LIFE+13 TRANSFOMEM: Validaciónde membranas recicladas en procesos de filtracióna media y baja presión

Transcripción

1 LIFE+13 TRANSFOMEM: Validación de membranas recicladas en procesos de filtración a media y baja presión Autores: Patricia Terrero, Raquel García, Mercedes Calzada, Elena Campos, Francisco Molina, Deborah Pomata, Jorge Senán, Manuel López, Diego Martínez, Junkal Landaburu, Domingo Zarzo, Eloy García. Presentador: Patricia Terrero (Sacyr Servicios Agua) ISBN

2 Problemática ambiental Debilidades de la tecnología de ósmosis inversa - Consumo energético alto - Impacto ambiental en la captación y en el efluente de descarga - Ensuciamiento de membranas - Tiempo de vida útil (5-8 años) Introducción Environmental and financial concerns I+D+i Asunciones: - Módulos de OI instalados en el mundo(>5,600,000) - Tasa de reposición anual 15% - Peso medio de membranas desechadas 17 Kg Residuos de membranas desechadas anualmente: >840,000 módulos >14,000 Tn de residuos Photo took by Neil Palmer

3 Principales objetivos del Proyecto Life Transfomem Demostrar a escala piloto que el proceso de transformación de membranas desechadas de ósmosis inversa a membranas de nanofiltración y ultrafiltración funciona. Determinar qué tipos de membranas y ensuciamiento son susceptibles al proceso de reciclaje. Obtener membranas recicladas competitivas en términos técnicos, económico-financiero y ambientales. Validar las membranas recicladas en 3 tipos de procesos de tratamiento de agua - Agua de mar: como pretratamiento a la ósmosis inversa - Agua salobre: ablandamiento de agua - Agua residual

4 Proceso de reciclaje Estimated free chlorine exposure doses (ppm h)

5 Proceso de reciclaje Transformación pasiva Tipo de reciclaje: directo por inmersión Capacidad de reciclaje: 6 membranas (posición vertical) Reactor de reciclaje: cilindro opaco (tipo bacth) Bombas de presión: baja presión y bajo caudal Control de calidad: manual (ph, redox, conductividad) Contenedores adicionales para almacenaje de reactivos químicos Transformación activa Tipo de reciclaje: directo por recirculación de solución de cloro Capacidad de reciclaje: 2 membranas (posición horizontal) Reactor de reciclaje: tubo de presión Bombas de presión: baja presión y caudal medio Control de calidad: automático (ph, redox, conductividad) Contenedores adicionales para almacenaje de reactivos químicos

6 Caracterización de las membranas desechadas >100 membranas de ósmosis inversa desechadas de 14 desaladoras diferentes con distinto grado y tipo de ensuciamiento. En total se ha trabajado con 8 modelos de membranas Identificación de la ruta de gestión - Autopsia de membranas - Pesada de los módulos - Permeabilidad y rechazo inicial n. means number of replicates using different membrane modules Direct reuse Direct recycling Other RO NF UF NF UF UF X Source: Garcia-Pacheco et al, 2017

7 Rendimiento de las membranas recicladas Rangos obtenidos con diversos modelos Permeabilidad (L m -2 h -1 bar -1 ) BW SW NF: UF: Nanofiltración Misma condiciones de exposición y concentración de cloro libre Ultrafiltración Misma concentración de cloro libre pero se requiere mayor tiempo de exposición en el tratamiento pasivo (>3 veces superior)

8 Rendimiento de las membranas recicladas Membranas recicladas de agua salobre (RBWM) Membranas recicladas de agua de mar (RSWM)

9 Validación de las membranas recicladas Reutilización de membranas para el tratamiento de agua salobre - Condiciones: reales durante 1 año de operación (>9000 h filtración) - Membranas: 12 (6 agua salobre, 6 agua de mar), reciclaje pasivo. - Filtración: tangencial Reutilización de membranas para el pretratamiento de agua de mar - Condiciones: piloto, ensayos de h de filtración - Membranas: 6 modelos (3 agua salobre, 3 agua de mar) - Filtración tangencial modo dead-end Reutilización de membranas para el tratamiento terciario de agua residual - Condiciones: piloto, ensayos de h de filtración - Membranas: 4 (2 agua de mar, 2 agua salobre) - Filtración por succión - 3 configuraciones distintas del módulo: espiral, semiabierto y estrellada

10 Reutilización de membranas para el tratamiento de agua salobre Tipo BWRO 1st stage Caudal medio (m 3 /h) 7,92± 0,29 CE (ms/cm) Influente Permeabilidad media (L/m2 h bar) Conversión (%) 1,22± 0,14 48,17± 1,82 Tiempo de operación (h) Total volumen Producido (m3) TMP (bar) Rechazo de sales (%) ± ,36± 0.36 RSWM 6,58± ,54 ±1,54 1,04± 0,08 48,25± 2, ± ,34± 2,93 RBWM 9,37± 0,12 3,47± 0,17 49,14± 0, ± ,17 ± 5,23 Permeability (L/(m2 h bar) Permeability Comparison 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 24-feb 15-abr 04-jun 24-jul 12-sep 01-nov 21-dic 09-feb 31-mar BWRO Plant 1st Stage RSWM: Tube 1 RBWM: Tube 2 Salt Rejection (%) Salt Rejection Comparison feb 15-abr 04-jun 24-jul 12-sep 01-nov 21-dic 09-feb 31-mar BWRO Plant 1st Stage RSWM: Tube 1 RBWM: Tube 2

