LA ÓSMOSIS INVERSA COMO PROCESO DE POTABILIZACIÓN EN ...

XXII CONGRESO DE CENTROAMERICA Y PANAMA DE INGENIERIA SANITARIA YAMBIENTAL “ SUPERACION SANITARIA Y AMBIENTAL: EL RETO”

AIDIS: Asociación Interamericana de Ingenieria Sanitaria y Ambiental -Capitulo Honduras 1

LA ÓSMOSIS INVERSA COMO PROCESO DE POTABILIZACIÓN EN ESPAÑA

Autor Principal: Ing. Juan Manuel OrtegaJuan Manuel Ortega lleva trabajando para el campo del tratamiento del agua más de 30años, en la empresa española Bekox, S.A., perteneciente hoy al grupo Vivendi Water. En laactualidad ocupa el cargo de Directo de Investigación y Desarrollo y es, además, miembrodel Comité Técnico Consultivo de la Compañía.

Dirección: Calle Electrodo, 52 – Polígono Industrial Santa Ana – Rivas Vaciamadrid -Madrid - 28529 - España - Tel.: +34 (91) 660 4000 - Fax: +34 (91) 666 77 16E-mail: [email protected]

PROLOGO

“Los vecinos de la Villa de Madrid se sentían protegidos por la abundancia de agua. Jamásse sintió la escasez. Era cómodo para que la moza del cántaro se allegase a cualquiera delas muchas fuentes y llevase el recipiente de mercancía que le compraban a preciobaratísimo las amas de casa.La visión del madrileño del agua común, abundante y casi superflua se constituye en una desus características psicológicas y ha sido, y es difícil, convencerle de que el AGUA ES HOYUN BIEN ESCASO!!!!”

D. Enrique Tierno GalvánAlcalde de la Villa de Madrid1984. Prólogo del libro: “El Agua de Madrid”

1.- INTRODUCCIÓN

Esta ponencia trata sobre el proceso de la Ósmosis Inversa en su aplicación para elsuministro de agua potable. A lo largo de la misma, se expone de manera muy ligera enqué consiste y qué es el fenómeno de la Ósmosis y la Ósmosis Inversa, cuál es laproblemática que presentan las agua de pozo y superficiales, así como la desalación de aguade mar. Por último, se facilita una panorámica del suministro de agua potable a través defuentes públicas, un sistema con mucha aceptación entre distintos sectores de la población.

2.- DESARROLLODisponibilidad del aguaEl agua, como recurso natural, es un compuesto químico muy abundante en la naturaleza, y,salvo por su desigual distribución en la superficie terrestre, no presenta problemas deescasez en cuanto a recurso globalmente considerado.Sin embargo a la hora de considerar el agua como recurso directamente utilizable para lasdiversas facetas de la “actividad humana”, esta “abundancia” se convierte en déficit. Lapropia “actividad humana” contribuye en gran medida a reducir enormemente esadisponibilidad para el uso del agua. Esta reducción de la “disponibilidad” está convirtiendoel agua en un recurso económico de valor creciente.- El agua ocupa la ¾ partes del planeta- El 97% del agua disponible se encuentra en océanos y mares.- Solo el 3% restante se puede considerar disponible para el uso humano.- De este 3%, según diversos estudios, sólo el 13% se puede considerar realmente

disponible.



3.- CALIDAD DE LAS AGUASEs evidente que el agua susceptible de ser utilizada es cada vez más escasa debido adiversos factores tales como las sequías, la contaminación o la intrusión salina.Estos factores no sólo afectan a la cantidad sino que también contribuyen a empeorarnotablemente la calidad.Estas circunstancias, unidas a otras, que se mencionan más adelante, hacen imprescindibleel tratamiento de las aguas para ser utilizadas, tanto para su uso industrial como para el usopotable del que nos ocupamos en este documento. En el cuadro adjunto, mostramos algunosde los parámetros característicos del agua, según sea su procedencia, así como la normativaexistente, como parámetros guía por la OMS.

Cuadro 1. Parámetros característicos del agua, según su procedencia.

