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TEMARIO OSMOSIS

1. Definiciones y Trminos en Osmosis Inversa: Osmosis, Osmosis Inversa, Presin Osmtica, Presin neta

Aplicada, Alimentacin, Producto, Concentrado, Recuperacin. Flujo de Agua y de Sales a travs de la membrana,

FLUX (GFD).

2. Tipos de Membranas. Configuraciones.

3. Especificaciones de Membranas. Condiciones de Prueba. Lmites de Operacin en Campo.

4. Caracterizacin del Agua de Alimentacin. Anlisis Fsico-qumicos y biolgicos. Indice de Ensuciamiento (" SDI").

5. Aplicaciones. Seleccin de Membranas. Uso del Producto y del Concentrado. Requerimientos del Usuario.

6. Pre-tratamiento y Post-tratamiento.

7. Parmetros que Afectan a las Membranas y a los Sistemas de Osmosis Inversa: Temperatura, pH, Presin

Osmtica (Concentracin de Iones), Concentracin de Sales Poco Solubles, Polarizacin de la Concentracin (Factor

Beta), Flux, Ensuciamiento, Recuperacin por Elemento, Recuperacin Total en el Sistema. Diferencial de Presin.

8. Dimensionamiento de Sistemas de Membranas. Arreglos. Etapas de Concentracin. Pasos de Desalacin.

Recuperacin por Elementos. Recirculaciones.

9. Materiales, Equipos e Instrumentacin.

10. Uso del RODESIGN

11. Ensuciamiento (" Fouling"). Limpieza de Membranas.

12. Manejo de Datos de Operacin. Normalizacin. RODATA.

13. Costos

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1. Definiciones y Trminos en Osmosis Inversa Osmosis Osmosis Inversa

Presin Osmtica Presin Neta Aplicada

Alimentacin

Producto Concentrado

Recuperacin Flujo de Agua y de Sales a travs de la membrana

FLUX (GFD)

2. Definiciones y Trminos en Osmosis Inversa Osmosis: Fenmeno natural en el cual agua pasa a travs

de una membrana semi-permeable, desde una solucin menos concentrada a una solucin ms concentrada.

Osmosis Inversa: Proceso en el cual se fuerza al agua a

pasar a travs de una membrana semi-permeable, desde una solucin ms concentrada a una solucin menos concentrada, mediante la aplicacin de presin.

Presin Osmtica: presin que se desarrolla en una

solucin salina, dependiente de la diferencia de concentracin de iones presentes a ambos lados de la membrana.

3. Presin Osmtica Presin Osmtica: Fenmeno resultante de la diferencia de

concentracin de sales a travs de una membrana semi-permeable. Esta presin osmtica debe ser compensada antes de poder producir permeado en el sistema.

1000 ppm SDT = 11 psi Presin Osmtica (aprox.)

Agua salobre de aprox. 550 ppm SDT = 5 psi

Agua de mar de aprox. 35,000 ppm SDT = 385 psi

4. Presin Aplicada

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5. Definiciones y Trminos en Osmosis Inversa Alimentacin: Agua que entra al sistema de smosis inversa

luego del pre-tratamiento y acondicionamiento.

Producto (Permeado): Agua permeada a travs de la membrana.

Concentrado (Rechazo): Agua de arrastre a la salida del sistema,

que contiene las sales que han sido separadas por las membranas.

Recuperacin: Eficiencia del sistema, medida como el porcentaje

de la alimentacin que se transforma en producto.

Presin Neta Aplicada: Presin efectivamente ejercida en el

sistema y que resulta de restar a la presin de alimentacin la presin de salida del concentrado, la presin osmtica, las prdidas de presin en el sistema y de haberla, la contrapresin en el permeado.

6. Frmulas

7. Recuperacin % Recuperacin = (Flujo de permeado / Alimentacin) x 100%

Afecta la presin de alimentacin necesaria al variar la presin

osmtica. Afecta el rechazo de sales al variar la concentracin de sales en el concentrado.

A 50 % de recuperacin, los SDT en el concentrado son 2

veces los de alimentacin.

A 67 % son 3x

A 75% son 4x

A 80% son 5x

A 90 % de recuperacin, los SDT en el concentrado son 10

4

veces los de la alimentacin.

8. Frmulas

9. Frmulas

10. GFD

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11. Ejemplo de clculo del GFD en un sistema Cul es el flux en un sistema para 56 m/ h (1,344 m/ d) cuyo arreglo es 40 PV en primera etapa y 20 PV en la segunda (2: 1 (6m)), con elementos de 400 ft de superficie activa de membrana cada uno?

1. Tipos y Configuraciones

Tipos de Membranas.

Configuraciones.

2. Tipos de Membranas en O. I.

Acetato y triacetato de celulosa

Poliaramida

Polieterurea

Polisulfona

Tefln

Poliamida aromtica

3. Polmeros para Membranas de O. I.

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Acetato de Celulosa: Biodegradables. Moderada tolerancia a oxidantes, incluyendo cloro libre. Superficie lisa, menos propensa a ensuciamiento. Carga superficial neutra. Mediana presin, rechazo de sales mximo de 99.0%, Rpido incremento del paso de sales. Tendencia a compactacin y prdida de flujo de permeado. Sensibles a hidrlisis por pH. Lmite de temperatura 35 C.

