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Puesta en marcha de una desalinizadora piloto de ósmosis inversa para reducción de contaminantes emergentes 1 Puesta en marcha de una desalinizadora piloto de ósmosis inversa para reducción de contaminantes emergentes Máster Universitario en Gestión Sostenible y Tecnologías del Agua Trabajo Fin de Máster Autor: Francisco García Delgado Tutor/es: Daniel Prats Rico Septiembre 2015

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Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

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Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  

inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  Máster Universitario en Gestión Sostenible y Tecnologías del Agua

Trabajo Fin de Máster Autor: Francisco García Delgado Tutor/es: Daniel Prats Rico Septiembre 2015

         

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

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AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer a Mª Fernanda Chillón por todo su apoyo y ayuda

imprescindible para este proyecto. A Daniel Prats, a Mª Ángeles

Bernal y a Carmen López del IUACA por su colaboración y atención

en todo momento.

A mi familia y a mi novia, que siempre han estado ahí para darme el

empujón que necesitaba.

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ÍNDICE

1. RESUMEN ............................................................................................. 8 2. INTRODUCCIÓN ................................................................................. 10 2.1. Contaminantes Emergentes .......................................................... 10

2.1.1. Origen y Marco Legal .............................................................. 10 2.1.2. Clasificación ............................................................................. 12

2.1.2.1. Pesticidas ............................................................................ 13 2.1.2.2. Compuestos industriales ..................................................... 15 2.1.2.3. Fármacos ............................................................................. 16 2.1.2.4. Productos de cuidado personal (PCPs) ............................... 18 2.1.2.5. Medios de contraste de rayos X .......................................... 18 2.1.2.6. Edulcorantes artificiales ....................................................... 19 2.1.2.7. Retardantes de llama ........................................................... 19 2.1.2.8. Subproductos de desinfección (DBPs) ................................ 20 2.1.2.9. Benzotiazoles y benzotriazoles ........................................... 20

2.2. Tecnologías de membrana ............................................................ 21 2.2.1. Membranas semipermeables ................................................. 22 2.2.2. Conceptos generales sobre operaciones con membranas 22 2.2.3. Cartucho de membranas ......................................................... 26 2.2.4. Módulo de arrollamiento en espiral ....................................... 27

2.3. El proceso de desalación .............................................................. 28 2.3.1. Introducción al proceso .......................................................... 28 2.3.2. Ósmosis Inversa ...................................................................... 30

2.3.2.1. Eliminación de microcontaminantes mediante ósmosis inversa .............................................................................................. 34

3. OBJETO Y ALCANCE DEL TRABAJO ............................................. 36 4. PLANTA PILOTO DE ÓSMOSIS INVERSA ....................................... 38 4.1. Planta desaladora de la Universidad de Alicante ....................... 38

4.1.1. Descripción general ................................................................. 38 4.1.2. Características del agua de alimento .................................... 39 4.1.3. Pretratamiento .......................................................................... 40

4.2. Descripción de la planta piloto ..................................................... 43 4.2.1. Características técnicas de los materiales ........................... 45

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4.2.2. Especificaciones técnicas de la membrana de ósmosis inversa ................................................................................................ 48

5. PROCEDIMIENTO DEL TRABAJO .................................................... 50 5.1. Puesta a punto y funcionamiento de la planta piloto ................. 50

5.1.1. Funcionamiento ....................................................................... 55 5.2. Toma de muestras de agua ........................................................... 61 5.3. Metodología de los análisis realizados ........................................ 66

5.3.1. Puesta a punto de la Extracción SPE .................................... 67 5.3.1.1. Método de triazinas y organoclorados ................................. 67 5.3.1.2. Método de fármacos, parabenos, hormonas, algunos surfactantes y plastificantes .............................................................. 75

5.3.2. Extracción STBE ...................................................................... 83 6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ........................................................... 84 7. CONCLUSIONES ................................................................................ 87 8. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................... 88

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Procesos de membrana ......................................................... 24 Tabla 4.1. Características del agua de alimento ..................................... 39 Tabla 4.2. Especificaciones de la membrana ESPA2-4040 Hydranautics

(Elaborada a partir de ficha técnica del producto) ............................ 49 Tabla 5.1. Proceso de extracción en fase sólida para método triazinas y

organoclorados ................................................................................. 70 Tabla 5.2. Listado de compuestos. Iones de cuantificación (principal) y de

confirmación. Método triazinas y organoclorados ............................ 73 Tabla 5.3. Resultados de la calibración externa ..................................... 74 Tabla 5.4. Proceso de extracción en fase sólida para método fármacos,

parabenos, hormonas, algunos surfactantes y plastificantes ........... 77 Tabla 5.5. Listado de compuestos. Iones de cuantificación (principal) y de

confirmación. Método fármacos, parabenos, hormonas, algunos surfactantes y plastificantes .............................................................. 80

Tabla 5.6. Resultados de la calibración externa ..................................... 82 Tabla 6.1. Listado de compuestos analizados a la entrada de la planta

(agua de pozo) .................................................................................. 85

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Clasificación de contaminantes emergentes ......................... 13 Figura 2.2. Operación con membranas ................................................... 23 Figura 2.3. Ejemplo de sustancias separadas ......................................... 25 Figura 2.4. Separación secuencial de grupos de sustancias .................. 26 Figura 2.5. Cartuchos de membrana ....................................................... 27 Figura 2.6. Módulo de arrollamiento en espiral ....................................... 28 Figura 2.7. Esquema del proceso de desalación .................................... 29 Figura 2.8. Proceso de ósmosis inversa ................................................. 32 Figura 4.1. Diagrama de flujo de la planta desaladora ............................ 39 Figura 4.2. Equipo de bombeo de aporte ................................................ 40 Figura 4.3. Sistema de dosificación de reactivos de pretratamiento y

postratamiento .................................................................................. 41 Figura 4.4. Filtros de silex ....................................................................... 42 Figura 4.5. Filtración de seguridad .......................................................... 42 Figura 4.6. Detalle de la planta piloto ...................................................... 43 Figura 4.7. Diagrama de flujo de la planta piloto de ósmosis inversa ..... 45 Figura 4.8. Dimensiones de la membrana Hydranautics ESPA2-4040 ... 49 Figura 5.1. Detalle de la bomba de alta presión ...................................... 51 Figura 5.2. Detalle del tubo de presión .................................................... 51 Figura 5.3. Detalle del cuadro eléctrico ................................................... 52 Figura 5.4. Detalle de la conexión del tubo de entrada al depósito a la

conducción de la planta desaladora ................................................. 53 Figura 5.5. Detalle de la primera válvula de regulación .......................... 54 Figura 5.6. Detalle de la primera válvula de control en el depósito de

alimentación ...................................................................................... 54 Figura 5.7. Detalle del manómetro .......................................................... 55 Figura 5.8. Válvulas de rechazo y recirculación ...................................... 56 Figura 5.9. Válvulas del depósito de limpieza ......................................... 56 Figura 5.10. Convertidor de frecuencia ................................................... 57 Figura 5.11. Medidores de entrada, recirculación, rechazo y permeado 58 Figura 5.12. Llaves rechazo y permeado ................................................ 59 Figura 5.13. Alimentación desde depósito de limpieza ........................... 60 Figura 5.14. Válvula alimentación desde depósito principal .................... 60 Figura 5.15. Detalle de la válvula para toma de agua del pozo .............. 61 Figura 5.16. Detalle del depósito de dosificación modificado .................. 62 Figura 5.17. Detalle externo del CFIS ..................................................... 63

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Figura 5.18. Detalle de la micro-tarjeta electrónica y programa para configuración .................................................................................... 64

Figura 5.19. Esquema del CFIS: (1) Camisa de vidrio y prefiltro. (2) Cassete porta-filtros de sólidos en suspensión (3) Celda de Acero (4) Batería de litio (5) Bomba peristáltica (6) Válvula anti retorno ......... 64

Figura 5.20. Detalle interno del CFIS ...................................................... 65 Figura 5.21. Detalle del CFIS dentro del depósito de alimentación ........ 65 Figura 5.22. Colocación del CFIS en el depósito dosificador de reactivos

.......................................................................................................... 66 Figura 5.23. Detalle del equipo AutoTrace 280 ....................................... 68 Figura 5.24. Cromatograma TOE ............................................................ 74 Figura 5.25. Gráfica desarrollada para calibración .................................. 75 Figura 5.26. Cromatograma FPH (a) ....................................................... 81 Figura 5.27. Cromatograma FPH (b) ....................................................... 81 Figura 5.28. Gráfica desarrollada para calibración .................................. 83

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1. RESUMEN

La presente memoria recoge el estudio llevado a cabo por el autor

del mismo en las instalaciones de la planta potabilizadora de la

Universidad de Alicante, en cuyo recinto se encuentra la planta

piloto objeto de estudio.

En la actualidad son cada vez mayores las restricciones en lo

referente a niveles admitidos de contaminantes emergentes en

aguas superficiales y subterráneas, ya que se ha comprobado sus

efectos nocivos en seres humanos, animales y medio ambiente. Por

ello, actualmente el tratamiento mediante ósmosis inversa supone

uno de los procesos mas interesantes para el estudio de la

reducción de estos contaminantes, ya que existen estudios previos

en los que la nanofiltración puede llegar a conseguir reducciones

mayores del 90%.

La Universidad de Alicante cuenta con una planta piloto de ósmosis

inversa, que funciona de forma análoga al de una planta de mayor

tamaño, pero a pequeña escala, y permite trabajar de forma

sencilla, pudiendo sustituir la membrana si se considera necesario.

Cabe comentar que el estudio se ha organizado en dos etapas, por

lo que se podrán diferenciar dos objetivos.

