Documento PDF - Universidad de Alicante

RESUMEN
Este trabajo se ha realizado en las instalaciones de la Estación Regeneradora
del Agua residual depurada de Rincón de León, Ciudad de Alicante. La
capacidad de tratamiento de esta instalación es de 60.000 m3/día. Se
identificaron tres tipos de tratamiento del agua a regenerar. Las instalaciones
cuentan con sistemas de tratamiento convencional y tratamiento avanzado a
través de membranas para ultrafiltración y ósmosis inversa. Dos de los
procesos de tratamiento aplicados corresponden a tratamiento sin desalación y
uno con desalación. El uso de membranas para ultrafiltración y ósmosis inversa
dan como respuesta una alta eficiencia en reducción de contenidos de sólidos y
conductividad respectivamente en el efluente. Los resultados analíticos del
agua demuestran una alta eficiencia en los procesos de tratamiento aplicados.
Se han comparado los resultados del agua regenerada con las normas de
calidad del RD 1620/2007, sobre reutilización del agua, y los usos a los que se
puede destinar su calidad. Las medidas de parámetros del agua a través de los
índices de Langelier, SDI, SAR, demuestran estar dentro de los rangos
normales. Los consumos de energía para la regeneración del agua se han
analizado para cada una de las líneas de tratamiento identificadas. Los
volúmenes del agua regenerada y reutilizada a través de las comunidades de
regantes, se entregan con niveles de conductividad media de 1800 µS/cm.
Palabras clave
Estación de Tratamiento del Agua Residual (EDAR). Estación Regeneradora
del Agua (ERA). Punto de Entrega del Agua Depurada (PEAD). Punto de
Entrega del Agua Regenerada (PEAR). Tratamiento Avanzado. Ultrafiltración
(UF). Ósmosis Inversa (OI).
Comunidad de Regantes. Regeneración
Planificada.
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1.- Introducción.
1.1. Descripción de la zona de estudio.
Este trabajo hace una descripción de las instalaciones y características del
tratamiento terciario ó estación regeneradora del agua (ERA) en Rincón de
León (RL), que se encuentran ubicadas al sur en la Ciudad de Alicante,
Provincia de Alicante en la Comunidad Valenciana. El agua a regenerar es el
agua que proviene del sistema secundario de la EDAR de RL.
La EDAR de RL sirve a una parte importante de la población ubicada en los
términos municipales de Alicante, Elche y San Vicente del Raspeig. Esta
instalación cuenta con una capacidad de tratamiento de dos líneas de agua
bruta (A y B). La línea de agua A corresponde al agua residual doméstica y la
línea de agua B que corresponde al agua residual industrial. (EPSAR, 2012).
La ERA o sistema terciario avanzado, se ha instalado para regenerar el agua
residual del sistema de tratamiento secundario para un caudal de 60000 m3/d
(EPSAR, 2012).
La descripción de las instalaciones hidráulicas, en cada una de sus fases
abordará la forma de explotación, la eficiencia según el tipo de tecnología
aplicada, y los posibles usos para su reutilización del agua regenerada.
Finalmente se presentarán los resultados que se obtengan en las diferentes
fases de tratamiento. En la Figura 1.1 se observa una topografía de la ERA y
EDAR de Rincón de León (EPSAR, 2012).
EDAR
Figura 1.1. ERA - EDAR Rincón de León.
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E RA
1.2. Necesidades de agua en la Provincia de Alicante.
Al sureste del mediterráneo español, existe un déficit de agua con una escasez
estructural (Juárez, 2008), lo que ha obligado a los administradores del agua y
usuarios a buscar alternativas de eficiencia en los usos del agua y búsqueda de
recursos no convencionales (Olcina, & Moltó, 2010). La gestión planificada del
agua de fuentes no convencionales como por ejemplo: los trasvases de agua
de las cuencas del Segura y Tajo, desaladoras de agua de mar y reutilización
del agua residual depurada, son procesos que se han incorporados al plan de
aguas (Sanz et al., 2008).
Estudios realizados en la Universidad de la Laguna, sostienen que los lugares
donde mayormente se ha reutilizado las aguas depuradas corresponden a la
Región de Murcia, Comunidad Valenciana, Canarias, Baleares y Andalucía
(Delgado, 2011).
En la Comunidad Valenciana se han identificado un total de 495,9 hm 3/año de
agua depurada, de ese volumen de agua 163 hm3/año se reutiliza de forma
directa. De este volumen de agua reutilizada el 52,9% corresponde a la
Provincia de Alicante (Prats, & Melgarejo, 2006). Las depuradoras de Monte
Orgegia y Rincón de León, en la ciudad de Alicante, cuentan con diferentes
tipos de tratamiento terciario para regenerar el agua depurada. Las aguas
regeneradas por un lado se usan para la limpieza de vías públicas provocando
de esta manera el ahorro de agua potable y por otro lado se aprovecha el agua
para riego de plantaciones (EPSAR, 2012). En la provincia de Alicante el
volumen de agua depurada con tratamiento terciario estaría sobre los 100
hm3/año (Prats, 2008). Según datos de EPSAR, 2012., en la Comunidad
Valenciana estaría en condiciones de reutilizar 305 hm3/año (EPSAR, 2012) de
aguas regeneradas directa e indirectamente.
1.3. Marco Legal.
En el año 2007 se aprobó el RD 1620/2007 en España, que define el marco
legal para la reutilización del agua residual depurada y regenerada. En este
decreto se establecen los criterios de calidad requerida para los diferentes usos
del agua, entre ellos se refiere al:
Uso urbano.-
Calidad 1.1 Residencial.
a. Riego de jardines privados
b. Descarga de aparatos sanitarios
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c. Sistemas de calefacción
refrigeración de aire.
d. Otros usos domésticos.
-
y
Calidad 1.2 Servicios.
a. Riego de zonas verdes urbanas
(parques, campos deportivos y
similares).
b. Baldeo de calles
c. Sistemas contra incendios
d. Lavado industrial de vehículos.
e. Fuentes y láminas
ornamentales.
Uso agrícola.-
Calidad 2.1
a. Riego de cultivos con sistema de
aplicación del agua que permita
el contacto directo del agua
regenerada con las partes
comestibles para alimentación
humana en fresco.
-
Calidad 2.2
a. Riego
de
productos para
consumo humano con sistema
de aplicación de agua que no
evita el contacto directo del agua
regenerada con las partes
comestibles, pero el consumo no
es en fresco sino con un
tratamiento industrial posterior.
b. Riego de pastos para consumo
de animales productores de
leche o carne.
c. Acuicultura.
-
Calidad 2.3
a. Riego localizado de cultivos
leñosos que impida el contacto
del agua regenerada con los
frutos
consumidos
en
la
alimentación humana.
b. Riego de cultivos de flores
ornamentales,
viveros,
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invernaderos sin contacto directo
del agua regenerada con las
producciones.
c. Riego de cultivos industriales,
viveros,
forrajes
ensilados,
cereales y semillas oleaginosas.
Uso industrial.-
Calidad 3.1
a. Aguas de proceso, limpieza y
refrigeración industrial, excepto
en la industria alimentaria.
b. Otros usos industriales.
Uso recreativo.-
Calidad 4.1
a. Riego de campos de golf.
-
Calidad 4.2
b. Estanques, caudales circulantes
de uso recreativo accesibles al
público (excepto baño).
-
Calidad 4.3
c. Estanques, masas de agua y
caudales
circulantes
ornamentales, en los que está
impedido el acceso del público
al agua.
Uso ambiental.-
Calidad 5.1
a. Recarga de acuíferos por
percolación localizada a través
del terreno.
-
Calidad 5.2
b. Recarga de acuíferos
inyección directa.
-
por
Calidad 5.3
a. Riego de bosques, zonas verdes
y de otro tipo no accesibles al
público.
b. Silvicultura.
-
Calidad 5.4
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a. Otros
usos
ambientales
(mantenimiento de humedales,
caudales mínimos y similares).
El control de parámetros de calidad del agua en reutilización, según los usos,
está descrito en el Anexo I.A del RD 1620/2007. La calidad del agua
regenerada debe cumplir con los parámetros anotados en el citado anexo
anterior, entre ellos tenemos: presencia o ausencia de organismos vivos,
turbidez, sólidos en suspensión y otros contaminantes que están incluidos en la
calidad del agua para el vertido según la Directiva 91/271/CEE del Consejo, de
21 de mayo de 1991, relativa al tratamiento de las aguas residuales urbanas.
En la tabla 1.1 se observan datos del Plan Nacional de Aguas que tienen que
ver con la inversión en regeneración del agua depurada, instalaciones
hidráulicas complementarias y los volúmenes estimados con horizonte en el
año 2015. El agua regenerada se reutilizar mayormente en el sector agrícola,
tal como se observa en la Tabla 1.1 (Córdova, 2008.).
Tabla 1.1. Uso del agua regenerada horizonte 2015 (Fuente. CEDEX 2008).
