Nanofiltración una opción para potabilizar agua de mina César G. Calderón Mólgora

Disponibilidad de agua como motor de búsqueda de nuevas fuentes de abastecimiento Delicias Camargo Parral Fresnillo Pachuca Fuente: Estadísticas del Agua en México 2011 Comisión Nacional del Agua

Fuentes de alternas de abastecimiento de agua Delicias Camargo Parral Fresnillo Pachuca Fuente: Estadísticas del Agua en México 2011 Comisión Nacional del Agua

Minas ¿viables como fuentes de suministro? Concentraciones excesivas de algunos iones que comprometen su uso para agua potable: Aniones: fluoruro, sulfato, bicarbonato, arseniato, arsenito. Cationes: cadmio, plomo, mercurio, calcio.

Procesos de tratamiento Ósmosis inversa, Intercambio iónico (combinación de ambos) Existe una percepción generalizada que la ósmosis inversa es un proceso caro y susceptible de fallar. Una alternativa es la nanofiltración.

Caso 1 Sulfatos 1,000 mg/L (400 mg/L) Conductividad 1,400 µS/cm. Fluoruros 2.0 mg/L (1.5 mg/L) Arsénico 50 µg/L (25 µg/L, 10 µg/L) Cadmio 26 µg/L ( 5 µg/L)

Valores establecidos por la NOM-127-SSA-1994 (2000) Caso 1 Parámetro Valor medido en el agua Valores establecidos por la NOM-127-SSA-1994 (2000) Sulfato (mg/L) 1,000 400 Conductividad µS/cm 1,400 – 1,600 No normado Fluoruro (mg/L) 2.0 - 2.5 1.5 Arsénico (V) (µg/L) 50 25 (10 OMS) Cadmio (µg/L) 26 5 Sílice (mg/L)

Pruebas piloto Se instalaron dos unidades piloto en serie: filtros antracita-arena y nanofiltración. Se operó al máximo caudal posible (1 L/s de agua tratada)

Conductividad

Sulfatos

Fluoruros

Arsénico

Cadmio.

Tratamiento mediante membranas (caso 1) OI Alto rechazo OI Ultra baja presión Nanofiltración KWh/m3 0.53 0.3 0.27 Recuperación de agua %* 77 78 79 Antincrustante (g/m3) 3.45 3.30 3.15 F (mg/L) permeado 0.05 0.16 0.44 * Por el nivel de rechazo de sílice de cada una de las membranas y considerando que al agregar un antiincrustante específico es posible alcanzar concentraciones de 220 mg (SiO2)/L en el rechazo sin que ocurra la cristalización.

Diagrama de flujo del proceso Tomado del programa para diseño de sistemas de OI ROSAtm

Tabla comparativa (caso 1) Consideración O I alto rechazo O I Ultra baja presión Nanofiltración Caudal tratado % 51.5 53.2 59.2 Caudal neto útil producido (fracción del caudal alimentado) 88.1 88.3 87.5 Remoción de fluoruro % 98.0 93.6 82.4 Presión de operación Bar (psi) 10.76 (156) 5.53 (80.29) 4.88(70.77)

Tabla comparativa (caso 1) Insumo O I alto rechazo O I Ultra baja presión Nanofiltración $/m3 Energía Eléctrica 0.27 KW/h 0.33 0.16 KW/h 0.21 Antiincrustante 1.77 g/m3 0.50 1.76 g/m3 0.49 1.87 g/m3 0.52 Limpieza (alcalina y ácida trimestral) 0.56 Filtros cartucho (sustitución quincenal) 0.20 Total $/m3 1.63 1.47 1.50 El valor de KW/h se tomo en $1.34/KWh El valor del antiincrustante es de $0.28/g

Caso 2 Agua con 450 mg/L de sulfatos y 75 µg/L de arsénico y conductividad 1,813 µS/cm. El permeado contenía 5 µg/L en promedio (medido con método de campo).

Remoción de arsénico

Tratamiento mediante membranas OI Alto rechazo OI Ultra baja presión Nanofiltración KWh/m3 0.57 0.34 0.3 Recuperación de agua %* 72 73 74 Antincrustante (g/m3) 3.70 3.46 3.32 As (µg/L) permeado 1+ 5 * Por el nivel de rechazo de sílice de cada una de las membranas y considerando que al agregar un antiincrustante específico es posible alcanzar concentraciones de 220 mg (SiO2)/L en el rechazo sin que ocurra la cristalización. + Estos valores son teóricos, la concentración en la NF fue medida.

Diagrama de flujo del proceso Tomado del programa para diseño de sistemas de OI ROSAtm

Tabla comparativa Caudal tratado % 90.5 93.2 95.0 Consideración O I alto rechazo O I Ultra baja presión Nanofiltración Caudal tratado % 90.5 93.2 95.0 Caudal neto útil producido (fracción del caudal alimentado) 74.5 74.8 75.3 Remoción de Arsenico 98.7 97.6 93.3 Presión de operación Bar (psi) 10.76 (156) 5.8 (84.12) 5.4(78.32)

Tabla comparativa caso 2 Insumo O I alto rechazo O I Ultra baja presión Nanofiltración $/m3 Energía Eléctrica 0.52 Kw/h 0.66 0.32 KW/h 0.42 0.29 KW/h 0.38 Antiincrustante 3.35 g/m3 0.94 3.22 g/m3 0.90 3.15 g/m3 0.88 Limpieza 0.56 Filtros cartucho 0.20 Total $/m3 2.39 2.09 2.03 El valor de KW/h se tomo en $1.34/KWh El valor del antiincrustante es de $0.28/g

Conclusiones El diseño de un sistema de OI y de NF se hará con base en las características del agua. En aquello casos en los que la NF es aplicable (por concentración de las sustancias contaminantes) es una alternativa competitiva por ser más económica que la ósmosis inversa de alto rechazo.