INTEGRACIÓN DE PROCESOS DE UNA PLANTA DESALADORA

Glosario Concepto

Significado

Soluto

Elemento que se encuentra en menor proporción en una solución.

Solvente

Elemento o compuesto que se encuentra en mayor proporción en una solución.

Captación

Se refiere a la explotación del agua en las diversas fuentes.

Captaciones abiertas

Es donde el agua es extraída directamente desde el océano.

Captaciones cerradas

Es donde el agua es captada mediante pozos o galerías de infiltración.

Conducción

Transporte del recurso hasta el punto de entrega para su disposición posterior.

Distribución

Es proporcionar el abastecimiento de agua en el domicilio de los usuarios con las presiones adecuadas para los usos residenciales, comerciales e industriales normales.

Glosario Agua bruta

Es el agua a desalinizar que llega a la planta (agua salobre o aguade mar)

Agua de mar

Es una mezcla de agua y diferentes sales inorgánicas y materiaorgánica.

Solución

Es una mezcla que está compuesta por un o más solutos y unsolvente

Pretratamiento de aguas

Proceso que persigue eliminar o reducir la presencia de materia orgánica e inorgánica, utilizando diferentes equipos para lograr esta propósito.

Termoclina

Es cuando la temperatura baja bruscamente entre el agua superior y la inferior.

Osmosis

Difusión que tiene lugar entre dos líquidos capaces de mezclarsea través de una membrana semipermeable

Osmosis inversa

Es un proceso un solvente, generalmente de separación por membrana de flujo transversal, el cual es capaz de rechazar sustancias disueltas en agua, aplicando una presión superior a la presión osmótica correspondiente, en el lado de la solución más concentrada.

e impide

lacomunicación de agua

Glosario Presión osmótica

Es la fuerza que provoca que el sistema alcance el equilibrio, es decir, alcanzar la misma concentración a ambos lados de la membrana

Equilibrioosmótico

Es cuando no existe intercambio neto de soluto entre las diferentes partes de la misma

SDI (Slit densityindex

Indica el potencial de ensuciamiento de la membrana o los sólidos en suspensión

Turbidez

También indica ensuciamiento de la membrana. Su valor normalestá por debajo de 1 NTU.

TDS (total disolved solids) TSS (total suspended solids)

Medida de concentración de contaminantes o total sólidos disueltos.

Alimentación

Agua que entra al sistema de ósmosis inversa luego del pre-tratamiento y acondicionamiento. Es una barrera física que impide el paso de los iones y es permeable solo al agua, por que logra su objetivo de separarlos gracias a la presión osmótica creada. Agua que atraviesa las membranas y que contiene baja salinidad.

Membrana Permeado (producto)

Medida de concentración del total de sólidos suspendidos.

Glosario Concentrado (rechazo)

Agua que no ha pasado a través de la membrana junto a la granmayoría de las sales.

Presión

Presión efectivamente ejercida en el sistema y que resulta de restar a la presión de alimentación la presión de salida del concentrado, la presión osmótica. Es la pérdida de presión en el sistema.

netaaplicada

Conversión

Es la relación entre el caudal de agua desalinizada y el caudal deagua de alimentación.

Filtros de antracita arena

Equipo utilizado para separar residuos sólidos de la fase líquida, utilizando propiedades superficiales de sus componentes o mediosde retención de los residuos sólidos

Proceso

Está formado por un conjunto de actividades relacionadas, que tienen por objeto generar un producto, servicio o una parte de estos

Introducción A lo largo del territorio nacional, Chile cuenta con una gran disponibilidad de recursos hídricos de superficie, incluyendo una de las mayores reservas mundiales de agua dulce en campos de hielo sur. A pesar de esta privilegiada condición, la gran variabilidad geográfica y climática del territorio provoca grandes diferencias en la disponibilidad de agua en las diferentes regiones del país, encontrándose zonas de gran abundancia en la zona sur y escasísima disponibilidad en las regiones del norte. Por otro lado, las diferencias en la densidad poblacional y las actividades productivas que se desarrollan a lo largo del país generan variaciones regionales en la demanda de recurso hídrico.

Introducción El 95% del planeta está compuesto por agua salada proveniente del mar y océanos, la cual por su alto contenido en sales y microorganismos la hace incapaz de ser ingerida para el ser humano, sin embargo, producto del osmosis el agua de mar puede ser transformada en potable eliminando sales y microorganismos. En la actualidad, ante el dramático aumento de la población humana, los diferentes servicios y recursos de que se dispone tienen que ser mejor administrados, entre ellos el recurso hídrico.

Introducción En el caso del agua, dicha optimización adquiere gran importancia, ya que la disponibilidad del vital líquido disminuye cada vez más y por lo tanto su obtención se dificulta y encarece de manera importante. Un uso eficiente del agua implica la utilización de mejores sistemas de extracción, conducción y almacenamiento de agua. El conjunto de las diversas obras que tienen por objeto suministrar agua a una población en cantidad suficiente, calidad adecuada, presión necesaria y en forma continua constituye un sistema de abastecimiento de agua.

