Planta Desalinizadora.estudio Medioambiental - Vertidos y Tratamientos

7/22/2019 Planta Desalinizadora.estudio Medioambiental - Vertidos y Tratamientos

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ESTUDIOMEDIOAMBIENTAL

DESALACIN DE AGUA

2012-2013


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Desalinizacin de Agua Marina en Almera

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ndice

1. Introduccin.......................................................................................................................... 7

2. Descripcin de los diferentes procesos de desalacin ........................................................ 8

2.1 Sbita por efecto flash (MSF) ....................................................................................... 82.2 Destilacin Mlti-Efectos (MED) .................................................................................. 9

2.3 Destilacin solar ......................................................................................................... 10

2.4 Electrodilisis (ED) ...................................................................................................... 12

2.5 Congelacin................................................................................................................. 14

2.6 Compresin mecnica de vapor (CV) ......................................................................... 14

2.7 Osmosis inversa .......................................................................................................... 16

3. Desalacin........................................................................................................................... 18

3.1 Captacin y origen del agua marina .......................................................................... 19

3.1.1 Agua de mar........................................................................................................ 19

3.1.1.1 Contaminacin de las aguas marinas............................................................. 20

3.1.1.2 Contaminacin por hidrocarburos ................................................................. 21

3.1.1.3 Contaminacin por aguas residuales y ganaderas ........................................ 22

3.1.1.4 Otros contaminantes ...................................................................................... 23

3.1.2 Captacin del agua ............................................................................................. 23

3.2 Pretratamientos.......................................................................................................... 24

3.2.1 Pretratamientos fsico-qumicos ........................................................................ 25

3.2.1.1 Pretratamientos fsicos................................................................................... 27

3.2.1.1.1 Filtros de arena......................................................................................... 27

3.2.1.1.2 Filtros de cartucho (filtracin de seguridad) ........................................... 28

3.2.1.2 Pretratamientos qumicos .............................................................................. 29

3.2.1.2.1 Desinfectante ........................................................................................... 29

3.2.1.2.2 Coagulante................................................................................................ 30

3.2.1.2.3 Regulacin pH........................................................................................... 30

3.2.1.2.4 Anti-incrustante ....................................................................................... 30

3.3 Osmosis inversa .......................................................................................................... 30

3.3.1 Configuracin de membranas de osmosis inversa ............................................ 32

3.3.2 Configuracin Plato-Marco y configuracin tubular ......................................... 33

3.3.3 Configuracin Fibra hueca.................................................................................. 34

3.3.4 Configuracin en arrollamiento en espiral ........................................................ 353.3.5 Frmulas Osmosis Inversa: Modelo de solucin difusin .............................. 36


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3.3.5.1 Balance de Materia......................................................................................... 37

3.3.5.2 Factor de conversin y factor de concentracin ........................................... 38

3.3.5.3 Factor de Rechazo (R) y de Paso de Sales (SP) ............................................... 39

3.3.6 Diseo de un sistema de membranas de smosis inversa. Principales

componentes ...................................................................................................................... 39

3.3.6.1 Etapas.............................................................................................................. 41

3.3.6.2 Pasos ............................................................................................................... 43

3.4 Post-tratamientos....................................................................................................... 45

3.4.1 Dosificacin CO2.................................................................................................. 45

3.4.2 Remineralizacin ................................................................................................ 46

3.4.3 Cloracin ............................................................................................................. 46

4. Impacto medioambiental ................................................................................................... 46

4.1 Identificacin .............................................................................................................. 46

4.2 Valoracin ................................................................................................................... 47

4.3 Vertidos....................................................................................................................... 51

4.3.1 Salmuera ............................................................................................................. 51

4.3.2 Otros vertidos ..................................................................................................... 52

5. Mejores tcnicas disponibles para el tratamiento de la salmuera................................... 54

5.1 Evaporacin al vacio ................................................................................................... 545.2 Hidroterapia................................................................................................................ 55

5.3 Refrigerante ................................................................................................................ 55

5.4 Humedales salinos ...................................................................................................... 56

5.5 Especies halfilas ........................................................................................................ 56

5.6 Mantenimiento de carreteras .................................................................................... 57

5.7 Recuperador de energa ............................................................................................. 58

5.7.1 Turbina Pelton .................................................................................................... 58

5.7.2 Cmara isobrica ................................................................................................ 61

5.7.3 Turbo-chargers.................................................................................................... 63

5.7.4 Comparativa entre distintos mtodos de recuperacin de energa ................. 65

5.8 Vertidos al mar ........................................................................................................... 66

5.8.1 Instalacin submarina correspondiente al emisario submarino de salida de la

salmuera de mar ................................................................................................................. 67

5.8.1.1 Tuberas de salida o emisario......................................................................... 68

5.8.1.2 Hundimiento de las tuberas .......................................................................... 69

5.8.1.3 Instalacin del difusor .................................................................................... 73


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5.8.1.4 Plazo de duracin ........................................................................................... 73

5.8.2 Legislacin........................................................................................................... 74

5.8.2.1 mbito de aplicacin ...................................................................................... 74

5.8.2.2 Administracin competente para el otorgamiento de la autorizacin ........ 75

5.8.3 Presupuesto ........................................................................................................ 75

6. Relacin de los permisos principales solicitados en desaladoras ..................................... 77

7. Estudio econmico ............................................................................................................. 79

8. Documento bref sobre tratamiento y gestin de aguas residuales ................................. 80

9. Bibliografa.......................................................................................................................... 83


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1. Introduccin

En el presente documento se recoge una introduccin prctica de como tienen lugar

los procesos de desalacin, y de qu manera incidir para salvaguardar, tanto, la

salubridad del agua destinada al consumo humano producida mediante estas

tecnologas, como el adecuado tratamiento de los vertidos para producir el mnimo

impacto ambiental.


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2. Descripcin de los diferentes procesos de desalacin

En la actualidad existen varios procesos para la desalinizacin de agua. El ms utilizado

por su eficiencia y bajo coste es la osmosis inversa aunque es necesario entender el

funcionamiento del resto de procesos para poder hacer una correcta eleccin.

2.1Sbita por efecto flash (MSF)

La desalacin obtenida por destilacin consiste en evaporar agua para conseguir vapor

que no contiene sales. Este vapor se condensa, a continuacin, en el interior o exterior

de los tubos de la instalacin. Los sistemas de desalacin suelen funcionar por debajo

de la presin atmosfrica, por lo que necesitan un sistema de vaco (bombas

eyectores), para la extraccin del aire y gases no condensables. Para mejorar el

rendimiento energtico se acoplan en serie varias celdas en las que tienen lugar etapasconsecutivas del proceso de desalacin. En la primera etapa se trabaja a una

temperatura entre 115C y 120C.

En el proceso M.S.F. el agua de mar se calienta en un recipiente denominado

calentador de salmuera. Esta operacin se realiza generalmente condensando el vapor

en un intercambiador de calor de tal manera que el agua a desalar absorbe el calor de

condensacin del vapor previamente mencionado. Este vapor, utilizado para calentar

el agua de mar, es de baja o media calidad proveniente de una planta de generacin

elctrica. El agua de mar calentada se dirige hacia otro recipiente, llamado etapa,donde la presin ambiental es inferior a la atmosfrica, de tal forma que la

temperatura de ebullicin del agua se ve reducida y sta hierve inmediatamente. Esta

introduccin rpida del agua caliente en la cmara causa una evaporacin rpida, casi

explosiva (flashing), de ah el nombre del proceso. Tan slo una pequea parte de esta

agua se convierte en vapor, dependiendo de la presin mantenida en la etapa. El vapor

producido se circula hacia la siguiente etapa, condensndose en su recorrido. La

cantidad de agua de mar introducida deber ser cinco y diez veces mayor que la de agua

destilada, lo que implica que la cantidad de agua que hay que bombear para conseguir

una misma produccin de destilado es mucho mayor en estas instalaciones que en una

de destilacin de mltiples efectos.


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Figura 1. Destilacin sbita por efecto flash.

Conclusin

Proceso Ventajas Desventajas

DestilacinSbita por efecto flash

(MSF)

Es aplicable a proyectosde mediana o grandeescala.

Utiliza calor. Maneja cmaras de baja

presin para ayudar en lavaporizacin.

A mayor etapas en elproceso, mayor eficienciaen sus resultados.

El mantenimiento costoso demaquinaria.

Genera muchos residuos con altocontenido mineral, los cualesrequieren un manejo especial.

A mayores etapas del proceso, sonnecesarios ms espacios, capital ymantenimiento.

