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LA ÓSMOSIS INVERSA COMO PROCESO DE POTABILIZACIÓN EN ESPAÑA

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XXI I C O N G R E S O D E C E N TR O A ME R I CA Y P AN A MA D E I N G EN I ERI A S AN I TA RI A Y A MB I E N TA L “ SUPERACION SANIT ARIA Y AMBIENT AL: EL RET O”

LA ÓSMOSIS INVERSA COMO PROCESO DE POTABILIZACIÓN EN ESPAÑA Autor Principal: Ing. Juan Manuel Ortega

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

Dirección: Calle Electrodo, 52 – Polígono Industrial Santa Ana – Rivas Vaciamadrid -Madrid - 28529 - España - Tel.: +34 (91) 660 4000 - Fax: +34 (91) 666 77 16 E-mail: juan.m.ortega@vivendiwater.com

PROLOGO

“Los vecinos de la Villa de Madrid se sentían protegidos por la abundancia de agua. Jamás se sintió la escasez. Era cómodo para que la moza del cántaro se allegase a cualquiera de las muchas fuentes y llevase el recipiente de mercancía que le compraban a precio baratísimo las amas de casa.

La visión del madrileño del agua común, abundante y casi superflua se constituye en una de sus características psicológicas y ha sido, y es difícil, convencerle de que el AGUA ES HOY UN BIEN ESCASO!!!!”

D. Enrique Tierno Galván Alcalde de la Villa de Madrid

1984. Prólogo del libro: “El Agua de Madrid”

1.- INTRODUCCIÓN

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

2.- DESARROLLO Disponibilidad del agua

El agua, como recurso natural, es un compuesto químico muy abundante en la naturaleza, y, salvo por su desigual distribución en la superficie terrestre, no presenta problemas de escasez en cuanto a recurso globalmente considerado.

Sin embargo a la hora de considerar el agua como recurso directamente utilizable para las diversas facetas de la “actividad humana”, esta “abundancia” se convierte en déficit. La propia “actividad humana” contribuye en gran medida a reducir enormemente esa disponibilidad para el uso del agua. Esta reducción de la “disponibilidad” está convirtiendo el agua en un recurso económico de valor creciente.

- El agua ocupa la ¾ partes del planeta

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XXI I C O N G R E S O D E C E N TR O A ME R I CA Y P AN A MA D E I N G EN I ERI A S AN I TA RI A Y A MB I E N TA L “ SUPERACION SANIT ARIA Y AMBIENT AL: EL RET O”

3.- CALIDAD DE LAS AGUAS

Es evidente que el agua susceptible de ser utilizada es cada vez más escasa debido a diversos factores tales como las sequías, la contaminación o la intrusión salina.

Estos factores no sólo afectan a la cantidad sino que también contribuyen a empeorar notablemente la calidad.

Estas circunstancias, unidas a otras, que se mencionan más adelante, hacen imprescindible el tratamiento de las aguas para ser utilizadas, tanto para su uso industrial como para el uso potable del que nos ocupamos en este documento. En el cuadro adjunto, mostramos algunos de los parámetros característicos del agua, según sea su procedencia, así como la normativa existente, como parámetros guía por la OMS.

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

PARÁMETRO Agua de Pozo Aguas Superficiales Agua de Mar OMS

Turbiedad (NTU) Color (UC) Salinidad (ppm) Sulfatos (ppm) Cloruros (ppm) Nitratos Bacterias SDI <2 ausencia >.1000 >200 >300 >50 ausencia (*) <3 >200 >50 <400 <50 <50 <25 presencia (*) >5 <2 ausencia >30.000 >20.000 <3 <5 <15 <1.000 <400 <250 <50 ausencia <5 Atendiendo a sus características, podemos dividir las agua en:

Cuadro 2. Clasificación de las aguas según la salinidad Tipo de Agua Salinidad

Aguas salobres Aguas con una salinidad hasta 1.500 ppm. Aguas de salinidad media Aguas con una salinidad hasta 3.000 ppm Aguas de alta salinidad Aguas con salinidad hasta 10.000 ppm Aguas de mar: Aguas con salinidad desde 25.000 ppm

A la vista de los datos expuestos en los cuadros adjuntos (cuadros 1 y 2) se puede aseverar que los procesos convencionales, usualmente utilizados para potabilización, no pueden ser aplicados a aguas que, como las que se exponen en el cuadro 1, presentan valores muy elevados en algunos de ellos. Por esto motivo y algunos más, es por lo que la Ósmosis Inversa y, en general, los procesos de membranas tienen una importancia capital para poder disponer de agua con garantías para el consumo humano.

