Diseño de una instalación desaladora de agua de mar (IDAM)

Diseño de una instalación desaladora de agua de mar (IDAM) de gran capacidad con pretratamiento mediante ultrafiltración y doble paso de ósmosis inversa

Proyecto Final Máster en Ingeniería y Gestión del Agua

Autores: Tutor:Cristina García-Ochoa Martín Aitor Díaz PérezMiguel Moraga Ruiz de la MuelaAlfredo Peraita Juez

ÍNDICE

1. Introducción

2. Fundamentos de la ósmosis inversa

3. Datos de partida y requisitos exigidos

4. Proceso

5. Estudio de explotación

6. Conclusiones

1. Introducción

1.1. Antecedentes - Distribución de agua desigual en el mundo.

- Futuro incierto debido al cambio climático.

- La desalación como solución.

1. Introducción

1.2. Justificación del proyecto - Tendencia actual

Grandes plantas: Mayor demanda y eficiencia energética.

- Aplicación de últimas técnicas disponibles

Mayor calidad de agua y optimización de costes energéticos.

1.3. Normativa aplicable

- RD 1/2.001

- RD 140/2.003

2. Fundamentos de la O.I.

- Ósmosis directa - Ósmosis inversa

Agua pura

Agua salina

Agua pura

Agua salina

Agua pura

Agua salina

3. Datos y requisitos

Producción (m3/día) 320.000

Número de pasos 2

Número de etapas

1er paso 1

2º paso2

Split variable 2º paso

Mínimo 9%

Máximo 29%

Factor de conversión

1er paso 45%

2º paso 90%

Global 42,6% - 43,2%

Tipo de captación Toma abierta

3.1. Datos básicos de diseño

Tª mínima del agua bruta 16 ºC

Tª máxma del agua bruta 32 ºC

PretratamientoA la O.I Ultrafiltración

A la U.F Filtros de anillas

Postratamiento Lechos de calcita

Dosificación químicos

Pretratamiento

FeCl3 – NaClO - H2SO4 - Na2S2O5 – NaOH - Antiincrustante

Postratamiento

CaCO3 - CO2


3.2. Capacidad de la planta

Nº de trenes: 2 Nº total bastidores

Nº elementos/bast

idor

F. anillas 8 5

Ultrafiltración 60 170

1er paso O.I 24 170

2º paso O.I 12 98

SPLIT 9% m3/h m3/d l/s

Caudal alimentado a la IDAM 33.239 797.730 9.233

Caudal alimentado filtros de anillas 33.239 797.730 9.233

Caudal alimentado ultrafiltración 32.906 789.753 9.141

Caudal alimentado ósmosis inversa 31.261 750.265 8.684

Caudal producifo ósmosis inversa 13.333 320.000 3.704

- Pérdidas filtros de anillas: 1%.

- Pérdidas ultrafiltración: 5%.


3.3. Calidad del agua bruta

Parámetro Ud Valor Hierro - Fe μg/l 31 Cobre - Cu μg/l 20 Manganeso - Mn μg/l <3 Bario - Ba μg/l 6Aluminio - Al μg/l 20Z

inc - Zn

μg/l 16

Estroncio - Sr μg/l 6.362

Carbono orgánico total

ppm 1,9

S. suspensión - 105°C ppm <10 S. suspensión - 550°C ppm <8Bacterias totales cfu/ml <3.500Coliformes totales cfu/100ml <15Coliformes fecales cfu/100ml <10Turbidez NTU ≤5 SDI (15 min) ≥6,5 p

H

8,1-8,2

Temperatura ºC 16 – 32

Pesticidas totales

μg/l 2,33

Parámetro Ud Valor Alcalinidad - CaCO3 ppm 134

Sólidos disueltos - 180°C ppm

40.360

Cloruros - Cl ppm 22.157 Nitratos – NO3 ppm <1 Fluoruros - F ppm 1,5 Bicarbonato – HCO3 ppm 163,35 Sulfatos – SO4 ppm 3.056 Bromuros - Br ppm 89 Amonio – NH4 ppm 0,12 Sodio - Na ppm 12.020 Potasio - K ppm 671 Calcio - Ca ppm 442 Magnesio - Mg ppm 1.499 Dureza - CaCO3 ppm 7.270,7 Fosfatos – PO4 ppm 0,01 Dióxido de silicio – SiO2 ppm 1 Boro – B ppm 5,5 Simazina μg/l 0,07


3.4. Temperatura de diseño

Edad de las membranas: 0 años

Temperatura (ºC) Split (%) pH

16 29 8.1

22 21 8.6

24 19 9.1

28 16 9.5

32 13 9.7

Edad de las membranas: 3,6 años

Temperatura (ºC) Split (%) pH

16 21 8.1

22 14 9.2

24 14 9.4

28 11 9.6

32 9 9.8

Temperatura Edad membranas % Split pH


3.5. Características del agua producto

Parámetro Ud Valor máximo

Boro - B ppm 0,5

Cloruros - Cl ppm 30

Sólidos totales disueltos ppm 3

00

pH 7,8 – 8,5

Índice de Langelier 0 – 0,5

Dureza como CaCO3 ppm

80 - 120

Turbidez

NTU 0

4. Línea de proceso

4.1. Descripción general

- Captación.

