Tratamiento y Control de Osmosis Inversa - Programa AQA Rev2

“AQA QUIMICA S.A.”

Proporciona: Soporte y Asesoría Técnica, así como Productos Químicos y Servicios para la Tecnología de Desalación del Agua por Membranas de Osmosis Inversa. Importa: prevenir, reducir y controlar ensuciamientos que ocurren en las membranas Ing. Antenor Torres S. Ingeniero Quimico [email protected] 999573598

Principios de Osmosis Inversa • Flujos Tangencial: Alimentación y Rechazo • Flujo Perpendicular: Permeado • La alta velocidad de los flujos de alimentación y rechazo reduce eficientemente el ensuciamiento, alejándolo de la superficie de las membranas.

Pre-tratamiento

El Sistema Total

Membranas

Post-tratamiento

•Microfiltración (MF) •Ultrafiltración (UF)

Membranas

Filtración

•Microfiltración (MF) •Ultrafiltración (UF) •Pulidor de O.I.

•Camas Múltiples •Cartuchos •Arenas verdes •Carbón Activado

Intercambio Ionico

Intercambio Iónico

O.I.

•Suavización •Camas separadas •Camas mezcladas

•Camas separadas •Camas Mezcladas •ED/EDR

Dosificación Química •Ajuste de pH •Cloración

Dosificación Química Otros

•Anti-incrustante •Dispersante •Coagulacion / floculacion •Ajuste de pH •Cloración/Decloración

•Filtración sub-micrónica •Desgasificación •Almacenamiento

Otros •Intercambio de calor •Desgasificadores •UV

Control Integral

Configuracion del Sistema Flujo de Permeado I Paso 12 m3/h

I Paso

Bomba de Alta presión

Flujo de alimentación 30 m3/h

Flujo de Concentrado 18 m3/h I Etapa Flujo de Permeado III paso 5 m3/h II Paso

Flujo de Permeado II paso 10,2 m3/h

Bomba de Alta presión Flujo de alimentación 12 m3/h

III Paso

I Etapa Flujo de Concentrado 0,8 m3/h

II Etapa I Etapa Flujo de Concentrado 1,8 m3/h

Descripcion al interior del tubo de presion

Perfil de Flujos Permeado 71,6 m3/dia

19,2

16,8

12

9,6

7,2

6,6

178,6 m3/dia Concentrado 107,0 m3/dia Alimentación 178,6 m3/dia

Perfil de Presiones Permeado

58,6

58,4

58,2

58,1

57,9

57,8

Concentrado 57,8 Bar Alimentación 58,8 Bar

Perfil del Total de Solidos Disueltos Permeado 116 ppm

57,5

38995

66,2

76,3

87,8

101

43692

48840

53330

57560

115,3

61201

Concentrado 64914 ppm Alimentación 38995 ppm

Normalizacion de datos • Los calculos de normalizacion son necesarios para corregir la influencia de los cambios de temperatura y de sales disueltas del agua de alimentacion, sobre el flujo de permeado, presion de alimentacion y calidad del agua producto, que estan relacionados directamente con el ensuciamiento. • Ejemplo: Una disminucion de 10 grados en la temperatura de alimentacion causa un 30% de perdida en el flujo de permeado.

Efectos de la temperatura en las variables de operacion

• Cuando la temperatura aumenta, el flujo de permeado incrementa.

Temperatura Performance vs. Temperatura

• Cuando la temperatura aumenta, el rechazo de sales decrece (incrementa las sales en el permeado).

Efectos de la presion en las variables de operacion • Cuando la presion aumenta, el rechazo de sales incrementa (mejora la salinidad del permeado).

Pressure Performance vs. Pressure

• Cuando la presion aumenta, el flujo de permeado incrementa.

Condicion de Ensuciamiento 200 180 160 140 120 Temperatura 100

Flujo Presion

80 60 40 20 0

Flujo Normalizado 105 100 95 90 85 Flujo normalizado 80

Cinco Ensuciamientos principales

• • • • •

Ensuciamiento por Incrustaciones. Ensuciamiento coloidal. Ensuciamiento Químico. Ensuciamiento Biológico. Limpiezas Inadecuadas.

Ensuciamiento por Incrustaciones • Incrustacion ocurre cuando minerales solubles se concentran en osmosis inversa y exceden los limites de solubilidad. – Obtener un analisis Fisico-quimico completo. – Evaluar potencial de incrustacion. – Asegurarse que el potencial de incrustacion es ò puede mantenerse bajo control.

