EOI · 19/07/2012 · http://a.eoi.es/1q9 Proyectos finales de los alumnos del Master en Ingeniería y Gestión del Agua (MAGUA) (Madrid)

1. Diseño de una instalación desaladora
de agua de mar (IDAM) de gran
capacidad con pretratamiento
mediante ultrafiltración y doble paso
de ósmosis inversa
Proyecto Final
Máster en Ingeniería y Gestión del Agua
Autores: Tutor:
Cristina García-Ochoa Martín Aitor Díaz Pérez
Miguel Moraga Ruiz de la Muela
Alfredo Peraita Juez

2. ÍNDICE
1. Introducción
2. Fundamentos de la ósmosis inversa
3. Datos de partida y requisitos exigidos
4. Proceso
5. Estudio de explotación
6. Conclusiones

3. 1. Introducción
1.1. Antecedentes - Distribución de agua desigual en el mundo.
- Futuro incierto debido al cambio climático.
- La desalación como solución.

4. 1. Introducción
1.2. Justificación del proyecto
- Tendencia actual
 Grandes plantas: Mayor demanda y eficiencia energética.
- Aplicación de últimas técnicas disponibles
 Mayor calidad de agua y optimización de costes energéticos.
1.3. Normativa aplicable
- RD 1/2.001
- RD 140/2.003

5. 2. Fundamentos de la O.I.
- Ósmosis directa - Ósmosis inversa
Agua Agua
pura salina
Agua Agua
pura salina
Agua Agua
pura salina

6. 3. Datos y requisitos
3.1. Datos básicos de diseño
Producción (m3/día) 320.000
Tª mínima del agua bruta 16 ºC
Número de pasos 2
1er paso 1
Número de Tª máxma del agua bruta 32 ºC
etapas 2º paso
2
A la O.I Ultrafiltración
Split variable Mínimo 9% Pretratamiento
A la U.F Filtros de anillas
2º paso Máximo 29%
Postratamiento Lechos de calcita
1er paso 45%
FeCl3 – NaClO -
Factor de
2º paso 90% Pretrata H2SO4 - Na2S2O5 –
conversión
Global 42,6% - 43,2% Dosificación miento NaOH -
químicos Antiincrustante
Tipo de captación Toma abierta
Postrata CaCO3 - CO2
miento

7. 3. Datos y requisitos
3.2. Capacidad de la planta
Nº
Nº total
Nº de trenes: 2 elementos/bast
bastidores
idor
F. anillas 8 5
Ultrafiltración 60 170
- Pérdidas filtros de anillas: 1%.
1er paso O.I 24 170
- Pérdidas ultrafiltración: 5%.
2º paso O.I 12 98
SPLIT 9% m3/h m3/d l/s
Caudal alimentado a la IDAM 33.239 797.730 9.233
Caudal alimentado filtros de anillas 33.239 797.730 9.233
Caudal alimentado ultrafiltración 32.906 789.753 9.141
Caudal alimentado ósmosis inversa 31.261 750.265 8.684
Caudal producifo ósmosis inversa 13.333 320.000 3.704

8. 3. Datos y requisitos
3.3. Calidad del agua bruta
Parámetro Ud Valor Parámetro Ud Valor
Alcalinidad - CaCO3 ppm 134 Hierro - Fe μg/l 31
Cobre - Cu μg/l 20
Manganeso - Mn μg/l <3
Bario - Ba μg/l 6
Sólidos disueltos - 180°C ppm Aluminio - Al μg/l 20
Z
Cloruros - Cl ppm 22.157
Nitratos – NO3 ppm <1
μg/l 16
Fluoruros - F ppm 1,5
Bicarbonato – HCO3 ppm 163,35
Sulfatos – SO4 ppm 3.056
Bromuros - Br ppm 89
Amonio – NH4 ppm 0,12
Sodio - Na ppm 12.020 Estroncio - Sr μg/l 6.362
Potasio - K ppm 671 C
Calcio - Ca ppm 442
Magnesio - Mg ppm 1.499
Dureza - CaCO3 ppm 7.270,7
Fosfatos – PO4 ppm 0,01

9. 3. Datos y requisitos
3.4. Temperatura de diseño
Temperatura Edad membranas % Split pH
Edad de las membranas: 0 años Edad de las membranas: 3,6 años
Temperatura (ºC) Split (%) pH Temperatura (ºC) Split (%) pH
16 29 8.1 16 21 8.1
22 21 8.6 22 14 9.2
24 19 9.1 24 14 9.4
28 16 9.5 28 11 9.6
32 13 9.7 32 9 9.8

10. 3. Datos y requisitos
3.5. Características del agua producto
Parámetro Ud Valor máximo
Boro - B ppm 0,5
Cloruros - Cl ppm 30
Sólidos totales disueltos ppm
pH 7,8 – 8,5
Índice de Langelier 0 – 0,5
Dureza como CaCO3 ppm

11. 4. Línea de proceso
4.1. Descripción general
- Captación.
- Depósito.
- Bombeo de baja presión.
- Pretratamiento físico: Filtros de anillas > Ultrafiltración.
- Pretratamiento químico en línea.
- Bomba de alta presión.
- Ósmosis inversa: Primer paso > Depósito > Segundo paso.
- Postratamiento: Lechos de calcita.

