Estudio técnico-económico de una planta desaladora de agua de mar por ósmosis inversa

1 2. PROCESOS DE SEPARACION POR MEMBRANAS 2.1 ANTECEDENTES Y DEFINICIONES En este punto describiremos el uso de los procesos de separación que utilizan membranas; esto es importante debido al reconocimiento de la ascendencia reciente de los procesos de separación basados en el uso de membranas a escala industrial. 2.1.1. VENTAJAS DE LA SEPARACIÓN POR MEMBRANAS. Todos los procesos de separación por membranas tienden a ser bajos consumidores de energía en teoría, no así en la práctica. Operan mediante un mecanismo diferente a otros métodos de separación, por lo que presentan un perfil único de fortalezas y debilidades. En la mayor parte de los casos realizan la separación a más bajo coste, proporcionan productos más valiosos y conllevan menos efectos secundarios que los métodos de separación más viejos. La membrana interpone una nueva fase entre la alimentación y el producto, y controla la transferencia de masa entre ellos. Es un proceso cinético, no de equilibrio. En una separación, la membrana será selectiva porque permite el paso de algunos componentes mucho más rápidamente que otros. Muchas membranas son muy sofisticadas en lo que hacen; por ejemplo, cada día se producen miles de toneladas de agua potable en muchas zonas costeras mediante el paso de agua de mar presurizada a través de una membrana muy delgada que deja pasar el agua prácticamente libre de sales disueltas. 2.1.2. ECUACIONES BÁSICAS. Las sustancias se mueven a través de las membranas mediante varios mecanismos. Para las membranas porosas, el flujo viscoso domina el proceso. Para todas las membranas, la difusión de Fick es importante, sobre todo en la penetración de gas y en la ósmosis inversa. 2 La fuerza impulsora para el transporte de Fick de una sustancia es un gradiente del potencial químico: N i (kmol/ m 2 ) es la masa del componente i transportado. D i ( m 2 / s ) es la difusividad del componente i. C ( kmol / m 3 ) es la concentración. ∆A i ( J / kmol K ) es el potencial químico de la sustancia que se difunde. X (m) es la distancia. En la mayoría de los casos, los coeficientes de actividad están próximos a 1, y la primera ley de Fick se escribe como: Considerando D i constante e independiente de C i , y que las concentraciones en las fases fluidas están en equilibrio con la membrana, la ley de Fick puede escribirse como: donde z es el espesor de la capa activa de la membrana y C f y C p son las concentraciones de la alimentación y del filtrado, respectivamente. La concentración de un componente en la fase de membrana será extremadamente diferente de su concentración en la fase de fluido aunque estén en equilibrio. Si la ley de Henry es aplicable, las concentraciones en las fases del fluido y de la membrana se relacionan mediante: C i = S p i S ( kmol / m 3 Pa) es un factor de proporcionalidad específico para una membrana y un penetrante. ( ) χ ∂ ∂ ⋅⋅−= RTAA CDN i ii / χ ∂ ∂ −= i ii C DN ( ) z C D z CC DN i pf ii ∆ = − = 3 p i ( Pa ) es la presión parcial del componente i. Si la membrana y sus alrededores inmediatos son isotérmicos y si S es función solamente de la temperatura, entonces : En este caso D i se refiere como la permeabilidad, p i ( kmol / m s Pa ).La velocidad de paso del material a través de una membrana se refiere como el flujo, con símbolo J i . J i es igual a N i en las ecuaciones dadas anteriormente. En general, J i tiene dimensiones de velocidad (m /s ). Una consideración importante es que la “bondad” de la separación es casi independiente del espesor de la membrana, z, y la velocidad del proceso es inversamente proporcional a z, dando lugar a que se preste un mayor énfasis en lograr que la capa de separación de la membrana sea muy delgada. 2.1.3. TIPOS DE MEMBRANAS. Las membranas pueden construirse de sólidos físicos ( metal, cerámica, etc.), películas homogéneas ( polímeros, metal, etc.), sólidos heterogéneos ( mezcla de polímeros, vidrios mezclados, etc.), soluciones ( usualmente polímeros ), estructuras asimétricas y líquidos. Las membranas de cerámica son de gran importancia debido a que las cerámicas microporosas son la principal barrera en la separación de UF 6 . Las películas homogéneas se transforman en elementos microporosos mediante, por ejemplo, la dilatación. Las membranas líquidas representan una especialidad, tanto adsorbidas en capilares como emulsionadas, aunque encuentran una aplicación práctica pequeña. Las membranas poliméricas dominan el campo de separación por membranas porque están muy desarrolladas y son muy competitivas desde el punto de vista económico y de comportamiento. Su forma usual es la del tipo de fibras con huecos, o capilares o como lámina plana, incorporadas a un módulo grande. ( ) pf i ipp z DS N− ⋅ = 4 2.1.4. TIPO DE MÓDULOS. Un módulo se define como el elemento más simple de la membrana que puede utilizarse en la práctica; su diseño debe cumplir cinco objetivos principales: • Economía de fabricación. • El módulo debe proveer de soporte y cierres para mantener la integridad de la membrana contra averías y fugas. • Debe desplegar la corriente de alimentación para lograr un íntimo contacto con la membrana. • Debe permitir la salida fácil del filtrado. • Debe permitir la limpieza de la membrana cuando sea necesaria. Fibras huecas-capilares Las fibras huecas se refieren a membranas de diámetro muy pequeño, y los capilares son membranas de diámetro más grande usadas para separaciones de líquidos. Tubular Las membranas tubulares se soportan mediante una vasija a presión usualmente perforada o porosa. Todas funcionan con alimentación por tubo lateral. Monolíticos Las membranas de cerámica son usualmente monolíticas de capilares tubulares. Los tamaños de los canales están en el rango milimétrico. Por definición estricta, un monolítico se convierte en un módulo mediante la conexión de accesorios terminales y un medio de recolección de filtrado. Espiral La membrana de lámina plana puede adaptarse a un módulo barato y compacto mediante enrollado espiral. Está hecho con un diámetro grande, de unos 400 mm, que utiliza muchas láminas. Se utiliza para ósmosis inversa y ultrafiltración. 5 La siguiente figura nos muestra un módulo enrollado espiral usado en muchos procesos de membrana: FIGURA 1. MODULO ENROLLADO ESPIRAL 2.1.5. ECONOMÍA. Los aspectos económicos de cada proceso de membranas son distintos; sin embargo, hay un concepto a subrayar que es casi universal. Lo que todos los procesos de membrana tienen en común es un dispositivo de membrana, que tiene una economía característica de coste de escala = r ( área ) a , así como periféricos del equipo y soporte de la membrana con una economía de costo de escala = s ( tamaño) b , donde r y s son constantes empíricas y a>b para todo el equipo. La siguiente figura es un esquema característico del balance entre el área de la membrana y el equipo auxiliar para una planta particular. 6 GRÁFICO DE ECONOMÍA 2.2 ELECTRODIALISIS 2.2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. La electrodiálisis (ED) es un proceso de separación de membrana en el cual las especies iónicas se separan del agua, macrosolutos y todos los solutos sin carga. Los iones son inducidos a moverse por un potencial iónico, y la separación se facilita mediante membranas de intercambio iónico. Las membranas son altamente selectivas, permitiendo el paso de aniones o cationes y muy poca cantidad de otros. El principio de la ED se muestra en la siguiente figura. FIGURA 2. DIAGRAMA ESQUEMATICO DE LA ELECTRODIALISIS La solución de la alimentación que contiene iones entra en un compartimento cuyas paredes son membranas de intercambio catiónico y de intercambio aniónico. Si la membrana de intercambio aniónico esta en la dirección del ánodo, como se muestra en el compartimento intermedio de alimentación, los aniones pueden pasar a través de esa membrana en respuesta a un potencial eléctrico. Los cationes pueden moverse asimismo hacia el cátodo. Los iones llegan a los compartimentos adyacentes; sin embargo, su progreso adicional hacia los electrodos se interrumpe por una membrana que tiene la misma carga eléctrica que el ión. Los dos compartimentos de alimentación a la 7 izquierda y derecha del compartimento central son de concentrado. Los iones que entran a estos dos compartimentos, tanto de alimentación o los que pasan a través de la membrana, son retenidos por una membrana de igual carga, o por la FEM (fuerza electromotriz) que maneja la operación. La Figura muestra dos celdas (cuatro membranas) entre ánodo y cátodo. Para una aplicación industrial, un apilado de membranas puede estar compuesto de cientos de celdas, donde los iones móviles están siendo continuamente agotados y concentrados. Muchos procesos afines usan membranas cargadas y/o FEM. La disociación del agua por electrodiálisis (descomposición del agua), la diálisis de difusión, la diálisis de Donnan y la electrólisis son procesos relacionados. La electrólisis (cloro-sosa) es un proceso de enorme importancia, la mayoría del cual se procesa a través de membranas muy especiales. 2.2.2. EJEMPLOS PRINCIPALES. La electrodiálisis tiene su mayor uso en la extracción de sales a partir de agua salobre, donde la salinidad de la alimentación está alrededor de 0,05-0,5 por 100. Para la producción de agua de alta pureza, la ED puede, de forma económica, reducir los niveles de soluto a niveles extremadamente bajos como un proceso híbrido en combinación con un lecho de intercambio iónico. La ED no resulta económica para la producción de agua potable a partir de agua de mar. Paradójicamente, también se usa para la concentración del agua de mar desde 3,5 a 20 por 100 de sal. La concentración de iones monovalentes y la extracción selectiva de iones bivalentes a partir del agua de mar emplea membranas especiales. Este proceso es único en Japón, donde por ley se usa para producir esencialmente toda la sal de mesa doméstica. La ED es ampliamente utilizada en sueros, donde el producto desalado es un aditivo útil en alimentación, especialmente para alimento de los niños. Muchos procesos relacionados con la ED se llevan a cabo a pequeña escala o en aplicaciones únicas. La electrodiálisis puede decirse que realiza bien lo siguiente: separar electrolitos de no electrolitos y concentrar electrolitos a altos niveles. Esto puede hacerlo incluso cuando el pH es muy bajo. La ED no hace bien: la extracción de las últimas trazas de sal (aunque el proceso híbrido, electrodionización, es una excepción), trabajar a un pH alto, tolerar surfactantes o trabajar bajo condiciones donde 8 los límites de solubilidad pueden estar excedidos. El ión hidroxilo y especialmente el ión hidrógeno filtran fácilmente a ambos tipos de membrana ED. Por eso, los procesos que generan un gradiente de pH a través de una membrana son limitados en su alcance. La descomposición del agua, un proceso muy afín, es útil para la reconstitución de un ácido y una base a partir de una sal. Se usa para reducir sales producidas durante la neutralización. 2.2.3. MEMBRANAS. Las membranas de intercambio iónico son geles muy hinchados que contienen polímeros con una carga iónica fija. En los intersticios del polímero están los contraiones móviles. Un diagrama esquemático de una membrana de intercambio iónico se muestra en la FIGURA 3. FIGURA 3. DIAGRAMA ESQUEMATICO DE UNA MEMBRANA DE INTERCAMBIO CATIONICO LA FIGURA es un diagrama esquemático de una membrana de intercambio catiónico. Las líneas curvadas paralelas representan la matriz compuesta de un polímero iónico enlazado transversalmente. Se muestran en la matriz polimérica las cargas negativas fijas del polímero, comúnmente de grupos sulfonato. Los espacios entre la matriz polimérica son los intersticios hinchados de agua. Los iones positivos son móviles en esta fase, pero los negativos son repelidos por la carga negativa de las cargas fijas del polímero. Además de la alta selectividad de filtrado, la membrana debe tener baja resistencia eléctrica. Eso significa que es conductora para las cargas opuestas y no ofrece restricción a su paso. También se requiere su estabilidad física y química. Las membranas deben ser mecánicamente fuertes y robustas, no deben hincharse ni contraerse apreciablemente con los cambios de la fortaleza iónica y no deben arrugarse o deformarse debido a variaciones de temperatura. En el curso de uso normal, las 9 membranas pueden encontrar una gama de pH, por lo que deben ser estables para valores de pH comprendidos en 0<pH<14 y en presencia de oxidantes. La optimización de una membrana de intercambio iónico implica importantes equilibrios. Las propiedades mecánicas mejoran con la densidad de entrecruzamiento transversal, pero esto hace que aumente su resistencia eléctrica. La alta concentración de cargas fijas favorece la baja resistencia eléctrica y la alta selectividad, pero esto incrementa la deformación y de aquí su estabilidad mecánica se reduce. Los investigadores de membranas tratan de combinar la cadena principal polimérica estable con los grupos funcionales iónicos estables. Los polímeros son usualmente hidrófobos e insolubles. El poliestireno es el polímero más usado y el polietileno y el polisulfato encuentran aplicaciones limitadas. La mayor parte de las membranas de intercambio iónico comerciales son homogéneas, producidas mediante polimerización de monómeros funcionales y agentes de entrecruzamiento, o por modificación química de los polímeros. Se han preparado muchas membranas heterogéneas por fusión y presión de una mezcla de resina de intercambio iónico y un polímero no funcional, o mediante la solución o dispersión de resinas funcionales y de un soporte en un solvente y su fundición en una membrana. Se han hecho membranas microheterogéneas mediante polimerización por bloque e injerto. Ninguna membrana y ningún conjunto de propiedades de membranas tienen aplicación universal. Los fabricantes que prestan servicio a múltiples aplicaciones tienen una variedad de membranas comerciales. Una firma lista 20 membranas diferentes que tienen un amplio espectro de propiedades. 2.2.4. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. La FIGURA 4 ofrece una vista esquemática de una pareja de celdas ED, mostrando el perfil de concentración salina. 16 salinidad, fueron de $1.210.000 para todo el equipamiento del proceso, incluyendo bombas, membranas instrumentación, etc. La edificación y preparación del sitio supuso un coste adicional de $600.000. La base del edificio es de 300 m 2 . Por ejemplo, para plantas por encima del nivel umbral de cerca de 40 m 3 /día, los costes de equipamiento del proceso se escalan usualmente de acuerdo con un exponente 0.7,no demasiado diferente de otros equipamientos de procesos. Sobre esta base, el equipamiento del proceso (excluyendo la edificación) para una planta de 2000 m 3 /día tendrá un coste estimado de $665.000 en 1993. El componente de los costos de operación más grande y el más altamente variable lo constituyen los intereses para amortizar el capital. Muchas firmas industriales usan intereses sobre el capital superiores al 30 por 100. Algunos municipios asignan grandes períodos de amortización y bajos intereses, reflejando sus costos de capital. Incluyendo a los edificios y a la preparación del sitio, el rango de costes de capital asignables a 1000 m 3 de producto es de $90 a $350. Sobre la base de 1000 m 3 de agua producto, los elementos de costos de operación (según muestra la Tabla siguiente) puede anticiparse que sean: $66 Costo de cambio de membrana (suponiendo 7 años de vida) 32 Potencia de la planta 16 Filtros y reactivos de pretratamiento 11 Mano de obra 8 Mantenimiento $133 Total Tabla. Costes de operación de electrodiálisis Estos elementos son altamente específicos del sitio. El coste de potencia es bajo porque la salinidad extraída mediante la planta seleccionada es baja. La calidad del agua de alimentación, su salinidad, turbidez y concentración de solutos iónicos problemáticos 17 y de solutos ensuciantes son variables de gran importancia en el pretratamiento y en la conversión. 1. CONSIDERACIONES SOBRE EL AGUA 3.1. TEMPERATURA El dato más importante para poder predecir correctamente la presión de operación de diseño de una planta de ósmosis inversa es la temperatura. Esto se debe a que según aumenta la temperatura, el agua puede permear a través de la membrana fácilmente. La presión de operación disminuye un 4% por cada grado centígrado que aumenta la temperatura. Como puede verse en la FIG 7, una equivocación de varios grados centígrados resultaría en un error enorme en la selección de la bomba del proceso y en el diseño general de la planta de ósmosis. FIGURA 7. EFECTO DE LA TEMPERATURA DEL AGUA SOBRE LA PRESION No lo podemos recalcar lo suficiente: el dato más importante para poder predecir correctamente la presión de operación y el diseño de una planta de ósmosis in versa es la temperatura. 3.2. CLORACION DE LA FUENTE DE AGUA 18 El fabricante de membranas tiene que saber si el agua es de río (superficial) y nunca ha sido clorada, o si es municipal y ha sido clorada. Esto es fundamental porque la cloración de agua forma derivados del cloro y otros oxidantes secundarios que se retiran muy difícilmente y atacan a todas las membranas de poliamida. EL FACTOR DETERMINANTE DEL DISEÑO PUEDE SER LA TENDENCIA INCRUSTANTE DEL AGUA Muchas impurezas, al concentrarse en el rechazo, pueden causar problemas de incrustación si el diseño no se efectúa correctamente. Por esto, es indispensable saber el contenido en el agua de los siguientes iones: • CALCIO (Ca) Este mineral se puede cristalizar al combinarse con los iones de sulfato y carbonato y formar incrustaciones sobre las membranas. Dichas incrustaciones se evitan fácilmente, pero una vez formadas son tenaces, y difíciles (a menudo imposibles) de remover. • MAGNESIO (Mg) El magnesio tiene un comportamiento similar al del calcio, pero es un poco más soluble. Calcio y magnesio en conjunto, constituyen la dureza del agua. • CARBONATO (CO 3 ) En aguas muy alcalinas (pH 8.3), es fundamental determinar la cantidad de carbonato en el agua, porqué según la ósmosis va concentrando el agua de alimentación, los carbonatos reaccionan y combinan, el calcio con el magnesio y forman carbonatos de calcio y magnesio, los cuales se pegan a la membrana como incrustaciones duras. La formación de estas incrustaciones se evita inyectando ácido (normalmente ácido sulfúrico) al agua de alimentación. El ácido reacciona con los carbonatos y los convierte en sulfatos. Los bicarbonatos, si precipitan, son blandos y se retiran fácilmente. Por esto, es importante que las aguas que contengan carbonatos no se alimenten a las plantas de ósmosis 19 inversa sin que primero hayan sido dosificadas con ácido, o con uno de los nuevos poliacrilatos, polímeros que evitan la formación de depósitos de carbonato cálcico. MINIMIZAR LA TURBIDEZ DEL AGUA CON LA NATURALEZA COMO ALIADA Existen plantas, en Méjico y Argentina, que trabajan con agua que alimentan directamente de un pozo salobre a la planta de O.I., sin pretratamiento previo ninguno. Lo más interesante es que no sólo lo hacen así, sino que han operado exitosamente de esta manera por muchos años. El secreto es que el agua es cristalina al obtenerse de un buen pozo y no necesita filtración. También ayuda que el agua no es altamente incrustante, y tampoco tratan de extraer demasiada agua como producto y poca como concentrado. De hecho, funciona, porque en estas plantas, se utiliza la O.I. para hacer lo que puede hacer mejor-retirar sales disueltas. Si nosotros dispusiésemos de agua dulce, cristalina, libre de sales incrustantes y de materia coloidal, no necesitaría ósmosis. El secreto es saber usar la ósmosis para hacer solamente lo que ésta puede hacer más eficientemente-desalar agua. El conflicto con la realidad práctica en la industria de tratamiento de agua se origina por el hecho de que la ósmosis remueve todo tipo de orgánicos, no significa que se debe alimentar a la planta de ósmosis un agua sin pretratar que contenga todo tipo de impurezas y de materia en suspensión. Si su fuente es superficial (lago, río, canal o mar), y no se le da un pertratamiento adecuado al agua antes de la alimentación a la ósmosis, hay una gran probabilidad de que la limpieza de las membranas de ósmosis se vuelva una labor costosa, y se acorte la vida de las membranas. Lo anterior, no impide que con buen pretratamiento, no se le pueda alimentar a la ósmosis hasta agua de cloaca, lo que se hace en tres grandes plantas, en los Estados Unidos: Orange County que se puso en marcha en 1979, Otay y Denver. El secreto es saber como hacerlo sin entrar en dificultades mayores. POR DONDE EMPEZAR Primero, debe obtenerse una buena muestra representativa del agua a tratar. Cuanto más fiable y representativa sea su muestra de agua, más predecibles y seguros van a ser los resultados de operación. Si se tiene un pozo debemos bombearlo durante 20 varios días antes de tomar la muestra. Si es una toma abierta, se debe tomar la muestra a la profundidad y condiciones de ubicación y/o marea proyectadas para su toma abierta. En la selección del proceso de purificación, el factor fundamental es el tipo de sales y contaminantes disueltos en el agua que tenemos disponible para tratar. Con el fin de establecer los parámetros de evaluación del proceso, realizaremos análisis fiables de una muestra representativa del agua que va a alimentar la planta de O.I.. Se recomienda que dichos análisis los realice un buen laboratorio especializado de ramo. Este análisis del agua debe considerar los siguientes factores. AVISO IMPORTANTE : Si se sospecha que las membranas están incrustadas con carbonatos debido a una falla en la dosificación de ácido o por otro motivo, no se puede poner a funcionar la bomba de ácido, en caso contrario la incrustación de carbonato en la superficie de las membranas al reaccionar con ácido sulfúrico se va a convertir en sulfato. Se va a parar la planta y enjuagar las membranas con la solución de ácido orgánico recomendada por el fabricante y así se retiran los carbonatos como citratos. Este problema no ocurre en plantas que dosifiquen ácido muriático en vez de ácido sulfúrico para controlar el pH del agua de alimentación a la ósmosis, pero esto son casos excepcionales ya que normalmente se dosifica sulfúrico. BICARBONATO (HCO 3 ) Las aguas naturales en acuíferos ubicados en zona de caliza suelen tener un alto contenido de carbonato y de bicarbonato. Cuando se dosifica ácido sulfúrico, parte de los bicarbonatos en el agua se convierten en sulfatos y dióxido de carbono. SULFATOS (SO4) El nivel de sulfatos del agua, juntamente con el calcio y el magnesio, es normalmente factor limitante de la recuperación que se puede obtener en la planta de osmosis sin incrustar las membranas. La razón es que como acaba de verse los carbonatos, siempre se pueden retirar con ácido orgánico o muriático. No es así con los 21 sulfatos. La incrustación con sulfatos es muy tenaz y se remueve despacio y difícilmente. Para evitar estas incrustaciones se utilizan aditivos como el hexametafosfato de sodio. Estos aditivos interfieren con la formación de cristales de sulfatos y, por lo tanto, permiten operar hasta dos veces el límite de saturación de los sulfatos sin sufrir precipitación. Existen nuevos productos en el mercado tales como Flocon 100 y otros similares fabricados por B.F. Goodrich, Nalco y Calgon. Estos nuevos productos permiten operar a niveles de sulfatos en la salmuera superiores a los que permite el hexametafosfato. En el caso de uso de membranas de poliamida con aguas de cierto tipo de análisis, la adición de estos inhibidores puede hacer innecesario la dosificación de ácido. En Argentina se diseñan las plantas de tal manera que no excedan el límite de precipitación de sulfato de calcio, y anti-incrustante se utiliza como seguridad adicional. En el Norte de Méjico, las aguas son tan sulfatadas que muy pocas plantas pueden permitirse ese lujo. Por esto casi todas operan por encima del límite de saturación del sulfato de calcio. Queremos enfatizar que la operación de plantas de ósmosis inversa con concentraciones de sulfato de calcio y la salmuera por encima de su límite de saturación (dosificando anti-incrustante continuamente) no solo es factible, sino que se ha practicado con gran éxito en docenas de plantas en el Norte de Méjico, en Chile y en España. Al mismo tiempo, recalcamos que este tipo de operación no permite descuidos en la dosificación o calidad del anti-incrustante. Si no se dosifica anti-incrustante fresco, o del tipo no susceptible a envejecerse, continuamente, las ultimas membranas del sistema, en términos de pocas horas, se pueden convertir en unas columnas petrificadas muy costosas. Como los sulfatos son sumamente insolubles, una vez incrustadas las membranas con sulfatos, remover esto es un proceso muy lento. Como única posibilidad se pueden remover circulando permeado o agua destilada por las membranas por varias semanas hasta que poco a poco se disuelvan las sales. SÍLICE (SIO2) 22 El agua, como solvente universal va disolviendo poco a poco las rocas del acuífero en donde se encuentra. Los acuíferos antiguos formados en rocas silíceas tienden a disolver la matriz i dar aguas con alto contenido en sílice. La presencia de alto nivel di sílice en agua, al contrario del amoniaco y nitrato, implica que tenemos una agua mineral antigua, fósil y probablemente muy baja en contaminación bacteriana. En hecho de saber que tenemos un agua fósil y mineral no es gran consuelo sino queremos beberla y lo que pretendemos es usarla para un proceso industrial. La sílice es el enemigo numero uno de los procesos industriales ya que ocasiona todo tipo de problemas en calderas, álabes de turbina, procesos de pintura y aguas ultrapuras para enjuagar microcircuitos. La sílice también es un problema potencial para la osmosis, ya que si la planta de osmosis no se daña con cuidado, según se va concentrando la sílice, se puede polimerizar y formar depósitos gelatinosos en las ultimas membranas del equipo. Se considera que hay dos tipos fundamentales de sílice: la coloidal y la reactiva o iónica. La sílice coloidal afecta poco a las membranas de osmosis inversa del tipo espiral, ya que esta entra por un lado y sale con el rechazo siempre que se mantengan los limites de caudal y velocidades mínimos. En las membranas del tipo espiral, cualquier sílice coloidal que quedase sedimentada se puede retirar con un simple lavado con detergente fosfatado. El otro tipo de sílice, la reactiva, puede formar incrustaciones difíciles de lavar cuando su concentración en la salmuera excede de 110 mg/l a 25 º C y existe un nivel elevado en el agua de iones hierro o aluminio con los que forma compuestos del tipo silicoaluminatos. En ausencia de estos iones la concentración puede exceder en las membranas tipo espiral hasta 220mg/l (25 ºC ) sin problemas . para evitar incrustaciones de sílice conviene cuidar los caudales de rechazo, mantenerlos altos, y barrer la salmuera del sistema efectuando un enjuague de cinco minutos, cada día, y cada vez que paremos la planta. 23 FIGURA 8. SATURACION DE SILICE EN AGUA SEGÚN PH Y TEMPERATUTA Hacemos notar, que como indica la grafica anterior , el precalentamiento del agua a 45 º C hace posible operar con 240 ppm de sílice en la salmuera sin tener que dosificar anti-incrustantes especiales , ya que a esta temperatura, el limite de precipitación de la sílice es dos veces mas alto que a 25 ºC. Las membranas de TFC permiten operar continuamente a 45 ºC. Sin embargo, no se recomienda operar por encima de 45 ºC por dos razones: 1. por encima esta temperatura, los plástico utilizados en la fabricación de los elementos se ponen muy blandos y puede haber deformación plástica de los componentes de los cartuchos de osmosis inversa a las altas presiones que trabaja la osmosis. 