El primero de ellos, es la puesta en marcha de la planta piloto. Para

ello se persigue optimizar ésta, con una previa limpieza y

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acondicionamiento, y posteriormente con la reparación de los

defectos que se pudiera encontrar.

Una vez acondicionada y puesta a punto la planta, el siguiente

objetivo es el estudio de la reducción de contaminantes emergentes

en las aguas de interés. Para ello se tomaron muestras de forma

puntual y mediante el dispositivo CFIS. Respecto a las muestras

puntuales, sirvieron para ir poniendo apunto los métodos reseñados

en el apartado de procedimientos de esta memoria. Las muestras

del dispositivo CFIS fueron analizadas de forma externa por la

empresa PROAGUAS. Se ha concluido que, en vista de los

resultados proporcionados por PROAGUAS, se observan

compuestos como el 17-α-etinilestradiol, sustancia propuesta para

la primera lista de observación de la Directiva 2013/39/EU y que

evidencian contaminación de acuíferos por usos urbanos y/o

ganaderos. Asimismo, el proceso de ósmosis inversa ha

evidenciado una reducción respecto del agua de entrada en la

membrana.

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2. INTRODUCCIÓN

2.1. Contaminantes Emergentes

2.1.1. Origen y Marco Legal

El rápido crecimiento de la población y el incremento de las

actividades agrícolas e industriales tienen como resultado un

aumento de la producción y la demanda de agua y de la producción

de aguas residuales. En consecuencia, los recursos hídricos están

cada vez más expuestos a la contaminación por muchas fuentes,

como fugas en las redes de alcantarillado y fosas sépticas, la

aplicación de fertilizantes en los campos agrícolas, el vertido de

residuos de forma intencional o involuntaria y los efluentes de aguas

residuales. En los últimos años, un gran número de contaminantes

se han encontrado en todo el mundo en aguas superficiales y

subterráneas. La presencia de estas sustancias xenobióticas

aumenta la preocupación sobre todo cuando se utiliza el agua para

la producción de agua potable, y entre estos contaminantes se

encuentran los denominados contaminantes emergentes.

Según define la Directiva 2013/39/UE, los contaminantes

emergentes son aquellos que en la actualidad no están incluidos en

los programas de seguimiento sistemático de la Unión, pero que

suponen un importante riesgo, lo cual exige su regulación,

dependiendo de los efectos ecotoxicológicos y toxicológicos, y de

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sus niveles en el medio acuático. Aunque las concentraciones en el

medio ambiente son bastante bajas, oscilando entre ng/L y μg/L,

una exposición continua puede dar lugar a efectos potencialmente

nocivos.

No son necesariamente nuevos compuestos, pueden haber estado

presentes en el ambiente por mucho tiempo, pero su presencia y su

implicación para la integridad del medio ambiente ha sido

reconocida recientemente. Diversos compuestos son resistentes a

degradación fotoquímica, biológica y/o química, producen efectos

tóxicos en la salud animal y humana y se bioacumulan a través de

la cadena alimentaria.

Los avances en las técnicas analíticas han dado lugar a la

detección de los contaminantes emergentes a muy baja

concentración en muestras de agua, y estas técnicas incluyen una

combinación de análisis cualitativo y cuantitativo (Espectometría de

masas junto con cromatografía de gases o líquidos) junto con un

tratamiento previo de la muestra (filtración previa, extracción y

concentración).

En el contexto europeo, la calidad de las aguas superficiales y las

aguas subterráneas está regulada por la Directiva Marco del Agua

(Directiva 2000/60/CE), y sus posteriores modificaciones, la

Directiva 2008/105/CE y la Directiva 2013/39/CE. Estas directivas

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exigen el monitoreo de contaminantes orgánicos "prioritarios" en el

medio ambiente acuático, tales como ciertos plaguicidas y sus

productos de degradación, disolventes clorados, hidrocarburos

policíclicos aromáticos, subproductos de desinfectantes,

compuestos orgánicos volátiles y biocidas. Sin embargo, debido a la

falta de información sobre la toxicidad y los impactos ambientales,

un gran número de contaminantes, especialmente los compuestos

orgánicos, no están incluidos en la lista de los productos químicos a

vigilar. Por lo tanto, el número de compuestos que son regulados

actualmente por la legislación es probable que aumente.

En los últimos años, ha habido una serie de artículos que se ocupan

de la aparición a escala nacional, europea y mundial de una amplia

gama de contaminantes emergentes en los recursos de agua dulce.

Estos estudios investigaron su presencia en las aguas superficiales

y en las aguas subterráneas.

2.1.2. Clasificación

Los contaminantes emergentes incluyen diferentes clases químicas

tales como productos farmacéuticos (antibióticos, analgésicos, anti-

inflamatorios, medicamentos psiquiátricos, reguladores de lípidos,

medios de contraste de Rayos X, esteroides y hormonas), productos

de cuidado personal (perfumes, agentes de protección solar,

repelentes de insectos), antisépticos, detergentes tensioactivos y

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sus metabolitos, pesticidas y sus compuestos de degradación,

retardantes de llama bromados (BFRs), aditivos y agentes

industriales, aditivos de la gasolina y subproductos de desinfección

(figura 2.1).

 

Figura 2.1. Clasificación de contaminantes emergentes

2.1.2.1. Pesticidas

Los pesticidas representan una amplia gama de compuestos

químicos utilizados para limitar, inhibir y prevenir el crecimiento de

animales dañinos, insectos, plantas, malas hierbas invasoras,

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bacterias y hongos. Se utilizan con frecuencia en la agricultura, en

la industria, en la jardinería y las actividades domésticas.

De acuerdo con su uso, los pesticidas se dividen en cuatro

categorías: herbicidas, fungicidas, insecticidas y bactericidas.

Cuando se aplica a los cultivos, los pesticidas pueden filtrarse al

subsuelo al ser lavados por el agua de lluvia o el agua de riego.

Desde el suelo, los pesticidas (como la terbutilazina, clorpirifos y

atrazina) son derivados a los ambientes acuáticos, incluyendo las

aguas subterráneas y aguas superficiales. Acerca de 2,4 × 109 kg

de pesticidas se utilizaban en todo el mundo en 2007. Las

concentraciones máximas admisibles en las aguas superficiales y

subterráneas son de 100 ng/L para un solo plaguicida y 500 ng/L

para una mezcla de pesticidas (Directivas 2006/118/CE y

2008/105/CE).

En este grupo se incluyen compuestos como la atrazina, simazina,

desetilatrazina (DEA), terbutilazina (TBA), terbutrina, las fenilureas

isoproturón y diurón, alacloro, metolacloro, malatión, clorfenvinfos,

dimetoato, clortolurón, metil paratión, linuron, desisopropilatrazina

(DIA), azinfosetilo, clorpirifós, fenitrotión, carbamato y fosfato de

tributilo. Muchos de estos compuestos pueden llegar a presentar

concentraciones mayor de 0,5 μg/L en el medio ambiente y, en

consecuencia, sobrepasarían el máximo de 0,1 μg/L establecido

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para plaguicidas individuales en las aguas subterráneas en la

directiva de la UE 2006/118/CE.

2.1.2.2. Compuestos industriales

Esta categoría incluye tensioactivos tales como alquilfenoles

polietoxilados (APEOs), que se utilizan en una variedad de

productos industriales y domésticos (productos de limpieza,

desengrasantes y detergentes), bisfenol A (BPA) y ftalatos, que se

utilizan principalmente para hacer plásticos.

Los alquilfenoletoxilatos (APEOs) son tensioactivos no iónicos

ampliamente utilizados en la formulación de una gran variedad de

detergentes, pinturas, resinas, pesticidas y lubricantes. Los

alquilfenoles tales como 4-nonilfenol (NP) y 4-ter-octilfenol (OP) son

productos de biotransformación de sus correspondientes APEOs.

Casi el 80% de la producción mundial de APEOs comprende el

nonilfenol (NPE), ampliamente utilizado para la fabricación de

pesticidas, en forma de agentes humectantes o como dispersantes

o emulsionantes.

Los plastificantes engloban a los alquil ésteres (ácido o-ftálico),

naftaleno sulfonato, y una variedad de otros compuestos que se

añaden a materiales tales como plásticos, hormigón, arcillas y yeso

para mejorar la plasticidad y las propiedades reológicas. Algunos

plastificantes son posibles disruptores endocrinos. BPA, por

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ejemplo, un componente de plásticos de policarbonato, se ha

utilizado en diversas aplicaciones que van desde los contenedores

de alimentos y bebidas, retardantes de llama, adhesivos, materiales

de construcción, componentes electrónicos, lentes de gafas o

selladores dentales.

Similar al BPA, los surfactantes perfluorados (PFCs) se han

utilizado en una amplia variedad de productos comerciales (agentes

tensioactivos, emulsionantes, agentes humectantes, aditivos, fluidos

hidráulicos para aviación, espumas contra incendios, pinturas,

adhesivos, ceras, abrillantadores o revestimientos para sartenes)

durante más de 60 años. Los PFCs entran en el ciclo del agua

principalmente a través de las descargas de las industrias y por los

efluentes de EDAR, resultando en concentraciones en agua

superficial del orden de decenas a cientos de ng/L. La eliminación

de estos PFC en EDAR es incompleta. Es importante señalar que

los estudios sobre la presencia de los niveles detectados en

cordones umbilicales humanos han demostrado que estos PFC

podrían atravesar la placenta humana.

