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Presented by
Tecnología de
Membranas vs.Tecnología
Convencional
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Servicios públicos
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¿Qué pasa por la mente de los
Ingenieros de Servicios Públicos?• Escasez de agua;
• Características cambiantes del agua;• Límites de descarga del agua;
• Costo global de la operación;
• Calidad del agua de compensación: impacto sobre losequipos;
• Calidad del agua de compensación: impacto sobre los
equipos y los costos operativos;• Mano de obra necesaria.
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Comprenda su fuente de
abastecimiento de agua• Las variaciones que puede tener a lo largo del tiempo: su
contenido mineral;
• Su variabilidad orgánica y turbídica (deslizamientoorgánico);
• Aspectos biológicos;
• Cómo se manejarán los lodos y sus respectivos costos;
• Definiendo el volumen de “suciedad” que sería admisibleen un sistema de pretratamiento.
– Intercambio iónico: por lo general, SDI: 3-5; sólidos suspendidos: no superiores a 10ppm;
– Membranas: por lo general, SDI: <3; sin sólidos suspendidos.
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Eliminación de sólidos
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Enfoques del pretratamiento• Clarificación;
• Clarificación con cieno caliente o frío;
• Filtrado de medios;• Filtrado de membranas;
• Con o sin descloración;• No hacer nada.
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Procesos de eliminación de impurezas
0.045 µm
Electrodiálisis inversa
Coloides
Virus
Sales disueltasQuistes de
GiardiaCabello humano
Sólidos suspendidos Arena de playa
Bacterias
Parásitos
ULTRAFILTRACIÓN
MICROFILTRACIÓN
MEDIO GRANULAR
NANOFILTRACIÓN
ÓSMOSIS INVERSA(Hiperfiltración)
Punta dealfiler
Alcanceiónico
Alcancemolecular
Alcancemacromolecular
Alcancede micropartículas
Alcancede macropartículas
Visible a simple vistaMicroscopio ópticoMicroscopio estándar Microscopio electrónico de barrido
T a m a ñ o
r e l a t i v o d e l o s
m a t e r i a l e s c o m u n e s
P r o c e s o
d e
s e p a r a c
i ó n
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Actividad 1
¿Cuál es el principal sistema depretratamiento utilizado en su planta?
¿Cuáles son los componentes de esesistema?
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Agua cruda convencional
Raw Water
10.0
100.0
1000.0
10000.0
100000.0
0.1 1 10 100
% of Total
Particles Volume ppm
% of Total
Volume
Particle
Volume
0.5-1.0 483009.0 94.7% 0.0671 0.37% 669709.61.0-2.0 22580.0 4.4% 0.0261 0.15% 260253.72.0-4.0 2320.0 0.5% 0.0277 0.15% 276706.14.0-6.0 560.0 0.1% 0.0361 0.20% 361249.66.0-8.0 300.0 0.1% 0.0533 0.30% 533428.8
8.0-10.0 210.0 0.0% 0.0819 0.46% 818574.7
10.-15.0 290.0 0.1% 0.2881 1.61% 288154915.0-20.0 130.0 0.0% 0.3227 1.80% 322794820.0-30.0 300.0 0.1% 2.2484 12.54% 2248863530.0-40.0 80.0 0.0% 1.9380 10.81% 1938342040.0-50.0 20.0 0.0% 0.7038 3.92% 703932150-100 90.0 0.0% 12.1412 67.70% 1.21E+08
100-200 0.0 0.0% 0.0000 0.00% 0
Total 100% 17.9345 100%509889.0
Particle Size (microns) Particles per mL
Volumen de las
partículas(micrones)
Partículas
por ml
% total
departículasVolumen
(ppm)
% de
volumentotal
Volumende las
partículas
Agua cruda
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ClarificadorCOSTO TOTAL
FUNCIÓN LIMITACIONESOPERACIÓN FORTALEZAS
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ClarificadorFunción:-Eliminación de sólidossuspendidos a través de la
sedimentación.- La separación puede serasistida por un agregadoquímico (coagulación,floculación) para mejorar el
tiempo de sedimentación y loscomponentes eliminados.
Operación:-Usado en influentes con valoresde TSS >50-100 ppm.
Limitaciones:-Gran tamaño;-Difícil de controlar encondiciones variables;-No elimina por completo lossólidos suspendidos;
-Arrastre.