Poliamida Aromtica Compuesta (TFC): Material plstico, no biodegradable. Muy sensibles a oxidantes. Superficie relativamente spera, ms propensa al ensuciamiento. Carga superficial negativa. Baja a muy baja presin. Incremento del paso de sales progresivo y limitado con el tiempo. Muy baja o ausente compactacin. Amplio espectro de pH. Lmite de temperatura hasta 45 C (40 C continuos)

4. Modelos Espaciales de Polmeros de Poliamida y Acetato de Celulosa

5. NHC

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6. Configuraciones

Placas paralelas (Plate and frame) Tubulares

Fibra hueca delgada (Hollow fine fiber)

Capilares Arrolladas en espiral

7. Vista Topolgica de una Membrana de Poliamida

8. Sistema de Membranas en Placas Paralelas

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9. Membranas Tubulares

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10. Membranas de Fibra Hueca Delgada

11. Membrana en Espiral

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12. Alimentacin

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13. Seccin Transversal de Membranas Planas y Fibra Huecas

1. Lmites para Diseo y Operacin en Osmosis Inversa

1. Flux promedio y factor de declinacin de flujo: Origen del agua SDI - FLUX - % Declinacin flujo/ ao Superficial ............2 -4 - 8 -14 - 7.3 -9.9 Pozo................... < 2 - 14 -18 - 4.4 -7.3 Permeado............< 1 - 18 -30 - 2.3 -4.4

2. Factor de incremento del paso de sales por ao: Tipo de membrana - Modelos - Inc. % paso de sales/ ao Acetato de Celulosa ........CAB1,2,3,4 .....................17 -33 Poliamida baja presin.. ESNA, ESPA, CPA2,3,4, LFC. 3 -17 Poliamida alta presin ......SWC1, 2 .........................3 -17

3. Factor Beta: < 1.2

4. Flujo mnimo de concentrado y flujo mximo de alimentacin por vaso: Dimetro de elemento - Alim. max/ vaso - Conc. min/ vaso .............................................(m/ h)......................... (m/ h) .............4" ..............................3.6 .................................0.7 .............8"...............................17 ...................................2.7

2. Lmites para Diseo y Operacin (cont.)

5. Mxima recuperacin por nmero de elementos en serie, de 40" largo Elem./ recip.: 1 2 3 4 5 6 7 Max. Rec. % 16 29 38 46 53 59 64

6. Lmites para % de saturacin en el concentrado de sales poco solubles, utilizando un inhibidor de incrustacin aprobado (si no se utiliza un inhibidor, no se debe sobrepasar el 100%)

CaSO4 230%

SrSO4 800%

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BaSO4 6000% SiO2 100% 7. Lmites para ndices de saturacin de CaCO3 en el concentrado:

Indice de Langelier y de Stiff-Davis, sin inhibidor: - 0.2 Lagelier y Stiff-Davis, con Hexametafosfato de sodio: + 0.5

Langelier, Stiff-Davis, con inhibidor orgnico: + 1.8

1. Anlisis de Agua, SDI Caracterizacin del Agua de Alimentacin.

Anlisis Fisico-qumicos y Biolgicos.

Indice de Ensuciamiento (" SDI").

2. Reporte de Anlisis para Sistema de Osmosis Inversa CARACTERISTICAS GENERALES DE LA APLICACION:

1.-Cantidad de producto requerido, en m/ d o m/ h.

2.-Origen del agua a tratar, pozo, red o superficie.

3.-Disponibilidad mxima de agua a tratar, en m/ d o m/ h. 4.-Uso que se le dar al producto.

5.-Destino previsto para el concentrado.

6.-Pretratamiento existente. 7.-Area disponible para el equipo.

3. Indice de Ensuciamiento, SDI El Indice de Ensuciamiento "SDI" (Silt Density Index) es un ensayo que estima la disminucin del flujo a travs de una membrana como efecto del ensuciamiento de la misma, a una presin constante de 30 psi. El aparato para medir SDI consiste en un regulador de presin y un portafiltros, en el cual se coloca un filtro de 0.45 micras de poro.

El procedimiento es el siguiente: 1. Se coloca un filtro limpio en el portafiltro. 2. A presin de 30 psi, se determina el tiempo que tarda en filtrarse 500 ml del agua en observacin. 3. Se deja correr el agua a travs del filtro por 15 minutos. 4. Despus de los 15 minutos, se determina nuevamente el tiempo que tarda en filtrarse 500 ml del agua en estudio. El SDI se calcula: SDI = 100 (1 -t1/ t2) / T donde: T = tiempo entre mediciones (15 minutos) t1 = tiempo necesario para filtrar 500 ml de muestra, al inicio de la prueba. t2 = tiempo necesario para filtrar 500 ml de muestra, al final de la prueba.