2. La química de la sílice, en la técnica de la ósmosis con membranas espiral esta basada en que aunque el agua que entra se concentra, esta sale antes de que tengan tiempo de precipitar y reaccionar los componentes. ESTRONCIO (SR) Sulfato o Carbonato de estroncio son muy insolubles y la experiencia es que pueden crear problemas de incrustación en las membranas de ósmosis tipo fibra hueca, aun en cantidades de 6 mg/l. El problema del estroncio es que con el flujo laminar y puntos muertos hidráulicos de las membranas de fibra hueca, este elemento puede formar núcleos de cristalización y hacer que se precipiten las demás sales sobresaturadas que acarrea el concentrado de ósmosis ( sulfatos, carbonatos). Si hay estroncio en el agua en cantidades apreciables, se les recomienda lo siguiente: - Limitar la recuperación de la planta 24 - Si no se puede hacer lo anterior, porque el agua a tratar es cara o escasa, se recomienda considerar membranas del tipo espiral para barrer el estroncio con flujos turbulentos. - En todos los casos, se debe cerciorar de que el hexametafosfato esté siempre fresco. BARIO( Ba). El sulfato o carbonato de Bario es aún más insoluble que el de estroncio. Se satura a concentraciones del orden de 0,1 mg/l, y forman núcleos de cristalizaciones que inducen la precipitación de otros compuestos en el agua, y se deben seguir las mismas recomendaciones que se hicieron para el estroncio. ÁCIDO SULFHÍDRICO (H 2 S) Este gas a veces se encuentra en solución en pozos de agua. No presenta gran problema para las membranas de ósmosis si se mantiene todo el sistema sin contacto con el aire. En contacto con el aire, el ácido sulfhídrico forma azufre coloidal, el cual es difícil de retirar de las membranas. Se recomienda no intentar quitar el ácido sulfhídrico, sino sellar todo el sistema previsto a la ósmosis para eliminar infiltración de aire y así evitar que este gas se oxide y forme azufre. El ácido sulfhídrico actúa como preservativo de las membranas de poliamida y puede alargar su vida considerablemente. OXIDANTES. Los oxidantes, a la larga, dañan a todas las membranas de ósmosis inversa. Es sumamente importante determinar si el agua de alimentación ha sido clorada. Si esta agua ha sido clorada, puede contener cloraminas y otros oxidantes secundarios, que pueden dañar a sus membranas. Por razones de oxidación del hierro y del ácido sulfhídrico, se debe evitar aeración previa antes de la ósmosis. Además, se debe controlar cuidadosamente si hay cloro libre presente en el ácido muriático, dado que éste dañará las membranas, si son de tipo poliamídico, TFC. 3.3. CLORUROS.(Cl) 25 El ión cloruro es uno de los más pequeños y por consiguiente de los más difíciles de rechazar por ósmosis inversa. El ión cloruro no se debe confundir con el cloro libre que puede traer el agua, sobre todo la municipal. El ión cloruro no es dañino para las membranas, mientras que el cloro libre sí lo puede ser. 3.4. FLUOR.(F) Al igual que el cloruro, el ión fluoruro es un ión pequeño y difícil de rechazar. EL fluoruro en pequeñas cantidades ( 1,0 mg/l) es bueno para evitar caries dentales, mientras que si su concentración excede 1,5 mg/l puede ennegrecer el esmalte de los dientes a las personas que consumen esta agua alta en fluoruro. Si el fluoruro está presente en concentraciones mayores que 1,8 mg/l y se bebe el agua durante muchos años, hay una alta probabilidad de que se produzca fragilidad dental y ósea, llegando a producirse fracturas espontáneas. La ósmosis rechaza hasta el 99 % del ión fluoruro. 3.5. PH El pH es simplemente una indicación de la acidez o alcalinidad natural del agua. Aguas con alto pH son incrustantes. Las aguas con muy bajo pH son corrosivas. Existen dos razones para cuidar el pH. Las aguas con mucha dureza de carbonato de calcio requieren que se baje pH con ácido, para evitar que las membranas se incrusten con carbonatos, a medida que estos se concentran en la salmuera. El efecto de acidificar el agua para llevarla desde condiciones normalmente incrustantes hasta condiciones ligeramente corrosivas se logra dosificando una cantidad suficiente de ácido que baje el pH a alrededor de 6,5, lo que normalmente es suficiente para las membranas de poliamida como la TFC. En el caso de tener membranas de acetato de celulosa, se requiere una cantidad adicional de ácido para minimizar el problema de hidrólisis. En el caso específico de que se utilice membranas de acetato de celulosa, es recomendable dosificar el agua con una cantidad adicional de ácido para bajar el pH 5,6 y, así retardar la hidrólisis de las membranas y extender su vida útil. La cantidad de ácido para cada caso y el pH óptimo de operación pueden ser fácilmente calculados por el distribuidor de membranas. 32 En el aparato de la ilustración anterior, al medir la diferencia de altura de las columnas podemos determinar la presión neta de trabajo. La presión neta de trabajo (P net ) es la presión hidrostática total (P tot ) menos la contraprestación ejercida por la presión osmótica π. Esta presión osmótica es la fuerza que tenemos que vencer para que haya caudal de agua pura, tal como lo definimos en el caso anterior. En un sistema de la vida real, para obtener presión neta de trabajo, también tenemos que tener en cuenta y sustraer la presión diferencial DELTA P (DP) que ocurre en el sistema por la fricción del agua en codos, tuberías membranas y por ensuciamiento. Esto se puede expresar como: ECUACION 1. PRESION NETA DE TRABAJO P net = ( P tot – DP -π ) LA PRESION DE TRABAJO DEPENDE DE LA PRESION OSMOTICA Con el fin de determinar si la ósmosis inversa es o no un proceso factible para la separación de sólidos disueltos en líquidos, es necesario saber la presión osmótica de la solución que se va a separar. La presión osmótica de muchas soluciones ya se ha determinado experimentalmente. 33 FIGURA 13. DEFINICION PRACTICA DE LA PRESION NETA DE TRABAJO Por ejemplo, la presión osmótica de un agua salobre típica de norte de Méjico con 3000 SDT es del orden de 30 PSI, lo cual hace la ósmosis muy rentable, incluso a presiones bajas de operación del orden de 200 a 300PSI. La presión osmótica del agua de mar es de aproximadamente 400 PSI. Esto significa que una planta de agua de mar tiene que operar como mínimo a 600 PSI para vencer la presión osmótica y tener una productividad aceptable, y con más frecuencia opera a 800-1000 PSI para lograr ser aún más rentable. 4.1.5. PASO DE AGUA A TRAVES DE LA MEMBRANA Como ya vimos experimentalmente, el paso de agua a través de la membrana, (Q a ) es una función de la presión neta aplicada, P net . Si doblamos la presión neta doblamos la productividad de la planta. También puede ser muy interesante considerar lo que ya sabemos intuitivamente: el hecho de que si instalamos más membranas en el aparato, por ejemplo, si doblamos el área superficial de membrana (a), entonces podemos doblar el caudal de agua (Q a ) a una presión constante. Esto se ilustra con el esquema de la FIGURA 14. En el caso que se ilustra, al doblar el área superficial instalada de membrana se dobla el caudal de producto. La aplicación práctica de este caso es que si por una razón u otra la planta de ósmosis no puede dar el caudal requerido, siempre se puede considerar la instalación de superficie adicional de membranas para incrementar el 34 caudal de permeado. FIGURA 14. DOBLAR EL AREA DE MEMBRANAS DOBLA LA PRODUCTIVIDAD También, debemos tener en cuenta que si doblamos el área superficial instalada de membranas, pero mantenemos el flujo de producto constante, la presión requerida se disminuirá a la MITAD. Este caso es también muy interesante desde el punto de vista práctico, porque como veremos después, es una forma de bajar la presión de operación. Por consiguiente, podemos expresar matemáticamente la ecuación que regula el caudal de agua a través de un aparato de membranas de ósmosis inversa y se define como: ECUACION 2. FLUJO DE AGUA Q a = A x a x (P tot – DP - π ) La expresión entre paréntesis ya la conocemos, es la ecuación neta de trabajo de las membranas, que definimos en la ECUACION 1. La constante A es la constante de permeabilidad de agua de la membrana y es función del tipo de polímero que se utiliza en su fabricación y del grueso de la membrana. Mientras más delgada sea la membrana, mayor es el valor de A. Lo que nos dice la ecuación es que: la productividad de una planta de ósmosis inversa es función directa de la presión neta aplicada y del área superficial instalada de membranas. 4.2. CRITERIOS DE COMPARACION Y SELECCIÓN DEL PROCESO DE OSMOSIS INVERSA 4.2.1. FACTORES DE EVALUACION DE LA OSMOSIS INVERSA CONTRA OTROS PROCESOS La ósmosis inversa, no es necesariamente la solución para todos los problemas de desalación, pero puede tener muchas ventajas sobre otros procesos. Algunos de estos aspectos se tratan a continuación: • FLEXIBILIDAD DEL PROCESO DE OSMOSIS La gran ventaja de la ósmosis sobre otras tecnologías como el intercambio iónico y la electrodiálisis reversible, es que a un coste prácticamente constante, la ósmosis puede remover hasta el 99.5% de las sales que le llegan, sin afectarle mucho 35 que el agua se tome más salobre de lo que se consideró en el diseño. Para ilustrar esto, podemos relatar un caso: una planta de ósmosis en Mexicali, Méjico, originalmente fue diseñada para alimentar agua potabilizada a unos aparatos industriales para producir hielo, partiendo de agua de río con un promedio de 800 ppm de sales. El proceso requiere agua con 200 ppm SDT. Posteriormente, se vio la necesidad de cambiar la fuente y se comenzó a utilizar agua de un pozo que explota el acuífero salado de la zona. La salinidad del agua se cuadriplicó a 3200 ppm de sales. El efecto de este cambio repercute como sigue según el proceso que uno haya seleccionado: CALIDAD PRODUCTO Osmosis inversa PROCESO Intercambio Iónico Electrodiálisis ANTES (800 PPM) 30 PPM 0 PPM 200 PPM DESPUES (3200 PPM) 120 PPM 0 PPM 200 PPM AUMENTO en P +50 PSI ---- ---- AUMENTO en kWh/m 3 +0.3 +0.3 +2.3 INCREMENTO REACTIVOS ---- ---- ---- EUROS/m 3 0.02 4.00 0.02 • LA HIPERFILTRACIÓN AVALA LA PUREZA DEL PRODUCTO Otra ventaja de la ósmosis sobre los demás procesos, es que solamente esta remueve prácticamente el 100% de todos los virus y bacterias patógenas que se encuentren en la alimentación. Por eso, la ósmosis ha sido tan aceptada a escala mundial para potabilizar aguas contaminadas, incluso aguas de desecho. • AHORRO DE ENERGIA Cuando se evalúa la ósmosis contra los procesos de evaporación, hay que tener en cuenta que la ósmosis de agua salobre utilizando membranas de baja presión logra tener un consumo de energía de 1 a 1.5 kWh por m 3 y la ósmosis de agua de mar con recuperación de energía, tiene un consumo de energía eléctrica de 4 a 5 kWh por m 3 . 36 Sin embargo, la evaporación tiene un consumo de energía total de unos 15 kWh por m 3 de producto. • COSTE DE INVERSION COMPETITIVO El coste específico (por metro cúbico producido por día) de las membranas de ósmosis inversa de agua de mar, en términos reales, a disminuido a razón de 15% por año durante los últimos diez años. El coste específico de las membranas de agua salobre ha disminuido considerablemente desde 1978. Esto repercute en costes más atractivos; no sólo en una reducción en el coste de inversión de las plantas de ósmosis inversa, sino también en el coste de reposición de membranas se ha hecho más accesible. En general, hoy día, una planta potabilizadora de agua por proceso de evaporación resulta entre un 50% y un 200% más cara que una planta de ósmosis inversa y se justifica solamente en lugares donde la energía eléctrica sea costosa y en el caso específico de que se disfrute de amplio presupuesto de inversión. • COMO EVALUAR SI LA OSMOSIS ES EL PROCESO MAS INDICADO PARA NUESTRA AGUA Los siguientes elementos son los más importantes de determinar, teniendo en cuenta que cuanta más información tengamos sobre nuestra agua, más preciso será el diseño: 1. Qué calidad y cantidad de producto requiere nuestro proceso. 2. Qué clase de agua bruta tenemos para procesar. • USO DEL AGUA PRODUCTO Es fundamental considerar el uso que se le va a dar al producto de ósmosis inversa. Es mucho más fácil producir agua para riego de cultivos que a veces pueden tolerar hasta 3,000 mg/l (ppm) de sólidos disueltos, que producir agua ultrapura para calderas. En general, debe considerarse la ósmosis inversa bajo las siguientes condiciones: A. AGUA ULTRAPURA. La ósmosis como pretratamiento antes del intercambio iónico es un concepto ya muy reconocido por sus benéficos e 37 importantes ahorro en los costes de operación. Cuando se necesita obtener un agua ultrapura para proceso y la conductividad del agua de alimentación es superior a 100 microohms, o sea, el agua bruta tiene una salinidad mayor de 60 ppm SDT, el uso de la ósmosis es muy indicado para ahorrar costes de regeneración de resina. La electrodiálisis normalmente no se aplica para producir agua ultrapura, porque a un coste parecido al de la ósmosis, le baja el contenido de sales al agua por un factor de sólo cuatro veces. Sin embargo, incurriendo en los mismos costes, con la ósmosis inversa puede reducir el contenido de sales del agua por un factor de 100. B. AGUAS DE RIOS TROPICALES, AGUAS ALTAMENTE SALOBRES, AGUAS FOSILES MINERALIZADAS CON SILICE REACTIVA. La ósmosis es idónea si el agua bruta tiene alto contenido de compuestos orgánicos o de sílice, ya que la ósmosis rechaza casi todos los compuestos orgánicos y hasta el 98% de la sílice que se encuentre en el agua de alimentación. Sin embargo el rechazo de compuestos orgánicos y de sílice en la electrodiálisis es 0.0% ya que la sílice no tiene carga iónica para que la electrodiálisis pueda efectuar la separación. De igual manera, cuando el proceso es sensible al contenido de sílice o de materia orgánica del agua, el intercambio iónico como tratamiento único puede dar problemas porque la sílice es uno de los principales componentes que saturan a las resinas, y los que primero se escapan al proceso. El problema ocurre debido a que como los medidores de conductividad no detectan la fuga de sílice al proceso, se puede llegar a notar cuando ya es muy tarde para el proceso. C. DESALACION POR ETAPAS. Como se mencionó anteriormente, si se requiere agua ultrapura y la única fuente está contaminada con muchas sales, es factible instalar una segunda etapa de ósmosis y/o un pulidor de resinas después de la ósmosis. Es muy importante aclarar que los procesos de ósmosis inversa i de intercambio iónico en muchos casos van a ser complementarios. La aplicación idónea de los tres diferentes procesos, se puede ver de la siguiente manera: 1. Hoy en día, el intercambio iónico como proceso para ser utilizado sin desalación previa, tiene aplicación si el agua de alimentación tiene menos de 60 a 38 100 ppm SDT. Si el contenido de sales en el agua es superior a 100 ppm, y necesita agua desionizada de ósmosis como pretratamiento antes del intercambio iónico, se paga sólo en ahorros de reactivos de regeneración de resinas y precisa cálculos demostrativos de este hecho. 2. La electrodiálisis es idónea cuando no se necesita agua ultrapura, cuando la sílice( que la electrodiálisis concentra como producto) no importa, y cuando el contenido de compuestos orgánicos del agua producto no afecta a su proceso. Esto puede ser el caso de agua de pozo sin materia orgánica con 1000 ppm SDT que se utilice para fabricación de refrescos con 250 ppm SDT. El consumo de energía eléctrica de la electrodiálisis y el coste de los rectificadores sube significativamente si los sólidos disueltos totales del agua de alimentación suben por encima de los 1000 ppm SDT, o si el nivel de sales del producto tiene que ser inferior a 250 ppm SDT. 3. Hoy en día, el proceso de evaporación para desalar agua salobre casi no se utiliza por que el coste energético es diez veces mayor que el coste con ósmosis inversa de agua salobre. Tal y como vamos a ver con detalle más adelante, para desalación de agua de mar, el consumo energético de una planta de ósmosis inversa equipada con una turbina de recuperación de energía es un tercio del consumo energético de la evaporadora multietapas. El consumo energético de la ósmosis, aún si se quiere ahorrar el coste de la turbina de recuperación de energía es del orden de la mitad del consumo de energía de las evaporadoras multietapas flash. 5. OSMOSIS INVERSA 5.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO La tecnología de la ósmosis se basa en el proceso de ósmosis, que es un fenómeno natural que se produce en las células de los seres vivos, por el cual dos soluciones de distinta concentración salina puestas en contacto a través de una membrana semipermeable tienden a igualar sus concentraciones. 39 Para ello se produce un movimiento desde la solución más diluida hacia la más concentrada, que se detiene cuando se alcanza un equilibrio entre ambas concentraciones. La fuerza que provoca ese movimiento se conoce como presión osmótica y está relacionada con la concentración de sales en el interior de ambas soluciones. Cuando dos soluciones de diferente concentración o salinidad están colocadas en dos recipientes separados por una pared impermeable, cada una de ellas alcanza en el depósito correspondiente una altura que es función únicamente del volumen de la solución y del diámetro del depósito. Si igualamos la altura de las soluciones en los dos recipientes, tendríamos la figura 15. FIGURA 15. PRINCIPIO DEL PROCESO DE ÓSMOSIS. Si sustituimos la citada pared por una membrana semipermeable ( permeable al agua, no a las sales) se produce un movimiento a través de la membrana desde la solución más diluida a la más concentrada, tal como el que aparece representado en la figura 16, que se detiene cuando se alcanza un desnivel entre ambos tubos, ∆h, que corresponde a la presión osmótica de la solución más concentrada, o más propiamente a la diferencia de presiones osmóticas entre ambas soluciones. 40 FIGURA 16. PRINCIPIOS DEL PROCESO DE ÓSMOSIS. Este valor de ∆h es la presión diferencial que impulsa el agua a través de la membrana. Si invertimos el proceso aplicando una presión en el tubo de la solución más concentrada, figura 17, el movimiento se produce desde ésta hacia la más diluida. FIGURA 17. PRINCIPIOS DEL PROCESO DE ÓSMOSIS INVERSA Finalmente se alcanza una posición de equilibrio como el de la figura 18. La altura que alcanza la solución en el nuevo equilibrio es función de la presión aplicada, de las características de la membrana y de las concentraciones de ambas soluciones. 41 FIGURA 18. PRINCIPIOS DEL PROCESO DE ÓSMOSIS INVERSA. Este proceso es lo que constituye la ósmosis inversa. Se le llama así porque para conseguir un flujo de solvente a través de le membrana hay que ejercer al menos una presión suficiente para vencer la presión osmótica de la solución. En la práctica, sin embargo, no es necesario vencer la presión osmótica de la solución de alimentación, sino sólo la diferencia de presión osmótica entre las soluciones de alimentación y producto. Esta presión depende del flujo de agua a través de la membrana y cambia de cero hasta un límite dado por las características de la membrana. Con las membranas reales puede producirse flujo con diferencias de presión que son pequeñas comparadas con la presión osmótica de la solución de alimentación, pero la desalación, o mejor dicho el caudal desalado, es en estas circunstancias, prácticamente despreciable. Si analizamos las distintas fases de este proceso vemos que los elementos fundamentales para poder reproducir este fenómeno a escala industrial lo constituyen la bomba necesaria para aplicar la presión y la membrana capaz de realizar la separación de sales. 48 C p = concentración de sales en el agua producto, en g/cm 3 . La polarización aumenta la concentración de sales en el agua de alimentación, C a , a medida que el caudal avanza a lo largo de la membrana. Por tanto aumenta el flujo de sales F s y hace empeorar la calidad del producto. En esta ecuación se ve que no existe dependencia directa entre la presión y el flujo de sales; es decir, al aumentar la presión no mejora el transporte de sales, ni por tanto el rechazo de sales. Sí mejora en cambio el caudal de permeado, por lo que el efecto resultante es una mejora de la calidad, dado que la misma cantidad de sales se disuelven en un volumen mayor. 5.4.2. RECHAZO DE SALES. RS (%) = (1 – C p / C a )* 100 Es el parámetro más importante de la membrana y se basa en el proceso de fabricación y en los polímeros que forman la membrana, constituye el know-how de cada fabricante. Sin embargo, este valor para cualquier membrana varía para los distintos iones. Los iones trivalentes, por ejemplo, son rechazados mejor que los divalentes y estos a su vez mejor que los monovalentes. El disminuir el peso molecular en este sentido es lo que ha llevado a veces a considerar la ósmosis inversa como una especie de filtración a escala molecular. 5.4.3. PASO DE SALES. PS (%) = C p / C a *100 Por tanto también RS = 100 – PS La determinación de todos estos parámetros se hace en condiciones específicas determinadas por cada fabricante, aunque suelen estandarizarse en cuanto a presión, temperatura, salinidad del agua preparada artificialmente, y en ocasiones recuperación. 5.4.4. RECUPERACIÓN. 49 También conocida como conversión o recobro del sistema ( recovery ), es el porcentaje de producto que se obtiene a partir de un determinado volumen de agua de alimentación: R (%) = F p / F a * 100 F p y F a medidos en las mismas unidades, m 3 /hora o m 3 /día. Este factor es muy distinto según se trate de membranas individuales o de módulos en los que intervienen más membranas colocadas en serie. En las membranas espirales, por ejemplo, dicho factor no suele ser superior al 12-15 % si se trata de membranas de agua salobre y del 10 % en caso de agua de mar. En membranas de fibra hueca, sin embargo, dicho factor se eleva hasta el 85 % en agua salobre y al 60 % en agua de mar. Para elevar la conversión de un sistema de membrana es necesario incrementar el número de pasos o escalones de producción. 5.4.5. CONCENTRACIÓN DEL PRODUCTO. C p = (1-RS) ( C a - C r ) /2 5.4.6. CONCENTRACIÓN DEL RECHAZO. C r = RS C a / (1-R) Este parámetro es importante conocerlo en el diseño, para establecer la forma de eliminación de un caudal, que según los casos puede ser importante y potencialmente contaminante. En los casos de aguas salobres de salinidad moderada, puede incluso ser aprovechado recirculándolo a la cabecera del sistema. A través de esta ecuación se ve también claramente cómo se puede influir en la calidad del rechazo para que no se cree problemas en su eliminación, decidiendo desde el diseño de la instalación, el tipo de membrana a elegir y la conversión del sistema. 5.4.7. PROPORCIÓN (RATIO) DE REDUCCIÓN. 50 C a /C p = 1/(1-RS) Este factor es muy indicativo de la calidad de la membrana y sobre todo permite ver claramente la diferencia entre unas y otras. Por ejemplo, si una membrana tiene un rechazo de sales del 98,5 % tendríamos: C a /C p = 1/(1-0,985 ) = 66,6 L 6. MEMBRANAS 6.1. HISTORIA DE LA DESALACIÓN POR MEMBRANAS. Las investigaciones sobre las membranas de desalación se remontan a principios de este siglo cuando aparecen diversos trabajos de investigación en que se realizan pruebas de separación de sales mediante membranas. En 1936 Ferry hace una importante recopilación de tales trabajos, en la que aparecen materiales muy diversos como ferrocianuro de cobre, mallas metálicas, membranas de cobre porosas, membranas naturales, celofán, colodión ( nitrato de celulosa) y acetato de celulosa. Sin embargo en todas estas membranas, aunque el transporte de agua era aceptable, el rechazo de sales resultaba muy pequeño. Las primeras experiencias de que las membranas que rechazan sales podían ser empleadas en desalación fueron realizadas por Reid y Breton en 1953 en la Universidad de Florida. Utilizaron en sus investigaciones membranas planas de diferentes materiales y comprobaron que las de acetato de celulosa, con rechazos superiores al 98 %, eran las más prometedoras. Los flujos, sin embargo, eran pequeños. También en los años 60 Loeb y Sourirajan, en la Universidad de Los Ángeles, realizaron trabajos similares, llegando a desarrollar membranas de acetato de celulosa de mayor flujo, a partir de soluciones que contenían sales de perclorato. Este trabajo fue repetido y confirmado en varios laboratorios, especialmente por un grupo en General Dynamics y otro en Aerojet General. 51 Estas membranas producían caudales de 7-10 l/m 2 /h, pero tras sucesivas mezclas de acetato y triacetato de celulosa se consiguieron membranas con importantes rechazos, y caudales de 17-22 l/m 2 /h, que permitían su utilización comercial con rendimientos económicos aceptables. Sin embargo, desde el punto de vista químico las membranas tenían ciertas limitaciones, siendo la principal su facilidad para hidrolizarse, lo que obligaba a trabajar en unos márgenes muy estrechos de pH. En la década de los 70 se cambia el material base, de celulosa a poliamida aromática, y se consigue una mejora sustancial de la membrana, aumentando el rechazo de sales hasta el 99 %. Estas nuevas membranas que soportaban amplias variaciones en el pH ( 4-11 ), se produjeron inicialmente en forma de fibra hueca, con caudales de 67 l/m 2 /h, pero no eran resistentes al cloro. La mayor superficie de la fibra frente a la membrana plana que se había utilizado anteriormente, permitía unas producciones importantes con relación al espacio ocupado, y su comercialización fue muy rápida. Por aquellos años se empezaron también a fabricar membranas de fibra hueca con materiales celulósicos, sin embargo las prestaciones de este tipo de membranas no respondieron a lo esperado, y fueron abandonándose, hasta años recientes en que se han conseguido progresos importantes por al menos un fabricante. En 1970 aparece la primera membrana de poliamida aromática para agua salobre, en fibra hueca, desarrollada a partir de membranas que se estaban utilizando para la separación de gases, y en el año 1972 se desarrolla la primera membrana de agua de mar de fibra hueca con este material. La poliamida aromática fue utilizada poco después para la producción de membranas de lámina plana, con caudales de hasta 34 l/m 2 /h. A partir de este momento puede decirse que se produce el inicio real de la expansión de la tecnología de membranas a gran escala. La búsqueda de nuevos materiales que mejoraran las prestaciones de los anteriores y especialmente la resistencia al cloro, ha continuado en años sucesivos. Los progresos técnicos conseguidos han sido importantes en cuanto a caudal y rechazo, no 52 tanto respecto al cloro. Más recientemente la utilización de piperazinamidas permitió el desarrollo de otro tipo de membranas conocidas como de nanofiltración. Por tanto el producto que hoy tenemos en el mercado y que se ha extendido de forma notable a numerosos sectores y países es el resultado de más de 25 años de investigaciones. Los avances más notables se han producido sin embargo en los últimos cinco años, de forma que el gran futuro que se adivina a la desalación por membranas es consecuencia de los avances más recientes, que han permitido obtener membranas de mayor caudal y más alto rechazo de sales, funcionando a presiones inferiores a las de antes; en definitiva membranas de costes de operación inferiores. 6.2. CONFIGURACIONES. La membrana que realiza la separación es una lámina delgada que por sí sola no soportaría los esfuerzos a que hay que someterla en el proceso de separación. Además, por su reducido caudal unitario, precisaría enormes desarrollos para poder tratar volúmenes importantes. Por ello necesita ser integrada en una estructura mecánica que le permita tanto soportar los esfuerzos como ocupar el menor espacio posible. Las membranas de ósmosis inversa que se han desarrollado a lo largo de los años se han estructurado en su configuración en torno a cuatro tipos principales: 6.2.1. MEMBRANAS DE TIPO PLANO. Es el tipo más sencillo y el que primero se utilizó. Están constituidas por una lámina que se coloca dentro de un marco, circular o rectangular, que actúa de soporte de la membrana y le confiere rigidez y resistencia. La superficie de estas membranas es pequeña, por lo que para aumentar la producción de los equipos que disponen de estas membranas, se colocan unas encima de otras, constituyendo una especie de pilas o columnas de membrana. 