Fortalezas:-Trabaja con grandesvolúmenes de sólidossuspendidos.- Bajo costo operativo enrelación a su caudal
volumétrico.
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Clarificación
Propulsor del rotor
InfluenteEfluente
Descarga delodos
Válvula de alivio y desagüe Mezcla primaria yzona de reacción
Zona de flujode retorno
Mezcla secundaria yzona de reacción
Aguaclarificada
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Filtración
Muy alto costo operativo aúncon bajo contenido de sólidossuspendidos.
Tamaño: enmicrones, aelección delusuario.
Desechables:eliminación desólidos.
Filtros de cartuchos
Mayor control de la turbidez.
Puede haber formación decanales o tortas.
Agua de bajaturbidez.
Filtración deprocesos encaliente o enfrío.
Filtros de presión
Mantenimiento sencilloCosto más bajo cuando laeficiencia de eliminación delTSD no es estricta.
El porcentaje de arrastre puede
ser significativo.
Agua de bajaturbidezRemoción desólidossuspendidos
Gravedad: mediosfiltrantes mixtos
ComentariosCalidad delefluente
FunciónTecnología
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Medios filtrantes por gravedad/mixtos:La mayoría de los medios filtrantes
multimedios tienen una capacidadde 5gpm/pie cuadrado.
En los superiores a 6 ó 7 gpm/piecuadrado, se observa menorcalidad en el efluente.Los bajos caudales puedenocasionar la formación de canales.
Se debe evitar los cambios bruscosde flujo cuando los filtros estánsucios.
A áli i d l t ñ d l tí l
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Análisis del tamaño de las partículasdescargadas por un sistema de MMF
alimentado con coagulante% of TotalParticles
Volume ppm% of Total
VolumeParticle Volume
93.5% 0.0008 4.44% 82945.6% 0.0004 2.36% 44160.6% 0.0005 2.51% 46840.1% 0.0005 2.49% 46470.1% 0.0006 3.00% 56000.0% 0.0010 5.09% 95120.0% 0.0018 9.43% 176310.0% 0.0020 10.89% 203690.0% 0.0090 48.23% 901680.0% 0.0022 11.58% 216510.0% 0.0000 0.00% 00.0% 0.0000 0.00% 00.0% 0.0000 0.00% 0
Total 100% 0.0187 100%
2.0-4.04.0-6.06.0-8.0
7.4
8.0-10.0
Particle Size (microns) Particles per mL
0.5-1.01.0-2.0
3.42.5
6611.7
30.0-40.040.0-50.0
10.-15.015.0-20.020.0-30.0
100-200 0.0
0.1
50-100 0.00.0
2.0
1.10.7
6184.4370.140.0
Filter 4, 5, 6
0.1
1.0
10.0
100.0
1000.0
10000.0
0.1 1 10 100
Particle Diameter (µm)
P a r t i c l e s C o u n t e d ( # n / m L )
Diámetro de las partículas (µm)
Filtro 4, 5, 6
R e c u e n t o d e p a r t í c u l a s ( # n / m l )
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Filtro de presión
Ventajas• Elimina la necesidad de
rebombear agua filtrada;
• Funciona a altastemperaturas, por ej.cieno caliente;
• Evita la pérdida de calordel sistema.
Limitaciones
• Puede utilizarse ensólidos superiores a los 15micrones.
• Debe alimentarse conagua caliente pararetrolavado.
T l í d b t l í
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Tecnología de membranas vs. tecnologíaconvencional
Tratamiento con membranas Tratamiento convencional
Requiere mucha manode obra y uso intensivo
de productos químicos.
FuncionamientoTotalmenteautomatizado, con
mínimo uso de productosquímicos.
Por gravedad, confiltración gruesa.
Proceso deseparación
Barrera física = filtraciónconfiable.
Requiere grandesextensiones de tierra.
TamañoExtremadamentecompacto.
Desarrollada en el sigloXIX.
TecnologíaModerna, en constantemejora.
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UF: Fibra hueca
Ventajas
• Poros pequeños: rango absoluto:0,1 µm; rango nominal: 0,04 µm;
• Excelente remoción departículas en un solo paso;
• Maneja los sólidos suspendidosmejor que la MMF;
• Su barrera absoluta permite laeliminación de microorganismos;• Alta confiabilidad;• Menor costo operativo que la
filtración a presión;.• Menor gasto de capital por sutamaño reducido.