Introducción En la actualidad, los principales sectores que utilizan agua de mar como fuente de abastecimiento son la minería y el consumo humano, sin embargo, se espera que su uso se expanda a los demás sectores en el futuro. Los requerimientos de calidad y cantidad de agua son diferentes en cada sector productivo. La osmosis inversa es una tecnología mediante la cual a través de un filtro de membrana nos permite eliminar la salinidad del agua, la membrana donde ocurre la osmosis es semipermeable, permite el paso de gases disueltos y moléculas sin carga electroestática, para llevar acabo la osmosis es necesario romper la presión osmótica.

Introducción En la osmosis llega el agua bruta (agua de mar, pozos ríos, etc.) la cual es trasformada mediante el sistema de membrana, en agua permeada y concentrada, el agua permeada siendo el producto del osmosis y el agua concentrada el rechazo, el agua permeada debe ser inodora, transparente, sin sabor.

En la osmosis el agua que ingresa a las membranas, que es el agua de mar en condiciones normales se puede llegar a tener una conductividad de entre 20.000 y 55.000 [µS/cm] (micro Siemens/cm), pero mediante este proceso el agua desalinizada puede llegar a obtener 5000 [µS/cm] . El agua con baja conductividad sirve como una idea de la baja concentración de sales que se obtiene ya que al tener menor conductividad su capacidad de disociación es menor a 0,00001.

Introducción Para el pretratamiento del agua de mar, se considera la construcción de canales desarenadores, los que son construidos en hormigón armado y están dotados de paneles de malla vertical para retener posibles sólidos flotantes. A continuación, las aguas pasan a un sistema que comprende procesos de coagulación - floculación, flotación por aire disuelto (FAD) y filtrado. Posteriormente, el agua pre tratada pasa a las membranas de osmosis inversa impulsada por sistemas de bombeo de alta presión, obteniendo agua desalinizada de calidad industrial. Para acumular esta agua, se considera un estanque de aproximadamente 6.000 m3 desde donde se bombea el agua hacia la mina.

Introducción

PROCESOS UNITARIOS PRESENTES EN LA PLANTA DESALADORA Un sistema de abastecimiento de agua potable para una población es el conjunto de obras, equipos y servicios destinados al suministro de agua potable para consumo doméstico, industrial, servicios públicos y otros usos. Las actividades que se realizan en la fase de operación para producir agua industrial, corresponden a todos los tratamientos involucrados para acondicionar y desalinizar el agua de mar, de las cuales las más importantes son las siguientes: •

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Captación de agua de mar. Sistema de remoción de sólidos. Pretratamiento del agua de mar. Osmosis inversa Almacenamiento del agua desalinizada (permeado o permeato) Disposición del agua de rechazo o concentrado.

PROCESOS UNITARIOS PRESENTES EN LA PLANTA DESALADORA Uno de los principales factores a considerar al proyectar un sistema de abastecimiento con agua de mar es el diseño de la estructura de captación. El diseño, monitoreo y operación de la obra de captación puede representar hasta un 20% del costo total del proyecto. En la actualidad, existen numerosas alternativas de sistemas de captación de agua de mar, con características que se adaptan a los diferentes requisitos de capacidad y calidad, y a las diversas condiciones locales de la costa. De manera general, las estructuras de captación pueden clasificarse en captaciones abiertas, donde el agua es extraída directamente desde el océano, y captaciones cerradas, donde el agua es captada mediante pozos o galerías de infiltración. Dentro del conjunto de la captación del recurso hídrico, la obra de toma para abastecimiento de agua puede ser cruda, como en mar, represas, lagos, subterráneo, etc.

Captación El sistema de captación debe ser capaz de proveer el caudal requerido de manera confiable. Para el diseño de un sistema de abastecimiento son requisitos básicos la fijación de la cantidad de agua a suministrar que determinará la capacidad de distintas partes del sistema, estudios sobre la calidad y la cantidad de agua disponible en las diferentes fuentes cercanas, conocimiento del suelo y el subsuelo y todos los antecedentes indispensables para la elección de la solución más adecuada y la preparación de presupuestos ajustados a la realidad.

Captación de agua de mar En la actualidad, existen numerosas alternativas de sistemas de captación de agua de mar, los que se adaptan a diferentes condiciones del borde costero. El desarrollo detallado de un proyecto de captación de agua de mar requiere la realización previa de estudios hidrogeológicos y ensayos que pueden llegar a ser muy costosos. Existen diversas propiedades del agua de mar y características del borde costero y la biota marina que es importante considerar para seleccionar la ubicación y el sistema más adecuado para una captación de agua de mar. Las propiedades del agua corresponden a la salinidad, temperatura y densidad del agua de mar en el punto de estudio. Estas características son relevantes para determinar si el agua a captar es apta para el uso que se le quiere dar, y para el estudio de dilución y dispersión del efluente en el sector de descarga, en los casos en que se proyecte una planta desaladora.