53 La sujeción de unas membranas con otras ( los discos o marcos correspondientes) se realiza mediante pasadores que prensan exteriormente desde su parte externa las membranas y le confieren un aspecto más compacto o monolítico. La película empleada como membrana no difiere de las que se emplean en otro tipo de configuraciones, por lo que sus características unitarias de rechazo y caudal son similares a las otras. El principal inconveniente de este tipo de membranas es su pequeña capacidad productiva, por lo que para utilizarlas en instalaciones de tamaño medio se requieren numerosas membranas colocadas en pilas, que resultan voluminosas, pesadas e incómodas para operar y que encarecen enormemente su coste. Ello ha motivado el que no hayan tenido demasiado éxito en el tratamiento de aguas potables, en el que los volúmenes a tratar son grandes y que se empleen fundamentalmente en el sector industrial, especialmente el alimentario, para instalaciones de pequeño caudal. Su principal ventaja es que la separación entre membranas, de 1 a 3 mm, es amplia, por lo que se obstruyen menos que otras y además en caso de ensuciamiento se limpian fácil y eficazmente con aire o agua o, en caso de ensuciamiento persistente, desmontando las correspondientes pilas. En el sector del agua su mayor aplicación está en aguas muy contaminadas, residuales o con elevada carga orgánica. 6.2.2. MEMBRANAS TUBULARES. Representan una alternativa a las anteriores, buscando conseguir una mayor superficie unitaria, pero sin renunciar a las ventajas de dificultad de ensuciamiento y fácil limpieza. La membrana, generalmente de ½” de diámetro, va alojada en el interior de un tubo de PVC, que soporta la presión del proceso. En algunos casos se colocan varias membranas en el interior de un tubo de 1,5 a 2” de diámetro. El tubo va provisto de los orificios necesarios para entrada y salida de los flujos de agua que intervienen en el proceso. 54 El agua alimenta a la membrana por su interior y el permeado se obtiene por la parte exterior de la misma. Para aumentar la capacidad de la instalación se colocan varios tubos en paralelo, pero aún en estos casos resulta pequeña. Aunque algo más compactas que las anteriores siguen siendo demasiado voluminosas en relación con su capacidad productiva. Su facilidad de fabricación permitió durante algún tiempo su utilización en instalaciones pequeñas industriales para el tratamiento de agua. En la actualidad sus aplicaciones se limitan al campo industrial. 6.2.3. MEMBRANAS DE FIBRA HUECA. Están constituidas por un haz de millones de tubos capilares del tamaño de un cabello humano, huecos interiormente. Las primeras fibras que se desarrollaron de este tipo eran de acetato de celulosa y producían un caudal muy pequeño. Sin embargo, se consideró que podían ser útiles para desalación puesto que eran muy baratas de fabricar y muy delgadas. Al comprobarse que la resistencia de la fibra no dependía tanto del espesor de la pared como de la relación entre los diámetros exterior e interior, se pensó que reduciendo su tamaño se podía conseguir una pared extremadamente delgada, que permitiría aumentar su caudal. Esta delgadez permite su empaquetamiento en poco espacio, dentro de un tubo cilíndrico que constituye la carcasa protectora y permite la circulación de la solución a desalar. Este tubo, para evitar la corrosión, es de un material plástico de alta resistencia como el PRVF. El agua a tratar entra por el extremo de este tubo o carcasa y se distribuye a través de un tubo central provisto de perforaciones en dirección hacia las paredes del tubo. Las fibras se colocan paralelas alrededor de este tubo central, doblándose uno de los extremos y retornando al otro, de forma que la longitud de cada fibra es aproximadamente el doble que la del tubo. 55 Por ambos extremos del tubo las fibras quedan incrustadas en una masa de material epoxi, para darles rigidez. Posteriormente se corta uno de los extremos de forma que cada fibra queda abierta en uno de los lados del tubo, por ambos extremos, facilitando la salida del producto mientras que el otro extremo en el que está situada la parte doblada queda rígidamente sujeta. El conjunto resultante se suele llamar módulo o permeato, también membrana, y la gran cantidad de fibras que contiene da al conjunto una gran compactación, que ayuda a resistir las presiones aplicadas. El agua a presión se aplica a la membrana desde el exterior del capilar y la pared de la fibra actúa como lámina o membrana separadora reteniendo las sales, mientras que por el interior o “alma” circula el agua producto que ha atravesado la membrana. La salmuera se desplaza de una manera radial hacia los bordes del tubo siendo recogida mediante un colector para su evacuación. La superficie de estas membranas es muy grande dado que está constituida por el desarrollo de millones de tubos capilares. Su caudal unitario es muy pequeño, pero extendido al haz de fibras que constituyen la membrana, determinan un caudal pro membrana importante. El espesor de la pared de la fibra es muy grande en relación con su diámetro, lo que le permite soportar las altas presiones utilizadas. Las membranas de fibra hueca son fabricadas en la actualidad por sólo dos firmas, Dupont y Toyobo. Dupont, que fue la primera en desarrollar este tipo de membrana, la fabrica tanto para agua salobre como de mar, con las denominaciones generales de Permasep, B-9 y B-10 respectivamente. La segunda ha prestado más atención a la membrana de agua de mar, Hollosep, series HR y HM. Su composición es también distinta, pues si la primera está fabricada en poliamida aromática, la segunda lo está en una mezcla de acetato y triacetato de celulosa. Respecto a sus dimensiones, en la membrana Dupont las fibras tienen un diámetro interior de 42 micras y el exterior de 85, mientras que en la de Toyobo dichos diámetros son 65 micras y 165 micras respectivamente. 56 6.2.4. MEMBRANAS DE ARROLLAMIENTO EN ESPIRAL. Están formadas por varias láminas rectangulares, que constituyen las membranas propiamente dichas, enrolladas alrededor de un eje cilíndrico provisto de perforaciones que permiten recoger el agua producto. Para el enrollamiento de las láminas desaladoras se disponen éstas alternadas con un separador impermeable y una malla, de forma que en una membrana arrollada en espiral existen tantas láminas como separadores y mallas. La malla plástica determina los canales hidráulicos por los que circula el agua a tratar y por su forma cuadriculada garantiza un régimen de funcionamiento turbulento lo que reduce las posibilidades de obstrucción por elementos extraños. El separador impermeable permite aislar el caudal que pasa por cada una de las láminas o membranas y separarlo de la salmuera. El conjunto de membranas, mallas y separadores se sella mediante un pegamento por tres de lados, mientras que por el cuarto lado que constituye la única salida posible para el agua que ha atravesado las membranas, se une al eje perforado. Finalmente, se cierra el conjunto con una envuelta exterior de poliéster con fibra de vidrio, que permite lograr una gran estanqueidad. El enrollamiento permite introducir una gran superficie de membrana en un espacio reducido. Con estos dos últimos tipos de configuraciones se ha conseguido reducir considerablemente el espacio ocupado por las membranas, aumentado la capacidad del módulo y reducido su precio. 57 FIGURA 20. MEMBRANA DE FIBRA HUECA Y VISTA MICROSCÓPICA DE LA FIBRA. En los tratamientos de desalación de agua, tanto salobre como de mar, para abastecimientos urbanos y agrícolas, sólo se emplean estos dos últimos tipos, por lo que en adelante, al referirnos a membranas, se tratará siempre de fibra hueca o arrollamiento en espiral. Los fabricantes de membranas originales existentes en el mundo son también escasos, dado que únicamente se trata de dos japoneses y cinco norteamericanos. Otros fabricantes de membranas que pueden encontrarse en el mercado, no son sino licenciatarios de alguno de los anteriores. Se trata en definitiva de los siguientes: - Toray, Hydranautics, Fluid Systems, Filmtec-Down, Desal NittoDenko y Trisep. 64 Esta estructura con el conjunto de tubos y colectores, que forman la unidad de producción típica de cada instalación, y que se alimentan desde una bomba, constituye el bastidor o tren de ósmosis inversa. En el caso de las membranas de arrollamiento en espiral, cada unidad formada por el conjunto de láminas va recubierta exteriormente de una película de poliéster reforzado con fibra de vidrio y alojadas en un tubo de presión, generalmente también este material, con capacidad para alojar 6 o 7 elementos, aunque también se construyen para aplicaciones específicas, de 2, 3 ó 4 membranas. Las membranas en el interior del tubo de presión se conectan unas con otras, para que formen un conjunto estanco y resistente a los movimientos longitudinales y transversales, mediante los correspondientes interconectores, también de material plástico y alta resistencia. De esta forma se evitan fugas de salmuera que contaminarían el producto y deformaciones como consecuencia de los sucesivos golpes de ariete que se producen cada vez que se arranca la instalación. Los tubos de presión, de uno y otro tipo, están cerrados por ambos extremos con sendas tapas que disponen de orificios para la conexión de las tuberías de alimentación, producto y rechazo. Recientemente en los tubos de presión para membranas de arrollamiento en espiral han aparecido unidades en que tanto la alimentación como el rechazo se conectan lateralmente, facilitándose considerablemente los montajes en el conjunto del bastidor. 6.6. COLOCACIÓN DE MEMBRANAS. Las membranas tienen una superficie limitada y también una producción determinada. Como por otra parte el porcentaje de recuperación por elemento es relativamente pequeño, 10-15%, si colocáramos un solo elemento en la instalación, una gran parte del caudal de agua a tratar sería desperdiciado como salmuera, con la consiguiente ineficiencia del sistema. 65 Para aprovechar mejor el caudal de salmuera ya hemos indicado anteriormente que las membranas se colocan en serie, para que el rechazo de una membrana sea utilizado como alimentación de la siguiente. Los tubos de presión con capacidad de 6-7 membranas para membranas de arrollamiento en espiral y la colocación por parejas de los permeatos de fibra hueca, mejoran esta recuperación, pero aun así su capacidad sigue siendo limitada. Para adaptarse a la producción deseada deben colocarse por tanto los distintos módulos en paralelo. De aquí surgen los distintos tipos de estructuras de producción en que se colocan las membranas. Para comprender su explicación es necesario conocer previamente dos conceptos importantes: • Etapa. Es cada una de las unidades de producción que son alimentadas desde una fuente única ( bomba de presión). Es decir, un conjunto de tubos de presión o de membranas de fibra hueca colocadas en paralelo y alimentadas por una bomba constituye una etapa. Si para aumentar la eficiencia de la instalación, el rechazo de los tubos de presión o permeatos, que sale a una determinada presión, se introduce en otro tubo de presión o membrana, estos tubos o permeatos constituyen otra etapa. Se comprende que al aumentar el número de etapas de una instalación, se eleva el caudal recuperado como producto. Sin embargo, como al pasar el agua de alimentación de una membrana a otra, se va incrementando su salinidad y el rechazo de sales de la membrana no varía, aumenta el flujo de sales y por tanto empeora la calidad. Es decir, que al aumentar el número de etapas empeora la calidad del agua producto. •Paso. Es el conjunto de tubos de presión o membranas que siendo alimentadas con los caudales de agua que salen de las membranas de la primera etapa de la ósmosis precisan de otra fuente de energía distinta de la anterior para recuperar un nuevo caudal. Resumiendo, si el caudal de agua producto o el caudal de rechazo de una instalación de ósmosis es rebombeado mediante otra bomba que eleva su anterior presión, para 66 alimentar a otro conjunto de membranas, estamos hablando de un paso. A partir de aquí tendríamos las siguientes estructuras de producción. 6.6.1. SIMPLE Es un conjunto de membranas individualmente o en tubos de presión, colocadas en paralelo, que son alimentadas desde una bomba. Como hemos dicho, este tipo de estructura, demasiado ineficiente, sólo se usa en instalaciones piloto o experimentales, o en la industria para extracción de jugos o líquidos o sólidos de gran valor. También las instalaciones de agua de mar, por su baja recuperación, admiten este tipo de estructura. FIGURA 22. INSTALACIÓN DE SIMPLE ETAPA. 6.6.2. ETAPAS DE SALMUERA. Es la estructura más frecuente de producción y consiste en una serie de tubos colocados en paralelo y otros en serie, de forma que la salmuera de los primeros es utilizada como alimentación de los segundos. Como puede verse, dado que en cada etapa se recupera una parte de producto, el caudal de salmuera que llega a la segunda etapa es menor que el inicial y así sucesivamente. Por lo que en cada etapa disminuye el número de tubos. 67 FIGURA 23. INSTALACION DE ETAPAS DE SALMUERA De acuerdo con las características de recuperación de la membrana, el porcentaje máximo de recuperación por tubo de presión de 6 elementos es del 50 %, por lo que el máximo de etapas que se suelen colocar son tres. Mediante la primera se recuperaría el 50 %, mediante la segunda un 25 %( 50 % del caudal de salmuera de la primera) y mediante la tercera un 12,5 & ( mitad del caudal de salmuera de la segunda etapa). En total sería un 87,5 %. Recuperaciones superiores son difíciles y no justificarían una cuarta etapa; sería preferible recuperar algo más del límite del 50 % en cada una de las tres etapas. En cualquier caso este límite del 50 % no es absoluto, sino sólo una referencia prudente que dan los fabricantes de membrana y que se utiliza en el diseño. El diseñar una instalación con dos o tres etapas no depende sólo de los gustos del proyectista y de la necesidad de recuperar un gran porcentaje del agua tratada, sino sobre todo de la composición química del agua. A medida que se recupera un porcentaje mayor la salmuera va incrementando su concentración, y son las solubilidades de los iones presentes los que determinarán la capacidad de recuperación de la instalación y por tanto el número de etapas. 6.6.3. ETAPAS DE PRODUCTO. 68 Este tipo de instalación se emplea cuando se quiere mejorar la calidad del agua producto y para ello se pasa de nuevo por otro conjunto de membranas, utilizando para ello una bomba independiente. Su utilización es cada vez menor, inicialmente se empleaba en las instalaciones de agua de mar en las que era imposible conseguir un agua de suficiente calidad con un sólo paso, especialmente en zonas de alta salinidad como en los países del Golfo Pérsico. FIGURA 24. INSTALACION DE ETAPAS DE PRODUCTO La posterior aparición de agua de mar con rechazos superiores al 99,3 %, que permiten obtener agua potable en un solo paso, ha hecho innecesario este tipo de instalaciones. Hoy día se siguen utilizando sin embargo en la industria, cuando se precisan aguas de calidad superior, o en otras instalaciones, para prolongar la vida de las membranas de primera etapa. En este último caso sólo una parte del caudal producto de la primera etapa se pasa por esta segunda etapa, mezclándose el conjunto de ambas etapas para obtener un permeado intermedio entre ambas. 6.7. LIMPIEZA EFICAZ DE MEMBRANAS Si trabajamos con membranas de fibra hueca y están padeciendo problemas de taponamiento o incrustaciones, que acortan la vida de las membranas a menos de 3 69 años, la primera recomendación es cambiar al tipo espiral. El cambio completo es tan fácil que se puede realizar en un turno de 8 horas y a un costo muy razonable. Se recomienda esto por una razón muy sencilla: se ha demostrado que las membranas del tipo espiral, en la mayoría de los casos se lavan y regresan al 100% de su capacidad de diseño. Las de tipo fibra hueca nunca regresan al 100% y van perdiendo productividad hasta que resulta incosteables operarlas. 6.7.1. COMO LIMPIAR Primero de todo, necesitamos un equipo de limpieza. Este consiste en un tanque de fibra de vidrio, un filtro de cartucho de plástico de 25 micras, una bomba centrífuga de plástico o inoxidable, una válvula de control, un rotámetro de plástico, una manguera para las membranas y otra de retorno. Para lavar las membranas lo más importante es tener una bomba de limpieza que descargue el CAUDAL correcto para alimentar cada tubo. Si el caudal no es lo suficientemente alto, no puede barrer las impurezas y estamos perdiendo tiempo. Reiteramos que lo más importante de una limpieza es tener el caudal correcto para barrer las impurezas. La manera más económica de verificar el caudal es con un pequeño rotámetro en línea. Dependiendo de la capacidad de la bomba podremos lavar en banco completo, o tubo por tubo. Con membranas espiral, por ejemplo, por cada tubo de 8’’ necesitamos un caudal de 35 a 40 GPM mientras que por cada tubo de 4’’ necesitamos un caudal de 8 GPM. La presión de lavado debe ser menor de 60 PSI pero ésta no es muy importante en el caso de elementos en espiral, mientras que la presión pueda contrarrestar la obstrucción por las impurezas. No es así en el caso de membranas de fibra hueca, las cuales según los técnicos-fabricantes tienen que lavarse en un rango de 60-75 PSI por su gran caída de presión hidráulica. 6.7.2. TEMPERATURA DE LIMPIEZA Lo segundo más importante es la temperatura. Los lavados son más eficaces a temperaturas elevadas. Entonces, tomaremos la temperatura máxima indicada por el fabricante y calentaremos el agua hasta dicha temperatura máxima que éstas toleran. Muchos equipos de lavado están equipados con una resistencia eléctrica de las que utilizan los calentadores residenciales de agua potable. Esto ayuda a incrementar la temperatura de lavado a la temperatura máxima de tolerancia de nuestras membranas. 70 Después de esto, es fundamental ajustar el pH de la solución de lavado al nivel correcto. Hay que recordar que las membranas de acetato tienen una vida que se mide en horas, a pH extremo, mientras que las de poliamida, como la TFC, normalmente toleran un pH de 4 a 11. Las membranas de TFC son altamente resistentes a los lavados alcalinos. En algunas plantas se lavan por 24 horas continuas a pH 11.5. 6.7.3. CON QUE LIMPIAR Cada planta tiene que encontrar su solución de lavado óptima, ya que, literalmente no existen dos aguas con condiciones idénticas, y la disponibilidad de reactivos varía en cada caso. Sin embargo, la experiencia de 25 años establece ciertas reglas generales que pueden acortar la búsqueda de la solución óptima. Estas reglas son las que siguen. PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE LIMPIEZA La solución de limpieza se prepara con agua producto (permeado) y la cantidad de reactivos que indique el fabricante. Nunca se ha de utilizar agua de mar para preparar la solución. La solución más común que se utiliza para limpiar membranas es la solución tipo detergente universal, para materia orgánica y materia coloidal. Esta se puede preparar como sigue: En un tanque de más de un metro cúbico mezclaremos: 1. Un metro cúbico de permeado (264 galones). 2. 20 kilos de fosfato trisódico o hexametafosfato (detergente). 3. 8 kilos de EDTA en polvo. Esta es un agente que ayuda a secuestrar y remover el hierro y otros metales. Si tenemos membranas de TFC o TFCL podemos añadir 10 kilos de bórax y limpiar las membranas al pH natural alcalino de la solución (pH de 11.0). Advertencia: no podremos utilizar este lavado a pH alto con membranas de acetato. NOTA: Si las membranas son de acetato de celulosa podemos añadir 1 litro de TRITON-X-100 pero asegurándonos de reducir el pH con ácido a 8.0, para las membranas SD y LP de acetato y a pH 7.0 para las membranas HR de acetato. 71 6.7.4. RECOMENDACIONES GENERALES SOBRE LIMPIEZA DE MEMBRANAS - Limpiaremos las membranas lo menos posible. Si estamos lavando más de 4 veces al año, trataremos de mejorar el pretratamiento, para evitar tantas sucesivas limpiezas. Los lavados cuestan dinero, irrumpen la producción, y pueden acortar la vida útil de las membranas. - Seguiremos las recomendaciones de los fabricantes de las membranas. Los reactivos que ellos recomiendan son los más adecuados para cada tipo de membrana. ENSUCIAMIENTO CON HIERRO O MANGANESO Si tenemos problemas de ensuciamiento con hierro, se recomienda universalmente un lavado con solución al 1% de ácido cítrico, la cual se le ajusta el pH a 4.0 con amoníaco (solución acuosa de hidróxido de amonio). Este lavado cítrico es muy agresivo para todas las membranas, sobre todo porqué puede quedar un residual de cristales de ácido en el fondo del tanque de limpieza el que se disuelve inmediatamente después de arrancar la bomba de limpieza y puede bajar el pH a 2, o menos, dañando las membranas. Entonces, verificaremos el pH real durante la limpieza después de arrancar la bomba y ajustaremos de nuevo el pH con amoníaco, si es necesario. El lavado cítrico siempre se sigue inmediatamente con un lavado con detergente. Si el problema es de materia orgánica o materia coloidal, no se necesita ni se recomienda lavar con ácido cítrico sino solamente con detergente. INCRUSTACIONES CON SULFATOS DE ESTRONCIO, BARIO, CALCIO O POLIACRILATOS Si el problema es incrustación de estroncio, bario o sulfato de calcio, lavaremos con la misma solución de 2% de ácido cítrico, pero ajustando el pH a 8.0 con amoníaco. Esta misma solución ha sido utilizada con éxito para remover depósitos gelatinosos que 72 a veces se forman cuando se dosifica una cantidad excesiva de poliacrilato (FLOCON 100), o cuando este compuesto se polimeriza por operar alta temperatura. La otra manera de quitar estas incrustaciones es circulando permeado o agua destilada por las membranas durante semanas para redisolver las incrustaciones lentamente. Este procedimiento es tan lento que no es factible hacerlo en los EEUU debido al alto costo de mano de obra, pero puede ser interesante en otros lugares. MATERIA COLOIDAL Materia coloidal en membranas de acetato. Si disponemos de este tipo de membrana y no encontramos los reactivos recomendados por el fabricante, estas se pueden lavar con una solución 1% de detergente que no tenga blanqueador de hipoclorito, o ninguna otra forma compuesta de clorado. El BIZ, por ejemplo, que se consigue en cualquier supermercado de EEUU, contiene una combinación de 17.6% de fósforo como fosfato trisódico, tripolisfosfato, enzimas, y perborato, la cual es muy eficaz, además, no contiene cloro. Materia coloidal en membranas de TFC. Si disponemos de membranas del tipo de TFC, no se recomienda un detergente del tipo comercial, ya que los fabricantes cambian las formulaciones más seguido y estos pueden llevar blanqueador que ataque a las membranas. Si no encontramos el TSP (fosfato trisódico) lo podemos sustituir por la misma cantidad de hexametafosfato. Si tenemos membranas de acetato, igual podemos lavar con un 1% de hexametafosfato, pero cuidando el pH a 7.5. Si tenemos que lavar membranas de acetato de celulosa menos de cuatro veces al año, pero tenemos depósitos de materia orgánica que sean tenaces, podemos intentar lavar con EDTA de sodio a pH de 10.0 por 45 minutos. El EDTA, aunque muy cáustico, es una molécula grande la cual difícilmente penetra la membrana. Si por el contrario, deseamos probar algo menos drástico para lavados frecuentes, trataremos con 1% de hexametafosfato sólo, o mezclado con enzimas proteolíticas. Las enzimas deben de ser mezcladas con surfactantes no-iónicos, ya que los surfactantes catiónicos degradan a las enzimas. Si disponemos de membranas TFC, es interesante recordar el caso de Codelco, Chile, donde se han efectuado limpiezas de 73 membranas TFC con solución de EDTA a pH 11.0 por casi diez años, con buenos resultados y sin daños a las membranas. ENSUCIAMIENTO CON BACTERIAS En OTAY, opera alimentando con aguas negras sin pretratamiento a membranas TFC. Lavan por 24 horas con una solución 1-1-1 la cual consiste en 1% de TSP (fosfato trisódico), 1% de tripolifosfato, y 1% de EDTA. El pH correspondiente a esta solución es de 11.5, el cual destruye a gran cantidad de bacterias y virus sin tener que utilizar cloro o formaldehído. Bacterias con membranas de acetato. Si tenemos problemas de bacterias y membranas de acetato, podemos esterilizar con 0.5 mg/l de cloro o de yodo. Con cualquier tipo de membrana podemos esterilizar con un 1% de formol. Después de lavar con formol, es conveniente hacer un lavado con detergente fosfatado y al arrancar la planta, cerciorarnos de que esté desechado el producto por las primeras dos horas. SILICE Con membranas de TFC, la sílice se puede lavar con hidróxido de sodio a pH 11 al cual se le añade 0.5% de hexametafosfato. Con membranas de celulosa el pH no puede ser tan alto; intentarlo a pH 7.5. Los lavados se efectúan durante 45 minutos a no ser que el fabricante de membranas nos indique lo contrario. 7. MEMBRANAS DE ÓSMOSIS INVERSA 7.1. ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA. La estructura que constituye la base de fabricación de las membranas es compleja y a lo largo de los años ha ido sufriendo modificaciones, pero sin embargo responde a dos tipos bastante diferenciados, que se han mantenido desde el principio. Estos tipos corresponden a lo que se ha quedado definido anteriormente como membranas espirales y membranas de fibra hueca, pero que en realidad se trata de dos estructuras que podríamos definir como estructura fibrilar y estructura laminar, siendo 80 Las sustancias también son retenidas en gado diferente. Las moléculas orgánicas con mayor peso molecular son retenidas mejor que las de peso molecular pequeño, pero además el grado de retención también está influenciado por el tamaño de la molécula y la estructura dimensional, según ésta sea o no iónica. En general, los compuestos orgánicos solubles de bajo peso molecular, como los ácidos orgánicos y las aminas, pasan a través de las membranas en mayor proporción que los iones. Muchos de los compuestos de mayor interés como los fenoles, hidrocarburos clorados de bajo peso molecular, otros derivados halogenados, como los pesticidas e incluso alcoholes de bajo peso molecular tienen coeficientes de rechazo muy bajos, por lo que aparecen en el permeado casi en la misma concentración que el agua que se trata. Sin embargo, otras sustancias complejas, como las que originan el color de las aguas son eliminadas en su totalidad. Las ligninas y los ácidos húmicos y fúlvicos también. Algunos compuestos orgánicos pueden atacar y degradar las membranas. Por ejemplo, determinados polímeros aparentemente no tienen efecto alguno en bajas concentraciones como los usados en los pretratamientos químicos, pero deben vigilarse puesto que pequeños aumentos en su concentración resultan dañinos. El rechazo de compuestos orgánicos solubles depende además del material constituyente de la membrana siendo más eficientes las membranas de poliamida que las de acetato de celulosa, como puede verse en el siguiente cuadro: CUADRO •Resistencia al cloro. 