Limitaciones
• No está libre de aceites nigrasas;
• pH: entre 5 y 9,5
• Temperatura: <40° C
• Flujo máximo de cloro continuo:1000 ppm (0,5M ppm/h);
• Máximo TSS por filtracióndirecta: 10.000 ppm.
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UF: Fibra huecaHebras huecas de fibrasplásticas porosas con miles demillones de porosmicroscópicos en su superficie;
El diámetro de estos poros esvarias miles de veces máspequeño que el de un cabellohumano;
Si bien los poros forman unabarrera física para lasimpurezas, permiten el paso delas moléculas de agua puras;
El agua pura es atraída hacia elcentro de la fibra mediante unasuave succión.
Fibra de lamembrana
7 ft
3 ft
Módulo de lamembrana
Vista microscópica de los electronesen la superficie de la membrana.
d f b h
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Tipos de fibra huecaSumergida Presurizada
A tanque abierto. Fibrasligeramente unidas para facilitarla remoción d e sólidos;
Funcionamiento: a baja presión,por sistema de vacío;
Se adaptan más f ácilmente asistemas de mayor volumen.
Dificulta más la remoción d e sólidosen fibras estrechamente unidas quese hallan en recipientes a presión, en
espacios confinados;A medida que las membranas seensucian, se deban aplicar niveles depresión más altos;
Cada equipo requiere el uso de uncostoso recipiente a presión.
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Inversión de capital: UF por membranas
sumergidas vs. UF por presiónTabla 1: Inversión de capital por galón
35 – 57%14 – 30%37 – 38%Porcentaje
$0,256 - $0,987$0,060 - $0,142$0,136 - $0,153Diferencia decosto
$0,469 - $0,733$0,300 - $0,400$0,232 - $0,254M. sumergidas
$0,725 - $1,72$0,442 - $0,460$0,348 - $0,407Presión
(USD$/galón)(USD$/galón)(USD$/galón)
ReducidaMedianaMuy importante -
importante
Los sistemas de membranas sumergidas requieren menorinversión de capitalFuente: Sorghini, Lisa.(USFilter):”Evaluation of Low Pressure Membranes: Submerged versus Pressure” . Trabajo
presentado en la 2003 AWWA Membrane Specialty Conference, Atlanta, GA, EE. UU.
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Costos energéticos: UF por membranas
sumergidas vs. UF por presiónTabla 2: Costo energético cada 1000 galones
58%+45 -46%20 – 29%Porcentaje
$0,018 - $0,090$0,010 - $0, 012$0,004 - $0,008Diferencia decosto
$0,013 - $0,015$0,012 - $0,014$0,0120 - $0,024M .sumergidas
$0,031 - $0,105$0,022 - $0,026$0,020 - $0,028Presión
(USD$/1000galones)
(USD$/1000 galones)(USD$/1000 galones)
ReducidoMedianoMuy importante -
importante
Los sistemas de membranas sumergidas consumen menoscantidad de energía.
Fuente: Sorghini, Lisa.(USFilter):”Evaluation of Low Pressure Membranes: Submerged versus Pressure” .
Trabajo presentado en la 2003 AWWA Membrane Specialty Conference, Atlanta, GA, EE. UU.
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Eliminación de sólidos disueltos
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Actividad 2
¿Qué tipo de sólidos disueltos utilizaactualmente y para qué sistemas(desmineralizado, OI, ablandador, etc.)?
¿Cómo evalúa el costo defuncionamiento de cada sistema? ¿Aplica
el cálculo de USD$/galón?
Intercambio iónico
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Intercambio iónico
Bajo .ModeradaReducción del gradode alcalinidad: 50 a90%
Reducción delgrado dealcalinidad ydureza. Reduce
parcialmente elTSD.
Supresión de laalcalinización
ModeradoBaja –Moderada.
Reducción del gradode alcalinidad: 50 a
90%.
Reducción delgrado de
alcalinidad.
Desalcalinizacióncon anión cloruro.
AltoAltaConductividad: <10umho; Sílice: <200ppm.
Eliminación detodos los sólidosdisueltos.
Desmineralización
ModeradoAltaNivel de dureza: 0,2 –1,0 ppm
Cierta alcalinidad;eliminación de sílice yTSD.
Ablandamientode agua conprocesos encaliente.
Ablandamientocon zeolitacaliente.
BajoBajaNivel de dureza: 0,2 –1,0 ppm
Eliminación dedurezas.
