El presente proyecto tiene por objeto el cálculo y diseño
de un sistema de doble paso para producir agua en la cantidad y calidad acorde
con sus necesidades.
De acuerdo con las indicaciones del cliente los caudales
de tratamiento son los siguientes:
A.- AGUA
DESIONIZADA
Caudal útil de tratamiento: 1,5 m3/hora
Hasta hace pocos años el sistema para la obtención de
agua desmineralizada de alta calidad, estaba totalmente basado en la tecnología
del intercambio iónico en la cual se utilizan reactivos químicos para la
regeneración de las resinas, provocando gran cantidad de aguas residuales
contaminantes.
Debido a la cada vez más exigente reglamentación sobre la
calidad de las aguas residuales antes de vertido, es necesario proceder al
tratamiento de los efluentes generados en la regeneración con el consiguiente
gasto que ello conlleva.
Las investigaciones se han centrado en el desarrollo de
tecnologías de tratamiento que no usen prácticamente productos químicos. La
tecnología más utilizada actualmente es la desmineralización mediante el empleo
de membranas de Osmosis Inversa (RO) pero que en función de las características
del agua a tratar y a las exigencias de calidad no es suficiente el realizar un
simple paso Osmótico siendo necesario el efectuar un doble paso osmótico como
es el caso que nos atañe.
La instalación que tenemos el gusto de proponerles, para
producir un agua en cantidad y calidad según lo indicado anteriormente, estaría
constituida por las siguientes etapas de tratamiento:
Instalación de Osmosis Inversa por:
·
Filtración de
desbaste.
·
Dosificación de
antincrustante
·
Dosificación de
reductor de oxígeno
·
Bombeo de aporte
·
Microfiltración.
·
Bombeo de alta presión
·
Rack de membranas de O.I. 1ª PASO
·
Rack de membranas de O.I. 2ª PASO
·
Sistema de flushing
·
Cuadro eléctrico
de control
Las principales características del
agua que ha servido de base para el presente estudio son las que a continuación
se relacionan:
Alcalinidad total…………………. 237 mg/l CaCO3
Calcio……………………………. 545 mg/l CaCO3
Cloro residual libre……………… < 0,1
mg/l
Cloruros………………………….. 57 mg/l
Conductividad…………………… 1309 µS/cm
DQO……………………………… < 10 mg O2/l
Dureza…………………………… 790 mg/l CaCO3
Fosfatos…………………………. < 0,2 mg/l
Hierro…………………………….. < 0,1 mg/l
Nitratos…………………………… 72,7 mg/l
pH …………………………………. 7,7
Sílice………………………………. 13,5 mg/l
Sulfatos……………………………. 545 mg/l
La instalación se ha diseñado para
producir un volumen diario de acuerdo a
sus necesidades, siendo estas las siguientes:
Parámetro
|
Rango
|
Unidades
|
|
Tiempo de producción
|
24
|
Horas/día
|
|
Producción por
OSMOSIS
|
36
|
m3/día
|
|
Caudal útil OSMOSIS
|
1,5
|
m3/hora
|
La temperatura de diseño es uno de los
factores más importantes en el cálculo de la producción de los equipos de
OSMOSIS INVERSA. Todos los fabricantes de membranas dan la producción nominal
de las mismas a unas condiciones estándar de prueba. La temperatura estándar de
prueba es de 25 ºC, temperatura raramente existente en las condiciones reales
de funcionamiento de una instalación.
Debido a cambios físicos en
determinadas características del agua con la temperatura, como es la
viscosidad, el flujo de permeado y en consecuencia la producción de una
membrana aumenta o disminuye de un 2,5 al 3 % por cada grado de aumento o
disminución de temperatura, con relación a 25 ºC (manteniéndose constantes las
otras variables como son salinidad, presión, pH y conversión).
Con la temperatura adoptada de cálculo,
la producción queda garantizada, siendo esta la siguiente:
|
Parámetro
|
Rango
|
Unidades
|
|
Temperatura
|
18 ¸ 20
|
ºC
|
Se entiende por recuperación el porcentaje de agua tratada
obtenida del total de agua de alimentación al equipo de membranas.