2.2Destilacin Mlti-Efectos (MED)

Para comprender el funcionamiento de estas instalaciones, es preciso conocer cmo

trabaja una instalacin de destilacin de un solo efecto en la que se emplean dos

elementos bsicos, un evaporador y un condensador. En el evaporador, el agua salada

recibe energa en forma de calor, procedente de un fluido caliente o de una caldera

con llama que es alimentada por un combustible. Una parte del agua se evapora y pasa

al condensador, por donde circula agua de refrigeracin que absorbe calor del propio

vapor y ste condensa. El flujo de agua de refrigeracin necesario para condensar el

vapor es muy superior al consumido para alimentar el evaporador, por lo que una

parte del agua caliente que sale del condensador se devuelve al mar, lo que supone

una importante prdida de energa, y el resto se dirige al evaporador. Por otro, el

empleo de agua a desalar como agua de refrigeracin en el condensador supone una

disminucin del calor consumido por la planta desaladora.

Con el fin de reducir el consumo energtico se conectan varios destiladores en serie,

formando lo que se conoce como instalaciones MED (Multi-Effect Destillation). El

resultado es una mejora de rendimiento energtico a medida que se incrementa el

nmero de efectos o destiladores simples conectados, debido a que se pueden realizar


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evaporaciones consecutivas a temperaturas decrecientes. Por razones tcnicas y

econmicas, en instalaciones comerciales no se suelen conectar ms de 15 efectos en

serie.

En cada etapa la energa trmica requerida por el evaporador es aportada por lacondensacin del vapor productivo en la etapa anterior. La temperatura superior de

trabajo en estas instalaciones es del orden de los 70C y se disean habitualmente con

una capacidad de produccin unitaria de 15.000 m3 /da. En la prctica, la fraccin de

agua destilada suele representar el 40% y la salmuera el 60%. El consumo especfico de

este tipo de instalaciones vara entre 150 y 200 KJ/Kg.

Figura 21. Destilacin Multi Efecto

Conclusin


DestilacinMulti-Efecto

(MED)

Es aplicable a proyectosde mediana o grandeescala.

Maneja cmaras de bajapresin para ayudar en lavaporizacin.

El calor que se utiliza enuna etapa es utilizado

para la vaporizacin de

agua de la siguiente.

El acomodo de losdestiladores ocupa menossuperficie.

El mantenimiento costoso demaquinaria.

Genera muchos residuos con altocontenido mineral, los cualesrequieren un manejo especial.

Consume gran cantidad de energa.

2.3Destilacin solar

La energa solar es el mtodo ideal para producir agua en zonas ridas y muy aisladas

del resto de poblaciones. A pesar de un coste energtico nulo y su escasa inversin

necesaria, presenta una rentabilidad muy baja debido, principalmente, a su escasa


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produccin por metro cuadrado de colector al destilarse tan slo unos litros al da en el

caso de condiciones meteorolgicas favorables. Por lo tanto, no se han desarrollado a

gran escala en lugares con un alto consumo de agua dulce.

Una aplicacin para este tipo de procesos se encuentra en la desalacin de aguassalinas a pequea escala para una familia o una pequea poblacin en la que la

energa solar sea abundante y no se disponga de electricidad.

Estos procesos generalmente imitan una parte del ciclo hidrolgico natural, ya que el

agua salina es calentada por los rayos solares produciendo vapor de agua que es

condensado posteriormente sobre una superficie fra, recolectndose este

condensado como agua producto.

Hay varias formas de producir agua dulce usando la energa solar, una de ellas son lasbalsas-invernadero o destilacin por colectores. El principio bsico es el del efecto

invernadero: el sol calienta una cmara de aire a travs de un cristal transparente, en

cuyo fondo tenemos agua salada en reposo. Dependiendo de la radiacin solar y otros

factores como la velocidad del viento (que enfra el vidrio exterior), una fraccin de

esta agua salada se evapora y se condensa en la cara interior del vidrio. Como dicho

vidrio est colocado inclinado, las gotas caen en un canal que van recogiendo dicho

condensado evitando que vuelvan a caer otra vez en la salmuera de la lmina inferior.

Aunque pueden utilizarse tcnicas de concentracin de los rayos solares, como pueden

ser lentes o espejos (parablicos o lisos), no suele compensar las mayores prdidas decalor que ello acarrea y su mayor coste econmico.

Figura 3. Esquema destilacin solar


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Conclusin


Destilacin Solar

Se vale de la energasolar para calentar el aguasalada.

Captura el vapor del aguacondesado como agua

pura.

Es aplicable principalmente aproyectos de menor escala debidoa su simplicidad e independencia.

Tiene altos costos de operacin.

2.4Electrodilisis (ED)

La electrodilisis (ED) es un proceso electroqumico empleado para la desalacin de

agua con alto contenido en sales disueltas. El principio de funcionamiento de esta

tcnica es la transferencia de los iones disueltos desde el agua de aportacin, a otra

solucin donde se concentra, a travs de unas membranas selectivas al paso de

cationes o aniones y mediante la aplicacin de un campo elctrico. Como resultado de

este proceso se obtiene un agua producto con una concentracin de sales menor que

el agua de alimentacin y un subproducto de rechazo, la salmuera, con una elevada

concentracin de sales. Las dos corrientes de agua fluyen en paralelo entre las

membranas: el agua producto se desala progresivamente, mientras que la salmuera se

va concentrando tambin progresivamente. Los cationes del agua a tratar atraviesan la

membrana catinica hacia el ctodo pasando a continuacin a la salmuera. De similarmanera, los aniones del agua a tratar atraviesan la membrana aninica hacia el nodo

pasando despus a la salmuera. Por lo tanto, en el proceso de electrodilisis slo se

mueven a travs de las membranas los slidos disueltos pero no el agua.

El sentido y la tasa del transporte de cada ion dependen de su carga y su movilidad, de

la conductividad de la solucin, de las concentraciones relativas, de la intensidad del

campo elctrico aplicado, y est estrechamente relacionado con las caractersticas de

la membrana de intercambio inico. La capacidad de eliminacin puede aumentarse

mediante la unin en serie de varias pilas, aunque no es competitiva frente a laosmosis inversa en la desalacin de aguas de mar. Esta tcnica no aporta un efecto

barrera, como si lo hacen las otras tcnicas de membrana a presin. Es una tcnica

ms robusta frente a cambios en la calidad del agua o paradas del sistema, y tiene un

buen comportamiento frente a elementos como el Ba, Sr o sulfatos. Su rendimiento

mejora a temperatura elevada y para iones con varia cargas.

Una fraccin de la salmuera puede ser recirculada para reducir la cantidad de agua

desechada. Esta recirculacin aumenta mucho la concentracin de la salmuera por lo

que puede ser necesaria la adicin de cido u otros reactivos (como los anti


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incrustantes) al bucle de la salmuera que eviten la deposicin de sales sobre las

membranas.

Figura 4. Esquema proceso electrodilisis

Conclusin

La electrodilisis depende de los siguientes principios generales:

La mayora de las sales disueltas en el agua son inicas, cargadas positivamente

(catinicas) o negativamente (aninicas).

Estos iones son atrados hacia electrodos con carga elctrica contraria.

Las membranas se disean y construyen para permitir el paso selectivo bien de

aniones o de cationes.


Electrodilisis

Utiliza corriente elctricapara forzar las salesdisueltas por membranas.

Maneja a base demembranas para separarlas sales.

Es el mtodo ms aplicable a aguasalobre.

Consume mucha energa.


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2.5Congelacin

El proceso de congelacin es un fenmeno natural que se contempla con facilidad en

el Planeta, alrededor del 70% del agua dulce est contenida en los polos terrestres

pero la utilizacin del hielo de los polos para el consumo humano es muy poco

conveniente para la conservacin del equilibrio trmico del planeta.

La congelacin del agua del mar (-1.9 C) suministra cristales de hielo puro que se

separan de la solucin, la cual, a su vez, se concentra en sales.

Existen dos procedimientos de congelacin directa:

a) Por expansin del agua (congelacin en vaco). El agua de mar se congelaparcialmente a una presin absoluta de 3mm de mercurio, a -4C. A estapresin se produce una evaporacin, acompaada del enfriamiento

correspondiente, que es el que provoca la congelacin. Para mantener el

vaco necesario es preciso aspirar de continuo el vapor de agua formado,

pudiendo realizarse esta operacin bien por un compresor mecnico, o por

absorcin en una solucin higroscpica. En la prctica, los problemas de

compresin del gran volumen de vapor producido a baja presin son

considerables.

b) Congelacin con ayuda de un agente refrigerante. Se utiliza un refrigeranteauxiliar cuya tensin de vapor sea netamente superior a la del agua y que

no sea miscible con ella. El butano satisface estas condiciones. El agua de

mar se congela parcialmente por la expansin del butano. Este

procedimiento evita los problemas de compresin de la congelacin del

vaco.