Ablandamientocon zeolita desodio.
Costo deoperación ymantenimiento
Inversiónde capital
Calidad del efluenteFunciónTecnología
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Ablandamiento con zeolita desodio
Ventajas• Económica: baja inversión de
capital y bajo costo operativo;
• Fácil de operar;
• Durable;
• Regenerante de cloruro desodio seguro y barato.
Limitaciones• No reduce el total de sólidos
disueltos (TSD).
• Limita la vida útil de la resina
por el ensuciamiento y ataquede oxidantes.
• No reduce la presencia desílice.
• No reduce el grado dealcalinidad sin el agregado dedesalcalinizadores.
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Ablandamiento con zeolita encaliente
Ventajas• Ablandamiento a temperaturas
de proceso (100 – 115°C);
• Completa reacción deablandamiento;
• Suele mostrar buena reduccióndel contenido de sílice y buenaabsorción del sílice delprecipitado del hidróxido de
magnesio.• Reduce parcialmente el TSD.
Limitaciones• La formación de coágulos o el
indebido patrón de rociadopueden evitar el adecuadocalentamiento del agua:
• Complica altamente laalimentación de cieno;
• Genera problemas en la
manipulación de lodos.
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Desmineralización
Limitaciones
• Su regeneración requiere un altocontenido de agentesácidos/cáusticos;
• Alto y variable costo de los
agentes cáusticos;• Resina aniónica de limitada vida
útil;
• Pérdidas de sílice y sodio;• Alta demanda de mano de obra;
• Costos operativos directamenteproporcionales al TSD.
Ventajas
• Reducción de todos los sólidosdisueltos;
• Permite altos ciclos defuncionamiento;
• Adecuada para calderas de altapresión;
• Puede adaptarse a necesidadesespecíficas de pureza;
• Excelente rechazo de sílice;
• Excelente rechazo de alcalinidad/CO2.
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Desalcalización de cloruro anión
Ventajas• Económica: baja inversión de
capital y bajo costo operativo;
• Fácil de operar;
• Durable;
• Segura y económicaregeneración de cloruro de
sodio
Limitaciones• No reduce el total de sólidos
disueltos (TSD);
• La calidad del agua de
alimentación puede limitar losciclos de la caldera;
• No es adecuada para calderas dealta presión (> 900 psig);
• No reduce el contenido de sílice;
• No reduce el grado de alcalinidadsin el agregado de
desalcalinizadores.
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Desalcalinización por
deprivaciónVentajas
• Reducción del 80-90% dela alcalinidad;
• Reducción del nivel
dureza a <0,1 ppm;• Reducción parcial del
SDT;
• Eficaz uso deregenerantes;
• Poco desperdicio de agua.
Limitaciones• Los residuos no pueden
reutilizarse en formainmediata;
• Manipulación de ácidos;• Es necesario neutralizar los
residuos;
• No reduce el contenido desílice.
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Sistemas de membranas
BajoModerada-Alta
Escasaeliminación desólidos
suspendidos. Noelimina el TSD.
Eliminación desólidossuspendidos.
Ultrafiltración: fibrahueca
BajoModeradaSiO2:<10 ppb
16+ Megohm.
Funciona comoun lecho mixto.
Electrodesionización(EDI) (E-Cell)
BajoModerada-Alta
Por lo general,reducción del75% del TSD, conalta recuperación
de agua.
Eliminación desólidos disueltospor campomagnético.
Electrodiálisisinversa (EDR)
ModeradoModeradaPor lo general,reduce el 98% del
TSD.
Separación detodos los sólidos
disueltos.
Ósmosis inversa
Costo deoperación ymantenimiento
Inversiónde capital
Calidad delefluente
FunciónTecnología
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¿Qué es una membrana?
Tela
Capa porosa: ~ 55-100 µm
Película no porosa: ~ 50 – 10,000 nm
M e m b r a n a d e U F ,
M F
M e m b r a n a d e O I - N F
Superficie superior
Corte transversalExisten dos clases demembranas:
• Porosas (UF, MF), y;
• No porosas (OI; NF).Por lo general, las membranasno porosas están formadas porun soporte recubierto por una
película delgada.Membrana compuesta – Corte transversal
Ósmosis inversa
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Ósmosis inversa
Ventajas• Rechazo de la totalidad de
sólidos disueltos;
• Costos operativos no vinculadosdirectamente con el TSD;
• Permite el funcionamiento decalderas de ciclo alto;
• No necesita regeneradoresquímicos (ácidos/cáusticos);
• No requiere excesiva mano deobra;
• Versátil acoplamiento consistemas de resina;
• Ideal para aplicaciones móviles.
