TEMARIO OSMOSIS
1. Definiciones y Términos en Osmosis Inversa: Osmosis, Osmosis Inversa, Presión Osmótica, Presión neta Aplicada, Alimentación, Producto, Concentrado, Recuperación. Flujo de Agua y de Sales a través de la membrana, FLUX (GFD). 2. Tipos de Membranas. Configuraciones. 3. Especificaciones de Membranas. Condiciones de Prueba. Límites de Operación en Campo. 4. Caracterización del Agua de Alimentación. Análisis Físico-químicos y biológicos. Indice de Ensuciamiento (" SDI"). 5. Aplicaciones. Selección de Membranas. Uso del Producto y del Concentrado. Requerimientos del Usuario. 6. Pre-tratamiento y Post-tratamiento. 7. Parámetros que Afectan a las Membranas y a los Sistemas de Osmosis Inversa: Temperatura, pH, Presión Osmótica (Concentración de Iones), Concentración de Sales Poco Solubles, Polarización de la Concentración (Factor Beta), Flux, Ensuciamiento, Recuperación por Elemento, Recuperación Total en el Sistema. Diferencial de Presión. 8. Dimensionamiento de Sistemas de Membranas. Arreglos. Etapas de Concentración. Pasos de Desalación. Recuperación por Elementos. Recirculaciones. 9. Materiales, Equipos e Instrumentación. 10. Uso del RODESIGN 11. Ensuciamiento (" Fouling"). Limpieza de Membranas. 12. Manejo de Datos de Operación. Normalización. RODATA. 13. Costos
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1. Definiciones y Términos en Osmosis Inversa
Osmosis Osmosis Inversa Presión Osmótica Presión Neta Aplicada Alimentación Producto Concentrado Recuperación Flujo de Agua y de Sales a través de la membrana FLUX (GFD)
2. Definiciones y Términos en Osmosis Inversa Osmosis: Fenómeno natural en el cual agua pasa a través de una membrana semi-permeable, desde una solución menos concentrada a una solución más concentrada. Osmosis Inversa: Proceso en el cual se fuerza al agua a pasar a través de una membrana semi-permeable, desde una solución más concentrada a una solución menos concentrada, mediante la aplicación de presión. Presión Osmótica: presión que se desarrolla en una solución salina, dependiente de la diferencia de concentración de iones presentes a ambos lados de la membrana.
3. Presión Osmótica Presión Osmótica: Fenómeno resultante de la diferencia de concentración de sales a través de una membrana semi-permeable. Esta presión osmótica debe ser compensada antes de poder producir permeado en el sistema. 1000 ppm SDT = 11 psi Presión Osmótica (aprox.) Agua salobre de aprox. 550 ppm SDT = 5 psi Agua de mar de aprox. 35,000 ppm SDT = 385 psi
4. Presión Aplicada
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5. Definiciones y Términos en Osmosis Inversa Alimentación: Agua que entra al sistema de ósmosis inversa luego del pre-tratamiento y acondicionamiento. Producto (Permeado): Agua permeada a través de la membrana. Concentrado (Rechazo): Agua de arrastre a la salida del sistema, que contiene las sales que han sido separadas por las membranas. Recuperación: Eficiencia del sistema, medida como el porcentaje de la alimentación que se transforma en producto. Presión Neta Aplicada: Presión efectivamente ejercida en el sistema y que resulta de restar a la presión de alimentación la presión de salida del concentrado, la presión osmótica, las pérdidas de presión en el sistema y de haberla, la contrapresión en el permeado.
6. Fórmulas
7. Recuperación % Recuperación = (Flujo de permeado / Alimentación) x 100% Afecta la presión de alimentación necesaria al variar la presión osmótica. Afecta el rechazo de sales al variar la concentración de sales en el concentrado. A 50 % de recuperación, los SDT en el concentrado son 2 veces los de alimentación. A 67 % son 3x A 75% son 4x A 80% son 5x A 90 % de recuperación, los SDT en el concentrado son 10
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veces los de la alimentación.
8. Fórmulas
9. Fórmulas
10. GFD
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11. Ejemplo de cálculo del GFD en un sistema ¿Cuál es el flux en un sistema para 56 m³/ h (1,344 m³/ d) cuyo arreglo es 40 PV en primera etapa y 20 PV en la segunda (2: 1 (6m)), con elementos de 400 ft² de superficie activa de membrana cada uno?