2.1.2.3. Fármacos

La liberación de fármacos y sus metabolitos en cursos de agua es

cada vez más preocupante. Los productos farmacéuticos se

encuentran en el medio ambiente como compuestos originales o

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como metabolitos o conjugados, principalmente a causa de la

eliminación al alcantarillado. Son relativamente polares y se

eliminan de forma incompleta en las EDAR, y sus efectos tóxicos

incluyen trastornos a nivel hormonal (disrupción endocrina). En

muchos casos, los efluentes que contienen productos farmacéuticos

de hospitales, clínicas o centros médicos que se liberan

directamente a las aguas de los ríos cercanos y no se vierten

previamente al sistema de alcantarillado, pueden ser una fuente

significativa de contaminantes en los cursos de agua.

En este grupo se incluye los antibióticos, analgésicos,

antihistamínicos, β-bloqueantes, reguladores de lípidos,

antidepresivos, antiepilépticos, antidiabéticos, antiinflamatorios,

anticonceptivos, agentes anticoagulantes. Medicamentos contra el

cáncer, también conocidos como antineoplásicos y citostáticos, son

citotóxicos, genotóxicos, mutagénicos o teratogénicos. Las

hormonas naturales y artificiales también son añadidas

constantemente al medio acuático a través de los excrementos

humanos y animales por la vía de los efluentes de EDAR.

Dentro de este grupo, existe una serie de compuestos a reseñar

como son sulfacetamida, hidroclorotiazida, sulfamerazina,

iopromida, gemfibrozilo, sulfanitran, diclofenaco, sulfametazina,

iopamidol, codeína, ibuprofeno, ketoprofeno, mepivacaína,

naproxeno, propifenazona, carbamazepina, Nifuroxazida,

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furosemida, sulfametoxazol, sulfapiridina, sulfaquinoxalina, cloruro

de benzalconio, N-acetil-4-amino-antipirina (4-AAA), N-formil-4-

amino-antipirina (4-FAA), venlafaxina y atenolol.

2.1.2.4. Productos de cuidado personal (PCPs)

En este grupo se incluye repelentes de mosquitos, agentes

antimicrobianos y antifúngicos, agentes tensioactivos, perfumes,

protectores solares y otros productos que son ampliamente

utilizados y son característicos del estilo de vida urbana. Los

productos para el cuidado personal, a diferencia de los fármacos, se

aplican externamente y por lo tanto no sufren cambios metabólicos

antes de su liberación al medio ambiente acuático. Se utilizan

ampliamente en el día a día y son potencialmente bioacumulables.

Ejemplos de estos compuestos son la N,N-dietil-meta-toluamida

(DEET), el almizcle policíclico galaxolide, nicotina y su metabolito

cotininina y la cafeína y sus metabolitos metilxantina, paraxantina,

teobromina y teofilina y también la cafeína c13.

2.1.2.5. Medios de contraste de rayos X

Los medios de contraste de rayos X se inyectan en dosis altas por

vía intravascular para mejorar el contraste de imágenes de rayos X

de los órganos y vasos sanguíneos. Son metabólicamente estables

y por lo general se excretan en un plazo de un día después de la

toma. Los medios de contraste detectados en aguas urbanas

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incluyen iopamidol, iopromida y iohexol, que son muy persistentes y

polares. Su eliminación en el tratamiento biológico de aguas

residuales convencional es limitada.

2.1.2.6. Edulcorantes artificiales

Son productos bajos en calorías y se han ido utilizando cada vez

más en los países desarrollados. A diferencia del azúcar, estos

compuestos pueden ser consumidos por diabéticos. Están muy

presentes en las aguas superficiales e incluyen sacarina, ciclamato,

aspartamo y sucralosa.

La sucralosa, por ejemplo, se excreta sin sufrir ningún cambio y

tiene una media vida de varios años, pudiendo ser muy persistente

en el medio ambiente acuático.

2.1.2.7. Retardantes de llama

Los retardantes de llama, como los difenil-éteres polibromados

(PBDE) son otro grupo de contaminantes emergentes muy

presentes en la actualidad, ya que son ampliamente utilizados para

evitar la propagación de incendios en textiles, termoplásticos,

revestimientos de muebles y electrónica. Debido a su naturaleza

hidrofóbica, estos compuestos se encuentran en concentraciones

más altas en los sedimentos que en las aguas superficiales. Sin

embargo, pueden ser fácilmente transportados largas distancias

lejos de su fuente de vertido y diversos estudios han demostrado

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que están presentes en los tejidos humanos y animales, la sangre y

la leche.

2.1.2.8. Subproductos de desinfección (DBPs)

Incluyen subproductos con contenido en bromo, cloro, yodo o

nitrógeno, y pueden entrar en el suministro de agua potable a través

de procesos de purificación de agua. Se forman durante las

reacciones entre los desinfectantes y la materia orgánica presente

en el agua. Algunos de los DBPs se forman en el agua en presencia

de cloro o cloraminas, y tienen potencial carcinogénico. Estos

incluyen N-nitrosodimetilamina (NDMA), trihalometanos de yodo,

bromonitrometanos, haloamidas y halo-aldehídos.

2.1.2.9. Benzotiazoles y benzotriazoles

Los benzotiazoles son otra serie de contamiantes emergentes que

se encuentran con frecuencia en los cursos de agua. Se producen

formas derivadas del benzotiazol como 2-mercapto, 2-hidroxi-, ácido

2-sulfónico, 2-metil-, y tienen amplias aplicaciones como fungicidas,

herbicidas, aceleradores de vulcanización del caucho, inhibidores

de la biocorrosión, y también en producción de tintes. Su ocurrencia

podría ser indicativa de aguas de escorrentía en industrias del

caucho y de fabricación de neumáticos. Del mismo modo, diferentes

formas del inhibidor de corrosión benzotriazol se encuentran con

frecuencia a una concentración de μg/L.

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2.2. Tecnologías de membrana

Su desarrollo actual está justificado por la necesidad de las

operaciones de separación, concentración y purificación en la

industria, y a su vez son una alternativa o complemento de las

técnicas convencionales para el tratamiento de aguas.

Estos procesos de membrana presentan una serie de ventajas,

como son:

• Pueden separar sustancias presentes en muy baja

concentración.

• Permiten una eficaz retención de los sólidos suspendidos.

• Permiten la separación de contaminantes que se encuentran

disueltos o dispersos en forma coloidal.

• Es un proceso físico que concentra el contaminante en una de

las fases.

• La separación se puede realizar en forma continua.

• Las operaciones se llevan a cabo a temperatura ambiente,

generalmente con bajo consumo energético (salvo ósmosis

inversa)

• Son procesos sencillos con diseños compactos que ocupan

poco espacio. El cambio de escala se suele realizar con

equipos en paralelo.

• Pueden combinarse fácilmente con otros tratamientos.

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  22  

Igualmente tienen una serie de inconvenientes:

• Puede darse el caso de incompatibilidades entre el

contaminante y la membrana.

• Existen problemas de ensuciamiento de la membrana.

2.2.1. Membranas semipermeables

Las membranas son barreras físicas semipermeables que se

disponen entre dos fases separándolas e impidiendo su contacto

directo, pero que permiten el movimiento de las moléculas a través

de ellas de forma selectiva. Este hecho permite la separación de las

sustancias contaminantes del agua, generando un efluente acuoso

depurado.

Esta membrana puede ser homogénea, heterogénea, simétrica o

asimétrica, y microporosa o densa en su estructura; neutra o

cargada eléctricamente, líquida o sólida en su estado físico; y su

espesor puede variar desde 50 nm., hasta algo más de 1.0 mm.

2.2.2. Conceptos generales sobre operaciones con membranas

Las operaciones con membranas constituyen una operación de

separación física en la que una corriente alimento se separa a

través de una membrana en dos corrientes: una que atraviesa la

membrana, permeado, y otra corriente que no atraviesa la

membrana, rechazo. La membrana es un film que actúa permitiendo

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  23  

el paso de algunos componentes presentes en la corriente alimento

y dificulta o impide el paso de otros. Como consecuencia de esta

operación se obtiene una corriente de permeado con baja

concentración o libre de ciertos componentes (depurada si son

contaminantes) y una corriente de rechazo concentrada en esos

componentes. En la figura 2.2 se esquematiza la operación,

observándose que algunas partículas son totalmente rechazadas

por la membrana y otras la atraviesan parcialmente. La operación

puede realizarse entre cualquier par de fluidos.

 

Figura 2.2. Operación con membranas

En la tabla 2.1 se muestra la clasificación de los procesos de

membrana:

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  24  

Tabla 2.1. Procesos de membrana

Proceso Fase Fuerza motriz Aplicaciones

Ósmosis inversa L/L Dif. Presión (10-100 bar)

Desalinización de aguas Concentración suero de leche

Nanofiltración L/L Dif. Presión (5-20 bar) Separación fraccionada de iones en solución

Ultrafiltración L/L Dif. Presión (1-10 bar)

Fraccionamiento de proteínas Clarificación de jugos de fruta

Microfiltración L/L Dif. Presión (0,1-5 bar) Filtración estéril Pre filtración

Electrofiltración L/L Dif. Potencial Eléctrico

Desalinización de aguas Recuperación de metales

Diálisis L/L Diferencia de concentración Hemodiálisis Desalación de suero de leche

Separación de gases G/G Dif. Presión (10-100 bar)

Fraccionamiento de aire Separación de metano

Pervaporación L/V Dif. Presión (vacío)

Separación de soluciones azeotrópicas (etanol/agua)

Destilación con membranas L/V Dif. Presión (vacío)

Separación de soluciones acuosas de orgánicos

Membranas líquidas L/V Diferencia de concentración Recuperación de metales de la solución

Para el tratamiento de aguas se emplean operaciones de

membranas basadas en transporte por gradiente de presión, con

membranas de microfiltración, MF, ultrafiltración, UF, nanofiltración,

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  25  

NF o de ósmosis inversa, OI, y procesos basados en gradiente de

potencial eléctrico, electrodiálisis, ED. En las figuras 2.3 y 2.4 se

simbolizan el tipo de sustancias que se eliminan con los procesos

gobernados por gradiente de presión.