TIPO USO DEL
AGUA
VOLUMEN A
UTILIZAR O
ADECUAR AL RD
(hm3/año)
INVERSIÓN ESTIMADA
TRATAMIENTO
REGENERACIÓN
(€)
INVERSIÓN
ESTIMADA
TRANSPORTE
(€)
AGRÍCOLA
123,95
87.071.082
64.796.807
AMBIENTAL
64,61
38.260.502
62.965.894
INDUSTRIAL
36.72
25.558.321
23.955.639
RECREATIVO
5,23
1.610.552
9.502.677
URBANO
18,75
7.855.736
23.028.280
TOTAL
GENERAL
249,25
160.356.192
184.249.297
En España, hasta el año 2010, el MAGRAMA había identificado el uso del agua
regenerada en los porcentajes que se indican en la Figura 1.2.
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Figura 1.2. Porcentajes de uso del agua regenerada (Fuente: MAGRAMA 2010).
1.4. Regeneración del agua residual.
Por regeneración del agua residual se entiende el tratamiento al que se somete
el agua residual y cuya calidad al final del proceso utilizado es apta para un uso
en particular (Asano, 1998).
En España en el RD 1620/2007, de 7 de diciembre, se define al agua
regenerada como las aguas residuales depuradas que, en su caso, han sido
sometidas a un proceso de tratamiento adicional o complementario que permite
adecuar su calidad al uso al que se destinan.
El agua regenerada y los posibles usos a los que se destine para su
reutilización incluye un sistema integral de obras hidráulicas y de energía para
su aprovechamiento. Se debe planificar el sistema de transporte del agua
desde la instalación de regeneración hasta el destino para su uso, el
almacenamiento-regulación para distribuir caudales, normas de uso y control
de riesgos para el medio ambiente y salud pública (Mujeriego, 2005).
La regeneración y reutilización planificada de las aguas residuales juegan un
papel importante en la solución al problema de la contaminación además de
provocar un ahorro importante en el aprovechamiento del agua convencional y
agua potable que se destina a otros usos (Mujeriego, 2008).
La reutilización del agua residual forma parte del ciclo natural del agua, cuando
el agua residual se aprovecha de forma indirecta después de su descarga a
cauces o acuíferos. La reutilización planificada del agua regenerada, juega un
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papel importante en las zonas costeras españolas. Este nuevo recurso hídrico
alternativo aporta caudales para el riego de plantaciones y mantenimiento de
áreas públicas en zonas con escasez estructural, como en el Sureste del
mediterráneo español, y por otro lado libera recursos destinados para
abastecimiento público (Mujeriego, 2008).
1.5. Tipos de tratamiento terciario.
El tratamiento terciario o avanzado se utiliza para dar un tratamiento adicional
al proceso secundario del agua residual. Diferentes tratamientos se utilizan en
el tratamiento terciario para el proceso de regeneración y reutilización del agua
residual en diferentes usos (Ramalho, 1996). Los procesos más conocidos son
los siguientes:
-
Adsorción en carbón activo.
Intercambio iónico.
Ultrafiltración
Ósmosis inversa.
Nanofiltración
ED y EDR.
Oxidación química.
Métodos de eliminación de nutrientes.
En Estados Unidos de Norteamérica, el tratamiento del agua residual en fase
de regeneración actualmente es más eficiente y su tratamiento es menos
costoso, pero la percepción pública para reutilizar el agua regenerada es un
obstáculo, frente a los usos de las aguas convencionales. Además de los usos
frecuentes conocidos del agua de sistemas avanzados, la tendencia en la
regeneración del agua es tener una fuente de disponibilidad de agua limpia
para hacer frente a la escasez futura (Paulson, 2013). La Agencia Nacional de
Aguas de Singapur (Blasco, 2011), reconoce tener asegurado el
abastecimiento público a 4,7 millones de habitantes de la Ciudad-Estado de
Singapur para los próximos 100 años, su principal fuente de abastecimiento es
el agua de lluvia, aguas residuales y desalinización del agua de mar. La FAO,
sostiene que más de 3300 instalaciones de regeneración de aguas residuales a
nivel mundial, sirven para distintos usos, en el que se incluye la potabilización.
En Europa, la mayoría de los sistemas de reutilización de aguas se ubican en
las zonas costeras del mediterráneo, estando la mayor escasez acentuada en
España, Italia, Grecia, Malta, en estos países es el riego donde mayormente se
aprovecha el agua regenerada (FAO, 2013).
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Del Plan Nacional de Reutilización de Aguas en España 2010, se conoce que
se estaría reutilizado 368 hm3/año de agua residual con tratamiento terciario
(CEDEX, 2008), de un total 3375 hm3 del agua residual depurada en 2514
estaciones depuradoras. Los usos permitidos del agua regenerada se regulan
según el RD 1620/2007. El uso agrícola estaría utilizando el 71% del agua
regenerada mientras que el uso urbano (baldeo de calles, riego jardines y
campos de golf) estarían usando un 12%. La evolución de los caudales de
reutilización en España, tomando como referencia el año 1995, podría llegar en
el año 2015 a los 1000 hm3/año. Una buena parte de los caudales reutilizados
se encuentran en la Costa Brava y las Comunidades Autónomas de Valencia y
Murcia (MAGRAMA, 2010).
El CEDEX, 2008., en su informe preliminar ha elaborado unas figuras que
identifica diferentes alternativas dentro del marco de los tipos de tratamientos
descritos en el Anexo I.A del RD 1620/2007. Estos tratamientos están en las
Figuras 1.3 y 1.4.
Figura 1.3. Tipos de tratamiento sin desalación (Fuente: CEDEX, 2008).
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Figura 1.4. Tipos de tratamiento con desalación (Fuente: CEDEX, 2008)
Tres distintas opciones de tratamiento terciario se han identificado en la
provincia de Alicante (Prats & Melgarejo, 2006). Dos de ellas corresponden a
tratamiento terciario sin desalación y uno con desalación.
Figura 1.5. Esquemas de tratamiento terciario.
Los esquemas de la Figura 1.5, corresponden a procesos de regeneración de
aguas depuradas aplicados en estaciones de regeneración de aguas
depuradoras en la Provincia de Alicante, en la que se desarrollan procesos
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avanzados como la ultrafiltración con membranas (UF) y la ósmosis inversa
para procesos de desalación (OI).
Las distintas opciones para los tipos de tratamiento terciario o avanzado están
en función de las necesidades de su reutilización, la calidad del agua y el coste
que represente el proceso a utilizar. En este sentido se puede ver en la Figura
1.5., los tipos de procesos en función de los tratamientos de regeneración sin
desalación y con desalación (Trapote, 2013).
Figura 1.6. Esquemas de tratamiento sin desalación.
Las opciones (1-4) del esquema de la Figura 1.6, incluyen el uso de reactivos
químicos para lograr reducir sólidos y microorganismos. El uso de membranas
para ultrafiltración, nanofiltración, microfiltración considerados como
tratamientos avanzados, permiten obtener un agua de alta calidad, cubriendo
así una buena parte de las exigencias del RD 1620/2007 (Trapote A, 2013).
Las opciones de tratamiento 5 y 6 del esquema de la Figura 1.7, son
tratamientos avanzados. El uso de OI y electrodiálisis reversibles (EDR)
permite la eliminación del contenido de sales de las aguas residuales. El
proceso de OI puede ser utilizado para separar sal del agua de aguas salobres
o agua de mar, mientras que la EDR se utiliza para separar sal del agua de
aguas salobres. Los procesos de depuración de los esquemas en las figuras
1.6 y 1.7, describen procesos de tratamiento convencional y no convencional.
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Figura 1.7. Esquemas de tratamiento con desalación.
1.5.1. Pre-tratamiento.
Los sistemas de tratamiento terciario utilizan instalaciones para remover cargas
de sólidos y niveles de turbidez que están presentes en el agua depurada. Los
procesos químicos y físicos permiten la reducción de sólidos y niveles de
turbidez, y los procesos de desinfección se usan para el control de organismos
vivos. El pre-tratamiento puede influir en el rendimiento y mantenimiento de los
procesos no convencionales como por ejemplo el de la OI (López et al., 2004).
El pretratamiento físico y químico en procesos avanzados para la regeneración
del agua depurada (usando procesos convencionales y no convencionales), en
las instalaciones se puede ordenar de la siguiente manera (González, 2012):
-
Pre-tratamiento físico: desbaste, tamizado, decantación, filtración,
microfiltración, ultrafiltración
Pretratamiento químico: uso de coagulantes, floculantes, cloración,
decloración, corrección del pH, antiincrustantes.
El pre-tratamiento convencional más utilizado sigue los siguientes pasos:
-
-
Coagulación.- Este proceso se aplica al inicio del tratamiento,
añadiendo reactivos químicos para la sedimentación de los sólidos
en suspensión en forma de flóculos.
Decantación.- Los flóculos formados precipitan en el tanque de
decantación, logrando de esta manera clarificar el agua residual.
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-
-
Filtración.- Los filtros se usan para afinar el proceso de
sedimentación de los sólidos del agua residual que han sido objeto
del proceso de coagulación y decantación. El resultado de este
proceso debe darnos como respuesta un agua con bajo contenido de
sólidos y turbidez.
Desinfección.- la desinfección con reactivos químicos, UV, etc.,
puede verse afectada por la presencia de sólidos. Los sólidos
presentes hacen que los reactivos químicos se oxiden y no sean
efectivos, por otro lado el uso de UV en un agua con contenido de
sólidos no es efectivo porque los sólidos forman pantallas que los
rayos no pueden atravesar. La presencia de microorganismos en el
agua es un parámetro que se debe controlar para los usos previstos
en el RD 1620/2007.
En los tratamientos que se incluyan sistemas no convencionales como
ultrafiltración y ósmosis inversa, se requiere de un riguroso sistema de pretratamiento. Los filtros de anillas (Figura 1.8) son usados a modo de prefiltración en el proceso avanzado y la capacidad de retención de sólidos es de
mayor de 100 µm. Las anillas se encuentran fuertemente comprimidas y la
pérdida de carga puede ser de 5 m.c.a. (Benito et al., 2010).
Las empresas dedicadas a las instalaciones de membranas utilizan filtros de
seguridad para los procesos de ultrafiltración y ósmosis inversa. Los altos
costes que representan las membranas obligan a incluir sistemas de control
físicos y químicos para asegurar la durabilidad de las membranas (Zarzo &
Candel, 2009).
Figura 1.8. Esquema filtros de anillas.
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1.5.2. Sistemas de filtración avanzada. Ultrafiltración.
El sistema de filtración avanzada, al que se refiere este trabajo en la ERA de
Rincón de León (RL), tiene que ver con el uso de membranas mediante
ultrafiltración (UF). En este sentido hay dos líneas de tratamiento en la ERA de
RL, por un lado está la aplicación de membranas para UF sin desalación y la
otra en la que la UF es parte del pre-tratamiento para la OI.
El proceso de UF con membranas incluye las siguientes operaciones:
-
Una fuerza impulsora a presión,
Un mecanismo de separación o cribado
Una estructura de mesoporos, en la que la fase de separación se
realiza de líquido a líquido (Macías, 2012).
La UF se define también como la operación intermedia entre la microfiltración y
la nanofiltración, el tamaño medio del poro está entre 0,1-0,01, posee una capa
activa, estructura asimétrica y mayor resistencia hidrodinámica (Mulder, 2000).
El propósito de las membranas de ultrafiltración es separar partículas
suspendidas, coloidales disueltas del agua (Figura 2.9).
Figura 1.9. Esquema UF.
El flujo que va a ser filtrado se divide en dos líneas: por una parte el agua
permeada pura y por otra el agua rechazada que contiene un concentrado de
impurezas.
-
Diferentes tipos de membranas de ultrafiltración existen en el
mercado (Lora, 2011).
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Según su geometría las membranas son planas (arrollamiento espiral),
tubular/capilar y fibras huecas. Figura 1.10.
-
Membranas planas.- sirven tanto para procesos de IO como para
UF. La membrana en espiral se forma con láminas planas
intercaladas con un espacio para transportar el agua. Otro espacio
entre láminas planas sirve para transportar el permeado.
-
Membranas huecas.- son cilíndricas con un diámetro entre 0,1 a 2
mm. El flujo de alimentación tiene lugar por dentro de las fibras.
Pueden trabajar a presiones menores de 5 bar.
-
Membrana tubular.- tiene pequeña superficie de filtrado, el diámetro
de los tubos puede estar entre los 6 y 25 mm. La membrana está
contenida dentro de un tubo poroso que sirve de soporte. Puede
trabajar a régimen turbulento, lo que le beneficia para evacuar sólidos
y residuos que puedan almacenarse en su superficie. Es más común
su uso en aguas residuales.
Figura 1.10. Tipos de membranas adaptadas diferentes fabricantes.
-
Ensuciamiento de las membranas: El principal problema que se
presenta en las membranas es el ensuciamiento, debido
principalmente concentración de polarización y ensuciamiento de la
superficie y de los poros. El ensuciamiento de la membrana puede
conllevar el fallo del proceso debido al aumento excesivo de la
presión transmembrama (Macías, 2012).
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-
-
La limpieza de las membranas debido al ensuciamiento se
realizan a través de diferentes procesos (Vargas, 2008):
Retrolavado con agua permeada, difusión de aire, dosificación
química (detergentes y desinfectantes). La limpieza debe ser
periódica y permanente.
Limpieza con retrolavado: se realiza el retrolavado con agua del
permeado y la dosificación ácida o básica y detergentes, con buenos
resultados para restituir la membrana y mantener su periodo de vida
útil.
Existen diferentes fabricantes de membranas para el proceso de ultrafiltración.
Cada uno presenta diferentes características y la conversión del agua filtrada
es de 94 – 96% (González, 2012). Las marcas conocidas son las siguientes
(Figura 1.11):
-
-
-
NORIT.- Sistema en presión, trabaja con configuración horizontal
(XIGA) y configuración vertical (SEAFLEZ). Ambas configuraciones
pueden trabajar dentro fuera. Las presiones de trabajo pueden estar
entre 2 y 4 bares.
MEMCOR. – Sistema de aspiración que cuenta con configuración
sumergida y configuración presurizada. El tamaño de poro puede ser
de 0,1 µm.
ZENON.- Sistema de aspiración que cuenta con configuración
sumergida y presurizado. La configuración sumergida pueden ser
módulos Zeeweed 500 – Zeeweed 1000. La filtración puede ser fuera
o dentro. Este sistema requiere de una pre-filtración de entre 1mm –
500 µm.
Otras marcas que venden membranas con sistema a presión
HYDRANAUTICS – DOW – KOCH.
Figura 1.11. Tipos de membranas según fabricante.
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son:
1.5.3. Sistemas de desalación OI.
El proceso de desalación de aguas a través de ósmosis inversa requiere de un
exhaustivo pre-tratamiento, en el que se incluye la UF. Previo al proceso de
permeado y separación del agua es necesario incluir un último sistema de
seguridad a través de los filtros de cartucho, Figura 1.12. Los filtros cartucho se
componen de un alma de plástico y tela filtrante soldada.
La eliminación de agentes químicos para el control biológico, que se hayan
aplicado en el proceso de limpieza de las membranas en el proceso de UF,
deben ser oxidadas en la fase de filtración de seguridad, debido a que
concentraciones altas de desinfectantes afectan la capa activa de las
membranas que se utiliza para el proceso de desalación con OI (Susial, &
Soriano, 2001).
Figura 1.12. Filtros de Cartucho.
El proceso de desalación a través de OI se puede ver en el esquema de la
figura 1.13.
Figura 1.13. Esquema ósmosis inversa.
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-
-
-
Ósmosis inversa.- El proceso contrario al de osmosis convencional
se les conoce como ósmosis inversa. La ósmosis inversa se logra
aplicando altas presiones al lado de la membrana con mayor
contenido de sales e impurezas, logrando de esta forma que pase al
otro lado de la membrana agua pura. Las presiones habituales sonde
60 -70 bares en el caso del agua de mar y mucho mas reducidas en
aguas salobres, dependiendo de su salinidad. La conversión puede
ser 45-50% en aguas de mar y 60-80 % en aguas salobres.
Agua filtrada a presión.- Es el agua que ingresa a presión al
sistema de OI y que previamente ha sido sometida a los procesos de
pre-tratamiento.
Concentrado.- Es la sal muera o rechazo del proceso de OI.
Permeado.- Es el agua pura con bajo contenido de sal que ha
atravesado la membrana.
Las características del agua que se deben conocer para el proceso de OI, son
los siguientes:
-
-
Salinidad del agua.- Las aguas de mar pueden contener
concentraciones de STD de 15000 - 45000 ppm. Las aguas salobres
pueden estar entre los 500 – 15000 ppm.
Otros parámetros que se deben conocer.- Índice de Langelier y
Stiff & Davis, pH, turbidez, índice de ensuciamiento (SDI),
temperatura, precipitados.
Uno de los problemas mayores de las membranas es el ensuciamiento de las
mismas. En el proceso de filtrado, las concentraciones del agua de rechazo
puede alcanzar entre 2 a 8 veces del contenido inicial de sales. Las sales
orgánicas presentes en el agua pueden exceder su producto solubilidad y
precipitar en la superficie de la membrana provocando incrustaciones. En este
sentido, la reducción del periodo de vida de las membranas y la limitación a
una mayor conversión tienen que ver con las siguientes causas:
-
Precipitaciones de sales minerales
Óxidos metálicos
Partículas coloidales
Grasas y aceites.
El lavado de las membranas se hace con agua permeada o concentrada, libre
de cloro residual o cualquier otro oxidante. La limpieza de las membranas en su
fase mecánica, se hace a altas presiones, combinando el agua de lavado con
reactivos químicos ácidos, alcalinos y biocidas. Para aguas salobres es común
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la presencia de carbonatos (CO3Ca y SO4Ca) que provocan problemas de
precipitaciones (Susial & Soriano, 2001).
El índice de ensuciamiento orgánico (SDI) nos permite valorar la capacidad de
ensuciamiento que tiene el agua sobre las membranas (causadas por
precipitación de sales y crecimiento de microorganismos). Los períodos de
tiempo considerados para este control han sido de 15 minutos y los valores de
SDI están entre 0-6 (Gonzales, 2012).
El control de pH del agua en el proceso de permeado en muy importante. El
usos de ácidos en el agua de entrada favorece el permeado y evita las
precipitaciones de carbonato cálcico y magnésico (Arias et al, 2011).
Otro parámetro importante en este proceso es la medida de agresividad o
corrosión de un agua. El índice de Saturación Langelier, calculado entre la
diferencia del pH del agua y el pHs de saturación, aporta información sobre el
tipo de agua. Así, si el pH<pHs el agua es corrosiva., si el pH>pHs es
incrustante y si el pH=pHs hay equilibrio.