Esa importancia será mucho mayor en el futuro, incluso para aguas que podrían considerarse de “buena calidad” química si nos atenemos a las características expuestas en los cuadros anteriores. En muchos casos es el único proceso fiable y con garantías capaz de facilitar agua potable.

4.- LA ÓSMOSIS Y LA ÓSMOSIS INVERSA

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Cuando dos fluidos de distinta densidad se encuentra separados por una membrana semipermeable existe una diferencian de presión entre ambos, y el fluido menos denso tiene a pasar a través de la membrana hasta equilibrar dicha presión. Este es el fenómeno conocido como Ósmosis.

En la industria, esa tendencia natural se fuerza a actuar en sentido inverso en lo que lo haría la naturaleza. Este hecho es el que da el nombre al sistema que al llamamos Ósmosis Inversa.

5.- POTABILIZACIÓN DE AGUAS SALOBRES

Las aguas de pozo, presentan generalmente unas características físicas aceptables para el consumo humano. Por el contrario, las características químicas, presentan características acordes, como es natural, a las propias del terreno donde se encuentran ubicados esos mismos pozos. Así nos encontramos con aguas con altos contenidos en carbonatos y sulfatos cuando los pozos se encuentran en el interior y con altas contenidos en cloruros cuando los mismos se encuentran cerca de las costas marinas, debido, fundamentalmente, a la intrusión salina por causa de sobre-explotación de los acuíferos.

En ambos casos, ya sean carbonatos y sulfatos y/o cloruros, el problema se incrementa con la presencia, el uso y el abuso de abonos en la actividad agrícola.

En épocas pasadas, el tratamiento usualmente utilizado ha sido el de intercambio iónico regeneradas con salmuera (NaCl) con la consiguiente salinización de los vertidos.

Desde principios de 1980, la aplicación de la Ósmosis Inversa como proceso para potabilizar las aguas salobres (de pozo o no) se ha demostrado enormemente efectiva, segura, fiable, económica y apreciada.

La aparición de nuevas membranas en el mercado ha dado lugar a rebajas muy importantes en el consumo de energía, así como seleccionar mejor el proceso específico de tratamiento. Entre estas podemos distinguir la nanofiltración.

En el figura 4 se adjunta un esquema de tratamiento de una planta de nanofiltración para

Figura 1. Representación de la Ósmosis y la Ósmosis Inversa

Figura 2. Corte y funcionamiento de una membrana de Ósmosis Inversa

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Figura 4. Esquema de Planta de Nanofiltración y costes operativos

6.- POTABILIZACIÓN DE AGUA DE MAR

Hasta hace unos años, los procesos de evaporación (MSF) eran lo más comúnmente utilizados para la obtención de agua de muy baja salinidad y que formaban parte de la infraestructura utilizada para el suministro eléctrico (centrales de producción de energía). A finales de los años 1970 y comienzos de los años 1980, se empezaron a instalar las primeras plantas por Ósmosis Inversa en España, en las Islas Canarias.

Hoy en día, este proceso se ha demostrado como el más idóneo para la producción de agua potable a partir de agua de mar.

El gran avance obtenido en la fabricación de membranas de alto rendimiento, en cuanto al rechazo de sales, así como los avances actuales en el aprovechamiento energético, hacen que la actualidad y el futuro se presenten esperanzador en cuanto al desarrollo de esta tecnología.

La aplicación de la misma, ha contribuído notablemente al desarrollo turístico de amplias zonas con la importancia vital que esto supone. Asimismo, la aplicación de estas tecnologías ha supuesto una mejora de la calidad de vida de la población.

Existen en todo el mundo multitud de referencias de plantas de Ósmosis Inversa como uso de agua potable. Incluso en Barcos de Pesca y Pasajeros, esta tecnología se ha impuesto como la más idónea. En el cuadro comparativo se da una panorámica de las calidades obtenidas.