El presente ESTUDIO se ha realizado con
la siguiente recuperación total:
|
Parámetro
|
Rango
|
Unidades
|
|
Recuperación
|
60
|
%
|
Esta recuperación TOTAL de la
instalación implica los siguientes balances:
|
Parámetro
|
|
Unidades
|
|
1º
PASO OSMOTICO
|
|
Alimentación a instalación
|
60
|
m3/24horas
|
|
Caudal alimentación
|
2,5
|
m3/h
|
|
Recuperación
|
69
|
%
|
|
Producción instalación
|
52,8
|
m3/24horas
|
|
Caudal producto osmosis
|
2,2
|
m3/h
|
|
Caudal rechazo osmosis
* agua perdida
|
1
|
m3/h
|
|
Parámetro
|
|
Unidades
|
|
1º
PASO OSMOTICO
|
|
Alimentación a instalación
|
60
|
m3/24horas
|
|
Caudal alimentación
|
2,5
|
m3/h
|
|
Recuperación
|
69
|
%
|
|
Producción instalación
|
52,8
|
m3/24horas
|
|
Caudal producto osmosis
|
2,2
|
m3/h
|
|
Caudal rechazo osmosis
* agua perdida
|
1
|
m3/h
|
Con el fin de eliminar los sólidos gruesos de tamaño superior a 50 micras
que podrían estar presentes en el agua de aporte, se procede a su filtración
sobre lecho de arena silícea de granulometría comprendida entre 0,5 y 0,8 mm y de antracita de
granulometría comprendida entre 0,8 y 1,6 mm.
Un filtro de
sílex-antracita construido totalmente en materiales anticorrosivos.
Válvula en material
plástico de gran resistencia, con conexión a 1 ¼” de montaje superior modelo
SIATA 230.
Programador
cronométrico electrónico MULTICONTROL
Botella 21” de diámetro en Poliéster
reforzada con fibra de vidrio (PRFV) con sus correspondientes elementos
internos (superior e inferior) para una perfecta distribución del agua.
Carga de sílex 180 kg y antracita 70 kg de gran capacidad de
filtración.
Presión mínima de
trabajo: 2,5 bar
Presión máxima de
trabajo: 7 bar
Tensión
eléctrica: 220V-12V 50 Hz.
Altura:
1912 mm.
Ancho
total: 550 mm.
El agua perfectamente filtrada y
acondicionada, deberá ser impulsada desde el depósito de amortiguación hasta la
bomba de alta presión.
Se montará una bomba centrífuga multi
etapa de alta presión marca GRUNDFOS de montaje vertical modelo CRN 3-12,
impulsores, cámaras intermedias y camisa exterior en Acero Inoxidable DIN
W.-Nr. 1.4301. Tapa del cabezal y base de la bomba de Acero Inoxidable DIN W.
–Nr 1.4408
Potencia: 1,1 KW
El pretratamiento
químico tiene por objeto acondicionar las características químicas del agua
bruta para su posterior desalación, previniendo de esta manera precipitaciones
y ensuciamiento de las membranas, tanto de origen biológico como mineral.
El cloro libre, que
pueda aparecer como residuo de la dosificación de hipoclorito en el agua de
aporte, es un potente oxidante y, como tal, hay que evitar que entre en
contacto directo con las membranas. De lo contrario éstas podrían sufrir daños
irreparables en cuestión de segundos.
Para compensar el
carácter oxidante del cloro se dosificará un potente reductor, que en este caso
se recomienda sea metabisulfito sódico (NaHSO3).
La reacción de reducción
del Cl2 a Cl- es:
Cl2 + 2 e- Û 2 Cl-
Siendo la oxidación del bisulfito:
SO32- Û SO42- + 2e-
En conjunto:
Cl2 +
SO32- Û SO42- + 2 Cl-
Ajustando cargas:
Cl2 + NaHSO3 +
H2O Û NaHSO4 + 2 HCl
La relación
estequiométrica entre Cl2 y
NaHSO3 será:
104 g de NaHSO3 reaccionan con
71,1 g
de Cl2
Luego el consumo de bisulfito será el siguiente:
Por seguridad y para
asegurarnos de que el anterior equilibrio se desplaza completamente,
consideramos una dosis de metabisulfito de 1,5 g/m3.
La dosificación de estos productos se realizará mediante una
bomba dosificadora con regulación
manual del caudal 0-100%. Purga Manual y protección IP65.
La dosificación se
realizará desde un depósito de 100 litros de capacidad. El depósito llevará su
respectiva sonda neumática para el paro del sistema en caso de falta de
producto.
Al agua industrial se le dosifica un producto dispersante y
anti-incrustante para evitar
la precipitación de sales incrustantes de calcio, magnesio, estroncio y
bario, las cuales producen un rápido atascamiento de las membranas con la
consiguiente disminución del caudal de agua permeada.
La dosificación de estos productos se realizará mediante una
bomba dosificadora con regulación manual
del caudal 0-100%. Purga Manual y protección IP65.
La dosificación se
realizará desde un depósito de 100 litros de capacidad. El depósito llevará su
respectiva sonda neumática para el paro del sistema en caso de falta de
producto.
Se instalará una carcasa
de filtro en acero inoxidable AISI316 que albergará 3 cartuchos de 20” de polipropileno compactado
con una capacidad de filtración de 5 mm, protegiendo de esta manera las membranas de ósmosis
inversa ante la posible presencia de pequeñas partículas en el agua de aporte.
Manómetro
de presión de entrada al filtro.
El agua perfectamente acondicionada
llega al sistema de bombeo de alta presión, el cuál lo impulsa hacia las
membranas de O.I.