 

Figura 2.3. Ejemplo de sustancias separadas

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  26  

 

Figura 2.4. Separación secuencial de grupos de sustancias

2.2.3. Cartucho de membranas

Las membranas, convenientemente plegadas, se enrollan alrededor

de un colector de permeado, empaquetándose habitualmente en

una carcasa cilíndrica. Se disponen en línea con el flujo que se

desea tratar (alimentación), quedando los contaminantes retenidos

en la membrana y generándose un efluente depurado (permeado).

Los cartuchos de membranas suelen ser desechables. En la figura

2.5 se muestra la membrana enrollada, el colector de permeado,

una carcasa cilíndrica y el esquema de funcionamiento.

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  27  

 

Figura 2.5. Cartuchos de membrana

Los cartuchos se suelen emplean en múltiples operaciones de

separación, en muchos casos como etapa previa a una operación

de membranas posterior.

2.2.4. Módulo de arrollamiento en espiral

El módulo de arrollamiento en espiral es una especie de sándwich

formado por dos membranas planas mas el elemento por el que

circula el flujo de agua a tratar, mas el elemento colector de

permeado, que se envuelve en forma espiral de tal forma que la

parte interior del elemento colector de permeado conduce el agua

tratada hacia un tubo central a través de unos orificios practicados

en el mismo. El sistema se sella externamente. El agua a tratar se

introduce en sentido axial. En la figura 2.6 se presenta un esquema

del funcionamiento.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  28  

 

Figura 2.6. Módulo de arrollamiento en espiral

Estos módulos se emplean para ultrafiltración, nanofiltración y

ósmosis inversa.

2.3. El proceso de desalación

2.3.1. Introducción al proceso

La desalación es un proceso de separación de sales de una

disolución acuosa, pero que puede ampliarse al proceso de

separación del agua de las sales.

Los recursos hídricos susceptibles de desalación pueden tener

básicamente dos orígenes: agua de mar o agua salobre de distintos

orígenes (subterránea salinizada; de acuíferos costeros en contacto

directo con el mar y de acuíferos aislados del mismo, aguas

superficiales, aguas residuales, etc).

Así pues con la desalación se pretende conseguir, a partir de aguas

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  29  

salobres no utilizables o de agua de mar, un agua con una cantidad

de sales inferior a la inicial que posibilite su utilización.

Tal como se observa en la figura 2.7, a partir de una corriente de

agua de mar o agua salobre se obtienen dos corrientes, una de

ellas de agua dulce utilizable y otra de rechazo o salmuera, que

contiene la mayoría de las sales de la corriente original.

 

Figura 2.7. Esquema del proceso de desalación

Es muy importante señalar que para separar las sales que están

disueltas en una solución salina es imprescindible aportar una cierta

cantidad de energía, que, al menos, debe ser equivalente a la

energía mínima que se desprende al disolver dichas sales en agua

pura. Los consumos mínimos son del orden de 0,88 kWh/m3 para

agua de mar de 35 g/L de sales, y de 0,30 kWh/m3 para aguas

salobres de 15 g/L. En la práctica los consumos son mucho

mayores, de 4 a 20 veces, según la técnica y diseño aplicado.

Actualmente se emplean industrialmente varios tipos de tecnologías

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  30  

para la separación de las sales, basadas en dos formas distintas de

realizar dicha separación:

• Los procesos de evaporación en los que la separación de las

sales se realiza mediante evaporación y condensación del

agua, imitando el ciclo del agua en la naturaleza. Ejemplos de

estos procesos son la evaporación súbita multietapa, la

evaporación de múltiple efecto y la compresión de vapor.

• Los procesos de membrana que emplean membranas

semipermeables que actúan como barreras selectivas a las

sales disueltas.

Una diferencia substancial entre unas y otras tecnologías esta

relacionada con la fuente energética utilizada. Mientras en la

evaporación se emplea la energía térmica, en los procesos de

membrana la energía necesaria se consigue mediante presión o

mediante energía eléctrica.

2.3.2. Ósmosis Inversa

Se entiende por ósmosis natural el fenómeno por el cual se produce

el paso de disolvente pero no de soluto entre dos disoluciones de

distinta concentración separadas por una membrana

semipermeable (membranas que permiten el paso de agua a su

través del agua y limitan el paso de las sales disueltas), sin

consumo de energía exterior. Este flujo de difusión es debido a la

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  31  

diferencia de concentraciones del soluto a ambos lados de la

membrana, que provoca una diferencia de potencial químico.

El fenómeno osmótico es la base de la alimentación celular, tanto

animal como vegetal. En una membrana celular de un organismo,

pues haber tres tipos de procesos: isotónico (la misma

concentración de iones en el interior del organismo que en el agua),

hipertónico (mayor concentración de iones en el interior del

organismo que en el agua) e hipotónico (menor concentración de

iones en el interior del organismo que en el agua)

La capacidad de las membranas semipermeables de permitir el

paso del agua y limitar el paso de solutos se puede aprovechar para

separar el agua de las sales disueltas. El sentido del flujo debe ser

en dirección opuesta al de la ósmosis natural, para permitir que el

agua pase desde una solución concentrada (agua de mar) hasta

una más diluida (agua dulce). Esto se consigue mediante ósmosis

inversa.

El fundamento de la ósmosis inversa, OI, se puede entender

observando la figura 2.8, en la que un recipiente con agua pura se

pone en contacto a través de una membrana semipermeable con

otro recipiente que contiene una solución concentrada en sales.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  32  

 

Figura 2.8. Proceso de ósmosis inversa

Inicialmente el potencial químico (que es una medida de la energía

interna de un sistema) del agua pura es mayor que el de la solución

salina, por lo que el agua tenderá a pasar hacia la solución con

sales, produciéndose el fenómeno de ósmosis natural (figura 2.8-a),

diluyéndola, y aumentando su potencial químico. Las alturas en

cada recipiente se van desequilibrando, la presión hidrostática de la

solución salina aumenta y la presión hidrostática del lado del agua

dulce disminuye, con lo que los potenciales químicos se van

igualando. El flujo neto entre ambas soluciones se hace igual a cero

cuando se alcanza el equilibrio osmótico, es decir, cuando se

igualan los potenciales químicos de ambas soluciones. A partir de

entonces se producirá un transporte de agua hacia los dos lados de

la membrana de forma equilibrada (figura 2.8-b). A la diferencia de

presión hidrostática que se establece entre ambos compartimentos

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  33  

se conoce como presión osmótica, π, de la solución concentrada en

cuestión.

Con la ósmosis inversa se pretende que este fenómeno se realice

en sentido contrario. Si queremos que el agua de una solución

salina fluya hacia el lado del agua pura o solución diluida para

separarla de las sales, debemos aumentar mecánicamente su

potencial químico. Esto se puede realizar aplicando una presión

superior a la presión osmótica, con lo que se conseguirá que pase

agua a través de la membrana en sentido inverso al descrito

anteriormente (figura 2.8-c).

Para que sea posible el flujo de agua a través de las membranas se

debe aplicar una presión superior a la presión osmótica de la

disolución, que a su vez depende de la concentración de sales. Las

instalaciones de ósmosis inversa para aguas salobres con un

contenido en sales de unos 5 g/L, pueden necesitar presiones del

orden de 12 kg/cm2, mientras que las de agua de mar pueden

requerir hasta los 70 kg/cm2.

Las membranas son de tipo asimétrico con una capa homogénea,

dejando pasar el agua y reteniendo, según las membranas, entre un

9 y un 99% de los elementos minerales disueltos, del 95 al 99% de

los elementos orgánicos y, prácticamente, el 100% de los

organismos y las materias coloidales más finas (bacterias, virus,

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  34  

sílice coloidal, etc.). El mecanismo de separación es de solución-

difusión a través de la membrana.

Los módulos empleados en OI son los de arrollamiento en espiral y

fibra hueca. Entre sus principales aplicaciones cabe destacar:

• Desalación de aguas salobres y agua de mar

• Producción de agua pura

• Concentración de solventes moleculares para industrias

alimentarias

2.3.2.1. Eliminación de microcontaminantes mediante ósmosis

inversa

En la actualidad no se encuentra un gran número de estudios en lo

referente a la disminución de contaminantes emergentes mediante

ósmosis inversa, pero dentro de los existentes, la mayor parte de

ellos son estudios realizados con un conjunto de membranas de

nanofiltración y ósmosis inversa.

Kimura et al. (2003) realizaron un estudio con membranas de

poliamida, en concreto el modelo ESNA (Hydranautics, Oceanside,

CA) para nanofiltración y el modelo XLE (Film-Tec, Vista, CA) para

osmosis inversa, esta última de ultra baja presión. Los compuestos

analizados incluyen subproductos de desinfección (ácido

dicloroacético, ácido tricloroacético), bisfenol A o fármacos

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  35  

(diclofenaco). Los resultados experimentales mostraron claramente

que los compuestos cargados podrían ser rechazados en gran

medida (>90%), independientemente de las propiedades físico-

químicas de los compuestos ensayados. En contraste, el rechazo

de compuestos no cargados viene influenciado principalmente por el

tamaño de éstos. A su vez, el rango de concentración de los solutos

podría influir en la eficiencia de rechazo de una membrana. En el

estudio se encontró que los rangos de concentración más baja

mostraban el rechazo más bajo.