Las membranas pueden ser de distinta composición química, siendo la
poliamida aromática una de las más empleadas, se fabrican de forma plana y
luego se enrollan para formar la membrana. La capa de poliamida sobre una
capa de polisulfona porosa y un tejido soporte en poliéster forman la
membrana. Entre membranas se forman los espaciadores que impiden que se
peguen las membranas y permite que circule el agua permeada, por otro lado
circula el agua concentrada en sales (Figura 1.14). Los rollos o módulos de
membrana son colocados en tubos de presión llamados bastidores
Figura 1.14. Esquema modulo enrollado para OI.
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.
Figura 1.15. Esquema de procesos operativos de OI.
Se utiliza bombas de alta presión para lograr el paso del flujo a través de las
membranas y bombas booster para recuperar energía. El proceso de OI puede
funcionar por etapas y pasos, y en dos etapas. En la figura 1.15., se observan
los esquemas de diferentes alternativas para la operación de membranas. Para
el proceso de etapas, es el rechazo de la primera atapa la que se introduce a
una segunda etapa para obtener una segunda parte de agua purificada. Para el
proceso de pasos, el agua permeada se pasa por segunda vez por el proceso
de permeado. Esto se hace para obtener una agua de mejor calidad y bajar los
niveles de cloruro y de boro (Lora, 2011).
Figura 1.16. Esquema de tubos de presión y bastidores.
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Los tubos de presión sirven para sostener los módulos de las membranas y
soportar las altas presiones necesarias para el proceso de OI. Estos tubos de
presión pueden contener entre 6 y 8 módulos de membranas que ubicados en
una instalación son conocidos como bastidores (Figura 1.16). La conversión en
OI, depende del tipo de agua. Para aguas de mar (±45%) y salobres (±80%),
varios autores dan similares referencias.
1.5.4. Necesidades de energía.
El consumo de energía para desalar agua y producir agua dulce ha variado con
el tiempo, especialmente por el avance tecnológico equipos eléctricos,
mecánicos y tipos de membranas (Latorre, 2004). Las nuevas metodologías de
desalar el agua y la mejora continua en la explotación de las instalaciones han
permitido reducir costes de energía de 5.3 kWh/m3 de agua en 1995 hasta 2,9
kWh/m3 de agua producida en el 2010 (Gonzales, 2012). Para aguas
regeneradas los costes de energía pueden variar entre 1,1 a 1,7 kWh/m3 de
agua. Los costes ambientales tienen que ver con las emisiones de CO2, siendo
estos costes del orden 0.01 €/m3 (Mujeriego, 2005). Los costes de energía
pueden representar un 35 – 45% del coste total de explotación (Bueno, &
Ribes, 2011).
Pág. 21
2. Objeto y alcance del presente trabajo.
El objetivo de este trabajo es describir los procesos de regeneración del agua
residual depurada a través de tratamiento terciario ó avanzado de la EDAR de
Rincón de León, Alicante, así como también comparar la calidad del agua
regenerada con la normativa española para su reutilización según marco legal
vigente a la fecha.
Este trabajo ha sido realizado en las propias instalaciones de la ERA de RL
ubicada en la Ciudad de Alicante. La explotación del sistema de tratamiento se
hace a través de la empresa EMARASA.
La información ha sido suministrada por EMARASA y comprende los resultados
analíticos del agua y volúmenes de explotación en cada una de las líneas de
tratamiento del agua, dentro de los períodos del año 2012 y primer trimestre del
año 2013. El análisis de la información se ha realizado para el año 2012,
procesando resultados mensuales, semestrales y anuales del período en
mención. Los parámetros analizados en cada línea de tratamiento guardan
estrecha relación con los objetivos de calidad del RD 1620/2007. Se realizan
los análisis eficiencia de rendimiento en eliminación de contaminantes como
sólidos en suspensión, sales disueltas, población biológica, así como también
determinar los niveles de conversión y volúmenes de agua regenerada, y
energía consumida por metro cúbico de agua regenerada en este proceso.
Pág. 22
3. Resultados y discusión.
3.1. Explotación del Tratamiento Terciario de Rincón de León.
La estación depuradora del agua residual (EDAR) de Rincón de León (RL),
cuenta con un tratamiento secundario a través del sistema de depuración
biológica. El agua depurada es enviada a la estación regeneradora o
tratamiento terciario ubicada en la misma área de la instalación Figura 3.1.
Figura 3.1. Esquema de reparto del agua.
La ERA tiene una capacidad de tratamiento de 60.000 m3/día y sirve a una
población cercana a los 420.000 habitantes de Alicante y San Vicente del
Raspeig.
El agua regenerada está destinada por un lado a comunidades de regantes
(1.500 usuarios de las dos comunidades de riego suscritas y 3.140 hectáreas
de cultivos de esta provincia), y por otro lado al mantenimiento y limpieza de
áreas públicas.
Se han identificado tres alternativas de tratamiento en el proceso de
regeneración del agua depurada en Rincón de León en la ERA-RL (procesos
que se podría asimilar a los denominados TR-2, TR-1 y TR-5 en el estudio
CEDEX, 2008), los que se explicara con más detalle en los siguientes
apartados.
Pág. 23
3.1.1. Alternativa 1. Tratamiento físico – químico más desinfección.
3.1.1.1. Pre-tratamiento.
El agua bruta (AB) ingresa a la estación regeneradora de agua (ERA) desde un
repartidor de caudales ubicado a la salida del sistema secundario de la EDARRL. Antes de llegar el agua depurada al sistema de filtros rápidos en la ERA, el
AB entra en contacto con el cloruro férrico a través de una cámara de mezcla y
pasa por el decantador lamelar. En la Figura 3.2 se presenta una fotografía del
pretratamiento.
Figura 3.2. Instalación pre-tratamiento que incluye cámara de mezcla de químicos y filtros
rápidos EDAR-ERA de RL.
El agua filtrada tiene dos destinos. 1) hacia los regantes pasando por
desinfección UV. 2) hacia el sistema de UF. Los fangos resultantes de la
limpieza de los filtros rápidos son enviados a un sistema químico de
coagulación con cloruro férrico. En este proceso el agua decantada se vierte al
emisario si cumple con los parámetros de la Directiva 271/91 y el fango se
recircula a la cabecera de la EDAR. El sistema de UF con membranas es parte
del sistema de pre-tratamiento cuando las instalaciones de OI empiezan a
funcionar. En este sentido se puede decir que existe un proceso convencional y
dos procesos no convencionales.
3.1.1.2. Calidad del agua a regenerar.
En la Tabla 3.1 se muestra la calidad media del agua a regenerar que proviene
del sistema secundario de la EDAR de Rincón de León (RL).
Pág. 24
Los parámetros de calidad corresponden a una media anual de la calidad del
agua depurada, la misma que cumple con Directiva 91/271/CEE.
Tabla 3.1. Calidad mensual media (año 2012) del agua a regenerar (Fuente: EMARASA).
PARÁMETROS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
pH
7,51
7,47
7,45
7,43
7,52
7,46
7,26
7,49
7,38
7,38
7,38
7,41
S.S. (mg/L)
17,19
20,11
20,38
20,21
18,25
23,77
18,44
15,26
13,26
12,89
12,89
11,31
Sól.totales
disueltos
(mg/L)
1456
1484
1581
1684
1497
1552
1439
1591
1575
1346
1382
1585
Conductividad
20ºC (µS/cm)
2313
2234
2204
2542
2477
2487
2329
2367
2479
2092
2065
2474
Turbidez (NTU)
4,19
6,05
6,57
5,43
4,48
6,39
5,16
5,1
3,18
3,81
3,34
3,91
D.Q.O. (mg/L)
45,6
58,75
63,8
59,7
49,7
62
51,7
51,3
47,88
48,9
46,38
42,88
D.B.O.5 (mg/L)
16
14
10
16
8
14
22
8
16
16
4
8
Jar-Test
26,7
25,75
23,8
26
26,3
26,25
28,4
25,3
26,38
26,4
26,3
26,13
Nitrógeno total
(mg/L)
37,5
44,5
39,5
44,5
42,5
45,5
43
41,5
36
36
29,5
39
Fósforo total
(mg/L)
5,65
4,3
3,7
3,6
5,05
2,3
4,15
5,15
5,55
6,05
4,95
4,75
Fosfatos (mg/L)
15,84
12,14
9,29
9,18
6,5
8,89
8,06
14,18
13,09
19,12
12,97
14,81
Hierro total
(mg/L)
0,41
0,52
0,5
0,54
0,45
0,61
0,58
0,44
0,37
0,35
0,32
0,41
2+
0,33
0,37
0,3
0,46
0,37
0,49
0,35
0,3
0,25
0,27
0,25
0,25
3+
0,08
0,15
0,2
0,1
0,08
0,11
0,22
0,15
0,13
0,08
0,06
0,16
92
97,25
82,68
82,9
96,6
90,43
89,42
86,86
91,18
88,18
85,47
83,75
485,5
517,7
518,3
535
479,8
507,8
526,2
587,5
575,3
506
393,2
517,2
Fe (mg/L)
Fe (mg/L)
Calcio (mg/L)
Cloruros (mg/L)
E. coli
(UFC/100mL)
21420 58938 3E+05 36225 68700 4E+05 4E+05 3E+05 2E+05 2E+05 1E+05 64875
3.1.1.3. Filtros rápidos.
La primera fase de este proceso empieza cuando el AB entra a un depósito de
laminación de 8500 m3 de volumen previo contacto con el cloruro ferrico
(CL3Fe), a continuación, el agua es enviada a los filtros rápidos. El proceso
químico consiste en la aplicación de cloruro férrico (FeCl 3). La elección del
FeCl3 tiene que ver con las características de este producto: acción de
coagulación a gran velocidad, alta capacidad de adsorción de contaminantes
orgánicos e inorgánicos y capacidad de trabajo en un amplio rango de pH (4 –
10). El cloruro férrico se utiliza para depurar las aguas residuales y para
tratamiento de aguas de consumo. El FeCl 3 en medio acuoso ligeramente
Pág. 25
básico reacciona con el ión hidróxido para formar flóculos de FeO(OH){oxihidróxido de hierro (III)}, que puede eliminar los materiales en suspensión.