Limitaciones• No concebido para la
eliminación de sólidossuspendidos;
• Mayor costo eléctrico que lossistemas de resina (bombas dealta presión);
• Genera una signficativacorriente de rechazo (por logeneral, 20 – 30% de lacorriente de entrada);
• No rechaza el CO2;
• Temperatura máxima: 80°C.
Electrodiálisis inversa (EDR)
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Electrodiálisis inversa (EDR)
Ventajas• Electrodos autolimpiantes;
• Alta resistencia al
ensuciamiento orgánico;• Resistencia a la incrustación
inorgánica;
• No reduce el contenido desílice;
• Muy alta recuperación deagua.
Limitaciones• Eliminación del TSD: ~75-90%
• Más adecuada para la
alimentación de aguas salobres;• Polarización (temperatura,
fluctuaciones del TSD);
• Máximo y mínimo de TSD;• Temperatura máxima: 35°C.
Tecnología EDR
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gElectrodiálisis (ED)
•Proceso eléctrico deeliminación iónica en el quese aplica voltaje para atraerlos iones a través de las
membranas.•Permeable a los iones, no
así al agua.
Electrodiálisis inversa (EDR):
•Proceso de ED en el que lapolaridad de los electrodos y lascorrientes de dilución yconcentración se invierten cada
15 ó 20 minutos;•La inversión elimina y barre la
incrustación recientemente
acumulada.
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Sistemas E-Cell: Línea PRO MK-3
Evolución del proceso de
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Evolución del proceso de
purificación
Pretratamiento Catión IX Anión IX Lecho mixto
Agente
cáustico
Agenteácido1940
Pretratamiento Lecho mixtoO.I.
1990Agente
ácido
Agente
cáustico
O.I. EDIPretratamiento
Zeeweed
2000+
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Casos seleccionados
Shell – Planta AOSD: Agua dulce, UF,RO, MB;
Southern Company, Planta Harris:Agua dulce, UF. RO, MB;
Petro Canada + Planta Gold Bar deEdmonton para el tratamiento deaguas residuales municipales: UF, RO.
Planta AOSD de Shell - Diagrama
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gde flujo del proceso
Caustic
Acid
Demin Boiler
Feed Water 390 m3/h
(1700 USGPM)
North Saskatchewan River
3 mm
Screen Heat
Exchanger
2 x 50 %ZeeWeed®
Ultrafilters
ZeeWeed®Reject
2 x 50 %
Reverse
Osmosis
Units RO
Reject
Forced Draft
Degasifier
2 x 100%
Mixed Bed Ion
Exchangers
Neutralization
Tank
Spent
Regenerant
Boiler
Neutralized
Regenerant
Anti-Scalant
BisulphiteFerric
Chloride
Sodium
Hypochlorite
Río Saskatchewan Norte
Cloruro ferroso
Hipocloritode sodio
BisulfitoAgente antiincrustante
2 equiposde OI al
50%Rechazo
de OI
Intercambiadortérmico
Rechazo deZeeWeed®
2 ultrafiltrosZeeWeed® al
50%
Agentecáustico
Agenteácido
Tanqueneutralizador
Regenerador
consumido
Tanqueregenerador
Caldera
Agua dealimentación
desmin. para lacaldera: 390m3/h (1700USPGM)Desgasificador de
succión forzada
2 intercambiadoresiónicos de lechomixto al 100%
Pantallade 3mm
Planta Harris Southern Co: Diagrama
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Planta Harris, Southern Co: Diagrama
de flujo del procesoRío Alabama
Rechazo deZeeWeed®
Caustic
Acid
Demin Boiler
Feed Water 114 m3/h
(500 USGPM)
Alabama River
1 mm
Screen
2 x 50 %
ZeeWeed®Ultrafilters
ZeeWeed®Reject
2 x 50 %
ReverseOsmosis
Units RO
Reject
2 x 50%
Mixed Bed Ion
Exchangers
Neutralization
Tank
SpentRegenerant
Neutralized
Regenerant
Anti-Scalant
Bisulphite
Sodium
Hypochlorite
Inclined
Plate
Clarifier Filter Press
Agente antiincrustante
Rechazo
de OI
Agentecáustico
Agenteácido
Tanqueneutralizador
Regeneradorconsumido
Tanqueregenerador
Agua de
alimentacióndesmin. paracalderas: 114
m3/h (500USPGM)
Desgasificador desucción forzada
2 intercambiadoresiónicos de lecho
mixto al 100%
Clarificador de
placa inclinada
Río Alabama
Hipocloritode sodio
Bisulfito
2 equiposde OI al
50%
Intercambiadortérmico
Prensa de filtro
2 ultrafiltros
ZeeWeed® al50%
Pantallade 3mm
Rechazo deZeeWeed®
Planta Harris, Southern Co.