Efectos de Recuperacion

• En un sistema que produce 1000 m3/dia. Recuperación • 40 % • 50% • 66% • 75% • 80% • 90%

Flujo Alim. Factor de Conc. 2500 m3/d 1.67 x 2000 m3/d 2x 1500 m3/d 3x 1330m3/d 4x 1250 m3/d 5x 1110 m3/d 10x

Ultimo elemento con Incrustacion

Incrustaciones de CaCO3

Incrustacion de sulfato

Incrustacion de Sulfato de Bario

Salida de membrana muy incrustada

Ensuciamiento Coloidal

• Materia coloidal esta presente en casi todos tipos de aguas, y estas pueden ser: silica coloidal, arcilla, partículas de oxido, y bacteria. – Tomar muestras de SDI y Turbidez. – Evaluar el funcionamiento de los filtros media u otro equipo de prefiltrado

Ensuciamiento Coloidal

Ensuciamiento coloidal en los filtros cartuchos

Membrana con ensuciamiento de Fe

Fe + CaCO3

Ensuciamiento coloidal : Fuga de medio filtrante

Ensuciamiento coloidal – Fugas de Carbon

Ensuciamiento coloidal : Ingreso de particulados

Taponamiento Coloidal

Ensuciamiento Coloidal

Problemas Ensuciamiento Coloidal.

Formacion de Borras Aguas con alto contenido de solidos suspendidos fomenta la formacion de aglomerados o bolas de lodo (Cake). Cuando se retrolava y no se rompe el cake, estas bolas de lodo bajan al fondo del filtro, empeorando la calidad de filtracion.

Aplicacion de Aire

Es necesario una inyeccion de aire para romper y poder retrolavar eficientemente el medio filtrante. Lavado a presion superficial tambien ayuda.

Retrolavado Posterior a la aplicacion de aire se retrolava.

Control de ensuciamiento Coloidal

• Clarificadores. • Filtros Multimedia. • Adicion de Coagulantes en linea. • Filtros de Cartucho. • Adicion de Dispersante.

Unidad de Monitoreo Turbidez

Turbidez Vs Frecuencia de Limpieza

Unidad de Monitoreo SDI

Ensuciamiento Quimico

• El ensuciamiento químico puede ser causado por el uso de productos químicos que no son compatibles entre sí, en el agua de alimentación a la osmosis. – Identificar todos los productos químicos utilizados previo a Osmosis y checar su compatibilidad.

Ensuciamiento Quimico.

Compatibilidad

Daño quimico en membrana.

Ensuciamiento Biologico

• El ensuciamiento biologico puede ser el más difícil de remover. • Causas de ensuciamiento Biologico: – – – –

Sobredosificacion de Bisulfito de Sodio. Incrementos de Temperatura y baja velocidad. Metodos de Clorinacion/Declorinacion. No Sanitizar las membranas durante limpiezas.

Desarrollo de Bacterias 0

1

0.33

2

0.67

4

1

8

1.33

16

1.67

32

2

64

3

512

4

4,096

5

32,768

6

262,144

7

2,097,152

8

(Primer turno)

16

(Segundo turno)

24

(Tercer turno)

16,777,216 281,470,000,000,000 4,722,400,000,000,000,000,000

Biological Fouling Slime in feedspacer

La babaza biologica puede ser atrapada en el separador de Membranas

1st half of membrane slimed and the last half was clean.

Ensuciamiento Biologico Flujo concentrado Flux = Bacteria

= Sal disuelta

Delta P Babasa hidratada

Membrana

Material de soporte

Se incrementa el paso de sales por Incremento de concentracion de sales Factor Beta ( max 1.3 )

Se incrementa el paso de sales por Daño causado por el residuo de bacteria en Superficie de membrana

Ensuciamiento Biologico

Importancia de limpiezas efectivas Effective vs. Ineffective Cleanings

Normalized Flow , %

110

100

90

80

70 0

20

40

60

Time, Weeks Effective Clean

Ineffective Clean

80

Limpieza de Membranas

• Criteria de Limpiezas Preventivas. - Caida de Flujo Permeado Norm. 10-15% - Incremento de Presion aplicada. 10-15% - Incremento de paso de Sales de 2-10%

• Dilucion de limpiadores Concentracion de solucion de limpieza sera al 1% por peso, ejemplo por cada 1,000 litros de agua usar 10 kg de producto de limpieza.

Limpieza de Membranas

• Criteria de Limpiezas Correctivas. - Caida de Flujo Permeado Norm. > 15% - Incremento de Presion aplicada. > 15% - Incremento de paso de Sales de > 10%

• Dilucion de limpiadores Concentracion de solucion de limpieza sera al 2% por peso, ejemplo por cada 1,000 litros de agua usar 20 kg de producto de limpieza.

Estudios de Limpieza • Se evalua la Combinacion de Limpiadores. • Desarrollo de nuevos productos. • Las caracteristicas de flujo y calidad antes y despues del uso de limpiadores son evaluadas.

Limpieza de Membranas • Habilidad de realizar tecnicas de limpieza imposibles en el sitio. • Permite diagnosticar membranas fuera de sitio. • Membranas son evaluadas individualmente. • Protocol de Limpieza es demostrado.