Tericamente, la congelacin tiene algunas ventajas sobre la destilacin en base a su

menor consumo energtico, menor efecto corrosivo y menor incrustacin o

precipitacin. Pero tambin presenta grandes problemas de adaptacin para suimplantacin a escala industrial ya que el aislamiento trmico para mantener el fro y

los mecanismos para la separacin de los cristales de hielo deben mejorarse para que

este proceso sea algn da competitivo, as como para adaptar la tecnologa a

intercambiadores de fro.

2.6Compresin mecnica de vapor (CV)

En este proceso se distingue entre la compresin trmica y la compresin mecnica de

vapor. La primera es un proceso en el que se obtiene agua destilada de un modosimilar que en una instalacin de Destilacin Multi-Efecto (MED), a partir de energa en


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forma de calor proporcionada por un compresor trmico (termocompresor), que

consume una mezcla de vapor generado en la ltima etapa a una baja presin. El

resultado de esta mezcla es aportado a la primera etapa de la instalacin, nica que

consume energa exterior. Los intercambiadores as como el consumo energtico de

este tipo de instalaciones son similares a las de una instalacin MED.En la compresin mecnica de vapor se realiza una destilacin con energa mecnica.

El vapor se comprime ligeramente produciendo un sobrecalentamiento de uno 5C. El

vapor que alimenta al compresor proviene del agua salada bruta situada en un

intercambiador de calor. Despus de la compresin, el vapor sobrecalentado condensa

en el mismo intercambiador de calor, cediendo calor al agua bruta. Entre todos los

procesos de destilacin, este tipo de instalaciones son las que presentan menor

consumo especfico, variando entre 100 kJ/Kg y 150 kJ/Kg. Sin embargo, este tipo de

desalacin presenta el inconveniente de la inexistencia de compresores volumtricos

de vapor de baja presin de tamao suficiente para una produccin considerable.

Figura 5. Ciclo termodinmico


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2.7Osmosis inversa

Cuando existen dos soluciones con diferentes concentraciones separadas por una

membrana permeable, las concentraciones tienden a igualarse fluyendo agua desde la

solucin con mayor concentracin hacia la de menor. Es decir, la membrana permite el

paso del agua, no de las sales. A este fenmeno se le conoce como smosis. Sin

embargo, si se aplica al de mayor concentracin una presin superior que la presin

osmtica entre ambos lquidos se invierte el proceso, que es el fundamento de la

smosis inversa.

Figura 6. Aguas osmosis inversa

Si partimos del diagrama de flujos del proceso se pueden definir los diferentes

caudales que se generan en el proceso:

Figura 7. Diagrama de flujo osmosis inversa

Flujo o caudal de alimentacin (Fa): agua que entra al sistema de smosisinversa despus del pre-tratamiento y acondicionamiento que se pretende

desalar.

Flujo de producto (Fp): corresponde al agua a la que se le han eliminado oreducido las sales.

Flujo de concentrado (rechazo) (Fr): que arrastra las sales que han sidoseparadas por la membrana y que se depositaran sobre ella.


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COMPARATIVA


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3. Desalacin

El proceso de desalacin emplea la tcnica de osmosis inversa para desalar agua

marina captada de un pozo playero. El agua producto desalada se vierte directamente

a la red de abastecimiento sin necesidad de ser almacenada. El principal residuo de la

operacin, la salmuera, se comercializa, se vierte directamente al ocano o se reutiliza

para recuperacin de energa.

Se puede distinguir cuatro partes diferenciadas del proceso:

Captacin del agua marina Pretratamientos Filtrado por osmosis inversa Post-tratamientos

En la siguiente figura se muestra el proceso esquematizado.

Figura 8. Proceso de desalacin.


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3.1Captacin y origen del agua marina

Diversas regiones de la geografa espaola, en particular en las zonas costeras del

litoral mediterrneo, sufren escasez de precipitaciones, reciben una poblacin turstica

importante y demandan grandes cantidades de agua para el regado, para usos

recreativos y para consumo humano. Este cmulo de circunstancias produce un dficit

hdrico permanente, que se agrava en pocas de sequa, por lo que en muchos casos se

hace necesario recurrir a la desalacin. La desalacin se aplica tanto a aguas salobres

como a las de mar. El empleo de la tecnologa de membranas con aguas continentales

tiene una finalidad correctora ms que desalinizadora. Para producir agua desalada

pueden considerarse los siguientes orgenes:

Agua de mar. Aguas continentales con exceso de algunos iones. Aguas salobres. Aguas urbanas o industriales.

En nuestro caso solo captaremos agua del mar por lo que nos centraremos en las

caractersticas y contaminantes del agua marina.

3.1.1 Agua de mar

La composicin del agua del mar vara segn su origen o segn las caractersticasmarinas, siendo de mayor concentracin de sales en lugares clidos con pocarenovacin como en el Mediterrneo, y menor en lugares semi-cerrados conabundantes aportes continentales como el mar Bltico. La variabilidad de las aguassalobres puede ser an mayor en cuanto a salinidad y otros componentes. La figura 9resume las concentraciones medias de los constituyentes qumicos mayoritarios delagua marina, comprobndose que se trata de una solucin con una gran cantidad desales disueltas, pero muy pobre en nutrientes (nitrgeno, fsforo y carbono).

El agua de mar es una solucin concentrada de sales inorgnicas, y sirve de hbitat a

infinidad de seres vivos. El volumen ms importante de biomasa lo compone el

plancton, constituido fundamentalmente por algas (fitoplancton) y animales

microscpicos (zooplancton).


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Figura 9. Composicin y caractersticas del agua de mar.

Las aguas situadas sobre la plataforma continental son generalmente verdosas debidoa la presencia de clorofila y otros fitopigmentos, y por algunas sustancias aportadaspor el humus soluble de origen terrestre. En la plataforma continental se encuentran lamayor parte de las algas verdes, pardas y rojas. Es con diferencia, la zona de mayorriqueza y diversidad en especies marinas. Entre la plataforma continental y la regin dealta mar, hay una transicin de aguas verde-azuladas de acusada actividadfotosinttica.

3.1.1.1 Contaminacin de las aguas marinas

Los contaminantes que pueden acceder al medio marino con mayor facilidad son lossiguientes:

Hidrocarburos. Materia orgnica, sustancias tensioactivas (detergentes), elementos nutrientes

y microorganismos aportados por las aguas residuales urbanas y ganaderas.

Metales pesados. Compuestos organohalogenados (compuestos orgnicos que contienen uno o

ms tomos de halgeno, que son elementos qumicos que forman el grupo 17de la tabla peridica: flor, cloro, bromo, yodo y astato. Tambin entran en

este grupo compuestos orgnicos sintticos tales como polmeros plsticos). Sustancias slidas.
http://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_org%C3%A1nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hal%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Elementos_qu%C3%ADmicoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BAorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Clorohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bromohttp://es.wikipedia.org/wiki/Yodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Astatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Astatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Yodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bromohttp://es.wikipedia.org/wiki/Clorohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BAorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Elementos_qu%C3%ADmicoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Hal%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_org%C3%A1nico


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Las principales vas de entrada de la contaminacin a la plataforma continental son losaportes fluviales y los emisarios submarinos, pero no se debe olvidar la va atmosfricay la procedente de la navegacin, especialmente en la contaminacin de aguasprofundas.

Las captaciones de agua salada para las plantas desaladoras estn en la franja litoral ocostera que con diferencia, es la que soporta la mayor parte de la contaminacinmarina y contiene la mayor riqueza biolgica.

La contaminacin de las aguas marinas puede incidir de manera muy importante en las

diversas fases del proceso de desalacin, de modo que al elegir un emplazamiento

para la captacin del agua de mar, es fundamental conocer previamente su calidad y

los riesgos de contaminacin presentes en la zona.

3.1.1.2 Contaminacin por hidrocarburos

Este tipo de contaminacin procede fundamentalmente de:

Vertidos procedentes de barcos y/o de la actividad portuaria, ya sea por fugas,derrames, o por prdidas accidentales.

Vertidos procedentes de plataformas petrolferas marinas. Vertidos que llegan al mar desde los ros, emisarios submarinos, etc.

Tanto el petrleo crudo como el refinado son perjudiciales para las membranas de

smosis inversa. Concretamente, el petrleo crudo contiene hidrocarburos alifticos yaromticos, as como compuestos heterocclicos y otros que contienen nitrgeno y

azufre.

Muchos de los hidrocarburos alifticos son ligeramente solubles en agua, y tienen

actividad neurotxica a dosis relativamente bajas. Algunos hidrocarburos aromticos,

como por ejemplo el benceno, pueden ser causantes de leucemia, y el benzo()pireno

puede originar cncer de piel entre otras patologas.

De los numerosos compuestos rganosulfurados como los tioles y otros de tipo

heterocclico, se puede derivar sulfuro de hidrgeno, que es muy txico y con olor

especialmente desagradable a muy bajas concentraciones.

En cuanto a los efectos sinrgicos, cabe destacar que los hidrocarburos tienen un

efecto solubilizante de los plaguicidas organohalogenados que por si mismos son muy

poco solubles en agua.

Los hidrocarburos, aun los ms inocuos, pueden causar importantes trastornos y daos

debido a su accin fsica recubriendo estructuras, as como a la flora y a la fauna

bentnica.


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3.1.1.3 Contaminacin por aguas residuales y ganaderas

Las aguas residuales urbanas y agrcola-ganaderas aportan al medio marino, materia

orgnica diversa, sustancias tensioactivas (detergentes), nutrientes (carbono,

nitrgeno y fsforo) y microorganismos, siendo estos ltimos los que tienen ms

probabilidades de estar presentes en el agua de captacin de una instalacin

desaladora. Es correcto suponer que la casi totalidad de los microorganismos

patgenos de origen humano y animal que potencialmente podran estar presentes en

las aguas marinas, son transportados hasta el mar por los vertidos de aguas residuales

urbanas o ganaderas.

Los tensioactivos o detergentes, tanto por s mismos como por su accin dispersante y

emulsionante (mezcla de lquidos inmiscibles), son siempre a tener en cuenta a la hora

de establecer el punto de captacin de agua de mar de la desaladora. Tambin deben

tenerse en cuenta los aditivos que suelen incorporar los detergentes como

polifosfatos, colorantes, etc. Los detergentes se encuentran especialmente en aguas

costeras que son las ms importantes para las instalaciones desaladoras.

La entrada de aguas residuales al mar supone el aporte de sales minerales nutritivas

que da lugar a una sobreabundancia de N y P, que altera la relacin ideal N/P,

especialmente en zonas de estuario. La eutrofizacin tiene un efecto de aumento de

poblaciones de fitoplancton en mucha mayor medida que las de zooplancton, al

tiempo que ahuyenta a los consumidores de los niveles superiores de la cadena trfica,

lo que supone una distorsin en el ecosistema. Por otra parte, se produce un notableaumento del detritus orgnicos sedimentados sobre el fondo, y cuya descomposicin

consume gran parte del oxgeno disuelto del agua, dando lugar a fenmenos de

reduccin qumica, y a una severa limitacin de las formas vivas que puede quedar

reducida a determinadas especies de microorganismos. Asimismo, el vertido de aguas

muy cargadas de nutrientes y a la vez calientes, puede desencadenar un fenmeno de

mareas rojas debidas a la proliferacin de ciertos tipos de dinoflagelados capaces de

generar diversos tipos de biotoxinas.

Las bacterias de las aguas residuales estn mayoritariamente asociadas a partculasorgnicas o minerales en suspensin, y la dispersin en el medio marino receptor es

funcin de la talla de dichas partculas. La fraccin de partculas con mayor talla-peso

sedimenta, junto con los microorganismos, relativamente cerca del punto de vertido;

sin embargo la fraccin de partculas ms pequeas ser arrastrada a puntos ms

alejados. La mayor parte de la carga de microorganismos ser la asociada a las

partculas ligeras que adems se mantendr en un estrato superior debido a menor

densidad del agua dulce respecto a la salada.


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23

Las aguas de mar captadas para desalar pueden contener microorganismos patgenos

como bacterias, hongos, protozoos, parsitos y virus que deben ser eliminados durante

el proceso.

3.1.1.4 Otros contaminantes

La presencia de metales pesados en aguas costeras se debe al drenaje natural, porescorrenta (lmina de agua que circula sobre la superficie en una cuenca de drenaje) oaportes fluviales, al propio sustrato geolgico de la zona, o a vertidos de aguasresiduales sobre todo de tipo industrial. Los metales pesados tienden a asociarse a laspartculas en suspensin formando complejos con las materias orgnicas, y a seradsorbidos por crustceos planctnicos, as como por algas. Unos factores como laexistencia de finas partculas en suspensin (turbidez), de detergentes, etc., facilitarnla presencia de los metales en solucin y en la superficie, mientras que otros comopartculas slidas gruesas, algas, crustceos, etc., tendern a depositarlos en los fondos

marinos. La existencia de metales pesados en la superficie de las aguas costeras es lams peligrosa para las plantas de desalacin. El mercurio, transformado por ciertasbacterias aerobias en metil-mercurio, puede ser acumulado en grandes cantidades porlos seres marinos de los niveles ms altos de la cadena alimentaria, constituyendo unserio peligro para el hombre si llega a consumirlos. En el caso del mercurio eltransporte atmosfrico es tambin de importancia.

Bajo la denominacin de sustancias organohalogenadas se engloban sustancias talescomo plaguicidas organohalogenados, plastificantes como los PCB (bifenilospoliclorados), monmeros de plsticos como el cloruro de vinilo, etc., que se

caracterizan por ser molculas muy estables y poco biodegradables. El transporteatmosfrico es especialmente importante con estas sustancias, lo que hace que,adems de en las aguas costeras, puedan encontrarse en puntos muy alejados de suorigen.

Al mar puede llegar una gran diversidad de sustancias slidas, como escombros,

basuras, objetos flotantes, etc., no obstante son los lodos slidos los de mayor inters

ecolgico. En efecto, los lodos pueden ser de origen industrial, de origen urbano, o

procedentes de tareas de dragado portuario. Aunque de composicin diversa, los

lodos presentan como caracterstica comn incrementar la fraccin fina en el conjunto

de la granulometra de los fondos. El vertido de los lodos se lleva a cabo casi siempre

en superficie por lo que originan un aumento de la turbidez, factor de gran

importancia que ha de tenerse en cuenta en las captaciones de agua de mar.

3.1.2 Captacin del agua

Se distinguen dos procedimientos bsicos de captacin:

Captacin cerrada (pozos profundos, pozos playeros, drenes horizontales,cntaras ...).

Captacin abierta (captacin superficial, torres sumergidas, escollera ...).
http://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_de_drenajehttp://www.greenfacts.org/es/glosario/pqrs/pcb-policlorobifenilos.htmhttp://www.greenfacts.org/es/glosario/pqrs/pcb-policlorobifenilos.htmhttp://www.greenfacts.org/es/glosario/pqrs/pcb-policlorobifenilos.htmhttp://www.greenfacts.org/es/glosario/pqrs/pcb-policlorobifenilos.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_de_drenajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Agua


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Figura 10. Tipos de captaciones para desalacin.

Analizando la tabla, se llega a la conclusin de que las captaciones cerradas son

preferibles a las abiertas. De hecho, estas ltimas slo se emplean cuando las primeras

no son posibles de realizar.

La captacin cerrada, la cual se emplea, se realiza segn el siguiente esquema:

Figura 11. Sistema de captacin cerrada.

3.2Pretratamientos

El objeto del pretratamiento en las plantas de desalacin es adecuar las caractersticasfsico-qumicas y biolgicas del agua captada a las necesidades del proceso dedesalacin, para evitar de ese modo, la corrosin, la formacin de incrustaciones y, endefinitiva, el deterioro prematuro de los equipos.

El pretratamiento es una parte fundamental del proceso de desalacin, y su diseo

condiciona de una manera muy importante los costes de mantenimiento y de

explotacin de la planta desaladora.


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3.2.1 Pretratamientos fsico-qumicos

En estos procesos de desalacin, la misin del pretratamiento consiste en eliminar o

reducir al mximo posible el riesgo de atascamiento de las membranas por

acumulacin de sustancias, materiales y microorganismos sobre su superficie. Este tipo

de atascamiento reduce la vida y la eficiencia de las membranas, ya que empeora la

calidad del agua tratada y produce un incremento de la presin necesaria para su

funcionamiento.

Para los procesos de membranas los objetivos del pretratamiento son los siguientes:

Eliminar los slidos en suspensin.Las partculas en suspensin pueden provocar el atascamiento de las membranas al ser

retenidas en su superficie por filtracin mecnica.

Para valorar el atascamiento que puede producir las sustancias coloidades del agua, se

utiliza el ndice de atascamiento.