VALORES CARACTERÍSTICOSPARÁMETRO Agua de Pozo Aguas Superficiales Agua de Mar OMSTurbiedad (NTU)Color (UC)Salinidad (ppm)Sulfatos (ppm)Cloruros (ppm)NitratosBacteriasSDI

<2ausencia

>.1000>200>300>50

ausencia (*)<3

>200>50

<400<50<50<25

presencia (*)>5

<2ausencia>30.000

>20.000

<3

<5<15

<1.000<400<250<50

ausencia<5

Atendiendo a sus características, podemos dividir las agua en:

Cuadro 2. Clasificación de las aguas según la salinidadTipo de Agua SalinidadAguas salobres Aguas con una salinidad hasta 1.500 ppm.Aguas de salinidad media Aguas con una salinidad hasta 3.000 ppmAguas de alta salinidad Aguas con salinidad hasta 10.000 ppmAguas de mar: Aguas con salinidad desde 25.000 ppm

A la vista de los datos expuestos en los cuadros adjuntos (cuadros 1 y 2) se puede aseverarque los procesos convencionales, usualmente utilizados para potabilización, no pueden seraplicados a aguas que, como las que se exponen en el cuadro 1, presentan valores muyelevados en algunos de ellos. Por esto motivo y algunos más, es por lo que la ÓsmosisInversa y, en general, los procesos de membranas tienen una importancia capital para poderdisponer de agua con garantías para el consumo humano.Esa importancia será mucho mayor en el futuro, incluso para aguas que podríanconsiderarse de “buena calidad” química si nos atenemos a las características expuestas enlos cuadros anteriores. En muchos casos es el único proceso fiable y con garantías capaz defacilitar agua potable.

4.- LA ÓSMOSIS Y LA ÓSMOSIS INVERSALa Ósmosis es un fenómeno muy común en la naturaleza. Tanto el organismo de losanimales y plantas como el propio cuerpo humano se sirven de la Ósmosis para realizar unagran cantidad de procesos.



Cuando dos fluidos de distinta densidad se encuentra separados por una membranasemipermeable existe una diferencian de presión entre ambos, y el fluido menos denso tienea pasar a través de la membrana hasta equilibrar dicha presión. Este es el fenómenoconocido como Ósmosis.En la industria, esa tendencia natural se fuerza a actuar en sentido inverso en lo que lo haríala naturaleza. Este hecho es el que da el nombre al sistema que al llamamos ÓsmosisInversa.

5.- POTABILIZACIÓN DE AGUAS SALOBRESLas aguas de pozo, presentan generalmente unas características físicas aceptables para elconsumo humano. Por el contrario, las características químicas, presentan característicasacordes, como es natural, a las propias del terreno donde se encuentran ubicados esosmismos pozos. Así nos encontramos con aguas con altos contenidos en carbonatos ysulfatos cuando los pozos se encuentran en el interior y con altas contenidos en cloruroscuando los mismos se encuentran cerca de las costas marinas, debido, fundamentalmente, ala intrusión salina por causa de sobre-explotación de los acuíferos.En ambos casos, ya sean carbonatos y sulfatos y/o cloruros, el problema se incrementa conla presencia, el uso y el abuso de abonos en la actividad agrícola.En épocas pasadas, el tratamiento usualmente utilizado ha sido el de intercambio iónicoregeneradas con salmuera (NaCl) con la consiguiente salinización de los vertidos.Desde principios de 1980, la aplicación de la Ósmosis Inversa como proceso parapotabilizar las aguas salobres (de pozo o no) se ha demostrado enormemente efectiva,segura, fiable, económica y apreciada.La aparición de nuevas membranas en el mercado ha dado lugar a rebajas muy importantesen el consumo de energía, así como seleccionar mejor el proceso específico de tratamiento.Entre estas podemos distinguir la nanofiltración.En el figura 4 se adjunta un esquema de tratamiento de una planta de nanofiltración paraagua salobre, así como un cuadro de costes:

Figura 1. Representación de laÓsmosis y la Ósmosis Inversa

Figura 2. Corte y funcionamiento de unamembrana de Ósmosis Inversa



Figura 4. Esquema de Planta de Nanofiltración y costes operativos

6.- POTABILIZACIÓN DE AGUA DE MARHasta hace unos años, los procesos de evaporación (MSF) eran lo más comúnmenteutilizados para la obtención de agua de muy baja salinidad y que formaban parte de lainfraestructura utilizada para el suministro eléctrico (centrales de producción de energía).A finales de los años 1970 y comienzos de los años 1980, se empezaron a instalar lasprimeras plantas por Ósmosis Inversa en España, en las Islas Canarias.Hoy en día, este proceso se ha demostrado como el más idóneo para la producción de aguapotable a partir de agua de mar.El gran avance obtenido en la fabricación de membranas de alto rendimiento, en cuanto alrechazo de sales, así como los avances actuales en el aprovechamiento energético, hacenque la actualidad y el futuro se presenten esperanzador en cuanto al desarrollo de estatecnología.La aplicación de la misma, ha contribuído notablemente al desarrollo turístico de ampliaszonas con la importancia vital que esto supone. Asimismo, la aplicación de estastecnologías ha supuesto una mejora de la calidad de vida de la población.Existen en todo el mundo multitud de referencias de plantas de Ósmosis Inversa como usode agua potable. Incluso en Barcos de Pesca y Pasajeros, esta tecnología se ha impuestocomo la más idónea. En el cuadro comparativo se da una panorámica de las calidadesobtenidas.

Cuadro 3. Calidad de las aguas obtenidas en planta instalada en Hotel Bahía delDuque (Tenerife – Islas Canarias)PARÁMETROS AGUA DE MAR AGUA OSMOTIZADASalinidad TotalPresión trabajoProducciónTasa de ConversiónConsumo energíaCosto m3

35.000 ppm65 Bars

500 TM/Día42%

4 Kw/m3

0,57 USD

<400 ppm--------------------

Energía Consumida: 0,40 Kw/m3

Coste por m3: 0,11 USD



Figura 5. Vista parcial de la Planta de Ósmosis Inversa instalada en Hotel Bahía delDuque

7.- FUENTES PÚBLICAS COMO BIEN SOCIALEn nuestro prólogo de esta ponencia, ya se dan algunas de las claves por las queconsideramos las fuentes públicas, por Ósmosis Inversa, como un bien social muy apreciadopor la población y que constituye una alternativa a considerar por las municipalidades a lahora de atender las necesidades de ciertos sectores de la población.En España, nuestra cultura e historia, así como las condiciones climatológicas nos han atadoal almacenamiento y aprovechamiento de los bajos recursos hídricos disponibles.Por otra parte y en la actualidad reciente, la gran contaminación por nitratos y/o cloruros ytambién la contaminación microbiológica, han obligado a dar soluciones muy rápidas,fiables, seguras, útiles, controladas y económicas a la población.Rápidas: En menos de dos meses se dispone de agua potable en el centro de la

población o en la periferia.Seguras y fiables: Es un proceso totalmente controlado por medio de microprocesador y

con control de esterilización del agua a consumir.Controladas: En todo momento los responsables de las plantas disponen de la

información precisa y exacta de los valores de tratamiento.Económica: La inversión no es alta y da garantías perfectas de suministro.Apreciada: La población valora esta solución y, al mismo tiempo, ejerce una

función educativa, fomenta la cultura del ahorro y apreciación por losrecursos disponibles.

TEGUCIGALPA, Agosto 2001

La Osmosis Inversa comoProceso de Potabilizaciónen España

Ing. Juan Manuel OrtegaBekox, S.A.

Ing. Juan Manuel OrtegaBekox, S.A.

“Los vecinos de la Villa de Madrid se sentían protegidos por laabundancia de agua. Jamás se sintió la escasez. Era cómodopara que la moza del cántaro se allegase a cualquiera de lasmuchas fuentes y llevase el recipiente de mercancía que lecompraban a precio baratísimo las amas de casa.La visión del madrileño del agua común, abundante y casisuperflua se constituye en una de sus característicaspsicológicas y ha sido, y es difícil, convencerle de que el AGUAES HOY UN BIEN ESCASO!!!!”

