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Innovaciones Tecnológicas en Pretratamientos con Membranas
Frans Knops, Estanislao Kahne, Alejandro Román, Manuel Rubio
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CONTENIDO
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• PRETRATAMIENTOS CON MEMBRANAS – Evolución histórica – Tendencias actuales – Comparación con pretratamientos convencionales
• EVOLUCIONES/INNOVACIONES TECNOLÓGICAS
• CONCLUSIONES
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PRETRATAMIENTOS CON MEMBRANAS
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EVOLUCIÓN DE LA CAPACIDAD INSTALADA 110 Desaladoras con pretratamiento por UF/MF
en 2011
Huehmer(2011). IDA Conference Proceedings
Capa
cida
d (m
3/d)
Anual
Acumulado
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PRETRATAMIENTOS CON MEMBRANAS
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EJEMPLOS DE DESALADORAS CON PRETRATAMIENTO POR MEMBRANAS DE UF/MF
Proyecto Capacidad (m3/d) Constructor
Ashdod (Israel) 384.000 Valoriza Agua
Beckton (Reino Unido) 150.000 Acciona Agua
Shuwaikh (Kuwait) 150.000 Doosan
Perth (Australia) 150.000
(ampliación a 300.000) Valoriza Agua
Adelaida (Australia) 140.000
(ampliación a 280.000) Acciona Agua
Qingdao (China) 100.000 Abengoa Water -‐ Abeima
Nemmeli (India) 100.000 VA Tech -‐ IDE
Jorf Lasfar (Marruecos) 76.000 Cadagua
Jubail (Arabia Saudi) 75.000 Al Fatah
Palm Jumeirah (E.A.U) 64.000 ACWA
Escombreras (España) 63.000 Tedagua
Uramin (Namibia) 55.000 Keyplan
Al Zawrah (E.A.U.) 46.000 Cadagua
Candelaria (Chile) 45.000 Aqualia Infraestructuras
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PRETRATAMIENTOS CON MEMBRANAS
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UF VS. PRETRATAMIENTOS CONVENCIONALES
Comparación de CAPEX para desaladora de 100.000 m3/d. Amérigo y Carballo (2012)
• CAPEX:
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PRETRATAMIENTOS CON MEMBRANAS
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Comparación de OPEX para desaladora de 100.000 m3/d. Amérigo y Carballo (2012)
UF VS. PRETRATAMIENTOS CONVENCIONALES
– Consumo coagulante
– % Reposición de membranas de ósmosis
– % Reposición de cartuchos – Consumo energéOco: ↓ P operación OI / Operación en línea UF-‐OI
– Tiempo de construcción/ Mayor disponibilidad de la planta
• OPEX:
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PRETRATAMIENTOS CON MEMBRANAS
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CONFIGURACIONES DE UF/MF UTILIZADAS
Huehmer(2011). IDA Conference Proceedings
• 80-‐85% de la capacidad instalada usa membranas de fibra hueca presurizadas.
• Uso decreciente de sistemas de lpo sumergido en los úllmos años.
Otras
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PRETRATAMIENTOS CON MEMBRANAS
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MATERIALES DE MEMBRANA UTILIZADOS
• En los orígenes de la aplicación, a finales de los 90, exisqa una gran variedad de materiales de membrana de UF/MF: PES, PS, PP, PVDF, PAN, Tri-‐acetato de Celulosa.
• En la actualidad se imponen las membranas con base PES, asociadas a membranas con configuración dentro-‐fuera y las membranas de PVDF, para la configuración fuera-‐dentro.
• Lenta evolución hacia la estandarización en UF/MF.
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EVOLUCIONES/INNOVACIONES TECNOLÓGICAS
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OBJETIVOS PRINCIPALES
• Reducir el CAPEX para aumentar su compellvidad frente a los pretratamientos convencionales.
• Reducir los costes de explotación (energía, consumo de químicos).
• Aumentar la flexibilidad de los sistemas de UF para tratar aguas de peor calidad.
• Aumentar el grado de retención de ciertos compuestos (ej. Materia orgánica) en la UF para proporcionar un agua de mejor calidad a la O.I.