Limpieza de Membranas Tip #1

• Use las diluciones químicas apropiadamente -Cuando diluya los limpiadores, tome en cuenta el volumen total de agua en el sistema: - Volumen del tanque químico. - Volumen de la línea y/o manguera. - Volumen de el portamembranas - las membranas 4” x 40” ~contienen 2 galones de agua - las membranas 8” x 40” ~contienen 6 galones de agua

Técnicas de limpieza de Membranas Tip #1 (continuación)

36 gallons

36 gallons

36 gallons 36 gallons Cleaning Tank 200 gall min.

36 gallons 36 gallons

72 gallons Second Array 144 gallons First Array

5u Cartridge Filter Concentrate

Concentrate

Limpieza de Membranas Tip #2

• Use Flujos apropiados para limpieza de las membranas. -La velocidad de la solución que atraviesa la superficie de la membrana es critica. - Limpiar Membranas de 4” con un flujo de 10 a 12 gpm (2,5 m3/h) - Limpiar Membranas de 8” con un flujo de 40 a 44 gpm (10 m3/h) y nunca menos de 30 gpm (6,5 m3/h)

• Minimizar siempre la presión. Nunca limpiar a presiones mayores de 60 psi

Técnicas de limpieza de Membranas - Tip #2 (continuación)

40 gpm

40 gpm

40 gpm 40 gpm Cleaning Tank 200 gall min.

40 gpm 40 gpm

Second Array 80 gpm First Array 160 gpm

5u Cartridge Filter Concentrate

Concentrate

Técnicas de limpieza de Membranas - Tip #3

• Limpiar las membranas en paralelo - Si es necesario, separar portamembranas.

• Nunca limpiar los bancos en serie. – Si se realiza la limpieza en serie, es dificil asegurar los flujos apropiados para limpieza. – Si se realiza la limpieza en serie, el material coloidal de el frente, puedes ser depositado en las membranas de los ultimos bancos.

Técnicas de limpieza de Membranas Tip #3 (continuación)

40 gpm

40 gpm

40 gpm 40 gpm Cleaning Tank 200 gall min.

40 gpm 40 gpm

Second Array 80 gpm First Array 160 gpm

5u Cartridge Filter Concentrate

Concentrate

Técnicas de limpieza de Membranas Tip #4 • Use limpiadores que han sido diseñados específicamente para osmosis inversa. • Por la complejidad de los contaminantes de OI, los limpiadores deben contener variedad de ingredientes, incluyendo: – – – – –

Estabilizadores (Buffer)- para mantener pH consistente. Surfactantes - para llegar hasta las membranas. Quelatos - para secuestrar metales. Dispersantes - ayuda a dispersar coloides. Hidrotropos (detergentes) - ayuda a disolver orgánicos.

Técnicas de limpieza de Membranas Tip #5 • Técnicas adicionales para una buena limpieza: – Calentar la solución al máximo permisible por el fabricante de membranas (42 oC máximo). – Use Agua de permeado o suavizada para diluir las soluciones de limpieza (nunca use agua dura o con cloro). – Reducir la espuma de limpieza, colocando el retorno abajo de el nivel de la solución. – Utilizar Limpiador Acido, Limpiador Alcalino y desinfectante.

Química de Membrana

-

-

-

O

O

O Carboxyl Groups

C

O

C

O

Membrane Surface

C

O

Mecanismo del ensuciamiento

Ensuciamiento Organico

R C

R O

C

R O

C

O

O

O

Ca

Mg

Fe

O

O

O

C

O

C

O

Superficie de Membrana

C

O

O

Mecanismo de remoción durante la Limpieza química

Despues de la limpieza de bajo pH

R C

R O

C

R O

C

O

O

O

H

H

H

H

H

H

O

O

O

C

O

C

O

C

O

O

Mecanismo de remoción durante la Limpieza química

R

R

C

C

O

O

O

O

H

H

H

H

O

C

O

O

C

O

O

C

O

Condiciones Ideales • Es Critico conocer los parámetros de diseño y de inicio de la operación. Nos permite evaluar estos datos contra los parámetros actuales. • Los parámetros mas importantes son: Recuperación, Flujo normalizado, Paso de sales, Rechazo de sales, Caída de presión, temperatura y Presiones de operación. Otra ayuda para aislar el problema es el: Perfil del sistema, muestrear calidad de producto por tubo.

Productos Quimicos de Control para una SWRO SWRO: 40% Recuperacion Pretratamiento Raw Water

Permeado

MMF

5 micras Filtro Cartucho

Concentrado Sistema CIP (Limpiadores) Concentrate Inlet

Cloro

Coagulante

SBS ANCOTREAT 5600

Antincrustante ANCOTREAT 5690M

Permeate

ANCOFLOC 8640 ANCOCIDE 4220

T

Biocida Intermitente ANCOCIDE 4050

P F

V2

P To System

V1

IH

L CF SS

ANCOCLEAN 5740 ANCOCLEAN 5721

Muchas Gracias!!