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4. SDI: Ejemplo El tiempo inicial (t1) necesario para filtrar 500 ml de un agua es de 1 minutos. El tiempo final (t2) necesario para filtrar 500 ml es de 2 minutos. El tiempo entre mediciones es de T = 15 minutos. SDI = 100 ( 1 -(1/ 2)) / 15 = 3.3 Modificaciones al SDI: Cuando el SDI es mayor que 5.5, la determinacin debe hacerse calculando el tiempo necesario para filtrar 500 ml de muestra en 5 minutos, en lugar de 15 minutos. Si el filtro se tapa (el goteo es mas lento que 1 gota cada 20 segundos), antes de 5 minutos, se puede realizar un estimado preliminar del SDI modificado como sigue: SDI Modificado = 100 / tiempo transcurrido hasta el ensuciamiento Por ejemplo, si el filtro empieza a gotear ms lentamente que 1 gota/ 20 seg a los 4 minutos, el SDI (m) = 100/ 4 = 25

5. Aparato para la determinacin del SDI

6. Uso del Producto y del Concentrado El destino que se le dar al producto y/ o al concentrado define varias caractersticas del sistema:

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1. Calidad requerida por el usuario para su proceso vs. Calidad requerida por el proceso del usuario. En muchos casos, un requerimiento excesivo involucra un aumento significativo de costos de inversin y/ u operacin.

2. En algunos casos, la cantidad de sales en el concentrado limita su descarga, por lo que la recuperacin se ve restringida, o se requiere de un tratamiento especial antes de disponer del concentrado.

3. Se puede disear en varias corrientes, en donde se logran diferentes calidades de producto de acuerdo a requerimientos especficos. De esta manera se evita construir un sistema nico en donde la calidad (y por tanto el costo) es ms exigente que lo necesario en muchas de las aplicaciones. Esto es especialmente cierto en equipos grandes, donde se requiera de un alto flujo de calidad menor y un bajo flujo de muy alta calidad.

7. Planta Piloto

1. Aplicaciones Aplicaciones.

Seleccin de Membranas.

Uso del Producto y del Concentrado. Requerimientos del Usuario.

2. Aplicaciones (cont.) Agua potable:

Agua para sistemas municipales (Superficie, pozos).

Agua para embotelladoras. Alimentacin a calderas:

Directamente, en calderas de baja presin.

A resinas de pulido a un segundo paso , para alta presin. Agua ultrapura:

Agua para la industria farmacutica.

Agua para equipos de hemodilisis. Agua para la fabricacin de semi-conductores.

Desalinizacin de agua de mar.

Recuperacin de aguas de desecho.

Sistemas de descarga cero.

3. Sistema para Agua Domstica

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4. Sistema para Agua de Mar, 600 m3/ dia

5. Sistema para Agua de Mar, 100 m/ dia

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6. Las Palmas III

7. Planta Piloto

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1. Pre y Post Tratamiento Pre-tratamiento.

Post-tratamiento.

2. El Sistema Total

3. Pre-tratamiento Crtico para la buena operacin del sistema.

Cada caso demanda un pre-tratamiento especfico.

Puede ser tan costoso como el propio sistema de O. I.

Una serie de anlisis del agua de alimentacin, representativa y prolija, es la nica base confiable para el diseo de un pre-tratamiento efectivo.

Ante cualquier duda, es mejor realizar un estudio piloto para el pre-tratamiento.

Recuerde, Ud. adquiere lo que Ud. especifica. Las membranas no saben de altibajos o accidentes

4. Cunto Pre-tratamiento es Necesario? Siempre dependiendo del SDI que tengamos. Frecuencia de limpiezas - Pre-tratamiento es:

Cada 3 meses o ms - Adecuado

Cada 1 a 3 meses - Puede que se justifique una mayor inversin de capital

Ms de 1 vez al mes - Una mayor inversin de capital es generalmente recomendable.

5. Consideraciones para el Diseo del Pre-tratamiento

Tipo de membrana (acetato o poliamida) SDI del agua de aporte

Calidad del agua de alimentacin (origen y variabilidad)

Tamao del equipo (equipos pequeos vs. equipos mayores)

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Recuperacin, velocidades de flujo. Calidad deseada y uso del producto.

6. Seleccin de Membranas y Pre-tratamiento

7. Pre-tratamiento

8. Pre-tratamiento Bsico para Sistemas en Aguas de Pozo

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9. Pre-tratamiento Bsico para Sistemas en Aguas Superficiales

10. Filtro Multicapa

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11. Filtros de Arena y Carbn Activado

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12. Filtros de Arena y Tanque de CO2

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13. Filtro de Carbn Activado en Acero Inoxidable sanitizable con Vapor

14. Filtro de bolsa

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15. Filtros de Cartucho

16. Filtros de Cartucho Horizontales

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17. Filtros de Cartucho de Poro Nominal

18. Filtros de Cartucho de Poro Absoluto

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19. Filtros de Cartucho de Densidad Variable

20. Pre-tratamiento para algunos Constituyentes y Contaminantes (1)

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21. Pre-tratamiento para algunos Constituyentes y Contaminantes (2)

22. Ensuciamiento por Coloides

Problema comn en aguas superficiales o de desecho.

Ms evidente en las primeras membranas.

Tamao de partculas mayor que 0.45 micras. Las partculas se mantienen en suspensin sin agitacin.