Captación de agua de mar Salinidad. La salinidad se define como la cantidad total de sustancias sólidas (expresada en gramos contenida en un litro de agua de mar), cuando todos los carbonatos se han convertido en óxido, el bromo y el yodo han sido sustituidos por el cloro y la materia orgánica ha sido completamente oxidada. El nivel de salinidad de las aguas superficiales de los océanos depende principalmente de la diferencia entre la evaporación y precipitación. Los valores típicos de salinidad en el mar oscilan entre 29 [gr/l] y 37 [gr/l]. Esta variación es función de:

1. El balance entre la evaporación y la precipitación (E-P) que concentran o disuelven las aguas superficiales. 2. Fenómeno de mezcla y de su efectividad entre aguas superficiales y subyacentes. 3. Los aportes fluviales que pueden intervenir en las regiones costeras. 4. Derretimiento o formación de hielos en las regiones polares.

Captación de agua de mar El nivel de salinidad en el océano además depende de la profundidad de las aguas. En la Figura 4 se muestra la distribución de la salinidad en función de la profundidad para latitudes medias y bajas. Se observa que en las aguas superficiales la salinidad es mucho mayor que en las aguas profundas. A profundidades mayores que 2.000 metros la concentración es bastante homogénea, existiendo de todas maneras ligeras variaciones entre masas de aguas profundas según su origen. La zona de interés para las captaciones de agua de mar son las primeras decenas de metros medidos desde la superficie.

Captación de agua de mar La temperatura. La temperatura, al igual que la salinidad, es una propiedad conservativa del agua de mar, es decir, sus valores solo pueden ser alterados por procesos de mezcla. La temperatura en la superficie del océano es función de la radiación solar que recibe y de la fracción que es reflejada. La distribución vertical de la temperatura es anatérmica, es decir, las aguas más calientes se encuentran sobre las más frías. En general, en un corte esquemático vertical, la masa de agua se puede estructurar térmicamente en dos capas homogéneas con una zona de transición entre ambas capas.

Captación de agua de mar La densidad. La densidad del agua de mar está estrechamente relacionada con la temperatura y la salinidad. La salinidad disminuye cuando la temperatura se eleva debido a la dilatación térmica del agua y aumenta por el peso de las sales disueltas. La densidad del océano varía aproximadamente entre 1,024 gr/cm3 (1024kg/m3) y 1,030 gr/cm3 (1030kg/m3), y en general aumenta con la profundidad dentro de un estrecho rango de variación. Comparativamente, es la propiedad menos relevante desde el punto de vista de las captaciones del agua de mar.

Interacción del sistema de captación con la biota marina Dos aspectos deben considerarse respecto a la interacción del sistema de captación con el ecosistema marino: El impacto ambiental de las obras en la biota marina, y los problemas de funcionamiento que pueden ocasionar obstrucciones de organismos marinos en las tuberías del sistema de captación. Peces y otros organismos de tamaño similar pueden ser capturados en las cámaras de captación, pudiendo al mismo tiempo dañar el sistema. Los moluscos por su parte pueden causar pérdidas de carga si es que frecuentan las tuberías de acceso, mientras que las algas y flora marina en general pueden afectar el ingreso del agua al sistema de captación porque pueden adherirse y proliferar en la cámara de succión, afectando y reduciendo el área de ingreso de agua.

Interacción del sistema de captación con la biota marina Los principales problemas que se deben considerar en el diseño son: Colisión: Se produce cuando un pez u otro organismo marino queda atascado en la rejilla de la cámara de succión del sistema de captación, debido a que la velocidad del organismo marino es menor a la velocidad de succión. A pesar de que el pez no entra la tubería ni a los componentes del sistema de captación, queda atrapado y no puede nadar. La fuerza del agua que entra a la cámara de succión está directamente relacionada con la cantidad de agua y la “velocidad de succión. Esta velocidad debe ser lo suficientemente baja como para que los peces pueden nadar lejos de la cámara y no ser atrapados. Arrastre por succión: Es cuando los organismos que son más pequeños, como las larvas de los peces u organismos como el zooplancton y fitoplancton, son succionados a través de las ranuras de las rejillas de la cámara de succión. Estos organismos flotan en las corrientes del océano y pueden ingresar a la tubería y al sistema de captación. La probabilidad de arrastre por succión de los organismos está relacionada con la separación entre las barras y la “velocidad de succión” del agua. Si un organismo es más grande que el tamaño de la ranura generalmente no será arrastrado. Mientras más lenta sea la “velocidad de succión” del agua en relación con las corrientes del ambiente alrededor de la cámara de succión, es menos probable que un organismo que se encuentre a unos kilómetros de la cámara de succión pueda acercarse y ser arrastrado.

