SEMINARIO MINERÍA Y RECURSOS HÍDRICOS ALTERNATIVAS DE ABASTECIMIENTO DESALINIZACIÓN DE AGUAS María Pía Mena P.

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1 SEMINARIO MINERÍA Y RECURSOS HÍDRICOS ALTERNATIVAS DE ABASTECIMIENTO DESALINIZACIÓN DE AGUAS María Pía Mena P.

2 Alternativas de Abastecimiento de Agua DESALINIZARDESALINIZAR Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

3 Parámetros Críticos? Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

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5 Procesos de Membrana La fuerza actuante es una diferencia de presión a través de la membrana. En esta categoría se encuentran: Microfiltración (MF), Ultrafiltración (UF), Nanofiltración (NF) y Osmosis Inversa (RO) Nanofiltración (NF) La transferencia de iones a través de la membrana está controlada por difusión. Las membranas NF permiten rechazar contaminantes de tamaño 0,0007 a 0,01  m. Este proceso puede llevar a cabo la remoción de sales, dureza, patógenos, turbiedad, compuestos orgánicos sintéticos y pesticidas. La presión de trabajo se encuentra entre 0,5 – 1,5 MPa. Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

6 Osmósis Inversa (RO) Este proceso es capaz de rechazar contaminantes o partículas con diámetros tan pequeños como 0,0001  m. Se utiliza principalmente para desalinización de agua de mar, en la cual las concentraciones de SDT están en el rango 35 – 45 gr/l. Las presiones necesarias para el agua de mar en el rango 5 a 8 MPa. Flujo a través de las Membranas RO NF UF MF Flujo 5 – 40 20 – 80 3 – 200 50 - 500 L/m2/hr Retención >90% NaCl >95% lactosa >4 kD >0,01  m <50% NaCl<500 kD <5  m Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

7 PROCESO DE OSMOSIS INVERSA Osmosis Osmosis Inversa Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

8 PROCESO DE OSMOSIS INVERSA Presión Osmótica (  ) Diferencia de presión a través de una membrana, necesaria para invertir el flujo desde una solución más concentrada a otra menos concentrada.  = 8204,76*(T+273)*  m i  = presión osmótica, Pa T = temperatura, °C  m i = suma de la concentración molal (moles/Kg) de todos los constituyentes en la solución.  ˜ 75,8 KPa por cada 1000 mg/l de SDT Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

9 SISTEMAS DE OSMOSIS INVERSA Alimentación: Solución que ingresa al sistema y es presurizada. Contiene un concentración de soluto Cf. Permeado: Agua que traspasa la membrana y es recolectada. Contiene una concentración Cp del soluto. Concentrado: Solución que no traspasa la membrana y está enriquecida con el soluto rechazado (salmuera, Cc). Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

10 SISTEMAS DE OSMOSIS INVERSA Rechazo: Porcentaje del material disuelto que no pasa a través de la membrana, depende del ion específico. Recuperación: Razón entre el caudal de permeado y el caudal de alimentación R = Qp/Qf Concentración en el concentrado: se relaciona con la concentración de alimentación y la recuperación Cc = Cf/(1-R) Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006 Flujo de agua a través de la membrana Flujo de soluto a través de La membrana Recuperación

11 Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

12 Configuraciones de Módulos de Membranas La unidad operacional en la cual las membranas están dispuestas corresponde a un “módulo”. Esta unidad consiste en las membranas, estructuras soportantes de presión, estructuras de alimentación y de eliminación de concentrado y permeado. Los tipos más comunes son: marcos y placas; espiral, tubular y fibra hueca. Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

13 Configuraciones de Módulos de Membranas Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

14 SISTEMAS DE OSMOSIS INVERSA Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

15 SISTEMAS DE OSMOSIS INVERSA Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

16 SISTEMAS DE OSMOSIS INVERSA Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

17 PRETRATAMIENTO EN OSMOSIS INVERSA Etapa fundamental para controlar el ensuciamiento y prolongar la vida útil de las membranas. Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

18 PRETRATAMIENTO EN OSMOSIS INVERSA Pretratamiento incluye desinfección, coagulación, acidificación, filtración, decloración, control sales poco solubles y microfiltración. Desinfección: Hipoclorito de sodio. Clarificación: Técnicas convencionales de filtración. Cada fabricante especifica el máximo nivel de turbiedad o IDS (índice de ensuciamiento de membranas). Decloración: Necesario en el caso de membranas de poliamida que no admiten cloro ni ningún oxidante. Se utiliza bisulfito sódico o filtros de carbón activado. Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

19 PRETRATAMIENTO EN OSMOSIS INVERSA Precipitación: ocurre cuando las sales están concentradas más allá de sus solubilidades. Los métodos de control son: Adición de ácido: se utiliza H 2 SO 4 para evitar incrustación de CaCO 3. Se debe tener cuidado de no aumentar excesivamente el contenido de sulfatos. Destruye los aniones. Adición de antiincrustantes: forman complejos con los cationes para evitar la precipitación. Todas las plantas deben incluir filtros de cartuchos instalados antes del bombeo de alta presión y como última etapa del pretratamiento. En general se utilizan filtros de cartucho de tamaño entre 2 y 20  m. Las máximas pérdidas de presión aceptadas en los filtros de cartucho son de 5 psi en aplicaciones de NF y de 10 psi en RO. Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

20 Características Agua Producida Agua de mar Aguas salobres Concentración SDT, mg/l 200 – 500 60 – 150 % recuperación 25 – 45% 75 – 85% Presión operación, psi 800 – 1200 100 - 300 Requerimiento Energía, KWH/m3 5 – 8 2 - 4 El agua producida es agresiva, de tendencia corrosiva y por lo tanto requiere post tratamiento para recuperar los niveles de pH, alcalinidad, remoción de sulfuros y estabilización. Subproducto del proceso Salmueras  Manejo y disposición: descarga al mar v/s evaporación Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

21 COSTOS DE LOS SISTEMAS DE OSMOSIS INVERSA Componentes del sistema Sistema de captación y conducción de agua Sistema de pretratamiento Sistema de osmosis inversa Acondicionamiento y almacenamiento Manejo y disposición de salmueras Costos operacionales Energía Productos químicos Mano de obra Reemplazo membranas: 5% aguas salobres; 20% agua mar Mantenimiento Seminario Minería y Recursos Hídricos, 25-27 Octubre 2006

22 Productos químicos: ácido sulfúrico soda cáustica antiincrustante cloro

23 SEMINARIO MINERÍA Y RECURSOS HÍDRICOS ALTERNATIVAS DE ABASTECIMIENTO DESALINIZACIÓN DE AGUAS Muchas Gracias!! María Pía Mena Patri mpia@aguasyriles.cl mmena@ing.uchile.cl