1. Tipos y Configuraciones Tipos de Membranas. Configuraciones.
2. Tipos de Membranas en O. I. Acetato y triacetato de celulosa Poliaramida Polieterurea Polisulfona Teflón Poliamida aromática
3. Polímeros para Membranas de O. I.
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Acetato de Celulosa: Biodegradables. Moderada tolerancia a oxidantes, incluyendo cloro libre. Superficie lisa, menos propensa a ensuciamiento. Carga superficial neutra. Mediana presión, rechazo de sales máximo de 99.0%, Rápido incremento del paso de sales. Tendencia a compactación y pérdida de flujo de permeado. Sensibles a hidrólisis por pH. Límite de temperatura 35 ºC. Poliamida Aromática Compuesta (TFC): Material plástico, no biodegradable. Muy sensibles a oxidantes. Superficie relativamente áspera, más propensa al ensuciamiento. Carga superficial negativa. Baja a muy baja presión. Incremento del paso de sales progresivo y limitado con el tiempo. Muy baja o ausente compactación. Amplio espectro de pH. Límite de temperatura hasta 45 ºC (40 ºC continuos)
4. Modelos Espaciales de Polímeros de Poliamida y Acetato de Celulosa
5. NHC
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6. Configuraciones Placas paralelas (Plate and frame) Tubulares Fibra hueca delgada (Hollow fine fiber) Capilares Arrolladas en espiral
7. Vista Topológica de una Membrana de Poliamida
8. Sistema de Membranas en Placas Paralelas
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9. Membranas Tubulares
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10. Membranas de Fibra Hueca Delgada
11. Membrana en Espiral
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12. Alimentación
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13. Sección Transversal de Membranas Planas y Fibra Huecas
1. Límites para Diseño y Operación en Osmosis Inversa 1. Flux promedio y factor de declinación de flujo: Origen del agua SDI - FLUX - % Declinación flujo/ año Superficial ............2 -4 - 8 -14 - 7.3 -9.9 Pozo................... < 2 - 14 -18 - 4.4 -7.3 Permeado............< 1 - 18 -30 - 2.3 -4.4 2. Factor de incremento del paso de sales por año: Tipo de membrana - Modelos - Inc. % paso de sales/ año Acetato de Celulosa ........CAB1,2,3,4 .....................17 -33 Poliamida baja presión.. ESNA, ESPA, CPA2,3,4, LFC. 3 -17 Poliamida alta presión ......SWC1, 2 .........................3 -17 3. Factor Beta: < 1.2 4. Flujo mínimo de concentrado y flujo máximo de alimentación por vaso: Diámetro de elemento - Alim. max/ vaso - Conc. min/ vaso .............................................(m³/ h)......................... (m³/ h) .............4" ..............................3.6 .................................0.7 .............8"...............................17 ...................................2.7
2. Límites para Diseño y Operación (cont.) 5. Máxima recuperación por número de elementos en serie, de 40" largo Elem./ recip.: 1 2 3 4 5 6 7 Max. Rec. % 16 29 38 46 53 59 64 6. Límites para % de saturación en el concentrado de sales poco solubles, utilizando un inhibidor de incrustación aprobado (si no se utiliza un inhibidor, no se debe sobrepasar el 100%) CaSO4 230% SrSO4 800%
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BaSO4 6000% SiO2 100% 7. Límites para Índices de saturación de CaCO3 en el concentrado: Indice de Langelier y de Stiff-Davis, sin inhibidor: - 0.2 Lagelier y Stiff-Davis, con Hexametafosfato de sodio: + 0.5 Langelier, Stiff-Davis, con inhibidor orgánico: + 1.8
1. Análisis de Agua, SDI Caracterización del Agua de Alimentación. Análisis Fisico-químicos y Biológicos. Indice de Ensuciamiento (" SDI").
2. Reporte de Análisis para Sistema de Osmosis Inversa CARACTERISTICAS GENERALES DE LA APLICACION: 1.-Cantidad de producto requerido, en m³/ d o m³/ h. 2.-Origen del agua a tratar, pozo, red o superficie. 3.-Disponibilidad máxima de agua a tratar, en m³/ d o m³/ h. 4.-Uso que se le dará al producto. 5.-Destino previsto para el concentrado. 6.-Pretratamiento existente. 7.-Area disponible para el equipo.
3. Indice de Ensuciamiento, SDI El Indice de Ensuciamiento "SDI" (Silt Density Index) es un ensayo que estima la disminución del flujo a través de una membrana como efecto del ensuciamiento de la misma, a una presión constante de 30 psi. El aparato para medir SDI consiste en un regulador de presión y un portafiltros, en el cual se coloca un filtro de 0.45 micras de poro. El procedimiento es el siguiente: 1. Se coloca un filtro limpio en el portafiltro. 2. A presión de 30 psi, se determina el tiempo que tarda en filtrarse 500 ml del agua en observación. 3. Se deja correr el agua a través del filtro por 15 minutos. 4. Después de los 15 minutos, se determina nuevamente el tiempo que tarda en filtrarse 500 ml del agua en estudio. El SDI se calcula: SDI = 100 (1 -t1/ t2) / T donde: T = tiempo entre mediciones (15 minutos) t1 = tiempo necesario para filtrar 500 ml de muestra, al inicio de la prueba. t2 = tiempo necesario para filtrar 500 ml de muestra, al final de la prueba.