81 El cloro es un fuerte oxidante utilizado por sus efectos desinfectantes en los tratamientos de agua, tanto en forma de hipoclorito ( sódico o potásico) como en forma de gas. La tolerancia de las membranas de desalación al cloro libre disuelto en el agua a tratar, es muy distinta según el tipo de membranas. Las membranas de acetato de celulosa admiten dosis de cloro moderadas durante períodos largos de tiempo, pero a medida que aumenta la dosis la resistencia de la membrana es menor. Por esta razón, existe muchas veces la idea de que estas membranas son totalmente resistentes al cloro. Las especificaciones de los fabricantes indican que las membranas de acetato de celulosa CA soportan dosis de cloro en continuo de hasta 1 ppm. Durante breves períodos pueden soportar dosis incluso superiores. Esto les da la posibilidad de ser sometidas a desinfección en el caso de aguas contaminadas. Las membranas de triacetato de celulosa CTA, o mezclas de acetato y triacetato, son algo más resistentes, pero siempre dentro de límites moderados. Por el contrario las membranas de poliamida no son con carácter general resistentes al cloro, aunque también dentro de ellas existen gradaciones. En cuanto a las membranas de arrollamiento en espiral, las de poliamida alifática, TFC, son destruidas por el cloro de forma casi instantánea, mientras que las de poliamida aromática, TFCI, sólo soportan dosis muy pequeñas de 0,1 ppm y durante breves períodos. A pesar de ello, algunos fabricantes establecen en sus especificaciones que las membranas de poliamida, TFCI, soportan dosis de cloro de 1.000 ppm-h; es decir, 1.000 ppm durante una hora o 1 ppm durante 1.000 horas. Dentro de los distintos fabricantes de membranas de poliamida aromática, pueden existir también algunas pequeñas diferencias en cuanto a su resistencia al cloro, que suele ser función del espesor de la capa de rechazo de sales de cada membrana. Las membranas de fibra hueca de poliamida, aunque deben tener la misma resistencia al cloro libre que las espirales, y de hecho los fabricantes de las mismas no 82 especifican resistencias superiores, en la práctica se ha comprobado que son algo más resistentes, debido a dos circunstancias: - El espesor de la pared separadora respecto al diámetro de la fibra es mayor. - Son membranas dinámicas, en que su poder de separación se mantiene a través de un aplicación periódica de una capa de recubrimiento , que es aplicada por el cloro, mientras que la estructura de la membrana queda protegida en parte. Pese a ello se recomienda las mismas precauciones en su uso que en las otras. Esta distinta resistencia es la que ha permitido que las membranas de acetato de celulosa se sigan todavía fabricando, a pesar de ser menos eficientes en cuanto a su caudal, rechazo de sales o presión de funcionamiento. Cuando se trata de desalar aguas residuales, o aguas superficiales contaminadas, las membranas de celulosa ofrecen una garantía de resistencia a la cloración que no ofrecen las otras, y además su superficie es mucho más lisa, por lo que también se ensucian menos. Su campo de aplicación se centra fundamentalmente en las aguas salobres de estas características, con excepción de una membrana de triacetato de celulosa en configuración de fibra hueca, que se utiliza para agua de mar. Las membranas de poliamida han experimentado un desarrollo espectacular en los últimos años, que las han hecho imprescindibles tanto en desalación de aguas salobres o de mar, como en algunas aplicaciones especiales como las nuevas membranas de ablandamiento de aguas ( nanofiltración). Cuando se emplean con aguas contaminadas resulta imprescindible la cloración de éstas, para evitar el desarrollo biológico sobre la propia membrana que constituye un alimento excelente para bacterias y microorganismos. En estos casos debe garantizarse su decloración mediante algún reductor, para evitar el deterioro irreversible de la membrana. •Condiciones hidráulicas. 83 Los permeadores o membranas funcionan en condiciones óptimas cuando las velocidades de circulación del agua cumplen unas determinadas condiciones. Para conseguir un arrastre adecuado de las sales que se van depositando sobre las membranas, es conveniente que el flujo de salmuera sea constante y uniforme, y que el caudal de alimentación se mantenga también dentro de unos valores, lo que implica fijar unos flujos mínimos de ésta. En función del tamaño, cada permeato tendrá por tanto un caudal óptimo de funcionamiento. Las tres condiciones que normalmente se establecen para las membranas de arrollamiento en espiral, con objeto de obtener una buena circulación hidráulica a través de las membranas, son: - Mantener un caudal de barrido de la salmuera mayor de 10 lpm en membranas de 4” y mayor de 40 lpm en membranas de 8”. - Mantener una relación entre el caudal de salmuera y producto superior a 5. - Mantener un caudal de alimentación a las membranas que debe ser menor de 50 lpm para membranas de 4” y menor de 200 lpm para membranas de 8”. Pero a su vez el flujo a través de la membrana viene regido por una combinación de cuatro factores: - Presión osmótica - Permeabilidad de la membrana. - Espesor de la membrana. - La difusión o diferencia de concentraciones. El flujo a través de una membrana se mide en función del volumen que la atraviesa (transmitido) por unidad de área de membrana en un período determinado y bajo una presión también determinada. 84 Como unidad en la literatura anglosajona se emplea el GFD, galon/foot.day, ( galón por pie cuadrado y día). En el sistema decimal la unidad correspondiente es el litro por metro cuadrado y hora. La equivalencia entre ambas unidades es la siguiente: 1 GFD = 40,74 m 3 /m 2 día = 1,6975 l/m 2 /h Esta magnitud es importante a la hora de hacer el diseño de una instalación pues influye en el número de membranas a colocar. Un agua de buena calidad permite proyectar la instalación con valores de GFD elevados, ya que los únicos efectos sobre la membrana son prácticamente : - La compactación que se va produciendo como consecuencia de la presión aplicada, y - La precipitación de sales. A medida que el agua empeora de calidad, tanto en cuanto a los sólidos en suspensión como a los contaminantes, es preciso reducir el índice GFD, lo que supone aumentar el número de membranas, puesto que en el proceso de desalación una parte de esos elementos extraños que lleva el agua y que no pueden ser retenidos completamente por los distintos pretratamientos, se van depositando sobre las membranas, obstruyéndolas o ensuciándolas y disminuyendo por tanto su capacidad productiva. El caudal específico por membrana varía en cada proyecto en función de los condicionantes del mismo y las precauciones que tome el diseñador. Los distintos fabricantes de membranas de arrollamiento en espiral establecen unos valores aconsejables, muy parecidos entre unos y otros. La determinación del coeficiente GFD exige conocer la superficie de cada membrana. En el caso de las membranas de fibra hueca, sólo existen dos fabricantes y las membranas son de tamaños especiales por lo que no son sustituibles. En las membranas de arrollamiento en espiral, como la superficie de membrana es muy importante en relación con la producción de la misma, una de las vías que los fabricantes han utilizado para mejorar el caudal de la membrana y en definitiva reducir 85 los costes, es el aumento de la superficie de lámina separadora en el interior de cada unidad. En unos casos ese aumento de superficie se consigue mediante sistemas mecánicos de enrollado, que permiten realizar de una manera completamente homogénea un mayor apriete, haciéndola más compacta. En otros casos se han probado mallas separadoras más delgadas. Por último, algunos fabricantes han optado por la construcción de membranas del mismo diámetro pero más anchas, con lo que se reduce el espacio que ocupan los interconectores y en definitiva se incrementa la superficie de membrana por tubo de presión. En el cuadro siguiente se recogen las superficies de una serie de membranas de amplio uso en la actualidad y que pueden servir de referencia para el cálculo o dimensionado de instalaciones. CUADRO PAG 93 •Carga electroforética. La superficie de todas las membranas tiene una carga eléctrica o electroforética que es la consecuencia de los elementos químicos que intervienen en su fabricación. Estas cargas retienen la materia orgánica y los coloides del agua, así como los radicales de los productos químicos del pretratamiento. 86 Las membranas de acetato de celulosa tienen menor carga superficial, pero también menor retención. La membrana ideal debería tener la carga de las de acetato de celulosa y la robustez y las cualidades de las de TFC. La membrana de TFCL es relativamente resistente al cloro, pero tiene carga electroforética. El conocimiento de la carga eléctrica superficial de las membranas es importante a efectos de su utilización en aguas que pueden presentar problemas. También es muy necesario su conocimiento para poder elegir tanto el pretratamiento químico más adecuado como los productos de limpieza convenientes, para que no se produzca atracciones entre unos y otros que deterioren las cualidades de permeabilidad de la membrana. • Concentración de polarización. Las membranas de ósmosis tienen un rechazo de sales limitado por lo que la concentración de éstas en el producto depende de la concentración que posee el agua de alimentación a la entrada de la interfase. Las sales disueltas en el agua de alimentación son transportadas convectivamente hacia la membrana. Como su difusión a través de la misma no se realiza en la misma proporción, se produce una acumulación de sales en la superficie de la membrana. Su eliminación por tanto, sólo puede realizarse por difusión mediante un proceso de transferencia de masa, así como por una velocidad de movimientos hidrodinámicos, incluido el movimiento de difusión de Eddy cuando el fluido es turbulento ( Bénard). Según la teoría de Bénard, la inestabilidad que se produce en una capa de fluido es más pesada en la parte superior que en el fondo, que es la situación que se produce en el proceso de separación de sales, está ocasionada por un gradiente de temperatura en el fluido. En consecuencia, junto a la membrana se desarrolla una capa límite de disolución no agitada, estancada, de la que se extrae constantemente agua y en la que las sales rechazadas se van acumulando en concentraciones excepcionalmente altas. Este efecto se conoce como polarización de la concentración. 87 Se trata de un fenómeno complejo que depende por tanto de diversas causas y que ha sido estudiado con bastante profundidad por Merten y Sherwood que han propuesto distintas teorías al respecto. Las primeras investigaciones sobre polarización fueron desarrolladas por Merten et al y suponían la existencia de una capa límite adyacente a la membrana en la cual el flujo de fluido es despreciable. Sherwood y colaboradores desarrollaron posteriormente un estudio más sofisticado en un canal en el que el fluido puede ser laminar o turbulento, y en el que sus paredes rechazaban completamente las sales pero eran permeables al agua, comprobando que la polarización de la concentración era distinta según cual fuera el régimen de funcionamiento hidráulico. La concentración de la polarización está influenciada por: - La competencia entre el movimiento de convección de las sales hacia la membrana y su difusión fuera de la misma. - El rechazo de sales. - Las interacciones entre los distintos componentes del agua de alimentación. Como es lógico este fenómeno tiene una serie de efectos negativos: - El aumento de sales en la interfase también aumenta la presión osmótica en la misma, y por tanto, disminuye la presión efectiva que impulsa el agua a través de la membrana - Dado que las membranas siempre dejan pasar algunas de las sales presentes en el agua de alimentación, la concentración de sales en el agua producto aumenta. - Pueden producirse precipitaciones de los componentes disueltos. Estos efectos se deducen claramente del análisis de las dos ecuaciones básicas de ósmosis: 88 F a = A ( P m – ∆Ø m ) F s = K s ( C a – C p ) De la primera se deduce que la concentración de la polarización aumenta la presión osmótica Ø m que se opone a la “filtración”, y como en la diferencia de presiones efectiva la concentración del disolvente es la de los fluidos más cercanos a la membrana, el primer efecto negativo es que se reduce el flujo de la membrana. Si para contrariamente aumentamos la presión de operación, como existe una velocidad máxima de flujo por unidad de área para cada membrana, si ésta se rebasa, cualquier incremento ulterior de la presión aplicada no produce un flujo de disolvente más grande sino que sólo provoca un aumento de la presión osmótica. Por tanto, el grado de polarización de la concentración aumenta también proporcionalmente al flujo del disolvente, y además es proporcional a la presión aplicada. De la segunda se ve que también aumenta C a y por tanto, al ser mayor C a -C p aumenta al mismo tiempo el paso de sales. Por último, en muchas membranas el rechazo de sales disminuye al aumentar la concentración de la solución de alimentación. Además, una concentración de polarización excesiva produce una supersaturación de determinadas sales y su precipitación, que pueden producir el deterioro irreversible de las membranas. Es decir, que el fenómeno influye fundamentalmente en el flujo y en el rechazo de sales. La polarización de la concentración no puede eliminarse por completo en los procesos de ósmosis inversa, pero al menos puede reducirse: a) Haciendo la solución turbulenta para mantener dicha capa límite lo más delgada posible. b) Estableciendo mecánicamente en la membrana canales de flujo para reducir los efectos de entrada. c) Además se puede también actuar en la operación de la instalación, paral o cual es necesario ajustar el flujo y limitar el recobro. 89 El espesor de esta capa depende de la agitación o de la velocidad del agua de alimentación y del grado de permeación. El grado de polarización de la concentración aumenta proporcionalmente al flujo del disolvente y también es proporcional a la presión aplicada. En consecuencia, existe una velocidad máxima de flujo por unidad de área para cada membrana, más allá de la cual un incremento de la presión no produce un aumento en el flujo del disolvente sino que sólo provoca un aumento de la presión osmótica. Aunque el fenómeno de formación de la capa límite es independiente del transporte de la membrana “per se”, sus efectos son significativos, especialmente en las membranas que tienen un alto flujo por unidad de superficie. Esto limita la conversión de las membranas espirales. Como quiera que existen distintas opiniones sobre la mayor sensibilidad de las membranas de fibra hueca a la polarización, como consecuencia de la pequeña distancia entre las fibras que aumentan el efecto de difusión y al relativamente bajo flujo de estas membranas, hay que destacar también que, según un análisis detallado presentado por algunos autores, la acumulación de sales microscópicas en la superficie de la citada membrana, no tiene efectos significativos sobre la misma. Esto quiere decir que, en un punto determinado del haz de fibras, no debe haber una diferencia apreciable entre la concentración del soluto en la superficie exterior de la fibra y la existente en la solución entre fibras adyacentes. Sin embargo, hay que destacar que la no uniformidad del empaquetamiento del haz de fibras puede producir regiones en que la diferencia interfibrilar sea muy inferior a la media de 25 micras, y pueda por tanto producirse una polarización de tipo local. 7.2. PARÁMETROS TÉCNICOS. Una membrana de desalación viene definida por una serie de parámetros técnicos que son las herramientas que se utilizan a la hora de hacer un diseño de una instalación, con objeto de hacer una estimación o proyección de la calidad del agua que se va a obtener. 96 FIGURA 28. INFLUENCIA DE LA PRESION La máxima caída de presión en los elementos espirales es de 0,55-0,8 Kg/cm 2 ( 8-12 psi) por elemento ó 2,7-4,2 Kg/cm 2 ( 40-60 psi) por tubo de seis elementos. En fibra hueca pueden permitirse 3,5 Kg/cm 2 ( 50 psi) sin problemas mecánicos. Sin embargo, para ambas configuraciones es bueno limitar la caída a 1,7 Kg/cm 2 ( 25 psi). Aunque ni el flujo (paso) de sales, ni el gradiente de concentración a través de la membrana están directamente afectados por un cambio en la presión de alimentación, existe un efecto indirecto de la presión en la concentración de sales del agua producto. Si la presión se reduce, pasa menos agua a través de la membrana mientras el paso de sales permanece constante, con lo que hay más sal por unidad de volumen de agua producto y en consecuencia mayor salinidad de ésta. Con los avances logrados en el campo de la investigación han ido apareciendo membranas que trabajan cada vez a menor presión, pero proporcionando un caudal y un rechazo de sales aceptable. 97 Tanto el ensuciamiento como la precipitación están muy relacionados con el flujo de la membrana y se acelera ampliamente por efecto de la polarización de la concentración en la superficie de la membrana. Al forzar la presión para aumentar el flujo, se nota al poco tiempo un descenso en éste que puede ser del 25 %. 7.3.3. CON EL PH. El rechazo de sales de las membranas depende en cierta medida del pH, pues cada material tiene un pH al que el rechazo es máximo. No todas las membranas reaccionan de igual forma a la variación del pH del agua de alimentación. Las membranas de acetato de celulosa son muy sensibles a estas variaciones, de forma que sólo pueden actuar entre valores de pH de 4 a 7 de una forma continua, y durante periodos reducidos, como ocurre durante el lavado, pueden separarse ligeramente de estos pH. Fuera de esos valores recomendados de pH las membranas se hidrolizan y pierden por tanto de forma irreversible sus características. La membrana de poliamida, menos sensible, funciona sin mayores problemas entre valores del pH de 4 a 11 y durante periodos cortos soporta valores de pH de 3 o de 12. La flexibilidad de ambas membranas es pues bastante distinta y por tanto los cuidados que hay que tener con una y con otra son también diferentes. Pero el que una membrana pueda funcionar dentro de un rango de valores de pH determinados, no significa que sea igualmente eficiente a todos ellos. Normalmente hay un valor óptimo de pH al que la membrana tiene el mayor rechazo de sales y por tanto conviene trabajar lo más cerca posible de este valor. A medida que nos separamos de este valor el rechazo de sales se deteriora y, por tanto, en igualdad de las restantes condiciones de temperatura o presión la calidad del agua producto es inferior. 98 Sin embargo, a pesar de ello, por las características del agua de alimentación, en determinadas circunstancias puede interesar trabajar a un pH distinto del óptimo de la membrana. Una evaluación económica de los costes que ello conlleva debe decidir si se puede trabajar a ese pH aun sacrificando un poco la calidad del agua producto. Pero además del pH y conjuntamente con él, también la variación de temperatura influye en el rechazo de sales. Por ejemplo, una membrana de acetato de celulosa cuyo pH óptimo de funcionamiento es de 5, para temperaturas normales entre 15 y 35 ºC, puede hidrolizarse a ese mismo pH si la temperatura se eleva a 80 ºC. Por ello el fabricante de membranas suele dar también una temperatura máxima por encima de la cual no es conveniente operar con la membrana. FIGURA 29. INFLUENCIA DEL PH EN EL RECHAZO DE SALES 99 8. CONSIDERACIONES MEDIOAMBIENTALES 8.1. EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL DE INSTALACIONES DESALADORAS La legislación existente en cuanto a la necesidad de realizar una Evaluación de Impacto Ambiental (EIA) para un proyecto relacionado con la desalación se puede resumir en los siguientes pasos: - La legislación básica, en este caso el Real Decreto Ley 9/2000, viene a incrementar los supuestos sometidos a Evaluación de Impacto Ambiental. En su Anexo I de esta disposición (proyectos sometidos en todo caso a EIA), no se recogen proyectos relacionados con la desalación marina o salobre aunque sí la extracción de aguas subterráneas igual o superior a 10 hm 3 /año. En el Anexo II, que constituyen la lista de proyectos que deben someterse a EIA cuando así lo decida el órgano ambiental, no aparecen tampoco los proyectos de desalación aunque sí los que supongan una extracción superior a los 300.000 m 3 /año de aguas subterráneas. - Por lo tanto, ha de consultarse la normativa correspondiente a cada comunidad autónoma. Si dicha comunidad tiene incluidas en su lista de EIA las plantas desaladoras (como por ejemplo la Comunidad Autónoma Murciana), y de acuerdo con la disposición Adicional Tercera del Real Decreto Ley 9/2000, correspondería realizar la EIA al órgano ambiental del Estado, es decir, el Ministerio de Medio Ambiente (MIMAM). Se establecerá un procedimiento abreviado para su realización. 8.2. PROBLEMÁTICA MEDIOAMBIENTAL DE LOS VERTIDOS DE SALMUERA En todo proceso desalador, tenemos una porción del agua previamente introducida que es rechazada y devuelta normalmente al reservorio original de donde se aportó el agua bruta a desalar. 100 El problema de estos vertidos debe tratarse cuidadosamente dependiendo del tipo de proceso utilizado, y de las características del reservorio donde se tira la salmuera de rechazo. En este apartado se van a analizar dos situaciones especialmente interesantes: La situación en el Golfo Pérsico y la española (en el Mar Mediterráneo). Si hablamos de aguas desaladas del Golfo Pérsico, con una media de 45.000 ppm de TDS, la salmuera rechazada devuelta al mar (BD) en plantas MSF suele tener una concentración de 60-65.000 ppm y un caudal menor de la mitad que el aportado, teniendo en cuenta que tan sólo la décima parte del agua bruta introducida se desala y que existe recirculación del agua bruta. El resto de caudal que equilibra el balance de masa de la instalación es el agua bruta precalentada en la sección de rechazo, que no es concentrada respecto a la inicial. En resumen, la conjunción de la contaminación térmica (tanto el BD como el CW de la gran cantidad de plantas desaladoras MSF se tiran con 3-4 y 7-10 ºC de calentamiento con respecto al Golfo) y contaminación química de los vertidos de salmuera y de petróleo de la zona (el 20% de la producción mundial discurre por esta ruta) en este mar cerrado de tan sólo 35 metros de profundidad media, 239.000 km 2 de extensión y un tiempo de residencia medio de 2-5 años (la circulación a través del estrecho de Ormuz es bastante dificultosa), hace pensar que el Golfo Pérsico va a tener serios problemas medioambientales en un futuro próximo. Ello se agrava por sus especiales condiciones: una temperatura media de 18-35 ºC, un altísimo índice de evaporación (excede en un factor de 10 el aporte de los ríos) y por lo tanto una salinidad de 36.000 a 50.000 ppm, dependiendo de la cercanía a la desembocadura de los grandes ríos que vierten en él (Tigris y Eúfrates). Pero este no es afortunadamente el caso de España, con un inventario de plantas mucho más reducido al de Oriente Medio, donde la mayoría son plantas de O.I. que vierten sus rechazos a mares más abiertos como el Mediterráneo o el Océano Atlántico, a una temperatura prácticamente idéntica a la aportada. 101 De todas formas, es necesario abordar de forma separada la desalación de aguas marinas y de aguas salobres, porque son dos problemáticas completamente diferentes ya que afectan a medios naturales distintos. 8.2.1. AGUAS SALOBRES Las plantas desaladoras de agua salobre generalmente se nutren de acuíferos cuya calidad se ha ido degradando paulatinamente con su extracción para el riego. En general, la degradación de los acuíferos se debe al uso de fertilizantes nitrogenados y otros agentes agrícolas, infiltración de aguas residuales, disolución de terrenos salinizados, intercomunicación de diferentes acuíferos estratificados e incluso la intrusión marina en los acuíferos cercanos al mar. Desalar agua salobre permite a este tipo de aguas su uso agrícola e incluso humano, en general aguas de 4.000 ppm devuelven el rechazo en torno a los 16.500 ppm considerando una conservación media (Y) del 75 % en este tipo de plantas. A continuación se describen las diferentes soluciones aportadas actualmente para la evacuación de este tipo de salmueras (Latorre, 2000), haciendo una valoración cualitativa de cada una de ellas: - Vertido directo a ramblas o cauces cercanos. Es una solución común pero poco recomendable porque puede salinizar dichos cauces y los suelos adyacentes, afectando incluso a la población asentada aguas debajo de dicho cauce. - Vertido al mar en el caso de cercanía al mismo. Debe estudiarse en cada caso ya que en este caso la salinidad es menor que la marina y puede afectar a la diversidad biológica en ese tramo costero. - Inyección en acuíferos más profundos incluso que el de aporte. Es una solución altamente peligrosa, ya que puede afectar a acuíferos cercanos y además los convierte en inservibles para su uso futuro. - Instalación de balsas de evaporación o incluso salinas (como las de Torrevieja o Santa Pola) para obtener sal. La extensión necesaria para este 102 tipo de solución suele disuadir a los propietarios de las explotaciones, pero es de las más adecuadas aunque desaparece todo caudal posible de retorno a la cuenca hidrográfica. - Creación de colectores de vertido o “salmueroconductos” que recojan los rechazos de una o varias plantas desaladoras próximas hasta el mar. Parece la solución más aceptable, aunque con coste algo superior a otras opciones, y además debe estudiarse el punto exacto de vertido en el mar, al igual que en el segundo punto, para no alterar las condiciones biológicas de la fauna y flora marinas. Debe tenerse en cuenta también que excepto la segunda y última opciones, los vertidos de salmuera retornan finalmente a la cuenca hidrográfica de donde se extrajo el agua salobre, con lo que deberían rechazarse a priori. 8.2.2. AGUAS MARINAS Respecto al vertido de rechazos de agua marina, una planta de conversión media del 45% y un agua marina de aporte de 38.000 ppm debe verter al mar una salmuera con alrededor de 70.000 ppm. Se sabe que la fauna marina no queda afectada significativamente por la existencia de emisarios de esta agua (gracias por supuesto a su movilidad), incluso hay experiencias de una mayor cuota de captura pesquera alrededor de desagües de plantas desaladoras. Sin embargo hay que tratar con especial atención la flora marina existente en el litoral mediterráneo, en concreto las praderas de “Posidonia Oceánica”, una fanerógama marina que recubre los fondos de un calado de 5 a 30 metros (dependiendo de la transparencia del agua y la granulometría de los fondos) de extraordinaria productividad y diversidad, pero a su vez de extraordinaria rareza. Tanto es así que aparece en la lista de hábitats naturales de interés comunitario que es preciso proteger (Directiva del Consejo 92/43/CEE del 21 de Mayo de 1992). Aunque no se sabe a ciencia cierta el efecto de los vertidos de salmuera en las praderas de Posidonia Oceánica, lo que sí es cierto es que es necesario realizar una serie 103 de medidas de protección para no dañar dichas praderas, con una capacidad de producción de oxígeno incluso mayor que la selva amazónica. De entre las posibilidades de actuación en cuanto a la evacuación de la salmuera al mar, no hay soluciones concluyentes, sobretodo en cuanto a la cuantificación del efecto de cada una de ellas sobre la flora marina, se muestran aquí las soluciones comúnmente adoptadas: - Vertido directo al mar a través de ramblas y cauces. Esta posibilidad puede ser la más adecuada en zonas de corrientes y vientos considerables, ya que en zonas cercanas a la costa, los oleajes y la mayor temperatura de la aguas favorecen la mayor dilución de las descargas de salmuera. - Construcción de emisarios submarinos que sobrepasen la pradera de Posidonia. No está muy claro si el efecto de la obra necesaria para construir el emisario va a ser más perjudicial para la pradera que su vertido en la costa. Además, se han realizado estudios sobre la dilución de los emisarios submarinos construidos específicamente para una mejor mezcla con el agua marina, pero la experiencia de laboratorio ha demostrado grandes diferencias con respecto a la dilución real en los fondos marinos, debido fundamentalmente al efecto de las corrientes marinas, oleaje, condiciones del fondo, etc., difícilmente reproducibles en condiciones de laboratorio. - Utilización de emisarios ya existentes de aguas residuales. Se sabe que las aguas residuales urbanas (ARU) tienen un efecto más pernicioso para la flora marina que los rechazos de plantas desaladoras. Por lo tanto un mal menor puede ser verter dichos rechazos a colectores residuales o lugares anejos a ellos, en zonas ya previamente degradadas por el efecto de las ARU. 8.3. OTROS VERTIDOS Aunque no tienen la misma importancia que los vertidos de salmuera, gracias a la ínfima relación de volúmenes evacuados (la suma total de ellos no supone más del 1% del total), existen otro tipo de vertidos en una planta desaladora por O.I., que se resumen aquí: 104 - Agua de lavado de los filtros de arena: constituyen un agua muy cargada de arenas y materia orgánica, en general se vierte normalmente una vez al día. - Productos de limpieza de las membranas. Su frecuencia depende mucho del tipo de membrana, pero en general al menos se realiza una vez al año con detergentes de naturaleza biodegradable. - Aditivos provenientes del pre/post-tratamiento del agua bruta/producto. Normalmente no deben aparecer en los vertidos ya que se utilizan para incluirse en el agua para consumo (sólo en caso de fugas, pero en todo caso es posible encontrar en menor medida floculantes, antiincrustantes, anticorrosivos y biocidas en las aguas de rechazo. Su carácter poco degradable hacen que deban ser controlados periódicamente. 