Cambios de pH antes y durante la smosis inversa pueden condicionar precipitacin. Pueden ser compuestos simples o complejos.

Coloides inorgnicos: silicatos, frricos, aluminio.

Coloides orgnicos: taninos, ligninas, derivados hmicos y flvicos. El Pre-tratamiento debe reducir:

1 NTU de turbidez

4 SDI a 15 minutos

23. Post-tratamiento Municipal

Desinfeccin con cloro

Ajuste de pH para evitar corrosin en las lneas de distribucin y para alcanzar los lmites de potabilidad.

Aereacin para eliminacin de CO2, H2S. Farmacutica

Control de bacterias, virus, endotoxinas, pirgenos. Electrnica

Es la industria con las mayores exigencias de calidad para el agua. Control de Carbono Orgnico Total (TOC), SDT y partculas es muy importante. Generacin de electricidad

La Osmosis Inversa reduce la frecuencia de regeneracin en los Lechos de intercambio inico. Mejora de los niveles de TOC, Dureza y Slice para calderas de alta presin.

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24. Esterilizador por Luz Ultravioleta

25. Desgasificador

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26. Removedor de H2S

1. Parmetros que Afectan a las Membranas y a los Sistemas de Osmosis Inversa: Temperatura

pH

Presin Osmtica (Concentracin de Iones) Concentracin de Sales Poco Solubles

Polarizacin de la Concentracin (Factor Beta)

Flux

Ensuciamiento Recuperacin por Elemento

Recuperacin Total en el Sistema

Diferencial de Presin

2. Efecto de Parmetros sobre el Comportamiento de Membranas de smosis Inversa Temperatura: Afecta tanto a la presin osmtica como la permeabilidad del agua a travs de la membrana. Normalmente se acepta que el flujo de permeado se incrementa alrededor de3 % por cada C de incremento de temperatura. El paso de sales aumenta con la temperatura a la misma tasa que el flujo, por lo que al incrementarse la temperatura a flujo de permeado constante, la calidad del permeado disminuye. Presin: Para condiciones constantes de alimentacin, un aumento de presin conlleva un aumento del flujo de permeado. Aunque el transporte de sales no depende de la presin, al aumentar el flujo de permeado conservando el mismo paso de sales, el resultado aparente es una dilucin del permeado. pH: En acetato de celulosa se requiere trabajar entre 5.5 y 6.5 de pH para evitar hidrlisis del polmero. En poliamida, el rechazo aumenta al subir el pH hasta 8.0 y luego se estabiliza hasta 10.5.

3. Efecto de Parmetros. cont. Concentracin: A mayores concentraciones disminuye el flujo de permeado, ya que aumenta la presin osmtica a vencer y por lo tanto disminuye la presin neta aplicada. Esto se magnifica en los casos en que la concentracin se polariza frente a la membrana. El resultado visible es que la calidad del permeado empeora, puesto que al haber menor flujo de agua y

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mantenerse el de sales, la concentracin de sales en el permeado se hace mayor. Recuperacin: Al aumentar la recuperacin se concentran las sales de la alimentacin en un menor volmen de agua. Por lo tanto, se d el mismo caso que en el punto anterior. Velocidad de flujo alim./ conc.: al disminuir la velocidad del flujo, disminuye la turbulencia en el flujo y se aumenta la tendencia a la polarizacin de la concentracin, as como se disminuye la eficiencia en el arrastre de material particulado atrapado en la malla ssde concentrado.

4. Efecto de la Recuperacin en la Presin de Alimentacin

5. Efecto de la Temperatura sobre la Presin de Alimentacin

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6. Efecto de la Temperatura sobre la Calidad del Permeado

7. Factor de Correccin de Presin por Temperatura, Poliamidas

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8. Efecto del pH en la Distribucin de las Diferentes Especies del CO2 en Solucin

9. Efecto de la Temperatura sobre la Saturacin de Slice

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10. Efecto del pH sobre la Solubilidad de la Slice

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11. Factor Beta: Polarizacin de la Concentracin

12. Factor Beta: Polarizacin de la Concentracin Es una medida del incremento de la concentracin de iones en la regin lmite del flujo con la membrana. En esta capa lmite, el flujo tiende a hacerse laminar y los iones en solucin se polarizan contra las cargas de la membr.

Para evitar esta polarizacin, que se traduce como un incremento de la concentracin que "ven" las membranas, se debe aumentar la turbulencia en el flujo de alimentacin/ concentrado, mediante el aumento de la velocidad del flujo.

Para sistemas en aguas naturales, el lmite recomendado para el Factor beta es 1.2 (20% de incremento de la concentracin).

Cuando la alimentacin es de muy baja salinidad, como en el caso de permeados de O. I., el Factor Beta pierde importancia

13. Factor Beta: Posibles efectos Negativos

Disminucin en el flujo de producto, debido al incremento de presin osmtica en la superficie de la membrana.

Incremento del paso de sales, puesto que el paso de sales es proporcional a la diferencia deconcentraciones a ambos lados de la membrana.