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,
Petro Canada – Planta Gold Bar deEdmonton para el tratamiento de
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Edmonton para el tratamiento de
aguas residuales municipales
Efluente municipal de 1,3 mgd a UF y
RO para agua de compensación decalderas/enfriamiento
UF en Planta Gold Bar – Calidad delefluente
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efluenteIndice de densidad de cieno (SDI)
Nov/06 – Mar/07Conductividad del influente
Nov/06 – Mar/07
FosfatoAbr/06 – Mar/07 (ppm)
F o s f o n a t o T
= p
SDI
Objetivo
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Ámbito de operación
Posibles soluciones de membranas
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Posibles soluciones de membranas
para sistemas con procesos decalderas1. OI vs. actuales desmineralizadores;
2. OI vs. actuales ablandadores o, como reemplazo deestos últimos;
3. Nueva planta: ¿OI/MB o Desmin./MB?;4. ¿OI de doble paso/EDI para reemplazar el
desmineralizador de resina?
- Tren de lecho mixto;5. Ultrafiltración vs. desmin. O, OI para reemplazar la
tradicional filtración/clarificación.
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Posibles sistemas operativosAgua de alimentación de calderas / Sistema de alta pureza
Raw
Feed
Water
Cartridge
Filter
RO FeedPump
RO Permeate
Tank
RO Feed
Tank
Mixed Bed
Feed Pump
Demineralized
Water
UF PermeatePump
ZeeWeed ®
Membrane
Tank
Reverse
Osmosis
Membranes
Mixed Beds
Tanque dealimentación
de OI
Bomba depermeado de UF
Agua dealimentacion
cruda
Tanque demembranaZeeWeed
Tanque depermeado de
OI
Membranasde ósmosis
inversa
Filtro delcartucho
Bomba dealimentación
de OI
Bomba de
alimentación delecho mixto
Aguadesminera-
lizada
Lechos mixtos
Pretratamiento con
membranas Sistema de ósmosis inversa Sistema de intercambioiónico o E-Cell
ZeeWeed® y OI: la sociedad perfecta
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ZeeWeed y OI: la sociedad perfecta
Garantiza confiabilidad;
Protección superior en sistemas de OI;Índice de densidad de cieno (SDI): < 2
Simplificación del proceso;
Mayor caudal de flujo de OI;
Experiencia – > 90 plantas de UF/OI.
Menor inversión de capital y costos operativos;
Mínimo tiempo de inactividad; sin
interrupciones en la producción o el proceso.
$ La mejor inversión para su dinero $
Agregado de OI al equipo de
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g g q pdesmineralización existente
Menor costo de regeneración de agentes ácidos y cáusticos;– Suele reducirse un 85 – 90% de la regeneración;
Aumento de un 10 a 15% de la producción mensual de agua;Disminuye un 90% la alta regeneración de TSD;
Prolongada vida útil de la resina de intercambio iónico:– 40 a 50% de aumento en la vida útil habitual de la resina;– Ciclos de regeneración mucho más prolongados y menor
ensuciamiento orgánico/por hierro.
Mejora en la calidad del agua de alimentación y el vapor:– Menores resbalones y roturas por sodio y sílice.
OI + desmineralizador existente
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Pretra-tamiento
Equipode OI
Bisulfito
Anión
Anion
MBDI
CIP
MBDI
Tanque
Anti-incrustante
Arranque
delmotor
Ventajas de la OI:
•Menor costo de ácidos y agentes cáusticos;•Mejora en la calidad del agua deldesmineralizador;
•Requiere menos mano de obra;•Menor descarga de productos químicos;
•Prolongada vida útil de la resina de
intercambio iónico.