8.4. OTROS IMPACTOS Y CONSIDERACIONES FINALES. Las plantas desaladoras consumen gran cantidad de energía. Tanto si consumen energía eléctrica como si extraen energía térmica en el caso de una planta dual, las emisiones de CO 2 , NO X y otros componentes derivados de la combustión de estas centrales térmicas deben asociarse a la planta desaladora. Sólo en el caso de que la energía eléctrica utilizada en procesos desaladores ( O.I., ED, CV, bombeo de las MSF y MED) sea de origen renovable, no debe asignarse este impacto ambiental al proceso desalador. Finalmente, también hay que destacar la contaminación acústica de una planta desaladora, que no suele mencionarse debido a su relativa lejanía de poblaciones y zonas habitadas. Pero debe tenerse en cuenta sobre todo en pequeñas islas o zonas con muy escaso terreno edificable, situación desgraciadamente muy común en el Levante Español y nuestros archipiélagos. Resumiendo, el impacto ambiental derivado de la instalación de una planta desaladora tiene varias afecciones destacables: vertido de salmueras, emisiones y ruidos. Es de otra naturaleza que una gran obra hidráulica, y por lo tanto difícilmente comparables. 105 9. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN Una instalación desaladora puede ser más o menos compleja según sea el tamaño y el tipo de agua a tratar y debe contemplar todos los elementos desde la toma de agua hasta el depósito final para el almacenamiento de permeado, para que responda a las prestaciones que deben exigirse a un sistema sofisticado y por tanto caro. En dicha instalación pueden establecerse cuatro zonas o partes, dotadas de equipos que por su cometido e importancia son muy distintos. Dichas partes son: - Captación o toma de agua. - Pretratamiento físico-químico. - Proceso (OI). - Post-tratamiento. 9.1. TOMA DE AGUA El diseño de la instalación se inicia con la toma o punto de captación del agua que va a alimentar el sistema. Se puede hablar de tomas de agua “abiertas o superficiales” y “cerradas, o a través de pozo”. 9.1.1. TOMA CERRADA La toma de agua mediante pozo es la más favorable y la que siempre hay que intentar construir. Sin embargo, ello implica la permeación de caudales, a veces importantes, a través de los distintos estratos del terreno, que no siempre es posible lograr. Las ventajas principales que ofrece una toma cerrada o en pozo son: - Limpieza del agua como consecuencia de su filtrado en el terreno, lo que se traduce con unos índices de turbidez (NTU) y de colmatación (SDI) bajos. - Ausencia de actividad orgánica y biológica. 112 de incrustación, aunque delgadas, son muy impermeables y ofrecen gran resistencia al paso del producto. Normalmente, la calidad del producto sufre algo al bajar la productividad. Si el problema que está ocasionando la incrustación no se detecta y resuelve oportunamente, el depósito de sales incrustantes en las últimas membranas, las cuales están expuestas a la salmuera más concentrada, puede crecer lo suficiente como para comenzar a obstruir los canales de salmuera de los elementos. Una vez que esto ocurre, la presión diferencial sube notablemente y se corre el peligro de dañar los elementos. Como ya mencionamos, la incrustación se localiza en los últimos elementos del sistema y progresa lentamente de atrás hacia delante hasta los primeros. La incrustación se detecta abriendo la tapa de los tubos de presión en la salida del sistema, e inspeccionando y pesando los elementos en una báscula. Una vez obtenidos los pesos de los elementos, los podemos comparar con el peso original del elemento húmedo y drenado. 10.1.2. ENSUCIAMIENTO El ensuciamiento con arena, materia orgánica, o materia coloidal también puede repercutir en una obstrucción física de los canales hidráulicos de los elementos. Si se determina oportunamente que las membranas han sufrido ensuciamiento, el 99% del tiempo es posible parar, efectuar una limpieza con detergente, y restaurar la planta de ósmosis a su condición original. Sin embargo, dicho bloqueo de los canales hidráulicos de los elementos, si no se corrige a tiempo, se traduce en presiones diferenciales excesivas y deformación mecánica del rollo espiral de membranas que forma a los elementos. Al contrario de la incrustación, el ensuciamiento normalmente comienza por el extremo de la alimentación y progresa hacia la parte posterior del sistema. El ensuciamiento se puede detectar inspeccionando y determinando el peso de las primeras membranas del sistema. Excepción a esta regla es el ensuciamiento por sedimentación de materia coloidal en el sistema, lo cual suele ocurrir en las últimas membranas, pero se distingue fácilmente la incrustación, porque en vez de cristales blancos o amarillos, se observa polvillo coloidal o algas verdes en los últimos elementos. 113 El ensuciamiento afecta en especial a las membranas de fibra hueca, y a las nuevas membranas de poliamida aromática como la TFCL y la FT-30, las cuales tienen que ser lavadas con más frecuencia que las otras membranas. 10.1.3. ATAQUE BACTERIANO O QUIMICO A LAS MEMBRANAS Los síntomas de un ataque bacteriano o química a alas membranas son totalmente opuestos a los que evidencian por ensuciamiento o por incrustación. Estos ataques en efecto dañan irreversiblemente a la capa de rechazo de sales de la membrana y permiten el paso relativamente libre de sales y de agua. Podemos detectar el ataque a las membranas y distinguir este tipo de cambio de un problema de arosellos (juntas tóricas), porque un ataque a las membranas normalmente ocurre en las primeras membranas del sistema, empeora, gradualmente y uniformemente en todos los tibos de un mismo paso, y se va propagando hacia las membranas ubicadas en la descarga del sistema.. El otro factor que delata un ataque a las membranas es la disminución gradual en la presión de operación NORMALIZADA del sistema en condiciones constantes de productividad al mismo tiempo que va subiendo la conductividad del producto. Una manera clave para confirmar que se trata de un problema de ataque a las membranas, consiste en hacer un análisis de la dureza del producto. La membrana rechaza más del 99% de la dureza aunque esté bastante dañada. Si se detecta mucha dureza en el producto, sospecharemos una fuga mecánica (arosellos). Una falla mecánica de las membranas como puede ser un arosello (junta tórica) dañado, normalmente ocurre en un solo punto, ocurre repentinamente (por lo normal dobla la conductividad de un solo tubo de un día para otro), y lo que es fundamental, no afecta mayormente a la presión de operación de un sistema de agua salobre. Se puede verificar el punto del problema, retirando la manguera de producto e introduciendo un tubito sonda. Lo fundamental es que los daños químicos o bacterianos a las membranas son normalmente irreversibles y hay que detectarlos, diagnosticarlos, y atacarlos antes que se deterioren fuera de su rango útil. 114 10.1.4. TURBIDEZ La turbidez se mide utilizando el índice de taponamiento (SDI) e índice de turbidez-Jackson. Se recomienda que la turbidez no exceda una unidad Jackson para las membranas espiral y SDI=3 para las de fibra hueca. 10.1.5. HIDRÓLISIS La hidrólisis no es más que un ataque químico por cambio de pH y temperatura que afecta exclusivamente a las membranas de acetato de celulosa. Las membranas de poliamida no sufren hidrólisis. Igual que la piel humana, las membranas de poliamida se hinchan a pH menor de 3.0. Una vez que se restaura el pH al nivel normal de operación, la membrana se recupera pero no siempre totalmente. Por esto, hay que tener mucho cuidado con los lavados ácidos, en lo que el pH nunca debe ser menor de 3.5. 10.1.6.OXIDACIÓN Conforme el conocimiento del pretratamiento en la ósmosis inversa se hace más completo y sofisticado, las membranas cada día fallan menos por los problemas descritos arriba, y tienden a morir de vejez (por oxidación) después de cinco o diez años de estar expuestas a un ambiente húmedo, corrosivo y oxidante. Todas las membranas de ósmosis inversa están sujetas a oxidación, pero algunas son más resistentes que otras. La oxidación por cloro se mide en partes por millón-hora de cloro residual. Una parte por millón de cloro residual actuando durante un día, representa 24 partes por millón-hora. Esta dosis de cloro comenzaría a dañar las membranas de TFC en menos de 30 días; a las membranas de poliamida aromática como la TFCL, en 3 meses, a pH 8, y 6 meses a pH 6; y a las membranas de acetato de celulosa, en dos o tres años. La vida útil de una membrana se alarga reduciendo el nivel residual de cloro en agua. Esta reducción normalmente se efectúa con filtros de carbón o con exceso de metasulfito de sodio, como veremos a continuación. Los oxidantes a la larga dañan a todas las membranas de ósmosis inversa, y por lo tanto, conviene controlar el exceso de estos como parte del pretratamiento. En las membranas de película delgada TFC, la oxidación de las membranas puede romper la 115 columna vertebral de la cadena molecular del polímero, empleado en su fabricación. Una vez rota la cadena del polímero, un pequeño pedazo de membrana a nivel molecular se desprende y deja un poro que permite el paso de sales. Lo mismo ocurre, pero todavía más lentamente, en las membranas de acetato de celulosa. El efecto de la oxidación en estas membranas se manifiesta en un aumento considerable en la salinidad del producto y una disminución de la presión de operación a un caudal constante de producto. En las membranas de poliamida, tipo fibra hueca delgada, el ácido tánico y la pared más gruesa de la membrana protegen hasta cierto punto a la membrana contra oxidación. En efecto el ácido tánico actúa como un antioxidante sacrificial que se pierde según lo va atacando el cloro y el oxídeno. Una vez que se pierde el parche de ácido tánico, el oxidante ataca a la arimida de la fibra hueca la cual, al oxidarse, cambia sus propiedades superficiales. La gran afinidad al agua de las aramidas se puede invertir al oxidarse. Una vez atacada por oxidante, la superficie de la membrana tipo aramida puede dejar de ser hidrofílica para convertirse en hidrofóbica. Esto se detecta como un aumento en la salinidad del producto con un correspondiente aumento en la presión de operación. Por lo tanto, en las membranas de fibra hueca que utilizan material de aramida, el efecto en la operación de la planta de un ataque por oxidante es difícil de distinguir de un problema de ensuciamiento o de incrustación. 10.1.7. PRETRATAMIENTO-PREFILTRACIÓN NATURAL DE AGUAS SUPERFICIALES El mejor pretratamiento es el que no se tiene que hacer. En ocasiones nos puede influenciar la selección de la fuente de agua más propicia para su planta de ósmosis. En ese caso, se debe utilizar el agua proveniente de la fuente más limpia que dispongamos. En el caso concreto de las fuentes superficiales (como son lagos, ríos, o mar) la perforación de un pozo playero puede simplificar tremendamente el costo de inversión y operación del sistema de pretratamiento. Un pozo playero bien diseñado y bien desarrollado, equipado con rejillas, simplemente utiliza el lecho de grava y arena de la playa como un gigante y eficaz filtro de arena. 116 Una de las primeras plantas en demostrar este concepto fue la planta piloto de la UOP-Fluid Systems en la bahía de San Diego, California. El pozo tiene 10’’ de diámetro, y 120 pies de profundidad y fue diseñado para 40 litros por segundo con un costo total de menos de $20.000 dólares incluyendo la bomba sumergible. El pretratamiento para la planta piloto consiste nada más que en un filtro de cartucho para proteger la bomba, y en la inyección de un poco de ácido para bajar el pH aproximadamente a 7.0. La planta ha operado sin atención humana continua, por más de quince meses. Las membranas de tipo espiral de TFC están todavía nuevas y se han tenido que lavar una sola vez. La tecnología de pozos playeros para alimentar plantas de ósmosis potabilizadoras de agua de mar se han transferido a varias plantas industriales con mucho éxito como en las Islas Canarias y en Argentina. En Chile, se ha desarrollado la tecnología de punteras Johnson. Las punteras son utilizadas para obtener agua clarificada de ríos o lagos turbios cuando se quiere evitar el costo de perforar pozos profundos. En la ribera del río o lago se martillan las punteras o si la formación es muy fangosa, se perfora un agujero de 4-6’’ en el cual se coloca la puntera y se rellena con grava y arena. En algunos casos, de sistemas grandes, se utiliza una serie de punteras conectadas con mangueras a un cabezal de bombeo. También, se ha utilizado el esquema de conectar las punteras con un sifón a una cisterna instalada debajo del nivel freático, la cual se bombea con una bomba sumergible. En Chile, se obtiene típicamente 6 litros/segundo por cada puntera de 2’’x 5 metros. En las Canarias, se ha desarrollado con mucho éxito el sistema de galerías cerca del mar, para interceptar agua salobre subterránea proveniente de las montañas que se está fugando al mar. También se utiliza con mucho éxito en España, “pozos artesanales” del tipo antiguo, de 2 a 4 metros de diámetro y profundidad variable. En efecto, lo que se está proponiendo es que en vez de gastar dinero durante los próximos 20 años en coagulación y sedimentación del agua, dejar que la naturaleza trabaje para nosotros al efectuar la filtración del agua con el lecho del manto acuífero en todos los casos posibles. 117 La recomendación es, pues, hacer el pozo lo más profundo posible para minimizar la posible intrusión de oxidantes. 10.1.8. MEMBRANAS EN ESPIRAL.VENTAJAS. • PARA AGUAS SUPERFICIALES CON ALTO SDI LA CONFIGURACION IDONEA DE MEMBRANA ES LA ESPIRAL Para cualquier agua que tenga un índice de taponamiento (SDI) superior a 3, la configuración espiral es idónea. La experiencia en miles de plantas de ósmosis ha demostrado que la membrana del tipo espiral tolera aguas con mucho más materia coloidal y sales incrustantes que el tipo de fibra hueca delgada. Esta tolerancia a altos niveles de materia orgánica y de materia coloidal explica la razón por la cual la membrana espiral se eligió exclusivamente para la planta de ósmosis inversa con capacidad de 300.000 metros cúbicos por día en YUMA. Incluso la pionera en membranas de fibra hueca, la prestigiosa firma DuPont recomienda sus nuevas membranas del tipo espiral para aguas “difíciles”. La razón es que las membranas tipo espiral pueden trabajar a caudales de alimentación por elemento hasta tres veces más altos que las de fibra hueca. Estos caudales se traducen en velocidades hidráulicas de operación tan altas y turbulentas que logran barrer gran parte de la materia coloidal. En el caso de la membrana espiral, igual se pueden utilizar altos caudales de lavado los cuales con detergente logran barrer materia orgánica y pequeñas partículas de sólidos que se acumulen en la operación. La fibra hueca delgada no puede trabajar, ni lavarse a estos caudales tan altos por permeado, que a altas velocidades, los caudales turbulentos rompen las delicadas fibras huecas, las cuales son del diámetro del cabello humano. • LA CONFIGURACION ESPIRAL ES IDONEA PARA AGUAS INCRUSTANTES Si el agua es alta en carbonatos, sulfatos, sílice, estroncio, bario o calcio; también se recomienda utilizar la membrana espiral. Esto se debe a que a altos y turbulentos caudales de la membrana espiral le dan a las sales escaso tiempo para incrustarse. La turbulencia rompe las altas concentraciones de sales en la capa microscópica límite adyacente a la membrana, en donde continuamente se está retirando 118 producto. Con un diseño correcto, la configuración espiral permite la más alta recuperación de agua como producto sin peligro de incrustaciones de sales . La membrana de fibra hueca, con su bajo flujo laminar, sufre de un largo tiempo de residencia y altísimas concentraciones de sales incrustantes en la capa límite. Por consiguiente, tiene una alta tendencia a incrustarse, si se opera con aguas de alta dureza o con cualquiera de las sales disueltas que arriba se mencionan. • LA MEMBRANA TIPO ESPIRAL CASI NUNCA REQUIERE SUAVIZACION PREVIA Esto se puede ilustrar más fácilmente con casos específicos. En Laguna del Rey, Cohauila, en Gómez Palacio, Durango, y en Baja California, en Méjico existían plantas de ósmosis inversa del tipo fibra hueca delgada, las cuales tenían dificultades serias en su operación con agua dura. La solución inicial fue instalar suavizadores como pretratamiento antes de la fibra hueca. Aunque esto mejoró la operación, duplicó el costo de pretratar el agua. Al fin, retiraron los suavizadores, convirtieron la planta a membranas en espiral y se terminaron los problemas de incrustación y de alto costo de agua. En vista de lo anterior, para ahorrarnos altos costos de equipo de pretratamiento, y de los reactivos químicos acondicionadores del agua, debemos considerar cuidadosamente la fuente de agua, y utilizar el tipo de membrana que haya tenido más éxito con aguas similares a la nuestra. En pocas palabras, si el agua es superficial consideraremos seriamente un pozo playero. Si el agua tiene alta turbiedad, es dura e incrustante, consideraremos seriamente la membrana tipo espiral. 10.2 FILTROS DE CARTUCHO Todas las plantas de ósmosis inversa tiene y deben tener filtros de cartucho antes de la bomba de alta presión. Los filtros de cartucho protegen a la bomba de alta presión contra cualquier partícula abrasiva proveniente del pozo o de la línea que pueda ocasionar daños a los impelentes. También protege a las membranas contra el taponamiento u obstrucción de los canales hidráulicos. 119 El tamaño de los filtros de cartucho que se debe utilizar depende de la calidad de agua, y nuevamente, del tipo de membrana. Las membranas del tipo de fibra hueca, normalmente, necesitan un filtro de cinco micras de apertura, pero en muchos casos hay que instalar filtros de una micra. Las membranas del tipo espiral requieren filtros de solamente 25 micras, pero cuando el pretratamiento anterior es deficiente, a veces hay que cambiarlos a filtros de 10 micras. Para las membranas en espiral, normalmente se especifica un factor de diseño de 10 litros/minuto por cada cartucho de 25 cm. de largo. Otra manera de especificar el sistema de filtros de cartucho es que tenga una caída de presión máxima de 2 PSI, cuando están limpios. 10.3. REJILLAS DE ARENA Si tenemos problemas de exceso de arena en el agua de alimentación se debe considerar instalar rejillas o trampas para retirarla. También se han utilizado con éxito para este propósito hidrociclones, y filtros lavables de tipo calcetín. La idea es minimizar el consumo de filtros de cartucho. Se considera y reitera, que todo lo anterior, tiene un costo considerable, y que si la planta es grande y tenemos la fuente cerca, debemos considerar la perforación de un pozo cerca de la playa para captar el agua. Si por el contrario estamos en una plataforma marina, se recomienda dejar la toma a media agua con rejillas tipo Johnson de acero inoxidable y seguir con varias etapas de filtración. 10.4. FILTROS DE MATERIA COLOIDAL En muchos casos, sobretodo con aguas superficiales, sería costoso tratar de operar con filtros de cartucho que se van taponando constantemente con materia coloidal. En estas plantas, se recomienda instalar filtros de arena (o mejor de arena/antracita) antes de los filtros de cartucho. Los filtros de este tipo antes de la ósmosis, se diseñan con un factor de diseño de no más de 200 litros por minuto por metro cuadrado de agua transversal del filtro (5GPM/pié cuadrado). Normalmente se diseñan dos o tres unidades para que quede la planta en operación mientras se retrolava uno de los filtros. 120 10.5. COAGULACION En el caso de tener materia muy fina en suspensión, o trazos de aceite mineral, o en el caso de tener mucho hierro oxidado en el agua, se recomienda inyectar un reactivo floculante, como los polielectrolitos, antes de los filtros de materia coloidal. Esto ayuda a que las pequeñas partículas se aglomeren. En el caso específico del hierro, es recomendable doblar el área de filtración para evitar que se rompa los frágiles flóculos de hierro. Si se tiene aceite o mucho hierro, el factor de diseño de los filtros debe ser de 2.5 a 3 GPM/pie cuadrado. En el caso de tener mucho hierro, también se puede utilizar arena filtrante del tipo BIRM, o “arena verde”. En algunos casos, se utiliza alumbre como coagulante en procesos de clarificación antes de la ósmosis inversa. Esto NO SE RECOMIENDA. La recomendación negativa está basada en que eventualmente ocurrirá una falla en el pretratamiento y estas sales de aluminio se irán para las membranas; es sabido el problema de la sílice cuando se asocia con el ión aluminio. El otro problema ocurre porqué si se está dosificando ácido en la planta de ósmosis, las sales aluminio sufren una caída vertiginosa en su solubilidad a bajo pH que prevalece en la planta de ósmosis inversa. Esto se ilustra en la siguiente figura: FIGURA 23 MANUAL Como podemos ver, al someterse al bajo pH de la ósmosis inversa, las sales de aluminio salen de solución y precipitan sobre las membranas. Esto repercute en los lavados más frecuentes que si se usa otro tipo de coagulante. La experiencia y recomendaciones que la empresa UOP-Fluyd Systems sobre el uso de coagulantes, se puede resumir en un párrafo: si tenemos la opción durante el diseño, especificar los filtros multimedida más grandes (3 galones/minuto pié cuadrado) de manera que tengamos que dosificar coagulante con poca frecuencia o nunca. Con las membranas tipo espiral es preferible operar con un SDI de 5 sin usar coagulante que bajar la turbidez a un SDI de 2 o 3 utilizando coagulante. La experiencia práctica es que se ensucian menos en el primer caso, aunque la teoría dice lo contrario. 121 10.6. ANTI-INCRUSTANTE (INHIBIDOR) Todas las plantas de ósmosis inversa deben operarse con adición continua de anti-incrustante. La única excepción es el caso de platas que operen a baja recuperación, con aguas que tengan bajo contenido de dureza (por ejemplo plantas de agua de mar al 30% de recuperación). El hexametafosfato de sodio es el más conocido y el más económico de estos reactivos. Se recomienda para todas las membranas con aguas que lleguen en la salmuera hasta dos veces el límite de saturación de las sales. Es importante que el hexametafosfato que se obtenga comercialmente esté fresco, seco y en envase sellado, ya que la humedad del ambiente lo convierte en ortofosfato, el cual no es eficaz como anti-incrustante. Por esta misma razón, se recomienda que la solución de hexametafosfato que tenga más de tres días de preparación se retire y el operador proceda a mezclar solución fresca. En cualquier caso, la solución de hexametafosfato debe ser reemplazada una vez por semana. Si tenemos membranas de acetato, es imprescindible este procedimiento ya que existe evidencia que la pseudomona aeroginosa, bacteria que ataca a las membranas de acetato, se multiplica rápidamente en la solución de hexametafosfato. De todas formas, el tanque de haxametafosfato debe estar limpio, tener cubierta, y estar dotado de un pequeño agitador que opere continuamente. Existen en el mercado anti-incrustantes que permiten exceder el límite de precipitación de las sales. El hexametafosfato si está fresco, permite exceder el límite por un factor de 2. Hay otros productos que permiten límites mucho más altos. Cuando se opera con agua duras en calcio y altos niveles de recuperación, es importante la inyección continua de anti-incrustante fresco, o de alta eficiencia. El técnico u operador debe tener en cuenta en todo momento y estar plenamente consciente que el hexametafosfato no detiene el proceso de cristalización, sino que solamente lo hace más lento. Por esto es conveniente enjuagar las plantas a baja presión con agua de alimentación o con producto, cada vez que se para la planta por más de una hora. Si el agua de alimentación contiene altos niveles de estroncio, bario, o está sobresaturada en sulfato de calcio en la salmuera por un factor muy cerca del límite de 128 - Índice de atascamiento (SDI) : < 3. Caudales de diseño adoptados Los caudales de diseño adoptados son: ACTUAL FUTURO Captación de agua de mar: - Para producción de agua desalada 2 x 500 m 3 /h 4 x 500 m 3 /h - Para lavado de filtros de arena ( caudal máx.) 567 m 3 /h 567 m 3 /h Alimentación a racks de O.I. 2 x 500 m 3 /h 4 x 500 m 3 /h Producción de ósmosis inversa 2 x 210 m 3 /h 4 x 210 m 3 /h Rechazo de ósmosis inversa 2 x 290 m 3 /h 4 x 290 m 3 /h 12.2. SOLUCIÓN ADOPTADA La solución adoptada, en lo que a la configuración de la planta desaladora se refiere, es la siguiente: - Número de racks de O.I. : 2. - Producción nominal por rack : 5.000 m 3 /día. - Tipo de membranas : FILMTEC, SW30HR-380. - Número de etapas : 1. - Número de tubos de presión por rack : 58. - Número de membranas por tubo : 7. - Número de membranas por rack : 406. - Número total de membranas : 812. 129 Las condiciones teóricas de operación, para distintas temperaturas, son: 19ºC 20ºC 21ºC Caudal de alimentación por rack 500 m 3 /h 500 m 3 /h 500 m 3 /h Presión operación 67,5 bar 66,8 bar 66,1 bar Conversión 42,0 % 42,0 % 42,0 % Caudal de permeado por rack 210,01 m 3 /h 210,11 m 3 /h 210,25 m 3 /h 19ºC 20ºC 21ºC Producción diaria pro rack 5.040 m 3 /día 5.042 m 3 /día 5.046 m 3 /día Producción diaria total 10.080 m 3 /día 10.084 m 3 /día 10.092 m 3 /día Salinidad teórica en permeado 278 mg/l 287 mg/l 297 mg/l 12.3. LÍNEA DE TRATAMIENTO La línea de tratamiento prevista es : - Captación y bombeo de agua de mar. - Dosificación de hipoclorito sódico. - Dosificación de ácido sulfúrico. - Dosificación de coagulante. - Filtros de arena a presión. - Equipos de lavado de filtros. - Dosificación de bisulfito sódico. - Dosificación de dispersante. 130 - Filtración sobre cartuchos. - Bombeo de alta presión y recuperación de energía. - Racks de ósmosis inversa. - Depósito de equilibrio osmótico. - Equipos de lavado de módulos. - Dosificación de cal (ajuste de pH). - Dosificación de hipoclorito sódico (desinfección). A continuación se presenta el diagrama de proceso correspondiente: 131 12.4. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN Se describe a continuación los elementos que componen la instalación. Captación de agua de mar Dosificación ácido sulfúrico coagulan FILTROS DE ARENA FILTROS DE CARTUCHOS Dosificación Hipoclorito Sódico Dispersante Limpieza De Filtros Dosificación bisulfito sódico Bombeo a alta presión ÓSMOSIS INVERSA DEPÓSITO INTERMEDIO Bombeo del producto Recuperación de energía RECHAZO AL MAR Dosificación de cal ( ajuste pH ) Dosificación Hipoclorito sódico 132 12.4.1. CAPTACIÓN Y BOMBEO DE AGUA DE MAR En la cántara de agua de mar, se ha previsto un transmisor de nivel y un transmisor de temperatura, que permitirán registrar en el ordenador central las fluctuaciones de nivel debidas a las mareas y las variaciones de temperatura del agua de mar. También se incluye un interruptor de nivel, como medida de seguridad, para protección de bombas. Se han adoptado cuatro bombas de agua de mar con la siguiente finalidad: - 2 bombas para producción de agua desalada. - 1 bomba para lavado de filtros. - 1 bomba de reserva. Las características de las bombas adoptadas son: - Número de bombas : 3+1 reserva. - Caudal unitario : 500 m 3 /h. - Presión : 6,5 Kg/cm 2 . Tres bombas van equipadas con variador de velocidad. La presión de impulsión de las bombas se ha calculado para el caso más desfavorable (caudal futuro, filtros arena atascados y filtros de cartuchos sucios). Los variadores de velocidad permiten ajustar la presión de operación al valor requerido en cada momento. Las presiones de operación necesarias son: 133 CAUDAL CAUDAL ACTUAL FUTURO Pérdida de carga en impulsión de cada bomba 0,25 Kg/cm 2 0,25 Kg/cm 2 Pérdida de carga en tubería general de impulsión 0,11 Kg/cm 2 0,29 Kg/cm 2 Pérdida de carga máxima en filtros de arena (filtros atascados) 0,8 Kg/cm 2 0,8 Kg/cm 2 Pérdida de carga máxima en filtros de cartuchos (filtros atascados) 1,2 Kg/cm 2 1,2 Kg/cm 2 Pérdida de carga en tuberías de interconexión dentro de la planta 0,48 Kg/cm 2 0,57 Kg/cm 2 Presión necesaria para vencer la altura geométrica 1,2 Kg/ cm 2 1,2 Kg/cm 2 CAUDAL CAUDAL ACTUAL FUTURO Presión necesaria en aspiración de turbobombas 2 Kg/cm 2 2 Kg/cm 2 Presión máxima necesaria en bombeo a pretratamiento 6,04 Kg/cm 2 6,31 Kg/cm 2 Presión mínima necesaria en bombeo a pretratamiento (filtros de arena y filtros de cartuchos limpios) 4,39 Kg/cm 2 4,71 Kg/cm 2 134 Presión media de operación 5,2 Kg/cm 2 5,5 Kg/cm 2 Presión máxima de bomba ( dimensionada para el caso más desfavorable 6,5 Kg/cm 2 Para el caudal actual, los variadores de velocidad permiten un ahorro de energía de 1.060 kWh/d, correspondientes a la diferencia entre la presión máxima de bomba y la presión media de operación (6,5-5,2= 1,3 Kg/cm 2 ). Para impulsión de agua de mar a pretratamiento, se ha previsto una tubería de 600 mm de diámetro, construida en poliéster reforzado con fibra de vidrio. Las velocidades resultantes son: CAUDAL CAUDAL ACTUAL FUTURO Funcionamiento normal 0,98 m/s 1,96 m/s Durante el lavado de filtros de arena: - Fase de lavado 1,29 m/s 2,27 m/s - Fase de aclarado 1,54 m/s 2,52 m/s La pérdida de carga en la tubería general de agua de mar se ha calculado considerando el caudal máximo de lavado. Para hacer frente a las sobrepresiones que se producen durante los arranques y paradas de las bombas, se ha previsto un balón antiariete de 6.000 l. El cebado de bombas durante los arranques se realiza mediante dos bombas de vacío (una en reserva) y un depósito de cebado para cada bomba. Las bombas de vacío y los depósitos de cebado se conectan el cuerpo de las bombas mediante un juego de válvulas automáticas. 135 Las bombas de captación de agua de mar incluyen los siguientes elementos de control: - Medida de presión en la impulsión - Alarma de alta temperatura en devanados y cojinetes de motores. - Resistencia de caldeo en motores. 12.4.2. DOSIFICACIÓN HIPOCLORITO SÓDICO EN PRETRATAMIENTO La dosificación de hipoclorito sódico se efectuará directamente en la cántara de agua de mar o en la tubería de impulsión de agua de mar. La dosis habitual oscila entre 1,5 y 3 ppm. Se han previsto dos bombas dosificadoras de hipoclorito sódico (una en reserva) de 30 l/h de caudal máximo unitario (válidas para el futuro). La dosificación de hipoclorito sódico se almacenará en un depósito de 1.000 l que será común para el pretratamiento y postratamiento. El llenado del depósito se realizará con la bomba del camión de transporte. 12.4.3. DOSIFICACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO La dosificación de ácido sulfúrico para ajuste de pH se efectuará antes de los filtros de arena. La dosis necesaria oscila entre 34 ppm (para pH = 7) y 52 ppm (para pH = 6,8). Se han previsto dos bombas dosificadoras de ácido, una en reserva, de 44 l/h de caudal máximo unitario (dimensionadas para el futuro). La dosificación de ácido se realizará de forma automática, en función del pH medido en la salida de los filtros de cartuchos. El ácido sulfúrico se almacenará en un depósito de 10.000 l, lo que supone, para la dosis media, una autonomía de 22 días (11 días en el futuro). Para llenar el depósito, se utilizará la bomba del sistema de transporte. 136 12.4.4. DOSIFICACIÓN DE COAGULANTE La dosificación de coagulante se realiza antes de los filtros de arena. La dosis habitual es de unos 3 a 5 ppm. Se han previsto dos bombas dosificadoras, una en reserva, de 30 l/h de caudal máximo unitario (dimensionadas para el futuro). La dosificación de coagulante se realizará automáticamente, en función del caudal del agua de mar. El coagulante se almacenará en un depósito de 10.000 l, lo que supone una autonomía de 47 días a consumo medio actual y 23 días para el futuro. Para llenar el depósito se utilizará la bomba del sistema de transporte. 12.4.5. FILTROS DE ARENA Para la filtración sobre arena, se han previsto tres filtros cerrados horizontales, tipo FH-S de Degremont, de las siguientes características: - Número actual de filtros : 3 - Diámetro : 3.200 mm - Longitud cilíndrica : 9.500 mm - Superficie unitaria : 31,5 m 2 - Número de boquillas por filtro : 1.733 - Altura de la arena : 900 mm - Volumen de arena por filtro : 28,4 m 3 - Presión de diseño : 8 Kg/cm 2 - Espesor de virola y fondos : 16 mm Las velocidades actuales de filtración serán: - Con 3 filtros en servicio: 10,6 m/h - Con 2 filtros en servicio (uno en lavado) : 15,6 m/h 137 Los filtros se construirán en acero al carbono e irán engomados interiormente para evitar problemas de corrosión con el agua de mar. Para ampliación futura, se instalarán tres filtros más (se prevé espacio en implantación) de las mismas dimensiones. El lavado de los filtros de arena se realizará automáticamente mediante aire y agua, ya que es el que mejor eficacia de limpieza proporciona. Las velocidades de lavado que se recomiendan son: - Aire: • Velocidad : 55 Nm/h • Caudal necesario : 1.732,5 Nm 3 /h - Agua : • Velocidad : 10/18 m/h • Caudal necesario : 315/567 m 3 /h Para el suministro de aire de lavado se ha previsto una soplante de 1.750 Nm 3 /h a 4 m.c.a. El agua de lavado de filtros se tomará de la tubería de llegada de agua bruta. Para ello, se ha previsto una bomba más en la obra de captación de agua de mar. En la tubería de agua de lavado se ha previsto una válvula de control y un transmisor de caudal, para regular automáticamente los caudales de agua de mar requeridos en cada fase de lavado. Para el control de los filtros de arena, se han previsto los siguientes elementos : - Medida de presión en la entrada y la salida. - Medida de caudal en cada filtro con contacto de alarma por bajo caudal. - Válvulas automáticas en: 144 El control de los racks de ósmosis está compuesto principalmente por los siguientes elementos: - Medida de presión en la alimentación a cada rack de ósmosis inversa, con alarma por alta presión. - Medida de presión en el rechazo de cada rack. - Medida de pérdida de carga en módulos de O.I., con alarma por alta pérdida de carga. - Medida de la conductividad, con indicación y alarma, en el producto de cada rack. - Medida de conductividad en el producto total (mezcla de los dos racks). - Medida de pH en el producto total (mezcla de los dos racks). - Medidas de los caudales, con indicación y alarma por bajo caudal, en la alimentación, en el producto y en el rechazo de cada rack. - Indicación de la conversión de cada rack. - Válvula de control con posicionador electroneumático, en la alimentación a cada rack. - Válvula motorizada en el inyector de la turbina. Cada rack de O.I. es gobernado por dos lazos de control: - El primer lazo de control actúa sobre la válvula de alimentación al rack de O.I. para mantener la producción en el valor prefijado. - El segundo lazo de control actúa sobre la válvula del inyector de la turbina, para mantener la conversión en el valor prefijado. Para conocer la evolución de los módulos de ósmosis inversa , se han previsto tomas de muestras en los siguientes puntos: 145 - Alimentación al rack. - Rechazo del rack - Permeado total - Permeado a cada módulo. 12.4.11. DEPÓSITO EQUILIBRIO OSMÓTICO Este depósito se prevé para poder hacer frente a las paradas de la instalación por fallo de energía eléctrica y evitar que se queden secas las membranas al producirse la ósmosis directa. Es un depósito esencialmente de emergencia, ya que, en paradas normales, se produce un desplazamiento instantáneo con los equipos previstos a tal efecto. Se han previsto dos depósitos de equilibrio osmótico (uno por rack de O.I.) de 11.500 l de volumen unitario situados encima de los racks de O.I. Para la ampliación futura, se instalarán otros dos depósitos del mismo volumen. El agua entrará a los depósitos por la parte inferior y saldrá por la parte superior, lo cual permite mantener siempre lleno el depósito y que, cuando sea necesario, el agua retorne, por gravedad, a través de la tubuladora de entrada. 12.4.12. EQUIPOS DE LAVADO DE MÓDULOS Para el lavado de módulos de ósmosis inversa, se han previsto los siguientes equipos: - Dos bombas de lavado y desplazamiento de 240 m 3 /h de caudal unitario a 5,5 Kg/cm 2 de presión. El agua de desplazamiento se tomará del depósito de almacenamiento de agua tratada. - Un depósito de 12.000 l de capacidad, construido en poliéster reforzado con fibra de vidrio y provisto de electroagitador, para preparación de reactivos de limpieza. Dicho depósito dispondrá de termostato y resistencia de caldeo para los casos en que haya que efectuar lavados energéticos a una temperatura elevada (30 a 35 ºC). 146 - Un filtro equipado con 120 cartuchos filtrantes de 1.250 mm de longitud. 12.4.13. POSTRATAMIENTO. AJUSTE DE PH. El ajuste de pH del agua tratada se realiza dosificando lechada de cal. La dosis habitual oscila entre 25 y 35 ppm. Para la preparación y dosificación de lechada de cal se han previsto los siguientes equipos: - Un tornillo dosificador de cal en polvo de 25 Kg/h, provisto de variador de frecuencia. - Una cuba de preparación de lechada de cal de 2.000 l, provista de agitador. - Dos bombas de lechada de cal (una en reserva) de 3 m 3 /h de caudal unitario a 1 Kg/cm 2 de presión. El almacenamiento de cal se realizará en los sacos de 1.000 Kg utilizados para el transporte. La alimentación de cal en polvo al tornillo dosificador se realizará directamente desde el saco. Para ello se han previsto los accesorios necesarios. La dosificación de lechada de cal se realizará a caudal constante y concentración variable automáticamente, en función del caudal de agua producto. En la salida de agua tratada del depósito se incluye un medidor de pH con contactos de alarma por alto y bajo pH. 12.4.14. DESINFECCIÓN La desinfección del agua tratada se realiza dosificando hipoclorito sódico. La dosis habitual oscila entre 1 y 2 ppm. Para la dosificación de hipoclorito sódico en postratamiento se ha previsto una bomba dosificadora de 30 l/h. La bomba de reserva y el depósito de almacenamiento son comunes con el pretratamiento. La dosificación será proporcional al caudal de agua tratada. 147 12.4.15. ALMACENAMIENTO DE AGUA TRATADA El depósito de agua tratada está dividido en dos compartimentos: - Depósito de desplazamiento. Constituye una reserva de agua, exenta de reactivos, para realizar los desplazamientos. - Depósito de almacenamiento propiamente dicho del cual aspiran las bombas de agua tratada. El paso del depósito de desplazamiento al depósito de bombeo de agua tratada se realiza a través de un vertedero de 1 m de longitud, sobre el cual se dosifican los reactivos. Las dimensiones adoptadas para cada uno de los depósitos son: Depósito Depósito Desplazamiento bombeo - Longitud 12 m 12 m - Anchura 2,5 m 7,5 m - Altura útil 5 m 4,7 m - Altura total 5,5 m 5,5 m - Volumen útil 150 m 3 423 m 3 En el depósito de agua tratada se han previsto los siguientes instrumentos: - Transmisor de nivel en depósito de bombeo. - Interruptor de nivel mínimo como medida de seguridad para protección de bombas. - Interruptor de nivel mínimo en depósito de desplazamiento. 148 12.4.16. BOMBEO A DEPÓSITO DE NAREAS El agua tratada se eleva directamente desde la planta hasta el depósito de Nareas. El caudal actual a elevar es 210 x 2 = 420 m 3 /h. Para el caudal actual, se ha previsto una tubería de impulsión de 350 mm de diámetro, lo que supone una velocidad de 1,21 m/s. Para la ampliación futura se instalará una segunda tubería. La pérdida de carga en la tubería general de impulsión es : - Caudal : 420 m 3 /h - Diámetro : 350 mm - Velocidad : 1,213 m/s - Rozamiento (K= 0,5 mm) : 0,0047 - Longitud de tubería : 5.500 m - Pérdida de carga por rozamiento : 0,0047 x 5.500 = 25,85 m - Pérdidas de carga singulares (5%) : 1,3 m - Pérdida total de carga : 27,15 m La altura de elevación necesaria será: - Pérdida de carga en la impulsión de cada bomba (Ø 200) : 1,05 m - Pérdida de carga en la tubería general de impulsión (Ø 350 mm) : 27,15 m - Pérdida total de carga : 28,20 m - Cota máxima en depósito de Nareas : 122,00 - Cota media en depósito de planta desaladora : 11,00 - Altura geométrica : 111,00 m 149 - Altura de bombeo necesaria : 139,20 m Adoptamos : 140 m C.A. Para elevar el caudal actual hasta el depósito de Nareas, se han previsto tres bombas centrífugas horizontales (una en reserva) de 210 m 3 /h de caudal unitario a una altura manométrica de 140 m.C.A. En el edificio, se prevé un espacio para instalar en el futuro dos bombas más del mismo caudal. Las bombas están previstas en acero inoxidable AISI-316 e incluyen sondas de temperatura en cojinetes y bobinados de motores y resistencias de caldeo. En la impulsión de las bombas, se han previsto los siguientes instrumentos : - Manómetros en la impulsión de cada bomba. - Medidor de pH. - Medidor de conductividad. - Medidor electromagnético de caudal. En la impulsión de las bombas se ha previsto un balón antiariete de 3.000 l, para hacer frente a las sobrepresiones que se producen durante los arranques y paradas. 12.4.17. SERVICIOS AUXILIARES • Agua de servicios Para suministro de agua de servicio se ha provisto un grupo de presión, fabricado en acero inoxidable AISI-316 y compuesto por dos bombas, una en reserva, de 10 m 3 /h de caudal unitario a 3 Kg/cm 2 de presión. 150 • Aire de servicios Para el suministro de aire de servicios se ha previsto un compresor de 380 l/min a 7 Kg/cm 2 de presión, montado sobre calderín de 300 l. Para el tratamiento del aire se incluye un sistema de filtración y secado con capacidad para 500 l/min. • Equipos de elevación En la planta se incluyen los siguientes equipos de elevación : - 1 polipasto de 1.600 Kg en la obra de toma. - 1 puente grúa de 8 t en el edificio de turbo-bombas. - 1 polipasto de 1.000 Kg en filtros de cartuchos. - 1 polipasto de 1.000 Kg en sistema de limpieza de membranas. - 1 polipasto de 1.000 Kg en bombeo de agua tratada. - 1 polipasto de 1.600 Kg en dosificación de cal. 12.5. INSTRUMENTACIÓN Se incluye a continuación un resumen de diferentes indicaciones, registros y alarmas que forman parte de nuestra instalación. 12.5.1. CAPTACIÓN DE AGUA DE MAR • Indicación en pantalla y registro en impresora. - Medida de nivel en : - Cántara de agua de mar. - Medida de temperatura en : - Cántara de agua de mar. 151 • Indicación local. - Medida de presión en impulsión de cada bomba de captación • Alarmas. - Bajo nivel en cantara de agua de mar. - Alta temperatura de bobinados y cojinetes de motores de cada grupo motobomba. - Alto nivel en el sistema de cebado. 12.5.2. PRETRATAMIENTO DE ÓSMOSIS INVERSA • Indicación en pantalla y registro en impresora. - Medida de caudal en : - Agua de lavado de los filtros de arena. - Medida de pH en : - Salida de filtros de cartuchos. - Medida de potencial rédox en : - Salida de filtros de cartuchos. - Medida de presión en : - Salida de filtros de cartuchos. - Medida de presión diferencial en : - Filtros de cartuchos. • Indicación local. - Medida de caudal en : - Entrada a cada filtro de arena. 152 - Medida de presión en : - Entrada a filtros de arena. - Salida de filtros de arena. - Medida de nivel en : - Depósito de ácido sulfúrico. • Alarmas. - Bajo caudal en entrada a cada filtro de arena. - Alta pérdida de carga en filtros de cartuchos. - Alto y bajo pH en salida de filtros de cartuchos. - Alto y bajo potencial rédox en salida de filtros de cartuchos. - Bajo y muy bajo nivel en depósito de hipoclorito. - Bajo y muy bajo nivel en depósito de coagulante. - Bajo y muy bajo nivel en depósitos de bisulfito. - Bajo y muy bajo nivel en depósitos de dispersante. - Alto, bajo y muy bajo nivel en depósito de ácido. 12.5.3. TURBO-BOMBAS Y RACKS DE O.I. • Indicación en pantalla y registro de impresora. - Medida de caudal en : - Aspiración de cada turbo-bomba. - Rechazo de cada rack. - Permeado de cada rack. 153 - Medida de presión en : - Entrada a cada rack de ósmosis inversa. - Rechazo de cada rack de ósmosis inversa. - Medida de presión diferencial en : - Cada rack de ósmosis inversa. - Medida de conversión en : - Cada rack de ósmosis inversa. - Medida de conductividad en : - Permeado de cada rack de ósmosis inversa. - Permeado total de los dos racks. - Medida de pH en : - Permeado total de los dos racks. • Indicación local - Medida de presión en : - Impulsión de cada turbo-bomba. - Entrada a cada rack de O.I. - Rechazo de cada rack de O.I. - Entrada y salida de filtro de cartuchos de limpieza. - Impulsión de cada bomba de limpieza. - Medida de caudal en : - Limpieza de membranas. 256 Artículo 4 El agua potable de consumo público se obtendrá, en lo posible, del origen más adecuado, considerando la calidad y cantidad de los recursos hídricos disponibles, así como la garantía de la utilización de los mismos. En todo caso, quedará asegurada la adecuada protección sanitaria de acuíferos, cauces, cuencas y zonas de captación. Artículo 5 Las aguas destinadas al abastecimiento de aguas potables de consumo público deberán ser tales que, después de sometidas a los tratamientos apropiados, alcancen las características exigibles a las potables, de acuerdo con la presente Reglamentación. A estos efectos se procurará captar aguas de la mejor calidad posible para reducir al mínimo los tratamientosnecesarios. Artículo 6 Todo asentamiento humano deberá ser suministrado, mediante el correspondiente sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público, con una dotación de agua potable suficiente para el desarrollo de su actividad. Esta dotación, en condiciones de normalidad, no deberá ser inferior a 100 litros por habitante y día. Artículo 7 Los proyectos de construcción o de modificación del sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público deberán someterse a informe preceptivo de la Administración Sanitaria competente. Este informe tendrá carácter vinculante en los supuestos en los que se haga constar defectos o deficiencias que impliquen algún riesgo para la salud pública. La puesta en funcionamiento de cualquier sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público, de nueva construcción, o que haya permanecido total o parcialmente fuera de servicio por razones de modificación o reparación del mismo, requerirá el informe preceptivo de la Administración Sanitaria competente, el cual será vinculante en los supuestos en los que se hagan constar defectos o deficiencias que impliquen algún riesgo para la salud pública. 257 La Administración Sanitaria competente, en el ejercicio de sus funciones, tendrá acceso a toda clase de documentación relacionada con los aspectos higiénico-sanitarios inherentes al sistema, que obre en su poder, de los Organismos y Empresas proveedoras y/o distribuidoras. Los resultados de la inspección y vigilancia sanitarias ejercidos sobre cualquier sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público en explotación serán reflejados en los correspondientes informes emitidos por la Administración Sanitaria competente. Artículo 8 Todos los elementos integrantes de un sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público estarán construidos y, en su caso, impermeabilizados o protegidos con materiales que no introduzcan en el agua del sistema sustancias, microorganismos o formas de energía que degraden las condiciones de potabilidad. Artículo 9 En todo sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público deberán existir, con la distribución técnicamente aconsejable, puntos de toma adecuados para que puedan efectuarse las oportunas tomas de muestras al objeto de controlar las condiciones de las aguas en los distintos tramos del sistema. Artículo 10 En todo sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público se dispondrá permanentemente y en perfecto estado de funcionamiento de las instalaciones de tratamiento necesarias para que el agua destinada al consumo público pueda ser transformada en agua potable, previamente a la entrada de la misma en la red de distribución. En todo caso, el sistema de abastecimiento deberá estar dotado de las instalaciones necesarias para que todo el agua destinada al consumo público haya sido sometida al tratamiento de desinfección. TITULO IV TRATAMIENTO Y PROHIBICIONES 258 Artículo 11 Para que las aguas captadas con destino al abastecimiento de agua potable de consumo público alcancen las características de potabilidad indicadas anteriormente deberán, en la medida de lo permitido, ser sometidas a distintos procesos de tratamiento, en concordancia, en su caso, con lo previsto en la Orden del Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo de 11 de mayo de 1988, que permitan producir un agua que se ajuste, de modo constante, a las exigencias anteriormente establecidas. En todo caso, las aguas destinadas al consumo público serán sometidas previamente a su distribución, al tratamiento de desinfección. Artículo 12 La utilización de sustancias o productos en los distintos procesos de tratamiento de agua destinada al consumo público se ajustará a lo previsto en la lista positiva de aditivos y coadyuvantes tecnológicos autorizados para tratamiento de las aguas potables de consumo público, aprobada por Resolución de 23 de abril de 1984, de la Subsecretaría del Ministerio de Sanidad y Consumo ("Boletín Oficial del Estado" de 9 de mayo). Artículo 13 Las sustancias o productos, a que se refiere el artículo anterior, deberán reunir las condiciones de pureza exigidas legalmente para las sustancias o productos autorizados. Artículo 14 Queda prohibida la distribución y consumo a través de un sistema de abastecimientos de aguas potables de consumo público de aguas no potables. TITULO V SUMINISTRO Y DISTRIBUCION DE LAS AGUAS POTABLES DE CONSUMO PUBLICO 259 Artículo 15 Las licencias para implantación de actividades deberán garantizar las dotaciones de agua potable necesarias para el desarrollo de las mismas, conforme a lo previsto en la presente Reglamentación. Artículo 16 En toda fuente pública no conectada hidráulicamente a un sistema de abastecimiento de agua potable de consumo público figurará el rótulo «Agua potable» o «Agua no potable», según la calificación del agua que suministre, acompañado del grafismo correspondiente, que será para el primer caso un grifo blanco sobre fondo azul, y para el segundo, el mismo grafismo cruzado por un aspa de color rojo. Artículo 17 Todas las instalaciones domiciliarias, de aguas potables deben estar protegidas contra retornos de agua o cualquier otra causa de contaminación. Artículo 18 La estanqueidad de las conducciones y depósitos debe ser tal que las condiciones de las aguas en los puntos de consumo sean similares a las existentes en el origen de las mismas y, en todo caso, conserven los caracteres de potabilidad iniciales. Artículo 19 En lo posible se procurará que la red de distribución sea mallable, debiendo limitarse las ramificaciones, conducciones con bajo consumo, fondos de saco, cambios de dirección fuertes, válvulas y otros puntos singulares que en la práctica son puntos conflictivos de posible deterioro de la calidad del agua por la acción de la red, a los imprescindibles para la conducción del agua al consumidor. Artículo 20 Las aguas potables de consumo público deberán contener a lo largo de toda la red de distribución del sistema de abastecimiento y, en todo momento, cloro residual 260 libre o combinado, u otros agentes desinfectantes, en las concentraciones que determine la Administración Sanitaria competente. Artículo 21 El transporte y distribución de estas aguas potables mediante contenedores, cubas, cisternas móviles, así como el suministro de aquéllas en los medios de transporte público, deberá realizarse de tal modo que se cumplan, para las aguas así distribuidas, los requisitos exigidos en el art. 18 de esta Reglamentación, además de contener, en todo momento, cloro residual libre o combinado, u otros agentes desinfectantes, en las concentraciones que determine la Administración Sanitaria competente. La autorización administrativa de este tipo de suministro deberá contar con el previo informe, preceptivo y vinculante, de la Administración Sanitaria competente. Los contenedores, cubas o cisternas móviles utilizados para el transporte desde el punto de origen hasta los depósitos del consumidor, deberán reunir las condiciones de aislamiento, protección e inocuidad adecuados para no alterar la calidad sanitaria del agua. Se emplearán exclusivamente para este fin y deberán ser identificados, en el exterior y en su totalidad, mediante color azul claro y lucirán el grafismo indicador de agua potable, descrito en el art. 16 de esta Reglamentación. Artículo 22. Requisitos higiénico-sanitarios de las instalaciones y personal 22.1 De las instalaciones. 22.1.1 Todo sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público, y, en particular, la zona limitada por el perímetro de protección de la captación, se mantendrá con las medidas adecuadas para evitar posibles contaminaciones del agua del sistema. 22.1.2 Las instalaciones destinadas al tratamiento, manipulación y control del agua de un sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público contarán con locales, servicios, defensas y utensilios adecuados en su construcción y emplazamiento para evitar la contaminación del agua del sistema por causa de proximidad o contacto con cualquier clase de residuos o aguas residuales, humo, suciedad y materias extrañas, o por la presencia de insectos, roedores y otros animales. 261 22.1.3 Los locales que alberguen obras e instalaciones integrantes de un sistema de abastecimiento de agua potable de consumo público reunirán las siguientes condiciones: - Deberán ser idóneos para el uso a que se destinen, con emplazamientos y orientaciones adecuados y con accesos fáciles y amplios. Estarán situados a suficiente distancia de cualquier causa de suciedad, contaminación o insalubridad y aislados de cualesquiera otros locales ajenos a su cometido específico. - En su construcción o reparación se emplearán materiales idóneos y que en ningún caso sean susceptibles de originar intoxicaciones o contaminaciones. Los pavimentos serán impermeables, resistentes, lavables e ignífugos y estarán dotados de los sistemas de desagüe precisos. Los desagües tendrán cierre hidráulico y estarán protegidos con rejillas o placas metálicas perforadas. - Las paredes, techos, suelos y sus uniones se construirán con materiales y formas que permitan su conservación en adecuadas condiciones de limpieza. - La ventilación e iluminación, naturales o artificiales, serán apropiadas a la capacidad y volumen del local y a la finalidad a que se destine. - Dispondrán, en su caso, de agua potable en cantidad suficiente para la atención de los servicios que presten. El agua que se utilice en generadores de vapor, bocas de incendio y servicios auxiliares podrá ser distinta de la destinada al consumo público, pero en tal caso la red para el suministro de este agua deberá ser totalmente independiente de la red de suministro de agua potable, debiendo estar ambas redes convenientemente señalizadas en todo el recorrido. - Estarán dotados de los servicios higiénicos adecuados, mantenidos en el estado de pulcritud y limpieza necesarios para evitar la contaminación del agua del sistema. 22.1.4 Las instalaciones integrantes de un sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público deberán contar con los dispositivos adecuados para efectuar la limpieza y desinfección sistemática de las mismas. 22.1.5 Las instalaciones integrantes de un sistema de abastecimiento de aguas potables de consumo público deberán cumplir, además, cualesquiera otras condiciones 262 higiénico-sanitarias establecidas en sus respectivas esferas de competencia por los Organismos de la Administración Pública. 22.2 Del personal.- El personal que trabaje en tareas de captación, tratamiento, conducción y control de las aguas objeto de esta Reglamentación deberá cumplir lo dispuesto en el Real Decreto 2505/1983, de 4 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento de Manipuladores de Alimentos. TITULO VI VIGILANCIA DE LAS AGUAS Artículo 23 Para el control analítico de la potabilidad de las aguas distribuidas se establecen cinco modelos de análisis-tipo. I. Análisis mínimo. II. Análisis normal. III. Análisis completo. IV. Análisis ocasional. V. Análisis inicial. 23.1 El análisis mínimo incluye las siguientes determinaciones: - Caracteres organolépticos: - Olor (valoración cualitativa). - Sabor (valoración cualitativa). - Caracteres físico-químicos: - Conductividad. - Caracteres relativos a sustancias no deseables: 263 - Nitritos. - Amoníaco. - Caracteres microbiológicos: - Coliformes totales. - Coliformes fecales. - Agente desinfectante: - Cloro residual (u otro agente desinfectante autorizado). 23.2 El análisis normal incluye las siguientes determinaciones: - Caracteres organolépticos: - Olor. - Sabor. - Turbidez. - Caracteres físico-químicos: - Temperatura. - pH - Conductividad. - Caracteres relativos a sustancias no deseables: - Nitratos. - Nitritos. - Amoníaco. - Oxidabilidad. 264 - Caracteres microbiológicos: - Coliformes totales. - Coliformes fecales. - Bacterias aerobias a 37°C y a 22°C. - Agentes desinfectantes: - Cloro residual (u otro agente desinfectante autorizado). 23.3 El análisis completo consistirá en la determinación de los parámetros correspondientes al análisis normal, más la de aquellos otros parámetros que figuran en el apartado 3.1 del art. 3 de esta Reglamentación, y para los cuales están fijadas concentraciones máximas admisibles, junto con la determinación de los parámetros que permitan la valoración del balance iónico de los componentes. 23.4 El análisis ocasional consistirá en la determinación de cuantos parámetros, comprendidos o no en el apartado 3.1 del art. 3 de esta Reglamentación, sean fijados por la Administración Sanitaria competente, en orden a garantizar la potabilidad del agua suministrada por un sistema de abastecimiento de aguas de consumo público, en situaciones particulares o accidentales que requieran una especial vigilancia sanitaria del agua del sistema. 23.5 El análisis inicial consistirá en la determinación, previa a la explotación de un recurso hídrico potencialmente utilizable para abastecimiento de agua potable de consumo público, de los parámetros que integran el citado análisis normal, además de aquellos parámetros comprendidos en el apartado 3.1 del art. 3 de esta Reglamentación, que la Administración Sanitaria competente estime en cada caso. El número mínimo de toma de muestras y los intervalos entre ellas serán los adecuados para la representatividad del recurso a explotar. 23.6 La periodicidad y el número mínimo de toma de muestras en cada sistema de abastecimiento será: 23.6.1 A la salida de cada planta de tratamiento y/o antes de la entrada en la red de distribución: 265 a) Para el análisis mínimo: Población abastecida-(Habitantes) Intervalo recomendado entre tomas sucesivas Número mínimo de muestras/año Hasta 2.000 Un mes 12 De 2.000 a 5.000 Una quincena 24 De 5.000 a 10.000 Una semana 52 De 10.000 a 50.000 Un día 360 De 50.000 a 100.000 Un día 360 De 100.000 a 150.000 Un día 360 De 150.000 a 300.000 Un día 360 De 300.000 a 500.000 Un día 360 De 500.000 a 1.000.000 Un día 360 Más de 1.000.000 Un día 360 b) Para el análisis normal: Población abastecida-(Habitantes) Intervalo recomendado entre tomas sucesivas Número mínimo de muestras/año Hasta 2.000 - - De 2.000 a 5.000 - - De 5.000 a 10.000 - - 272 28.2 Registro de incidencias en el sistema de abastecimiento. En este Registro deberán figurar, por años, cuantas incidencias se hayan producido en el sistema de abastecimiento, así como las medidas adoptadas en relación con las mismas, bien por propia iniciativa o a requerimiento de las autoridades municipales y/o sanitarias competentes. Este Registro deberá conservarse durante un período de tres años, a disposición de la Administración Sanitaria competente. Artículo 29 La responsabilidad de las Empresas proveedoras y/o distribuidoras de aguas potables de consumo público alcanza al cumplimiento de lo dispuesto en la presente Reglamentación en el ciclo completo de captación, tratamiento y distribución de estas aguas, hasta la acometida del consumidor o usuario. Artículo 30 Para conseguir el máximo control y coordinación, el Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo, sin perjuicio de las competencias de las Comunidades Autónomas, comunicará al Ministerio de Sanidad y Consumo las concesiones de aprovechamiento de aguas públicas que autorice con destino al abastecimiento de agua potable, los casos en que la calidad del agua objeto de concesión esté afectada por los supuestos contemplados en los puntos a) y d) del apartado 3.2 del art. 3 de esta Reglamentación. Artículo 31 Corresponde al Ministro de Sanidad y Consumo, previos los informes, en su caso, de los restantes Departamentos ministeriales competentes, determinar los niveles, condiciones y requisitos sanitarios que deben exigirse a efectos de lo establecido en la presente Reglamentación. 273 ANEXO A Caracteres organolépticos ANEXO B Caracteres físico-químicos: (En relación con la estructura natural de las aguas) ANEXO C Caracteres relativos a sustancias no deseables: (Cantidades excesivas) (1) 274 275 ANEXO D Caracteres relativos a las sustancias tóxicas3 ANEXO E Caracteres microbiológicos Las aguas potables de consumo público no deberán contener organismos patógenos. A fin de completar, dado que es necesario, el examen microbiológico de las aguas potables de consumo público conviene buscar, además de los gérmenes que figuran en el anexo E, los gérmenes patógenos, en particular: 276 - Las salmonellas. - Los estafilococos patógenos. - Los bacteriófagos fecales. - Los enterovirus. Por otro lado, las aguas no deberán contener: - Ni organismos parásitos. - Ni algas. - Ni otros elementos figurados (animálculos). (1) Para las aguas desinfectadas los valores correspondientes habrán de ser netamente inferiores a la salida de la estación de tratamiento. (2) Toda extralimitación de estos valores que persista durante sucesivas extracciones demuestras habrá de estar sujeta a comprobación. ANEXO F Concentración mínima exigida para las aguas potables de consumo público que hayan sido sometidas a un tratamiento de ablandamiento 277 ND: - Las disposiciones relativas a la dureza, a la concentración en ión hidrógeno, al oxígeno disuelto y al calcio se aplicarán también a las aguas que hayan sido sometidas a desalación. - Si debido a su excesiva dureza natural el agua ha sido ablandada con arreglo al anexo F antes de dedicarla al consumo, su contenido en sodio podrá, en casos excepcionales, ser superior a los valores que figuran en la columna de las concentraciones máximas admisibles. De todas formas, habrá que esforzarse por mantener estos niveles lo más bajos que sea posible, y no se podrán dejar de considerar los imperativos Impuestos para la protección de la salud pública. ANEXO G Caracteres relativos a radiactividad * La superación de estos niveles implicará, previa identificación y cuantificación de los radionuclsidos presentes, la adopción, por la Autoridad Sanitaria, de las medidas. 278 ANEXO H Métodos analíticos de referencia A. PARAMETROS ORGANOLEPTICOS 1. Color: Método fotométrico calibrado con arreglo a la escala Pt/Co. 2. Turbidez: Método del sílice. Método de formacina. Método de Secchi. 3. Olor: Por disoluciones sucesivas, mediciones hechas a 12 °C o a 25 °C. 4. Sabor: Por disoluciones sucesivas, mediciones hechas a 12 °C o a 25 °C. B. PARAMETROS FISICO-QUIMICOS 5. Temperatura: Termometría. 6. Concentración en ión hidrógeno: Electrometría. 7. Conductividad: Electrometría. 8. Cloruros: Titrimetría. Método de Mohr. 9. Sulfatos: Gravimetría. Complexometría. Espectrofotometría. 10. Sílice: Espectrofotometría de absorción. 11. Calcio: Absorción atómica. Complexometría. 12. Magnesio: Absorción atómica. 13. Sodio: Absorción atómica. 14. Potasio: Absorción atómica. 15. Aluminio: Absorción atómica. Espectrofotometría de absorción. 16. Dureza total: Complexometría. 17. Residuo seco: Desecado a 180°C y pesada. 18. Oxígeno disuelto: Método de Winkler. Método con electrodos específicos. 279 19. Anhídrido carbónico libre: Acidimetría. C. PARAMETROS RELATIVOS A LAS SUSTANCIAS NO DESEABLES 20. Nitratos: Espectrofotometría de absorción. Métodos con electrodos específicos. 21. Nitritos: Espectrofotometría de absorción. 22. Amonio: Espectrofotometría de absorción. 23. Nitrógeno Kjeldahl: Oxidación. Titrimetría/espectrofotometría de absorción. 24. Oxidabilidad: KMnO 4 hasta ebullición durante 10 minutos en medio ácido. 25. Carbono orgánico total (TOC): No tiene. 26. Hidrógeno sulfurado: Espectrofotometría de absorción. 27. Substancias extraíbles con cloroformo: Extracción líquido / líquido por medio de cloroformo purificado con pH neutro pesada del residuo. 28. Hidrocarburos (disueltos o emulsionados); aceites minerales: Espectrofotometría de absorción infrarroja. 29. Fenoles (índice de fenoles); Espectrofotometría de absorción, método a la paranitranilina y método con amino-4-antipirina. 30. Boro: Absorción atómica. Espectrofotometría de absorción. 31. Agentes tensoactivos (que reaccionan con el azul de metileno): Espectrofotometría de absorción, con azul de metileno. 32. Otros compuestos organoclorados: Cromatografía en fase gaseosa o líquida después de extracción por medio de disolventes adecuados y purificación. Identificación, si fuera necesaria, de los componentes de las mezclas. Determinación cuantitativa. 33. Hierro: Absorción atómica. Espectrofotometría de absorción. 280 34. Manganeso: Absorción atómica. Espectrofotometría de absorción. 35. Cobre: Absorción atómica. Espectrofotometría de absorción. 36. Zinc: Absorción atómica. Espectrofotometría de absorción. 37. Fósforo: Espectrofotometría de absorción. 38. Flúor: Espectrofotometría de absorción. Método con electrodos específicos. 39. Cobalto: No tiene. 40. Materias en suspensión: Método por filtración sobre membrana porosa 0,45 o centrifugación (tiempo mínimo 15 minutos y aceleración media entre 2.800 y 3.200 g), secado a 105°C y pesada. 41. Cloro residual: Titrimetría. Espectrofotometría de absorción. 42. Bario: Absorción atómica. D. PARAMETROS RELATIVOS A LAS SUSTANCIAS TOXICAS 43. Plata: Absorción atómica. 44. Arsénico: Espectrofotometría de absorción. Absorción atómica. 45. Berilio: No tiene. 46. Cadmio: Absorción atómica. 47. Cianuros: Espectrofotometría de absorción. 48. Cromo: Absorción atómica. Espectrofotometría de absorción. 49. Mercurio: Absorción atómica. 50. Níquel: Absorción atómica. 51. Plomo: Absorción atómica. 52. Antimonio: Espectrofotometría de absorción. 281 53. Selenio: Absorción atómica. 54. Vanadio: No tiene. 55. Plaguicidas y productos similares: Ver método contemplado en el punto 32. 56. Hidrocarburos policíclicos aromáticos: Medición de la intensidad de fluorescencia por ultravioleta después de extracción con hexano. Cromatografía en fase gaseosa o medición de la fluorescencia por ultravioleta después de cromatografía en capas finas. Mediciones comparativas con relación a una mezcla de seis sustancias patrón con la misma concentración (1). (1) Sustancias patrón que deberán tomarse en cuenta: Floranteno, benzo-3,4 fluoranteno, benzo-11,12 fluoranteno, benzo-1,12 perileno e indeno (1,2,3-cd) pireno. E. PARAMETROS MICROBIOLOGICOS 57. Coliformes totales (2): Fermentación en tubos múltiples. Traslado de los tu medio de confirmación. Recuento según la cantidad más probable (NMP) o filtrado sobre membrana y cultivo en medio apropiado como gelosa lactosada con tergitol, gelosa de endo, caldo de teepol al 0,4 por 100, traslado e identificación de las colonias sospechosas. Para los coliformes totales, temperatura de incubación 37°C. Para los coliformes fecales temperatura de incubación 44°C. 58. Coliformes fecales (2): Fermentación en tubos múltiples. Traslado de los tu medio de confirmación. Recuento según la cantidad más probable (NMP) o filtrado sobre membrana y cultivo en medio apropiado como gelosa lactosada con tergitol, gelosa de endo, caldo de teepol al 0,4 por 100, traslado e identificación de las colonias sospechosas. Para los coliformes totales, temperatura de incubación 37°C. Para los coliformes fecales temperatura de incubación 44°C. 59. Estreptococos fecales (2): Método con ácido de sodio (Litsky). Recuento según el número más probable. 60. Clostridiums sulfitorreductores (2): Después de calentamiento de la muestra a 80°C, recuento de las esporas por: 288 Caudal de permeado por rack 210,01 m 3 /h 213,36 m 3 /h 215,36 m 3 /h Producción diaria por rack 5040 m 3 /día 5120 m 3 /día 5175 m 3 /día Producción diaria total 10080 m 3 /día 10240 m 3 /día 10350 m 3 /día Salinidad teórica en permeado 278 mg/l 285 mg/l 294 mg/l 17.3.2. 58 TUBOS DE PRESIÓN – CONVERSIÓN = 42-43 % En esta segunda solución se mantiene el mismo número de tubos de presión (58) y se diseña el bastidor para la temperatura mínima (19 ºC) y 42 % de conversión. En este caso, para evitar que la conversión supere los valores máximos recomendados, para temperaturas máximas, es necesario incluir una regulación de este parámetro, limitando la conversión máxima en torno al 42,5 %. Se incluye a continuación una tabla resumen con las condiciones de operación a las diferentes temperaturas y los cálculos correspondientes. NÚMERO DE TUBOS DE PRESIÓN POR RACK: 58 NÚMERO DE MEMBRANAS POR TUBO. 7 PRESIÓN DE OPERACIÓN: 67,5 bar (constante) CONVERSIÓN: 42 a 43 % 289 Tª = 19º C Tª = 20º C Tª = 21º C Tª = 21º C Caudal de alimentación a cada rack 500 m 3 /h 500 m 3 /h 500 m 3 /h 500 m 3 /h Presión de operación 67,5 bar 66,8 bar 66,1 bar 67,4 bar Conversión 42% 42% 42% 43% Caudal de permeado por rack 210,01 m 3 /h 210,11 m 3 /h 210,25 m 3 /h 215,14 m 3 /h Producción diaria por rack 5040 m 3 /día 5042 m 3 /día 5046 m 3 /día 5163 m 3 /día Producción diaria total 10080 m 3 /día 10084 m 3 /día 10092 m 3 /día 10396 m 3 /día Salinidad teórica en permeado 278 mg/l 287 mg/l 297 mg/l 294 mg/l 17.4. SOLUCIÓN ADOPTADA A vista de lo expuesto anteriormente, pueden extraerse las siguientes conclusiones: - Diseñando el bastidor con 58 tubos de presión para la temperatura media (20º C), las condiciones de operación son aceptables para el rango de temperaturas (19 – 21º C), funcionando a una presión constante de 67,5 bar. El funcionamiento del rack es adecuado para las temperaturas de 19 a 21º C. 290 - Incluyendo una regulación de la conversión del sistema y diseñando el bastidor para una temperatura de 19º C, se consigue un funcionamiento adecuado del sistema, dentro de todo el rango de temperaturas. A la vista de estas conclusiones, se ha elegido la solución de 58 tubos de presión ( 7 membranas por tubo) en cada bastidor y una regulación de la conversión del sistema para mantener dicho parámetro dentro del entorno 42 – 43 %. 18. DIMENSIONAMIENTO INSTALACIÓN 18.1. LÍNEA DE TRATAMIENTO La línea de tratamiento prevista es: - Captación y bombeo de agua de mar. - Dosificación de hipoclorito sódico. - Dosificación de ácido sulfúrico. - Dosificación de coagulante. - Filtros de arena a presión. - Equipos de lavado de filtros. - Dosificación de bisulfito sódico. - Dosificación de dispersante. - Filtración sobre cartuchos. - Bombeo de alta presión y recuperación de energía. - Racks de ósmosis inversa. - Depósito de equilibrio osmótico. - Equipos de lavado de módulos. - Dosificación de cal (Ajuste pH). 291 - Dosificación de hipoclorito sódico (Desinfección). 18.2. CAUDALES DE DISEÑO Con el fin de facilitar la comprensión del presente dimensionamiento, se justifican a continuación los caudales de diseño adoptados en cada fase del tratamiento. CAUDAL DE PERMEADO La producción diaria por rack de ósmosis inversa es 5.000 m 3 /día. Esto supone un caudal horario por rack de: Q producto = 5.000 = 208,3 m 3 /h 24 Adoptamos 210 m 3 /h CAUDAL ALIMENTACIÓN A RACKS DE O.I. Considerando una conversión mínima del 42%, el caudal de alimentación a cada rack de ósmosis inversa será: Q alimentación = 210 /0.42 = 500 m 3 /h CAUDAL CAPTACIÓN AGUA DE MAR En la captación de agua de mar debemos considerar el caudal de alimentación a los racks de ósmosis inversa y el caudal de agua necesario para el lavado de filtros. Los caudales precisos en la captación de agua de mar son: - Caudal de alimentación de cada rack de O.I.: 500 m 3 /h - Caudal máximo de lavado de filtros: 567 m 3 /h. CAUDALES DE DISEÑO ADOPTADOS Los caudales de diseño adoptados son: 292 ACTUAL FUTURO Captación de agua de mar: - Para producción de agua desalada 2 x 500 m 3 /h 4 x 500 m 3 /h - Para lavado de filtros de arena (caudal max.) 567 m 3 /h 567 m 3 /h Alimentación a racks de O.I. 2 x 500 m 3 /h 4 x 500 m 3 /h Producción de O.I. 2 x 210 m 3 /h 4 x 210 m 3 /h Rechazo de O.I. 2 x 290 m 3 /h 4 x 500 m 3 /h 4 x 290 m 3 /h 18.3. CAPTACIÓN Y BOMBEO DE AGUA DE MAR El número actual de bombas a instalar será: - 2 bombas para producción de agua desalada. - 1 bomba para producción de agua desalada. - 1 bomba de reserva. En el edificio se prevé espacio para instalar dos bombas más en el futuro. La presión necesaria en el bombeo a pretratamiento varia en función de: - Caudal de operación (actual o futuro). - Filtros de arena limpios o atascados. - Filtros de cartuchos nuevos o atascados. Para ajustar la presión de operación al valor necesario en cada momento, tres de las cuatro bombas incluyen un variador de velocidad. CAUDAL UNITARIO DE BOMBAS Tal y como se justifica en el punto anterior, el caudal unitario de las bombas de captación será 500 m 3 /h. 293 Cuando se requiere el caudal máximo de lavado de filtros (567 m 3 /h), el variador de velocidad permitirá ajustar el caudal al valor deseado. TUBERÍA DE IMPULSIÓN Para la impulsión de agua de mar a la planta desaladora, se adoptará una tubería de 600 mm de diámetro (dimensionada para el futuro). Las velocidades, actual y futura, resultantes en funcionamiento normal son: ACTUAL FUTURO Nº de racks de O.I. en servicio 2 4 Caudal de alimentación a cada rack de O.I. 500 m 3 /h 500 m 3 /h Caudal total para producción de agua desalada 1.000 m 3 /h 2.000 m 3 /h Diámetro de tubería 600 mm Velocidad en funcionamiento normal 0,98 m/s 1,96 m/s Las velocidades resultantes durante el lavado de filtros de arena son: ACTUAL FUTURO Caudal para producción de agua desalada 1.000 m 3 /h 2.000 m 3 /h Caudales de lavado de filtros - Fase de lavado 315 m 3 /h 315 m 3 /h - Fase de aclarado 567 m 3 /h 567 m 3 /h Caudal total durante el lavado de filtros - Fase de lavado 1.315 m 3 /h 2.315 m 3 /h - Fase de aclarado 1.567 m 3 /h 2.567 m 3 /h Velocidad en la tubería durante el lavado de filtros 294 - Fase de lavado 1,29 m/s 2,27 m/s - Fase de aclarado 1,54 m/s 2,52 m/s PRESIÓN NECESARIA EN BOMBAS DE AGUA DE MAR La presión necesaria del bombeo de agua de mar: CAUDAL CAUDAL ACTUAL FUTURO Pérdida de carga en impulsión de cada bomba 0,25 Kg/cm 2 0,25 Kg/cm 2 Pérdida de carga en tubería general de impulsión 0,11 Kg/cm 2 0,29 Kg/cm 2 Pérdida de carga máxima en filtros de arena 0,8 Kg/cm 2 0,8 Kg/cm 2 (filtros atascados) Pérdida de carga máxima en filtros de cartuchos 1,2 Kg/cm 2 1,2 Kg/cm 2 (filtros atascados) Pérdida de carga en tuberías de interconexión Dentro de la planta 0,48 Kg/cm 2 0,57 Kg/cm 2 Presión necesaria para vencer la altura geométrica 1,2 Kg/cm 2 1,2 Kg/cm 2 Presión necesaria en aspiración turbobombas 2 Kg/cm 2 2 Kg/cm 2 Presión máxima necesaria en bombeo a pretratamiento 6,04 Kg/cm 2 6,31 Kg/cm 2 Presión mínima necesaria en bombeo a pretratamiento (filtros de arena y filtros de cartuchos limpios) 4,39 Kg/cm 2 4,71 Kg/cm 2 295 Presión media de operación 5,2 Kg/cm 2 5,5 Kg/cm 2 Adoptaremos una presión máxima de bomba de 6,5 Kg/cm 2 (dimensionada para el caso más desfavorable). Los variadores de velocidad se encargarán de ajustar la presión de operación al valor requerido en cada momento. La pérdida de carga en la tubería general de impulsión se ha calculado considerando el caudal de lavado. BOMBAS ADOPTADAS De acuerdo con los cálculos anteriores, para el bombeo al pretratamiento se adoptarán cuatro bombas (una en reserva), de 500 m 3 /h de caudal unitario a 6,5 Kg/cm 2 de presión. Tres de las cuatro bombas irán equipadas con un variador de frecuencia que permite regular la presión de operación entre 4,4 Kg/cm 2 y 6,5 Kg/cm 2 . En el edificio de bombeo, se prevé espacio para instalar dos bombas más en el futuro. En la impulsión de las bombas se prevé un balón antiariete de 6.000 l (dimensionado para el futuro). 18.4. DOSIFICACIÓN REACTIVOS PRETRATAMIENTO 18.4.1. DOSIFICACIÓN HIPOCLORITO SÓDICO La dosificación de hipoclorito sódico se efectuará en los pozos de captación de agua de mar o en la tubería de impulsión de agua de mar. Adoptamos los siguientes datos del diseño: - Dosis máxima: 3 ppm C12 activo - Dosis promedio: 1,5 ppm C12 activo El caudal de agua de mar a clorar (2 rack de ósmosis inversa en servicio) es: 2 x 500 = 1.000 m 3 /h 296 Utilizando hipoclorito sódico comercial del 13 % de cloro activo (160g/l), los caudales horarios medio y máximo serán: Q med = (1.000 x 1,5) / 160 = 9,4 l/h Q máx = (1.000 x 3 ) / 160 = 18,8 l/h Adoptamos dos bombas dosificadoras de hipoclorito sódico (una en reserva) de 30 l/h de caudal máximo unitario. Para el caudal futuro, sin ampliar el número de bombas, podrá alcanzarse una dosis máxima de 2,5 ppm. La dosificación de hipoclorito sódico se realizará, automáticamente, en función del caudal de agua de mar. Para almacenar el hipoclorito sódico prevemos un depósito de 10.000 l que será común para pretratamiento y postratamiento. La autonomía de este depósito es de 34 días para el consumo medio actual (9,4 l/h en pretratamiento y 2,6 l/h en postratamiento) y 17 días en el futuro. Para llenar el depósito se utilizará la bomba del sistema de transporte. 18.4.2. DOSIFICACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO Las dosis de diseño son: - Dosis máxima: 52 ppm (para pH= 6,5) - Dosis media: 34 ppm (para pH= 7) La dosificación de ácido sulfúrico para ajuste de pH se efectuará antes de los filtros de arena. El caudal de agua de mar a tratar (2 rack de ósmosis inversa en servicio) es: 2 x 500 = 1.000 m 3 /h Utilizando ácido sulfúrico comercial del 98% de concentración (1.800 g/l), los caudales horarios medio y máximo serán: Q medio = (34 x 1.000) / 1.800= 18, 9 l/h Q máximo = (52 x 980) / 1.800 = 28,9 l/h 297 Adoptamos dos bombas dosificadoras (una en reserva) de 44 l/h de caudal máximo unitario. En el futuro, sin ampliar el número de bombas podrá alcanzarse una dosis máxima de 40 ppm. La dosificación de ácido se realizará de forma automática en función del pH. El ácido sulfúrico se almacenará en un depósito de 10.000 l, lo que supone, para la dosis media, una autonomía actual de 22 días (11 días para el futuro). Para llenar el depósito se utilizará la bomba del sistema de transporte. 18.4.3. DOSIFICACIÓN DE COAGULANTE La dosis de coagulante (cloruro férrico) de diseño serán: - Dosis máxima: 8 ppm - Dosis media: 5 ppm El caudal actual de agua de mar a tratar (2 rack de ósmosis inversa en servicio) es: 2 x 500 = 1.000 m 3 /h Utilizando cloruro férrico comercial del 40 % de riqueza (567 g/l), los caudales horarios medio y máximo serán: Q medio = (5 x 1.000) / 567 = 8,8 l/h Q máximo = (8 x 1.000) / 567 = 14,1 l/h Adoptamos dos bombas dosificadoras de coagulante (una en reserva) de 30 l/h de caudal máximo unitario (dimensionada para el futuro). Para el caudal futuro, sin ampliar el número de bombas, podrá alcanzarse una dosis máxima de 2,5 ppm. 304 - Presión en la entrada de módulos de O.I.: 67,5 bar = 68,85 Kg/cm 2 - Pérdida de carga en membranas de O.I.: 1,7 Kg/cm 2 - Margen de seguridad para ensuciamiento de membranas. 1,5 Kg/cm 2 - Pérdida de carga en tuberías: 0,5 Kg/cm 2 - Presión en la entrada a la turbina: 65,15 Kg/cm 2 TURBOBOMBAS ADOPTADAS Las características de las turbobombas adoptadas son: - Número de turbobombas: 2 + 1 en reserva - Caudal bomba: 500 m 3 /h - Presión aspiración bomba: 2 Kg/cm 2 - Presión descarga bomba: 70,35 Kg/cm 2 - Caudal turbina: 290 Kg/cm 2 - Presión entrada turbina: 65,15 Kg/cm 2 - Presión descarga turbina: 0 Kg/cm 2 - Potencia absorbida en bomba: 1.132 kW - Potencia recuperada en turbina: 444 kW - Potencia neta del grupo: 688 kW - Potencia motor: 850 kW 305 18.9. RACKS DE ÓSMOSIS INVERSA Las características de los racks de ósmosis inversa adoptados son: - Nº actual de racks: 2 - Producción nominal por racks: 5.000 m 3 /h - Tipo de membranas: FILMTEC SW30HR-380 - Nº de etapas: 1 - Tubos de presión por rack: 58 - Membranas por tubo de presión: 7 - Membranas por rack: 406 - Membranas totales: 812 - Presión de trabajo: 67,5 a 66,1 bar - Conversión: 42 a 43% - TDS permeado: 278 a 297 mg/l - Capacidad máxima del rack: 66 módulos - Espacios libres: 8 En implantación, se prevé espacio para instalar en el futuro otros dos racks de las mismas características. Se incluye a continuación una tabla con las condiciones de operación de los racks de O.I. para diferentes temperaturas. NÚMERO DE TUBOS DE PRESIÓN POR RACK: 58 NÚMERO DE MEMBRANAS POR TUBO: 7 PRESIÓN DE OPERACIÓN: 67,5 bar (constante) CONVERSIÓN: 42 a 43 % 306 Tª = 19º C Tª = 20º C Tª = 21º C Tª = 21º C Caudal de alimentación a cada rack 500 m 3 /h 500 m 3 /h 500 m 3 /h 500 m 3 /h Presión de operación 67,5 bar 66,8 bar 66,1 bar 67,4 bar Conversión 42% 42% 42% 43% Caudal de permeado por rack 210,01 m 3 /h 210,11 m 3 /h 210,25 m 3 /h 215,14 m 3 /h Producción diaria por rack 5040 m 3 /día 5042 m 3 /día 5046 m 3 /día 5163 m 3 /día Producción diaria total 10080 m 3 /día 10084 m 3 /día 10092 m 3 /día 10396 m 3 /día Salinidad teórica en permeado 278 mg/l 287 mg/l 297 mg/l 294 mg/l 18.10. DEPÓSITO EQUILIBRIO OSMÓTICO Este depósito se prevé para poder hacer frente a las paradas de la instalación por fallo de energía eléctrica y evitar que se queden secas las membranas al producirse la ósmosis directa. Es un depósito esencialmente de emergencia, ya que, en paradas normales, se produce un desplazamiento instantáneo con los equipos previstos a tal efecto. El volumen máximo por módulo, para tubos de 7 elementos, es de 210 l, pero se considera un volumen útil de unos 115 litros. 307 El volumen necesario de depósito para la producción actual será: - Nº de tubos de presión por rack: 61 - Volumen a desplazar por rack: 61 x 115 = 7.015 l Adoptamos dos depósitos de equilibrio osmótico (uno por rack de O.I.) de 11.500 l de volumen lo que supone un 64% de margen de seguridad sobre el volumen calculado. Para la ampliación futura, se instalarán otros dos depósitos del mismo volumen. El agua entrará a los depósitos por la parte inferior y saldrá por la parte superior, lo cual permite mantener siempre lleno el depósito y que, cuando sea necesario, el agua retorne, por gravedad, a través de la tubuladora de entrada. 18.11. EQUIPOS DE LAVADO DE MÓDULOS 18.11.1. BOMBAS DE LAVADO Y DESPLAZAMIENTO El caudal de lavado a considerar por cada tubo de presión es de 7 a 9 m 3 /h. El número de módulos a lavar simultáneamente serán los de un rack, es decir, 58 tubos de presión. Con un caudal de lavado de 480 m 3 /h, el caudal resultante por cada tubo es: 480/58= 8,24 m 3 /h que es suficiente. Se adopta, por tanto, dos bombas de lavado y desplazamiento de 240 m 3 /h de caudal unitario a 5,5 Kg/cm 2 de presión. El agua de desplazamiento se tomará del depósito de almacenamiento de agua tratada. 