En un estudio posterior, referente solo a ósmosis inversa, se usaron

dos tipos de membranas: una de poliamida (XLE, Dow-FilmTec) y

otra de acetato de celulosa (SC-3100, Toray). Los contaminantes

analizados fueron similares al estudio anterior (fármacos y

disruptores endocrinos). Generalmente la membrana de poliamida

exhibió un mejor rendimiento en términos de rechazo de los

compuestos seleccionados, pero la retención no fue completa (57-

91%). El peso molecular de los compuestos ensayados en general

podría indicar la tendencia de rechazo para las membranas de

poliamida (exclusión por tamaño), mientras que la polaridad

describe de mejor forma la retención de los compuestos ensayados

por la membrana de acetato de celulosa (Kimura et al., 2004).

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  36  

3. OBJETO Y ALCANCE DEL TRABAJO

Esta memoria surge como una pequeña parte de un proyecto de la

Universidad de Alicante, en concreto del Instituto Universitario del

Agua y de las Ciencias Ambientales, cuyo cometido es monitorizar y

estudiar la presencia de contaminantes emergentes en distintas

aguas.

Una de las partes de este proyecto engloba el estudio de la

reducción de estos contaminantes a través de un equipo de

ósmosis inversa. Por ello se ha usado un sistema a pequeña

escala, o sea una planta piloto, en el que llevar a cabo esta

experimentación pudiendo variar parámetros si fuera necesario, sin

necesidad de alterar el funcionamiento de la planta potabilizadora.

Este proyecto se dividió en dos fases distintas, que incluyen:

• Puesta en marcha: es el objetivo principal de este proyecto.

Para ello se ha buscado poner en condiciones de pleno

funcionamiento a la planta ya preexistente, incluyendo

limpieza, sustitución de materiales y reemplazo de la

membrana anterior.

• Puesta a punto de la metodología analítica para la

determinación de contaminantes emergentes en agua: vía

Extracción en Fase Sólida (SPE) y vía Extracción STBE. La

Extracción STBE ha sido realizada por PROAGUAS.

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  37  

• El siguiente objetivo del trabajo es estudiar la presencia de

contaminantes emergentes en el agua del pozo y su posible

reducción en la planta piloto. Para ello se tomarán muestras a

la entrada y a la salida de la planta, de forma directa o usando

un concentrador, el CFIS. Esto es así porque debido a que

estos contaminantes se encuentran en muy bajas

concentraciones, puede ser necesario concentrar in situ las

muestras a analizar.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  38  

4. PLANTA PILOTO DE ÓSMOSIS INVERSA

4.1. Planta desaladora de la Universidad de Alicante

El agua tratada en este proyecto recibe un pretratamiento en la

planta desaladora ubicada en la Universidad de Alicante, el cual se

detalla a continuación.

4.1.1. Descripción general

La planta desaladora se encuentra ubicada en las proximidades al

bosque ilustrado junto a las naves de talleres y plantas piloto.

La planta se abastece de agua salobre procedente de un acuífero

sobre en que se ubica la propia Universidad. La desalación se lleva

a cabo mediante proceso de ósmosis inversa.

La planta tiene una capacidad de producción de 450 m3/día. La

conversión de trabajo es del 72%.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  39  

 

Figura 4.1. Diagrama de flujo de la planta desaladora

4.1.2. Características del agua de alimento

El agua de alimento a la planta es agua salobre subterránea que es

captada mediante pozo en las inmediaciones de la instalación. El

agua bruta presenta una conductividad aproximada de 6.000 µS/cm

y la concentración de sales que se muestra en la tabla I.

Tabla 4.1. Características del agua de alimento

Parámetro pH 7,0 Ca2+ (mg/L) 350 Mg2+ (mg/L) 190 Na+ (mg/L) 900 K+ (mg/L) 16 HCO3

- (mg/L) 340 SO4

2- (mg/L) 1.600 Cl- (mg/L) 1.125 NO3

- (mg/L) 150 SiO2 (mg/L) 17,5 T.D.S. (mg/L) 4.689

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  40  

Tal como se observa, el agua procedente del acuífero presenta una

concentración elevada de cloruros, sodio, sulfatos (que limita la

conversión de la planta al 72%) y nitratos. Estos últimos,

procedentes de la contaminación provocada por la explotación

agraria de la zona.

4.1.3. Pretratamiento

El pretratamiento corresponde a un diseño convencional con un

sistema de doble filtración como tratamiento físico y dosificación de

los reactivos químicos convencionales como tratamiento químico.

• Bombeo de aporte.

 

Figura 4.2. Equipo de bombeo de aporte

• Dosificación de reactivo antiincrustante.

• Dosificación de ácido: en este caso es ácido clorhídrico.

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  41  

• Dosificación de hipoclorito sódico.

Aunque están presentes en la planta desaladora, para la realización

de este proyecto no se añadieron los dos últimos reactivos

indicados.

 

Figura 4.3. Sistema de dosificación de reactivos de pretratamiento y

postratamiento

• Filtración sobre lecho de sílex.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  42  

 

Figura 4.4. Filtros de silex

• Filtración de seguridad sobre cartuchos. Los filtros de

cartucho empleados son de 5  μm.

 

Figura 4.5. Filtración de seguridad

• Dosificación de reactivo reductor. (ver figura 4.3).

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  43  

4.2. Descripción de la planta piloto

La instalación dispone de una única membrana de ósmosis inversa

de 4” y su capacidad de producción es de 220 L/h (5,3 m3/día).

Cuenta con las conducciones necesarias para poder recircular parte

del concentrado introduciéndolo de nuevo como alimento. De esta

forma se aumenta la conversión global del proceso y se puede

simular el comportamiento de las distintas membranas de un tubo

de presión. Se muestra un detalle general de la planta piloto en la

figura 4.6:

 

Figura 4.6. Detalle de la planta piloto

En la figura 4.7 se muestra el diagrama de flujo de la instalación. La

planta piloto dispone de los siguientes elementos:

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  44  

• Depósito de agua de alimento de 1 m3

• Bomba de alimento

• Dosificación de reactivos

o Bomba y depósito para la dosificación de una base.

Inyección del reactivo en la entrada de agua de alimento

al depósito inicial. En este caso no se añade base ya

que no es necesario aumentar el pH del agua a analizar.

o Bomba y depósito para la dosificación de

antiincrustante. No se usa ya que se añade previamente

en la planta desaladora, como se indicó con

anterioridad.

• Equipo de O.I.

o Bomba de alta presión controlada con variador de

frecuencia.

o Tubo de presión para alojar una membrana de

arrollamiento en espiral de 4” de diámetro.

• Depósito de limpieza y desplazamiento

• Instrumentación y control.

o 4 rotámetros para el control de los caudales de alimento,

permeado, concentrado y recirculado del concentrado.

o pHmetro en el depósito de alimentación. No se usó para

la realización del proyecto.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  45  

 

Figura 4.7. Diagrama de flujo de la planta piloto de ósmosis inversa

4.2.1. Características técnicas de los materiales

Las características de los componentes de la instalación son las

siguientes:

• Depósito alimento:

- Material: PE

- Capacidad: 1.000 L.

• Bomba de alta presión:

- Marca: Caprari

- Modelo: NVX2 /1.5

- Caudal: 0.16-0.7 L/s

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  46  

- Presión: 25 bar

- Material: acero inoxidable y cerámica

• Tubo de presión:

- Fabricante: Code Line

- Modelo: 40A30

- Nº de Elementos: 1 Ud. De cuatro (4”) del tipo espiral

- Presión de trabajo: 20 bares.

- Material: PRFV.

• Válvulas de control:

- Fabricante: EPDM/ FIP

- DN.:15

- PN.: 20

- Tipo: Aguja

- Material: PVC

• Medidores de caudal de alimentación, permeado y salmuera:

- Marca: Geory Fischer

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  47  

- Modelos: SK10/ SK20

- DN.: 25/40

- PN.: 20

- Material: PA

- Rango de medida: 0-500/0-3000 L/h

• Bomba dosificadora:

- Marca: EMEC

- Modelo: IP 65 green

- Pmáx: 7 bares

- Caudal: 0.102-3 L/h

• Depósitos Reactivos:

- Material: PE

- Capacidad: 50 L.

• Conexiones de PVC

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  48  

4.2.2. Especificaciones técnicas de la membrana de ósmosis

inversa

La membrana seleccionada presenta una buena relación entre la

presión de trabajo y el rechazo de sales. Se ha escogido una

membrana intermedia, que presentan rechazos de sales óptimos a

presiones de trabajo medias. No se han seleccionado ni

membranas de muy baja presión, que presentarían porcentajes de

rechazo de boro muy bajos ni membranas que requieran altas

presiones y que encarecerían notablemente el proceso.

La membrana corresponde al fabricante Hydranautics, en concreto

el modelo ESPA2-4040. Es una membrana compuesta de poliamida

aromática entrecruzada y presenta una configuración en

arrollamiento en espiral.

En la tabla 4.2 se resumen sus características.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  49  

Tabla 4.2. Especificaciones de la membrana ESPA2-4040 Hydranautics (Elaborada a partir de ficha técnica del producto)

Características  Tipo de membrana   Compuesta poliamida  Tipo de arrollamiento   Espiral  Area de superficie de membrana   7,87m2  Especificaciones de fucionamiento  Presión   150 psi  Temperatura   25ºC  Concentración del alimento   1500 mg/l como NaCl  Conversión   15 %  pH alimento   6,5-7  Rechazo de sales   99,6%

Mínimo 99,4%  Flujo de producto   7,2 m3/día  Límites de operación  Máxima presión de operación   <600 psi  Temperatura máxima de agua de alimento   <45ºC  Máximo SDI15   <5  Concentración de cloro en el alimento   <0.1 ppm  Rango de pH del agua de alimento operando en continuo  

3-10  

Máximo flujo de alimento   3,6 m3/h  Presión máxima por elemento   10 psi  Máxima relación concentrado perneado por elemento  

5:1  

Las dimensiones de la membrana se presentan en la figura 4.8.