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4. SDI: Ejemplo El tiempo inicial (t1) necesario para filtrar 500 ml de un agua es de 1 minutos. El tiempo final (t2) necesario para filtrar 500 ml es de 2 minutos. El tiempo entre mediciones es de T = 15 minutos. SDI = 100 ( 1 -(1/ 2)) / 15 = 3.3 Modificaciones al SDI: Cuando el SDI es mayor que 5.5, la determinación debe hacerse calculando el tiempo necesario para filtrar 500 ml de muestra en 5 minutos, en lugar de 15 minutos. Si el filtro se tapa (el goteo es mas lento que 1 gota cada 20 segundos), antes de 5 minutos, se puede realizar un estimado preliminar del SDI modificado como sigue: SDI Modificado = 100 / tiempo transcurrido hasta el ensuciamiento Por ejemplo, si el filtro empieza a gotear más lentamente que 1 gota/ 20 seg a los 4 minutos, el SDI (m) = 100/ 4 = 25
5. Aparato para la determinación del SDI
6. Uso del Producto y del Concentrado El destino que se le dará al producto y/ o al concentrado define varias características del sistema:
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1. Calidad requerida por el usuario para su proceso vs. Calidad requerida por el proceso del usuario. En muchos casos, un requerimiento excesivo involucra un aumento significativo de costos de inversión y/ u operación. 2. En algunos casos, la cantidad de sales en el concentrado limita su descarga, por lo que la recuperación se ve restringida, o se requiere de un tratamiento especial antes de disponer del concentrado. 3. Se puede diseñar en varias corrientes, en donde se logran diferentes calidades de producto de acuerdo a requerimientos específicos. De esta manera se evita construir un sistema único en donde la calidad (y por tanto el costo) es más exigente que lo necesario en muchas de las aplicaciones. Esto es especialmente cierto en equipos grandes, donde se requiera de un alto flujo de calidad menor y un bajo flujo de muy alta calidad.
7. Planta Piloto
1. Aplicaciones Aplicaciones. Selección de Membranas. Uso del Producto y del Concentrado. Requerimientos del Usuario.
2. Aplicaciones (cont.) Agua potable: Agua para sistemas municipales (Superficie, pozos). Agua para embotelladoras. Alimentación a calderas: Directamente, en calderas de baja presión. A resinas de pulido a un segundo paso , para alta presión. Agua ultrapura: Agua para la industria farmacéutica. Agua para equipos de hemodiálisis. Agua para la fabricación de semi-conductores. Desalinización de agua de mar. Recuperación de aguas de desecho. Sistemas de descarga cero.
3. Sistema para Agua Doméstica
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4. Sistema para Agua de Mar, 600 m3/ dia
5. Sistema para Agua de Mar, 100 m³/ dia
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6. Las Palmas III
7. Planta Piloto
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1. Pre y Post Tratamiento Pre-tratamiento. Post-tratamiento.
2. El Sistema Total
3. Pre-tratamiento Crítico para la buena operación del sistema. Cada caso demanda un pre-tratamiento específico. Puede ser tan costoso como el propio sistema de O. I. Una serie de análisis del agua de alimentación, representativa y prolija, es la única base confiable para el diseño de un pretratamiento efectivo. Ante cualquier duda, es mejor realizar un estudio piloto para el pre-tratamiento. Recuerde, Ud. adquiere lo que Ud. especifica. Las membranas no saben de altibajos o accidentes
4. ¿Cuánto Pre-tratamiento es Necesario? Siempre dependiendo del SDI que tengamos. Frecuencia de limpiezas - Pre-tratamiento es: Cada 3 meses o más - Adecuado Cada 1 a 3 meses - Puede que se justifique una mayor inversión de capital Más de 1 vez al mes - Una mayor inversión de capital es generalmente recomendable.
5. Consideraciones para el Diseño del Pre-tratamiento Tipo de membrana (acetato o poliamida) SDI del agua de aporte Calidad del agua de alimentación (origen y variabilidad) Tamaño del equipo (equipos pequeños vs. equipos mayores)
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Recuperación, velocidades de flujo. Calidad deseada y uso del producto.