11 Reutilización de membranas para el tratamiento de agua salobre Coeficientes de rechazo valores medios (%) Fecha Cl NO 3 SO 4 Na + K + Ca +2 Mg +2 TC NF1 (nueva) 87,9 51,2 99,9 86,7 85,0 99,3 99,8 91,5 NF2 (nueva) 23,0 1,9 99,6 28,7 30,9 73,6 88,8 57,5 Tubo 1 RSWM (HSWC3) 85,3 60,7 98,4 85,6 86,2 96,5 96,3 85,4 Tubo 2 RBWM (TM ) 44,2 1,7 98,8 52,3 54,9 85,0 84,3 54,8 RO Cuevas del Almanzora 97,9 91,0 99,4 97,4 97,3 99,4 99,5 93,9 Feed water

12 Reutilización de membranas para el tratamiento de agua salobre Coeficientes de rechazo valores medios (%) Fecha Cl - - NO 3 +2 SO 4 Na + K + Ca +2 Mg +2 TC NF1 (nueva) 87,9 51,2 99,9 86,7 85,0 99,3 99,8 91,5 NF2 (nueva) 23,0 1,9 99,6 28,7 30,9 73,6 88,8 57,5 Tubo 1 RSWM (HSWC3) 85,3 60,7 98,4 85,6 86,2 96,5 96,3 85,4 Tubo 2 RBWM (TM ) 44,2 1,7 98,8 52,3 54,9 85,0 84,3 54,8 RO Cuevas del Almanzora 97,9 91,0 99,4 97,4 97,3 99,4 99,5 93,9

13 Reutilización de membranas para el pretratamiento de agua de mar - Membranas: 6 modelos (3 agua salobre, 3 agua de mar) - Filtración tangencial modo dead-end - Flujos de operación: LMH - Optimización del procedimiento de limpieza - Ciclos de filtración - Periodo de filtración - Backwash - CEB - CIP

14 Reutilización de membranas para el pretratamiento de agua de mar - Las membranas recicladas de agua de mar (RSW) requieren mayor presión de operación para el mismo flujo de operación que las membranas recicladas de agua salobre (RBW) - Al aumentar el flujo de filtración se incrementa la presión de operación requerida.

15 Reutilización de membranas para el pretratamiento de agua de mar Influente Permeado % Rechazo TSS (mg/l) Turbidez (NTU) SDI (5 min) CE (ms/cm) TOC (mg/l) TC IC (mg/l) (mg/l) TSS (mg/l) Turbidez SDI (15 (NTU) min) CE (ms/cm) TOC (mg/l) TC (mg/l) IC (mg/l) TSS (%) Turbidez (%) TC (%) RBW1 1,1 0,6 14,8 56,2 <1 28,5 27,7 0,7 0,1 3,4 56,2 <1 28,5 27,6 67% 84% RBW1 continuo 0,3 0,2 55,8 2,0 0,1 2,9 55,8 RBW2 1,3 0,4 23,1 <1 28,5 27,5 0,2 0,1 3,6 <1 28,4 27,6 76% 77% RBW2 continuo 2,0 0,4 0,6 0,1 3,1 70% 74% RSW1 1,2 0,4 54,1 1,6 28,0 26,4 0,7 0,1 3,2 53,9 1,8 28,0 26,2 41% 63% La membrana no es capaz de retener la materia orgánica RBW3 2,6 0,2 54,8 1,7 28,1 26,4 0,7 0,1 3,7 54,5 2,1 28,5 26,4 74% 72% RSW2 2,6 0,2 54,8 1,7 28,1 26,4 0,7 0,1 3,7 54,5 2,1 28,5 26,4 74% 72% Reducción de sólidos en suspensión (41-76%), turbidez (63-84%, y SDI próximo a 3. En términos microbiológicos no se ha conseguido observar la capacidad de retención de la membrana porque la concentración de bacterias en el influente era muy reducida y existen indicios de haber tenido problemas de contaminación en el tubo de permeado. 2 LRV es el máximo valor registrado de unidades logarítmicas de retención. Las membranas son capaces de retener partículas con un tamaño superior a 0,5 micras

16 Reutilización de membranas para el tratamiento terciario de agua residual Arrollamiento en espiral Semi-abierto En estrella Configuración Resistencia Ensuciamiento Limpiezas Coste adicional Espiral Alta Alto Permite retrolavados bajo presión. Recupera el flujo tras las No Semiabierto Media Medio-Alto limpiezas pero se colapsa rápido Apertura y Estrellada Mayor Vulnerabilidad Medio montaje del No permite retrolavados presurizados modulo Posibilidad de limpieza manual y con agua lámina a lámina