 

Figura 4.8. Dimensiones de la membrana Hydranautics ESPA2-4040

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  50  

5. PROCEDIMIENTO DEL TRABAJO

Para la realización del presente trabajo se han llevado a cabo una

serie de actividades, comenzando con la limpieza y puesta a punto

de la planta piloto. Posteriormente se realizó la toma de muestras

de agua, que se analizarán mediante los métodos que se reseñarán

en el apartado 5.3.

5.1. Puesta a punto y funcionamiento de la planta piloto

Debido a la inactividad de la planta piloto, fue necesario proceder a

la limpieza de todos los componentes y a su vez a la aplicación de

una nueva capa de pintura en su estructura base. El siguiente paso

fue el ensamblaje de los elementos de la planta, incluyendo la

bomba de alta presión (figura 5.1), los depósitos de alimentación y

reactivos, así como la colocación de una nueva membrana de

ósmosis inversa (cuyo modelo se reseñó anteriormente), en el tubo

de presión (figura 5.2).

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  51  

 

Figura 5.1. Detalle de la bomba de alta presión

 

Figura 5.2. Detalle del tubo de presión

Posteriormente, la instalación eléctrica tuvo que ser revisada,

incluyendo la identificación de todos los cables para poder volver a

conectar todos los componentes que requieren energía y cuya

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  52  

conexión había sido cortada para el traslado. Estos componentes se

manejarán desde el cuadro eléctrico (figura 5.3).

 

Figura 5.3. Detalle del cuadro eléctrico

Una vez puesta en marcha la planta, se observaron diversas fugas

en los tubos y conexiones de PVC, los cuales fueron, o bien

sustituidos, o bien se colocaron diversas juntas que se observó que

faltaban. Para la salida del rechazo y la conexión al depósito de

alimentación se adquirieron tubos de PVC y sus conexiones

necesarias.

El otro extremo del tubo de entrada al depósito se conecta a una

válvula intermedia perteneciente a la conducción instalada en la

planta desaladora (figura 5.4), que lleva agua previamente tratada

(apartado 4.1.3) y el rechazo sale por su tubo correspondiente al

desague.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  53  

Para la regulación del caudal de entrada al depósito de

alimentación, es necesario regular otras dos válvulas más (figuras

5.5 y 5.6).

 

Figura 5.4. Detalle de la conexión del tubo de entrada al depósito a la conducción de la planta desaladora

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  54  

 

Figura 5.5. Detalle de la primera válvula de regulación

 

Figura 5.6. Detalle de la primera válvula de control en el depósito de

alimentación

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  55  

Asimismo, los manómetros a la entrada y salida del tubo de presión

(figura 5.7) fueron sustituidos por fallo en su funcionamiento.

 Figura 5.7. Detalle del manómetro

5.1.1. Funcionamiento

A continuación se detallarán los pasos del encendido y apagado de

la planta piloto:

1. COMIENZO

a) Abrir la válvula de rechazo: en la figura 5.8., corresponde a

la válvula de la izquierda.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  56  

 

Figura 5.8. Válvulas de rechazo y recirculación

b) Abrir la válvula del flushing: en la figura 5.9, corresponde a

la válvula de la derecha.

 

Figura 5.9. Válvulas del depósito de limpieza

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  57  

c) Arrancar el proceso: pulsar “start” en el convertidor de

frecuencia (figura 5.10.)

 

Figura 5.10. Convertidor de frecuencia

d) Regular el rechazo-permeado: en la figura 5.11, ajustar en

los medidores.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  58  

 

Figura 5.11. Medidores de entrada, recirculación, rechazo y permeado

e) Mantener la llave del permeado cerrada: en la figura 5.12.,

debe mantenerse cerrada la de la derecha.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  59  

 

Figura 5.12. Llaves rechazo y permeado

f) Llenar el depósito de limpieza.

g) Abrir la llave del permeado (ver Figura 5.12.).

h) Funcionamiento normal.

2. PARO

a) Abrir la válvula de rechazo (ver Figura 5.8.)

b) Abrir la alimentación desde depósito de limpieza: en la

figura 5.13., corresponde a la válvula de la izquierda.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  60  

 

Figura 5.13. Alimentación desde depósito de limpieza

c) Cerrar la alimentación desde el depósito principal (figura

5.14.)

 

Figura 5.14. Válvula alimentación desde depósito principal

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  61  

d) Esperar a que baje el nivel del depósito de limpieza: no

totalmente, porque podría entrar aire en el sistema.

e) Parar la bomba (figura 5.10.)

f) Cerrar la válvula de rechazo (figura 5.8.)

g) Cerrar la alimentación desde el depósito de limpieza (ver

Figura 5.13).

5.2. Toma de muestras de agua

Para el proyecto, la toma de muestras se realizará de dos formas,

de forma directa y mediante muestreador pasivo (CFIS).

- Forma directa: el agua del pozo (entrada) es muestreada

directamente desde una de las válvulas de la planta desaladora

(figura 5.15.), justo antes del bombeo de aporte a ésta.

 

Figura 5.15. Detalle de la válvula para toma de agua del pozo

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  62  

Para la toma en la salida, se usará uno de los depósitos de

dosificación de reactivos (figura 5.16.), al que se conducirá el agua

de permeado ya tratada en la planta piloto. A este depósito se le ha

producido una modificación previa para alojar el concentrador CFIS,

el cual se reseñará en el siguiente apartado. Se ha muestreado un

total de 4L, usando dos botellas de plástico esterilizadas de 2L para

la entrada y otras dos para la salida.

 

Figura 5.16. Detalle del depósito de dosificación modificado

- CFIS (continuous flow integrative sampler): es un dispositivo

patentado por LABAQUA (figura 5.17), y consta de una bomba

peristáltica que hace fluir la muestra alternativamente por un

material sorbente, que retiene los contaminantes disueltos, y por un

filtro de partículas que retiene las partículas en suspensión y

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  63  

permite el análisis de los contaminantes en la fracción disuelta.

Todo ello es controlado y programado mediante una micro-tarjeta

electrónica que incorpora una sonda que registra la temperatura del

agua durante el muestreo (figura 5.18), permitiendo el cálculo de las

concentraciones promedio de contaminación. La monitorización de

las aguas es de forma continua y se obtiene una muestra

representativa tomada de manera fácil y económica. Todo el

sistema es alimentado mediante unas baterías de litio capaces de

dar una autonomía de 8 días para la configuración en continuo y

más de 20 días para la configuración en discontinuo de larga

duración. En la figuras 5.19 y 5.20 se muestran unos esquemas del

CFIS.

 

Figura 5.17. Detalle externo del CFIS

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  64  

 

Figura 5.18. Detalle de la micro-tarjeta electrónica y programa para configuración

 

Figura 5.19. Esquema del CFIS: (1) Camisa de vidrio y prefiltro. (2) Cassete porta-filtros de sólidos en suspensión (3) Celda de Acero (4)

Batería de litio (5) Bomba peristáltica (6) Válvula anti retorno

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  65  

 

Figura 5.20. Detalle interno del CFIS

Para el agua de entrada, se colocó en el depósito de alimentación,

usando un peso para evitar que el muestreador se quede flotando,

ya que tiene que estar en posición vertical, tal y como se observa en

la figura 5.21.

 

Figura 5.21. Detalle del CFIS dentro del depósito de alimentación

Para muestrear el agua de salida, se colocó en el depósito

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  66  

previamente modificado (figura 5.22.), como se indicó

anteriormente.

 

Figura 5.22. Colocación del CFIS en el depósito dosificador de reactivos

En ambos depósitos, la toma de muestra fue por un periodo de

cinco días, en concreto:

• Entrada: 2 días (27-29 mayo 2015) y 3 días (8-11 Junio 2015)

• Salida: 12-17 junio de 2015

Por el CFIS pasa una muestra total de 2 litros, representativa de

todo el tiempo de muestreo.

5.3. Metodología de los análisis realizados

Como se indicó anteriormente, la toma del agua objeto de estudio

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  67  

se ha muestreado mediante el dispositivo CFIS. Se ha realizado

análisis de muestras puntuales para ir haciendo pruebas con el

método analítico propuesto.

5.3.1. Puesta a punto de la Extracción SPE

Estos análisis se realizarán mediante dos métodos dependiendo del

contaminante a estudiar.

5.3.1.1. Método de triazinas y organoclorados

• Preparación de patrones:

Se prepararon disoluciones individuales concentradas de los

compuestos seleccionados (adquiridos a Sigma Aldrich) empleando

como disolvente diclorometano de calidad HPLC (Sigma Aldrich).

Posteriormente, se prepararon disoluciones mezcla a distintas

concentraciones para obtener las rectas de calibrado: 0.005, 0.01,

0.025, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2,5 y 10 ppm. La concentración de

0.005 ppm no se detecta en todos los compuestos, por lo que la

concentración más baja detectada por el método es 0.01 ppm.

• Acondicionamiento previo de las muestras:

Se recogen las muestras en botellas de plástico esterilizadas de 1L.

Las muestras son almacenadas a -20ºC hasta su análisis.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  68  

• Extracción en fase sólida:

El proceso de Extracción en Fase Sólida (en inglés, Solid Phase

Extraction­ SPE) se realiza en el equipo Auto Trace 280 de Vertex.

El Autotrace 280 (figura 5.23) es un equipo que permite automatizar

el proceso de extracción en fase sólida. Está diseñado para la

extracción de compuestos orgánicos a nivel de trazas en aguas o

matrices acuosas. A su vez, permite concentrar analitos partiendo

de grandes volúmenes de muestra (de 100 mL a 4L)

Figura 5.23. Detalle del equipo AutoTrace 280

Los compuestos de interés quedan atrapados en los absorbentes

tipo SPE (formato cartucho o disco) y luego se eluyen con

disolventes adecuados para generar un extracto listo para el

análisis.