Con la misma finalidad, la tendencia futura es a realizar mediciones de recuento de

partculas en el agua antes de la entrada a las membranas.

Otras causas de atascamiento se deben a la presencia de ciertas materias orgnicas en

el agua, o porque contenga aceites o grasas.

Evitar la precipitacin de xidos metlicos.Los xidos metlicos que se encuentran con ms frecuencia en el agua son los xidos

de hierro, manganeso y aluminio.

El hierro puede encontrarse en el agua en las formas ferrosa y frrica, siendo lo ms

probable que coexistan ambas. El hierro ferroso es soluble y no causar problemas ya

que ser rechazado por las membranas como cualquier otro catin. El hierro frrico

suele proceder de la oxidacin de la forma ferrosa o de la corrosin de estructuras

metlicas degradadas. Por ser insoluble es susceptible de acumulacin que atascara

las membranas, siendo lo ms adecuado eliminarlo en el pretratamiento mediante

oxidacin total con cloro y filtracin.

El manganeso puede encontrarse en el agua en los estados de oxidacin II y IV. El

primero es soluble y ser rechazado por las membranas sin causar problemas, sin

embargo, el Mg IV es insoluble y causara problemas de acumulacin y atascamiento

de membranas, por lo que se deber eliminar en el pretratamiento.

El aluminio es un metal cuya solubilidad en el agua es mnima a un pH de 6,6. La

presencia del aluminio en el agua puede ser debida a dos causas distintas. La primeraes que se encuentre disuelto en el agua de forma natural, y la segunda y ms habitual;


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que proceda del uso de coagulantes de este metal en el pretratamiento de la propia

planta, indicando, en tal caso, un funcionamiento incorrecto de la coagulacin-

filtracin. El aluminio puede precipitar como hidrxido si se supera su producto de

solubilidad o si se modifica el pH del agua. En combinacin con slice da lugar a

aluminosilicatos y tambin forma una capa impermeable sobre la membrana.

Evitar la precipitacin de sales minerales.La precipitacin de sales en las membranas se produce cuando su concentracin en el

agua de rechazo supera el producto de solubilidad. Las sales que normalmente pueden

crear problemas de precipitaciones son los sulfatos de calcio, bario y estroncio, el

carbonato de calcio, el fluoruro de calcio y la slice. Para conocer el riesgo de

precipitacin de una sal determinada, hay que tener en cuenta su concentracin en el

agua de entrada, la conversin de la planta de membranas y el producto de

solubilidad.

Para evitar la precipitacin de sales, tales como los sulfatos, carbonatos, fluoruro

clcico, slice y xidos metlicos, que pueden precipitar al aumentar su concentracin

en el interior de las membranas, se utilizan productos antiincrustantes. Este tipo de

sustancias acta sobre la formacin de cristales limitndolo, al mantener los iones en

sobresaturacin en el agua concentrada.

Reducir el contenido de materia orgnica del agua.El atascamiento de los elementos de membranas por materia orgnica, ocurre cuandoqueda adherida en sus diferentes superficies. La materia orgnica que puede provocar

este atascamiento puede ser de origen natural procedentes del humus vegetal (lavado

de turbas, cidos hmicos y tnicos, etc.) que suelen trasmitir color; o proveniente de

la contaminacin, como sera el caso de los aceites, grasas y otros compuestos

orgnicos. Estas sustancias se deben eliminar en el pretratamiento.

Eliminar o reducir la actividad biolgica del agua de entrada.Los crecimientos microbiolgicos en las membranas ocurren cuando el agua de

aportacin contiene los microorganismos y los nutrientes necesarios para permitir un

rpido desarrollo sobre la superficie del elemento. Si las membranas no son

biodegradables, esta proliferacin microbiolgica produce efectos similares a un

atascamiento provocado por sustancias coloidales. Cuando son biodegradables, los

microorganismos son capaces de destruir la capa activa de estas membranas, que de

este modo pueden llegar a perder sus propiedades.

Eliminar gases disueltos.Otras causas de atascamiento de las membranas, aunque poco frecuentes, son laformacin de azufre elemental y sulfuros metlicos. Si el agua que contiene sulfuro de


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hidrgeno no se oxida en el pretratamiento, no se producir atascamiento alguno ya

que el gas se difunde a travs de las membranas, pudindose eliminar en el

postratamiento.

Los procesos de pretratamiento ms utilizados en las plantas de membranas son los

siguientes:

Acidificacin Dosificacin de inhibidores de la incrustacin. Oxidacin. Coagulacinfloculacin. Decantacin. Flotacin. Filtracin por lecho filtrante. Filtracin por cartuchos. Desinfeccin. Reduccin. Adsorcin. Desgasificacin.3.2.1.1 Pretratamientos fsicos

Su objetivo principal es disminuir su tasa de colmatacin de las membranas.

Los componentes fsicos en suspensin, hallados en el agua de alimentacin,

comprenden desde partculas de slice hasta microalgas, pasando por partculas

coloidales.

3.2.1.1.1Filtros de arena

Se emplean como medida de seguridad, redundan en las caractersticas logradas por el

sistema de captacin cerrado descrito anteriormente.

La etapa de filtracin es obligatoria en el pretratamiento del agua bruta, salvo en casos

muy especiales.

Cuando se trate de un agua floculada pero no decantada se deber mantener una

velocidad de filtracin de 5-10 m3/ h/ m2 y ser preferible usar filtros de lechos o

capas mltiples, con el fin de evitar la sobrecarga y rpida saturacin de los filtros y

mejorar su rendimiento. En cualquier caso, y en lo que a velocidad de filtracin

respecta, siempre se debern seguir las instrucciones del fabricante.


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Los filtros debern estar dotados de un sistema de reparto de flujo que garantice un

rgimen de circulacin lo ms laminar posible, as como con un sistema de aire a baja

presin a contracorriente que facilite el lavado del material filtrante.

En ocasiones, se emplea el agua de rechazo de osmosis para hacer retrolavados con el

fin de ahorrar agua en este servicio.

En general, para conocer las necesidades y composicin del pretratamiento es

aconsejable conocer cul es el recuento de partculas y su distribucin porcentual.

Figura 12. Sistema de filtracin de desbaste.

3.2.1.1.2Filtros de cartucho (filtracin de seguridad)

La filtracin por cartucho es el mnimo pretratamiento necesario para una planta de

membranas. El poro nominal de los cartuchos habitualmente est comprendido entre

1 y 5 m nominales (equivalente a unos 20 m absolutos) para ase gurar la proteccin

de las membranas ante la posibilidad de que el agua arrastre macropartculas en

suspensin.

Los filtros de cartucho son elementos de seguridad inmediatamente anteriores a las

membranas y no deben utilizarse para una eliminacin sistemtica de partculas en

suspensin. Por tanto, a la salida de procesos fsico-qumicos previos a la filtracin por

cartuchos, las aguas deben presentar una turbidez inferior a 1 UNF; y los valores de

SDI15 obtenidos deben ser adecuados para las membranas usadas en desalacin.


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Figura 13. Sistema de filtracin de cartucho.

3.2.1.2 Pretratamientos qumicos

Sus objetivos son mltiples. El acondicionamiento del agua pretende conseguir, desde

el ptimo funcionamiento del proceso de filtrado, tratamiento en funcin de las

caractersticas del agua producto final, hasta la proteccin de la instalacin.

3.2.1.2.1

Desinfectante

La desinfeccin del agua es un proceso destinado a reducir al mximo el posible

atascamiento de las membranas por crecimientos microbiolgicos. La desinfeccin se

puede llevar a cabo por dosificacin de un oxidante-desinfectante qumico (cloro o sus

derivados normalmente) o mediante procedimientos fsicos como puede ser la

radiacin ultravioleta. Este ltimo sistema se puede utilizar cuando se desea evitar la

adicin de oxidantes al agua.

Como se indic anteriormente, cuando se emplean desinfectantes en el agua en

sistemas con membranas sensibles a los oxidantes, se aade un agente reductor como

el bisulfito sdico al agua, metabisulfito sdico para la eliminacin de

microorganismos, cuyo efecto sobre la degradacin de las membranas es considerable.

La dosis necesaria para la desinfeccin es de 12ppm con una concentracin de 0,15 y

una densidad de 1,1kg/l.

En estos casos, puede ser necesario repetir la desinfeccin en el postratamiento.


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3.2.1.2.2Coagulante

La coagulacin-floculacin es un proceso que sirve, conjuntamente con la decantacin

y la filtracin, para la eliminacin de sustancias coloidales tanto inorgnicas como

orgnicas que podran llegar a atascar las membranas. Se basa en la neutralizacin de

la carga asociada a las partculas coloidales mediante la adicin al agua de una sal

metlica o coagulante. Como coagulante se emplean generalmente sales de aluminio o

de hierro.