13. 4. Línea de proceso
4.2. Captación
- Objetivos:
- Garantizar caudal necesario.
- Garantizar calidad del agua captada.
- Minimizar variación características físico-químicas.
- Garantizar mínimo impacto físico y medio ambiental.
- Proteger frente al tráfico marino.
- Lograr el menor coste posible de la planta.
- Tipo de captación: Profunda mediante torre de toma.

14. 4. Línea de proceso
4.2. Captación
- Rejas.
- Elevada respecto al fondo.
- Líneas de corriente horizontales.
- Velocidad < 0,15 m/s.
Evacuación hasta la costa:
- Inmisario de PEAD.
- Gran diámetro.
- Cántara de captación.
- Bombeo a planta.

15. 4. Línea de proceso
4.2. Captación
- Bombeo hasta cabecera de planta:
- Caudal de bombeo: 33.239 m3/h.
- Número de bombas en operación: 12 uds.
- Caudal unitario: 2.770 m3/h.
- Altura manométrica: 24 m.
- Potencia unitaria: 250 Kw.
- Diámetro colectores: 2.000 mm.
- Material: PRFV.

16. 4. Línea de proceso
4.3. Pretratamiento físico
- Eliminación de materia por cribado (SS, macromoléculas, coloides).
- También M.O. en el agua.
- No elimina iones ni sales disueltas.
- OBJETIVO: protección OI.

17. 4. Línea de proceso
4
Filtros de anillas Ultrafiltración

18. 4. Línea de proceso
4.3.1. Filtros de anillas
- Retención partículas de origen mineral.
- Anillas planas y ranuradas.
- Flujo del exterior al interior.
- Limpieza contralavado.

19. 4. Línea de proceso
4.3.1. Filtros de anillas: Diseño
Q de entrada a UF (m3/día) 789753
Pérdidas F. Anillas 1,00%
Q de entrada F.Anillas (m3/día) 797730
Q de entrada F.Anillas (m3/h) 33239
Diámetro unitario (m) 1,2
Superficie unitaria (m2) 1,1
Nº filtros por bastidor 5
Flujo diseño (m3/h) 4300
Nº bastidores adoptado 8
Nº total filtros 40

20. 4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración
- SS, macromoléculas, coloides, microorganismos.
- Membranas capilares.
- Flujo del interior al exterior.
- Lavados frecuentes

21. 4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Diseño
Q de entrada a O.I. (m3/día) 750.265
Q de lavado ultrafiltración 5,00%
Q diseño (m3/día) 789.753
Q diseño (m3/h) 32.906
Flujo de diseño (l/m2•h) 71
Superficie membranas (m2) 46
Nº membranas 10.076
Nº trenes 2
Nº bastidores 60
Nº bastidores / tren 30
Nº membranas / bastidor 170
Flujo durante lavados (l/m2•h) 75,1

22. 4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
Funcionamiento durante ciclo de filtración.

23. 4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
1º Aireación.

24. 4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
2º Contralavado con agua.

25. 4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
3º Contralavado químico (CEB).

26. 4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
4º Enjuague.

27. 4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados

28. 4. Línea de proceso
4.4. Pretratamiento químico
- Objetivos: - Funcionamiento óptimo de la planta.
- Acondicionamiento del agua para la OI.

29. 4. Línea de proceso
4.4. Pretratamiento químico
Tiempo Dosis
Reactivo Objetivo Aplicación Modo
(h) (ppm)
Hipoclorito Sódico Desinfección Cántara Choques 6 5
Cloruro Férrico Coagulante Línea Continuo 24 4
Hipoclorito Sódico Desinfección Línea Continuo 24 0,5
Ácido Sulfúrico Ajuste PH Línea Choques 2 20
Bisulfito Sódico Eliminación Cloro Línea Choques 6 10
Antiincrustante Evitar precipitación Línea Continuo 24 2
Sosa Ajuste PH Línea Continuo 24 10

30. 4. Línea de proceso
4.5. Ósmosis inversa

31. 4. Línea de proceso
4.5.1. O.I: Bombas de alta presión
Temperatura % Split Presión
Edad de las membranas: 0 años Edad de las membranas: 3,6 años
T (ºC) Split PBAP 1 (bar) PBAP 2 (bar) T (ºC) Split PBAP 1 (bar) PBAP 2 (bar)
16 29% 57,10 13,20 16 21% 60,90 14,30
22 55,80 22 14% 58,70
24 19% 55,70 12,30 24 14% 58,30 13,20
28 16% 55,50 11,80 28 11% 57,70 12,70
Nº bombas Potencia absorbida (Kw) Potencia adoptada (Kw)
32 1er13% 55,40 2 11,40 32 9% 57,20 12,20
BAP paso 24 + 1.272 1.400
BAP 2º paso 12 + 2 592 630

32. 4. Línea de proceso
4.5.2. O.I: Recuperadores de energía
- Intercambiadores de presión tipo ERI.

33. 4. Línea de proceso
4.5.3. O.I: Recirculación y Split en 2º paso
Temperatura Edad membranas % Split

34. 4. Línea de proceso
4.5.4. O.I: Bastidores de ósmosis inversa
- Doble paso > Calidad permeado.
- Doble etapa > Conversión global.
Nº total
Dimensión Flujo Nº Nº tubos/
Membrana Tipo membrana
(m2) (L/m2•h) Líneas línea
s
Paso 1 SWC5 A. mar 37 14 24 28.560
Paso 2 ESPABMAX A. salobre 40 37 68 : 30 8.232

35. 4. Línea de proceso
4.6. Remineralización
- Agua producto OI  Baja concentración sales, pH ácido.
- Objetivo: Añadir al agua características que la hagan útil para uso.
- Normativa: RD 140/2.003.
Parámetro Ud Valor máximo
Boro - B ppm 0,5
Cloruros - Cl ppm 30
Sólidos totales disueltos ppm 300
pH 7,8 – 8,5
Índice de Langelier 0 – 0,5
Dureza como CaCO3 80 - 120
Turbidez NTU 0

36. 4. Línea de proceso
4.6. Remineralización
- Dosificación de calcita (CaCO3) y CO2.
- Dureza máxima admisible: 80 ppm CaCO3.
- 10 ppm CaCO3  1ºF.

37. 4. Línea de proceso
4.6. Remineralización
Caudal a tratar (m3/día) 320.000
Dureza deseada (ºF) 8
Dosis CaCO3 (ppm) 64
Dosis CO2 (ppm) 28,16
Consumo CaCO3 (Kg/día) 20.480
Consumo CO2 (Kg/día) 9.011,2
Anchura celda (m) 3m
Longitud celda (m) 8m
Velocidad ascensional (m/h) 11
Número de celdas (uds) 52
Tiempo de contacto (min) 10
Altura del lecho (m) 2

38. 4. Línea de proceso
4.7. Vertidos: Limpieza F. Anillas y Ultrafiltración
- Tratamiento:
- Clarificación.
- Espesamiento.
- Deshidratación.

39. 4. Línea de proceso
4.7. Vertidos: Salmuera
- Tratamiento:
- Dilución previa.
- Emisarios difusores.

40. 5. Estudio de explotación
Costes fijos Costes variables
- Personal - Reactivos químicos
- Mantenimiento y conservación - Tratamiento de fangos
- Reposición de material fungible - Limpieza de membranas
- Reposición de membranas - Reposición de membranas
- Administración y varios - Energía
- Análisis de aguas
- Plan de vigilancia ambiental
- Seguros
- Término fijo de potencia

41. 5. Estudio de explotación
5.1. Costes fijos (Euros/año)
Personal 1.095.600
Mantenimiento y conservación 683.300
Reposición de material fungible 50.000
Reposición de membranas 1er paso 239.904
Reposición de membranas 2º paso 46.099
Reposición de membranas UF 76.500
Administración y varios 60.000
Plan de vigilancia ambiental 90.000
Seguros 400.000
Análisis de aguas 150.000
Término fijo de potencia 1.500.000
TOTAL (Euros/año) 4.391.403
COSTE ESPECÍFICO (€ / M3) 0,0416

42. 5. Estudio de explotación
5.2. Costes variables (Euros/año)
Reactivos químicos 4.820.320
Tratamiento de fangos 1.056.000
Limpieza membranas 211.000
Reposición de membranas O.I. 1.144.013
Reposición de membranas UF 688.500
TOTAL sin energía (Euros/año) 7.920.033
COSTE ESPECÍFICO TOTAL (€ / M3) 0.0750
Costes energéticos 35.739.704
TOTAL con energía (Euros/año) 43.659.737
COSTE ESPECÍFICO TOTAL (€ / M3) 0.4134

43. 5. Estudio de explotación
5.3. Costes totales (Euros/año)
Personal 1.095.600
Mantenimiento 683.300
Administración y varios 60.000
Reactivos 4.820.320
Reposición de elementos

44. 6. Conclusiones
- Tendencia: Plantas de gran capacidad. División en trenes.
- Gran calidad de agua producto: Pretratamiento físico y químico.
- Ultrafiltración:
-

45. ¡Muchas gracias por su atención!