17 Reutilización de membranas para el tratamiento terciario de agua residual TM (6B.4.39) 11/12/17 Configuración Espiral 9 min filtración + 1 min relajación TM (6B.4.39) 12/12/17 Configuración Espiral Filtración en continuo TM (6B.4.39) 19/03/17 Configuración semiabierto Filtración en continuo TM (6B.4.39) 19/03/17 Configuración estrella Filtración en continuo

18 Reutilización de membranas para el tratamiento terciario de agua residual Tipo de agua Configuración del módulo Caudal medio (m 3 /h) Flujo (LMH) Horas de operación (h:min) Total volumen tratado (m3) TMP Ps (bar) RBW1 Potable Estrellada 0,47 12,60 30:34 14,25-0,19 Potable 0,22 5,83 7:00 1,51-0,24 RSW1 Estrellada Efluente secundario 0,22 5,91 54:19 11,88-0,24 RBW1 RBW1 RBW1 RBW2 Efluente secundario 0,45 12,12 434:23 194,78-0,39 Efluente secundario +50L fango activo 0,41 11,11 43:09 17,74-0,44 Efluente secundario Espiral +100L fango activo 0,43 11,75 49:57 21,72-0,44 Efluente secundario +200L fango activo 0,39 10,41 43:55 16,92-0,44 Efluente secundario Semiabierto 0,27 7,35 71:41 19,50-0,42 Efluente secundario +50L fango activo 0,25 6,72 46:36 11,58-0,39 Efluente secundario +100L fango activo 0,48 12,84 46:46 22,22-0,42 Efluente secundario +200L fango activo 0,32 8,74 5:06 1,65-0,47 Efluente secundario Estrellada 0,55 14,80 6:28 3,54-0,49 Espiral 0,27 7,29 71:51 19,38-0,43 Efluente secundario Semiabierta 0,34 9,30 94:16 32,43-0,45 Estrellada 0,46 12,35 56:21 25,75-0,42 TOTAL 1062 h 414,85

19 Reutilización de membranas para el tratamiento terciario de agua residual Influente Permeado UF Rendimiento (%) RD 1620/2007 SST (mg/l) 15.3 ( ) 0.02 ( ) Turbidez (NTU) 7.09 ( ) 0.5 ( ) DQO (mg/l) ( ) ( ) Nt (mg/l) 10.8 ( ) ( ) Pt (mg/l) 0.87 ( ) 0.72 ( ) E.Coli (UFC/100 ml) ( ) 9.96 ( ) Otros coliformes (UFC/100 ml) ( ) 5.10 ( ) Muy alta calidad de permeado en términos de Sólidos en Suspensión y Turbidez. Alta eliminación de E.Coli y Coliformes Los nutrients (N y P) y contaminantes emergentes no son retenidos por la membrana (soluble)

20 Conclusiones El proceso de reciclaje de membranas funciona con ambas metodologías de transformación. Sin embargo, para lograr la transformacióna membranas de UF utilizando el piloto pasivo, es necesario un mayor tiempo de exposición mayor. El diseño de la membrana, su rendimiento al final de su vida útil, la concentración de la solución de transformación y el tiempo de exposición juegan un papel importante si nuestro objetivo es lograr un proceso de reciclaje de membranas reproducible. El proceso de reciclaje es viable con membranas desechadas que presentan ensuciamiento orgánico e inorgánico por compuestos arcillosos. Es preferible descartar las que presentan ensuciamiento con precipitación de sales. Las membranas que estuvieron tratando en su vida útil agua salobre obtienen mayores valores de permeabilidad una vez transformadas. Las membranas recicladas presentan propiedades similares a los que ofrecen algunos modelos comerciales. El proceso de UF con membranas recicladas, tanto como pretratamiento de agua de mar como para tratamiento terciario de agua residual, es técnicamente posible y se consigue alcanzar la mayoría de los estándares de calidad. Sin embargo, los flujos específicos han sido inferioresa los ofrecidos por las membranas comerciales. Las membranas recicladas de NF pueden operar más de 1 año en condiciones reales, sin necesidad de realizar limpiezas químicas y manteniendo constantes los coeficientes de rechazo de sales divalentes.

21 Muchas gracias Agradecimientos: A todas las personas que han participado y hecho posible el desarrollo de este proyecto, en especial al personal de la desaladora de la Comunidad de Regantes de Cuevas del Almanzora, al personal de la desaladora de Muchamiel y al personal de Guadalagua, por su apoyo en la ejecución de este proyecto. Financiadores: LIFE TRANSFOMEM ENV/ES/000751, IMDEA Agua, Sacyr Servicios Agua y Sacyr Industrial- Sadyt. pterrero@sacyr.com Website: