Tratamiento VSEP de Rechazo de Osmosis desde el agua salobre

Tratamiento VSEP de Rechazo de Osmosis desde el agua salobre

Artículo Técnico Tratamiento VSEP de Rechazo de Osmosis desde el agua salobre subterránea Una comparación de Métodos del Tratamiento Convencionales y los de VSEP, un Sistema de Filtración por Membranas Vibratorias. Greg Johnson, Larry Stowell, Michele Monroe New Logic Research, Incorporated 1295 67th Street, Emeryville, CA 94608 Presentado: 2006 Conferencia El Paso desalinización, días 15‐17 de Marzo de 2006, El Paso Texas Palabras clave: Membrana, Ensuciamiento, Escala mineral, Límites de solubilidad, Ósmosis Inversa, Filtración. RESUMEN Los sistemas espirales convencionales de membranas con membranas de osmosis inversa o nanofiltración Nota: Se llama agua salobre al agua que tiene están siendo cada vez mas utilizados para tratar el más sal disuelta que el agua dulce, pero menos que el agua de mar. Técnicamente, se considera agua agua salobre subterránea para complementar los salobre la que posee entre 0,5 y 30 gramos de sal suministros de agua potable. Muchas de las restantes por litro, expresados más frecuentemente como de aguas subterráneas son procedentes de fuentes de 0,5 a 30 partes por mil. El agua salobre es típica de aguas “salobre,” donde los sólidos disueltos pueden los estuarios y resulta de la mezcla del agua llegar a ser 5,000 mg/L o incluso mayor. del río correspondiente con el agua del mar. También se encuentra agua salobre de Uno de los difíciles aspectos técnicos de la tecnología origen fósil en ciertos acuíferos asociados con rocas de la membrana en espiral es el tratamiento de la salinas.
salmuera concentrada sobrante del proceso. New Logic Research, Emeryville (California), ha desarrollado y fabrica un nuevo sistema de filtración por membranas vibratorias propio, que no está limitado por la solubilidad de sales solubles racionadamente, y es capaz de lograr altas recuperaciones de agua tratada de la salmuera. El uso del mecanismo de la membrana vibratoria, para evitar el ensuciamiento de la membrana coloidal, es nuevo y es precisamente la mejora necesaria para incrementar el rendimiento del filtrado de agua salobre subterránea. La tecnología del proceso realzado de cizalla vibratorio (VSEP por sus siglas en inglés), ha sido instalada en otras zonas de tratamiento de aguas superficiales, para la fabricación de agua ultra pura, y también se utiliza en fábricas para tratar las aguas residuales rechazadas de otros sistemas de membrana, para ayudar clasificarse como una planta con ninguna descarga liquida. Se han llevado a cabo recientes pruebas pilotos utilizando la tecnología de VSEP para examinar su uso en la filtración del agua salobre subterránea, y para reducir el volumen rechazado de otros sistemas de membrana en espiral. Esta estrategia extendería el uso de la tecnología VSEP para comercializar el agua bebida municipal, además del proceso químico y la Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP fabricación de mercados, donde la tecnología ha sido utilizada durante muchos años. Este artículo debatirá los resultados de la reciente prueba piloto de VSEP, y luego hacerá comparaciones entre la utilización de VSEP y otros métodos de eliminación de rechazo de salmuera, empleados y considerados actualmente. Información de fondo sobre el suministro de agua Con una población en ascenso y fuentes de agua volviéndose más solicitadas, los expertos se enfocan cada vez más en el uso y reuso del agua. Todos los usuarios del agua, la industria, la agricultura, y el uso domesitico, están compitiendo por el más preciado recurso natural. Muchos en el sudoeste de Estados Unidos están viendo espectaculares tasas de crecimiento demográfico, mientras que los niveles restantes de población, en el Norte y Noreste son bastante estables. El problema es que las poblaciones están aumentando en zonas del país con los suministros de agua más limitados. Por ejemplo: el departamento gubernamental del Censo de Estados Unidos estima que la población de Arizona se duplicará en los próximos 25 años. Claramente, hay una necesidad para las mejoras de equipo y de la capacidad adicional. La Oficina de Agua de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) del EE.UU, estimó recientemente el capital necesario en los próximos 20 años para mejoras de ambos el agua y los aguas residuales, llega a casi 500 mil millones de dólares (EPA, El Agua Limpia y Análisis de Agua Potable Gap, 2002). Estas estimaciones no están ajustadas a los términos de inflación y valor corriente. La EPA atribuye estos costes a las mejorías de las plantas de tratamiento y la infraestructura, que están obsoletas, más estrictas a las normas de agua potable y aguas residuales, al gasto creciente y controversia asociada con cada vez más expensas y controversia relacionada con los proyectos de mejora de capital. Durante el decenio de 1970 y 1980, la EPA proporcionó más de 60 mil millones de dólares para los proyectos públicos de construcción de tratamiento de aguas residuales, a través del Programa de Subvenciones de Construcción. La “Ley del Agua Pura” (CWA) de 1987, cambió el Programa de Subvenciones de Construcción mediante una enmienda a la CWA, la concesión del programa finalizó en 1990. Bajo el nuevo procedimiento, la EPA inició el Fondo de Estado Rotatorio (SRF). Mediante del SRF, la EPA proporciona los fondos necesarios para el funcionamiento de un negocio a los estados, que a su vez ofrecen préstamos a bajo interés a las comunidades locales para proyectos municipales. El efecto neto es que, aunque los distritos municipales reciben préstamos de bajos costos, ahora deben pagar por el 100% de capital de los proyectos de mejora. Bajo el Programa de Subvenciones de Construcción, la EPA pagó alrededor de la mitad de esos gastos directamente. Ahora que las empresas de servicios públicos del agua local son los responsables del 100% del costo de los proyectos de capital, la construcción de grandes mega proyectos, tales como presas y grandes acueductos, estarán restringidos en gran medida. Frente a infraestructura envejecida y la limitada capacidad actual, los distritos municipales de agua están trabajando sobre las formas de optimizar los sistemas existentes y complementar las fuentes convencionales de agua potable, utilizando relativamente pequeños proyectos de capital. Cada vez más, las aguas subterráneas están siendo utilizadas como fuente de agua cruda, para su distribución a los municipios del mercado de Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP agua. Estos relativamente pequeños proyectos de capital puede aplicarse rápidamente para complementar los suministros de agua, y el costo de estos proyectos está más en línea con lo que los distritos de agua local son capaces de manejar. Plantas desalinizadoras de Texas Actualmente hay unas 100 plantas de desalinización de agua salobre en Texas. La mayoría utilizan agua subterránea salobre, pero aproximadamente uno de cada seis utiliza agua superficial salobre. No hay plantas de desalinización de agua de mar actualmente en Texas. La salida de flujo de agua tratada de estas plantas totales es de 6,246 m3/hora (39.6 millones de galones al día). De este logro, se produce un flujo de desecho de 1656 m3/hora (10.5 millones de galones al