Precipitacin e incrustacin de sales poco solubles, si su concentracin en la capa lmite excede la saturacin, incrementando frecuencia e intensidad de limpiezas.

14. Polarizacin de la Concentracin (Factor Beta)

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1. Dimensionamiento de Sistemas

Dimensionamiento de Sistemas de Membranas.

Arreglos. Etapas de Concentracin.

Pasos de Desalacin.

Recuperacin por Elementos.

Recirculaciones.

2. Diseo de Sistemas de Osmosis Inversa

El sistema de Osmosis Inversa puede estar constitudo desde por un tubo con un solo elemento, hasta por arreglos de mltiples tubos hasta de 8 elementos cada uno, de acuerdo al flujo de producto deseado y las caractersticas de cada aplicacin. Configuraciones comunes:

Paso simple de desalacin, con una o varias etapas de concentracin y una sola bomba, con o sin recirculacin de concentrado.

Bombas de ayuda entre etapas de concentracin.

Control de Permeado de cada etapa de concentracin.

Doble paso de desalacin, parcial o total.

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3. Diagrama de Flujo de Sistema de 1 Paso, 2 Etapas

4. Diagrama de flujo de un sistema bsico de O. I.

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5. Diagrama de Flujo de Sistema de 1 Paso, 2 Etapas

6. Diagrama de flujo de un Sistema de 1 Paso, 2 Etapas con Control Permeado

7. Diagrama de un Sistema de 1 Paso, 2 Etapas, con Bomba de Ayuda entre Etapas

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8. Diagrama de Sistema con Doble Paso Parcial

9. Diagrama de Sistema con Doble Paso Total

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10. Membrana Testigo para Incrustaciones

1. Materiales, Equipos, Instrumentacin

Materiales

Equipos Instrumentacin

2. Componentes Principales en un Sistema de Osmosis Inversa

Membranas Tubos de presin

Bomba de alta presin

Filtros de cartucho Tuberas

Vlvulas

Sistema de Control, PLC Instrumentacin

Sistema de Limpieza

3. Tubos de Presin con Entradas Laterales

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4. Tubo de Presin con Entradas Laterales

5. Tubos de Entrada por las Tapas

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6. Vaso de Presin con Entrada por las Tapas, de 3 Elementos

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7. Bombas Centrfugas Multietapas (Tonka Flow)

8. Recuperadora de Energa

9. Instrumentacin Sugerida en un Sistema de Osmosis Inversa Flujo

Flujo

Producto (total) Producto (por etapa)

Concentrado

Alimentacin (opcional) Presin

Filtros de cartucho (cada de presin)

Alimentacin a la descarga de la bomba y a la entrada de las membranas Alimentacin a cada etapa

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Concentrado final Producto (contra-presin) Conductividad

Permeado Alimentacin (opcional) Temperatura

Alimentacin

10. Diagrama de Flujo de un Sistema de 1 Paso, 2 Etapas

11. Sistema de Muestreo

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12. Materiales

13. Colector de Permeado y Lneas de Muestreo

1. Uso del Programa RODESIGN para el Diseo de smosis Inversa (1)

Anlisis

Introduccin del Anlisis del Agua de Alimentacin. Nombre del proyecto. Cdigo del Anlisis. Origen del Agua. pH. Temperatura. Turbidez. SDI. Hierro. Sulfuro de Hidrgeno. Concentracin de Iones.

Clculo Preliminar. Balance Inico. Slidos Disueltos Totales. Conductividad. Presin Osmtica. Fuerza Inica. % de Saturacin de Sales Poco

Solubles.

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Guardar Anlisis.

2. Uso del Programa RODESIGN para el Diseo de smosis Inversa (2)

Clculo de Parmetros de Operacin

Prepare un Diseo Bsico Escoja Opciones para Disear un Sistema ms Complejo.

Introduzca parmetros de operacin del sistema: pH, Temperatura. Edad de las Membranas. % de Recuperacin. Flujo de Permeado.

Seleccione Tipo de Elemento.

Acepte o cambie el Arreglo.

Acepte o cambie los Factores de Declinacin de Flujo y de Aumento de Paso de Sales.

3. Uso del Programa RODESIGN para el Diseo de smosis Inversa (3) Pantalla de Resultados

Flujos por Tubo.

Presiones. Flux.

Factor Beta.

Composicin del Permeado.

Composicin del Concentrado. % de saturacin de sales Poco Solubles en el Concentrado.

Alarmas.

Impresin en papel o en "Clipboard".

4. Uso del Programa RODESIGN para el Diseo de smosis Inversa (4)

Diagrama de flujo en bloques.

Clculo de Potencia Requerida. Clculo del Costo de Agua Producida.

Simulacin de Tratamiento del Permeado.

Grficos de Salinidad y Presin vs. Temperatura y Recuperacin.

5. Uso del Programa RODESIGN para el Diseo de smosis Inversa (5) Opciones para Diseo

Diseo Bsico.

Mezcla de Permeado/ Alimentacin. Contra-presin en el Permeado.

Bomba inter-etapas.

Recirculacin del Concentrado.

Sistema de dos Pasos de Desalacin.