Se observa en la Figura 3.3, la línea de agua en el sistema de filtración y líneas
de distribución en dirección de la cámara de UV y por otra vía a los trenes de
UF.
Figura 3.3. Pantalla control de proceso filtrado.
El ingreso al sistema de filtros rápidos es en una estructura de hormigón
armado. Son un total de 60 los filtros de arena de sílice y funcionan con un
sistema de lavado continuo con aire. La superficie de filtración es de 317,4 m2 y
una velocidad de filtración de 7,88 m/h., para un caudal de 2500 m 3/h. La
pérdida de agua por efecto de lavado está entre el 7 – 8 %. Otros parámetros:
granulometría de arena de 1-2 mm, densidad 1500 kg/m3 y cantidad 1236 t.
3.1.1.4. Desinfección ultravioleta.
En esta primera parte del tratamiento se deriva desde el sistema de filtración de
arena la cantidad de 8800 m3/día de agua filtrada a un sistema de desinfección
Pág. 26
a través de un equipo de radiación ultravioleta (UV). Este proceso cuenta con
un tren de tratamiento UVFitTM. El tren contiene entre 1 y 3 cámaras UV. Cada
cámara de UV va provista de brida de entrada y de salida, tapa final y conjunto
de reactor, ver Figura 3.4.
Figura 3.4. Equipo UV.
La primera parte de este sistema terciario concluye con un tratamiento del agua
bruta mediante proceso químico, físico y desinfección. El sistema utilizado
similar al tratamiento Tipo 2 de agua no desalada descrito por CEDEX, 2008.
Figura 3.5., para usos de agua regenerada exigida en el RD 1620/2007.
Figura 3.5. Esquema línea de agua tratamiento sin desalación (Fuente CEDEX, 2008).
Pág. 27
La calidad del agua regenerada media mensual, año 2012, se observa en la
Tabla 3.2. El tratamiento del agua depurada es a través de proceso químico,
físico y UV. Los resultados de los parámetros están dentro de lo exigido en la
normativa del Real Decreto 1260/2007 sobre Reutilización de Aguas
Depuradas en los usos Urbano 1.2. a), b), c) y d); Agrícola 2.1 a); Recreativo
4.1 a).
Tabla 3.2. Resultados medios mensuales (año 2012) de la calidad del efluente.
PARÁMETROS
pH
S.S. (mg/L)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
7,45
7,29
7,36
7,3
7,44
7,49
7,22
7,35
7,37
7,11
7,25
7,36
11 11,65
9,51
8,34
8,57
8,61
2,32
2,76
2,49
1,92
10,18 13,25 12,96 12,64 12,76 15,72
Turbidez (NTU)
2,53
4,2
4,58
3,61
3,11
5,11
3,07
2,66
D.Q.O. (mg/L)
34,7 46,63
51,5
44,9
46,5
49
37,4
37,9
40 40,38
40,4 33,63
D.B.O.5 (mg/L)
8
6
10
4
3
9
10
6
10
9
4
4
Nitrógeno
total(mg/L)
35
43
37
43
42,5
43,5
37
33
32
31,5
26,5
40
Fósforo
total(mg/L)
5,1
3,85
3,55
2,85
4,8
2
3,2
4
4,9
5,35
4,3
4,55
Bicarbonatos
(mg/L)
275
305
310
321
401
505 286,7
229
361
350
373
360
Calcio (mg/L)
92
105
83,4
83
86
83,5
84,3
85,5
90,8
86,5
83,8
84,5
Sulfatos (mg/L)
298
313
172
329
264
290
239
249
279
103
245
427
Estroncio
(mg/L)
3,2
3,5
2,4
2,1
2,6
2,4
2,5
2,6
2,2
2,5
2,7
2,9
Fluoruros
(mg/L)
0,12
0,15
0,19
0,09
0,26
<0,1
0,2
0,34 <0,10
0,11
0,16 <0,10
Hierro total
(mg/L)
0,5
0,46
0,57
0,37
0,31
0,61
0,74
0,41
0,33
0,23
Bario (mg/L)
Silicatos (mg/L)
E. coli
(UFC/100mL)
Legionella spp.
(UFC/100mL)
0,54
0,5
<0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05
9,47
9,62 18,96
17,38 61,75
0
0
17,8
2,68 18,66 13,82
6,25 65,63 109,7 133,5
0
0
0
Pág. 28
0
14,1
0,16
9,79
82 138,5 96,63 81,88
0
0
0
0
8,46
11,6
40 49,13
0
0
3.1.2. Alternativa 2. Tratamiento físico-químico más filtración avanzada
mediante ultrafiltración.
El proceso químico y de filtración rápida utilizados para el TR-2, son los
mismos que se utilizan en la alternativa 1. El agua decantada y filtrada se envía
al sistema de filtración avanzada.
Previo al sistema de ultrafiltración (UF) se utilizan filtros de seguridad de mallas
inoxidables de 25 µm de porosidad, con el fin de asegurar el control de
partículas que podrían escapar del pre-tratamiento. La UF se emplea con dos
objetivos en esta ERA. Por un lado para el tratamiento del agua mediante los
procesos de pre-tratamiento explicados anteriormente y la ultrafiltración y por
otro lado como tratamiento previo a desalación con ósmosis inversa. En esta
parte se describe el proceso de UF sin desalación.
Se utilizan membranas huecas marca ZENON, siendo la capacidad de
tratamiento de este sistema de 60000 m3/día. Se han construidos seis trenes
de tratamiento, cada tren con 6 casetes de membranas que se encuentran
sumergidas (Figura 3.6).
Figura.- 3.6. Trenes de UF.
Pág. 29
El flujo medio diseñado es de 19,42 LMH. El permeado va a dos depósitos de
65 m3 cada uno, uno de los depósitos además sirve para el proceso de
retrolavado de los trenes. La conversión media mes de julio año 2012 es del
92,6%, la misma que se repite en el resto del año de estudio (Figura 3.7).
Conversión sistema UF mes julio año 2012
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
%
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Figura. 3.7 Conversión media mensual trenes UF.
El sistema de limpieza de las membranas tubulares funciona en forma de
retrolavado con agua permeada y aportación de burbujas de oxígeno: Las
limpiezas químicas se hacen aplicando desinfectantes y anti-incrustantes. Los
principales tipos de suciedad en las membranas son: partículas,
microorganismos y acumulación de sales insolubles (Scaling) (Meier et al.
2006).
La limpieza química y física de las membranas se realiza con desinfectantes,
agua presión y ácidos. Este proceso de ultrafiltración requiere de un
mantenimiento riguroso de las membranas para lograr un funcionamiento
eficiente de la instalación y mantener en buen estado las membranas. Se utiliza
ácido sulfúrico (H2SO4) para bajar el pH del agua a 2-3 controlando de esta
manera precipitaciones de bicarbonatos. La limpieza se realiza para eliminar
contaminantes orgánicos con hipoclorito sódico (NaOCL). El ácido cítrico
(C6H8O7) se usa para eliminar contaminantes inorgánicos. En el retrolavado a
presión se utiliza el agua permeada. Este proceso de limpieza dura entre 1 y 5
horas y se lo hace con frecuencias mensuales y trimestrales.
Pág. 30
Figura 3.8. Pantalla control proceso UF.
En la figura 3.8, se observa el sistema de flujo de la alimentación de caudal al
sistema de UF con membranas y las salidas del agua filtrada-permeada y el
rechazo-lodos
Valores medios SDI
2,6
SDI trenes UF
2,4
2,32
2,2
2,21
2,27
2,11
2
2,45
2,37
1,99 1,94 1,97
1,8
2,28
2,18
2,12
2,04
2,01
1,91
1,89
1,81
1,76
1,75
1,6
2,27
1,58
1,57
1,4
1,39
1,87
1,87
1,72
1,68
1,67 1,69
1,43
1,2
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Tiempo días
Figura 3.9. Registro medios diarios de SDI mes agosto 2012 (EDRA-ERA-RL)
Pág. 31
El potencial de ensuciamiento (SDI) analizado del agua, que sale de los trenes
de UF hacia los bastidores de OI entra en los rangos de los valores
recomendados de SDI, de entre 3 y 4.