día) es, que deben de ser eliminados. Aunque se trata de una gran cantidad, esto es mucho menor que la suma total de agua producida de la perforación petrolífera desechas ya cada día en Texas. Tratamiento de Agua Subterránea La mayoría del agua subterránea y las aguas superficiales contienen cantidades variables de sólidos suspendidos, incluyendo sedimento, arcilla, bacterias y virus. Además, se pueden contener muchos sólidos nocivos disueltos, como el arsénico. Es necesario eliminar éstos, antes de su distribución a la producción nacional o consumidor industrial. Los sólidos suspendidos no sólo afectan a la aceptabilidad estética del agua; también interfieren en los procesos convencionales de desinfección, utilizando cloro. Los principales procesos de tratamiento utilizados para eliminar estos sólidos suspendidos son la sedimentación y la filtración. En el caso de aguas salobres, que contienen grandes cantidades de sólidos disueltos, la filtración por membrana debe ser utilizada. En muchas plantas que tratan aguas superficiales o aguas subterráneas, hay un embalse de pre‐sedimentación antes del tratamiento. El embalse permite que partículas grandes se asienten al fondo, así mismo provee un colchón de volumen contra cambios en la calidad del agua. A continuación, se utilizan los filtros de arena rápidos o filtros de multimedia para el pretratamiento del sistema de membrana en espiral. Éstos pueden eliminar la mayoría de los sólidos suspendidos, pero no se puede retirar cantidades apreciables de partículas coloidales o del tamaño de sub‐micron, sin pretratamiento (tratamiento previo) químico. Aunque estos pueden actuar como un filtro inicial, los efluentes de filtros medios pueden ser tan coloreados o turbios como el agua entrante. Posterior a la filtración media, generalmente se realiza algún pretratamiento químico para optimizar el sistema de membrana en espiral. Por último, un sistema de membrana de ósmosis inversa es utilizado para filtrar el agua y suministrar agua potable. A menudo, esta agua se mezcla con otras fuentes de agua dulce, para conseguir un sabor aceptable. Normas de sanidad de la EPA
Carbono Orgánico Total (COT) 5.0 mg/L
Normas del agua Arsénico 0.010 mg/L
Bario
2.0 mg/L
Se mantiene controlado el agua para cumplir con los limites Cadmio
0.005 mg/L
aceptables de muchos productos químicos y organismos dañinos. El Cromo 0.1 mg/L
ajuste de las normas es un proceso continuo, como más se aprende Cianuro
0.2 mg/L
sobre los posibles efectos nocivos de diversos componentes. Además Fluoruro 2.0 mg/L
0.015 mg/L
de la vigilancia de los riesgos de salud, la calidad del agua es Plomo 0.001 mg/L
controlada por una finalidad de estética y operacional. Por ejemplo: Mercurio Selenio
0.05mg/L
agua alta en niveles sulfato, mientras no sean tóxicas, pueden tener 0.1 mg/L
un efecto laxante. Agua alto en hierro puede conducir a endurecer y Uranio 0.002 mg/L
manchar en el lavado. Agua alta en orgánicos puede tener un sabor Vinilo Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP impuro. Recientes fatalidades de microorganismos tóxicos han reanudado una revisión de las normas, cuando se trata de la vigilancia y tratamiento para prevenir que las bacterias dañinas entren en la red de distribución. La siguiente lista resume algunos de los ingredientes indeseables al agua potable. Arsénico ‐ Arsénico está presente en niveles muy bajos en todas las aguas superficiales. Es un químico natural en los yacimientos minerales y pasará a través de un proceso natural de disolución sangrante hacia dentro de las vías navegables. El arsénico es un carcinógeno, y debe ser controlado en fuentes de agua potable. Cromo ‐ Cromo Trivalente es el natural estado de cromo y no es considerado tóxico. Sin embargo, naturalmente el cromo puede ser oxidado en agua cruda a la forma más tóxica de cromo hexavalente. Otras fuentes de cromo hexavalente son de la pintura y del revestimiento de aguas residuales, que puede contaminar las vías navegables. El Cianuro ‐ El cuerpo humano desintoxica pequeñas cantidades de cianuro. Letales efectos tóxicos puede ocurrir si los niveles están por encima de ciertos límites, y el mecanismo de desintoxicación está abrumado. La cloración normalmente es suficiente para oxidar cianuro, y reducirlo de forma apropiada a niveles bajos. Selenio ‐ Selenio es un oligoelemento esencial para el consumo humano. Exactamente los efectos tóxicos de ella no son conocidos y su interacción en el cuerpo humano es muy compleja. Con el fin de brindar un factor de seguridad, los niveles de selenio son controlados en el agua potable para que la excesiva exposición de selenio no se produzca. Uranio – la formación natural de uranio es como la Ion Uranilo, UO2. El uranio, aunque es radioactivo, es en realidad más grave en forma de un toxina en el riñón. En altos niveles suficientes, puede causar un daño permanente al riñón. Filtración por membranas del agua potable Se instaló el primer filtro de arena para aclarar el agua potable en Paisley, Escocia en 1804. Desde entonces algunos avances han sido realizados en diseño de filtro de arena, y en el uso de la coagulación previo a la filtración. Sin embargo, el concepto básico ha permanecido el mismo durante casi 200 años. Ha habido una tendencia en los últimos años hacia el uso de membranas poliméricas, para tratamiento de agua potable para uso doméstico e industrial. Avances significativos en la química de polímero en los últimos 20 años y la utilización de membranas es más ampliamente aceptado. Además de la membrana en sí, avances significativos han ocurrido con respecto al sistema de suministro. Están apareciendo nuevas tecnologías todo el tiempo y los sistemas de membrana ahora ofrecen una opción competitiva eficaz al método de tratamiento. Hay cuatro tipos básicos de membranas, basados en el tamaño de poro o las características rechazadas. Microfiltración (MF) es medio más abierto, con poros de tamaños de 0.1 micrones y más grande. Membranas de Ultrafiltración (UF) tienen poros que van en tamaño de 0.005 micrones a 0.1 micrones. Estos son típicamente valorados según el mínimo nominal de peso molecular y tamaño que la membrana rechazará. Esta gama de membranas UF es de 2,000 MWCO (peso molecular cortado) a 250,000 MWCO. Membranas de Nanofiltración (NF) y de Osmosis Inversa (OI) no tienen poros como tal y trabajan por Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP difusión. La carga de iones y el tamaño desempeñan un papel en el permeado mediante la membrana. Iones monovalentes pasarán más libremente que iones polivalentes o iones bivalentes. Las membranas de NF están destinadas a concentrar iones multivalentes, donde como el OI eliminará iones monovalentes. Con el propósito de filtrar agua no‐salobre, la microfiltración generalmente es suficientemente. Existe una correlación entre tamaño de poro y rendimiento. Generalmente, cuanto mayor el poro, mayor el fluido a través del área de la membrana. Desde entonces, porque la filtración de agua no‐salobre requiere la retirada de limo, partículas en suspensión, bacterias y otros microorganismos, normalmente se utiliza un Microfiltro. Este tipo de filtro proporcionará el mayor rendimiento y mejor economía para un determinado caudal. Si la fuente de agua es especialmente coloreada o turbia o si el sabor es un