Cat
Cat
OI antes del desmineralizadorEj. con agua y aguas cloacales relativamente económicas
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Costo justificado de OI : superior a 230 ppm TDS (aprox.)
OI
RO to precede Demin. $0.50/kgal raw water / $0.50/kgal
waste
0
0.5
1
1.52
2.5
3
100 312 473
TDS, ppm
$ / k g a l wdegas,neutr
Linear (wdegas,neutr)
Desmin.
Agregado de OIInversión de capital y
costo operativo:
OI antes desmineralizador: USD$0,50/kgal de agua cruda / UD$/kgalde residuos
Desgas. Res., neutr.
Linear (degas. Res., neutr.)
Candidatos lógicos para el análisis:
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g p
Ablandador y/o desalcalinizador a OI• Límite de ciclos de caldera: 20 ó menos (purga del 5% omás);
• Aguas de alto índice de alcalinidad y/o agua con alto
contenido de sílice: límite de ciclos o formación deincrustación;• Costo excesivamente alto del tratamiento con vapor
debido a la formación de alta alcalinidad;• La pureza del vapor es fundamental: en turbinas, contacto
del vapor con el proceso; generadores de vapor limpios;• No está permitida ni se recomienda la alimentación con
aminas;• Sistemas sin recuperación térmica de la purga (oinoperable/ineficiente purga del intercambiador de calor).
Planta de HPI con agua de pozo con altoíndice de SDT que utiliza un
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índice de SDT que utiliza un
deasalcalinizador y un ablandador de NaZHPI
Aspectos básicos:Comparación de los BTU de purga con agua a 90°F(“precalentamiento gratis del proceso”); no hay
recuperación térmica de la purga;$8,00 por millón de BTUs;
Aumento del 85% de la eficiencia del calentador a
fuego directo;Retorno de condensado= 20%.
Equilibrio de caudal de lait ió i i i l
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situación inicial
Aguassubterráneas
de pozosonsite
Alimentación
de cloro parael control bio.
Tanque dealmacena-
miento
Regeneradorde ácidosulfúrico
Actualintercambio de
calór con elproceso
Intercambioiónico del
enfriamientode agua por
atomización (3recipientes)
Sistemas de calderas de 600 psi
Diagramas de flujo básicos para el pretratamiento de aguade alimentación de calderas
Ejemplo básico
Actual pretratamiento de agua de alimentación
Descarbonizador
de succiónforzada
Intercambio
iónico de NaZ: 5recipientes
Agua dealimentación adesaireadores
Regeneradorde NaCl
NaOH para
ajuste de pH
de eficienciaAire de
ventilación paradestilación de
CO2
de eficiencia
Salida de 570 gpm con
618 gpm en 48 usgpm deresiduos
Impacto de la UF y la OI en elilib i d l d l
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equilibrio del caudalDiagramas de flujo básicos para el pretratamiento de agua de alimentación decalderas
Pretratamiento de agua de alimentación con UF y OI: ciclos más altos
Aguassubterráneas
de pozosonsite
Alimentación decloro para elcontrol bio. y
oxidación de hierro
Tanque dealmacena-
miento
Actualintercambio de
calor con elproceso
Nueva UF Descarbonizadorde succión
forzada
Intercambioiónico de NaZ:
Agua dealimentacióna desairea-
dores
Regeneradorde NaCl
NaOH para
ajuste de pH
de eficiencia
Aire deventilación para
destilación deCO2
de eficiencia
Nueva OI
derecuperación
175 gpmRechazo a
torre deenfriamiento
Retrolavado yregeneración.
Rechazo aresiduos
Salida de 516 gpm con728 gpm en 37 usgpm de
residuos
Conversión de agua de compensación ablandadaa agua de compensación de OI
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a agua de compensación de OI• Mejora en la pureza del vapor> Proceso/turbina
• Mejor control de la corrosión delcondensado> Aguas con alto índice de alcalinidad;
• Minimiza los gastos operativos y demantenimiento> Fallas en el agua y el vapor de las calderas;
• Mantiene óptimo rendimiento térmico> Eficiencia en la transferencia de calor decalderas y vapor;
• Reduce los costos de tratamiento> Funciona a ciclos más altos: genera menosresiduos;> Menores requisitos de tratamiento en el
sistema de vapor.