- Depósito.

- Bombeo de baja presión.

- Pretratamiento físico: Filtros de anillas > Ultrafiltración.

- Pretratamiento químico en línea.

- Bomba de alta presión.

- Ósmosis inversa: Primer paso > Depósito > Segundo paso.

- Postratamiento: Lechos de calcita.


4.2. Captación

- Objetivos:

- Garantizar caudal necesario.

- Garantizar calidad del agua captada.

- Minimizar variación características físico-químicas.

- Garantizar mínimo impacto físico y medio ambiental.

- Proteger frente al tráfico marino.

- Lograr el menor coste posible de la planta.

- Tipo de captación: Profunda mediante torre de toma.


4.2. Captación

- Rejas.

- Elevada respecto al fondo.

- Líneas de corriente horizontales.

- Velocidad < 0,15 m/s.

Evacuación hasta la costa:

- Inmisario de PEAD.

- Gran diámetro.

- Cántara de captación.

- Bombeo a planta.


4.2. Captación

- Bombeo hasta cabecera de planta: - Caudal de bombeo: 33.239 m3/h.

- Número de bombas en operación: 12 uds.

- Caudal unitario: 2.770 m3/h.

- Altura manométrica: 24 m.

- Potencia unitaria: 250 Kw.

- Diámetro colectores: 2.000 mm.

- Material: PRFV.


4.3. Pretratamiento físico

- Eliminación de materia por cribado (SS, macromoléculas, coloides).

- También M.O. en el agua.

- No elimina iones ni sales disueltas.

- OBJETIVO: protección OI.


4.3. Pretratamiento físico

Filtros de anillas Ultrafiltración


4.3.1. Filtros de anillas

- Retención partículas de origen mineral.

- Anillas planas y ranuradas.

- Flujo del exterior al interior.

- Limpieza contralavado.


4.3.1. Filtros de anillas: Diseño

Q de entrada a UF (m3/día) 789753

Pérdidas F. Anillas 1,00%

Q de entrada F.Anillas (m3/día) 797730

Q de entrada F.Anillas (m3/h) 33239

Diámetro unitario (m) 1,2

Superficie unitaria (m2) 1,1

Nº filtros por bastidor 5

Flujo diseño (m3/h) 4300

Nº bastidores adoptado 8

Nº total filtros 40


4.3.2. Ultrafiltración

- SS, macromoléculas, coloides, microorganismos.

- Membranas capilares.

- Flujo del interior al exterior.

- Lavados frecuentes


4.3.2. Ultrafiltración: Diseño

Q de entrada a O.I. (m3/día) 750.265

Q de lavado ultrafiltración 5,00%

Q diseño (m3/día) 789.753

Q diseño (m3/h) 32.906

Flujo de diseño (l/m2•h) 71

Superficie membranas (m2) 46

Nº membranas 10.076

Nº trenes 2

Nº bastidores 60

Nº bastidores / tren 30

Nº membranas / bastidor 170

Flujo durante lavados (l/m2•h) 75,1


4.3.2. Ultrafiltración: Lavados

Funcionamiento durante ciclo de filtración.



1º Aireación.



2º Contralavado con agua.



3º Contralavado químico (CEB).



4º Enjuague.


4.4. Pretratamiento químico

- Objetivos: - Funcionamiento óptimo de la planta.

- Acondicionamiento del agua para la OI.


4.4. Pretratamiento químico

Reactivo Objetivo Aplicación Modo Tiempo (h)

Dosis (ppm)

Hipoclorito Sódico Desinfección Cántara Choques 6 5

Cloruro Férrico Coagulante Línea Continuo 24 4

Hipoclorito Sódico Desinfección Línea Continuo 24 0,5

Ácido Sulfúrico Ajuste PH Línea Choques 2 20

Bisulfito Sódico Eliminación Cloro Línea Choques 6 10

Antiincrustante Evitar precipitación Línea Continuo 24 2

Sosa Ajuste PH Línea Continuo 24 10


4.5. Ósmosis inversa


4.5.1. O.I: Bombas de alta presión

Edad de las membranas: 0 años

T (ºC) Split PBAP 1 (bar) PBAP 2 (bar)

16 29% 57,10 13,20

222

1%

55,80

13,00

24 19% 55,70 12,30

28 16% 55,50 11,80

32 13% 55,40 11,40

Edad de las membranas: 3,6 años

T (ºC) Split PBAP 1 (bar) PBAP 2 (bar)

16 21% 60,90 14,30

22 14% 58,70

13,60

24 14% 58,30 13,20

28 11% 57,70 12,70

32 9% 57,20 12,20Nº bombas Potencia absorbida (Kw) Potencia adoptada (Kw)

BAP 1er paso 24 + 2 1.272 1.400

BAP 2º paso 12 + 2 592 630

Temperatura % Split Presión


4.5.2. O.I: Recuperadores de energía

- Intercambiadores de presión tipo ERI.