problema, se puede utilizar la Ultrafiltración, que tiene poros más pequeños que la Microfiltración. Las membranas UF pueden eliminar muy pequeña materia orgánica, sustancias húmicas, e incluso virus. Las membranas UF pueden mejorar el color, sabor y olor del agua potable. En el caso de la filtración del agua embotellada o agua salobre, se utilizan membranas más apretadas, incluidas Nano‐filtración y Osmosis Inversa. En el caso de agua salobre, membranas de MF o UF no reducirán los altos niveles de sólidos disueltos y no podrán rendir un filtrado que cumple con las normas de agua potable. “Agua salobre” es un término que abarca una gama muy amplia de calidad del agua. Agua salobre puede tener desde 1000 ppm a 10,000 ppm de total de sólidos disueltos (TSD), pero cuando el nivel de TSD es por encima de 10,000 ppm, se la considera agua salina. Por eso, la membrana más apropiada para el agua salobre depende de la concentración de TSD. Para aguas ligeramente salobres, (1,000 a 3,000 ppm), la nanofiltración produciría probablemente una calidad de agua aceptable. Para un agua salobre de alto nivel, (>3,000 ppm), probablemente se requiere membranas de osmosis inversa, como en el caso de la desalinización de agua de mar. Tecnología de la Membrana El tratamiento avanzado utilizando membranas para agua potable es cada vez más popular. Aunque su uso en generar agua potable tiene una larga historia, mejorías en las membranas conducen a la creciente aceptación y mejor economía global. Las membranas son singularmente capaces del control preciso de los niveles de contaminantes. Las NF y OI pueden ser utilizadas para eliminar diversos grados de sólidos disueltos, cumpliendo con las normas de calidad estrictas del agua potable. La mayoría de las membranas utilizadas hoy está hecha de materiales poliméricos, incluso: poliamida, polisulfuro, celulosa regenerada, kynar (PVDF) y Teflón® (PTFE). Los poros de la mayoría de las membranas poliméricas son tan pequeños que no pueden verse, incluso con un microscopio electrónico de barrido. Los tamaños de los poros se determinarán por cómo de bien la membrana rechace partículas de un tamaño conocido. La membrana por sí misma permite que el agua atraviese los poros físicos o atraviese la matriz de polímero, y no permite pasar ni las moléculas de mayor tamaño ni los sólidos suspendidos. La selección de la membrana adecuada depende de la separación necesaria o requerida. Limitaciones de las Membranas Convencionales El ensuciamiento y la desoxidación de la membrana pueden aumentar significativamente el costo de un sistema de membrana, y a la vez reducir su fiabilidad. Como resultado del ensuciamiento, el complicado pretratamiento es utilizado por delante de la mayoría de los sistemas de membrana, y los límites de solubilidad de diversos componentes son vigilados. La concentración de estos componentes es controlada para que el límite de solubilidad no sea superado, causando depósitos de materiales coloidales y el ascenso de mineral en el sistema. El resultado final es que el porcentaje de recuperación de agua filtrada estará limitado por la solubilidad de sales solubles y el sílice. Esta limitación ha sido la causa de una gran cantidad Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP de desarrollo reciente en la ciencia de la membrana. Varios enfoques se han utilizado para tratar de minimizar los efectos del ensuciamiento. Los químicos de polímero están desarrollando muchas membranas nuevas, que permite un nivel bajo de ensuciamiento. Se utilizan varias técnicas como alterando el potencial Zeta o la cantidad de carga iónica de la superficie de la membrana. Otro método es de modificar el potencial termodinámico de la superficie de la membrana, por utilizar materiales bajos en energía de la superficie. Estos materiales reducen la energía libre química, a cambio de la absorción de los ensuciadores. Otros desarrollos han centrado en ofrecer a los ensuciadores potenciales un sitio alternativo para su atracción química, o en limitar su índice de depósito. Estos métodos garantizan que los ensuciadores son utilizados o diluidos en su efecto, y así no suponen una amenaza a la membrana. Ejemplos de éstos son antiincrustante, que pueden ser compuestos orgánicos con sulfonato, fosfonato, o grupos funcionales de carboxílico. También se utilizan los agentes quelantes, los cuales secuestran y neutralizan un ensuciador particular, especialmente metales. Se puede utilizar el carbono, alumbre, y las zeolitas aditivos. Estos ofrecen enormes áreas superficiales cargados con sitios de formación de núcleos, adecuados para la absorción o cristalización que acontecen espontáneamente en niveles relativamente bajos de solubilidad. Más a menudo, el sistema óptimo de membrana empleará varias de estas técnicas con el fin de combatir o evitar el ensuciamiento. Por ejemplo: los sistemas de membrana de flujo cruzado utilizarán pretratamiento del agua alimentada, utilizando una bolsa de filtro de 5.0μm, seguida por un cartucho de filtro de 1.0μm. Entonces el sistema utilizará una membrana de “ensuciamiento bajo”, con superficie química ventajosa. Un antiincrustante será dosificado a la alimentación para separar cualquier potencial ensuciador. Y, por último, el cruce de flujo agresivo es utilizado para mantener la membrana limpia. Este es un proceso de tratamiento adecuado mientras el agua de alimentación esté dentro de criterios determinados, incluso: LSI (Índice de saturación langolier), SDI (Índice de densidad de limo), las concentraciones de sales solubles con moderación y otros coloides suspendidos. Sales poco solubles Aún con todas estas herramientas, la recuperación de estos sistemas se puede limitar a niveles bajos. Esto resulta en un gran volumen de rechazo de salmuera, que debe de ser tratada o eliminada. Los minerales que se precipitarán y se ensuciarán los sistemas convencionales de membrana mientras salen de solución son compuestos predominantemente de iones metálicos divalentes. Metales monovalentes, como el sodio y el potasio, son casi completamente soluble, considerando que, en presencia de sulfato, fosfato o carbonato, iones divalente como el calcio, hierro, magnesio, bario, estroncio, radio, berilio, plomo, y silicio son casi insolubles. Cuando se aplica presión y la filtración de osmosis inversa ocurre, se esforzar por la membrana el agua casi pura cambiando ambos el equilibrio y la concentración desde solutos a solventes. Si este proceso continúa hasta que la solución alcanza su límite de solubilidad, el depósito es probable que ocurra. Una vez que el depósito ha comenzado en sitios de nucleación (formación de núcleos) apropiados, entonces cuanto más agua se retira más materiales depositados se crean. Esto continuará, ya que el sistema tratará de mantener la concentración de solución derretida por debajo del límite de solubilidad. Si se elimina el agua por filtración, pero no en cantidad suficiente para alcanzar el límite de solubilidad de la solución derretida, no se producirá ni ascenso o depósito. Un primer método utilizado durante filtración convencional es Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP recuperar el agua desde el sistema hasta el punto donde los límites de solubilidad no son alcanzados. El segundo método es de utilizar antiincrustantes que tampoco inhiben el crecimiento de cristales o secuestra los reactivos, y de esa manera reduce la concentración. Se han creado programas de software para calcular los límites de solubilidad sobre la base de valores de alimentación conocidas. Una vez que introduzca los valores de alimentación, el programa se calculará la solubilidad, y luego instruirá al usuario sobre los más altos valores de recuperación aceptables para el funcionamiento sostenible del sistema. Formas comunes de escala mineral