En la Figura 3.9, se observa valores medios de SDI a la salida de los trenes de
UF, los mismos que están dentro del rango de valores recomendados
(González, 2012).
Para el uso del agua en riego, se considera la relación de absorción de sodio
(SAR) como indicador de calidad del suelo, por su efecto en la permeabilidad.
Este parámetro incluye en su fórmula, contenidos de sodio respecto al calcio y
magnesio (Mujeriego, 1990). Los valores de referencia se muestran en la Tabla
3.3.
Tabla 3.3. Valores de SAR para uso agrícola.
S.A.R.
0 – 10
10 – 18
18 – 26
Mayor de 26
Riesgo
Bajo
Medio
Alto
Muy alto
Formula S.A.R
El índice de SAR media semestral se puede observar en la Tabla 3.4, con
valores de sodio para los suelos dedicados al riego con esta agua. Los
resultados de esta tabla se pueden comparar con valores los de referencia de
la Tabla 3.4, para determinar su nivel de riesgo.
Tabla 3.4. Valor medio proceso UF.
Parámetros
Semestrales
Muestra
FECHA
10.12.12
2+
Ca (mg/L)
2+
SAR
UF/UV
86
Mg (mg/L)
54,5
Na+(mg/L)
288
Pág. 32
2,02
Otro parámetro importante en el control del agua depurada para su
regeneración es el índice de Langelier. Wilfred F. Langelier, 1930, descubrió
problemas de corrosión e incrustación en la red pública de agua. Estos
problemas tienen como referencia el grado de saturación de carbonato cálcico
en el agua, lo que guarda relación con parámetros de pH, alcalinidad y dureza.
Si LSI es < 0, se dice que el agua tiende a ser corrosiva, si LSI > 0, la
tendencia es incrustante. Para aguas salobres varios autores recomiendan
trabajar con valores LSI ± 0,5. El índice de Langelier está determinado por la
expresión LSI = pH – pHs (pHs 0 pH saturación), se aplica como referencia
para guas con una salinidad máxima de 5000 ppm.
Tabla 3.5. Calidad media mensual, año 2012, del agua permeada proceso UF.
PARÁMETROS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
pH
7,43
7,38
7,42
7,48
7,44
7,42
7,19
7,42
7,33
7,26
7,3
7,39
S.S. (mg/L)
0,49
0,44
0,6
1,49
2,39
2,15
1,14
0,44
0,5
0,45
0,31
0,46
Sól.totales
disueltos
(mg/L)
1591
1392
1630
1787
1491
1446
1374
1596
1573
1503
823
1732
Conductividad
20ºC (µS/cm)
2326
2256
2178
2468
2434
2413
2376
2487
2476
2006
1920
2403
Turbidez (NTU)
0,4
0,45
0,49
0,42
0,45
0,5
0,49
0,49
0,4
0,38
0,36
0,33
25,24 29,13
29,8
24,5 28,64 26,25
D.Q.O. (mg/L)
D.B.O.5 (mg/L)
Índice de
Langelier
24,4 28,75
28,5 29,75 27,08 23,48
4
4
2
2
1
5
5
3
2
7
1
1
0,28
0,19
0,34
0,12
0,53
0,21
0,46
0,65
0,28
0,06 0.017
0,24
Nitrógeno
total(mg/L)
33
40
31,5
42,5
41,5
45
35,5
32
29,5
30,5
20,5
38,5
Fósforo
total(mg/L)
4,05
3,45
2,9
2,25
3,85
1,7
4,2
2,35
4,8
4,95
4,2
3,75
12,4 10,76
9,05
8,75
6,58
8,22
7,05
0,21
0,18
0,23
0,23
0,21
0,23
Fosfatos (mg/L)
Hierro total
(mg/L)
Cloruros (mg/L)
E. coli
(UFC/100mL)
Nematodos
(nºhuevos/L)
Legionella spp.
(UFC/100mL)
0,21
490,8 504,5
497 524,5 481,2
41,8 20,75 11,75 12,88
0
0
0
39,8
39,5
12,9
0
9,91 11,88 13,89 11,49 11,42
0,2
0,2
0,19
0,15
0,23
474 515,6 570,8 534,3 485,5 387,6 524,4
43,3 49,25
0
0
29 69,33
81
Pág. 33
44
0
44,8 39,88 54,25
0
0
0
35,5
6,75
0
0
74 97,4 75,6 67,8 34,4 35,3
En la Tabla 3.5, se muestra la calidad del agua después del tratamiento que se
ha descrito como Alternativa 2, a través de los procesos de filtración, físico
químico, y UF. Según el Real Decreto sobre Reutilización de Aguas Depuradas
los posibles usos podrían ser Uso Urbano, Agrícola, Industrial, Ambiental,
Recreativo.
La media mensual del Índice de Saturación de Langelier (LSI) se encuentra en
los rangos de 0,1 > 0,6., con tendencia a ser incrustante. El tipo de tratamiento
es similar al tratamiento TR-1 de agua no desalada descrito por CEDEX, 2008.
En la Figura 3.10, se observan las recomendaciones del proceso de
tratamiento y calidad biológica del agua regenerada.
Figura 3.10. Proceso línea del agua con UF sin desalación.
Pág. 34
3.1.3. Alternativa 3. Tratamiento físico-químico más ultrafiltración más
ósmosis inversa.
El proceso de pre-tratamiento para este proceso incluye el sistema de filtración
avanzada a través de membranas para UF. El agua se envía a los bastidores
de OI previo el paso por los filtros de seguridad.
El control de sustancias que puedan deteriorar las membranas y reducir la
eficiencia del sistema, desde el punto de vista económico y de calidad del
agua, tiene que ver con la aplicación de un riguroso tratamiento previo químico
y físico antes de separar el agua por OI.
Para preservar las membranas se hace uso de procesos químicos y físicos. El
proceso químico consiste en controlar residuos de cloro que puedan oxidar las
membranas. Para ello se utiliza bisulfito de sodio (NaHSO 3), acción que se
hace efectiva en el sistema físico de filtros de cartucho. El proceso físico se
hace a través de filtros de cartucho. Se instalan 88 filtros de cartucho de 5 µm
en un depósito de acero, para cada bastidor (Figura 3.10). Los filtros se
sustituyen cuando se detecta variación de presión en los manómetros a la
entrada y salida de esta instalación, siendo la variación de presión un indicador
de ensuciamiento de los filtros cartuchos.
Figura. 3.10. Bastidores con filtros de cartucho proceso OI.
Los bastidores están instalados en dos etapas, se utiliza 7 membranas de
poliamida de arrollamiento espiral por tubo de presión. Cada bastidor cuenta
con 60 tubos, de estos el 60% de tubos de presión son de primera etapa y el
40% tubos presión de segunda etapa. La instalación completa está constituida
Pág. 35
por 5 bastidores. La conversión media es del 70%. Para el mantenimiento y
conservación de las membranas se utiliza un anti-incrustante comercial con
sistema de limpieza ácida y básica, en las dos etapas de cada bastidor. Este
proceso debe lograr la remoción de sales y capa biológica que puedan
incrustarse en las superficies de las membranas de OI. Se completa la limpieza
con sistema de retrolavado. En los bastidores se ha instalado una bomba tipo
BOSTER para recuperar energía, la misma que se incorpora al sistema de
energía local de la EDAR-RL. En la figura 3.10 se observa el sistema de
alimentación de caudal a bastidores, el permeado y rechazo-concentrado.
Figura 3.10. Pantalla control proceso OI.
Referencia media conversión
Conversión %
74
73
72
71
70
69
68
-1
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
Días del mes de julio 2012
Figura 3.11. Conversión media OI.
Pág. 36
La conversión media mensual (Julio 2012) en esta fase de OI (EDAR.ERA.RL)
es del 70%, tal como se representa en la Figura 3.11
La calidad del agua resultado del proceso de OI se puede observar en la tabla
3.6. El contenido de SS y de microorganismos de las aguas tratadas ha sido
totalmente eliminado en esta fase de tratamiento. Esta calidad del agua,
después del tratamiento descrito, que se ha descrito como Alternativa 3, a
través de los procesos de filtración, físico químico, UF y OI. La calidad del agua
en este caso se puede usar en todos los usos según de RD 1620/2007.
.Tabla 3.6. La calidad del agua media del efluente de OI.
PARÁMETROS
pH
S.S. (mg/L)
Sól.Totales
disueltos
(mg/L)
Conductividad
20ºC (µS/cm)
1
2
6,43
14,5
0,17
D.Q.O. (mg/L)
2,6
D.B.O.5 (mg/L)
1
Nitrógeno
total(mg/L)
Fósforo
total(mg/L)
Cloruros (mg/L)
Coliformes total
(UFC/100mL)
Coliformes
fecal
(UFC/100mL)
6,33
9
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6,86
6,59
6,57
6,64
6,64
6,83
6,83
6,61
7
6,5
0,12
0,1
2,1
0,2
0,25
0,05
0,1
0,33
0
0
25
7
25
41,5
26
41,5
34,5
10,5
12,5
59,5
48,71 50,75 39,46 51,41 52,31 65,99 76,13 76,57 72,47 61,92 49,99 39,32
Turbidez (NTU)
Nematodos
(nºhuevos/L)
3
0,2
0,22
0,21
0,21
0,17
0,23
0,2
0,21
0,23
0,24
0,15
4,4
3,5
2,16
2,4
3,74
4,43
4,5
7,3
0,8
1,9
1
1
0
1
2
1
0
1
1
1
1
3,5
2,05
3
4,5
8,6
1,85
3,6
7,5
2,55
1,75
2
2,25
0,2
0,06
0,13
0,3
0,2
0,11
0,55
0,25
0,2
0,4
0,05
0
11,5
16,5
11,5
14
15,6 18,25
17,6
20,5 22,75 13,75
12
12,6
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Legionella spp.
