE ABASTECIMIENTODESALINIZACIÓN DE AGUAS

María Pía Mena P.

Alternativasde Abastecimiento de Agua

DESALINIZAR

Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

Parámetros Críticos?Parámetro Unidad Agua Mar NCh 409/05 Remoción

pH 7 - 8 6.5 - 8.5Calcio mg/l Ca 450Magnesio mg/l Mg 1,380 125 90.9%Cloruro mg/l Cl 20,500 400 98.0%Potasio mg/l K 430Sodio mg/l Na 11,300Sílice mg/l Si 9Fluoruro mg/l Fl 0.6 1.5Nitrato mg/l N 10 50*Amonio mg/l N 0.1 1.5*Estroncio mg/l Sr 18Bario mg/l Ba 0.01Hierro mg/l Fe 0.5 0.3 40.0%Manganeso mg/l Mn 0.06 0.4Bicarbonato mg/l HCO3 150Sulfato mg/l SO4 2,800 500 82.1%SDT mg/l 37,000 1,500 95.9%* Concentraciones como NO3 y NH3, respectivamente.


Procesos de Membrana

La fuerza actuante es una diferencia de presión a través de la membrana. En esta categoría se encuentran: Microfiltración (MF), Ultrafiltración (UF), Nanofiltración (NF) y Osmosis Inversa (RO)

Nanofiltración (NF)

La transferencia de iones a través de la membrana está controlada por difusión. Las membranas NF permiten rechazar contaminantes de tamaño 0,0007 a 0,01 m.

Este proceso puede llevar a cabo la remoción de sales, dureza, patógenos, turbiedad, compuestos orgánicos sintéticos y pesticidas.

La presión de trabajo se encuentra entre 0,5 – 1,5 MPa.


Osmósis Inversa (RO)

Este proceso es capaz de rechazar contaminantes o partículas con diámetros tan pequeños como 0,0001 m.

Se utiliza principalmente para desalinización de agua de mar, en la cual las concentraciones de SDT están en el rango 35 – 45 gr/l.

Las presiones necesarias para el agua de mar en el rango 5 a 8 MPa.

Flujo a través de las Membranas

RO NF UF MF Flujo 5 – 40 20 – 80 3 – 200 50 - 500L/m2/hrRetención >90% NaCl >95% lactosa >4 kD

>0,01 m <50% NaCl <500 kD <5 mSeminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

PROCESO DE OSMOSIS INVERSA

Osmosis

Osmosis Inversa


PROCESO DE OSMOSIS INVERSA

Presión Osmótica ()Diferencia de presión a través de una membrana, necesaria para invertir el flujo desde una solución más concentrada a otra menos concentrada.

= 8204,76*(T+273)*mi

= presión osmótica, PaT = temperatura, °Cmi = suma de la concentración molal (moles/Kg) de todos los constituyentes en la solución.

˜ 75,8 KPa por cada 1000 mg/l de SDT


SISTEMAS DE OSMOSIS INVERSA

Alimentación: Solución que ingresa al sistema y es presurizada. Contiene un concentración de soluto Cf.

Permeado: Agua que traspasa la membrana y es recolectada. Contiene una concentración Cp del soluto.

Concentrado: Solución que no traspasa la membrana y está enriquecida con el soluto rechazado (salmuera, Cc).



Rechazo: Porcentaje del material disuelto que no pasa a través de la membrana, depende del ion específico.

Recuperación: Razón entre el caudal de permeado y el caudal de alimentación R = Qp/Qf

Concentración en el concentrado: se relaciona con la concentración de alimentación y la recuperación Cc = Cf/(1-R)


Flujo de agua a través de la membrana

Flujo de soluto a través deLa membrana

Recuperación

Configuraciones de Módulos de Membranas

La unidad operacional en la cual las membranas están dispuestas corresponde a un “módulo”. Esta unidad consiste en las membranas, estructuras soportantes de presión, estructuras de alimentación y de eliminación de concentrado y permeado.

Los tipos más comunes son: marcos y placas; espiral, tubular y fibra hueca.


Configuraciones de Módulos de Membranas



Sistema de dosificación de

hipoclorito

Filtro multimedia

Filtro de carbón activado

(opcional)

Soplador para lavado con aire

De sistema de captación de agua de mar

Sistema de dosificación de

bisulfito

Sistema de dosificación de antiescalante

Tanque y bombeo de

agua producto

Unidad de lavado

CIP

SKID 2 DESALATOR DHS-200

SKID 1 PRETRATAMIENTO

Tanque y bombeo de agua cruda

De tanque de agua potable

Limite de suministro

Limite de suministro


PRETRATAMIENTO EN OSMOSIS INVERSA

Etapa fundamental para controlar el ensuciamiento y prolongar la vida útil de las membranas.



Pretratamiento incluye desinfección, coagulación, acidificación, filtración, decloración, control sales poco solubles y microfiltración.

Desinfección: Hipoclorito de sodio.

Clarificación: Técnicas convencionales de filtración. Cada fabricante especifica el máximo nivel de turbiedad o IDS (índice de ensuciamiento de membranas).

Decloración: Necesario en el caso de membranas de poliamida que no admiten cloro ni ningún oxidante. Se utiliza bisulfito sódico o filtros de carbón activado.



Precipitación: ocurre cuando las sales están concentradas más allá de sus solubilidades. Los métodos de control son:

• Adición de ácido: se utiliza H2SO4 para evitar incrustación de CaCO3. Se debe tener cuidado de no aumentar excesivamente el contenido de sulfatos. Destruye los aniones.

• Adición de antiincrustantes: forman complejos con los cationes para evitar la precipitación.

Todas las plantas deben incluir filtros de cartuchos instalados antes del bombeo de alta presión y como última etapa del pretratamiento. En general se utilizan filtros de cartucho de tamaño entre 2 y 20 m.

Las máximas pérdidas de presión aceptadas en los filtros de cartucho son de 5 psi en aplicaciones de NF y de 10 psi en RO.


Características Agua Producida

Agua de mar Aguas salobresConcentración SDT, mg/l 200 – 500 60 – 150% recuperación 25 – 45% 75 – 85%Presión operación, psi 800 – 1200 100 - 300Requerimiento Energía, KWH/m3 5 – 8 2 - 4

El agua producida es agresiva, de tendencia corrosiva y porlo tanto requiere post tratamiento para recuperar los nivelesde pH, alcalinidad, remoción de sulfuros y estabilización.

Subproducto del proceso

Salmueras Manejo y disposición: descarga al mar v/s evaporación


COSTOS DE LOS SISTEMAS DE OSMOSIS INVERSA

Componentes del sistema

Sistema de captación y conducción de aguaSistema de pretratamientoSistema de osmosis inversaAcondicionamiento y almacenamientoManejo y disposición de salmueras

Costos operacionales

EnergíaProductos químicosMano de obraReemplazo membranas: 5% aguas salobres; 20% agua marMantenimiento



Productos químicos: ácido sulfúrico soda cáustica antiincrustante cloro

Costos de Producción RO

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

Capacidad Planta, m3/d

Co

sto

, U

$/m

3

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ALTERNATIVAS DE ABASTECIMIENTODESALINIZACIÓN DE AGUAS

Muchas Gracias!!

María Pía Mena Patri

[email protected]@ing.uchile.cl

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