6. Selección de Membranas y Pre-tratamiento
7. Pre-tratamiento
8. Pre-tratamiento Básico para Sistemas en Aguas de Pozo
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9. Pre-tratamiento Básico para Sistemas en Aguas Superficiales
10. Filtro Multicapa
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11. Filtros de Arena y Carbón Activado
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12. Filtros de Arena y Tanque de CO2
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13. Filtro de Carbón Activado en Acero Inoxidable sanitizable con Vapor
14. Filtro de bolsa
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15. Filtros de Cartucho
16. Filtros de Cartucho Horizontales
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17. Filtros de Cartucho de Poro Nominal
18. Filtros de Cartucho de Poro Absoluto
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19. Filtros de Cartucho de Densidad Variable
20. Pre-tratamiento para algunos Constituyentes y Contaminantes (1)
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21. Pre-tratamiento para algunos Constituyentes y Contaminantes (2)
22. Ensuciamiento por Coloides Problema común en aguas superficiales o de desecho. Más evidente en las primeras membranas. Tamaño de partículas mayor que 0.45 micras. Las partículas se mantienen en suspensión sin agitación. Cambios de pH antes y durante la ósmosis inversa pueden condicionar precipitación. Pueden ser compuestos simples o complejos. Coloides inorgánicos: silicatos, férricos, aluminio. Coloides orgánicos: taninos, ligninas, derivados húmicos y fúlvicos. El Pre-tratamiento debe reducir: 1 NTU de turbidez 4 SDI a 15 minutos
23. Post-tratamiento Municipal Desinfección con cloro Ajuste de pH para evitar corrosión en las líneas de distribución y para alcanzar los límites de potabilidad. Aereación para eliminación de CO2, H2S. Farmacéutica Control de bacterias, virus, endotoxinas, pirógenos. Electrónica Es la industria con las mayores exigencias de calidad para el agua. Control de Carbono Orgánico Total (TOC), SDT y partículas es muy importante. Generación de electricidad La Osmosis Inversa reduce la frecuencia de regeneración en los Lechos de intercambio iónico. Mejora de los niveles de TOC, Dureza y Sílice para calderas de alta presión.
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24. Esterilizador por Luz Ultravioleta
25. Desgasificador
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26. Removedor de H2S
1. Parámetros que Afectan a las Membranas y a los Sistemas de Osmosis Inversa: Temperatura pH Presión Osmótica (Concentración de Iones) Concentración de Sales Poco Solubles Polarización de la Concentración (Factor Beta) Flux Ensuciamiento Recuperación por Elemento Recuperación Total en el Sistema Diferencial de Presión
2. Efecto de Parámetros sobre el Comportamiento de Membranas de Ósmosis Inversa Temperatura: Afecta tanto a la presión osmótica como la permeabilidad del agua a través de la membrana. Normalmente se acepta que el flujo de permeado se incrementa alrededor de3 % por cada ºC de incremento de temperatura. El paso de sales aumenta con la temperatura a la misma tasa que el flujo, por lo que al incrementarse la temperatura a flujo de permeado constante, la calidad del permeado disminuye. Presión: Para condiciones constantes de alimentación, un aumento de presión conlleva un aumento del flujo de permeado. Aunque el transporte de sales no depende de la presión, al aumentar el flujo de permeado conservando el mismo paso de sales, el resultado aparente es una dilución del permeado. pH: En acetato de celulosa se requiere trabajar entre 5.5 y 6.5 de pH para evitar hidrólisis del polímero. En poliamida, el rechazo aumenta al subir el pH hasta 8.0 y luego se estabiliza hasta 10.5.
3. Efecto de Parámetros. cont. Concentración: A mayores concentraciones disminuye el flujo de permeado, ya que aumenta la presión osmótica a vencer y por lo tanto disminuye la presión neta aplicada. Esto se magnifica en los casos en que la concentración se polariza frente a la membrana. El resultado visible es que la calidad del permeado empeora, puesto que al haber menor flujo de agua y
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mantenerse el de sales, la concentración de sales en el permeado se hace mayor. Recuperación: Al aumentar la recuperación se concentran las sales de la alimentación en un menor volúmen de agua. Por lo tanto, se dá el mismo caso que en el punto anterior. Velocidad de flujo alim./ conc.: al disminuir la velocidad del flujo, disminuye la turbulencia en el flujo y se aumenta la tendencia a la polarización de la concentración, así como se disminuye la eficiencia en el arrastre de material particulado atrapado en la malla ssde concentrado.
4. Efecto de la Recuperación en la Presión de Alimentación
5. Efecto de la Temperatura sobre la Presión de Alimentación
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6. Efecto de la Temperatura sobre la Calidad del Permeado
7. Factor de Corrección de Presión por Temperatura, Poliamidas
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8. Efecto del pH en la Distribución de las Diferentes Especies del CO2 en Solución
9. Efecto de la Temperatura sobre la Saturación de Sílice
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10. Efecto del pH sobre la Solubilidad de la Sílice
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11. Factor Beta: Polarización de la Concentración
12. Factor Beta: Polarización de la Concentración Es una medida del incremento de la concentración de iones en la región límite del flujo con la membrana. En esta capa límite, el flujo tiende a hacerse laminar y los iones en solución se polarizan contra las cargas de la membr. Para evitar esta polarización, que se traduce como un incremento de la concentración que "ven" las membranas, se debe aumentar la turbulencia en el flujo de alimentación/ concentrado, mediante el aumento de la velocidad del flujo. Para sistemas en aguas naturales, el límite recomendado para el Factor beta es 1.2 (20% de incremento de la concentración). Cuando la alimentación es de muy baja salinidad, como en el caso de permeados de O. I., el Factor Beta pierde importancia
13. Factor Beta: Posibles efectos Negativos Disminución en el flujo de producto, debido al incremento de presión osmótica en la superficie de la membrana. Incremento del paso de sales, puesto que el paso de sales es proporcional a la diferencia deconcentraciones a ambos lados de la membrana. Precipitación e incrustación de sales poco solubles, si su concentración en la capa límite excede la saturación, incrementando frecuencia e intensidad de limpiezas.