Carbonato cálcico Sulfato cálcico
Fosfato cálcico Fosfato cálcico
Sulfato de estroncio Hidróxido de hierro
Dióxido de silicio (Sílice)
Calcular el porcentaje de recuperación y los límites de solubilidad Los sistemas convencionales de membrana tienen normas estrictas para la composición del agua de alimentación para minimizar el problema potencial del escala mineral y/o el depósito de iones poco solubles. Materiales insolubles depositados como escala mineral puede contaminar u obstaculizar las membranas de flujo cruzado rápidamente. Estos deben de ser controlados a fin de que el sistema funcione adecuadamente. Se miden los niveles de reactivos para asegurar que ellos seguirán siendo solubles durante el proceso de filtración. Estos límites pueden ser superados en cierta medida si se usa el antiincrustante para consumir reactivos o para inhibir y bloquear el crecimiento de la escala. Por ejemplo: El agua subterránea debe ser tratada utilizando membranas para la purificación. El agua contiene 30 ppm de sílice disuelto (SiO2). El límite de solubilidad de sílice puede ser de 120 ppm, dependiendo del pH y la temperatura. Para averiguar cuánta agua pura puede ser extraída mediante filtración antes del límite de solubilidad de sílice alcanzada las ecuaciones, se puede utilizar los siguientes cálculos: 120 ppm (Ksp) ÷ 30 ppm = 4 La sílice puede ser reducida en volumen por un factor de 4, antes de que se alcance el límite de solubilidad. 100% ÷ 4 = 25% El volumen de líquido puede reducirse en un 75%, de manera que un volumen de concentrado del 25% es retirado hasta el punto de que el límite de solubilidad ha sido alcanzado. Esto también es conocido como un 75% de recuperación. Porque cerca del límite de solubilidad existe una región de mestatabilidad donde el depósito puede ocurrir antes del límite de solubilidad, si condiciones favorables existen, algunos factores de seguridad deben ser utilizados. Ligeras variaciones de temperatura, presión y pH pueden cambiar el punto de solubilidad y provocar un inesperado ascenso. Por esta razón, sistemas de membranas convencionales no operan al límite de solubilidad, sino que operan a un nivel mucho más bajo, o se usan los antiincrustantes para asegurar un adecuado factor de seguridad. En el ejemplo de arriba, con 30 ppm de sílice, la operación segura para sistemas de membrana convencionales sería del 50% de recuperación, sin pretratamiento, o suma del 75% de recuperación con a antiincrustante. Si contenido de la sílice en el agua cruda fue de 100 ppm, el agua casi no sería tratable utilizando sólo membranas convencionales. La desmineralización del agua debe ser utilizada para reducir la dureza y el contenido mineral a niveles suficientemente bajos, antes de la entrada en el sistema de membrana. Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP Cuando la escala mineral ocurre en un sistema de membrana, se forman coloides de las sales minerales insolubles. Mientras que alguna escala puede ocurrir en la membrana en sí, la mayoría se producirá en otros lugares más eficientes, y luego se convertirán en coloides suspendidos, los cuales actuarán como cualquier otro sólido en suspensión durante el proceso de filtración. Membranas convencionales están sujetas al ensuciamiento coloidal, mientras materia en suspensión puede ser polarizada en la superficie de la membrana y obstruir la filtración. El flujo cruzado es utilizado para reducir los efectos de la concentración en la polarización. El principal problema con la escala mineral para los sistemas de membrana es que el proceso introduce una gran cantidad de potenciales ensuciadores en el sistema, que puede reducir el flujo. Al igual que las membranas convencionales tienen límites sobre TSD, debido a los límites de solubilidad de los diversos componentes, también tienen límites de TSS, así el ensuciamiento coloidal ocurrirá si estos niveles son también altos. Ventajas VSEP VSEP emplea vibración de torsión de la superficie de la membrana, la cual crea alta energía de cizalla en la superficie de la membrana. El resultado es que el ensuciamiento coloidal y la polarización de la membrana, debido a la concentración de los materiales rechazados, son muy reducidos. Porque se evite el ensuciamiento coloidal debido a la vibración, no es necesario el uso de pretratamiento para evitar la formación de escala. Además, el índice de rendimiento de VSEP son 5‐15 veces superiores en términos de LMH (litros por metro cuadrado por hora), en comparación con otros tipos de sistemas de membrana. La oleada de cizallamiento sinusoidal se propaga desde la superficie de la membrana, que actúa para sujetar las partículas suspendidas encima de la superficie de la membrana, permitiendo el libre transporte del medio líquido a través de la membrana. Comparación de la dinámica de fluidos entre VSEP y filtración convencional de flujo cruzado El sistema de membrana VSEP consiste en un tipo de construcción “placa vertical” donde la hoja de la membrana se amontona por centenares una encima de la otra. Esto resulte en una huella horizontal muy pequeña; se contiene hasta 182m2 (2000 pies cuadrados) de la membrana figura en un módulo VSEP, con una huella de sólo 122cm por 122cm (4 x 4 pies). VSEP emplea la oscilación en torsión a una velocidad de 50 Hz en la superficie de la membrana para inhibir la polarización por difusión coloides suspendidos. Este es un método muy eficaz de repulsión coloidal Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP porque las oleadas de cizallamiento sinusoidal de la superficie de la membrana ayudan a repeler las partículas próximas. El resultado es que los sólidos suspendidos se mantienen en suspensión flotando encima de la membrana, como una capa paralela, donde pueden ser arrastrados por la corriente por un suave flujo de cruce tangencial. Este proceso de arrastre por la corriente ocurre en equilibrio. La presión y el ratio de filtración determinarán el espesor y la masa de la capa suspendida. Las partículas de coloides suspendidas serán arrastrados por flujo cruzado, y al mismo tiempo nuevas partículas llegarán. La eliminación y el ratio de llegada serán diferentes al principio, hasta que se alcance la paridad y el sistema está en un estado de equilibrio con respecto a la capa del límite. Esta capa es permeable y no se adjunta a la membrana, pero en realidad está suspendido por encima de ella. En VSEP, esta capa actúa como un sitio de nucleación para la escala mineral. Debajo de los sólidos suspendidos revoloteando, el agua tiene un claro acceso a la superficie de la membrana. La escala mineral que se deposita actuará en la misma forma como cualquier otra partícula coloidal que llega. Si se forman demasiadas incrustaciones coloides, se extraerán para mantener el equilibrio de la capa del límite. Como lo han documentado