LA DESALINIZACION DEL AGUATeora, tcnica y procedimientos para obtener un recurso vital para sociedad contempornea

OSCAR BARRACCHINI MORENON Registro de la Propiedad Intelectual M-005983/2008 Madrid, Espaa

Septiembre, 2004

La Desalinizacin del Agua

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AGRADECIMIENTO

Este trabajo no se habra realizado sin el apoyo incondicional de mi esposa Estrella y de mis hijos Andrea y Oscar, ellos han sido sacrificados en tiempo, cario, en diversiones; pero por ello , han sido el motor necesario para cumplir un sueo, un reto, y unas aspiraciones en un Pas que nos ha brindado bienestar , sin dejarnos olvidar que se logra con esfuerzo y sacrificio.

A todos ellos mi ms afectuoso cario y agradecimiento.

Oscar Barracchini Moreno

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INDICE DE CONTENIDOSPgina

OBJETIVOS. INTRODUCCIN. 1. DESALINIZACION.

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1.1. Tecnologas de la desalinizacin. 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.1.4. 1.1.5. Proceso evaporacin- ebullicin (destilacin Desalinizacin por destilacin solar. Destilacin por compresin de vapor (CV) Destilacin por multiefecto (MED) Destilacin por evaporacin sbita (MSF)

17 26 28 29 31 35 40 40

2. PROCESOS DE MEMBRANA 2.1. smosis Inversa 2.1.1.

Conceptos y ecuaciones de clculo en el proceso de smosis inversa. 48

2.1.2.

Dimensionamiento de los sistemas de smosis inversa (RO). 51 2.1.2.1. Parmetros de operacin. 51 2.1.2.2. ndice de conversin del permeato. 52 2.1.2.3. ndice de flujo del permeato. 53 54 54 55 56

2.1.3.

Configuracin del flujo. 2.1.3.1. Utilizacin en etapas del concentrado. 2.1.3.2. Utilizacin en etapas del permeato. 2.1.3.3. Lmites.

2.1.4

Ensuciadores de membranas (RO), y su eliminacin en el elemento de mezcla de acetato de celulosa. 57 2.1.4.1 Ensuciadores 57 2.1.4.2 Soluciones de limpieza 59 2.1.4.3 Eliminacin del ensuciamiento. 60 2.1.4.4 Soluciones de limpieza. 62 2.1.4.5 Operacin de limpieza y enjuague (mantenimiento preventivo) 62 Procedimiento de medida del ndice de densidad de sedimento (S.D.I.). 64

2.1.5

2.1.6. Biocida para desinfeccin y almacenamiento de membranas. 65 2.1.7. Especificaciones Tcnicas de la solucin Osmosis Inversa. 66 2.1.7.1. Generalidades. 66 2.1.7.2. Disposicin General. 66 2.1.7.3. Membranas semi-permeables. 67 2.1.7.4. Recipientes. 68 2.1.7.5. Pretratamiento del agua de mar. 68 2.1.7.6. Turbobombas de alta presin. 69

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2.1.7.7. Instrumentos de control. 2.1.8. Postratamiento.

70 73

3. 4.

SISTEMA POR ELECTRODIALISIS. OTROS PROCESOS. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 5. Congelacin. Intercambio inico. Formacin de Hidratos. Extraccin con disolventes.

74 76 76 77 79 80

PROCESOS DE TRATAMIENTO DEL AGUA, DISTINTOS A LOS PROCESOS DE DESALINIZACIN. 80 5.1. Procesos fsicos. 80 5.2. Procesos Qumicos. 81 5.3. Procesos Biolgicos. 81 CONSIDERACIONES ENERGTICAS. 6.1. Plantas Duales. 6.2. Sistemas Hbridos. CONSIDERACIONES MEDIOAMBIENTALES. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS Y LEGISLACIN. 8.1. Cumplimiento de la legislacin de aguas. 8.2. Cumplimiento de la legislacin de industria 8.3. Cumplimiento de la legislacin de costas. 8.4. Estudio de impacto ambiental 82 82 82 83 84 84 85 86 86 87 89 90

6.

7. 8.

CONCLUSIONES BIBLIOGRAFA ANEXOS.