18.11.2. DEPÓSITO DE LAVADO El volumen útil de cada módulo, para tubos de 7 elementos, es unos 115 l. El número máximo de módulos a lavar es 58. El volumen de solución de lavado a prever para llenar los módulos es: 308 58 x 115 = 6.670 l El volumen de las tuberías de lavado es aproximadamente 2.900 l. Se prevé, además, un volumen de reserva de 2.000 l para evitar que el depósito se quede vacío y tengan que parar las bombas. El volumen necesario de depósito será: 6.650 + 2.900 + 2.000 = 11.570 l Se adopta un depósito de 12.000 litros de capacidad, construido en poliéster reforzado con fibra de vidrio y provisto de electroagitador. Dicho depósito dispondrá de termostato y resistencia de caldeo para los casos en que haya que efectuar lavados energéticos a una temperatura elevada (30 a 35ºC). 18.11.3. FILTRO DE CARTUCHOS DE LAVADO Adoptando un caudal normal de operación de 0,8 m 3 /h por cada cartucho elemental de 250 mm, el número de cartuchos a instalar será: - Caudal de lavado: 480 m 3 /h - Longitud unitaria de cartuchos: 1.250 mm - Número de cartuchos unitarios: 480 x 1 = 120 cartuchos de 1.250 mm 0,8 5 Se adopta, por tanto, un filtro equipado con 120 cartuchos de 1.250 mm de longitud. 18.12. ALMACENAMIENTO DE AGUA TRATADA El depósito de almacenamiento de agua debe tener dos compartimentos: - Depósito de desplazamientos. Constituye una reserva de agua, exenta de reactivos, para realizar los desplazamientos y para preparar los reactivos de limpieza. 309 - Depósito de almacenamiento propiamente dicho, del caudal aspiran bombas de agua tratada. El volumen necesario para el depósito de desplazamiento es: - Volumen para 2 preparaciones de reactivos de limpieza: 24 m 3 - Volumen para desplazamientos: 75 m 3 Volumen total necesario: 99 m 3 Se toma un margen de seguridad y se adopta un volumen de 150 m 3 . Para el compartimento de almacenamiento de agua tratada propiamente dicho, se adopta 1 hora de tiempo de retención (0,5 h en el futuro), lo que supone un volumen de 420 m 3 . El paso del depósito de desplazamiento al depósito de bombeo de agua tratada se realiza a través de un vertedero de 1 m de longitud, sobre el cual se dosifican los reactivos. La altura de lámina en este vertedero para el caudal futuro (840 m 3 /h) es de unos 0,25 m. Las dimensiones adoptadas para cada uno de los depósitos son: Depósito Depósito Desplazamiento bombeo - Longitud 12 m 12 m - Anchura 2,5 m 7,5 m - Altura 5 m 4,7 m - Altura total 5,5 m 5,5 m 310 - Volumen útil 150 m 3 423 m 3 18.13. DOSIFICACIÓN DE CAL (AJUSTE DE pH) La dosificación de lechada de cal se efectuará en el vertedero de salida del depósito de desplazamientos. En función de la dosis de ácido en pretratamiento, las dosis de cal necesarias son: - Dosis media: 25 ppm - Dosis máxima: 35 ppm La dosificación de lechada de cal se realiza a caudal constante y concentración variable. El caudal en polvo a dosificar a la cuba de preparación será: - Caudal actual de agua tratada: 420 m 3 /h - Caudal medio de cal: 420 x 25 = 10,5 Kg/h 1.000 - Caudal máximo de cal: 420 x 35 = 14,7 Kg/h 1.000 Se adopta un tornillo dosificador de 25 Kg/h, provisto de variador de velocidad. La preparación de lechada de cal se realizará en una cuba de 2.000 l provista de agitador. Para bombeo de lechada de cal hasta el punto de dosificación, se adoptan dos bombas (una en reserva) de 3 m 3 /h de caudal unitario a 1 Kg/cm 2 de presión. La concentración de lechada de cal oscilará entre los siguientes valores: - Concentración mínima: 10,5 /3 = 3,5 g/l 311 - Concentración máxima: 14,7 / 3 = 4,9 g/l El almacenamiento de cal se realizará en los sacos de 1.000 Kg utilizados para el transporte. 18.14. DOSIFICACIÓN DE HIPOCLORITO SÓDICO EN POSTRATAMIENTO Se adoptan las siguientes dosis de diseño: - Dosis media: 1 mg/l - Dosis máxima: 2 mg/l El caudal actual de agua tratada (2 racks de O.I. en servicio) es 420 m 3 /h. Utilizando hipoclorito sódico comercial con 13% de riqueza en cloro activo (160 g/l), los caudales horarios medio y máximo a dosificar son: Q med = 420 x 1 = 2,6 l/h 160 Q max = 420 x 2 = 5,2 l/h 160 Se adopta una bomba dosificadora de hipoclorito sódico de 30 l/h de caudal máximo (válida para el futuro). La bomba de reserva y el depósito de almacenamiento son comunes con el pretratamiento. La dosificación de hipoclorito sódico será proporcional al caudal de permeado. 18.15. BOMBEO A DEPÓSITO DE NAREAS Para el dimensionamiento de la estación de bombeo, se adoptarán los siguientes datos de diseño: 312 - Número actual de bombas: 2 + 1 en reserva - Caudal actual a elevar: 10.000 m 3 /día - Diámetro tubería de impulsión: 350 mm - Longitud de tubería: 5.500 m - Cota media en depósito de planta: 11,00 - Cota máxima en depósito de Nareas: 122,00 CAUDAL UNITARIO DE BOMBAS El caudal unitario de bombas, con dos bombas en servicio, será: ( 10.000 /24) x (1/2) = 208,3 m 3 /h Se adoptan 210 m 3 /h. TUBERÍA DE IMPULSIÓN Para el caudal actual, se ha previsto una tubería de impulsión de 350 mm de diámetro, lo que supone una velocidad de 1,21 m/s. Para la ampliación futura se instalará una segunda tubería. La pérdida de carga en la tubería general de impulsión es: - Caudal: 420 m 3 /h - Diámetro de tubería: 350 mm - Velocidad: 1,213 m/s - Rozamiento (K = 0,5 mm) - Longitud de tubería: 5.500 m - Pérdida de carga por rozamiento: 0,0047 x 5.500 = 25,85 m - Pérdidas de carga singulares (5%): 1,3 m 313 - Pérdida total de carga: 27,15 m ALTURA NECESARIA DE BOMBEO La altura de elevación necesaria será: - Pérdida de carga en la impulsión de cada bomba (Ø 200) : 1,05 m - Pérdida de carga en la tubería general de impulsión (Ø 350 mm): 27,15 m - Pérdida total de carga: 28,20 m - Cota máxima en depósito de Nareas: 122,00 - Cota media en depósito de planta desaladora: 11,00 - Altura geométrica: 111,00 m - Altura bombeo necesaria: 139,20 m Se adoptan 140 m C.A. BOMBAS ADOPTADAS A la vista de los cálculos anteriores, para elevar el caudal actual hasta el depósito de Nareas, se adoptan tres bombas centrífugas horizontales (una en reserva) de 210 m 3 /h de caudal unitario a una altura manométrica de 140 m C.A. En el edificio, se prevé espacio para instalar en el futuro dos bombas más del mismo caudal. En la impulsión de las bombas se ha previsto un balón antiariete de 3.000 litros para hacer frente a las sobrepresiones que se producen durante los arranques y paradas. 320 100 mm 2 en cada una de las dos barras verticales, para conexión de cable de 70 mm 2 de sección. La disposición de la toma de tierra en cada cajón extraíble será tal que conecta antes de que lo hagan las pinzas de entrada de tensión, y desconecta después que las mismas para protección contra posibles choques eléctricos. 19.6.5. COLUMNA DE ENTRADA La columna de entrada será de ejecución fija y dispondrá de cubículos para alojar el interruptor de alimentación y los elementos de control y protección. 19.6.6. ARRANCADORES PARA MOTORES Cada arrancador de motor consta de: - Disyuntor-motor - Contactor AC3 220 V - Relé térmico de protección - Interruptor magnetotérmico de alimentación a control - Lámparas de señalización (marcha y disparo térmico) - Selector M-O-A La salidas distintas a motores (feeders) se realizarán a través de interruptores automáticos magnetotérmicos, tripolares o tetrapolares con o sin protección diferencial, según se especifique. Todos los motores serán de arranque directo, ya que, con el transformador previsto, la instalación estará protegida contra sobreintensidades, puntuales de arranque y la caída de tensión no sobrepasará los límites permitidos, excepto las bombas de captación que estarán alimentadas con variadores y las bombas de agua producto (arrancadores estáticos). 321 19.6.7. TRANSPORTE, ENSAMBLAJE Y FIJACIÓN La suspensión de columna o grupo de columnas para los movimientos, desplazamientos o descarga se realizará mediante cáncamos montados en el marco superior del CCM, y el ensamblaje del grupo de columnas que forma el CCM se efectuará mediante tornillos a presión, una vez que CCM haya sido nivelado en obra. Para el anclaje del CCM, se dispondrá, a lo largo del zócalo, de taladros sobre los que puedan fijarse las escuadras o pletinas de fijación. 19.7. GRUPO ELECTRÓGENO Al fin de prevenir cualquier fallo en el suministro eléctrico en el Centro de Transformación, se instalará un grupo Electrógeno de Emergencia. El grupo de arranque eléctrico y automático a falta de tensión en red principal tendrá una potencia de 250 kVA en emergencia. 19.8. BATERÍA DE CONDENSADORES Junto al cuadro general de distribución B.T. se montará una batería de condensadores con regulación automática, para la corrección de la energía reactiva, a fin de obtener un factor potencia próximo a la unidad en 400 V. Asimismo, cada arrancador de motor de 6 kV llevará asociado un condensador fijo de corrección del factor de potencia. 19.9. INSTALACIÓN DE FUERZA, MANDO Y CONTROL La instalación incluirá todos los elementos necesarios, tales como bandejas, tubos eléctricos, puestos de mando local y accesorios, para la instalación de cada uno de los equipos de electricidad e instrumentación. 19.9.1. CAMINOS DE CABLES En general, se utilizarán como caminos de cables bandejas y tubos. 322 19.9.2. BANDEJAS Cuando el número de cables lo aconseje, se instalarán bandejas de PVC con tapa. Todos los soportes y demás accesorios de la bandeja serán de PVC, del mismo fabricante de la bandeja. Se instalarán, en general, dos bandejas: una para líneas de fuerza y otra para señales analógicas, separadas a una distancia mínima de 20 cm. Las líneas de control podrán ir por cualquiera de ellas. El llenado de bandejas tendrá, como mínimo, un 30% de espacio libre. 19.9.3. TUBOS Los tubos empleados serán de PVC para montaje superficial, tipo PG. Todas las grapas serán de PVC, con tornillería no corroible, modelo JIR. Los conductores no llenarán más del 40% del área de las sección transversal interior de los tubos. 19.9.4. CAJAS DE DERIVACIÓN Y PRENSAESTOPAS Serán de PVC. El acceso se realizará siempre por la parte inferior, utilizando prensaestopas o racores, según el caso. Todos los prensaestopas y racores serán de PVC o poliamida, excepto en instalaciones antideflagrantes que serán de latón. 19.9.5. BOTONERAS EN CAMPO En general, la instalación está prevista para la operación de la planta desde los cuadros de maniobras (CCM’s), disponiendo únicamente los motores que realmente lo precisen de marcha y parada de emergencia local. Todas las botoneras de campo se instalarán en cajas estancas de PVC, grado de protección mínimo IP-65, fijadas a unos pies o soportes. Todos los pulsadores serán del tipo seta, montados en cajas. 323 19.9.6. LÍNEAS DE FUERZA, MANDO Y CONTROL Los cables de fuerza y mando serán de aislamiento de polietileno reticulado y cubierta de PVC, tipo RV-0,6/1 kV, s/UNE 21-123 y apantallados para señales analógicas. - Fuerza: 2,5 mm 2 - Control: 1,5 mm 2 - Señales analógicas: 1,5 mm 2 Todos los cables hasta 2,5 mm 2 serán de CLASE 5, y para secciones superiores CLASE 2. Los cables de potencia irán por conductos separados del resto de los cables. Las secciones de las líneas de alimentación a motores se sobredimensionarán un 25 %. No se admitirán empalmes en todo el recorrido de los cables. Las pantallas de cobre trenzado para protección electrostática de los cables de señales analógicas estarán puestas a tierra, en un único punto. Todos los cables deberán ser ordenados y peinados en las bandejas debiendo fijarse correctamente con bridas de poliamida. Las mangueras, a su llegada al CCM, deberán ser soportadas, con el objeto de evitar esfuerzos en las bombas de conexiones. Las salidas de cables del CCM se realizarán a través de prensaestopas de poliamida. Todas las mangueras se identificarán mediante etiquetas indelebles en ambos extremos, antes del pelado de los cables. Se identificarán en sus conexiones, además, todos los conductores individualmente con anillos numerados. Las terminales serán del tipo preaislados, hasta 6 mm 2 , engastados con herramientas adecuadas. Los terminales de mayor sección se protegerán con tubos aislantes termo-retractibles. 324 El cable de comunicación de PLC’s se llevará por el interior de un tubo metálico. Se interconectarán los tubos con un conductor de tierra en todas las arquetas y, asimismo, a la tierra de instrumentación. 19.10. TIERRAS Se han previsto varios sistemas de tierras independientes entre sí y son: - Tierras para el Centro de Transformación - Tierras para los neutros de los trafos y grupo electrógeno - Tierras para la instalación de B.T. de equipos eléctricos de resistencia inferior a 10 Ohm - Tierras para instrumentación La instalación de tierras comprende la parte de la red enterrada y la red aérea de los conductores de protección. Cada red enterrada incluye una serie de picas enterradas, unidas entre sí con cable desnudo de 50 mm 2 de sección, así como registros con tapas para verificación y puente de comprobación. La red aérea de conductores de protección comprenderá todos los cables de 35 mm 2 de unión entre la red enterrada y equipos mecánicos, tales como bancadas, tanques, estructuras, etc. Los cuadros eléctricos se conectarán directamente a tierra en dos puntos diferentes, y ésta será independiente de la red general enterrada. Cada sistema de tierras para PLC’s estará compuesta, como mínimo, por una triangulación de aproximadamente 3 m de lado, instalándose en cada vértice una pica de 14,3 de Ø x 200 mm de longitud, uniéndose todas con un cable de cobre desnudo de 35 mm 2 . Una de las picas, por lo menos, será registrable. Las uniones entre picas y cables se realizarán con soldaduras aluminotérmicas. 325 En un punto de puesta a tierra se instalará un puente de pruebas, para la revisión de la tierra. La tierra de las instalaciones de alumbrado público se realizará tendiendo un cable amarillo-verde, de 16 mm 2 , unido a una pica en cada arqueta y a todas las columnas. En los casos en que se realice una malla de tierra, ésta se instalará después de realizar las fundaciones de máquinas y aparellaje, con el fin de evitar que se rompa la malla al hacer las excavaciones. Los motores eléctricos se pondrán a tierra a través del cuarto conductor del cable de alimentación, y los equipos no eléctricos, mediante derivaciones del circuito principal de tierra, con una sección mínima de 35 mm 2 . Todos los empalmes, derivaciones, etc. se realizarán mediante soldaduras aluminotérmicas. El apantallado metálico de los cables se pondrá a tierra. La resistencia a tierra no superará los 5 ohmios. 19.11. CONSUMOS ELÉCTRICOS Los consumos eléctricos estimados, medidos en media tensión, son los siguientes: - Captación de agua de mar: 0,51 kWh/m 3 - Producción de agua desalada: 3,67 kWh/m 3 - Varios (excepto alumbrado): 0,10 kWh/m 3 TOTAL SIN BOMBEO AGUA TRATADA 4,28 kWh/m 3 Se incluyen a continuación los listados de potencias y consumos eléctricos correspondientes. Las potencias absorbidas en el bombeo de agua de mar se han fijado tomando la presión media de operación (ensuciamiento medio de filtros). 326 CUADRO POTENCIAS ELÉCTRICAS 327 20. CÁLCULOS ELÉCTRICOS 20.1 CÁLCULOS DE MEDIA TENSIÓN 20 kV Las características del sistema de alimentación eléctrica serán: - Tensión alimentación: 20.000 V - Potencia instalada en transformadores: a) Un trafo de 2.500 kVA, relación 20/6 kV b) Un trafo de 1.250 kVA, relación 20/0, 38 kV 20.1.1. INTENSIDAD DE CORRIENTE TRAFO 2.500 kVA La intensidad de corriente para la potencia total de cada uno de los transformadores será: In = P. Aparente = 2.500 = 72 A √3 x U 1,73 x 20 donde: In = intensidad nominal en A U = tensión en kV Considerando que el cable a instalar en la línea subterránea para alimentación al Centro de Transformación existente y el nuevo es el DHV12/20 kV de 1 x 150 mm 2 y siendo la densidad de corriente de 320 A, es válido el citado cable. 20.1.2. INTENSIDAD DE CORRIENTE TRAFO 1.250 kVA La intensidad de corriente para la potencia total del transformador será: In = P. Aparente = 1.250 = 36 A √3 x U 1,73 x 20 328 donde: In = intensidad nominal en A U = tensión en kV 20.2. CÁLCULOS DE POTENCIA DE CORTOCIRCUITO 20.2.1. POTENCIA DE CORTOCIRCUITO 6 kV Despreciando la reactancia de la línea y considerando la tensión de cortocircuito (Vcc) del transformador el 6% , la intensidad en M.T. (6 kV) será: Vcc= 2.500 x 6 = 150 V 100 Icc = Pt = 2.500 = 10 kA √3 x U 1,73 x 150 donde: Pt = potencia del transformador en kVA Vcc= tensión cortocircuito en % Icc= Intensidad de cortocircuito 20.2.2. POTENCIA DE CORTOCIRCUITO BAJA TENSIÓN Despreciando la reactancia de la línea, y considerando la tensión de cortocircuito (Vcc) del transformador el 6%, la intensidad de cortocircuito en B.T. será: • Sistema a 380 V In = Pn = 1.250 = 1.901 A √3 x U 1,73 x 0,38 329 Icc = In x 100 = 1.901 x 100 = 31.683 A = 32 kA Ucc% 6 Donde: In = intensidad en el secundario del transformador (A) Pn = potencia asignada al transformador ( kVA) Ucc = tensión de cortocircuito del transformador (%) U = tensión en vacío del secundario del transformador (V) Icc = intensidad de cortocircuito simétrica (kA) 20.3. CÁLCULOS DE LA POTENCIA DEMANDADA La alimentación en 6 kV es para un centro de M.T., y desde éste alimentación y control a las turbobombas de O.I. La alimentación en 380 V, 50 Hz es para un cuadro de distribución B.T./CCM, y desde éste alimentaciones a varios cuadros secundarios y otros servicios auxiliares, además de los motores de la planta. • Sistema 6 kV: - Turbobombas O.I. : 1.700 kW • Sistema 380 kV: - CCM CAPTACIÓN: 396 Kw - CCM ÓSMOSIS: 386 kW - ALUMBRADO Y OTROS USOS: 39 kW Considerando un cosφ = 0,8 tenemos: 1.700 : 8 = 2.125 kVA; se instala un trafo de 2.500 kVA, relación 20/6 kV. 336 22. GASTOS O COSTES FIJOS Los costes o gastos fijos son los que se generan como consecuencia de la construcción de la planta. Una vez terminada ésta repercuten en la misma tanto si funciona como si por circunstancias especiales debe estar parada. Dentro de este capítulo se incluyen principalmente: - Amortización de la inversión - Personal - Mantenimientos A continuación se analizan los siguientes capítulos: 22.1. AMORTIZACION DE LA INVERSION Se entiende por inversión todos los gastos iniciales que se generan al poner en marcha un proyecto de este tipo; en consecuencia, deberán tenerse en consideración los gastos generados por: - Compra de solares - Permisos administrativos - Proyectos y estudios técnicos - Coste de los edificios y equipos Su amortización deberá hacerse a lo largo de la vida de la instalación. Sin embargo no debe fijarse para todos los conceptos el mismo período o plazo de tiempo, pues al tratarse de elementos completamente distintos los períodos sobre los que debe repercutirse dicha amortización también lo serán. Deben fijarse, por ello, en primer lugar cuales van a ser los plazos correspondientes. 337 En las instalaciones desaladoras, al contrario de otro tipo de obras de tratamiento de aguas, la obra civil no es tan importante, pudiéndose establecer para el caso de las instalaciones de agua de mar los siguientes porcentajes respecto a la inversión total: - Obra civil: 15 – 25 % - Equipos mecánicos: 35 – 43 % - Membranas: 12 – 18 % - Equipos eléctricos: 10 – 14 % - Instrumentación y control: 2 – 4 % Para la obra civil y el resto de los gastos de primer establecimiento se considera adecuado un período de 20 años, pues aunque años antes pueda ser necesario realizar una remodelación de algunos equipos desaladores, la obra civil es perfectamente aprovechable para la nueva instalación. Para el resto de los equipos se establecen períodos más cortos y en muchos casos no porqué vayan a seguir funcionando con buen rendimiento al cabo de dicho período, sino por obsolescencia técnica, dado que los progresos técnicos pueden aconsejar su cambio por otros de mayor eficiencia o más adaptados a las necesidades reales de la instalación. Con estos criterios los períodos más frecuentemente adoptados son: - Equipos mecánicos: 12 años - Membranas: 8 años - Equipos eléctricos: 15 años - Instrumentación y control: 12 años - Tuberías: 15 años 338 22.2. PERSONAL Y MANTENIMIENTO Son dos partidas que podrían también considerarse como gastos variables, puesto que en teoría sólo se necesitan ambos si la planta funciona. Hay que tener en cuenta que una instalación de estas características se requiere un personal con una formación técnica adecuada. Lo mismo puede decirse respecto al mantenimiento de la planta, aún cuando parte del mismo pueda subcontratarse externamente a la explotación. Respecto a la mano de obra hay que tener en cuenta que cualquier instalación desaladora, y especialmente si es de agua de mar, requiere una inversión importante y exige una atención de personal permanente. El mantenimiento adecuado es la garantía no sólo de la mayor duración de la instalación, sino también de una mayor eficiencia en su funcionamiento, ya que las paradas por avería que siempre suponen una merma de la producción, se reducen al mínimo. 22.3. FACTOR DE ENERGÍA También puede tener la consideración de gasto fijo el término o factor de potencia que se establece en el contrato de suministro con la compañía eléctrica, en el sentido de que una vez establecidas las necesidades de potencia de la instalación, este termino debe abonarse con independencia de que la planta esté parada o en funcionamiento. 23. GASTOS O COSTES VARIABLES Se producen exclusivamente como consecuencia de la explotación o funcionamiento de la instalación y entre ellos se consideran los siguientes: 3. Reactivos químicos 4. Reposición de membranas 5. Reposición de cartuchos 339 6. Reposición de arenas 7. Limpieza química 8. Repuestos 9. Energía 10. Varios 11. Seguros 12. Aceites y lubricantes 13. Limpieza 14. Material de oficina 15. Equipos de trabajo 16. Mantenimientos específicos 24. FINANCIACION DE LAS INSTALACIONES Uno de los problemas que más influyen actualmente en la implantación de las instalaciones desaladoras, es la dificultad de contratar una vía de financiación que permita obtener agua potable a un precio que sea asequible a la población que la demanda. Como las inversiones son siempre importantes y las entidades públicas tienen presupuestos limitados, cada vez es más frecuente la financiación de las obras por parte de empresas privadas, que recuperan la inversión en base al precio del agua producida o en pagos aplazados. Tres son los tipos más frecuentes de financiación que se ofrecen y que según la terminología comercial se conocen como: 340 24.1. TURN-KEY (LLAVE EN MANO) Con este sistema el contratista hace la obra, la pone en marcha, forma generalmente al personal del cliente y le entrega finalmente a éste la instalación, mediante fórmula de pago previamente acordada. 24.2. BOO (CONSTRUIDO, OPERADO Y PROPIEDAD DEL CONSTRUCTOR) El contratista construye la instalación y la opera durante un período previamente acordado, durante el cual recibe del cliente el pago a la inversión realizada, generalmente incluida en el precio del agua. Al final del plazo acordado, la instalación es propiedad del contratista, que de común acuerdo puede seguir explotándola o vendérsela al cliente si éste lo desea. El cliente por su parte no adquiere compromiso alguno de seguir contando con el contratista, pudiendo en caso de que la tecnología mejore o tenga otra oferta, comprometer otro suministro. 24.3. BOOT (CONSTRUIDO, OPERADO Y TRANSFERIDO) Similar al anterior, pero con la diferencia de que al final del período acordado, la propiedad de la instalación revierte al cliente, que por tanto, podrá seguir explotándola en el futuro por sí mismo, o por medio del contratista que le ofrezca las mejores condiciones. El primer tipo de financiación es generalmente el más barato, pero exige al cliente disponer de una infraestructura técnica adecuada para hacerse cargo de la explotación de una planta una vez terminada. Se da generalmente en instalaciones de tamaño pequeño o mediano y preferentemente en el sector industrial. Los otros dos resultan más adecuados para entidades públicas, y la elección de uno u otro está en función de las disponibilidades de personal existentes y de la planificación futura del ente. 341 En cualquier caso, sea cual fuere la vía de financiación elegida, es conveniente por parte del cliente realizar un seguimiento de la explotación de la instalación, para que ésta se realice de forma óptima. 25. COSTES DE EXPLOTACION 25.1. COSTES FIJOS DE EXPLOTACIÓN PERSONAL DE EXPLOTACION SOLUCION PRESENTADA Categoría Nºpersonas Coste unitario Jefe de planta/analista 0,5 30.050 €/año Oficiales electromecánicos 1 19.232 €/año Operadores de planta 4 16.227€/año Coste total 15.025 €/año 19.232 €/año 64.908 €/año Coste anual del personal de explotación 99.165 €/año ENERGIA ELECTRICA (COSTE FIJO) SOLUCION PRESENTADA Término de potencia en planta desaladora (sin bombeo agua tratada) Potencia a contratar Precio unitario del término de potencia Impuesto sobre la energía eléctrica 2.200 Kw 9,83 €/kW/mes 5,11 % 342 Coste total anual del término de potencia 272677 €/año MANTENIMIENTO ELECTROMECANICO SOLUCION PRESENTADA Pequeño mantenimiento Conservación equipos electromecánicos Reparaciones exteriores Mantenimiento especializado 3.005 €/año 24.040 €/año 3.005 €/año 6.010 €/año Coste anual de mantenimiento electromecánico 36060 €/año CONSERVACION SOLUCION PRESENTADA Reparaciones de obra civil Otros gastos 3.005 €/año 1.503 €/año Coste anual de conservación 4.508 €/año ANALISIS Y ENSAYOS SOLUCION PRESENTADA Reactivos y fungibles de laboratorio 4.508 €/año 343 Análisis exteriores 1.502 €/año Coste anual de análisis y ensayos 6.010 €/año 25.2. COSTES VARIABLES DE EXPLOTACION ENERGIA ELECTRICA (COSTE VARIABLE) SOLUCION PRESENTADA Término de energía en planta desaladora (sin bombeo de agua tratada) Consumo de energía en planta desaladora Precio del kWh Impuesto sobre la energía eléctrica 42.700 kWh/día 0,04 €/kWh 5,11% Coste total anual del término energía 696.482 €/año REACTIVOS SOLUCION PRESENTADA HIPOCLORITO SÓDICO EN PRETRATAMIENTO Caudal a tratar Dosis de reactivo puro Riqueza del producto comercial Consumo anual del producto comercial Precio unitario del hipoclorito sódico comercial 24.000 m 3 /día 1,5 mg/l 13% 96.923 kg/año 0,19 €/Kg 344 Coste anual del hipoclorito en pretratamiento ÁCIDO SULFÚRICO EN PRETRATAMIENTO Caudal a tratar Dosis de reactivo puro Riqueza del producto comercial Consumo anual del producto comercial Precio unitario del ácido sulfúrico comercial Coste anual del ácido sulfúrico CLORURO FÉRRICO EN PRETRATAMIENTO Caudal a tratar Dosis de reactivo puro Riqueza del producto comercial Consumo anual del producto comercial Precio unitario del cloruro férrico comercial Coste anual del cloruro férrico DISPERSANTE EN ALIMENTACIÓN A ÓSMOSIS INVERSA Caudal a tratar Dosis de reactivo puro Consumo anual del producto comercial Precio unitario del dispersante 18.640 €/año 24.000m 3 /día 34 mg/l 98% 291.429 kg/año 0,20 €/Kg 59.552 €/año 24.000 m 3 /día 3 mg/l 40% 63.000 kg/año 0,24 €/Kg 15.145 €/año 24.000 m 3 /día 4 mg/l 33.600 kg/año 1,44 €/Kg 345 Coste anual del dispersante BISULFITO SÓDICO EN ALIMENTACIÓN A ÓSMOSIS INVERSA Caudal a tratar Dosis de reactivo puro Consumo anual del producto comercial Precio unitario del bisulfito sódico Coste anual del bisulfito sódico REACTIVOS DE LIMPIEZA DE MEMBRANAS Número de racks de ósmosis inversa Número anual de limpiezas por rack Precio unitario de los reactivos por cada limpieza Coste anual de reactivos de limpieza 48.466 €/año 24.000 m 3 /día 4 mg/l 33.600 kg/año 0,60 €/Kg 20.194 €/año 2 3 limp./año 601 €/limp. 3.606 €/año Coste anual de reactivos 165.603 €/año REPOSICION DE MEMBRANAS SOLUCION PRESENTADA Número de racks de ósmosis inversa Número de membranas por rack Número total de membranas instaladas Porcentaje de reposición anual 2 406 812 8% 352 VALORACION DEL CONTROL DE CALIDAD Y PRUEBAS PRESENCIADAS 52.695,9 IMPORTE TOTAL 52.695,9 26.5. RESUMEN DE PRESUPUESTOS PRECIO (€) EQUIPOS ELECTROMECANICOS 4.391.281,1 OBRA CIVIL 1.575.956,1 REPUESTOS 56.176,7 CONTROL DE CALIDAD 52.695,9 IMPORTE TOTAL 6.076.109,8 El presente presupuesto asciende a la cantidad de SEIS MILLONES SETENTA Y SEIS MIL CIENTO NUEVE COMA OCHO EUROS. 353