Interacción del sistema de captación con la biota marina Impacto del hábitat: El impacto ambiental a la biota marina incluye la alteración del fondo marino y el ambiente oceánico durante la construcción del sistema de captación y efectos de largo plazo. La captación y transporte de agua de mar para la planta desalinizadora, se realiza por medio de un sistema conformado principalmente por 2 tuberías de HDPE (1.600 mm de diámetro), cuyos extremos están insertos en una estructura de hormigón de 8 m de altura, y una estación de captación y bombeo de agua de mar. El agua de mar ingresa a la estructura de hormigón con la misma velocidad de la corriente marina. La estructura de hormigón cuenta con barras (tamices) gruesas en los cuatro lados de los muros a objeto de disminuir los sólidos que ingresan al sistema de captación y facilitar la salida de especies marinas que pudiesen ingresar a través de ellos.

Interacción del sistema de captación con la biota marina

Interacción del sistema de captación con la biota marina

Interacción del sistema de captación con la biota marina

Interacción del sistema de captación con la biota marina El agua de mar ingresada, es impulsada hasta la etapa de pretratamiento por bombas centrífugas verticales, cuyos motores estarán a una determinada cota sobre el nivel del mar para evitar cualquier daño en caso de marejadas o mareas extremas. Se consideran inspecciones periódicas de la estructura de captación y actividades de limpieza para permitir el ingreso normal del agua de mar de acuerdo a los parámetros de diseño. De igual forma, las tuberías de transporte de agua de mar también son inspeccionadas periódicamente con el objeto de identificar posibles roturas y efectuar las reparaciones pertinentes. Adicionalmente, en el sistema de captación se agrega periódicamente hipoclorito de sodio (concentración aproximada de 7 mg/l) para ayudar a mantener la limpieza de las tuberías que deben permanecer libres de capas de microorganismos.

Composición química del agua de mar Para poder realizar el diseño de una planta desalinizadora de agua de mar es necesario poseer los datos de la composición química de esta, ya que es utilizada para poder determinar la cantidad de reactivos (reactantes) que se deben agregar durante el proceso. En la tabla siguiente muestra la composición química estimada del agua de mar. Es importante mencionar que no hay una tabla universal de la composición química del agua de mar, ya que la composición química de esta varía dependiendo de su ubicación geográfica.

Pretratamiento del agua de mar Previo a que el agua de mar pase al sistema de osmosis inversa, ésta debe ser acondicionada con un pretratamiento químico, donde se adicionan reactivos como ácido sulfúrico para regular el pH, cloruro férrico (FeCl3) como floculante y poli electrolitos estabilizantes de los flóculos. El sistema de pretratamiento está diseñado para proporcionar agua al sistema de osmosis inversa con una turbidez inferior a 0,1 unidades nefelométricas de turbidez (NTU) y está compuesto por los siguientes procesos:

NOTA: Desinfección (NaClO) hipoclorito de sodio

•

Coagulación – floculación (FeCl3) cloruro férrico o cloruro de hierro – (organicos)

•

Metabisulfito Sódico (Na2S2O5) se convierte (NaHSO3) bisulfito sódico, neutraliza el Cloro pasivándolo y protege el desgaste de los filtros

•

Regulación pH (H2SO4 y NaOH) acido sulfúrico y hidróxido de sodio (soda caustica)

• Antiincrustantes (PermaTreat PC-191T)

Pretratamiento del agua de mar Cloración Los pretratamientos con mayor utilización son la Cloración, que es un proceso para desinfectar el agua por medio de la aplicación de cloro o derivados de este. Es uno de los procesos con mayor utilización dentro de los tratamientos de agua, ya que elimina una gran gama de patógenos (bacterias y microorganismos), además de ser uno de los procesos más baratos y fácil de implementar. Además de lograr la destrucción de patógenos, también sirve para eliminar sólidos minerales y orgánicos no deseados. En este grupo se encuentran las sustancias que provocan olores y sabores desagradables en el agua. Este proceso no debe de sobrepasar ciertos valores de la concentración de cloro, además de ser necesario, debe de pasar por un proceso de decloración para eliminar el excedente de este. Uno de los derivados que es utilizado con mayor frecuencia es el Hipoclorito Sódico (NaClO). Posteriormente previo a que el agua de mar pase al sistema de osmosis inversa, ésta debe ser acondicionada con un pretratamiento químico, donde se adicionan reactivos como ácido sulfúrico para regular el pH, cloruro férrico (FeCl3) como floculante y polielectrolitos estabilizantes de los flóculos.

Pretratamiento del agua de mar Coagulación y mezcla La coagulación es un paso crucial en el proceso de pretratamiento, ya que permite iniciar la formación de partículas más grandes (flóculos) que puede ser removido fácilmente por filtración en un medio granular. Se utiliza cloruro férrico (FeCl3) como coagulante inorgánico primario. A causa de la alta capacidad tampón del agua de mar, el FeCl3 por sí sólo no bajará el pH lo suficiente como para optimizar el proceso de coagulación. Por lo tanto, se agregará ácido sulfúrico (H 2SO4) al 98% para ajustar el pH al nivel necesario para lograr una buena formación de flóculos.

Pretratamiento del agua de mar Floculación La floculación es un proceso que hace posible que los coagulantes formen largos y estables flóculos controlando la intensidad con que las partículas son mezcladas. El sistema de floculación posee agitadores mecánicos que permiten el mezclado de los productos adicionados y la formación de flóculos.

Primera etapa de filtración y flotación por aire disuelto (FAD) Primeramente, el agua de mar clarificada proveniente de la etapa de floculación es bombeada a un sistema de filtros dual de arena-antracita, con el fin de retirar los flóculos de sólidos residuales formados al adicionar el coagulante en la etapa de pretratamiento.

Pretratamiento del agua de mar Filtros de arena bicapa El lavado de los filtros o retrolavado se realiza con agua salada de descarga y posteriormente la etapa de maduración, con agua filtrada. El agua de lavado se dispondrá temporalmente en un estanque de descarga, desde donde será enviada al mar a través del emisario submarino en conjunto con el agua salada de descarga. Después de pasar por los filtros duales, el agua ingresa a la unidad FAD por un sistema de distribución sumergido que fluye en forma descendente a través de la unidad en contracorriente. Por este mismo sistema, fluyen micro burbujas que suben hacia la superficie. La tecnología FAD funciona produciendo una corriente de burbujas microfinas que se adhieren a los sólidos en suspensión elevándolos a la superficie, donde pueden ser eliminados por un mecanismo de barrido superficial. Las microburbujas son generadas en las boquillas del sistema de distribución de aire disuelto ubicado sobre el lecho filtrante dual. Las partículas floculadas son capturadas por las microburbujas y elevadas a la superficie formando una capa de lodo flotante. La capa de lodo flotante es removida periódicamente con agua proveniente del estanque de recirculación la que será trasladada a un sistema de tratamiento de lodos.

Pretratamiento del agua de mar Segunda etapa de filtración Posterior al sistema FAD y a la primera etapa de filtración, las aguas fluirán a una segunda etapa de filtración. Estos módulos corresponden a filtros convencionales rellenos de antracita y arena, similares a los de la primera etapa de filtración, pero que no cuentan con equipos FAD asociados. Esta segunda etapa facilitará la eliminación de sólidos en suspensión que hayan sobrepasado el proceso anterior, para que posteriormente el agua pase al proceso de osmosis inversa. Antes de entrar a la segunda etapa de filtración se adicionará nuevamente cloruro férrico (FeCl3) al agua y se agitará por medio de mezcladores estáticos; esto resulta fundamental para lograr la calidad de agua de alimentación requerida para el tratamiento de osmosis inversa. Luego de pasar por el sistema de filtros de la segunda etapa, el agua resultante se acumula en un estanque de recolección que proporcionará la succión apropiada para las bombas de alimentación de las membranas de osmosis inversa y las bombas del sistema de recuperación de energía (ERS). Desde este estanque el agua será bombeada a través de un sistema de filtros de cartucho, el que tiene la función de proteger las membranas que componen el sistema de osmosis inversa; aquí se retendrán aquellas partículas del agua con diámetro superior a 5 um que hayan sobrepasado a los 2 sistemas convencionales de filtración anteriormente aplicados. El agua filtrada por los cartuchos será enviada mediante bombas de alta presión al proceso de osmosis inversa.

Proceso de Osmosis Inversa Osmosis El fenómeno de la osmosis ocurre cuando, a través de una membrana semipermeable, el agua fluye desde la solución de menor salinidad hasta otra de mayor concentración salina. Es un fenómeno que tiene lugar en diversos procesos naturales como, por ejemplo, en la entrada de agua a través de la membrana celular de los seres vivos. Según una regla fundamental de la naturaleza, este sistema intentará alcanzar el equilibrio, es decir, intentará alcanzar la misma concentración a ambos lados de la membrana. El flujo de agua desde la solución más diluida hacia la más concentrada se detendrá cuando se alcance 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.

Proceso de Osmosis Inversa En este dispositivo, se comprueba que existe una tendencia natural a que el disolvente fluya, a través de la membrana, desde el recipiente donde se encuentra puro hacia el que contiene la disolución. A esta tendencia natural, se va poniendo la presión hidrostática que se regenera sobre el recipiente en que se encuentra la solución, y que en definitiva va frenando el paso del solvente, adquiere un valor constante significa que se ha establecido el equilibrio. A esta presión se le llama presión osmótica y se representan por π. Mediante esta magnitud es posible estudiar los aspectos cuantitativos de la osmosis.

Proceso de Osmosis Inversa Osmosis Inversa Un sistema de ósmosis inversa simplificado está formado por una o varias bombas que alimentan el agua procedente del pretratamiento, al bastidor donde se encuentran las cajas de presión que alojan las membranas y un conjunto de tuberías que constituyen la línea de evacuación del concentrado y la línea de permeado para su postratamiento. En la osmosis inversa el agua salina se hace pasar previamente por una batería de filtros de arena y cartuchos (pretratamiento), y por membranas semipermeables con el fin de filtrar contaminantes como: metales pesados, exceso de sales, microorganismos, sustancias tóxicas, etc. El resultado final del proceso es la obtención, como hemos comentado, de agua de gran calidad y de un sabor similar a la embotellada. La osmosis inversa es un procedimiento de retención de contaminantes y de tratamiento químico bacteriológico que garantiza la obtención de agua de máxima calidad para el consumo humano o animal, pudiendo utilizarse también para otras aplicaciones como el riego a partir de aguas residuales.

Proceso de Osmosis Inversa Osmosis Inversa Se trata de una tecnología basada en el fenómeno que se produce en dos líquidos separados por una membrana semipermeable: el agua del lado de menos concentración pasa al de más de concentración hasta que dichas concentraciones se igualan. El motivo de este equilibrio es la diferente presión que se establece en un lado u otro de la membrana. Los sistemas de osmosis inversa utilizan ese fenómeno de manera inversa, aplicando un sistema de presión superior al osmótico y de sentido contrario, lo que provoca que sea el agua pura de mayor concentración la que pase hacia el lado de menor concentración. Es un proceso no espontáneo, nace producto de comprobar la reversibilidad del fenómeno natural de osmosis. Es decir, ahora se trata de que el disolvente agua fluya desde la disolución de mayor concentración hacia la de concentración menor, esto se logra aplicando a la disolución más concentrada, una presión superior a la presión osmótica. En el proceso de osmosis inversa, se le aplica presión a la solución que tiene más alta concentración de sales y así se fuerza un caudal inverso a través de la membrana semipermeable

Proceso de Osmosis Inversa En el proceso de osmosis inversa, se le aplica presión a la solución que tiene más alta concentración de sales y así se fuerza un caudal inverso a través de la membrana semipermeable En este proceso para el tratamiento de agua, de gran eficacia, seguridad y bajo mantenimiento, juegan un papel fundamental los filtros de osmosis, cuyo funcionamiento y tipología explicamos a continuación. Si se aplica una presión mayor que la presión osmótica en el lado de mayor concentración de la membrana, la dirección normal del flujo osmótico se invierte, el agua pura pasa por la membrana desde la solución concentrada y se separa así de sus contaminantes. Este es el principio básico de la osmosis inversa (en ocasiones denominada hiperfiltración).

Proceso de Osmosis Inversa En la práctica, el agua de alimentación se bombea a un bastidor, que es un recipiente de presión que contiene una espiral o un conjunto de fibras huecas de membranas semipermeables. El agua purificada pasa por la membrana para formar el ‘permeado’. Los contaminantes se acumulan en el agua residual, denominada ‘concentrado’, que se purga continuamente hasta su vaciado. La última generación de membranas de material compuesto de película fina de poliamida para ósmosis inversa, que han sustituido a las primeras membranas de celulosa, elimina aproximadamente el 9598% de iones inorgánicos, junto con prácticamente todos los contaminantes no iónicos de mayor tamaño y moléculas orgánicas con un peso molecular mayor que 100. Los gases disueltos no se eliminan. La presión osmótica es la presión resultante del movimiento de solvente hacia una solución más concentrada, cuando los compartimientos que las contienen están separados por una membrana semipermeable.

Proceso de Osmosis Inversa

Equilibrio osmótico es cuando no existe intercambio neto de soluto entre las diferentes partes de la misma. Si la disolución se encuentra rodeada por una membrana, el equilibrio se alcanza cuando la presión exterior (generalmente la presión atmosférica) se iguala a la presión que el disolvente ejerce sobre la membrana.

Proceso de Osmosis Inversa Los equipos de Osmosis Inversa son de régimen continuo, donde los parámetros de operación permiten trabajar con disoluciones de concentrado cercanas al Kps (constante de solubilidad) de la sal menos soluble, generalmente CaCO3 y CaSO4.

Proceso de Osmosis Inversa Factores de funcionamiento Los principales factores que intervienen en el funcionamiento de una planta de Osmosis Inversa son los siguientes: Presión Temperatura Calidad del agua cruda Conversión

Proceso de Osmosis Inversa Presión: Tiene una relación directa con el flujo a través de la membrana (producto) y el grado de retención de sales de la misma. Con el incremento de esta variable aumentan ambos parámetros, hasta los límites permisibles de diseño. Temperatura: La temperatura es un punto muy importante en el diseño de una planta de osmosis inversa. Su incremento tiene efecto sobre el caudal y la calidad del producto. Para una configuración y un caudal predeterminados la calidad del agua producto varía directamente con la temperatura. A mayor temperatura mayor contenido salino en el producto.

Proceso de Osmosis Inversa Calidad del agua cruda: El agua cruda presenta un contenido de sales variable según su procedencia. La presión osmótica es función del tipo y concentración de las sales presentes. Una alta concentración requerirá en consecuencia un mayor esfuerzo en la separación, es decir una mayor presión de operación. Conversión-Producción: Es la relación porcentual del caudal de agua permeada, respecto del caudal alimentado. El aumento de ésta representa un mayor aprovechamiento del agua a costa de una mayor concentración de sales en el rechazo.

