diseño de una instalación desaladora de agua de mar (idam)
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EOI · 19/07/2012 · http://a.eoi.es/1q9Proyectos finales de los alumnos del Master en Ingeniería y Gestión del Agua (MAGUA) (Madrid)TRANSCRIPT
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 PérezMiguel Moraga Ruiz de la MuelaAlfredo Peraita Juez
ÍNDICE
1. Introducción
2. Fundamentos de la ósmosis inversa
3. Datos de partida y requisitos exigidos
4. Proceso
5. Estudio de explotación
6. Conclusiones
1. Introducción
1.1. Antecedentes - Distribución de agua desigual en el mundo.
- Futuro incierto debido al cambio climático.
- La desalación como solución.
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
2. Fundamentos de la O.I.
- Ósmosis directa - Ósmosis inversa
Agua pura
Agua salina
Agua pura
Agua salina
Agua pura
Agua salina
3. Datos y requisitos
Producción (m3/día) 320.000
Número de pasos 2
Número de etapas
1er paso 1
2º paso2
Split variable 2º paso
Mínimo 9%
Máximo 29%
Factor de conversión
1er paso 45%
2º paso 90%
Global 42,6% - 43,2%
Tipo de captación Toma abierta
3.1. Datos básicos de diseño
Tª mínima del agua bruta 16 ºC
Tª máxma del agua bruta 32 ºC
PretratamientoA la O.I Ultrafiltración
A la U.F Filtros de anillas
Postratamiento Lechos de calcita
Dosificación químicos
Pretratamiento
FeCl3 – NaClO - H2SO4 - Na2S2O5 – NaOH - Antiincrustante
Postratamiento
CaCO3 - CO2
3. Datos y requisitos
3.2. Capacidad de la planta
Nº de trenes: 2 Nº total bastidores
Nº elementos/bast
idor
F. anillas 8 5
Ultrafiltración 60 170
1er paso O.I 24 170
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
- Pérdidas filtros de anillas: 1%.
- Pérdidas ultrafiltración: 5%.
3. Datos y requisitos
3.3. Calidad del agua bruta
Parámetro Ud Valor Hierro - Fe μg/l 31 Cobre - Cu μg/l 20 Manganeso - Mn μg/l <3 Bario - Ba μg/l 6Aluminio - Al μg/l 20Z
inc - Zn
μg/l 16
Estroncio - Sr μg/l 6.362
Carbono orgánico total
ppm 1,9
S. suspensión - 105°C ppm <10 S. suspensión - 550°C ppm <8Bacterias totales cfu/ml <3.500Coliformes totales cfu/100ml <15Coliformes fecales cfu/100ml <10Turbidez NTU ≤5 SDI (15 min) ≥6,5 p
H
8,1-8,2
Temperatura ºC 16 – 32
Pesticidas totales
μg/l 2,33
Parámetro Ud Valor Alcalinidad - CaCO3 ppm 134
Sólidos disueltos - 180°C ppm
40.360
Cloruros - Cl ppm 22.157 Nitratos – NO3 ppm <1 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 Potasio - K ppm 671 Calcio - Ca ppm 442 Magnesio - Mg ppm 1.499 Dureza - CaCO3 ppm 7.270,7 Fosfatos – PO4 ppm 0,01 Dióxido de silicio – SiO2 ppm 1 Boro – B ppm 5,5 Simazina μg/l 0,07
3. Datos y requisitos
3.4. Temperatura de diseño
Edad de las membranas: 0 años
Temperatura (ºC) Split (%) pH
16 29 8.1
22 21 8.6
24 19 9.1
28 16 9.5
32 13 9.7
Edad de las membranas: 3,6 años
Temperatura (ºC) Split (%) pH
16 21 8.1
22 14 9.2
24 14 9.4
28 11 9.6
32 9 9.8
Temperatura Edad membranas % Split pH
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 3
00
pH 7,8 – 8,5
Índice de Langelier 0 – 0,5
Dureza como CaCO3 ppm
80 - 120
Turbidez
NTU 0
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.
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.
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.
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.
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.
4. Línea de proceso
4.3. Pretratamiento físico
Filtros de anillas Ultrafiltración
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.
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
4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración
- SS, macromoléculas, coloides, microorganismos.