(UFC/100mL)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
E. Coli
(UFC/100 mL)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Según se observa en la Tabla 3.7, de acuerdo a los resultados del índice de
SAR, el agua osmotizada está dentro del rango de bajo riesgo de degradación
del suelo por riesgo de sodio.
Pág. 37
Tabla 3.7. Índice SAR efluente OI.
S.A.R
Parámetros
Semestrales
OI
FECHA
10.12.12
Ca2+ (mg/L)
0,90
2+
3,5
Mg (mg/L)
0,05
Na+(mg/L)
6,12
El caudal de rechazo o concentrado es enviado al emisario, las
concentraciones de sales son menores de los 7000 ppm. La salmuera es
vertida al mar (Tabla 3.8) en las inmediaciones de la zona portuaria y área de
captación de las desaladoras Alicante I y II, ubicadas en la Ciudad de Alicante
– Mar Mediterráneo. Los valores de DQO, nitrógeno y fósforo total se han
elevado respecto al influente o agua bruta de entrada a la ERA. En principio
estos serían los únicos parámetros que estarían por encima de lo indicado en
la Directiva 91/271/CEE.
Tabla 3.8. Efluente sal muera – Valor medio mensual periodo año 2012
PARÁMETROS
1
2
S.S. (mg/L)
Sól.Totales
disueltos
(mg/L)
5541
Conductividad
20ºC (µS/cm)
3
5
6
7
8
9
10
11
12
6
14,3
12,8
9,38
9,5
5425
6412
6583
5578
5646
5234
6046
5793
4868
4839
5884
7180
6874
6461
8604
7936
7716
7551
7294
7074
6696
6073
7301
Turbidez (NTU)
0,65
0,78
0,56
0,83
0,48
0,54
0,48
0,58
0,61
0,81
1,62
1,43
D.Q.O. (mg/L)
106,6
D.B.O.5 (mg/L)
6
0
0
6
8
6
40
8
8
8
6
24
Nitratos (mg/L)
19,3
7
10,6
8,1
9,8
2,9
4,7
22,5
13,6
9,6
20,5
14,4
Cloruros (mg/L)
1882
1509
1441
2024
1430
1612
1977
2166
1704
1803
966
2009
Nitrógeno
(mg/L)
105
144 111,5 137,5
153
122
88,5 103,5
101
98,5
82,5
116
6 11,65 15,15 17,55 20,05
17,4
16,4
Fósforo (mg/L)
11,1 10,13
4
152 127,3 171,8
19,25 13,75 11,25
135 128,8
9,3 15,35
16,5 19,75 13,25 11,33 14,58
108 112,3
116 114,8 104,3 125,8
El proceso de tratamiento en esta fase de la EDAR-ERA-RL es equivalente
corresponde a un tratamiento tipo TR-5. (CEDEX, 2008), como se muestra en
la Figura 3.12. En este proceso de tratamiento se cumple con la normativa del
RD 1620/2007, pudiendo el agua ser reutilizada en todos los usos permitidos.
Pág. 38
La calidad del agua al final de este proceso está casi libre de sales disueltas
por lo que su uso en la agricultura podría ser para todo tipo de cultivo.
Figura 3.12. Proceso línea del agua OI.
Pág. 39
3.1.4.- Consumo de energía.
El consumo de energía se ha calculado considerando tres conjuntos de
tratamientos:
-
-
Filtración, físico químico y ultravioleta.- Energía consumida en los
filtros de arena (FA), físico – químico (FQ), equipo ultravioleta (UV) y
agitadores.
Ultrafiltración.- Energía consumida en las membranas de
ultrafiltración (UF).
Ósmosis inversa.- Energía consumida membranas de ósmosis
inversa (OI).
En la figura 3.13 se muestran los consumos medios mensuales del proceso de
regeneración de aguas. El 20% del consumo de energía corresponde a los
procesos de filtración, físico químico y desinfección, el 23% a ultrafiltración y el
57% a desalación. Si se suman todos los procesos la media anual de consumo
de energía por cada m3 de agua tratada estaría en los 2,61 kWh/m3.
Consumo energía media mensual
3,5
3
kw/m3
2,5
Q+F+UV
2
UF
1,5
OI
Media Total
1
0,5
0
0
1
2
3 4 5 6 7
meses (año 2012)
8
9
10 11 12 13
Figura 3.13. Consumo de energía por áreas de tratamiento.
Para calcular los costes energéticos se consideran las tarifas oficiales del
segundo trimestre del año 2013, que son de 0,138658 €/kWh. Así resulta un
coste energético medio para el agua tratada con Filtración+F-Q+UV de 0,071
€/m3, para el tratamiento con UF de 0,082 €/m3, y para la OI de 0,21 €/m3. Si se
suman todos los costes energéticos el coste total sería de 0,362 €/m3.
Pág. 40
3.1.5.- Reutilización del agua regenerada.
Los caudales de agua regenerados en 2012 por cada una de las alternativas
citadas se muestran en la Figura 3.14
Líneas de regeneración de agua ERA - Rincón de León
1800000
m3/d agua tratada
1600000
1400000
1200000
F+FQ+UV m3/d
1000000
UF m3/d
800000
0I m3/d
600000
400000
200000
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
meses (año 2012)
Figura 3.14. Línea del agua de los tres tipos de tratamiento.
La ERA de Rincón de León produce una media de 11 hm3 de agua regenerada.
El 63% del agua regenerada está destinada a comunidades de regantes y el
resto para uso urbano en la ciudad de Alicante. El 44% del agua regenerada
corresponde al proceso F+Q+UV. El 43% del agua regenerada corresponde al
proceso UF. El 12 % del agua regenerada corresponde al proceso OI. La suma
de caudales tratados corresponde a las tres alternativas estudiadas.
El agua reutilizada a través de las comunidades de regantes de Alicante
(ARALVI - AGRICOOP), en el año 2012 fue de 7 hm3 que corresponde al 63%
del total del agua regenerada. El resto de volúmenes de agua regenerada son
utilizados para limpieza de calles y riego de áreas verdes en Alicante. En la
Tablas 3.9, 3.10 y 3.11, se indican los volúmenes mensuales destinados a las
comunidades de regantes con la correspondiente conductividad eléctrica.
Como se puede apreciar en los meses de junio a septiembre se produce una
mayor demanda.
Pág. 41
Tabla 3.9 Registro de caudales medios mensuales tratados y reutilizados año 2012.
C.R. Agricoop -Depósito 1Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Total
Promedio
Caudal
OI
(m3/mes)
Conduct.
OI
(µS/cm)
Caudal
UF/UV
(m3/mes)
Conduct.
UF/UV
(µS/cm)
Caudal
Total
(m3/mes)
Conduct.
Promedio
(µS/cm)
41.745
38.093
41.831
54.107
54.999
73.862
103.695
112.625
76.271
39.997
9.377
45.326
691.928
36
37
37
46
54
83
86
98
94
45
57
47
113.597
110.684
178.360
142.078
132.646
179.356
228.905
237.954
229.927
152.300
71.711
107.861
1.885.379
2.398
2.399
2.163
2.301
2.441
2.411
2.395
2.622
2.462
1.487
2.063
2.549
155.342
148.777
220.191
196.185
187.645
253.218
332.600
350.579
306.198
192.297
81.088
153.187
2.577.307
1.764
1.794
1.761
1.681
1.746
1.736
1.676
1.811
1.872
1.187
1.831
1.809
57.661
60
157.115
2.308
214.776
1.722
Tabla 3.10 Registro de caudales medios mensuales tratados y reutilizados año 2012.
C.R. Agricoop -Depósito 2-
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Total
Promedio
Caudal
OI
(m3/mes)
Conduct.
OI
(µS/cm)
Caudal
UF/UV
(m3/mes)
Conduct.
UF/UV
(µS/cm)
Caudal
Total
(m3/mes)
Conduct.
Promedio
(µS/cm)
11.285
9.018
32
33
41.603
31.922
2.508
2.506
52.888
40.940
1.981
1.961
9.443
14.427
23.267
24.221
29.096
30.219
21.627
10.493
1.649
14.586
199.331
31
39
43
64
67
73
75
29
51
46
50.051
41.569
75.640
84.173
92.801
87.122
81.859
47.542
11.686
44.429
690.397
2.132
2.336
2.446
2.374
2.416
2.501
2.541
1.345
2.077
2.510
59.494
55.996
98.907
108.394
121.897
117.341
103.486
58.035
13.335
59.015
889.728
1.799
1.744
1.881
1.858
1.856
1.876
2.026
1.107
1.826
1.901
16.611
49
57.533
2.308
74.144
1.818
Pág. 42
Tabla 3.11 Registro de caudales medios mensuales tratados y reutilizados año 2012.