Reactivos Químicos Un reactivo químico es toda sustancia que interactuando con otra (también reactivo) en una reacción química da lugar a otras sustancias de propiedades, características y conformación

distinta, denominadas productos de reacción o simplemente productos. La mayoría de productos comerciales utilizados en plantas desaladoras contienen cantidades variables de uno o de mezclas de los productos anteriormente citados.

El cálculo de reactivos o la cantidad de reactivos a adicionar en una planta, depende del análisis del agua a tratar y las condiciones de operación de la instalación, como caudales, presión de trabajo, temperatura, pH y conversión.

Reactivos Químicos Los productos que se utilizan normalmente en los procesos de pretratamientos químicos son los siguientes:

Desinfección (NaClO) hipoclorito de sodio Coagulación – floculación (FeCl3) cloruro férrico o cloruro de hierro

Reducción de oxidante (NaHSO3) bisulfito sódico (también llamado sulfito ácido de sodio, sal monosódica de ácido sulfuroso o hidrógeno sulfito sódico Regulación pH (H2SO4 – NaOH) acido sulfúrico y hidróxido de sodio (soda caustica) Antiincrustantes (PermaTreat PC-191T)

Reactivos Químicos En una planta desaladora el uso de sustancias químicas es inevitable garantizando un rendimiento y funcionamiento adecuado de los equipos y procesos.

Los principales reactivos e insumos que se utilizan en la operación, corresponden a la adición de productos para acondicionar las aguas en la Planta Desalinizadora.

Estos reactivos son almacenados en instalaciones especialmente diseñadas para tales efectos y considerarán sistemas de contención secundaria, con canaletas perimetrales y bombas para recolección de eventuales derrames.

Los reactivos necesarios y la cantidad de los mismos para el correcto funcionamiento de la planta, se

explican a continuación:

Reactivos Químicos Hipoclorito sódico (NaClO)

También conocido como hipoclorito sódico o lejía cuando es diluido en agua, este compuesto químico de fórmula NaClO se caracteriza por ser inestable y un oxidante potente. Puede encontrarse en forma líquida o como anhidro, tiene un olor penetrante y su color es verde amarillento. No debe confundirse con el cloro tradicional. Una dosificación inicial de hipoclorito sódico se realiza en el inmisario submarino con el objetivo de realizar una primera desinfección y eliminar la materia orgánica e interrumpir los posibles desarrollos bacteriológicos que

puedan dañar tanto los equipos como las bombas o las conducciones de impulsión a planta. Para ello se realizará un tratamiento mediante choques de 5 ppm.

En planta, se realiza una dosificación en continuo por cada tren en el agua de captación o alimentación, para eliminar y reducir los riesgos derivados de la presencia de microorganismos que puedan ensuciar las membranas,

con la consecuente pérdida de rendimiento de la instalación. En este caso al ser la dosificación en continuo es de 0,5 ppm.

Reactivos Químicos Cloruro férrico (FeCl3) El cloruro férrico o cloruro de hierro es un compuesto químico de fórmula FeCl3 que tiene diversos usos en múltiples industrias. Sin embargo, alrededor del 60% de cloruro de hierro que se fabrica es utilizado para el tratamiento de aguas residuales o de consumo humano debido a que es un excelente agente floculante. Aunque es soluble en disolventes orgánicos, con el agua reacciona exotérmicamente, liberando calor y puede ser sumamente corrosivo. El resultado de esta reacción es utilizado como coagulante en el tratamiento de aguas residuales, potables y para el grabado químico en la industria electrónica. El objetivo de la coagulación es la desestabilización eléctrica de los coloides y la reagrupación de éstos y de las pequeñas partículas existentes en el agua, de manera que se facilite su posterior separación. Éstos coloides y pequeñas partículas son los responsables en gran medida de la turbidez, color, sabor y olor del agua, pudiendo venir de fuentes minerales, orgánicas o de microorganismos. El proceso consiste en la adición de cargas positivas a los coloides, que los desestabilizan eléctricamente y se creen unas fuerzas de atracción mayores a las de repulsión, de forma que se reagrupen y se genere una aglomeración de partículas de más fácil separación. El coagulante a utilizar en la planta será el Cloruro Férrico (FeCl3). Con el objetivo de anular cargas y favorecer la aglomeración de partículas para una mayor facilidad de eliminación en los filtros de anillas y ultrafiltración, se realiza una dosificación de 4 ppm en continuo. La reacción básica que se produce es la siguiente: Fe3+ + 3H2O ↔ Fe(OH)3 + 3H+ HCO3- + H+ ↔ H2O + CO2

Reactivos Químicos Ácido sulfúrico (H2SO4)

El ácido sulfúrico es un material liquido altamente corrosivo y muy toxico que puede ser muy peligroso cuando no se lo maneja de la forma adecuada. Este ácido, es un líquido incoloro a temperatura ambiente, tiene un olor picante, penetrante y es altamente corrosivo. En las instalaciones de ósmosis inversa, la adición de ácido sulfúrico para regular el pH tiene varios objetivos; evitar la precipitación del carbonato cálcico (Ca2CO3) en las membranas, ya que la solubilidad de esta sal disminuye al aumentar el pH y mejora la actividad de reactivos de coagulación y desinfección. Aunque el agua de mar suele mantener un pH bastante regular, la adición de ácido sulfúrico se dimensiona por motivos de seguridad y ante una posible variación de pH, por si se produjese un cambio brusco e inesperado que obligase a regularlo de manera excepcional. Se realiza una dosificación de choque de 20 ppm.

