Nanofiltración una opción para potabilizar agua de mina

César G. Calderón Mólgora

Disponibilidad de agua como motor de búsqueda de nuevas fuentes de

abastecimiento

Fuente: Estadísticas del Agua en México 2011 Comisión Nacional del Agua

DeliciasCamargo

Parral

Fresnillo

Pachuca

Fuentes de alternas de abastecimiento de agua

Fuente: Estadísticas del Agua en México 2011 Comisión Nacional del Agua

DeliciasCamargo

Parral

Fresnillo

Pachuca

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)

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) 50 No normado

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 0.27Recuperación de agua %* 77 78 79Antincrustante (g/m3) 3.45 3.30 3.15F (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 NanofiltraciónCaudal tratado

% 51.5 53.2 59.2

Caudal neto útil producido (fracción del caudal alimentado)

% 88.1 88.3 87.5Remoción de fluoruro

% 98.0 93.6 82.4Presión 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 $/m3 $/m3

Energía Eléctrica 0.27 KW/h 0.33 0.16 KW/h 0.21 0.16 KW/h 0.21

Antiincrustante 1.77 g/m3 0.50 1.76 g/m3 0.49 1.87 g/m3 0.52Limpieza (alcalina y ácida trimestral) 0.56Filtros cartucho (sustitución quincenal) 0.20

Total $/m3 1.63 1.47 1.50

El valor de KW/h se tomo en $1.34/KWhEl 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 0.3Recuperación de agua %* 72 73 74Antincrustante (g/m3) 3.70 3.46 3.32As (µg/L) permeado 1+ 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 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 75.3Remoción de Arsenico

% 98.7 97.6 93.3Presión 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 $/m3 $/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 0.56 0.56

Filtros cartucho 0.20 0.20 0.20

Total $/m3 2.39 2.09 2.03

El valor de KW/h se tomo en $1.34/KWhEl 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.