C.R. Aralvi
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Total
Promedio
Caudal
OI
(m3/mes)
Conduct.
OI
(µS/cm)
Caudal
UF/UV
(m3/mes)
Conduct.
UF/UV
(µS/cm)
Caudal
Total
(m3/mes)
Conduct.
Promedio
(µS/cm)
45.976
57.103
36
37
167.990
225.401
2.417
2.467
213.966
282.504
1.906
1.976
93.149
83.934
100.798
111.051
130.460
160.683
130.302
33.747
348
9.321
956.872
37
45
55
83
87
100
93
42
74
49
180.849
104.972
176.100
228.381
240.548
236.219
189.707
245.724
85.603
24.667
2.106.161
2.228
2.360
2.456
2.398
2.341
2.563
2.518
1.842
2.025
2.516
273.998
188.906
276.898
339.432
371.008
396.902
320.009
279.471
85.951
33.988
3.063.033
1.739
1.813
2.221
1.976
2.170
1.566
1.531
1.625
2.017
1.839
79.739
61
175.513
2.344
255.253
1.865
Pág. 43
4. Resultados globales.
a) Los resultados analíticos del agua media anual para tipo de tratamiento
TR-2 se observa en la Tabla 4.1 y Figura 4.1;
Tabla 4.1. Calidad media anual (año 2012) del efluente de filtros de arena + UV.
FASE
PARÁMETROS
pH
7,33
S.S. (mg/L)
11,27
Turbidez (NTU)
3,20
D.Q.O. (mg/L)
41,91
D.B.O.5 (mg/L)
6,92
Nitrógeno total(mg/L)
37,00
Fósforo total(mg/L)
4,04
EFLUENTE
Bicarbonatos (mg/L)
339,73
FILTRO ARENA
Calcio (mg/L)
87,36
RL/FA/UV
Sulfatos (mg/L)
267,33
Estroncio (mg/L)
2,63
Fluoruros (mg/L)
0,14
Hierro total (mg/L)
0,46
Bario (mg/L)
0,00
Silicatos (mg/L)
11,26
E. coli (UFC/100mL)
73,52
Legionella spp. (UFC/100mL)
0,00
Figura 4.1. Usos según calidad del agua regenerada.
Pág. 44
b) Los resultados analíticos medios anuales del agua para tipo de
tratamiento TR-1 se observa en la Tabla 4.2. Figura 4.2.
Tabla 4.2. Calidad media anual (año 2012) del efluente de membranas UF.
PARÁMETROS
Media anual 2012
pH
7,37
S.S. (mg/L)
0,91
Sól.totales disueltos (mg/L)
1494,83
Conductividad 20ºC (µS/cm)
2311,92
Turbidez (NTU)
0,43
D.Q.O. (mg/L)
27,13
D.B.O.5 (mg/L)
3,08
Índice de Langelier
0,28
Nitrógeno total(mg/L)
35,00
Fósforo total(mg/L)
3,54
Fosfatos (mg/L)
10,12
Hierro total (mg/L)
0,21
Cloruros (mg/L)
499,18
E. coli (UFC/100mL)
33,74
Nematodos (nºhuevos/L)
0,00
Legionella spp. (UFC/100mL)
0,00
Figura 4.2. Usos según calidad del agua regenerada.
Pág. 45
c) Los índices de calidad identificados (Tabla 4.3), como el de Langelier
dan como resultado una calidad del agua incrustante. Por tanto el control
de precipitaciones se podría hacer con carbonato cálcico considerando
que esta agua contiene valores menores de 5000 ppm de salinidad
(Gonzales, 2012). Los valores de SDI son menores a 5, por lo no se
prevén problemas en el uso de membranas para OI. El valor del SAR
indica valores de riesgo bajo de sodio para los suelos dedicados al riego.
Tabla 4.3. Media anual (año 2012) indicadores de calidad.
PARÁMETROS
VALOR
Índice de Langelier
0,28
SAR
3,58
SDI
1,39 – 2,45
pH
6,65
d) Los resultados analíticos del agua media anual para tipo de tratamiento
TR-5 se observan en la Tabla 4.4. y Figura 4.3.
Tabla 4.4. Calidad media anual (año 2012) del efluente de OI.
FASE
OSMOSIS
INVERSA
RL/OI
PARÁMETROS
pH
6,65
S.S. (mg/L)
0,41
Sól.Totales disueltos (mg/L)
25,54
Conductividad 20ºC (µS/cm)
57,09
Turbidez (NTU)
0,20
D.Q.O. (mg/L)
3,43
D.B.O.5 (mg/L)
0,92
Nitrógeno total(mg/L)
3,60
Fósforo total(mg/L)
0,20
Cloruros (mg/L)
15,55
Nematodos (nºhuevos/L)
0,00
Coliformes total
(UFC/100mL)
Legionella spp. (UFC/100mL)
0,00
0,00
0,00
E. Coli (UFC/100 mL)
Pág. 46
0,00
Figura 4.3. Usos según calidad del agua regenerada.
e) Las comunidades de regantes reciben un agua con calidad media en lo
que se refiere a conductividad del agua (Tabla 4.5). Se ha calculado
una media anual de 11 hm3 (año 2012) de agua regenerada que utilizan
tres comunidades de regantes.
Tabla 4.5. Calidad media anual (año 2012) agua reutilizada comunidad de regantes.
FASE
ARALVI
AGRICOP1
AGRICOP2
PARÁMETROS
pH (U)
Conductividad 20ºC (µS/cm)
pH (U)
Conductividad 20ºC (µS/cm)
pH (U)
Conductividad 20ºC (µS/cm)
Pág. 47
media
7,03
1538,47
7,16
1807,59
7,16
1853,98
f) La calidad del agua media semestral del sistema no convencional con
membranas para UF y OI se observa en la Tabla 4.6. Las muestras
analizadas arrojan resultados de buena calidad del agua osmotizada.
Los resultados demuestran una reducción de sales disueltas (cationes y
aniones) al igual que el contenido de boro (B) está dentro de los límites
exigidos. Ver Tablas 4.6 y 4.7.
Tabla 4.6. Calidad media anual (año 2012) aniones, cationes y boro. Efluente UF y OI.
Muestra
Parámetros
Semestrales
UF/UV
OI
FECHA
10.12.12
10.12.12
Ca2+ (mg/L)
86
0,90
Mg2+(mg/L)
54,5
0,05
Na (mg/L)
288
6,12
K+(mg/L)
32
0,70
SO42-(mg/L)
84
0
CO3-2(mg/L)
0
0
HCO3-(mg/L)
335
20
12,1
0,22
Cl (mg/L)
480
11
B(mg/L)
0,93
0,38
+
3-
PO4 (mg/L)
-
Tabla 4.7. Calidad media anual (año 2012) efluente UF sales disueltas.
Parámetros
Anuales
Muestra
FECHA
10.12.12
Mn2+(mg/L)
<0,05
Al3+(mg/L)
<0,05
Fe2+(mg/L)
0,142
Pág. 48
UF
g) Las limpiezas de membranas se realizan por medio de procesos
hidráulicos y químicos. Los reactivos químicos utilizados son: hipoclorito
sódico, ácido sulfúrico, bisulfito sódico, hidróxido sódico.
Pág. 49
5.- Conclusiones.
a) Se han identificado tres alternativas de tratamiento en la estación
regeneradora del agua residual de Rincón de León.
b) Alternativa 1. . Este tipo de tratamiento incluye proceso convencional
físico, químico y desinfección. La calidad del agua regenerada y
requerida para el Uso Urbano 1.2: Servicios (Riego zonas verdes,
baldeo de calles, sistema contra incendios, lavado industrial de
vehículos); y Uso Agrícola 2.1 (Riego de cultivos alimentación
humana);Uso Ambiental (Riego de campos de golf) .
c) Alternativa 2. Este tipo de tratamiento (TR-1) incluye proceso
convencional físico y químico, así como proceso no convencional a
través de membranas para UF. La calidad del agua regenerada y
requerida para el Uso Industrial 3.2 (Torres de evaporación y
condensadores evaporativos); Urbano 1.1 (Riegos de jardín privados y
descarga aparatos sanitarios); Ambiental 5.2 (Recarga de acuíferos por
inyección directa).
d) Alternativa 3. Este tipo de tratamiento incluye proceso convencional
físico, químico y proceso no convencional con membranas para UF y OI.
Su uso es permitido para todas las usos y calidades exigidas en el RD
1620/2007.
e) La conversión media en el proceso de UF ha sido del 90% y en el
proceso de OI la media ha sido del 70%.
f) El consumo de energía en la ERA global identificado a sido de 2,61
kwh/m3 .
g) No se observa problemas relacionados con el SAR y la conductividad
para uso agrícola.
h) No se observa en los resultados de calidad del agua riesgo sanitario por
la presencia de materia orgánica ni por la calidad biológica.
i) El volumen anual de agua regenerada se ha contabilizado en 11 hm3.
Del total del agua regenerada el 63% es usada por la comunidad de
regantes de ARALVI y AGRICOP.
j) El periodo punta de producción de agua fue entre los meses de junio y
septiembre.
Pág. 50
6. Bibliografía.
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Se entregaran adjunto a este documento en formato digital, datos de
producción como de analítica del agua de la ERA – RL.
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