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EVOLUCIONES/INNOVACIONES TECNOLÓGICAS
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OPTIMIZACIÓN DE MATERIALES DE MEMBRANA Año 2006: Aparición de la membrana Seaguard, primera membrana específica para el pretratamiento de agua de mar. Paso esencial para la adopción de la tecnología a gran escala.
Membrana Seaguard: base de PES, con adición de PVP. Caracteríslcas:
• Alta resistencia mecánica.
• Alta hidrofilidad, permilendo trabajar con las menores presiones transmembrana (0,1-‐0,4 bar), oplmizando así el consumo energélco.
• Alta resistencia al cloro.
• Excelente control de la distribución de poros, con un tamaño de poro nominal de 0,02 µm, consiguiendo el mayor grado de retención de bacterias y virus.
La mayor facilidad para obtener poros de pequeño tamaño está llevando al desarrollo de nuevas membranas de fibra hueca con base PES que se acercan al rango de la nanofiltración (eliminación del silice coloidal, eliminación del color, etc.).
Este desarrollo abre un nuevo campo para las membranas de pretratamiento de agua de mar, por la posibilidad de reducir COT, y otras moléculas que provocan ensuciamiento en la ósmosis.
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EVOLUCIONES/INNOVACIONES TECNOLÓGICAS
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INCREMENTO EN EL AREA DE MEMBRANA POR MÓDULO 1990 2000 2010 2020 1995 2005 2015
Primeros módulos 8” Década 90
Módulos S-‐225 8” 1998-‐2003 35 m2
Módulos SXL-‐225 8” 2003-‐2009 40 m2
Módulos Aquaflex 55 8” 2009 -‐ 55 m2
+ 38% Área Membrana Mayor área membrana/basOdor
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OPTIMIZACIÓN DE BASTIDORES
BasOdor Opo XIGA 412
Este lpo de basldores permiten un ahorro de más del 75% en el espacio requerido para su instalación frente a los sistemas con configuración verlcal en plantas de >100.000 m3/d.
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OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA MEDIANTE LA OPERACIÓN EN LÍNEA UF/RO
Bomba (s) Alimentación UF
UF-‐1
UF-‐2
UF-‐19
UF-‐20
Agua Retrolavado
Concentrado CEB
Alimentación
Bomba RO
Descarga
Neutralización
Bombas Retrolavado
Coagulante
Químicos CEB
sc PT
FT
FT
LT
FT
FT
FT
FT
FT
pH .
sc
sc
sc
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OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA MEDIANTE LA OPERACIÓN EN LÍNEA UF/RO
Ventajas + Alimentación directa a Ósmosis reducción consumo energélco + Reducción del nº de bombeos reducción en la inversión + Se suprime tanque intermedio Reducción obra civil, filtros cartucho + Agua en movimiento menor crecimiento microbiológico + Reducción del espacio ocupado
Desventajas - Control más complejo Operación: UF disconlnuo; RO conlnuo - Necesita normalmente de un mayor nº de unidades operalvas
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OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA MEDIANTE LA OPERACIÓN EN LÍNEA UF/RO
Ejemplos de plantas con operación en línea
Beckton (Reino Unido) Shuwaikh (Kuwait) M. Torres (Murcia)
• Otras plantas en construcción con operación en línea: – Al Zawrah (E.A.U.). Cadagua. Configuración verlcal – Candelaria (Chile). Aqualia Infraestructuras. Configuración verlcal – Ashdod (Israel). Valoriza Agua. Configuración horizontal – Jubail (Arabia Saudí). Configuración horizontal
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OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO MEDIANTE RETROLAVADOS CON SALMUERA
Bomba (s) Alimentación UF
UF-2
UF-19
UF-20
Agua Retrolavado
Concentrado CEB
Alimentación Bomba RO
Descarga
Neutralización
Bombas Retrolavado
Coagulante
Químicos CEB
sc PT
FT
FT
LT
FT
FT
FT
FT
FT
pH
.