El agua a tratar tiene una presión
osmótica natural de aproximadamente 0,1
kg/cm2. Esta presión natural, más la presión neta necesaria para la
obtención de la producción calculada, en nuestro caso y para las condiciones de
diseño es de 23 Kg/cm2 con un caudal de 3,9 m3/h, se obtiene mediante el
empleo de electrobombas.
Se montará una bomba centrífuga multi
etapa de alta presión, marca GRUNDFOS de montaje vertical modelo CRN 3-36,
impulsores, cámaras intermedias y camisa exterior en Acero Inoxidable DIN
W.-Nr. 1.4301. Tapa del cabezal y base de la bomba de Acero Inoxidable DIN W.
–Nr 1.4408 Potencia: 3 KW.
El agua impulsada por la bomba descrita
anteriormente, entra en las membranas de OI.
El primer paso irá provisto de 12
membranas de 4”
de configuración espiral, construida en poliamida y especial para aguas
salobres, de alta eliminación de sales.
Estas membranas tienen una gran
resistencia química ya que pueden trabajar en un rango de pH de 2 a 12, lo que les confiere una
gran facilidad de lavado y recuperación, al admitir gran variedad de productos
químicos de lavado.
Las membranas irán montada en tres
contenedores capaces de contener 4 membranas cada contenedor.
Es muy importante que estos tubos sean
de esa resistencia con el fin de asegurarnos que pueden soportar la presión que
la bomba de alta puede proporcionar en casos accidentales.
El segundo paso irá provisto de 6
membranas de 4”
de configuración espiral, construida en poliamida y especial para aguas
salobres, de alta eliminación de sales.
Estas membranas tienen una gran resistencia química ya
que pueden trabajar en un rango de pH de 2 a 12, lo que les confiere una gran facilidad
de lavado y recuperación, al admitir gran variedad de productos químicos de
lavado.
Las membranas irán montadas en dos
contenedores capaces de albergar 3 membranas cada contenedor
Es muy importante que estos tubos sean
de esa resistencia con el fin de asegurarnos que pueden soportar la presión que
la bomba de alta puede proporcionar en casos accidentales.
El sistema para poder
realizar el desplazamiento y lavado de las membranas estará formado por un
depósito de 300 litros.
Para la limpieza se emplea la misma bomba que el bombeo de aportación.
Con el fin de asegurar en todo momento
un perfecto funcionamiento del bastidor de ósmosis inversa, se ha dotado al
mismo de los siguientes elementos:
·
Conductivímetro
agua producto: para controlar de forma continua la calidad del permeado
producido por las membranas.
·
Medidor de
potencial Redox: para controlar de forma continua que no entra cloro a
las membranas y parar el sistema de osmosis en caso de detectarlo.
·
Medidor de pH: para controlar
de forma continua el pH del agua bruta.
·
Caudalimetros para
permeado, rechazos y recirculación: permiten comprobar la conversión a la
que está trabajando la planta, y la producción solicitada.
·
Presostato de
mínima: evita que las bombas de alta funcionen con ausencia de
agua.
·
Presostato de
máxima: evita que se sobrepase una presión fijada para evitar
daños en el sistema.
· Manómetros: permitirán
conocer en todo momento las presiones más significativas presentes en el
bastidor: entrada, rechazo y permeado.
·
Válvula de regulación de rechazos: Servirá para
modificar el factor de conversión de la instalación existiendo una en cada
etapa de membranas. Materiales: Serán del tipo de aguja y construidas en acero
inoxidable AISI 316.
·
Válvula de recirculación de rechazo: Servirá para
asegurar un caudal mínimo de salida de rechazo existiendo una en cada etapa de
membranas. Será del tipo de aguja y construida en acero inoxidable AISI 316.
·
Válvulas de purga de concentrado: Servirán para la
realización del flushing de cada etapa de membranas. Materiales: en acero
inoxidable AISI 316.
·
Tuberías en inox: Los colectores de entrada a los porta membrana desde la
bomba de alta y los de salida de
rechazo hasta la válvulas de regulación
de rechazo estarán construidos en acero inoxidable AISI-316, realizándose la
unión mediante Vitaulic
·
Tuberías en PVC: Todas las tuberías a excepción de las
descritas anteriormente, estarán construidas en PVC-PN16 o tubing de PE.
Estructura soporte: El bastidor de membranas estaría
construido en perfiles de acero INOXIDABLE AISI-304.
El control del sistema lo realizara
un Autómata programable PLC, el cual llevará a cabo los requerimientos de
lógica secuencial y funciones de control modulado. El PLC dispondrá de
comunicación interfase con una pantalla táctil.
Todo el conjunto
anterior ira instalado en el interior de un cuadro eléctrico. Dicho cuadro
albergará también los diferenciales, magneto térmicos, interruptores, etc.,
necesarios para el correcto funcionamiento de la instalación.