6. Introduccin de datos Fsico-Qumicos

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7. Introduccin de la Configuracin. 1 Paso con 2 Etapas

8. Introduccin de la Configuracin. 2 Pasos: 1 Etapa y 2 Etapas

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9. Resultados del Programa

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10. Esquema de la Planta Desaladora

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11. Clculos Energticos

12. Clculos Econmicos

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13. Dosificaciones de Reactivos

1. Ensuciamientos y Limpiezas

Ensuciamiento (" Fouling"). Limpieza de Membranas.

Sntomas de Ensuciamiento.

Diagnstico y Solucin de Problemas.

Problemas. Causas y Consecuencias.

Incrustaciones.

Procesos Comunes de Ensuciamiento.

Recomendaciones y Soluciones para Limpieza.

Procedimientos para Limpieza.

Cmo evitar las Limpiezas?

Almacenamiento de Membranas. 2. Sntomas de Ensuciamiento y/ o Incrustacin

Disminucin del flujo normalizado de permeado.

Cambio en la presin de alimentacin requerida para mantener el flujo de permeado deseado.

Aumento del diferencial de presin, por etapas y general.

Cambios en el rechazo normalizado de sales. 3. Diagnstico y Solucin de Problemas en Sistemas de Osmosis Inversa

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4. Diagnstico: Identificacin del problema (1) Disminucin del Flujo de Permeado

El problema ha sido progresivo o instantneo?

Verifique la operacin de la bomba de alimentacin y de la bomba de alta presin. Tenga a mano las curvas de operacin de las bombas.

Verifique Temperatura, Conductividad y pH de la alimentacin.

Verifique la instrumentacin. Recalibre medidores de flujo y presin. Verifique presiones, flujos y recuperacin, si es posible por tubo y por paso.

Normalice el flujo de permeado. Tenga a mano los datos de operacin tabulados.

Abra los tubos y observe la superficie de los elementos y tubos. Est atento a olores y colores caractersticos de ensuciamiento.

Consulte antes de limpiar las membranas. Enve una membrana para investigacin del ensuciante y para recomendacin de agentes limpiadores. Guarde un filtro de cartucho de antes de la limpieza.

Someta una membrana a la limpieza antes que al resto y compruebe la eficacia del procedimiento, para evitar daos generales.

5. Diagnstico: Identificacin del problema (2) Calidad del Permeado

Verifique la instrumentacin. Recalibre medidores de Conductividad.

Determine si el problema es generalizado o est circunscrito a un solo tubo, o a una sola membrana.

Cambie los empaques oring de los interconectores y de los adaptadores en sospecha.

Verifique Conductividad de la Alimentacin. Pida un anlisis actualizado.

Verifique la Recuperacin del sistema.

Verifique si hay problemas simultneos de disminucin de flujo.

Inspeccione los elementos por incrustaciones, aumento de peso, color u olor caractersticos.

Verifique operacin de bombas dosificadoras.

Normalice los datos de rechazo de sales. Tenga a mano los datos de operacin, tabulados.

Enve una membrana que exhiba el problema, antes de limpiarla, para su estudio. 6. Dispositivo Testigo

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7. Dispositivo Testigo

8. Problemas. Causas y Consecuencias (1)

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9. Problemas. Causas y Consecuencias (2)

10. Incrustaciones

Al alcanzar el 100% de saturacin, cualquier sal presente en la solucin comienza a precipitar. Este precipitado se deposita sobre las membranas, ocasionando inicialmente un aumento de concentracin en la capa lmite a la membrana. Si el proceso no se detiene a tiempo, la incrustacin puede crecer hasta obstruir la malla del concentrado, ocasionando prdida de flujo y de calidad del permeado, as como telescopeo de los elementos y otros daos fsicos.

Los agentes anti-incrustantes mantienen las sales en solucin, por encima del 100% de saturacin.

Ajustes de pH con cido transforman la alcalinidad en CO2, reduciendo la posibilidad de formacin de carbonatos.

El hexametafosfato de sodio es til para carbonato de calcio y limitadas concentraciones de hierro.

Existen en el mercado diferen tes formulaciones de inhibidores orgnicos para incrustaciones, que controlan las soluciones sobresaturadas de carbonatos, sulfatos, fluoruros y adems actan como dispersantes de los cristales de slice.

11. Efecto del pH en la Distribucin de las Diferentes Especies del CO2 en Solucin

12. Procesos Comunes de Ensuciamiento Materia orgnica:

Presente en forma natural (Acidos Hmico y Flvico).

Aceites y Grasas (Fugas en sellos de bombas, tuberas nuevas).

Anti-incrustante sobre dosificado o en complejos frricos.

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Sobredosificacin de polmeros en cuagulacin. Crecimiento Biolgico:

Gel bacteriano sobre las membranas de poliamida.

Ataque bacteriano en membranas de acetato.

Algas.

Hongos. 13. Ensuciamiento Orgnico

Problema comn en aguas superficiales y de desecho.

Efecto ms pronunciado en las primeras membranas.

Acidos orgnicos, hidrocarburos y grasas y aceites se adsorben sobre la membrana, impidiendo el flujo de permeado. El efecto puede ser muy drstico, con reducciones de hasta 50% del flujo en pocos das.