Otras características son:

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  69  

- Procesa simultáneamente 6 muestras acuosas.

- Volumen de muestra de 20 a 4000 ml.

- Utiliza cartuchos de plástico de 1, 3 y 6 ml, cartuchos de

cristal de 6 ml o discos de 47 mm.

- Acondiciona, lava y eluye hasta con 5 reactivos.

- Líneas separadas de drenaje para acuosos y orgánicos.

- Secado de los cartuchos con gas inerte.

- Evapora si es necesario el extracto eluido con una corriente

de gas (en este proyecto no se ha hecho uso de esta función)

Se emplean cartuchos Oasis HLB 6cc/60mg y disolventes calidad

HPLC (diclorometano, acetonitrilo y agua de Sigma Aldrich). El

proceso de extracción está basado en el método propuesto por De

Almeida Azevedo et al. (2000). Para favorecer la retención de los

compuestos con menor coeficiente log kow, se llevan a pH<2-3 las

muestras con ácido clorhídrico. En la tabla 5.1 se muestran las

etapas del proceso SPE. En cada ciclo se pueden tratar como

máximo 6 muestras (duración ciclo = 3 h 45 min).

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  70  

Tabla 5.1. Proceso de extracción en fase sólida para método triazinas y organoclorados

Etapa Descripción

Activación/acondicionamiento 6 mL diclorometano (30 mL/min)

6 mL acetonitrilo (30 mL/min) 6 mL agua HPLC (30 mL/min)

Carga 200 mL muestra (6 mL/min)

Lavado 1 mL agua HPLC (40 mL/min)

Secado del cartucho con N2 gas durante 30 minutos

Elución (recogida de extractos en tubos de

ensayo)

Elución con 2,5 mL acetonitrilo:diclorometano (1:1,

v/v) (3 mL/min) Elución con 3,2 mL

diclorometano (3 mL/min)

• Evaporación y reconstitución:

El extracto recogido en cada tubo se seca con flujo de N2 y, una vez

reducido el volumen, se trasvasa la muestra a un “insert” de 200 μL

donde se continúa el proceso hasta secado total. Para arrastrar los

analitos que quedan en el tubo, se añaden unas gotas de

diclorometano y se agita con un vórtex, trasvasando al insert

posteriormente, y continuando el proceso.

• Análisis GC-MS:

Las muestras son analizadas mediante cromatografía de gases

acoplada a espectrometría de masas. A continuación se detallan las

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  71  

características principales del método analítico utilizado

(modificación del método de De Almeida Azevedo et al. (2000),

denominado TOE (T­triazinas, O­ organoclorados y E­EDDP):

o Equipo: Cromatógrafo modelo Agilent 7890 y

espectrómetro de masas tipo cuadrupolo modelo Agilent

5975.

o Columna: Agilent 19091S­433 HP­5MS (5% diphenyl–

95% dimethylpolysiloxane). Columna capilar (30 m ×

0.25 mm DI, df = 0.25 m).

o Fase móvil: helio (1.3 mL·min-1).

o Programa de temperatura:

T inicial horno: 105ºC (tiempo inicial de equilibrio 1 min)

§ Rampa:

• De 105 a 160ºC a 20ºC·min-1. 1 min a 160ºC.

• De 160 a 220ºC a 5ºC·min-1. 2 min a 220ºC.

• De 220 a 290ºC a 5ºC·min-1. 5 min a 290ºC.

Tiempo: 37,75 min

o Temperatura del puerto inyector e interfaz: 250 y

300ºC

o Modo de inyección: SPLITLESS

o Volumen de inyección: 1μL

o Electron impact ionization: 70 eV

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  72  

o Modo de operación: modo SIM (cuantificación con ion

principal e identificación con iones de confirmación).

Para los patrones, al igual que con las muestras, se realizarán los

pasos anteriores, exceptuando la extracción en fase sólida.

Para definir los compuestos se usará el ion mayoritario de cada uno

de éstos (Tabla 5.2.)

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  73  

Tabla 5.2. Listado de compuestos. Iones de cuantificación (principal) y de confirmación. Método triazinas y organoclorados

Nº Compuesto Ion cuantificador

(m/z)

Ion cualificador

(m/z) tr

(min) Ventana

(min)

1 Trifluraline 306 264, 290 9,02 0-9,60

2 Simazine 201 186, 173 9,99 9,60-10,30

3 Atrazine 200 215, 173 10,16

4 Lindane (a-lindane) 181 183, 219, 111 10,47 10,30-11,50

5 Terbutylazine 214 229, 173 10,63

6 Heptachlor 272 337, 339 12,80 11,50-13,20

7 Alachlor 160 188,146 12,85

8 Linuron 61 187, 124 13,62 13,20-14,00

9 Isodrin 193 195, 263 14,95 14,00-15,10

10 Heptachlor epoxide (isomer B) 353 81, 355 15,35 15,10-16,00

11 a-endosulfan 241 195, 239, 237 16,59 16,00-17,00

12 Dieldrin 79 81, 380 17,53 17,00-18,00

13 Endrin 263 317, 245 18,39 18,00-18,60

14 b-endosulfan 241 195, 207,237 18,81 18,60-19,00

15 p,p-DDD 235 165, 199,237 19,32 19,00-20,00

16 o,p-DDD 235 165, 199, 237 20,96 20,00-21,20

17 Triphenilphosphate 326 325, 77, 215 21,85 21,20-23,00

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  74  

Para el patrón de 2 ppm, se muestran los picos obtenidos en el

cromatograma TOE (figura 5.24.)

 

Figura 5.24. Cromatograma TOE

 En la tabla 5.3. se recopilan los resultados de la calibración externa.

Tabla 5.3. Resultados de la calibración externa

Compuesto Pendiente Ordenada R2 Trifluralina 1,609E-06 0,3695 0,981 Simazina 2,451E-06 0,2551 0,988 Atrazina 8,403E-07 0,2145 0,993 Lindano 8,120E-07 0,2169 0,995 Terbutilazina 6,235E-07 0,2162 0,993 Heptacloro 2,066E-06 0,3401 0,984 Alacloro 1,121E-06 0,2628 0,991 Linurón 2,669E-06 0,4997 0,964 Isodrín 1,241E-06 0,2167 0,994 Heptacloro hepóxido 1,747E-06 0,2347 0,993 a-endosulfán 6,282E-06 0,2243 0,993 Dieldrín 3,372E-06 0,2793 0,990 Endrín 5,791E-06 0,3154 0,989 b-endosulfán 9,734E-06 0,2245 0,991 p,p-DDD 6,767E-07 0,2831 0,986

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  75  

En la figura 5.25. se representa un ejemplo de gráfica desarrollada

para la calibración.

 

Figura 5.25. Gráfica desarrollada para calibración

 5.3.1.2. Método de fármacos, parabenos, hormonas, algunos

surfactantes y plastificantes

• Preparación de patrones:

Se prepararon disoluciones individuales concentradas de los

compuestos seleccionados (comprados a Sigma Aldrich) empleando

como disolventes acetato de etilo y metanol de calidad HPLC

(Sigma Aldrich).

Posteriormente, se prepararon disoluciones mezcla en acetato de

etilo a distintas concentraciones para obtener las rectas de

calibrado: 0.005, 0.01, 0.025, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 5 y 10 ppm.

Ci = 6E-07x + 0,2162R² = 0,993

0

2

4

6

8

10

0 5000000 10000000 15000000 20000000

Ci (

ppm

)

Ai

Terbutilazina

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  76  

• Acondicionamiento previo de las muestras:

Se recogen las muestras en botellas de plástico esterilizadas de 1L.

Las muestras son almacenadas a 4ºC hasta su análisis.

• Extracción en fase sólida:

El proceso de Extracción en Fase Sólida (en inglés, Solid Phase

Extraction-SPE) se realiza en el equipo Auto Trace 280 de Vertex.

Se emplean cartuchos Oasis HLB 6cc/60mg y disolventes calidad

HPLC (acetato de etilo, metanol y agua de Sigma Aldrich).

El proceso de extracción está basado en el método propuesto por

Gómez et al. (2007).

Para favorecer la retención de los compuestos con menor

coeficiente log kow, se llevan a pH<4 las muestras con ácido

clorhídrico.

En la tabla 5.4. se muestran las etapas del proceso SPE. En cada

ciclo se pueden tratar como máximo 6 muestras (duración ciclo =

3h10min.)

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  77  

Tabla 5.4. Proceso de extracción en fase sólida para método fármacos, parabenos, hormonas, algunos surfactantes y plastificantes

Etapa Descripción

Activación/acondicionamiento 5 mL acetato de etilo (4 mL/min)

5 mL metanol (4 mL/min) 5 mL agua HPLC (4 mL/min)

Carga 1 mL muestra (10 mL/min)

Lavado 6 mL agua HPLC (20 mL/min)

Secado del cartucho con N2 gas durante 30 minutos

Elución (recogida de extractos en tubos de

ensayo)

Elución con 4 mL acetato de etilo (4 mL/min)

Elución con 4 mL acetato de etilo:metanol (1:1, v/v)

(4 mL/min)

• Evaporación y reconstitución:

El extracto recogido en cada tubo se seca con flujo de N2 y, una vez

reducido el volumen, se trasvasa la muestra a un “insert” de 100 μL

donde se continúa el proceso hasta secado total. Para arrastrar los

analitos que quedan en el tubo, se añaden unas gotas de acetato de

etilo y se agita con un vórtex, trasvasando al insert posteriormente,

y continuando el proceso.