por otros estudios, VSEP no se limita cuando se trata de concentraciones de TSS, como sí están los sistemas de membranas convencionales. Los sistemas de membranas convencionales podrían desarrollar cubiertas de coloides, que crecerían lo suficiente para bloquear la membrana convencional. En VSEP, no importa cuántos coloides llegan a la superficie de la membrana, hay un número igual rechazado mientras la capa del limite es limitada en su tamaño y no puede crecer lo suficientemente como para bloquear completamente el sistema. De hecho, VSEP es capaz de filtrar cualquier solución líquida mientras siga siendo un líquido. En cierto punto, como se elimina el agua o el disolvente, la solución alcanzará un punto de gel. Esta es la limitación de la concentración de VSEP. En el sistema de membrana VSEP, el incrustaciones aparecerán en los líquidos a granel y se convertirán en coloideo suspendido adicional. Otra ventaja significativa es que la vibración y oscilación de la superficie de la membrana en sí inhibe la formación de cristales. El desplazamiento lateral de la membrana ayuda a disminuir la energía de la superficie disponible para la nucleación. La energía libre está disponible en perturbaciones y no en características uniformes de la interfase líquido/sólido. Con el movimiento de la membrana, de una parte a otra, a una velocidad de 50 veces por segundo, cualquier valles, picos, cordilleras, o cualquier otro micro imperfecciones se hacen más uniformes y menos prominentes. Con una superficie más suave y uniforme, menos energía libre está disponible para la cristalización. En ausencia de cualquier otro sitio de nucleación, esto conduciría a una solución súper‐saturada. En realidad, lo que pasa Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP es que la nucleación ocurre primero y, ante todo, en otros sitios de nucleación no estando en la membrana, la cual presenta condiciones mucho más favorables para la nucleación. Cristales y escala también toman tiempo para formarse. El objetivo en movimiento de la superficie de la membrana no permite suficiente tiempo para su germinación y desarrollo. Los sólidos en el líquido a granel presentan sitios de nucleación mucho más favorables. Visto que, con membranas convencionales estáticas, la formación de escala sobre la membrana es posible porque, sin el movimiento de la membrana en si, la escala tiene mucho tiempo para desarrollarse y crecer. Otra característica de VSEP es que la filtración ocurre en un ratio dramáticamente más alto por m2 que con membranas convencionales, debido a la suspensión de coloides encima de la membrana. Los estudios han demostrado hasta tanto en 15 veces mejora en el ratio de flujo por área de membrana. El resultado de lo cual es que se requiere tanto como un quinceavo del área de la membrana para hacer el mismo trabajo como una membrana convencional de flujo cruzado. Esto resulte en una filtración rápida y en una reducción en la duración del viaje de las aguas de alimentación sobre la superficie de la membrana por tanto como 15 veces. Esto significa que hay mucho menos tiempo para la formación de escala y cristales dentro del sistema de la membrana. La formación de cristales es una función de tiempo, especialmente con respecto a la sílice, que es muy lento para crecer. Es mucho más probable que la escala mineral se forme en los puntos de nucleación de alta energía y no en la membrana. Porque VSEP no está limitado por la solubilidad de los minerales ni por la presencia de coloides suspendidos, puede ser utilizado como cristalizador o concentrador de salmuera, y es capaz de recuperaciones muy altas del filtrado. La única limitación afrontada por VSEP es la presión osmótica una vez que los iones disueltos alcanzan niveles muy elevados. La presión osmótica es lo que determinará la posible recuperación con un sistema VSEP. Pruebas de validación New Logic ha puesto a prueba varios proyectos, en los que el objetivo consistía en reducir el volumen rechazado desde un sistema de membrana en espiral OI. Esta sección ilustrará el rendimiento de las pruebas pilotos realizadas recientemente, todas relacionadas con la concentración de salmuera de con altos niveles de TSD. El primer ejemplo no es un caso de rechazo del sistema espiral, sino que es un caso en que VSEP trata agua salina de una producción petrolífera, conocida como agua producida. Este caso de prueba ilustra la capacidad del sistema VSEP. New Logic realizó pruebas pilotos in situ durante varios meses, en una producción petrolífera en California Central. El objetivo era tratar el agua de los pozos de petróleo utilizando la ósmosis inversa, para que el agua tratada pudiera ser re‐inyectada en los acuíferos de agua potable para la estabilización de presión. C om ponen te: Cloruro
Sulfato
Nitrato
TSD
Boro
Sodio
A lim entació n in icial 3285 mg/L
304 mg/L
4 mg/L
7314 mg/L
23.4 mg /L
2900 mg/L
P erm eado VSEP 628 mg/L
25 mg/L
0 mg/L
1617 mg/L
5.4 mg/L
614 mg/L
P erm eado en espiral 11 mg/L
0 mg/L
0 mg/L
51 mg/L
0.39 mg /L
25 mg/L
Límite descarga 127 mg/L
127 mg/L
4.3 mg/L
510 mg/L
0.64 mg /L
85 mg/L
Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP Se satisficieron los resultados, en relación con el objetivo primordial de generar permeado de una calidad que alcance los objetivos para las re‐inyecciones al acuífero. El agua tratada estaba muy alta en cloruros y, debido a los muy bajos límites para su descarga, se requerían dos etapas de filtración OI. En este caso, VSEP OI fue utilizado como una etapa primaria con el filtrado de OI siendo pulido en una 2ª etapa utilizando un sistema convencional en espiral. El siguiente cuadro muestra los resultados analíticos de estas pruebas. Esta prueba ilustra la capacidad de VSEP para tratar el agua que es muy alto en TSD y en otros componentes incrustantes. De hecho, en este caso, la sílice, los carbonatos, y los sulfatos se encontraban en saturación con respecto a solubilidad. VSEP para rechazo del agua salobre desde un actual sistema en espiral New Logic realizó recientes pruebas pilotos sobre el rechazo desde un sistema de membrana instalado en el Sur de California. El objetivo primordial era de tratar el agua rechazada para reducir al mínimo el rechazo de la planta acuática. El resultado es que los costes de la eliminación se reducirán y el rendimiento de agua potable podría ser mayor. Los principales objetivos fueron de alcanzar los límites de color, COT, y otros materiales orgánicos relacionados con el sabor. El cliente había probado anteriormente otros sistemas de membrana de ultrafiltración para tratar este rechazo, y los resultados fueron pobres respecto al ratio de flujo y la recuperación. El propósito de esta prueba fue de ver cómo VSEP podría actuar adecuadamente comparado con los sistemas convencionales de membrana UF. Porque VSEP no está limitado por la solubilidad, y porque cumplir con las normas primordiales del agua potable sería un beneficio, se utilizó una estrecha membrana de nanofiltración. El filtrado de la planta actual y el sistema concentrador de 2ª etapa de VSEP serían combinados, así que, por tanto, la más alta que sea la calidad del agua del VSEP, la mayor flexibilidad existiría cuando se trata de combinación. Después de la exploración de varias membranas de nanofiltracion, una membrana NF con un rechazo de 90% de NaCl, fue elegida para estudios adicionales. Se realizaron estudios de la concentración y el flujo vs. el tiempo, con resultados excelentes. Durante un estudio de la concentración, el sistema se puso en marcha primero en modo de "Re‐circulación" y también se ajustó a la presión óptima y a la temperatura esperada del proceso. El sistema se ejecutaba durante unas horas para verificar que el flujo era estable y el sistema había alcanzado el equilibrio. Entonces, el permeado fue desviado a un recipiente aparte, para convertir al modo “Batch” (por lotes). El ratio de flujo del permeado fue medido a intervalos cronometrados, para determinar el ratio de flujo producido por el sistema, a varias concentraciones. El siguiente cuadro muestra el rendimiento durante el estudio de la concentración: Ratio de Flujo Medio Ratio de Flujo Inicial Ratio de Flujo Final Presión