sc
sc
sc
Producción adicional de
agua ultrafiltrada
para su uso en retrolavados y retrolavados
químicos (CEB)
Aporte adicional de alimentación
para la producción de
agua de limpiezas de la
UF
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OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO MEDIANTE RETROLAVADOS CON SALMUERA
Bomba (s) Alimentación UF
UF-2
UF-19
UF-20
Agua Retrolavado
Concentrado CEB
Alimentación Bomba RO
Descarga
Neutralización
Bombas Retrolavado
Coagulante
Químicos CEB
sc PT
FT
FT
LT
FT
FT
FT
FT
FT
pH
.
sc
sc
sc
Salmuera del sistema de Ósmosis Inversa
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OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO MEDIANTE RETROLAVADOS CON SALMUERA
Ventajas + Se oplmiza la recuperación global de la planta desaladora (3-‐4% adicional). + Al reducir las necesidades de alimentación, se oplmiza el consumo energélco. + En la mayoría de los casos se oplmiza el volumen necesario para el tanque de retrolavado.
Aspectos a tener en cuenta - Se recomienda limitar el uso de salmuera sólo para los retrolavados sin reaclvos químicos (aprox.
75-‐80% del agua usada para limpiezas de la UF). - Para los retrolavados químicos (CEB) se sigue ullizando agua ultrafiltrada. - Se recomienda analizar la posible composición de la salmuera (químicos) y usarla de la forma más
directa posible, minimizando su lempo de acumulación. - Tras el retrolavado con salmuera el basldor queda lleno de agua de alta salinidad. Necesidad de
realizar un desplazamiento (flushing) con agua de alimentación antes de poner el basldor en modo filtración.
- El control se vuelve algo más complejo.
Ejemplos de plantas con posibilidad de retrolavados con salmuera + M. Torres (Murcia) + Candelaria (Chile)
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OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO POR SISTEMAS DE OPERACIÓN INTELIGENTE
• Control en lempo real del proceso de ultrafiltración • Ajuste automálco de los parámetros de operación para oplmizar el rendimiento de la planta de UF. • 25-‐50% de reducción en costes de reaclvos químicos y energía en los sistemas en los que se ha instalado.
Technología Smart La Tecnología de control Smart asegura un máximo rendimiento y disponibilidad de la planta, mientras que se oplmizan los consumos de energía y químicos.
Smart PLC Planta UF
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OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO POR SISTEMAS DE OPERACIÓN INTELIGENTE Technología Smart Ej. Uso de coagulante sólo en caso de condiciones dificultosas de operación como tormentas, bajas temperaturas, mala operación del sistema de pretratamiento. Ajuste automálco.
Tiempo Tiempo
Calid
ad Agua
Calid
ad Agua Configuración Planta
Calidad Agua
Configuración Planta
Calidad Agua
a) b)
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OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO POR SISTEMAS DE OPERACIÓN INTELIGENTE Technología Smart Caso Práclco: Qingdao (China). Episodio de algas. Julio 2008
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OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO POR SISTEMAS DE OPERACIÓN INTELIGENTE Technología Smart Caso Práclco: Qingdao (China). Episodio de algas. Julio 2008
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CONCLUSIONES
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• En los úllmos 6 años ha habido una rápida expansión en el uso de pretratamientos de agua de mar mediante membranas de UF/MF.
• La oplmización de materiales/módulos de membrana y mejoras de proceso han permildo que esta tecnología sea compellva en CAPEX/OPEX frente a los pretratamientos convencionales.
• Existen ya un gran número de desaladoras a nivel mundial con capacidad >100.000 m3/d.
• La tecnología de membranas es un campo en conlnua evolución. Los principales avances están enfocados a: – Oplmización energélca: evolución de materiales, operación en línea, retrolavados
con salmuera. – Oplmización de consumo de reaclvos químicos: sistemas inteligentes de control – Reducción del CAPEX: oplmización área membrana/módulo, desarrollo basldores. – Mejoras en la calidad del agua pre-‐tratada.
• Estos desarrollos asegurarán un crecimiento conlnuado de los pretratamientos con membranas en los próximos años.
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