Cuadro 3. Calidad de las aguas obtenidas en planta instalada en Hotel Bahía del Duque (Tenerife – Islas Canarias)

PARÁMETROS AGUA DE MAR AGUA OSMOTIZADA

Salinidad Total 35.000 ppm <400 ppm

Energía Consumida: 0,40 Kw/m3 Coste por m3: 0,11 USD

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

7.- FUENTES PÚBLICAS COMO BIEN SOCIAL

En nuestro prólogo de esta ponencia, ya se dan algunas de las claves por las que consideramos las fuentes públicas, por Ósmosis Inversa, como un bien social muy apreciado por la población y que constituye una alternativa a considerar por las municipalidades a la hora de atender las necesidades de ciertos sectores de la población.

En España, nuestra cultura e historia, así como las condiciones climatológicas nos han atado al almacenamiento y aprovechamiento de los bajos recursos hídricos disponibles.

Por otra parte y en la actualidad reciente, la gran contaminación por nitratos y/o cloruros y también la contaminación microbiológica, han obligado a dar soluciones muy rápidas, fiables, seguras, útiles, controladas y económicas a la población.

Rápidas: En menos de dos meses se dispone de agua potable en el centro de la población o en la periferia.

Seguras y fiables: Es un proceso totalmente controlado por medio de microprocesador y con control de esterilización del agua a consumir.

Controladas: En todo momento los responsables de las plantas disponen de la información precisa y exacta de los valores de tratamiento.

Económica: La inversión no es alta y da garantías perfectas de suministro.

Apreciada: La población valora esta solución y, al mismo tiempo, ejerce una función educativa, fomenta la cultura del ahorro y apreciación por los recursos disponibles.

(6)

La Osmosis Inversa como

Proceso de Potabilización

en España

(7)

“Los vecinos de la Villa de Madrid se sentían protegidos por la

abundancia de agua. Jamás se sintió la escasez. Era cómodo

para que la moza del cántaro se allegase a cualquiera de las

muchas fuentes y llevase el recipiente de mercancía que le

compraban a precio baratísimo las amas de casa.

La visión del madrileño del agua común, abundante y casi

superflua se constituye en una de sus características

psicológicas y ha sido, y es difícil, convencerle de que el AGUA

ES HOY UN BIEN ESCASO!!!!”

D. Enrique Tierno Galván

Alcalde de la Villa de Madrid

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|

Disponibilidad del Agua

El agua ocupa las 3/4 partes del Planeta

El 97% del agua disponible se encuentra en

Océanos y Mares

Sólo el 3% restante se puede considerar

disponible para el Uso Humano

De este 3% ,según diversos estudios, sólo el

13% se puede considerar realmente

disponible

(9)

|

Calidad del Agua

El agua cada vez está mas contaminada

Existe una Salinización creciente de las

Aguas subterráneas

Hay Países con muy pocos recursos

(10)

|

Composición química del Agua

El agua es el mejor disolvente que se conoce

en la Naturaleza

Generalmente,las características químicas del

Agua van a depender en gran medida, y

generalmente, de las Características del

Suelo que recibe ó donde “reside” ese Agua

En todo Análisis de Agua podemos distinguir

(11)

|

Análisis químico del Agua

Salinidad Catiónica

Salinidad Aniónica

Salinidad Total

Temperatura

pH

Conductividad

La Salinidad Total es la suma de las dos

salinidades catiónica y aniónica, y deben de

ser iguales

(12)

|

Análisis químico del Agua

CATIONES

!

Ca ++ ... 44 ppm

!

Mg++ ... 22 “

!

Na ++ ... 41,4 “

ANIONES

!

HCO

3 -

... 71,4 ppm

!

C l

-

... 46,3 ppm

!

SO

4 =

... 30 ppm

!

SiO

2

... 0,1 ppm

(13)

|

Procesos de Separación

(14)

|

Importancia de la Desalinización

Este proceso es fundamental para el

futuro

Existen varias formas de Desalinización

!

Evaporación

!

Destilación

!