14. Polarización de la Concentración (Factor Beta)
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1. Dimensionamiento de Sistemas Dimensionamiento de Sistemas de Membranas. Arreglos. Etapas de Concentración. Pasos de Desalación. Recuperación por Elementos. Recirculaciones.
2. Diseño de Sistemas de Osmosis Inversa El sistema de Osmosis Inversa puede estar constituído desde por un tubo con un solo elemento, hasta por arreglos de múltiples tubos hasta de 8 elementos cada uno, de acuerdo al flujo de producto deseado y las características de cada aplicación. Configuraciones comunes: Paso simple de desalación, con una o varias etapas de concentración y una sola bomba, con o sin recirculación de concentrado. Bombas de ayuda entre etapas de concentración. Control de Permeado de cada etapa de concentración. Doble paso de desalación, parcial o total.
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3. Diagrama de Flujo de Sistema de 1 Paso, 2 Etapas
4. Diagrama de flujo de un sistema básico de O. I.
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5. Diagrama de Flujo de Sistema de 1 Paso, 2 Etapas
6. Diagrama de flujo de un Sistema de 1 Paso, 2 Etapas con Control Permeado
7. Diagrama de un Sistema de 1 Paso, 2 Etapas, con Bomba de Ayuda entre Etapas
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8. Diagrama de Sistema con Doble Paso Parcial
9. Diagrama de Sistema con Doble Paso Total
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10. Membrana Testigo para Incrustaciones
1. Materiales, Equipos, Instrumentación Materiales Equipos Instrumentación
2. Componentes Principales en un Sistema de Osmosis Inversa Membranas Tubos de presión Bomba de alta presión Filtros de cartucho Tuberías Válvulas Sistema de Control, PLC Instrumentación Sistema de Limpieza
3. Tubos de Presión con Entradas Laterales
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4. Tubo de Presión con Entradas Laterales
5. Tubos de Entrada por las Tapas
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6. Vaso de Presión con Entrada por las Tapas, de 3 Elementos
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7. Bombas Centrífugas Multietapas (Tonka Flow)
8. Recuperadora de Energía
9. Instrumentación Sugerida en un Sistema de Osmosis Inversa Flujo Flujo Producto (total) Producto (por etapa) Concentrado Alimentación (opcional) Presión Filtros de cartucho (caída de presión) Alimentación a la descarga de la bomba y a la entrada de las membranas Alimentación a cada etapa
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Concentrado final Producto (contra-presión) Conductividad Permeado Alimentación (opcional) Temperatura Alimentación
10. Diagrama de Flujo de un Sistema de 1 Paso, 2 Etapas
11. Sistema de Muestreo
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12. Materiales
13. Colector de Permeado y Líneas de Muestreo
1. Uso del Programa RODESIGN para el Diseño de Ósmosis Inversa (1) Análisis Introducción del Análisis del Agua de Alimentación. Nombre del proyecto. Código del Análisis. Origen del Agua. pH. Temperatura. Turbidez. SDI. Hierro. Sulfuro de Hidrógeno. Concentración de Iones. Cálculo Preliminar. Balance Iónico. Sólidos Disueltos Totales. Conductividad. Presión Osmótica. Fuerza Iónica. % de Saturación de Sales Poco Solubles.
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Guardar Análisis.
2. Uso del Programa RODESIGN para el Diseño de Ósmosis Inversa (2) Cálculo de Parámetros de Operación Prepare un Diseño Básico ó Escoja Opciones para Diseñar un Sistema más Complejo. Introduzca parámetros de operación del sistema: pH, Temperatura. Edad de las Membranas. % de Recuperación. Flujo de Permeado. Seleccione Tipo de Elemento. Acepte o cambie el Arreglo. Acepte o cambie los Factores de Declinación de Flujo y de Aumento de Paso de Sales.
3. Uso del Programa RODESIGN para el Diseño de Ósmosis Inversa (3) Pantalla de Resultados Flujos por Tubo. Presiones. Flux. Factor Beta. Composición del Permeado. Composición del Concentrado. % de saturación de sales Poco Solubles en el Concentrado. Alarmas. Impresión en papel o en "Clipboard".
4. Uso del Programa RODESIGN para el Diseño de Ósmosis Inversa (4) Diagrama de flujo en bloques. Cálculo de Potencia Requerida. Cálculo del Costo de Agua Producida. Simulación de Tratamiento del Permeado. Gráficos de Salinidad y Presión vs. Temperatura y Recuperación.
5. Uso del Programa RODESIGN para el Diseño de Ósmosis Inversa (5) Opciones para Diseño Diseño Básico. Mezcla de Permeado/ Alimentación. Contra-presión en el Permeado. Bomba inter-etapas. Recirculación del Concentrado. Sistema de dos Pasos de Desalación.