D. Enrique Tierno Galván

Alcalde de la Villa de Madrid1984. Prólogo del libro: “El Agua de Madrid”

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CONGRESO AIDIS

Honduras, 21 - 24 Agosto 2001

Ponente: Ing. Juan Manuel Ortega

Ponencia: La Ósmosis Inversa como Proceso de Potabilización en España

Disponibilidad del Agua

➜ El agua ocupa las 3/4 partes del Planeta

➜ El 97% del agua disponible se encuentra enOcéanos y Mares

➜ Sólo el 3% restante se puede considerardisponible para el Uso Humano

➜ De este 3% ,según diversos estudios, sólo el13% se puede considerar realmentedisponible

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CONGRESO AIDIS




Calidad del Agua

➜ El agua cada vez está mas contaminada

➜ Existe una Salinización creciente de lasAguas subterráneas

➜ Hay Países con muy pocos recursoshídricos

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CONGRESO AIDIS




Composición química del Agua

➜ El agua es el mejor disolvente que se conoceen la Naturaleza

➜ Generalmente,las características químicas delAgua van a depender en gran medida, ygeneralmente, de las Características delSuelo que recibe ó donde “reside” ese Agua

➜ En todo Análisis de Agua podemos distinguirdistintos Conceptos

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CONGRESO AIDIS




Análisis químico del Agua

➜ Salinidad Catiónica

➜ Salinidad Aniónica

➜ Salinidad Total

➜ Temperatura

➜ pH

➜ Conductividad

➜ La Salinidad Total es la suma de las dossalinidades catiónica y aniónica, y deben deser iguales

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CONGRESO AIDIS




Análisis químico del Agua

CATIONES

! Ca ++ ....... 44 ppm

! Mg++ ....... 22 “

! Na ++ ....... 41,4 “

ANIONES

! HCO3 - ........ 71,4 ppm

! C l - ....... 46,3 ppm

! SO4 = ....... 30 ppm

! SiO2 ....... 0,1 ppm

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CONGRESO AIDIS




Procesos de Separación

Rango de Procesos de Separación

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CONGRESO AIDIS




Importancia de la Desalinización

➜ Este proceso es fundamental para elfuturo

➜ Existen varias formas de Desalinización! Evaporación

! Destilación

! Desalinización del Agua Salobre

! Desalinización del Agua de Mar

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CONGRESO AIDIS




Osmosis y Osmosis Inversa

➜ El fenómeno de la Osmosis fue

descubierto por NOLLET en 1748

➜ La Osmosis Inversa fue inventada por

REIB y BRETON entre 1953 y 1959

➜ LOEB y SOURIRAJAN hicieron en

1960 el Gran Avance sobre

OSMOSIS con Membranas de

Acetato

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CONGRESO AIDIS




Membranas de Osmosis

Vista esquemática del funcionamiento de una Membrana

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CONGRESO AIDIS




Corte de una Membrana de O.I

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CONGRESO AIDIS




Conceptos Fundamentales

APORTACION

Caudal QA

Concentración CA

Presión Hidráulica PA

Presión Osmótica ∏∏∏∏A

PERMEADO

Caudal QP

Concentración CP

Presión Hidráulica PP

Presión Osmótica ∏∏∏∏P

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CONGRESO AIDIS




Conceptos Fundamentales

RECHAZO

Caudal QR

Concentración CR

Presión Hidráulica PR

Presión Osmótica ∏∏∏∏R

➜ PERMEABILIDAD

➜ RECUPERACION

➜ RECHAZO DE SALES

➜ PASO DE SALES

➜ FACTOR DECONCENTRACION

➜ SOLVENTE

➜ SOLUTO

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CONGRESO AIDIS




Permeabilidad -A-

➜ Es el volumen de agua(solvente)que

atraviesa la membrana por unidad de

superficie,unidad de tiempo y unidad de

presión a temperatura y salinidad

determinadas y constantes

➜ A: m3/m2 x día x bar ó m/día x bar

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CONGRESO AIDIS




Porcentaje de Recuperación-Y-

➜ También llamado TASA O FACTOR DE

CONVERSION

➜ Es el cociente expresado en % entre el Caudal

de Permeado y el Caudal de Aportación

➜ Y = 100 x QP/QA ( # 1 )