Reactivos Químicos Bisulfito sódico (Na2S2O3)

El agua producto tras el primer pretratamiento químico (la cloración del agua con hipoclorito sódico), y después de pasar por los filtros de cartucho y la ultrafiltración, está todavía contiene cloro residual que debe ser eliminado antes de su paso por las membranas de ósmosis, ya que, dicho oxidante degradaría irreversiblemente las membranas. Para llevar a cabo la decloración y poder preservar la integridad de las membranas se utilizará un producto químico reductor, que en este caso es el Metabisulfito sódico (Na2S2O5), producto sólido que se disocia en el agua formando Bisulfito Sódico (NaHSO3) según la reacción que se muestra a continuación:

Na2S2O5 + H2O ↔ 2 HSO3- + 2 Na+ 2 HSO3- + 2 Na+ ↔ 2 NaHSO3

Metabisulfito sódico

Reactivos Químicos Hidróxido de sodio (NaOH)

El hidróxido de sodio, también conocido como soda cáustica, es un producto químico que se presenta en estado sólido o estado líquido, en algunas ocasiones es de aspecto cristalino blanco e incoloro o con apariencia transparente similar al agua. De acuerdo en el estado que se presente su característica física se deben tener en cuenta diferentes recomendaciones. Es importante saber que, aunque se encuentre dentro de la venta de productos químicos comunes en el mercado, posee propiedades corrosivas y peligrosas que se deben tener en cuenta en el momento de usarlo. En instalaciones con un segundo paso de ósmosis será necesario una corrección de pH a la entrada de éste. Para ello se dosifica hidróxido sódico, la función de este compuesto es incrementar el pH del agua de entrada al segundo paso de ósmosis para facilitar la disociación del boro aumentando así su rechazo en las membranas de ósmosis inversa. Se realiza una dosificación de choque de 7 ppm.

Reactivos Químicos Anti inscrustante Durante los procesos de osmosis inversa, los equipos de potabilización y tratamiento deben estar limpios y libres de incrustaciones para mantener la calidad del agua, ahí entra en juego el antiincrustante que es utilizado para prevenir las incrustaciones que se generan principalmente por las sales naturales que se forman en el agua. En los sistemas de ósmosis existen riesgos de precipitación de sales que pueden reducir el rendimiento de la instalación. Cuando la concentración de una sal supera su solubilidad esta puede precipitar y atascar las membranas de ósmosis. El proceso se inicia con núcleos de cristales, los cuales catalizan la formación de más cristales sobre su superficie, alcanzando un tamaño suficiente como para acabar precipitando. Los compuestos que habitualmente provocan precipitación de sales son: carbonatos de calcio y magnesio, sulfatos de calcio, bario y estroncio, fosfato de calcio, fluoruro cálcico, sílice y óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. Los antiincrustantes son muy efectivos previniendo el ensuciamiento de las membranas debido a la formación de incrustación de cristales de sales, usados en pequeñas dosis detienen el proceso de precipitación al inhibir el crecimiento de estos cristales. Su principal función es la de mejorar la solubilidad de algunas sales y revenir su precipitación.

Reactivos Químicos El mecanismo de actuación consiste en que los antiincrustantes son absorbidos en el plano de formación de los cristales de sal, impidiendo el crecimiento de los mismos y evitando la atracción de más iones desde la solución sobresaturada hacia la superficie

del cristal. De esta forma, los cristales no alcanzan el tamaño suficiente como para acabar precipitando. Se dosificará un dispersante cuya acción es impedir la formación de redes cristalinas, manteniendo a los iones en dispersión y permitiendo sobrepasar el límite de solubilidad de dichas sales. Se realizará una dosificación en continuo de 1 ppm antes de cada paso de ósmosis. El producto más utilizado es el PermaTreat PC-191T que es un inhibidor altamente efectivo cuyos componentes activos fueron desarrollados específicamente para el tratamiento de sistemas de ósmosis inversa. Este compuesto presenta un excelente rendimiento contra los siguientes compuestos incrustantes: carbonato de calcio, sulfato de calcio, sulfato de bario, sulfato de estroncio, fluoruro de calcio, sílice y hierro. La incrustación de compuesto, con la consiguiente obstrucción de las membranas de ósmosis inversa, reduce el rendimiento del sistema y da lugar a la sustitución prematura de las membranas. La precipitación de estos compuestos que se acumulan en las membranas de ósmosis inversa, conduce a una mala calidad y baja producción de permeado, paradas no programadas, el aumento del consumo de agua y el aumento de los costos de energía.