6. Introducción de datos Físico-Químicos
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7. Introducción de la Configuración. 1 Paso con 2 Etapas
8. Introducción de la Configuración. 2 Pasos: 1 Etapa y 2 Etapas
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9. Resultados del Programa
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10. Esquema de la Planta Desaladora
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11. Cálculos Energéticos
12. Cálculos Económicos
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13. Dosificaciones de Reactivos
1. Ensuciamientos y Limpiezas Ensuciamiento (" Fouling"). Limpieza de Membranas. Síntomas de Ensuciamiento. Diagnóstico y Solución de Problemas. Problemas. Causas y Consecuencias. Incrustaciones. Procesos Comunes de Ensuciamiento. Recomendaciones y Soluciones para Limpieza. Procedimientos para Limpieza. ¿ Cómo evitar las Limpiezas? Almacenamiento de Membranas. 2. Síntomas de Ensuciamiento y/ o Incrustación Disminución del flujo normalizado de permeado. Cambio en la presión de alimentación requerida para mantener el flujo de permeado deseado. Aumento del diferencial de presión, por etapas y general. Cambios en el rechazo normalizado de sales. 3. Diagnóstico y Solución de Problemas en Sistemas de Osmosis Inversa
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4. Diagnóstico: Identificación del problema (1) Disminución del Flujo de Permeado ¿El problema ha sido progresivo o instantáneo? Verifique la operación de la bomba de alimentación y de la bomba de alta presión. Tenga a mano las curvas de operación de las bombas. Verifique Temperatura, Conductividad y pH de la alimentación. Verifique la instrumentación. Recalibre medidores de flujo y presión. Verifique presiones, flujos y recuperación, si es posible por tubo y por paso. Normalice el flujo de permeado. Tenga a mano los datos de operación tabulados. Abra los tubos y observe la superficie de los elementos y tubos. Esté atento a olores y colores característicos de ensuciamiento. Consulte antes de limpiar las membranas. Envíe una membrana para investigación del ensuciante y para recomendación de agentes limpiadores. Guarde un filtro de cartucho de antes de la limpieza. Someta una membrana a la limpieza antes que al resto y compruebe la eficacia del procedimiento, para evitar daños generales. 5. Diagnóstico: Identificación del problema (2) Calidad del Permeado Verifique la instrumentación. Recalibre medidores de Conductividad. Determine si el problema es generalizado o está circunscrito a un solo tubo, o a una sola membrana. Cambie los empaques o´ring de los interconectores y de los adaptadores en sospecha. Verifique Conductividad de la Alimentación. Pida un análisis actualizado. Verifique la Recuperación del sistema. Verifique si hay problemas simultáneos de disminución de flujo. Inspeccione los elementos por incrustaciones, aumento de peso, color u olor característicos. Verifique operación de bombas dosificadoras. Normalice los datos de rechazo de sales. Tenga a mano los datos de operación, tabulados. Envíe una membrana que exhiba el problema, antes de limpiarla, para su estudio. 6. Dispositivo Testigo
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7. Dispositivo Testigo
8. Problemas. Causas y Consecuencias (1)
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9. Problemas. Causas y Consecuencias (2)
10. Incrustaciones Al alcanzar el 100% de saturación, cualquier sal presente en la solución comienza a precipitar. Este precipitado se deposita sobre las membranas, ocasionando inicialmente un aumento de concentración en la capa límite a la membrana. Si el proceso no se detiene a tiempo, la incrustación puede crecer hasta obstruir la malla del concentrado, ocasionando pérdida de flujo y de calidad del permeado, así como telescopeo de los elementos y otros daños físicos. Los agentes anti-incrustantes mantienen las sales en solución, por encima del 100% de saturación. Ajustes de pH con ácido transforman la alcalinidad en CO2, reduciendo la posibilidad de formación de carbonatos. El hexametafosfato de sodio es útil para carbonato de calcio y limitadas concentraciones de hierro. Existen en el mercado diferen tes formulaciones de inhibidores orgánicos para incrustaciones, que controlan las soluciones sobresaturadas de carbonatos, sulfatos, fluoruros y además actúan como dispersantes de los cristales de sílice. 11. Efecto del pH en la Distribución de las Diferentes Especies del CO2 en Solución
12. Procesos Comunes de Ensuciamiento Materia orgánica: Presente en forma natural (Acidos Húmico y Fúlvico). Aceites y Grasas (Fugas en sellos de bombas, tuberías nuevas). Anti-incrustante sobre dosificado o en complejos férricos.