110.8 LMH
(65.2 gfd)
245.7 LMH
(144.5 gfd)
19.5 LMH
(11.5 gfd)
31 bares
(450psi)
Sólidos Iniciales
Sólidos Finales
% de Recuperacion
0.30%
11.80%
98.80%
Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP Según los datos, se determinó que fue adecuada la membrana NF, porque suministró un alto y estable ratio de flujo del permeado, sin sólidos o color en el permeado. También cumplió con los objetivos del proceso para % de recuperación, y demostró buen rendimiento con el transcurso del tiempo. En este caso, el máximo % de recuperación alcanzado fue del 98,8 %, que arrojó un flujo promedio de 110,8 LMH (65,2 GFD). El siguiente cuadro muestra los resultados finales de las pruebas: Membrana
Alimentacion Inicial
Sólidos Totales
0.30%
Conductividad
1,570µS
pH
868.00%
Volumen
100.00%
Permeado Final
0.00%
145.4µS
8.98
98.90%
Concentrado Final
11.80%
44,900µS
9.35
1.20%
Los resultados superaron las expectativas, como el VSEP fue capaz de producir más del 98% de recuperación de agua tratada. Además, el cliente había probado otros sistemas de membranas de UF, que tuvo índices de flujo de alrededor de 34 LMH (20 GFD). VSEP, utilizando una membrana NF más ajustada, pudo lograr un muy alto índice de flujo de 110,5 LMH (65 GFD). El siguiente cuadro muestra los resultados analíticos completos de muestras recogidas durante las pruebas pilotos. El propósito de estas pruebas fue de confirmar el cumplimiento de las normas sobre agua potable Primaria y Secundaria EPA, relacionadas con el respeto a las cuestiones de sanidad y estética. Resultados analiticos del tratamiento VSEP de rechazo OI
Limite de Alimentacion
Permeado
Rechazo
EPA (mg/L) VSEP (mg/L) VSEP (mg/L) VSEP (mg/L)
Aluminio 0.050
0.600
ND
27.550
Arsenio 0.010
0.008
ND
0.253
Bario 2.000
0.120
ND
5.706
Cadmio 0.005
ND
ND
Calcio 0.000
45.000
ND
2235.000
Cromo 0.100
0.038
ND
1.557
Cobre 1.000
0.029
ND
1.107
Hierro 0.300
2.300
ND
112.550
Plomo 0.015
ND
ND
Magnesio
0.000
3.200
ND
147.750
Selenio 0.050
0.008
ND
0.302
Plata 0.100
ND
ND
Zinc 5.000
0.180
ND
8.510
Cianuro
0.200
ND
ND
Sílice 0.000
23.000
5.300
890.300
Cloruro
250.000
50.000
8.300
2093.300
Fluoruro 2.000
1.500
0.200
65.200
Sulfato 250.000
120.000
1.800
5911.800
Total sólidos 500.000
2340.000
82.000 112982.000
Color
15 unidades
13000.000
ND
- Analizado
Con el uso de VSEP para tratar el rechazo actual desde el sistema NF instalado, este cliente será capaz de lograr el 99% de recuperación de agua tratada, dejando sólo el 1% del volumen para ser eliminado como rechazo. El siguiente es un proceso esquemático del diseño final del sistema. Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP Otras Instalaciones VSEP VSEP trata el agua del río New Logic instaló su Proceso Realzado de Cizalla Vibratoria (VSEP) en julio de 1997, en una de las principales fábricas internacionales de discos electrónicos, en la Isla de Hokkaido al Norte de Japón. El sistema VSEP es utilizado para el tratamiento de agua del río, para la producción de agua ultra pura en esta instalación. El sistema VSEP utiliza una membrana modular de ultrafiltración y es capaz de tratar el agua del río a fin de eliminar o reducir sustancias orgánicas (húmicas), color, turbiedad, consumo de permanganato y hierro total, debajo de los límites requeridos. La aplicación de la tecnología de la membrana VSEP para tratar el agua del río para la producción de agua ultra pura, en la instalación de fabricación de disco electrónico, se consideró para ser una atractiva alternativa económica a la tecnología de tratamiento convencional del agua a través del filtro de arena. La concentración de agua bruta del río abarca entre 5 y 10 mg/L de TSS. El permeado del VSEP tiene menos de 1 mg/L TSS. VSEP también redujo el color, de 67 colores por unidades a <1 color por unidad, desde 2 NTU de turbiedad en <0.1 NTU, y de 0.1 mg/L Hierro a <0.05 mg/L de Hierro total. Estudio de caso de agua potable comercial New Logic ha instalado un sistema de filtración que trata casi 3785 m3/día (1 millón de galones por día) de agua en una importante empresa embotelladora. El filtrado de este sistema es purificada y desinfectada, utilizando una membrana de Ultrafiltración, y entonces se envía al proceso de embotellamiento, donde se convierte en un producto de consumo. En este caso, la mejora de la estética fue la meta, debido a un gran número de quejas del sabor. La reducción de COT, que causa el mal sabor, ha sido reducida eficazmente por el uso de una membrana UF de 30,000 mwco. Otro beneficio de la filtración es la casi completa eliminación de todas las bacterias y otros microorganismos. Normalmente, la microfiltración alcance un alto rendimiento por metro cúbico de membrana, pero en este caso, la reducción de COT necesitó la utilización de una membrana UF. El diseño del sistema previo consistió en un filtro multimedia, alimentando un filtro de carbono. El funcionamiento normal involucró frecuentes recargas o eliminaciones del carbono. Además, la calidad del agua dio lugar a numerosas quejas Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP del sabor. La adición de VSEP al proceso mejora el sabor, reduce COT, y permite a los filtros de carbono a ejecutar sin problemas. New Logic ha completado varias instalaciones del agua superficial, utilizando este sistema de membrana vibratoria para el tratamiento de producir agua ultra pura. Los resultados han demostrado muchas ventajas de esta nueva tecnología de membrana en comparación con los métodos de tratamiento convencionales. Comparaciones de los métodos de tratamiento de la salmuera Hay muchos métodos de tratamiento que son usados actualmente para la eliminación de agua salobre del rechazo OI. Algunos de estos métodos incluyen: • Estanque de evaporación • Inyección de fluido subterráneo • Eliminación en el mar • Reclamas de uso para la industria o el riego • Combinación con descarga POTW • Métodos avanzados de evaporización térmica El método de tratamiento seleccionado variará dependiendo de las condiciones del sitio. Por ejemplo, si una parte puede tomar el rechazo de agua y beneficiarse de ella, esta sería la solución más fácil. Sin embargo, dispuestos receptores puede ser difícil de encontrar. La eliminación en el mar sólo sería posible cercano a la costa. Esta opción no está disponible en lugares como El Paso. Incluso si la eliminación en el mar fue considerada, algunos límites de evacuación se aplicarían, y no podrían satisfacerse sin tratamiento