IX congreso internacional Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

Transcripción

1 NUEVOS DESARROLLOS DE MEMBRANAS DE NANOFILTRACIÓN DE FIBRA HUECA NEW DEVELOPMENTS IN HOLLOW FIBER NANOFILTRATION Frans Knops Frederik Spenkelink Sergi Lluch Alejandro Román Manuel Rubio Pentair X-Flow

2 CONTENIDO 1. Introducción. Nueva familia de membranas de fibra hueca 2. Membrana HFC. Eliminación de Color 3. Ensayos con planta piloto en Longwood (Yorkshire, Reino Unido) 4. Conclusiones

3 CONTENIDO 1. Introducción. Nueva familia de membranas de fibra hueca 2. Membrana HFC. Eliminación de Color 3. Ensayos con planta piloto en Longwood (Yorkshire, Reino Unido) 4. Conclusiones

4 CAMPO DE APLICACIÓN DE MEMBRANAS DE FIBRA HUECA

5 MEMBRANAS DE FIBRA HUECA DE MF/UF POTABILIZACIÓN DESALACIÓN REUTILIZACIÓN Primeras experiencias a finales de la década de los 80 Rápida expansión desde mediados de los años 90: Cryptosporidium/Giardia Virus Implantación a gran escala. Ej. Minneapolis (EEUU): m 3 /d (2004) MF/UF como pretratamiento de ósmosis inversa Primeras experiencias a gran escala a principios de la década pasada >110 desaladoras con MF/UF; capacidad total > m 3 /d Ashdod (Israel): m 3 /d UF MF/UF como tratamiento terciario ó MBR Rápido aumento de proyectos de reuwlización desde mediados de los 90 Legislación para eliminación de bacterias y virus Pretratamiento de OI Sulaibiya - Kuwait(2004): m 3 /d; Doha- Qatar (2009): m 3 /d

6 NUEVOS DESARROLLOS DE MEMBRANAS DE FIBRA HUECA

7 DESARROLLO DE MEMBRANAS DE MAYOR DENSIDAD EN PENTAIR X- FLOW 100 Da RO NF Da 0.8 mm Eliminación sales en agua salobre Eliminación de sulfatos Dureza Contaminantes emergentes Color/COD/FP THM [HFC Color] Da LMW UF Sílice Coloidal [HFS 60 Silica] Biopolímeros / Eliminación TEP Da UF [Seaflex 55i] [Aquaflex 55, XIGA 55]

8 DE UF A UF CERRADA ( TIGHT UF ) : HFS HFS UF Aquaflex y Xiga

9 LA MEMBRANA HFS Comportamiento de membrana porosa, al igual que la UF clásica Estructura más densa de la PES HFS 60 Aquaflex UF Corte Molecular: Da Diámetro de fibra: 0,8 mm. Módulo de dimensiones compawbles con el Aquaflex UF Aplicaciones: Eliminación sílice coloidal (99,8%). Agua calderas /turbinas Pretratamiento de agua de mar. Retención de TEP

10 CONTENIDO 1. Introducción. Nueva familia de membranas de fibra hueca 2. Membrana HFC. Eliminación de Color 3. Ensayos con planta piloto en Longwood (Yorkshire, Reino Unido) 4. Conclusiones

11 DESARROLLO DE MEMBRANAS DE MAYOR DENSIDAD EN PENTAIR X- FLOW 100 Da RO NF Da 0.8 mm Eliminación sales en agua salobre Eliminación de sulfatos Dureza Contaminantes emergentes Color/COD/FP THM [HFC Color] Da LMW UF Sílice Coloidal [HFS 60 Silica] Biopolímeros / Eliminación TEP Da UF [Seaflex 55i] [Aquaflex 55, XIGA 55]

12 DESARROLLO DE LA MEMBRANA HFC PRINCIPIOS DEL CONCEPTO HFC: Eliminación de materia orgánica Carbono Orgánico Disuelto (COD) Color Paso de sales divalentes (dureza) Mg 2+ Ca 2+ CARACTERÍSTICAS DE LA MEMBRANA: Fibra hueca: 0,8 mm diámetro Filtración dentro- fuera Dimensiones similares al módulo de UF Resistente al cloro Corte molecular: Da CerWficados de agua potable (NSF Std.61, ACS, DWI Reg.31) Diámetro externo: 1,15 mm Diámetro interno: 0,8 mm

13 IMPORTANCIA DE LA ELIMINACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA NATURAL Los THMs son cancerígenos y la mayoría de los países del mundo establecen límites máximos permitidos en agua potable. Tecnologías empleadas en la eliminación de MON: Coagulación/Floculación + Separación (Flotación, Filtración Arena, MF/UF, etc.) Membranas tubulares: altos costes de inversión y operación. Usadas sólo para pequeñas capacidades. Membranas espirales: menores costes de inversión y menor necesidad de espacio. Mayor tendencia al ensuciamiento y taponamiento. Uso sólo en aguas relawvamente limpias.

