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Campos de aplicación de la ósmosis inversa en la industria

Ósmosis inversa en la industria y sus campos de aplicación

Uno de los problemas más graves de nuestro siglo es la escasez de agua dulce, entendiendo por ello en cantidad y calidad para el consumo humano. Las previsiones de las Naciones Unidas calculan que en el año 2050 seremos 12.000 millones de habitantes y se estima que 1.700 m3/h/año es la dotación adecuada y 1.000 m3/h/año es el límite de escasez hídrica, esto es, sin posibilidad de desarrollo.

Ósmosis inversa en la industria

Ósmosis inversa en la industria

El rápido avance tecnológico e industrial ha traído muchos beneficios a nuestra vida y pero también ha contribuido involuntariamente a la contaminación del medioambiente, deteriorando fuentes de agua con efluentes de las diferentes fábricas. Por otra parte, la fuente de agua dulce natural no podía satisfacer la creciente demanda de agua de nuestras industrias. La desigualdad entre los recursos disponibles y el consumo hídrico en las diferentes zonas del planeta provoca situaciones de insostenibilidad muy claras.

La desalación es un recurso no convencional posible tecnológicamente a escala industrial. Tiene como objetivo la eliminación (o disminución) del contenido de sales de la masa de agua (separando las sales del agua o viceversa) con mayor o menor eficiencia, dependiendo del proceso aplicado y de la calidad requerida para su uso posterior.

La destilación se ha utilizado tradicionalmente para obtener agua pura de las fuentes de agua contaminada. Otros procesos tales como intercambio de iones y electrodiálisis han sido empleados para la purificación del agua desde 1950.

Más recientemente, la tecnología de membrana de ósmosis inversa se aplicó a la desalinización del agua de mar y agua salobre. Sin lugar a dudas, esta última ha demostrado ser la tecnología más económica no sólo para la desalinización del agua que contiene sales, sino también para la purificación del agua contaminada con metales pesados, pesticidas y otros contaminantes. Además, la ósmosis inversa puede ser utilizada para el reciclaje de aguas residuales y materiales útiles de corrientes de vertidos como colorantes.

La ósmosis inversa, también encuentra su campo de aplicación en la industria y el sector de las bebidas. Además, los avances en biotecnología y el desarrollo de nuevos materiales han permitido la utilización de membranas de ósmosis inversa en etapas de separación, con importantes ahorros de energía y evitando la degradación térmica de los productos.

Atendiendo al uso final que se le dará al agua tratada, los campos de aplicación de la tecnología de ósmosis y/o nanofiltración son:

–  Agua potable (drinking water)

–   Alimentación de agua para calderas (boiler feed water)

–   Potabilización de agua de mar (seawater)

–   Potabilización de agua salobre (desalination or brackishwater)

–   Agua ultrapura (UPW)

–   Agua para industria farmacéutica (USP Water)

–   Reutilización de aguas (water reuse)

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Tratamiento de Aguas para Calderas: alternativas de tratamiento

Tratamiento de Aguas para Calderas

El uso de vapor como recurso productivo y fuente de calor, es un común denominador en la inmensa mayoría de instalaciones del sector agroalimentario. Por tanto, hemos de dedicar especial atención a este servicio en lo que concierne a su producción y eficiencia. La referencia en la que analizaremos la facilidad de producción de vapor a partir de una fuente de agua conocida será básicamente la salinidad, y dentro de ella, ciertos elementos y contaminantes disueltos.

Tratamiento de aguas para calderas

Tratamiento de aguas para calderas

Imaginemos una instalación industrial, una fábrica cualquiera que requiere una determinada necesidad de vapor horario, bien de aplicación directa o indirecta. En el primer caso evidentemente habrá que tener especial cuidado en la elección de los productos químicos que pudieran requerirse para el acondicionamiento y que podrían pasar al vapor producido. Trabajaremos a una presión baja/media y nos encontramos con un agua con un contenido de sales disueltas próximo a los 2.000 ppm.

Básicamente, podemos echar mano de dos tecnologías para el tratamiento de aguas para calderas: el ablandamiento con resina de intercambio iónico ciclo sodio (a) y nuestra ósmosis inversa (b).

a) En la primera alternativa de tratamiento de aguas para calderas, el caudal de alimentación de agua a la caldera se corresponderá con el de producción de vapor requerido, a lo que habrá que descontar el porcentaje de recuperación de condensados, más la compensación de pérdidas por purgas establecidas en función de la calidad de agua bruta. Esto es, conseguir que en el interior de la caldera aseguremos una calidad (salinidad) de agua conforme a la Norma y recomendaciones técnicas del fabricante de la caldera.

Del total de sales disueltas, de 2.000 ppm, supongamos que la Dureza Total es de 80ºF, siendo 30ºF la correspondiente a la temporal y la diferencia 50ºF, la dureza permanente. El descalcificador nos dará un agua prácticamente libre de dureza, todo el calcio y magnesio se intercambiará con el sodio presente en la resina. Nuestra analítica simplemente variará aumentando la concentración de sodio en una cantidad correspondiente a los equivalentes eliminados de calcio y magnesio, con una ligera disminución de la conductividad y leve aumento del TDS. La salinidad y la alcalinidad nos fijarán los ciclos de concentración factibles para cumplir con la Norma, definiéndonos el caudal de purga horaria, que habrá que sumar a la alimentación continua de agua blanda.

Desde esta perspectiva, el análisis económico pasa por sumar:

–          Descalcificador propiamente dicho y complementarios (prefiltro, tanque de salmuera, etc.), con funcionamiento a corriente o contracorriente.

–          Consumo diario de agua para la caldera.

–          Consumo de agua para la regeneración de las resinas.

–          Consumo diario de sal en pastillas o salmuera líquida.

–          Consumo de inhibidor de incrustación.

–          Secuestrante de oxígeno.

b) Veamos ahora, el mismo planteamiento para el tratamiento de aguas para calderas, resuelto a partir de tratar el agua de alimentación de la caldera mediante un equipo de ósmosis inversa.

Partiremos evidentemente de la misma calidad de agua y el porcentaje de recuperación de condensados que consideramos en el caso del ablandador (descalcificador) de agua. Pero la gran diferencia radicará en el régimen de purgas según Norma, sustancialmente menor. Podríamos decir que concentraríamos casi 50X con respecto al agua alimentada desde un descalcificador, básicamente determinado por la alcalinidad. Si nos guiásemos por la salinidad, podría ser mayor pero incumpliríamos con lo primero. Ello nos dicta directamente un caudal de purga muchísimo menor, que apenas altera el caudal de agua tratada de alimentación a la caldera.

El equipo de ósmosis inversa resulta muy sencillo, previsto para un funcionamiento ininterrumpido (mejor) de 20-22 horas, con su depósito pulmón de salida. Podríamos trabajar cómodamente a una conversión del orden del 65%, con recuperación de agua concentrada a la alimentación incrementaríamos en un 10% esta recuperación.

Si bien el rechazo de las membranas actuales es elevadísimo para iones divalentes (dureza), hemos de reconocer que tendremos una fuga de dureza que incluso puede mitigarse con la instalación de un pequeño descalcificador diseñado por caudal y no por carga. Tampoco haría falta un equipo dúplex de servicio continuo ya que nos podemos permitir el lujo de alimentar la caldera con agua osmotizada mientras dure la regeneración – nunca mucho más de 2-3 horas – si aconteciera durante la marcha de la ósmosis inversa.

A diferencia del descalcificador, el agua osmotizada presentará cambios sustanciales respecto a los parámetros de alimentación del equipo en toda su composición química.

A priori, una instalación de ósmosis inversa acusa un grado de complejidad mayor que la simple instalación de un descalcificador y por tanto, comparando el análisis anterior, podríamos agregar:

–          Pretratamiento antes de la ósmosis inversa: filtro multimedia, cloración/decloración, dosificación de químicos.

–          Equipo de ósmosis inversa propiamente dicho.

–          Ablandador de agua de afino para la dureza residual (opcional)

–          Consumo diario de agua para la caldera.

–          Consumo de agua en el rechazo de la ósmosis inversa

–          Consumo de agua para retrolavado filtro multimedios antes de ósmosis inversa

–          Consumo de agua mínimo para la regeneración de las resinas del descalcificador de afino.

–          Consumo diario de sal en pastillas o salmuera líquida mínimo para el descalcificador de afino.

–          Consumo diario de antiincrustante dispersante.

–          Consumo diario de reductor bacteriostático

–          Consumo de inhibidor de incrustación.

–          Consumo eléctrico.

–          Consumo prorrata de membranas a partir del 4º año.

–          Secuestrante de oxígeno.

–          Consumo de cartuchos filtrantes microfiltración seguridad ósmosis inversa

Hechas todas estas consideraciones, podemos abordar un primer análisis económico y decir:

–          Claramente, a nivel de INVERSIÓN, la ósmosis inversa resulta la opción menos ventajosa, sensiblemente más onerosa que la descalcificación.

–          En cuanto a coste operativo, debe también mencionarse que existe un AHORRO ENERGÉTICO que resulta de operar sin necesidad de purgar agua que es CALIENTE como ocurre en las purgas de caldera. La diferencia de purgas entre un sistema y otro son muy significativas. Si suponemos que el agua de aporte de pozo está a unos 15ºC y la purga próxima a 200ºC, correspondiente a unos 12 bares de operación de caldera, necesitaremos casi 200 Kcal/Kg de agua para este delta T. Por tanto, y he aquí lo más importante, TODO el agua purgada lleva consigo muchísimas calorías consigo y, si a esto lo afectamos por el coste del combustible de la caldera y el rendimiento de la misma, resulta que al cabo del día nos encontramos con un importante valor económico que representa una suma muy considerable al cabo del año.

Resulta entonces una razón de peso mayor en este análisis el derroche de euros en conceptos de purgas, aun procurando hacerlas no del fondo de caldera sino por encima del nivel de agua. Así todo, al cabo de un año representarían un importe superior a disponer de una instalación de ÓSMOSIS INVERSA.

Por todo lo dicho y sin haber entrado en cálculos más finos, es un hecho objetivo que alimentar calderas de cierta envergadura como las que habitualmente encontramos en cualquier industria alimentaria, se convierte en prohibitivo si no se escoge la solución adecuada para rebajar el nivel salino del agua disponible en planta.

La falta de conocimiento profundo de ambas tecnologías para el tratamiento de aguas para calderas, especialmente la de ósmosis inversa por parte del personal de planta aplicado a sus funciones específicas, da lugar a dudas e indecisiones que deben ser aclaradas con la asistencia de un tecnólogo en aguas o ingeniería especializada.

Recomendamos por tanto:

–          Cotejar las posibles soluciones tecnológicas disponibles.

–          Cuantificar económicamente tanto la inversión como no menos importante el coste de operación de aquellas.

–          Disponibilidad, calidad y cantidad de agua necesaria en cada posible solución.

–          Coste medioambiental implícito del agua desechada. En el caso del descalcificador la salmuera descartada en términos de conductividad y cloruros, no cumple con ninguna Administración. El rechazo de la ósmosis se conoce perfectamente a partir del balance de masas aplicado al sistema y podrá en la inmensa mayoría de los casos descartarse sin mayores problemas.

–          Cuantificar energética/económicamente el volumen de purgas.

Finalmente, un sistema de ósmosis inversa bien dimensionado, bajo el estricto control en todo el proceso de diseño, ejecución y puesta en marcha de personal experimentado, con todos los complementos necesarios para un óptimo funcionamiento, con la facilidad de integrarse rápidamente al resto de la programación y automatización de planta, debe ser sin dudas la mejor solución adoptada para el tratamiento de aguas para calderas.

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tratamiento de aguas para calderas