- Membranas capilares.
- Flujo del interior al exterior.
- Lavados frecuentes
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
4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
Funcionamiento durante ciclo de filtración.
4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
1º Aireación.
4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
2º Contralavado con agua.
4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
3º Contralavado químico (CEB).
4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
4º Enjuague.
4. Línea de proceso
4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
4. Línea de proceso
4.4. Pretratamiento químico
- Objetivos: - Funcionamiento óptimo de la planta.
- Acondicionamiento del agua para la OI.
4. Línea de proceso
4.4. Pretratamiento químico
Reactivo Objetivo Aplicación Modo Tiempo (h)
Dosis (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
4. Línea de proceso
4.5. Ósmosis inversa
4. Línea de proceso
4.5.1. O.I: Bombas de alta presión
Edad de las membranas: 0 años
T (ºC) Split PBAP 1 (bar) PBAP 2 (bar)
16 29% 57,10 13,20
222
1%
55,80
13,00
24 19% 55,70 12,30
28 16% 55,50 11,80
32 13% 55,40 11,40
Edad de las membranas: 3,6 años
T (ºC) Split PBAP 1 (bar) PBAP 2 (bar)
16 21% 60,90 14,30
22 14% 58,70
13,60
24 14% 58,30 13,20
28 11% 57,70 12,70
32 9% 57,20 12,20Nº bombas Potencia absorbida (Kw) Potencia adoptada (Kw)
BAP 1er paso 24 + 2 1.272 1.400
BAP 2º paso 12 + 2 592 630
Temperatura % Split Presión
4. Línea de proceso
4.5.2. O.I: Recuperadores de energía
- Intercambiadores de presión tipo ERI.
4. Línea de proceso
4.5.3. O.I: Recirculación y Split en 2º paso
Temperatura Edad membranas % Split
4. Línea de proceso
4.5.4. O.I: Bastidores de ósmosis inversa
- Doble paso > Calidad permeado.
- Doble etapa > Conversión global.
Membrana Tipo Dimensión (m2)
Flujo (L/m2•h)
Nº Líneas
Nº tubos/ línea
Nº total membrana
s
Paso 1 SWC5 A. mar 37 14 241
70
28.560
Paso 2 ESPABMAX A. salobre 40 37 1268 : 30 8.232
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
ppm
80 - 120
Turbidez NTU 0
4. Línea de proceso
4.6. Remineralización
- Dosificación de calcita (CaCO3) y CO2.
- Dureza máxima admisible: 80 ppm CaCO3.
- 10 ppm CaCO3 1ºF.
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) 3 m
Longitud celda (m) 8 m
Velocidad ascensional (m/h) 11
Número de celdas (uds) 52
Tiempo de contacto (min) 10
Altura del lecho (m) 2
4. Línea de proceso
4.7. Vertidos: Limpieza F. Anillas y Ultrafiltración
- Tratamiento: - Clarificación.
- Espesamiento.
- Deshidratación.
4. Línea de proceso
4.7. Vertidos: Salmuera
- Tratamiento: - Dilución previa.
- Emisarios difusores.
5. Estudio de explotación
Costes fijos Costes variables
- Personal
- Mantenimiento y conservación
- Reposición de material fungible
- Reposición de membranas
- Administración y varios
- Análisis de aguas
- Plan de vigilancia ambiental
- Seguros
- Término fijo de potencia
- Reactivos químicos
- Tratamiento de fangos
- Limpieza de membranas
- Reposición de membranas
- Energía
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
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
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
2.245.016
Efluentes y limpieza 1.267.200
Energía 35.739.704
TOTAL (Euros/año)
43.911.140
COSTE ESPECIFICO TOTAL (€ / M3)
0,435
6. Conclusiones
- Tendencia: Plantas de gran capacidad. División en trenes.
- Gran calidad de agua producto: Pretratamiento físico y químico.
- Ultrafiltración:
- Menor superficie.
- Mejor calidad del agua producto.
- Menor costes de operación.
- Mayor eficiencia en ósmosis inversa.
- Menor presión de funcionamiento.
- Optimización del proceso: 2 pasos y 2 etapas.
- Criterios de elección de las membranas.
- Consumo energético: 3,76 Kw•h /m3.
¡Muchas gracias por su atención!