adicional. Ningún método de tratamiento encaja en todos los escenarios, sin embargo, cuanto más volumen de rechazo puede ser reducido, existen mejores opciones para su eliminación final. Las principales opciones para la eliminación de rechazo de salmuera se muestran a continuación. Estanques de evaporación – el uso de estanque de evaporación o estanque solar se limita a regiones donde la tasa de evaporación supera la precipitación anual. Plantas de desalinización ubicados en las zonas áridas como el sudoeste de Estados Unidos podría considerar tales métodos de tratamiento. El diseño del estanque de evaporación debería incluir forros, fugas, vigilancia y precisa cálculos de calibrado. El cálculo del calibre puede ser complicado, así varios factores deben ser evaluados, incluida afluencia tasa, precipitación anual, y las tasas de evaporación. Suficiente sobrante debe ser suministrado. El costo de la construcción puede variar un poco dependiendo del terreno y condiciones del sitio. Una vez instalado, los costos del funcionamiento reales son relativamente pequeños, sin embargo, un costo que se suele pasar por alto es el cierre del estanque al final de la vida. Inyección de fluido subterráneo‐ se utiliza para fluidos residuales muy difíciles de tratar. Sin embargo, la opción de inyección de fluido subterráneo es limitada por la geología fundamental. Cualquier descarga subterránea debe ser protegida contra la mezcla con los acuíferos de suministro de agua potable. El proceso de autorización también puede ser largo y arduo. A menudo, la inyección de fluido subterráneo es un último recurso, ya que es más difícil y larga en el tiempo que otros métodos de eliminación. Los gastos de eliminación de fluidos, como la mostrada a la derecha, son en su mayoría referidas a permitir, perforar, y logística. Muy a menudo, los lugares de eliminación de Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP fluido no están en la misma zona que el suministro de agua potable. Esto significa que el rechazo de salmuera necesitaría ser canalizado y bombeado decenas de millas a un lugar adecuado, con formaciones de rocas porosas. Otro factor es que en muchas zonas de los Estados Unidos, pozos de petróleo se están volviendo reducidos. Tales pozos agotados son candidatos para la eliminación de fluidos. Hay algunos gastos implicados a convertir el pozo en un pozo de eliminación, pero en general hay ahorro de costos si los pozos existentes pueden utilizarse para este propósito. Métodos avanzados de evaporación térmica – Los métodos de evaporación térmica incluyen concentradores de salmuera y cristalizadores. Los concentradores de salmuera se utilizan ampliamente para aplicaciones de aguas residuales y emplean un evaporador de película descendente con recomprensión mecánica del vapor. Una vez iniciada, los gastos de funcionamiento son manejables. La recomprensión mecánica del vapor proporciona gran parte de la energía térmica necesaria. El sistema debe ser protegido contra la desoxidación y el ensuciamiento de las superficies del intercambiador de calor. Estos sistemas son capaces de llegar hasta el 15% del total de sólidos en la mezcla final de salmuera. Los cristalizadores dependen de la evaporación térmica de los sólidos disueltos. Mientras que el agua está lanzada, los sólidos comenzarán a cristalizarse en la unidad y luego son purgados para su eliminación. Membranas vibrantes como una opción para el tratamiento de salmuera Con las nuevas reglamentaciones como parte de la Ley de Agua Limpia (Clean Water Act) y con el advenimiento de las nuevas tecnologías para abordar este problema, muchos servicios municipales están reevaluando sus métodos actuales. Uno de los nuevos desarrollos incluye el nuevo revestimiento del canal abierto y el tipo de sistemas de filtración por membranas poliméricas. Hay varios tipos, incluyendo el VSEP (Proceso Realzado de Cizalla Vibratorio) hechas por New Logic Research de Emeryville, California. La competencia y los avances científicos han reducido considerablemente el costo de los sistemas de membrana, haciéndolos más atractivos para tratar una variedad de aguas residuales. Previamente, la ósmosis inversa no era apropiada debido a sus límites solubilidad. Ahora, con esta limitación retirada gracias al flujo de canales abiertos como en los módulos de membrana VSEP, membranas OI ofrecen una excelente alternativa para aumentar el rendimiento global del agua potable y reducir el volumen de rechazo. Las membranas OI de VSEP pueden utilizarse en paralelo y en serie para manejar cualquier flujo y producir casi cualquier calidad de agua necesitada. El sistema de filtración VSEP incorpora un diseño compacto y modular. Debido a que el diseño básico es vertical más que horizontal, la superficie útil necesitada por unidad es intrínsecamente inferior a otros tipos de sistemas de deshidratación. Aunque el VSEP requiere hasta 5,1 metros (17´) en distancia al techo, en la mayoría de las aplicaciones industriales la distancia al techo es amplia, y la superficie útil es limitada. Los beneficios del diseño compacto de VSEP: 1] Fácil de añadir a un sistema existente para mejorar el rendimiento 2] Puede ser instalado en las zonas donde el espacio es escaso 3] Es fácilmente transportable y puede ser trasladado de planta a planta 4] Puede ser instalado como sistema de múltiples etapas o como única etapa 5] Puede ser “escalonado” a cualquier número de cualquier proceso de demanda de flujo Muy a menudo la superficie útil está tan limitada, o el sistema que se diseña es tan grande que requiere la construcción de una estructura independiente para acomodar el sistema de tratamiento. En esos casos, el hecho de que las unidades de VSEP son verticales y compactas, puede ser capaz de encajarse en una zona actual de la construcción o reduce los costes de construcción por requerir menor espacio. Los costes de la construcción pueden sumar de 80 dólares a 120 dólares/pie cuadrado (0,3 metros cuadrados) para nuevos Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP edificios industriales, y son una estimación en el momento del cálculo en conjunto de costo de un sistema completo. Además de las limitaciones de espacio para los componentes mecánicos, el área del filtro actual ha sido diseñada de tal forma que sea extremadamente compacta y con poco consumo eléctrico. En el modelo más extenso, el paquete de filtros contiene 185,8 metros cuadrados (2000 pies cuadrados) de superficie de membrana, sobre el tamaño del tamaño medio de una habitación. Estos 185,8 m2 de membrana se han instalado en un recipiente con un volumen de 0,4m3 (15 pies cúbicos). En el caso del tratamiento de rechazo de salobre OI, los principales beneficios son la producción de agua tratada incrementada y la reducción del volumen de rechazo para la eliminación. En el caso de prueba demostrada anteriormente, sólo 0,67m3/hora (3 gpm) de rechazo se omitirían desde el inicio, 136m3/hora (600 gpm) de flujo de alimentación para la planta de tratamiento. El volumen de rechazo sería de 34m3/hora (150 gpm), sin el VSEP. Desde entonces, el costo de descarga cero dependerá de la eliminación final de salmuera, la reducción del volumen de rechazo es fundamental. Condiciones del Proceso VSEP Un proceso esquemático para el proyecto propuesto, relacionado con el caso