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Sobredosificación de polímeros en cuagulación. Crecimiento Biológico: Gel bacteriano sobre las membranas de poliamida. Ataque bacteriano en membranas de acetato. Algas. Hongos. 13. Ensuciamiento Orgánico Problema común en aguas superficiales y de desecho. Efecto más pronunciado en las primeras membranas. Acidos orgánicos, hidrocarburos y grasas y aceites se adsorben sobre la membrana, impidiendo el flujo de permeado. El efecto puede ser muy drástico, con reducciones de hasta 50% del flujo en pocos días. Difícil de determinar un límite de tolerancia. 2 ppm de TOC en la alimentación generalmente es motivo de alerta. Membranas de acetato o poliamida de carga neutra LFC1 pueden ser recomendables. Pre-tratamiento puede incluir oxidación con UV, adsorción con carbón activado. 14. Ensuciamiento Biológico Problema común en aguas superficiales o de desecho. Inicialmente se observa en las primeras membranas y en los filtros de cartucho, aunque luego se extiende a todo el sistema. Consiste en un biogel que incluye bacterias, algas y hongos. Más de 10000 colonias por ml de Bacterias Totales en el agua de alimentación es un indicio del problema que se presentará. Se puede y debe considerar el problema en el pre-tratamiento (desinfección con cloro, ozono, bisulfito, kathon, UV). En casos críticos, se puede considerar membranas de acetato de celulosa o poliamida de carga neutra. 15. Recomendaciones para Limpiezas (1) Identifique el agente ensuciante. Siga en forma estricta las recomendaciones del fabricante de membranas o el proveedor de químicos para la limpieza Lleve una bitácora detallada de la limpieza, con datos de antes, durante y después de la limpieza. ¡ANOTE TODO! No exceda los límites de temperatura y/ o pH recomendados. Limpiezas a pH fuera de los límites sugeridos pueden reducir la vida útil de la membrana. Ajuste el pH de la solución de limpieza cuando éste cambie más de 0.5 unidades. Ajuste el pH de la solución de limpieza con ácido sulfúrico o con soda cáustica, diluídos adecuadamente. Tome una muestra de el primer enjuague con la solución de limpieza. Puede servir para identificar el ensuciante. Utilize siempre agua de permeado, sin cloro, para preparar las soluciones de limpieza. 16. Recomendaciones para Limpiezas (2) En casos de ensuciamiento leve, recircular durante 1 hora con agua de permeado antes de proceder a una limpieza. Puede que ésto sea todo lo que se requiera. En ensuciamientos leves, si la recirculación con permeado no es efectiva, remojar con la solución de limpieza por 2 horas, antes de recircular. En ensuciamientos fuertes, remojar por lo menos 8 horas, preferiblemente durante una noche o más, con la solución de limpieza. Lave por etapas o por tubos de acuerdo con la capacidad de la bomba de limpieza, para optimizar la velocidad del flujo a unos 50 gpm. Ajuste la temperatura de la solución de limpieza al máximo recomendado o permitido por el fabricante de membranas. Utilize la menor presión posible (siempre menor que 60 psi), para evitar permear el agua de la solución de limpieza y minimizar la re-deposición de ensuciantes Siempre enjuague con permeado antes y después de cada paso de limpieza. Documente la limpieza y tome datos de operación antes y después de la misma. Lave primero una membrana para saber si la limpieza será efectiva, o si se causará un daño a las membranas. 17. Soluciones Genéricas para Limpieza de Acetato
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18. Soluciones Genéricas de Limpieza para poliamidas
19. Tablas Resumen
Limpieza básica: La solución de limpieza se compone de una mezcla de perborato sódico (0,2%) y la sal sódica del ácido dodecil-benceno silfónico (NaABS) (0,2%) a un pH de 10,5. Tiempo de recirculación de unas 2 horas.-Inicialmente, si las condiciones de la puesta en marcha no se recuperan, deberemos dejar la solución en suspensión durante 24 horas. Limpieza ácida: Cuando el ensuciamiento sea inorgánico Utilización de un producto ácido (Cualquier ácido menos el Nítrico), homologado por Hydranautics, ajustando el pH a 2.