Existen diversos tipos de floculantes y coagulantes que debern ser aconsejados por el

diseador y siempre de acuerdo con lo admitido por la legislacin vigente.

Emplearemos cloruro frrico con una concentracin de 10% (100g/l), en una

concentracin de 5ppm

3.2.1.2.3Regulacin pH

Se aade sosa caustica con una concentracin de 12 ppm. Aumentando la basicidad a

un pH de 8,35 se persigue un doble objetivo:

Aumentar el rechazo al boro Disminuir las probabilidades de la aparicin de incrustaciones3.2.1.2.4Anti-incrustante

Con el fin de proteger la instalacin se usa hexametafosfato sdico, sumado al efecto

de regulacin del pH, disminuyendo los precipitados.

Los anti-incrustantes adems de evitar la precipitacin de carbonatos, estos productos

son tambin efectivos en la prevencin de otras incrustaciones, como son las debidas

al sulfato clcico, sulfato de bario, sulfato de estroncio y slice. As mismo, son

efectivos para evitar la formacin y acumulacin de xidos metlicos (hierro y

manganeso, fundamentalmente) en la superficie de las membranas.

3.3Osmosis inversa

Este procedimiento tiene su origen en la inversin del fenmeno de osmosis natural.

Dos disoluciones con concentraciones distintas, separadas por una membrana

semipermeable (permite el paso de agua pero no de sales), genera una circulacin de

la disolucin ms diluida a la ms concentrada hasta que ambas disoluciones alcanzan

la misma concentracin, la diferencia de altura obtenida se traduce en que existe una

diferencia de presin que se conoce como equilibrio osmtico.


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Figura 14. Osmosis natural

Aplicando a la disolucin concentrada una presin superior a la osmtica, se producir

la inversin del proceso, un paso de disolucin desde la disolucin ms concentrada ala ms diluida hasta alcanzar un nuevo equilibrio, que es la osmosis inversa; es decir, se

obtiene agua con una pureza admisible.

Figura 15. Osmosis inversa

Un proceso real consta de un pre-tratamiento y pos-tratamiento del agua:


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Figura 16. Proceso Osmosis Inversa

3.3.1 Configuracin de membranas de osmosis inversa

La membrana de smosis inversa est estructurada y empaquetada cuidadosamente

para su integracin en las unidades de proceso. Tanto el soporte como el

empaquetado tienen como objetivo maximizar el flujo de agua a travs de la

membrana, minimizando el paso de sales.

Asimismo, el empaquetado debe reducir las prdidas de carga, as como evitar en lo

posible lo que se conoce como polarizacin por concentracin, que se deriva de la

acumulacin de sales sobre la superficie de la membrana. Otro factor que se tiene en

cuenta en el diseo mecnico, es el paso con suficiente libertad de coloides o

partculas, de modo que se reduzcan en lo posible los ensuciamientos de la membrana

que a la postre podran provocar bajos flujos y alto paso de sal.

Comercialmente se consideran cuatro configuraciones bsicas:

Plato y Marco. Tubular. Fibra hueca. Arrollamiento en espiral.

Pre-tratamientoPos-tratamiento


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3.3.2 Configuracin Plato-Marco y configuracin tubular

Estas configuraciones corresponden a los inicios de la tecnologa de la osmosis inversa.

Son las configuraciones que se consideraron en los primeros momentos.

Ambas presentan menor densidad de empaquetado de membrana, con el consiguientemayor coste econmico, en comparacin con las ms modernas configuraciones de

arrollamiento en espiral y fibra hueca.

No obstante, este tipo de configuraciones tienen aplicacin en la industria alimentaria,

por ejemplo para la concentracin de zumos de fruta o en tratamiento de aguas

residuales.

La configuracin Plato-Marco, que es la primera que se utiliz, usa una membrana

plana que se coloca dentro de un marco, circular o rectangular, que acta de soporte.

Las membranas se disponen a ambos lados de un plato por el que se recoge el

permeado producido. (Figura 18).

La configuracin tubular representa una alternativa a la de plato y marco.

La membrana va alojada dentro de un tubo, normalmente de PVC, que soporta la

presin. El agua alimenta a la membrana por su interior y el permeado se obtiene por

la parte exterior de la misma de manera que el tubo, as dispuesto, produce (suda)

el permeado por su exterior que se recoge en el fondo del recipiente en el que va

dispuesto dicho tubo.

Figura 17. Esquema de la configuracin Plato-Marco


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3.3.3 Configuracin Fibra hueca

La fibra hueca se produce con su propia estructura soporte. Estas fibras son tan finas

como el tamao de un cabello humano (84 m).

Las fibras se agrupan como tubos en U con los extremos abiertos embebidos en unaplaca epoxy. El conjunto de fibras se encapsula dentro de un recipiente de presin con

su punto de alimentacin dispuesto en el centro de uno de los extremos.

El flujo dentro de la caja de presin se reparte de forma radial, a travs del conjunto de

fibras, de modo que el permeado penetra a travs de las paredes de la fibra y fluye por

el hueco recogindose a travs del extremo opuesto de la caja de presin. El agua que

no ha pasado a travs de la membrana, arrastra las sales hacia la salida del

concentrado dispuesto en el extremo opuesto.

Esta configuracin representa la mayor densidad posible de empaquetado de

membrana con la consiguiente mayor relacin de produccin de agua por volumen

ocupado.

No obstante, esta alta densidad de empaquetado deja poco espacio entre las fibras,

por ello en este caso las partculas o slidos en suspensin fluyen con mayor dificultad

a travs de las fibras provocando problemas de ensuciamiento que son difciles de

solucionar y provocan la consiguiente disminucin de rendimiento.

Figura 18. Configuracin fibra hueca


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3.3.4 Configuracin en arrollamiento en espiral

En la actualidad, los elementos de smosis inversa que se estn instalando son los de

configuracin en espiral. Se fabrican en forma de lmina sobre un material soporte,

que en el caso de las actuales membranas de multicapa delgada, T.F.C. (Thin Film

Composite), suele ser un polister tejido-no tejido. Dos de estas lminas u hojas se

agrupan entre si pero opuestas y separadas por un espaciador que acta como canal

para el flujo de permeado. Ambos lados y uno de los extremos de este conjunto, se

sellan mediante unos cordones o lneas de pegamento para formar un conjunto de

varias capas a modo de sobre. El extremo abierto (no pegado) est conectado con el

tubo encargado de recoger el permeado, alrededor del cual se arrolla el sobre para

formar la espiral. Junto al sobre, se enrolla tambin una red plstica (espaciador), de

modo que queden separadas las superficies de membrana y se mantenga de ese modo

suficiente espacio libre para el flujo de agua de alimentacin. El elemento asconstituido se completa con unas piezas plsticas en los extremos para evitar un

posible efecto telescpico (telescoping) y se cubre exteriormente con un

recubrimiento a base de epoxy-fibra de vidrio que asegura el conjunto.

Figura 19. Componentes de elemento de osmosis inversa de arrollamiento espiral.

Estos elementos se disponen en recipientes cilndricos conocidos como cajas de

presin, capaces de soportar las elevadas presiones de operacin. La alimentacin se

sita en un extremo y fluye en paralelo a la direccin del tubo que recoge el

permeado. Parte del agua fluye a travs de la membrana, recorre un camino espiral y

es recogida en el tubo de permeado. El agua que no pasa a travs de la membrana


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circula a lo largo del elemento paralelamente al tubo de permeado, arrastrando las

sales hacia la salida de concentrado situada en el extremo opuesto de la caja de

presin.

El permeado recogido en el tubo central puede extraerse por cualquiera de los

extremos segn necesidades del diseo.

En resumen, para esta configuracin, los componentes de un elemento de smosis

inversa son los siguientes:

Membranas (capas). Espaciadores de salmuera. Espaciadores de permeado. Tubo de permeado. Tapas finales (antitelescoping). Envoltorio del elemento. Junta labiada de salmuera.

3.3.5 Frmulas Osmosis Inversa: Modelo de solucin difusin

Las frmulas usadas en los clculos de smosis inversa estn basadas en el modelo de

solucin-difusin a travs de la membrana, en donde habr un paso de un flujo de

sales, Js, y un flujo de agua, Jw.

Figura 20. Modelo solucin-difusin

La ecuacin de difusin del flujo de agua, o solvente, es la siguiente:

Donde:

Jw = Flujo de agua en litros por metro cuadrado y por hora.