de prueba antes descrita, se muestra en la siguiente página. Cuando se añade un sistema de VSEP como una segunda etapa, el agua subterránea es alimentada a través del filtro multi‐media, y entonces se ajusta el pH del agua y se agrega el antiincrustante. El agua es entonces alimentada por un sistema de membrana en espiral a un ritmo de 136m3/hora (600 gpm). El sistema en espiral produce 102m3/hora (450 gpm) de agua tratada y 34m3/hora (150 gpm) de rechazo de salmuera. Este rechazo de salmuera sería entonces enviado al sistema de tratamiento VSEP a un ritmo de 34m3/hora (150 gpm) y una presión de 31 bares (450 psig). Las unidades de VSEP de escala industrial, utilizando membranas de nano‐filtración, están instaladas para tratar el flujo de rechazo en espiral. El flujo de rechazo final después de VSEP de 0,67m3/hora (3 gpm) sería descargado a un estanque de evaporación o por cualquier otro método de eliminación. VSEP genera un flujo de permeado de unos 33,7m3/hora (147 gpm), que se combina con la fase uno de filtrado desde la OI. El filtrado contiene aproximadamente 1 mg/L de sólidos suspendidos totales (TSS), y un bajo nivel de sólidos disueltos totales (TSD), todo muy por debajo de las normas para el agua potable. La selección de la membrana se basa en la compatibilidad del material, el ratio del flujo y los requisitos de la calidad del permeado. En este ejemplo, la reducción de TSS es más del 99%. Se puede controlar la calidad del permeado a través de la selección de membrana de más que 200 tipos de material de membrana. Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP Valor Económico El sistema VSEP de New Logic ofrece una estrategia alternativa para las aplicaciones de tratamiento de rechazo de OI salobre. En un solo paso de operación, VSEP proporcionará agua ultra pura y reducirá COT, TSS, TSD y color para proporcionar un filtrado de alta calidad, libre de microorganismos nocivos. La justificación para el uso del sistema de tratamiento VSEP en su proceso es decidido mediante el análisis del sistema costos y ventajas, incluso: • No requiere un gran terreno para los tanques de evaporización, como sería sin VSEP • Sistema automático requiere poca participación de operador • Huella pequeña • No requiere pretratamiento químico • Proceso no‐térmico con bajos costos de funcionamiento Concentrador
Inyección de fluido
Estanque de
Comparaciones de costos de Sistema de Filtración
operación
por Membranas VSEP Termal de Salmuera
subterráneo
evaporación
Ratio de Costos Capitales
1
7.43
11.25 3.93 [13]
Consumo Eléctrico
Consumo Químico
Reemplazo de Membranas
Operación y Mantenamiento
$0.21/1000 gal
$0.02/1000 gal
$0.21/1000 gal
$0.18/1000 gal
Costos de Operación Totales $0.45/1000 gal
$4.44/1000 gal
$0.18/1000 gal
n/a
$1.59/1000 gal
n/a
n/a
n/a
n/a
n/a
n/a
n/a
n/a
$6.21/1000 gal [12]
$1.13/1000 gal [11] $0.91/1000 gal [13]
El costo capital de VSEP y los gastos de operación mostrados arriba corresponden al caso que recientemente se probó y anteriormente descrito. Los resultados actuales de VSEP pueden variar dependiendo de la constitución de la fuente de alimentación de agua salobre. Se debe realizar pruebas pilotos para verificar el rendimiento del sistema y los el resultante costo capital y gastos de la operación. Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP Debido a la falta de necesidad del pretratamiento, la tecnología de VSEP ha demostrado ser competitivo con los sistemas convencionales de membrana en espiral, y podría incluso reemplazar el sistema en espiral completamente, dando hasta un 98% de recuperación de agua tratada. Una instalación de desalación compuesto en su totalidad de VSEP sería una alternativa muy rentable a la actual instalación de membrana convencional. Sin embargo, en los casos en que existe un sistema de membrana en espiral está funcionando, y donde la producción adicional de agua tratada es deseada, VSEP puede ser utilizada como tecnología complementaria. Frente a todos los demás métodos de eliminación de salmuera, VSEP es mucho menos costoso para obtener y operar. Conclusión Las regiones áridas de los Estados Unidos como los estados del suroeste incluso California, Arizona, Nuevo México y Texas están creciendo rápidamente en la población. Las utilidades de agua local están luchando para llegar a fuentes de agua potable económica. Se ha producido bastante investigación sobre este tema, y esta perspectiva plantea un desafío para la creatividad de los ingenieros que trabajan en el proyecto. Debido a la competencia y los avances científicos, las membranas se están convirtiendo en un método mucho más económico de proporcionar agua potable de cualquier fuente. New Logic ha sido contactado por muchos ingenieros en el suroeste, y actualmente trabaja en diversos proyectos de investigación para medir la aptitud del uso de la tecnología de VSEP, para tratar el rechazo de salmuera desde las instalaciones de desalinización del agua salobre. Los resultados iniciales son muy prometedores y merecen una consideración ulterior. La tecnología VSEP ha sido utilizada por más de una década en la industria del proceso químico. Esta oportunidad única para el tratamiento de rechazo OI desde las instalaciones de desalación llega en un momento en que la tecnología de VSEP es desarrollada, probada, y muy rentable frente a otros métodos competidores. La adición de un sistema VSEP reduciría notablemente el volumen de rechazo de salmuera que necesita eliminación. La reducción de este volumen simplifica mucho las opciones para su eliminación definitiva. En el caso de la prueba antes descrita, un estanque de evaporación sólo necesitaría estar el 2% del tamaño que estaría sin el concentrador de salmuera de VSEP. Reducir el tamaño de los estanques de evaporación no sólo reduce los costos, sino que tiene ventajas estéticas y políticas también. Además de ayudar a resolver el problema de eliminación de la salmuera, además el sistema de VSEP en la instalación de desalación actual aumentará el rendimiento de agua tratada tan alto como el 98%, tal como se indica en el caso descrito anteriormente. Referencias 1] EPA – Guidelines for Water Reuse – EPA/625/R‐04/108/ ‐ September 2004 2] EPA ‐ Water and Wastewater Pricing – EPA 832‐F‐03‐027 – December 2003 3] AWWA – Dawn of the Replacement Era – May 2001 4] U.S. Census Bureau – Interim Projections of the Total Population for the United States – April 2005 5] Douglas M Ruthven, Separation Technology, Wiley‐Interscience 1997 6] J. Mallevialle, I.H. Suffet, Influence and Removal of Oraganics in Drinking Water, Lewis Publishers 1992 7] I. Bremere, M. Kennedy, P Michel, R. Emmerick, G. Witkamp, J. Schippers, Desalinatiuon (1999) 51‐62 8] R. J. Bowell, Sulfate and Salt Minerals, Mining Environmental Management May 2000 9] R. Brian, K. Yammamoto, Y. Watanabe, Desalination Publications, ISBN 0‐86689‐060‐2, Oct 2000 10] Jean‐Philippe Nicot, Ali Chowdhury, Disposal of Brackish Water concentrate into depleted oil & gas fields 11] Robin Foldager, Economics of Desalination Concentrate Disposal Methods ‐ Fall 2003 12] Charles H. Fritz, Black & Veatch, An Economical Zero Liquid Discharge Approach, December 10‐12 2002 13] Edmund Archuleta, Desalination of Brackish Groundwater in El Paso Texas Tratamiento del rechazo de OI salobre utilizando la tecnología VSEP