Desalinización del Agua Salobre

(15)

|

Osmosis y Osmosis Inversa

El fenómeno de la Osmosis fue

descubierto por NOLLET en 1748

La Osmosis Inversa fue inventada por

REIB y BRETON entre 1953 y 1959

LOEB y SOURIRAJAN hicieron en

1960 el Gran Avance sobre

OSMOSIS con Membranas de

Acetato

(16)

|

Membranas de Osmosis

(17)

|

(18)

|

Conceptos Fundamentales

APORTACION

Caudal Q

A

Concentración C

A

Presión Hidráulica P

A

Presión Osmótica

A

PERMEADO

Caudal Q

P

Concentración C

P

Presión Hidráulica P

P

Presión Osmótica

P

(19)

|

Conceptos Fundamentales

RECHAZO

Caudal

Q

R

Concentración

C

R

Presión Hidráulica

P

R

Presión Osmótica

R

PERMEABILIDAD

RECUPERACION

RECHAZO DE SALES

PASO DE SALES

FACTOR DE

CONCENTRACION

SOLVENTE

SOLUTO

(20)

|

Permeabilidad

-A-➜

Es el volumen de agua(solvente)que

atraviesa la membrana por unidad de

superficie,unidad de tiempo y unidad de

presión a temperatura y salinidad

determinadas y constantes

(21)

|

Porcentaje de

Recuperación-Y-➜

También llamado

TASA O FACTOR DE

CONVERSION

Es el cociente expresado en % entre el Caudal

de Permeado y el Caudal de Aportación

Y = 100 x QP/QA

( # 1 )

(22)

|

% - Rechazo de Sales

-R-➜

Es el cociente expresado en % entre la

Concentración del Agua de Aportación

menos la del Permeado y la Concentración

de Aportación

R = 100 (C

A

-C

P

)/C

A

( # 3 )

(23)

|

% - Paso de Sales - P

S

-➜

Es el cociente expresado en % entre la

Concentración de Sales en el Permeado y

la Concentración de Sales en la Aportación

P

P

S

S

= 100 x ( C

= 100 x ( C

P

P

/C

/C

A

A

)

)

( # 5 )

( # 5 )

(24)

|

Factor de Concentración - F

C

-➜

Es el nº de veces que se concentran las

Sales en el Rechazo.Es igual al cociente

entre las Concentraciones de Sales en el

Rechazo y en la Aportación

F

C

= C

R

/C

A

( # 7 )

También se puede expresar por :

(25)

|

Ecuación de Flujo de Agua

Q

A

= A ( P

M

-

!

M

)

P

M

- Presión diferencial de la Membrana- atm

!

M

- Presión osmótica diferencial a ambos

lados de la Membrana - atm

(26)

|

Ecuación de Transporte de Sales

Q

S

= K

S

x ( C

A

- C

P

)

Q

S

-

Caudal de Sales ( gr/cm

2

/seg

)

K

S

-

Coeficiente de Transporte ( cm/seg )

C

A

-

Concentración en Aportación ( gr/cm

3

)

(27)

|

Indice de Ensuciamiento

-SDI-➜

Es un indicador del poder de

Ensuciamiento del Agua, que necesita de

un equipamiento específico para

determinarlo. Se determina por medio de la

Fórmula :

SDI = 100 ( 1 - T

i

/ T

f

)/ T

t

De forma habitual este Indice se denomina

FOULING INDEX

(28)

|

(29)

|

Potabiliazación de Aguas Salobres

Agua de Pozo

Aguas

Superficiales Agua de Mar

OMS

Turbiedad (NTU)

<2

>200

<2

<5

Color (UC)

ausencia

>50

ausencia

<15

Salinidad (ppm)

>.1000

<400

>30.000

<1.000

Sulfatos (ppm)

>200

<50

<400

Cloruros (ppm)

>300

<50

>20.000

<250

Nitratos

>50

<25

<50

Bacterias

ausencia

presencia

ausencia

SDI

<3

>5

<3

<5

VALORES CARACTERÍSTICOS

PARÁMETRO

(30)

|

Potabilización Agua de Mar

AGUA

OSMOTIZADA

Salinidad Total

35.000 ppm

<400 ppm

Presión trabajo

65 Bars

Producción

500 TM/Día

Tasa de Conversión

42%

Consumo energía

4 Kw /m3

Costo m3

0,57 USD

AGUA DE MAR

PARÁMETROS

Calidad del permeado obtenido por la planta instalada en

Hotel Bahía del Duque en Tenerife - Islas Canarias

(31)

|

Potabilización Agua de Mar

(32)

|

Fuentes Públicas

Vista Parcial de la planta de Ósmosis

Inversa instaladas que alimenta

fuentes públicas en la Ciudad de

Vergel (Alicante - España)

Vista de la Fuente Pública que

abastece a la población de Vergel

(Alicante - España)

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