A = Coeficiente de permeabilidad de la membrana en L/m2/bar

P = Presin diferencial transmembrana, bar. = Presin osmtica diferencial, bar.


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El factor A es caracterstico de cada membrana y depende de varios factores como son:

el espesor y material de la membrana, la temperatura, la presin, el pH, el factor de

conversin y la concentracin salina de la solucin.

El trmino entre parntesis de esta frmula es lo que se conoce como Presin Neta de

Trabajo, Net Driving Pressure (NDP).

De esta frmula se deduce que en cuanto mayor sea la presin neta de trabajo, mayor

ser la productividad de la membrana.

La ecuacin del transporte de sales es la siguiente:

Donde:

Js = Flujo de sales, en Kg/m2/s.

B = Coeficiente de transferencia de masa de sales, en m/s.

C = Concentracin media diferencial transmembrana Kg/m3.

Los factores A y B dependen de las caractersticas de la membrana y de la

temperatura, la presin, el pH, el factor de conversin y la concentracin salina de la

solucin.

De esta frmula se desprende que cuanto mayor sea la concentracin salina en el lado

de alimentacin, mayor ser el paso de sales, con lo que aumentar la salinidad del

permeado.

Por otra parte, fenmenos como la polarizacin de las membranas, hacen que la

concentracin de sales en el permeado sea mayor de lo tericamente previsto.

3.3.5.1 Balance de Materia

Balance del solvente:

Balance del soluto:


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Donde:

Qf= Caudal de alimentacin, m3/h.

Qp = Caudal de permeado, m3/h.

Qc = Caudal de concentrado o rechazo, m3/h.

cf= Concentracin de soluto en la alimentacin, Kg/m3

cp = Concentracin de soluto en el permeado, Kg/m

3

cc = Concentracin de soluto en el concentrado o rechazo, Kg/m3

Figura 21. Esquema balance de materia. El rectngulo expresa la planta en su

conjunto

3.3.5.2 Factor de conversin y factor de concentracin

El factor de conversin o recuperacin (recovery), es el porcentaje de permeado que

se obtiene a partir de determinado caudal de alimentacin.

Es el cociente, expresado en tanto por ciento, entre el caudal de permeado y el caudal

de aportacin que llega a las membranas:

Y ()

Donde:

Qp = es caudal de permeado

Qf= es caudal de alimentacin.

Qc= es caudal de concentrado o rechazo

La mayor conversin de un sistema implica, adems, una mayor concentracin en lasalmuera. El factor de concentracin de un sistema de smosis inversa est

relacionado con el factor de conversin mediante la frmula siguiente:

Donde:

FC = factor de concentracin.

Y = factor de conversin en tanto por uno.


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Por ejemplo, un sistema de smosis inversa diseado para un factor de conversin del

75 % tendra un factor de concentracin de 4, es decir: la salinidad del concentrado es

cuatro veces mayor que la salinidad de la alimentacin.

3.3.5.3 Factor de Rechazo (R) y de Paso de Sales (SP)

El rechazo de sales de las membranas y de un sistema de membranas, es el factor que

determina la calidad final del permeado de un sistema de smosis inversa.

La frmula que determina el rechazo de sales es:

Donde:

Cf= Concentracin de sales en la alimentacin Kg/m3

Cp = Concentracin de sales en el permeado. Kg/m3

R = Rechazo de sales, %.

Por tanto, el paso de sales en tanto por ciento, ser:

3.3.6 Diseo de un sistema de membranas de smosis inversa.

Principales componentes

Un sistema de smosis inversa simplificado est formado por una o varias bombas que

alimentan el agua procedente del pre-tratamiento, al bastidor donde se encuentran las

cajas de presin que alojan las membranas y un conjunto de tuberas que constituyen

la lnea de evacuacin del concentrado y la lnea de permeado para su pos-

tratamiento.


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Figura 22. Esquema general desaladora agua marina.

La salmuera o rechazo a la salida de los tubos tiene an mucha presin, ya que la

prdida de carga en el interior de los mdulos de osmosis indirecta es pequea (entre

3 y 5 bares). Con el fin de utilizar esta energa remanente, se conduce la salmuera a un

sistema de recuperacin de energa, que consiste generalmente en una bomba

invertida o una turbina hidrulica del tipo Pelton o Francis, o hacia unas cmaras de

intercambio de presin, de forma que se aproveche el salto entre la presin de la

salmuera a la salida de las membranas y la presin atmosfrica. Con ello la energa

necesaria para llevar a cabo el proceso se reduce sensiblemente.

Figura 23. Esquema bsico sistema membranas.


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Figura 24. Bastidores con cajas de presin.

3.3.6.1 Etapas

Los elementos de smosis inversa van instalados en el interior de las cajas de presin

unidos entre si mediante piezas o mecanismos de interconexin. El factor de

conversin depende directamente de la longitud del sistema, de manera que los

elementos son de longitud limitada (normalmente de 1 metro); para alcanzar unos

valores aceptables de conversin, (aproximadamente el 45% en agua de mar yalrededor del 75 % en diseos de agua salobre), se hace necesaria la instalacin de 6, 7

u 8 elementos en serie por cada caja de presin.

La capacidad de una planta desaladora por smosis inversa viene determinada por la

cantidad de cajas de presin instaladas en paralelo siguiendo el esquema el siguiente:

Figura 25. Diseo en una etapa.


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Para incrementar el factor de conversin de un sistema es posible hacer recircular

parte del concentrado de nuevo a la alimentacin. Esta prctica es posible en

instalaciones de agua salobre pero no en las de agua de mar. Es posible ampliar el

factor de conversin de un sistema aumentando su longitud y volviendo hacer pasar a

la salmuera por otro sistema de smosis inversa adicional al que se llama segundaetapa.

El diagrama sera el siguiente:

Figura 26. Diseo en dos etapas.

En los sistemas de dos etapas, frecuentemente se regula la presin de permeado entre

la primera y la segunda etapa incrementando la presin en la primera etapa, de ese

modo tambin se aumenta, aunque de forma indirecta, la presin sobre la segunda

etapa, pudindose equilibrar de ese modo la produccin nominal de las membranas de

ambas etapas.

Con esta actuacin se evitan los frecuentes problemas de desequilibrio en la

produccin de agua por unidad de superficie de membrana instalada.

En sistemas en los que la salinidad del agua es elevada (2 a 5 g/L), pero no son aguas

marinas; en vez de lo anterior, suele instalarse una bomba de ayuda para la elevacin

de presin en la corriente de alimentacin a la segunda etapa (bomba booster).

En este caso se logra el efecto de equilibrio en la produccin especfica con menor

costo energtico comparado y mayor eficacia global del sistema.

En algunos casos, sobre todo en agua salobre, puede ser necesario el diseo de

sistemas de tres etapas para obtener los mximos valores de conversin:


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Figura 27. Diseo en tres etapas.

La presin osmtica va creciendo a lo largo del sistema conforme la salinidad va

aumentando. Normalmente, la presin osmtica del concentrado de la segunda etapa

es ya tan alta que se hace imprescindible la instalacin de otra bomba, denominada

booster, a la entrada de la tercera etapa.

3.3.6.2 Pasos

El agua a la salida de las membranas contiene una cierta cantidad de sales, ya que el

rechazo de las membranas de OI nunca es del 100%. Por tanto, el agua desalada

producto tiene una concentracin diferente, dependiendo de la concentracin del

agua inicial, del factor de concentracin de la salmuera, de la temperatura del agua,

del tipo de membrana y del diseo realizado. Si se trabaja con agua de mar, la

concentracin de sales del permeado suele estar entre 200 y 300 mg/L y, si se quiere

reducir este contenido salino, es necesario aplicar otra etapa de OI dando lugar a un

diseo de plantas de dos pasos.


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Figura 28. Diseo de plantas de dos pasos.

En la figura anterior se puede ver un diagrama simplificado de una planta de OI de dospasos. El producto procedente del primer paso normalmente es sometido a un

aumento de la presin mediante una bomba, llegando hasta unos 6 u 8 bares, y se

introduce en unas membranas de OI de las empleadas con agua salobre. El producto

de este segundo paso tendra un contenido en sales inferior a 10 mg/L. El factor de

concentracin de esta segunda etapa suele ser muy alto, del orden de ocho veces la

inicial. El agua de rechazo del segundo paso se une al agua bruta de alimentacin del

primer paso.

Conclusin

Proceso Ventaja Desventajas

Osmosis Inversa

Procedimiento simple.

Costos de instalacin bajos.

Alta tasa de produccin en las plantas deproduccin que emplean osmosis inversa.