Se reconstituye la muestra con 100 μL de disolución de patrón

interno (500 μg/L en trifenilfosfato y carbamazepina-d10).

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  78  

• Derivatización:

Se evapora la muestra y se reconstituye añadiendo el reactivo de

derivatización: 50 μL de BSTFA:TMCS (99:1) y 50 μL de piridina. Se

tapa el vial y se deja a 60ºC durante 30 min, para que tenga lugar la

reacción de silación (optimización de la derivatización: información

base Hai et al. (2011), Radjenovic et al. (2009) y Azzouz et al.

(2014).

• Análisis GC-MS:

Las muestras son analizadas mediante cromatografía de gases

acoplada a espectrometría de masas. A continuación se detallan las

características principales del método analítico utilizado

(modificación del método de Gómez et al. (2007):

o Equipo: Cromatógrafo modelo Agilent 7890 y

espectrómetro de masas tipo cuadrupolo modelo Agilent

5975.

o Columna: Agilent 19091S­433 HP­5MS (5% diphenyl–

95% dimethylpolysiloxane). Columna capilar (30 m ×

0.25 mm DI, df = 0.25 m).

o Fase móvil: helio (1.3 mL·min-1).

o Programa de temperatura:

T inicial horno: 105ºC (tiempo inicial de equilibrio 1 min)

§ Rampa:

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  79  

• De 105 a 200ºC a 17ºC·min-1. 1 min a 200ºC.

• De 200 a 220ºC a 2ºC·min-1. 2 min a 220ºC.

• De 220 a 290ºC a 5ºC·min-1. 1 min a 290ºC.

Tiempo: 34,588 min

o Temperatura del puerto inyector e interfaz: 250 y

280ºC

o Modo de inyección: SPLITLESS

o Volumen de inyección: 1μL

o Electron impact ionization: 70 eV

o Modo de operación: modo SIM (cuantificación con ion

principal e identificación con iones de confirmación).

Para los patrones, al igual que con las muestras, se realizarán los

pasos anteriores, exceptuando la extracción en fase sólida.

Para definir los compuestos se usará el ion mayoritario de cada uno

de éstos (Tabla 5.5.)

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  80  

Tabla 5.5. Listado de compuestos. Iones de cuantificación (principal) y de confirmación. Método fármacos, parabenos, hormonas, algunos

surfactantes y plastificantes

Nº Compuesto Ion cuantificador

Ion cualificador tr (min) Ventana

(min) 1 Ác. Benzoico 179 105, 135 4,22 0 - 5,5

2 Metil paraben 209 193, 224 6,11 5,5 - 6,4 3 Etil paraben 223 193, 238 6,61 6,4 - 6,8 4 Ac. Cianúrico 345 330, 147 6,93

6,8 - 7,8 5 Ibuprofen 160 263, 234 7,04 6 4-hidroxibenzoico 267 223, 193 7,07 7 4-t-OP 207 208 7,21 8 Propil paraben 193 210, 237 7,37 9 Butil paraben 210 193, 266 8,30 7,8 - 8,6

10 4-OP 179 263, 278 8,84 8,6 - 9,2 11 Triclosan 347 200, 362 13,79 9,2 - 14,8

12 Bisphenol A 357 358, 372 15,63 14,8 - 16,2

13 Carbamazepina - d10 203 204 16,84 16,2 - 17,3 14 Carbamazepina 193 192, 194 16,93 15 Diclofenac 214 242, 277 17,55 17,3 - 19 16 Triphenilphosphate 326 325, 215 20,13 19 - 21,8 17 Diazepam 256 283, 284 22,45 21,8 - 24 18 Estrone 342 257, 218 25,88 24 - 26,3 19 17-β-estradiol 416 285, 129 26,98 26,3 - 28 20 17-α-ethynylestradiol 425 440, 232 29,11 28 - 30

Para el patrón de 2 ppm, se muestran los picos obtenidos en el

cromatograma FPH (figuras 5.25. y 5.26.)

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  81  

 

Figura 5.26. Cromatograma FPH (a)

 

Figura 5.27. Cromatograma FPH (b)

 En la tabla 5.6. se recopilan los resultados de la calibración externa.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  82  

Tabla 5.6. Resultados de la calibración externa

Compuesto Pendiente Ordenada R2 Ácido benzoico 6,116E-07 -0,0877 0,995 Metil parabeno 5,486E-07 -0,0538 0,997 Etil parabeno 1,110E-06 -0,0808 0,998

Ácido cianúrico 9,728E-07 -0,0809 0,999 Ibuprofeno 2,222E-06 -0,0930 0,997

4-hidroxibenzoico 4,049E-07 -0,0637 0,998 4-t-OP 3,418E-07 -0,0822 0,996

Propil parabeno 7,606E-07 -0,0699 0,998 Butil parabeno 1,736E-06 -0,0281 0,998

4-OP 4,576E-07 -0,0620 0,997 Triclosan 3,157E-06 -0,0078 0,999

Bisphenol A 4,205E-07 -0,0368 0,999 Carbamazepina 7,422E-07 0,0225 0,998

Diclofenaco 3,716E-06 0,0260 0,994 Diazepam 6,026E-06 -0,0145 0,999 Estrona 2,445E-06 -0,0576 0,998

17-β-estradiol 2,035E-06 -0,0617 0,998 17-α-etinilestradiol 3,640E-06 -0,0310 0,998

En la figura 5.28. se representa un ejemplo de gráfica desarrollada

para la calibración.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  83  

 

Figura 5.28. Gráfica desarrollada para calibración

 5.3.2. Extracción STBE

Los compuestos fueron analizados por la empresa PROAGUAS,

utilizando la técnica de extracción STBE combinado con GC-MS,

con los mismos datos de columna reseñados anteriomente.

Ci = 5E-07Ai - 0,0538R² = 0,9969

02468

1012

0,E+00 5,E+06 1,E+07 2,E+07 2,E+07

Ci(p

pm)

Ai

Metil paraben

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  84  

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El presente trabajo se ha centrado principalmente en la puesta a

punto de la planta y su puesta en marcha. En la parte de análisis, se

ha colaborado con el IUACA y se ha enviado muestras a

PROAGUAS.

En primer lugar cabe destacar que en el período de muestreo

(mayo-junio de 2015) se estaban terminando de ajustar las técnicas

analíticas y la operación con el muestreador pasivo CFIS.

En la tabla 6.1. se detallan las concentraciones de los compuestos

analizados en la muestra puntual de entrada (análisis Proaguas):

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  85  

Tabla 6.1. Listado de compuestos analizados a la entrada de la planta (agua de pozo)

PROAGUAS (puntual)

Compuesto Ci ( ng/L) Propazina <10 Terbutilazina <10 3,4-dicloroanilina N.D. Secbumeton N.D. Ametrina N.D. Prometrina N.D. Terbutrina N.D. Carbamazepina N.D. Diazepam N.D. Terbumetondesetil N.D. Terbutilazinadesetil N.D. Atraton N.D. Simazina N.D. Alfa-HCH N.D. Beta-HCH N.D. Lindano N.D. Delta-HCH N.D. Heptaclor N.D. Simazina N.D. Aldrin N.D. Heptaclor epoxido N.D. Endosulfan alfa N.D. Dieldrin N.D. P,p´-DDE N.D. Endrin N.D. Endosulfan beta N.D. Dieldrin N.D. P,p´-DDD N.D. Endosulfan sulfato N.D. P,p´-DDT N.D. Metoxiclor N.D.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  86  

PROAGUAS (puntual)

Compuesto Ci ( ng/L) Metilparabeno N.D. Etilparabeno N.D. Isopropilparabeno N.D. Propilparabeno N.D. Butilparabeno N.D. Ibuprofeno N.D. Bencilparabeno N.D. 4-tert-octilfenol N.D. 4-octilfenol N.D. Metil triclosan N.D. Bisfenol A N.D. Estrona N.D. 17-alfa-etinilestradiol N.D.

*Compuestos sombreados extraídos sin derivatización; el resto con derivatización in situ

Se detectó la presencia de propazina y terbutilazina, pero en

concentraciones inferiores al límite de cuantificación del método (10

ng/L).

Los contaminantes estudiados no se detectaron en las muestras de

agua de salida de la planta.

Los resultados del análisis de las muestras tomadas con el CFIS no

se han incluido ya que todavía se están terminando de analizar.

Teniendo en cuenta la escasa o nula concentración de

contaminantes en el agua de entrada a la planta, se recomienda

para futuros trabajos de investigación la operación de la planta con

muestras de agua procedentes de acuíferos o embalses dónde si

haya detección de éstos.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  87  

7. CONCLUSIONES

Del estudio realizado se obtienen las siguientes conclusiones:

• Respecto a la primera fase del estudio, se ha puesto a punto

la planta piloto. Los componentes se encuentran en perfecto

estado y se encuentra operativa para su utilización.

• Es notable la complejidad del estudio de los contaminantes

emergentes. Los métodos de análisis de extracción SPE

desarrollados en el laboratorio del IUACA se encuentran

todavía en proceso de puesta a punto.

• Respecto a los resultados proporcionados por PROAGUAS,

es importante destacar que se han detectado a muy bajas

concentraciones los compuestos propazina y terbutilazina en

el agua del pozo del acuífero de la Universidad de Alicante. El

proceso ha permitido reducir la concentración de éstos de

manera que ya no se detectan a la salida.

• Se recomienda para futuros trabajos de investigación la

operación de la planta con muestras de agua procedentes de

acuíferos o embalses dónde si haya detección de éstos y se

pueda estudiar de forma mas clara la eficiencia de eliminación

para los compuestos estudiados.

Puesta  en  marcha  de  una  desalinizadora  piloto  de  ósmosis  inversa  para  reducción  de  contaminantes  emergentes  

   

  88  

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