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20. Membrana Mostrando Ampollas
21. Prueba de Colorante
22. "Membrana" Totalmente Rota y Colmatada con CaSO4 22
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23. Golpe de Ariete
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24. Recomendaciones Generales sobre Limpiezas Los reactivos genéricos de las soluciones de limpieza recomendadas por los fabricantes de membranas son generalmente efectivos, pero requieren ajustes de pH. Las formulaciones vendidas por empresas especializadas son igualmente efectivas, vienen listas para su uso o en polvos a disolver fácilmente y adicionalmente el proveedor tiene una valiosa experiencia en limpiezas con la que puede ayudar al usuario. Dependiendo del agente ensuciante o incrustante y de la severidad del caso, una limpieza puede incluír varios pasos aternativos, de alto y bajo pH y de enjuagues. Normalmente, aunque no siempre, una limpieza comienza con un bajo pH, luego un enjuague y después un alto pH. Una limpieza alcalina puede ser recomendada como primer paso si se desean eliminar grasas y aceites que ocultan otros ensuciantes. Cuando se tiene un ensuciamiento que resulta en más de 25% de pérdida de flujo, generalmente se requiere de una limpieza de membrana por membrana por empresas especializadas. 25. Superficie Limpia de Membrana de Poliamida
26. Superficie de Membrana con Ensuciamiento Coloidal
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27. Crecimiento Bacteriano sobre Membrana
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28. Acumulación de Ensuciantes
29. Superficie de Membrana de Poliamida con Precipitado de Arcilla
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30. Superficie de Membrana de Poliamida con Precipitado de CaSO4
31. ¿Cómo evitar Limpiezas? Diseñe el sistema conservadoramente, con base en una serie de análisis representativos y confiables. Determine el SDI del agua de alimentación antes de diseñar. Si es necesario, haga un piloto del sistema, incluyendo pretratamiento. Tome en cuenta el peor caso del agua de alimentación para el diseño del pre-tratamiento y las variaciones de calidad en el diseño del sistema de O. I. Seleccione la membrana adecuada para cada caso. Diseñe con un FLUX conservador y una recuperación aceptable pero no riesgosa. Considere velocidades adecuadas de flujo de concentrado en el diseño. Normalice sus datos de operación. Mantenga una bitácora tabulada, clara y ordenada, para poder establecer tendencias en la operación del sistema. ¡No espere que el problema se haga mayor para actuar! 32. Almacenamiento de Membranas Almacenamiento por corto tiempo, dentro de los tubos (5-30 dias) Limpie los elementos en sitio. Para membranas de acetato, recircule cada 2 días agua de permeado a pH 5.5, con cloro entre 0.1 a 1.0 ppm. Para poliamidas, enjuague con permeado SIN CLORO cada 2 a 3 días. Almacenamiento por largos períodos, dentro de los tubos (> 30 días) Limpie los elementos en sitio. Para acetato, enjuague los elementos con permeado a pH entre 5-6 con un biocida aprobado en solución (Cloro, Kathon, or Formaldehído) cada 10 a 20 días si la temperatura es menor que 25 ºC y cada 5 días o menos si la temperatura es mayor que 25 ºC. Para poliamidas, enjuague con una solución de biocida aprobado en agua de permeado (1% bisulfito de Na, Kathon, Formaldehído o 0.2% H2O2/ Acido Paracético (EN AUSENCIA DE METALES DE TRANSICION) cada 30 días si la temperatura es menor que 25 ºC, cada 15 días o menos si la temperatura es mayor que 25 ºC.
1. Uso de RODATA Manejo de Datos de Operación. Normalización. Uso del Programa RODATA.
2. Normalización
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Cambios en el rendimiento de un sistema de Osmosis Inversa pueden deberse a: Variaciones en relación a las condiciones de operación asumidas para el diseño y/ o el arranque del sistema (Temperatura, Salinidad) (Es decir, el sistema se comporta de acuerdo a lo esperado) Ensuciamiento o incrustación de las membranas. (Por lo tanto, es el momento de limpiar las membranas) Degradación irreversible de las membranas (Se deben adquirir nuevas membranas)
3. Normalización de Sistemas de Osmosis Inversa Comparación de datos de operación con datos de arranque o referencia, como herramienta de diagnóstico. Uso de programas de computación para la comparación y graficación de la normalización. Responde a la pregunta: ¿Está operando correctamente mi sistema?
4. Normalización. Definiciones Normalización: Comparación del rendimiento del sistema en cuanto a Flujo y Rechazo de Sales en una fecha determinada contra el rendimiento del sistema al arranque o contra condiciones de referencia. Flujo Normalizado: Flujo que el sistema debería estar produciendo en una fecha determinada si las condiciones de operación fueran las mismas que al arranque o de referencia. Rechazo Normalizado de Sales: Rechazo de sales que el sistema debería tener si las condiciones de operación fueran las de referencia o arranque. Datos de Referencia: 1. Arranque, después de al menos 8 horas de operación estable (Preferible). 2. Datos de prueba de los elementos, después de manufactura.
5. Normalización. Generalidades El paso de sales en acetato de celulosa incrementa en 33% por año. Para poliamida y polivinil alcohol, el paso de sales incrementa entre 5% a 17% por año. El flujo de elementos de ósmosis inversa disminuye entre 3% a 10% por año, dependiendo de la aplicación. La caída de presión por elemento no aumenta significativamente, a menos que exista un agente ensuciante. El valor de la Normalización radica en la interpretación de tendencias, no en valores absolutos. Se recomienda limpiar las membranas cuando el flujo normalizado disminuye más de 10%, o cuando la caída de presión aumenta más de un 15%.
6. Ejemplo de Normalización
7. Ejemplo de Normalización de Flujo de Permeado
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8. Ejemplo de Normalización de Rechazo de Sales
1. Costos Varios
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2. Incidencia de Costos de Operación en el Costo de Agua
3. OI Agua Salobre Comparación de datos de operación con datos de arranque o referencia, como herramienta de diagnóstico. Uso de programas de computación para la comparación y graficación de la normalización. Responde a la pregunta: ¿Está operando correctamente mi sistema?
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4. Costo por m³ de Producto, OI Agua Salobre, Pozo
5. OI Mar 1 paso
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6. OI Mar 2 pasos
FUENTE: http://www.emalsa.es/3/3_10_0.php 65