Difcil de determinar un lmite de tolerancia. 2 ppm de TOC en la alimentacin generalmente es motivo de alerta.

Membranas de acetato o poliamida de carga neutra LFC1 pueden ser recomendables.

Pre-tratamiento puede incluir oxidacin con UV, adsorcin con carbn activado. 14. Ensuciamiento Biolgico

Problema comn en aguas superficiales o de desecho.

Inicialmente se observa en las primeras membranas y en los filtros de cartucho, aunque luego se extiende a todo el sistema.

Consiste en un biogel que incluye bacterias, algas y hongos.

Ms de 10000 colonias por ml de Bacterias Totales en el agua de alimentacin es un indicio del problema que se presentar.

Se puede y debe considerar el problema en el pre-tratamiento (desinfeccin con cloro, ozono, bisulfito, kathon, UV).

En casos crticos, se puede considerar membranas de acetato de celulosa o poliamida de carga neutra. 15. Recomendaciones para Limpiezas (1)

Identifique el agente ensuciante.

Siga en forma estricta las recomendaciones del fabricante de membranas o el proveedor de qumicos para la limpieza

Lleve una bitcora detallada de la limpieza, con datos de antes, durante y despus de la limpieza. ANOTE TODO!

No exceda los lmites de temperatura y/ o pH recomendados.

Limpiezas a pH fuera de los lmites sugeridos pueden reducir la vida til de la membrana.

Ajuste el pH de la solucin de limpieza cuando ste cambie ms de 0.5 unidades.

Ajuste el pH de la solucin de limpieza con cido sulfrico o con soda custica, diludos adecuadamente.

Tome una muestra de el primer enjuague con la solucin de limpieza. Puede servir para identificar el ensuciante.

Utilize siempre agua de permeado, sin cloro, para preparar las soluciones de limpieza. 16. Recomendaciones para Limpiezas (2)

En casos de ensuciamiento leve, recircular durante 1 hora con agua de permeado antes de proceder a una limpieza. Puede que sto sea todo lo que se requiera.

En ensuciamientos leves, si la recirculacin con permeado no es efectiva, remojar con la solucin de limpieza por 2 horas, antes de recircular. En ensuciamientos fuertes, remojar por lo menos 8 horas, preferiblemente durante una noche o ms, con la solucin de limpieza.

Lave por etapas o por tubos de acuerdo con la capacidad de la bomba de limpieza, para optimizar la velocidad del flujo a unos 50 gpm.

Ajuste la temperatura de la solucin de limpieza al mximo recomendado o permitido por el fabricante de membranas.

Utilize la menor presin posible (siempre menor que 60 psi), para evitar permear el agua de la solucin de limpieza y minimizar la re-deposicin de ensuciantes

Siempre enjuague con permeado antes y despus de cada paso de limpieza.

Documente la limpieza y tome datos de operacin antes y despus de la misma.

Lave primero una membrana para saber si la limpieza ser efectiva, o si se causar un dao a las membranas. 17. Soluciones Genricas para Limpieza de Acetato

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18. Soluciones Genricas de Limpieza para poliamidas

19. Tablas Resumen

Limpieza bsica: La solucin de limpieza se compone de una mezcla de perborato sdico (0,2%) y la sal sdica del cido dodecil-benceno silfnico (NaABS) (0,2%) a un pH de 10,5. Tiempo de recirculacin de unas 2 horas.-Inicialmente, si las condiciones de la puesta en marcha no se recuperan, deberemos dejar la solucin en suspensin durante 24 horas. Limpieza cida: Cuando el ensuciamiento sea inorgnico Utilizacin de un producto cido (Cualquier cido menos el Ntrico), homologado por Hydranautics, ajustando el pH a 2.

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20. Membrana Mostrando Ampollas

21. Prueba de Colorante

22. "Membrana" Totalmente Rota y Colmatada con CaSO4 22

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23. Golpe de Ariete

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24. Recomendaciones Generales sobre Limpiezas

Los reactivos genricos de las soluciones de limpieza recomendadas por los fabricantes de membranas son generalmente efectivos, pero requieren ajustes de pH.

Las formulaciones vendidas por empresas especializadas son igualmente efectivas, vienen listas para su uso o en polvos a disolver fcilmente y adicionalmente el proveedor tiene una valiosa experiencia en limpiezas con la que puede ayudar al usuario.

Dependiendo del agente ensuciante o incrustante y de la severidad del caso, una limpieza puede inclur varios pasos aternativos, de alto y bajo pH y de enjuagues.

Normalmente, aunque no siempre, una limpieza comienza con un bajo pH, luego un enjuague y despus un alto pH.

Una limpieza alcalina puede ser recomendada como primer paso si se desean eliminar grasas y aceites que ocultan otros ensuciantes.

Cuando se tiene un ensuciamiento que resulta en ms de 25% de prdida de flujo, generalmente se requiere de una limpieza de membrana por membrana por empresas especializadas.

