Osmosis Inversa: Tratamiento de Aguas Industriales Parte 1 Série de Webinars - Dupont Water Solutions El seminario dará inicio En caso de no escuchar el audio, actualice su pagina con F5 o intente conectarse usando otro navegador. Las preguntas y dudas podrán enviarse a través de la ventana de preguntas y respuestas (Q&A) y serán contestadas al terminar la sesión técnica. También podrá registrarse para todos los proximos seminarios a través del enlace en la barra de opciones a continuación. Lilian Medina Useche Key Account Manager DuPont Water Solutions Andinos, America Central, Caribe Ponente Alain Mokbel realizó una licenciatura en Ingeniería Química de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, contando con más de 15 años de experiencia en el tratamiento de aguas con una especialización en filtración por medio de membranas de ósmosis inversa, nanofiltración y ultrafiltración. En 2016, se une a DuPont Water Solutions como Ingeniero de Soporte Técnico en América Latina, brindando soporte para todo el portafolio de productos del negocio. Alain Mokbel Ingeniero de Soporte Técnico DuPont Water Solutions America Latina Region Norte Introducción a Osmosis Inversa Contenido Introducción a las membranas de Ósmosis Inversa • Conceptos básicos • Proceso de Separación • ¿Qué puede y que no puede eliminar la RO? • ¿Qué puede y no puede hacer la RO? • Definiciones basicas del sistema • Factores que afectan el desempeño del sistema Elementos de Membrana en Espiral Aplicaciones Conceptos Basicos Osmosis (fenomeno termodinamico) Osmosis Inversa Proceso de Separación Proceso de Separación Filtración Directa Se caracteriza por tener un flujo de alimentación y un flujo de filtrado. El flujo es perpendicular al medio filtrante Se usa en la mayoría de los procesos de filtración • Filtro de arena • Carbón Activado • Cartuchos, Bolsa • Intercambio Iónico • Microfiltración • Ultrafiltración Proceso muy eficiente (> 90%) • Perdidas solo en paso de lavado o contralavado Proceso de Separación Filtración Tangencial Se caracteriza por tener un flujo de alimentación y dos flujos de salidas: un filtrado y un concentrado. La solución de alimentación pasa tangencialmente a lo largo de la superficie del filtro. Un diferencial de presión a través de la membrana empuja el líquido (difusión) y los contaminantes se ven retenidos, así aumentando la concentración de la solución de alimentación. Proceso comúnmente usado en osmosis inversa y nanofiltración Proceso con menor recuperación que la filtración directa Mayor capacidad para manejar solidos. Proceso de Separación ¿Qué puede hacer la Ósmosis Inversa? • Generar agua tratada (permeado) a partir de agua salina • Concentrar sales • Diversas aplicaciones que no solo implican tratar un flujo de agua • Separación selectiva de pequeños iones y moléculas presentes en la alimentacion del sistema ¿Qué no puede hacer la Osmosis Inversa? • La Ósmosis Inversa no puede concentrar al 100% ni tratar el 100% del caudal sistema • Limitaciones en la calidad del flujo de alimentación Definiciones Básicas del Sistema Alimentación Permeado Bomba de Alimentación Concentrado (rechazo) Definiciones Básicas del Sistema 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑑𝑜 𝑹𝒆𝒄𝒖𝒑𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 % = 𝑥 100 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑷𝒂𝒔𝒐 𝒅𝒆 𝑺𝒂𝒍𝒆𝒔 % = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑃𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑑𝑜 𝑥 100 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑹𝒆𝒄𝒉𝒂𝒛𝒐 𝒅𝒆 𝑺𝒂𝒍𝒆𝒔 % = 100 − 𝑃𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑆𝑎𝑙𝑒𝑠 Modelo de Difusión Describe el flux de agua, flux de sales y transferencia de masa en sistemas de membranas presurizados. Jw a ∆P ∆π Flux del Solvente (Agua) Flux de Solutos (Sales) Jw = a (DP - Dp) JS = b (∆C) flux de solvente [GFD] coeficiente de transferencia de masa del solvente [gfd/psi] diferencial de presión transmembrana [psi] diferencial de presión osmótica [psi] Js b ∆C flux de soluto [lbfd] coeficiente de transferencia de masa del soluto [gfd] diferencial de concentración transmembrana [lb/gal] Valores a y b son propios de la membranas. Factores que afectan el desempeño del sistema En la alimentación • Concentración de sales presentes • Presión Osmótica • Temperatura • pH Permeado Alimentación Parametros de Operación • Presión • Recuperación del sistema Concentrado Factores que afectan el desempeño del sistema Concentración de Sales Caudal de Permeado de Permeado • Mayor concentración de sales genera un menor flujo de permeado • Mayor concentración de sales genera un mayor paso de sales (mayor conductividad en el permeado) Jw = a (ΔP – Δπ) Calidad del Permeado • En general, la calidad del permeado es menor, ya que el paso de sales tiende a aumentar y el flujo de permeado disminuye. Js = b (ΔC ) Factores que afectan el desempeño del sistema Temperatura Caudal de Permeado • Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será el flujo permeado • Viscosidad del agua disminuye lo cual facilita la difusión del agua a través de la membrana. • Por cada 1°C adicional, el flujo de permeado aumenta ~ 3% Paso de Sales • Por cada 1°C, el paso de sales aumenta por 6% • Un incremento de temperatura incrementa el paso de sales más que agua. • Por lo general, se puede conseguir mucho mejor rechazo a bajas temperaturas Factores que afectan el desempeño del sistema Efecto del pH Rechazo de sales dependen del pH ya que el pH afecta las especies presentes en el agua lo cual afecta su rechazo: • Si el pH es neutral, la mayoría de los iones tienen un buen rechazo • Si el pH < 7, algunos iones no tienen un buen rechazo • Nitratos se rechaza mejor a un pH > 7, no tiene un buen rechazo a un pH entre 5 y 6. • Boro se rechaza mejor a un pH > 7 ya que está en forma iónica. • Sílice está en forma iónica en pH muy bajos o muy altos. • Carbonatos son solubles en pH ácidos (< 5) Factores que afectan el desempeño del sistema Efecto de la presión de alimentación Incremento de la Presión de Alimentación • Se incrementa el NDP lo cual aumenta el flujo del permeado • NDP1 es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre la membrana. • NDP = ΔP - Δπ Jw = a (ΔP ↑ – Δπ) La presión de alimentación no influye el paso de sales • El mismo paso de sales 1 NDP = Net Driving Pressure Js = b (ΔC) Factores que afectan el desempeño del sistema Impacto de la recuperación Osmosis Inversa opera en filtración tangencial • La alimentación se separa en dos flujos: • Permeado (baja concentración de sales) • Concentrado (alta concentración de sales) 𝑹𝒆𝒄𝒖𝒑𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 % = Con una mayor recuperación: • El flujo del concentrado disminuye • La concentración de sal en el concentrado incrementa • Aumenta el riesgo de incrustaciones en la superficie de la membrana 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑑𝑜 𝑥 100 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 Factores que afectan el desempeño del sistema Impacto de la recuperación La recuperación de un sistema de Osmosis Inversa depende de 2 factores importantes: • La calidad del agua de alimentación • El numero de etapas o numero de membranas en serie instaladas Factores que afectan la recuperación del sistema Calidad del agua de alimentación • La recuperación del equipo se determina en base a los niveles de saturación de sales en el concentrado. Ejemplo • La concentración de SiO2 en la alimentación es de 80 mg/L • La concentración máxima aceptable de SiO2 en el rechazo es de 240 mg/L • Entonces, la recuperación máxima sería de aproximadamente 65%. Factores que afectan la recuperación del sistema Número de membranas en serie (numero de etapas) • Cada elemento puede tener una recuperación máxima entre 12% y 30% 1 • Recuperación por elemento depende de la calidad de agua de alimentación • Para tener una mayor recuperación, se requieren mas membranas en serie Ejemplo: 100 ALIMENTACION 88 12% 12 77 12% 68 12% 11 12% 9 𝑹𝒆𝒄𝒖𝒑𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 % = 1 Dependiendo de la calidad de agua de alimentación 60 53 12% 8 54 𝑥 100 = 54% 100 46 12% 7 CONCENTRADO FINAL 6 54 PERMEADO FINAL Elementos de Membrana en Espiral Elemento filtrante Membrana semi-permeable Permeado Elemento Espiral Espaciador de Alimentación Concentrado Tubo de permeado Tapa de la Membrana Espaciador de Alimentación Membrana semi permeable Alimentación Caudal del permeado Canal de permeado Tubo de permeado Canal de permeado Vista Transversal de la Membrana Poliamida Barrera Ultrafina Sustrato Microporoso Refuerzo de Poliester Polisulfona Superficie de la Membrana BW30 Membrane XLE Membrane Composición Química de la Poliamida O O NH H2 N O O NH NH O HO FreeAmina Amine Carboxilato Carboxylate Cadena poliamida aromática O Aplicaciones Aplicaciones y Mercados Industrial • Agua para processo • Alimentación a calderas • Agua para usos secundarios • Reuso de água • Alimentacíon y Nutrición • Indutrias farmaceuticas Municipal Desalinización de agua de mar Industria Militar Comercial • Laboratorios • Irrigación para agricultura • Pequenos sistemas comerciales y residenciales Osmosis Inversa: Tratamiento de Aguas Industriales Sesión de Preguntas y Respuestas Copyright © 2020 DuPont. 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