4.5.3. O.I: Recirculación y Split en 2º paso

Temperatura Edad membranas % Split


4.5.4. O.I: Bastidores de ósmosis inversa

- Doble paso > Calidad permeado.

- Doble etapa > Conversión global.

Membrana Tipo Dimensión (m2)

Flujo (L/m2•h)

Nº Líneas

Nº tubos/ línea

Nº total membrana

s

Paso 1 SWC5 A. mar 37 14 241

70

28.560

Paso 2 ESPABMAX A. salobre 40 37 1268 : 30 8.232


4.6. Remineralización

- Agua producto OI Baja concentración sales, pH ácido.

- Objetivo: Añadir al agua características que la hagan útil para uso.

- Normativa: RD 140/2.003.

Parámetro Ud Valor máximo

Boro - B ppm 0,5

Cloruros - Cl ppm 30

Sólidos totales disueltos ppm 300

pH 7,8 – 8,5

Índice de Langelier 0 – 0,5

Dureza como CaCO3

ppm

80 - 120

Turbidez NTU 0



- Dosificación de calcita (CaCO3) y CO2.

- Dureza máxima admisible: 80 ppm CaCO3.

- 10 ppm CaCO3 1ºF.



Caudal a tratar (m3/día) 320.000

Dureza deseada (ºF) 8

Dosis CaCO3 (ppm) 64

Dosis CO2 (ppm) 28,16

Consumo CaCO3 (Kg/día) 20.480

Consumo CO2 (Kg/día) 9.011,2

Anchura celda (m) 3 m

Longitud celda (m) 8 m

Velocidad ascensional (m/h) 11

Número de celdas (uds) 52

Tiempo de contacto (min) 10

Altura del lecho (m) 2


4.7. Vertidos: Limpieza F. Anillas y Ultrafiltración

- Tratamiento: - Clarificación.

- Espesamiento.

- Deshidratación.


4.7. Vertidos: Salmuera

- Tratamiento: - Dilución previa.

- Emisarios difusores.

http://www.sciencephoto.com/image/396096/large/C0098491-Desalination_plant_Brine_discharge_pipe-SPL.jpg


Costes fijos Costes variables

- Personal

- Mantenimiento y conservación

- Reposición de material fungible

- Reposición de membranas

- Administración y varios

- Análisis de aguas

- Plan de vigilancia ambiental

- Seguros

- Término fijo de potencia

- Reactivos químicos

- Tratamiento de fangos

- Limpieza de membranas

- Reposición de membranas

- Energía


5.1. Costes fijos (Euros/año)

Personal 1.095.600

Mantenimiento y conservación 683.300

Reposición de material fungible 50.000

Reposición de membranas 1er paso 239.904

Reposición de membranas 2º paso 46.099

Reposición de membranas UF 76.500

Administración y varios 60.000

Plan de vigilancia ambiental 90.000

Seguros 400.000

Análisis de aguas 150.000

Término fijo de potencia 1.500.000

TOTAL (Euros/año) 4.391.403

COSTE ESPECÍFICO (€ / M3) 0,0416


5.2. Costes variables (Euros/año)

Reactivos químicos 4.820.320

Tratamiento de fangos 1.056.000

Limpieza membranas 211.000

Reposición de membranas O.I. 1.144.013

Reposición de membranas UF 688.500

TOTAL sin energía (Euros/año) 7.920.033

COSTE ESPECÍFICO TOTAL (€ / M3) 0.0750

Costes energéticos 35.739.704

TOTAL con energía (Euros/año) 43.659.737

COSTE ESPECÍFICO TOTAL (€ / M3) 0.4134


5.3. Costes totales (Euros/año)

Personal 1.095.600

Mantenimiento 683.300

Administración y varios 60.000

Reactivos 4.820.320

Reposición de elementos

2.245.016

Efluentes y limpieza 1.267.200

Energía 35.739.704

TOTAL (Euros/año)

43.911.140

COSTE ESPECIFICO TOTAL (€ / M3)

0,435

6. Conclusiones

- Tendencia: Plantas de gran capacidad. División en trenes.

- Gran calidad de agua producto: Pretratamiento físico y químico.

- Ultrafiltración:

- Menor superficie.

- Mejor calidad del agua producto.

- Menor costes de operación.

- Mayor eficiencia en ósmosis inversa.

- Menor presión de funcionamiento.

- Optimización del proceso: 2 pasos y 2 etapas.

- Criterios de elección de las membranas.

- Consumo energético: 3,76 Kw•h /m3.

¡Muchas gracias por su atención!

Diseño de una instalación desaladora de agua de mar (IDAM)

Education

Transcript of Diseño de una instalación desaladora de agua de mar (IDAM)