OI antes de NaZ
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Basis
Raw water cost, $/1000 usg $0.25
Sewer cost, $/1000 usg $0.25
Electricity cost, $ / Kwh $0.06
Fuel Cost, $/MM BTU $8.00Boiler efficiency, % 85.0%
Salt $/lb $0.04
Acid 100% $/lb $0.05Caustic 100% $/lb $0.24
Base
Costo del agua cruda (USD$/1000 usg)Costo cloacas (USD$/1000 usg)Costo electricidad (USD$ /kwh)
Costo combustible (USD$/MM BTU)Eficiencia de la caldera (%)Sal (USD$/libras)
Ácido 100% (USD$/libras)Agente cáustico 100% (USD$/libras)
Resumen: Opciones de tratamiento de agua de pozo
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Opción Ejemplo base
Configuraciónexistente, WAC,Descarb, sin zeolita
Filtración, Desmin.,WAC, SAC, Descarb.,
SBA
Oxidación dehierro, filtración,OI, zeolita de NA
Oxidación dehierro,
ultrafiltración, OI,zeolita de NA
Agua cruda de pozo enAgua resultante a BFWAguas regeneradas a residuosRechazo de OI a residuosRechazo de MMF a residuosRechazo de UF a residuos
TSD a BFWen ppm (c/ condens. Rtn =Sílice a BFW (ppm)
Ciclos de calderas con sílice600 psi a 40 ppm450 psi a 90 ppm120,50 psi a 150 ppm
Resumen: Opciones de tratamiento de agua de pozo
Opción Ejemplo base
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TSD a BFWen ppm (c/ condens. Rtn =Sílice a BFW (ppm)Ciclos de calderas con sílice600 psi a 40 ppm450 psi a 90 ppm
120,50 psi a 150 ppm
Configuraciónexistente, WAC,Descarb, zeolita de NA
Filtración, Desmin.,
WAC, SAC, Descarb.,SBA
Oxidación dehierro, filtración,OI, zeolita de NA
Oxidación dehierro,
ultrafiltración,OI, zeolita de NA
Polímero del prefiltro
Sal a USD$0,04/libras, 6 lib./pie 3, 3,5x/díaÁcido a USD$0,05/lib., 4 lib./pie3, 3,7x/día
Agente cáustico a USD$0,24/lib.,100%Cáustico de neutr. a USD$0,24/lib., 100%Agua cruda a USD$0,25/kgalTrat. de aguas residuales a USD$0,25/kgal
Reemplazo de resina. Vida útil: 7 añosEst. limpiador de resina: USD$15.000/añoDescarbonizador (energía + NaOH)
Costo operativo
Costo operativo del intercambio iónico, USD$ por kgal producido
USD$ por año, 570 gpm producto
OI, UF, USD$ por kgal producidoProductos químicos, limpieza, antiincrustante,desclor.
Costo energía de OI: USD$0,06/kwhCosto reemplazo membrana y cartucho OI
Costo operativo total por kgal de aguaprod.
USD$ por año al caudal de BFW necesario
Costo Ahorro de % de purga y calorEjemplo base
Presión de vapor( i)
Ciclos % de Agua alimen-Presión de vapor BTU Liq. Pérdida calorPurga
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(psi) purga tación (lbr/h)(lbr/h) Btu/lbr. de purga
BTU/h
lbr/h
Ciclos altos con OI y NaZ
Total 1.952.000USD$/año $160.937
Ahorro en aguade alimentación = 27.115 lbr./h
54 gpm
Ahorro de temperaturade purga = USD$718.018 por año
Beneficios adicionales de la calidad del aguade compensación de OI de la caldera
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de compensación de OI de la calderaMejora en la pureza del vapor de los procesos y laturbomaquinaria
– La gran reducción de sólidos disueltos disminuye las posibilidades de
arrastre;– Gran reducción de la carga del sistema de recuperación de calor de lapurga.
Mejora de la eficiencia y la confiabilidad de la caldera– Menor posibilidad de acumulación de sedimentos de incrustación;– Menor posibilidad de falla de la cañería de la caldera por presencia de
incrustación/sobrecalentamiento.
Menor corrosividad del vapor sobre el equipo deprocesamiento– Menor necesidad de administración de ácido carbónico y aminas;– Menor posibilidad de arrastre por alcalinidad.
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ResumenLos sistemas de membranas pueden ayudarlo a
ahorrar dinero y, posiblemente, agua en susaplicaciones de servicios públicos.
Los nuevos sistemas están incursionandomayormente en todo tipo de membranas.
¡Súmese al enfoque verde!