25. Superficie Limpia de Membrana de Poliamida

26. Superficie de Membrana con Ensuciamiento Coloidal

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27. Crecimiento Bacteriano sobre Membrana

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28. Acumulacin de Ensuciantes

29. Superficie de Membrana de Poliamida con Precipitado de Arcilla

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30. Superficie de Membrana de Poliamida con Precipitado de CaSO4

31. Cmo evitar Limpiezas?

Disee el sistema conservadoramente, con base en una serie de anlisis representativos y confiables.

Determine el SDI del agua de alimentacin antes de disear. Si es necesario, haga un piloto del sistema, incluyendo pre-tratamiento.

Tome en cuenta el peor caso del agua de alimentacin para el diseo del pre-tratamiento y las variaciones de calidad en el diseo del sistema de O. I.

Seleccione la membrana adecuada para cada caso.

Disee con un FLUX conservador y una recuperacin aceptable pero no riesgosa. Considere velocidades adecuadas de flujo de concentrado en el diseo.

Normalice sus datos de operacin. Mantenga una bitcora tabulada, clara y ordenada, para poder establecer tendencias en la operacin del sistema.

No espere que el problema se haga mayor para actuar! 32. Almacenamiento de Membranas Almacenamiento por corto tiempo, dentro de los tubos (5-30 dias)

Limpie los elementos en sitio.

Para membranas de acetato, recircule cada 2 das agua de permeado a pH 5.5, con cloro entre 0.1 a 1.0 ppm. Para poliamidas, enjuague con permeado SIN CLORO cada 2 a 3 das. Almacenamiento por largos perodos, dentro de los tubos (> 30 das)

Limpie los elementos en sitio.

Para acetato, enjuague los elementos con permeado a pH entre 5-6 con un biocida aprobado en solucin (Cloro, Kathon, or Formaldehdo) cada 10 a 20 das si la temperatura es menor que 25 C y cada 5 das o menos si la temperatura es mayor que 25 C.

Para poliamidas, enjuague con una solucin de biocida aprobado en agua de permeado (1% bisulfito de Na, Kathon, Formaldehdo o 0.2% H2O2/ Acido Paractico (EN AUSENCIA DE METALES DE TRANSICION) cada 30 das si la temperatura es menor que 25 C, cada 15 das o menos si la temperatura es mayor que 25 C.

1. Uso de RODATA

Manejo de Datos de Operacin.

Normalizacin.

Uso del Programa RODATA.

2. Normalizacin

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Cambios en el rendimiento de un sistema de Osmosis Inversa pueden deberse a:

Variaciones en relacin a las condiciones de operacin asumidas para el diseo y/ o el arranque del sistema (Temperatura, Salinidad) (Es decir, el sistema se comporta de acuerdo a lo esperado)

Ensuciamiento o incrustacin de las membranas. (Por lo tanto, es el momento de limpiar las membranas) Degradacin irreversible de las membranas (Se deben adquirir nuevas membranas)

3. Normalizacin de Sistemas de Osmosis Inversa

Comparacin de datos de operacin con datos de arranque o referencia, como herramienta de diagnstico. Uso de programas de computacin para la comparacin y graficacin de la normalizacin.

Responde a la pregunta: Est operando correctamente mi sistema?

4. Normalizacin. Definiciones

Normalizacin: Comparacin del rendimiento del sistema en cuanto a Flujo y Rechazo de Sales en una fecha determinada contra el rendimiento del sistema al arranque o contra condiciones de referencia.

Flujo Normalizado: Flujo que el sistema debera estar produciendo en una fecha determinada si las condiciones de operacin fueran las mismas que al arranque o de referencia.

Rechazo Normalizado de Sales: Rechazo de sales que el sistema debera tener si las condiciones de operacin fueran las de referencia o arranque.

Datos de Referencia:

1. Arranque, despus de al menos 8 horas de operacin estable (Preferible). 2. Datos de prueba de los elementos, despus de manufactura.

5. Normalizacin. Generalidades

El paso de sales en acetato de celulosa incrementa en 33% por ao.

Para poliamida y polivinil alcohol, el paso de sales incrementa entre 5% a 17% por ao.

El flujo de elementos de smosis inversa disminuye entre 3% a 10% por ao, dependiendo de la aplicacin.

La cada de presin por elemento no aumenta significativamente, a menos que exista un agente ensuciante. El valor de la Normalizacin radica en la interpretacin de tendencias, no en valores absolutos.

Se recomienda limpiar las membranas cuando el flujo normalizado disminuye ms de 10%, o cuando la cada de presin aumenta ms de un 15%.

6. Ejemplo de Normalizacin

7. Ejemplo de Normalizacin de Flujo de Permeado

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8. Ejemplo de Normalizacin de Rechazo de Sales

1. Costos Varios

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2. Incidencia de Costos de Operacin en el Costo de Agua

3. OI Agua Salobre

Comparacin de datos de operacin con datos de arranque o referencia, como herramienta de diagnstico.

Uso de programas de computacin para la comparacin y graficacin de la normalizacin. Responde a la pregunta: Est operando correctamente mi sistema?

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4. Costo por m de Producto, OI Agua Salobre, Pozo

5. OI Mar 1 paso

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6. OI Mar 2 pasos

FUENTE: http://www.emalsa.es/3/3_10_0.php