14 COMPARACIÓN ENTRE HFC Y OTRAS TECNOLOGÍAS DE MEMBRANA UF + Coag. NF Espiral HFC Retrolavable Resistencia al cloro Eliminación de COD sin uso de coagulante Sin eliminación de sales divalentes Necesidades de Pretratamiento La membrana HFC combina las ventajas de las membranas espirales de NF y las membranas de fibra hueca de UF para la eliminación de Color y COD de aguas superficiales.

15 CARACTERÍSTICAS DE LA MEMBRANA HFC El comportamiento de la membrana HFC se asemeja al de las membranas no porosas como las de NF. La influencia de las condiciones de proceso en la calidad del permeado diferencian a la membrana HFC de las membranas de fibra huecas de Wpo poroso (MF y UF). El grado de retención de la membrana dependerá de: CaracterísWcas del módulo de membranas: longitud y diámetro de la fibra. Propiedades de la membrana: Ej. SelecWvidad. Parámetros de operación: Flujo, velocidad de recirculación (cross- flow) y recuperación.

16 CONTENIDO 1. Introducción. Nueva familia de membranas de fibra hueca 2. Membrana HFC. Eliminación de Color 3. Ensayos con planta piloto en Longwood (Yorkshire, Reino Unido) 4. Conclusiones

17 PILOTO HFC: YORKSHIRE WATER Embalse de Longwood,Yorkshire IX congreso internacional Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

18 PILOTO HFC: YORKSHIRE WATER Mezcla Rápida Floculac. Flotación Filtración Rápida Gravedad (RGF) Lechos Contacto Manganeso Tanque Contacto Cloro Tanque Agua Final Planta de Tratamiento Actual NaOCl Coaglulante NaOCl NaOCl Filtro 300 µm HFC Sistema HFC Tanque Contacto Cloro Tanque Agua Final

19 MÉTODOS Y MATERIALES Analizador TOC Shimadzu V CPH [COT, COD] UV- VIS HACH Lange CADAS 200S [Color, UV254] Piloto HFC IX congreso internacional Potencial Formación THMs: Cranfield University Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

20 MÉTODOS Y MATERIALES 1ª Etapa: Calidad del permeado ObjeWvo : definir influencia de los parámetros de proceso J F : lm - 2 h - 1 v CF : ms - 1 Análisis : COT, COD, UV 254, Color Calidad 2ª Etapa: condiciones de proceso, influencia de parámetros de proceso: Rendimiento de la filtración Limpieza hidráulica Limpieza química Rendimiento

21 PILOTO HFC: YORKSHIRE WATER RESULTADOS Retención de color: aprox. 95%. Flujos más altos resultan en menor % retención debido a la polarización por concentración. Velocidades de recirculación más altas resultan en una mayor retención debido a que la concentración de contaminantes en la superficie disminuye.

22 PILOTO HFC: YORKSHIRE WATER RESULTADOS Eliminación de materia orgánica: Eliminación de COD, Color y Turbidez comparable al proceso existente (RGF), que uwliza una dosis de FeCl 3 de 20 mgl - 1. Eliminación color ~ 95% Sub- productos de desinfección Potencial de formación de THMs (THM- FP) del permeado de la membrana HFC ~ 50% más bajo comparado con RGF + 20 mgl - 1 FeCl 3. La fracción del COD eliminada por la membrana HFC Wene alto potencial de formación de THMs.

23 PILOTO HFC: YORKSHIRE WATER RESULTADOS Presión Transmembrana(TMP) Turbidez

24 CONTENIDO 1. Introducción. Nueva familia de membranas de fibra hueca 2. Membrana HFC. Eliminación de Color 3. Ensayos con planta piloto en Longwood (Yorkshire, Reino Unido) 4. Conclusiones

25 CONCLUSIONES Las membranas de MF/UF de fibra hueca se han converwdo en una tecnología ampliamente uwlizada en proyectos de potabilización, desalación y reuwlización. El desarrollo de nuevas tecnologías que permitan el tratamiento de otro Wpo de compuestos (ej. disruptores endocrinos), o la mejora del consumo energéwco y de reacwvos químicos de las tecnologías actuales, abre nuevos campos de actuación para las membranas de fibra hueca. La NF mediante membranas de fibra hueca es un método efecwvo de eliminación de COD, Color y precursores de los THMs, sin necesidad de dosificación de coagulantes o floculantes, y con gran flexibilidad de operación frente a variaciones de turbidez del agua de alimentación. El piloto de Longwood demuestra que la NF de fibra hueca Wene el potencial de converwrse en un sistema de un solo paso para producción de agua potable a parwr de agua superficial con alto contenido en color, permiwendo incluso adaptarse a futuras limitaciones más estrictas en cuanto a concentraciones de THMs.

26 AGRADECIMIENTOS Maria Kennedy (IHE) Jan Schippers (IHE) Jenny Banks (Yorkshire Water) Peter Jarvis (Cranfield University) Grupo I+D+i Pentair X- Flow

27 NUEVOS DESARROLLOS DE MEMBRANAS DE NANOFILTRACIÓN DE FIBRA HUECA NEW DEVELOPMENTS IN HOLLOW FIBER NANOFILTRATION Frans Knops Frederik Spenkelink Sergi Lluch Alejandro Román Manuel Rubio Pentair X-Flow