El consumo elctrico en una instalacin de esteproceso:

a. con agua salobre es del rango de 2 a2.8 Kwh/m3 de agua producida;

b. con agua de mar el rango es de 6-8Kwh/m3, pero aprovechando laenerga contenida en la salmuerarechazada a alta presin se puederebajar hasta los 3 Kwh/m3.

Este proceso puede hacer uso de prcticamentecualquier tipo de agua sin importar su origen.

Permite remover con cierta sencillez

contaminantes orgnicos e inorgnicos.

1. El nico factor complicado esencontrar o producir un suministrolimpio que minimice la limpiezafrecuente de la membrana.

2. El agua empleada usualmentenecesita ser pre-tratada para removerinicialmente las partculascontaminantes y prolongar la vida de

la membrana.

3. Las plantas que requieran procesar elagua con este mtodo debengarantizar la calidad de sus servicios,maquinaria y materiales mediante

procesos de certificacin.

4. El desecho de la salmuera debe sertratado con mucho cuidado para noimpactar nocivamente el ambiente.

5. Se corre un alto riesgo decontaminacin bacterial en lasmembranas mismas que pueden


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El impacto ambiental de este proceso esprcticamente mnimo.

Permite una adaptabilidad mayor a unaampliacin de su capacidad si la demanda escreciente en la zona.

introducir olores y saboresdesagradables en el producto final.

6. Se requiere de una fuente confiable deenerga, es decir de un suministro

permanente para generar el producto,

pues no puede ser interrumpido.

3.4Post-tratamientos

Las aguas desaladas generalmente tienen una dureza y alcalinidad bajas, con un

marcado carcter agresivo, por lo que requieren un tratamiento posterior para su

correccin antes de ser distribuidas.

El tipo de tratamiento de correccin, as como su alcance, dependen

fundamentalmente del proceso de desalacin utilizado y de la calidad del agua tratadaobtenida. Se pueden diferenciar cinco actuaciones que pueden ser o no necesarias

dependiendo del agua producto obtenida, la reglamentacin vigente y la calidad

deseada para el agua postratada (potable). Estas actuaciones pueden clasificarse en

cinco tipos: eliminacin de CO2 o descarbonatacin, mezcla de aguas, intercambio

inico, acondicionamiento qumico y desinfeccin.

El post-tratamiento se orienta a la correccin del ndice de Langelier (LSI) que mide la

agresividad del agua y el pH.

3.4.1 Dosificacin CO2

Las instalaciones de dosificacin de CO2 y lechos de carbonato clcico (calcita), estn

incrementndose en los ltimos aos en Espaa. Los lechos pueden ser de flujo

descendente, a modo de filtros abiertos convencionales, equivalentes a los de arena o

carbn activo de los tratamientos convencionales de las ETAPs, o de flujo ascendente y

altura constante, que minimizan el problema de la carga peridica que debe hacerse

en los lechos abiertos.

Este tratamiento se realiza para favorecer el siguiente proceso de remineralizacin,que se comporta de acuerdo con la siguiente expresin.

CO2 + CaCO3 + H2O Ca(HCO3)2

Se dosifica 26 mg/l.

La calcita es carbonato clcico CaCO3 que puede obtenerse de elevada pureza y libre

de trazas de otras rocas carbonatadas. Su composicin media en CaO es del 55%.

La ventaja de usar calcita frente a Ca(OH)2, es que con la calcita se obtiene ms

cantidad de bicarbonatos, con el mismo consumo de CO2 adems, con el paso del agua


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por los lechos de calcita, hace que alcance el equilibrio (pH de saturacin)

automticamente, disolviendo para ello la cantidad exacta que necesita de carbonato

de calcio, sin necesidad de equipos de control y dosificacin.

3.4.2 Remineralizacin

Consiste en la remineralizacin de cal, carbonato clcico, aumentando la dureza del

agua. Dicho proceso se basa en hacer fluir el agua por un lecho de carbonato clcico

granulado. El agua se introduce por la parte baja del depsito contenedor del lecho y a

medida que el fluido asciende corrige su composicin qumica hasta alcanzar el pH de

equilibrio, del remanso localizado en la parte superior se recoge el agua neutralizada.

De este modo, se consigue a su vez, al neutralizar el agua, adecuar el ndice de

Langelier a valores cercanos a cero.

3.4.3 Cloracin

Finalmente se realiza un tratamiento de cloracin con hipoclorito sdico 3 ppm para

evitar la proliferacin microbiana en las conducciones y depsitos.

4. Impacto medioambiental

A continuacin se indica a modo de diagrama los procesos descriptivos de las

actividades de forma resumida.

4.1

Identificacin

Figura 29. Impactos ambientales en el proceso de desalacin.


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4.2Valoracin

Para la evaluacin de impactos ambientales de las actividades en este proyecto

industrial, se ha considerado la metodologa de identificacin de impactos, mediante

un anlisis matricial causa-efecto adaptada a las condiciones de interaccin entre las

actividades de los procesos industriales y los impactos ambientales permitiendo

identificar y calificar los impactos generados por el proceso industrial en conjunto.

Tambin se analizan las interacciones de las acciones del proyecto y los factores

ambientales de su entorno posiblemente afectados. Con esta matriz llamada Leopold

tendremos siempre controlado de forma visual los impactos ambientales que estn

siendo generados en el proyecto.

CRITERIOS DE VALORACIN

ImpactoSe evala, decidiendo si el impacto que se produce sobre los distintos campos, es

positivo (en caso de que sea beneficioso o no tenga ningn impacto) y negativo (en

caso de que sea perjudicial para el entorno).

Causa y efecto (C-E)Se mira si la causa o el efecto de la contaminacin se produce de manera directa oindirecta, si no se produce contaminacin se evala poniendo asteriscos.

IntensidadHay que interpretar si el nivel de intensidad de la contaminacin que se produce es

nula, baja, media, alta o muy alta.

AcumulacinEn este apartado tan solo hay que evaluar si la contaminacin que se produce esacumulativa o por el contrario es fcil de eliminar.

PersistenciaHay que diagnosticar si la persistencia de la contaminacin que se produce es

permanente o tan solo es temporal.

ExtensinSe debe valorar la extensin de superficie que sufre de la contaminacin, es decir, si es

una contaminacin que se produce en una zona puntual, parcial, local, etc.


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RecuperacinTan slo hay que evaluar si la recuperacin del ecosistema es reversible o si por el

contrario sera imposible su recuperacin, por lo que sera un ecosistema irreversible.

Medidas correctorasHay que mirar las posibles medidas correctoras que se pueden aplicar para evitar o

reducir al mximo la contaminacin, o si por el contrario no se dispone de ninguna

medida.

Probabilidad de ocurrenciaSe valora la probabilidad de que la accin contaminante tenga ocurrencia, pues puede

ser una contaminacin que se produzca de modo constante, o sea puntual, de modo

que hay que valorar si la ocurrencia es alta, media o baja.

Afeccin de las zonas protegidasSe evala si hay alguna zona donde se est produciendo la contaminacin sea un

espacio protegido o no.

Valoracin finalSe debe contemplar la afeccin de la contaminacin en todas las reas y hacer una

valoracin de cada una de ellas, tomando la decisin de si el impacto de lacontaminacin es comprensible, es moderada o severa.

Una vez realizadas todas estas valoraciones, llega el momento de discernir entre si el

impacto que se produce es asumible o no. Aunque se puede observar que

efectivamente existen impactos negativos, el impacto socio-econmico que se produce

es tan positivo que se llega a la conclusin de que los impactos que se producen por

parte de la contaminacin son asumibles.


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4.3Vertidos

El impacto que tiene la desalacin de agua marina por osmosis inversa resulta

principalmente del vertido de las aguas residuales, aunque tambin existe cierto

impaco derivado del proceso de captacin de aguas.

Las aguas residuales resultantes de la desalinizacin tienen un contenido mayor en

sales que las aguas de origen, presentan diferencias de temperatura, de pH, de

alcalinidad y contienen sustancias qumicas utilizadas durante el proceso de

depuracin. En el caso de las plantas de osmosis inversa el volumen residual es de 2.5

a 3 veces el volumen depurado teniendo un contenido en sales muy elevado.

A este residuo de salmuera, hay que aadirle el vertido de productos qumicos

(biocidas, anti-incrustantes, etc.) resultado del tratamiento del agua, as como tambin

los vertidos puntuales que resultan del limpiado de las membranas y que constituyenaportes muy concentrados de slidos en suspensin y detergentes.

Los vertidos procedentes de la planta desaladora consisten fundamentalmente en un

98,5 % en

Planta Desalinizadora.estudio Medioambiental - Vertidos y Tratamientos

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