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INDICE DE CUADROSI. CUADRO I.- Tipo de agua y concentracin en sales. Clasificacin de aguas saladas en Estados Unidos. CUADRO II.- Iones mayoritarios en el agua de mar. CUADRO III.- Plantas desalinizadoras operativas en Espaa. CUADRO IV.- Coste de capital de una planta de destilacin por efecto mltiple (CV). CUADRO V.- Coste anual de una planta desalinizadora mediante la destilacin por efecto mltiple. CUADRO VI.- Coste del M3. de agua producida por efecto mltiple. CUADRO VII.- Coste de capital de una planta desalinizadora dual por evaporacin sbita. CUADRO VIII.- Coste del M3. de agua producido por evaporacin sbita dual. CUADRO IX.- Coste de capital de una planta desalinizadora dual por RO. CUADRO X.- Coste anual de una planta desalinizadora dual por RO. CUADRO XI.- Distribucin coste por M3. en una planta desalinizadora por RO CUADRO XII.- Indice de flujo de diseo. CUADRO XIII.- Indices medios del flujo y reduccin previsible anual del flujo. CUDRO XIV.- Incremento anual del porcentaje del paso de sales. CUADRO XV.- Indice de flujo mximo de alimentacin y mnimo de contraccin por tubo. CUADRO XVI.- Lmites de saturacin de las sales poco solubles en el concentrado. CUADRO XVII.- Soluciones de Limpieza

II. III. IV.

V.

VI. VII.

VIII.

IX.

X. XI.

XII. XIII.

XIV. XV.

XVI.

XVII.

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INDICE DE FIGURASFigura 1. Esquema del proceso de desalinizacin por CV. Figura 2. Ejemplo de determinacin del nmero ptimo de efectos en una planta MED. Figura 3. Esquema del proceso de desalinizacin por MED (alimentacin equicorriente). Figura 4. Diagrama de una planta multiefecto. Figura 5. Desaladora por MED. Figura 6. Relacin entre el nmero de etapas de un proceso MSF y la superficie especfica de intercambio de calor. Figura 7. Diagrama de destilacin flash-multietapa. Figura 8. Planta desalinizadora por MSF Figura 9. Planta desalinizadora por MSF. Figura 10. Instalacin de membranas en plantas tipo RO. Figura 11. Fenmenos de smosis y smosis inversa. Figura 12. Plano planta smosis inversa modular. Figura 13. Planta smosis inversa modular. Figura 14. Planta de smosis inversa. Figura 15. Descripcin membrana smosis inversa. Figura 16. Aditivos qumicos para la limpieza. Figura 17. Aditivos qumicos para mantenimiento preventivo. Figura 18.- Membrana tipo espiral. Figura 19. Ensambladura membrana en espiral. Figura 20. Bombas de alta presin. Plantas RO. Figura 21. Armario de control de alarmas e instrumentacin planta tipo RO. Figura 22. Tanques de pretratamiento y postratamiento, plantas RO. Figura 23. Esquema del proceso por electrodilisis (ED) Figura 24. Esquema del proceso de desalinizacin por congelacin. Figura 25. Esquema del proceso de los sistemas hbridos. Figura 26. Cuadro comparativo de procesos. Figura 27. Planta desalinizadora MSF

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Figura 28. Planta RO modular detalle interno. Figura 29. Planta RO- agua salada. Figura 30. Planta desalinizadora MSF. Figura 31. Planta desalinizadora tipo RO- modularFigura 32. Vista frontal planta RO.

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OBJETIVOS.

Conocer la importancia de la desalinizacin como una de las posibilidades de obtencin de recursos hdricos en Espaa y en el mbito mundial. Identificar los mtodos ms comunes de desalinizacin, comprendiendo las ventajas e inconvenientes que cada uno de ellos ofrecen. El proceso de desalinizacin por el sistema de smosis inversa.

Reconocimiento del impacto medioambiental de los procedimientos y de las instalaciones de desalinizacin del agua.

Sealar los aspectos legales y administrativos ms importantes, vinculados a la construccin, puesta en marcha y mantenimiento de una planta de desalinizacin.

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INTRODUCCION.

Durante siglos, se ha considerado el agua dulce como un bien inagotable y ha sido un recurso mal administrado. A lo largo de este siglo el agua dulce ha ido escaseando cada vez ms. En algunas zonas del planeta (como en el continente africano) se ha ido produciendo una desertizacin paulatina que afecta principalmente a pases pobres. Muchos de ellos poseen grandes extensiones de costa rida y desrtica y tienen a su alcance grandes cantidades de agua, el mar, con el inconveniente de ser salada y, por tanto, no apta para el consumo humano. En pases industrializados y sin problemas en teora - de agua se empez a ver, a partir de la dcada de los 60, la necesidad de regular los recursos hdricos: gasto, reciclaje y distribucin de agua, ya que las demandas de agua y los problemas de abastecimiento eran cada vez mayores al aumentar la poblacin, el nivel de vida y la industrializacin. Los ros contaminados y cada vez con menores caudales y el agotamiento de yacimientos hdricos ha dado lugar al progresivo aumento de la salinidad de los mares interiores y los estuarios y a las filtraciones de agua de mar en los yacimientos prximos a las costas. El consumo de agua a escala mundial se ha multiplicado por 7 durante este siglo. En la actualidad el consumo medio de agua es de 1,2 m3/da por habitante y se considera escasez de agua un consumo menor a 1.000 m3/ao por habitante. Actualmente hay 26 pases, que suponen unos 430 millones de personas, que no poseen este suministro mnimo de agua y se calcula que estas cifras pueden multiplicarse por 4 durante los prximos 50 aos. El nivel de vida de un pas no slo est directamente relacionado con el consumo de agua, sino, con el reparto que se hace de ella. En el mbito mundial, la agricultura gasta un 69 % del agua consumida, un 23 % se destina a la industria y un 8 % a uso urbano. La seriedad del tema se refleja en la declaracin por parte de las Naciones Unidas del decenio 1981-1990 como el Decenio Internacional del Agua Potable y de su saneamiento. Espaa posee, actualmente, 12 cuencas hidrogrficas: Norte, Duero, Tajo, Guadiana, Guadalquivir.Sur, Segura, Jcar, Ebro, Pirineo Oriental Islas Baleares e Islas Canarias. Todas las cuencas del litoral sur-levante son deficitarias y su dficit hdrico va aumentando. El 80 % del agua que se consume en Espaa es para usos agrcolas, el 10% se consume en usos urbanos y el 10% en usos industriales. En la actualidad en Espaa se consume un 50 % ms

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de agua que hace 10 aos; pero aunque va aumentando la escasez de agua, sobre todo en el sur levante, se calcula que en algunas ciudades se pierde un 60 % del agua distribuida por fugas debidas a instalaciones deficientes. Actualmente las directrices mundiales en la poltica de aguas se centran fundamentalmente en tres aspectos: conservacin de la cantidad y calidad de los recursos hdricos, planificacin y administracin ptima de la gestin del agua e investigacin y enseanza en hidrologa y recursos hidrulicos. La desalinizacin tanto de agua de mar como de aguas salobres es una de las actuales posibilidades de obtencin de recursos hdricos. El Plan Hidrolgico Nacional ( PHN) contempla multiplicar por 8 la reutilizacin del agua y por 15 la desalinizacin de agua de mar.

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1. DESALINIZACION

La desalinizacin de agua ( de mar y salobre) consiste en la obtencin de agua dulce a partir de agua que por su elevada concentracin en sales, no es apta para el consumo humano ni para usos industriales o agrcolas. El 71 % de la superficie del planeta Tierra es agua, en volumen. Esto supone aproximadamente 1,35 billones de Hm3 de agua de los que un 97,2 % corresponde aguas saladas de mares y ocanos, un 2,2 % a agua dulce de los casquetes polares y glaciares y un 0,6 % a las aguas dulces de ros, lagos, aguas subterrneas y vapor. El agua, H2O, aunque muy abundante en la naturaleza, no se suele encontrar en estado puro sino que suele llevar sales disueltas. Segn la concentracin de estas sales se habla de agua dulce, agua salobre, agua de mar y salmuera.CUADRO I (*)

Tipo de agua Dulce Salobre: Poco Media Fuerte De mar Salmuera

Concentracin en sales, c ( ppm) c < 1.000 ppm

1.000