➜ y = QP/QA ( # 2 )

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CONGRESO AIDIS




% - Rechazo de Sales -R-

➜ Es el cociente expresado en % entre laConcentración del Agua de Aportaciónmenos la del Permeado y la Concentraciónde Aportación

➜ R = 100 (CA-CP)/CA ( # 3 )

➜ r = 1- CP/CA ⇒⇒⇒⇒ CP = (1 - r) x CA ( #4 )

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CONGRESO AIDIS




% - Paso de Sales - PS -

➜ Es el cociente expresado en % entre la

Concentración de Sales en el Permeado y

la Concentración de Sales en la Aportación

➜➜ PPSS = 100 x ( C = 100 x ( CPP/C/CA A )) ( # 5 )( # 5 )

➜➜ p = Cp = CPP/C/CAA ( # 6 )( # 6 )

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CONGRESO AIDIS




Factor de Concentración - FC -

➜ Es el nº de veces que se concentran lasSales en el Rechazo.Es igual al cocienteentre las Concentraciones de Sales en elRechazo y en la Aportación

➜ FC = CR/CA ( # 7 )

➜ También se puede expresar por :

f = 100 / ( 100 - Y ) ( # 8 )

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CONGRESO AIDIS




Ecuación de Flujo de Agua

➜ QA = A ( PM - !∅ M )

PM - Presión diferencial de la Membrana- atm

!∅ M - Presión osmótica diferencial a amboslados de la Membrana - atm

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CONGRESO AIDIS




Ecuación de Transporte de Sales

➜ QS = KS x ( CA - CP )

QS - Caudal de Sales ( gr/cm2/seg )

KS - Coeficiente de Transporte ( cm/seg )

CA - Concentración en Aportación ( gr/cm3 )

CP - Concentración en Permeado ( gr/ cm3 )

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CONGRESO AIDIS




Indice de Ensuciamiento -SDI-

➜ Es un indicador del poder de

Ensuciamiento del Agua, que necesita de

un equipamiento específico para

determinarlo. Se determina por medio de la

Fórmula :

➜ SDI = 100 ( 1 - Ti / Tf )/ Tt

De forma habitual este Indice se denomina

FOULING INDEX

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CONGRESO AIDIS




Potabiliazación de Aguas Salobres

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CONGRESO AIDIS




Potabiliazación de Aguas Salobres

Agua de PozoAguas Superficiales Agua de Mar OMS

Turbiedad (NTU) <2 >200 <2 <5Color (UC) ausencia >50 ausencia <15Salinidad (ppm) >.1000 <400 >30.000 <1.000Sulfatos (ppm) >200 <50 <400Cloruros (ppm) >300 <50 >20.000 <250Nitratos >50 <25 <50Bacterias ausencia presencia ausenciaSDI <3 >5 <3 <5

VALORES CARACTERÍSTICOSPARÁMETRO

Parámetros característicos del agua, según su procedencia

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Potabilización Agua de Mar

AGUA

OSMOTIZADA

Salinidad Total 35.000 ppm <400 ppm

Presión trabajo 65 Bars

Producción 500 TM/Día

Tasa de Conversión 42%

Consumo energía 4 Kw /m3

Costo m3 0,57 USD

AGUA DE MARPARÁMETROS

Calidad del permeado obtenido por la planta instalada enHotel Bahía del Duque en Tenerife - Islas Canarias

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CONGRESO AIDIS




Potabilización Agua de Mar

Vista parcial de la Planta de Ósmosis Inversa instalada en el HotelBahía del Duque (Tenerife - Islas Canarias)

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CONGRESO AIDIS




Fuentes Públicas

Vista Parcial de la planta de ÓsmosisInversa instaladas que alimentafuentes públicas en la Ciudad deVergel (Alicante - España) Vista de la Fuente Pública que

abastece a la población de Vergel(Alicante - España)

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