Ultrafiltración Un proceso seguro y económico

Transcripción

1 Ultrafiltración Un proceso seguro y económico para la producción de agua de alimentación de calderas Texto traducido por EDITECBA ( con autorización de Microdyn-Nadir GMBH ( Wiesbaden, Alemania

2 Ultrafiltración Un proceso seguro y económico para la producción de agua de alimentación de calderas por Dipl.-Ing. Werner Ruppricht, NADIR Filtration GmbH, Wiesbaden, y Dipl.-Ing. Thomas Müllrick, Energie Sachsen Brandenburg AG, Cottbus Introducción La generación de energía en las usinas eléctricas está asociada a una provisión suficiente de agua, ya sea como agua de refrigeración o como agua de alimentación de calderas. Por ello, el requerimiento de agua en el ámbito de las usinas eléctricas se cubre mayormente desde ríos y lagos. Pero, para poder utilizar el agua, ésta debe ser tratada según las exigencias técnicas (Directivas VGB). Un proceso de tratamiento ampliamente difundido para la producción de agua de alimentación de calderas a partir de aguas superficiales consiste en el pretratamiento por precipitación, floculación y sedimentación, y el postratamiento con ósmosis inversa y/o intercambio de iones. Debido a la complicada tecnología de procesos, el empleo de productos químicos y las fluctuaciones en la calidad del agua luego del pretratamiento, se trata cada vez más de encontrar procesos de pretratamiento rentables que trabajen sin productos químicos y que garanticen calidades de agua invariablemente altas para el postratamiento, independientemente de la calidad del agua no depurada. El proceso de membranas de la ultrafiltración cumple con estas exigencias. Las primeras experiencias operacionales de la empresa envia (Energie Sachsen-Brandenburg AG) en Guben, Alemania, demostrarán a continuación la seguridad de funcionamiento y la rentabilidad de esta técnica. Planteamiento del problema En la localidad industrial de Guben, Alemania, la empresa envia opera una planta de tratamiento de agua para abastecer la central térmica local con agua de servicio y de alimentación de calderas, así como a otros clientes industriales con agua desionizada. En el pasado, el agua de alimentación de calderas, necesaria para la operación de la central térmica y proveniente del río Neiβe, se producía por medio de precipitación, floculación y sedimentación, e intercambiadores de iones que estaban intercalados a continuación de estas últimas. En el marco de una modernización de la planta de tratamiento de agua, se debía reemplazar el pretratamiento convencional por un proceso que suministre un agua libre de sustancias enturbiantes, coloides, bacterias y virus, independientemente de la calidad del agua no depurada del río Neiβe. El uso de productos químicos debía mantenerse lo más reducido posible. Otra precondición era un requerimiento reducido de espacio in situ. Además, se deseaba un alto grado de automatización, dado que la planta se debe operar durante las 24 h sin supervisión. Pero se debía poder continuar operando los trenes existentes de intercambiadores de iones y otras etapas de postratamiento. La capacidad de la nueva planta de tratamiento debía ser en promedio de 30 m³/h, pero, como mínimo de 25 m³/h, independientemente de la calidad de agua del río Neiβe. La decisión se tomó a favor del proceso de ultrafiltración, que satisface totalmente todas las exigencias. Se debe tener en cuenta que, según la estación, el agua de río Neiβe puede tener turbideces de hasta 200 NTU y más, y la temperatura del agua varía entre 4 o C y 20 o C. La operación de la ultrafiltración y el aseguramiento de la capacidad mínima debían ocurrir sin que el agua no purificada tuviera que ser tratada con agentes precipitantes y floculantes. De esta manera, el pretrata-

3 miento quedaba limitado a un filtro contralavable meramente mecánico. A los efectos de obtener un permiso de las autoridades para reintroducir en el río Neiβe el concentrado de la etapa de ultrafiltración, el rendimiento referido a la cantidad de alimentación debía ser como máximo del 75%. La limpieza de la planta de ultrafiltración debía ocurrir con la menor frecuencia posible. Sólo se iba a poder emplear agentes de limpieza que representen una reducida carga para el medio ambiente; es decir, debían ser biodegradables y con ello fáciles de someter a un postratamiento. Realización de la planta En enero de 2001 se adjudicó la construcción de la planta de ultrafiltración. La elección correcta del módulo de fibras huecas tenía una importancia central debido a las especificaciones exigentes de la empresa operadora de la planta, que permitía únicamente un prefiltro mecánico para el pretratamiento de la etapa de ultrafiltración y que excluía el empleo de productos químicos floculantes y precipitantes como pretratamiento para la ultrafiltración. Dado que las membranas comerciales de fibra hueca de polietersulfona y de polisulfona tienen una conocida tendencia característica a formar depósitos y causar con ello mermas de capacidad, se sabía desde el comienzo que no se podía considerar este tipo de membrana debido al elevado potencial de biofouling del río Neiβe. Asimismo no era posible emplear módulos que se operan en posición horizontal o según el proceso dead end, debido a la carga de sustancias enturbiantes del río Neiβe, la cual, temporalmente, es muy alta. Por esos motivos se recurrió a un producto de la empresa Daicen Membrane Systems, de Japón, que es distribuido exclusivamente a través de la empresa Nadir Filtration GmbH en Wiesbaden, Alemania, y que opera exitosamente desde hace años en aplicaciones comparables en Japón. Este módulo de fibra hueca está construido a base de triacetato de celulosa y posee, con un diámetro de membrana de fibra hueca de 0,8 mm, una superficie de membrana de 50 m 2, y se caracteriza por una capacidad de filtración constantemente elevada debido a su reducida tendencia a formar depósitos. Los sólidos concentrados en el módulo de membranas se pueden extraer de forma segura por lavado debido a la operación en posición vertical y a un proceso ingenioso de filtración y contralavado. Con ello se puede mantener la capacidad constantemente alta durante largos períodos. La operación de los módulos se realiza según el proceso cross slow, que con su reducida velocidad de flujo de 0,1 a 0,2 m/s compatibiliza la operación segura y rentable del módulo. Tipo de módulo Superficie de membrana Diámetro de fibra hueca Caudal de alimentación Punto de corte Presión de operación, filtración Frecuencia de contralavado Molpure -FW50; FUC m² 0,8 mm 8-12 m³/h*módulo 150 kda 0,2 0,6 bar cada 45 min, por 30 seg Prefiltración µm Capacidad de filtrado 4 7 m³/h y módulo Propiedades del módulo de fibras huecas Molpure -FW50;FUC1582 Cara frontal del módulo de fibras huecas El módulo se puede limpiar muy fácilmente con limpiadores biodegradables debido a las cualidades de polímero del triacetato de celulosa (CTA). Para la capacidad de filtrado de 30 m³/h en promedio, con una capacidad mínima de 25 m³/h, se dimensionó la planta con 10 módulos, teniendo en cuenta reservas necesarias

4 en la operación de usinas eléctricas. Esto equivale a una superficie de membrana de 500 m 2. Los módulos están dispuestos en la planta de forma tal que cada módulo pueda ser conectado o desconectado. Se garantiza así una adaptación óptima al requerimiento efectivo de agua de la usina eléctrica. Los módulos se operan de acuerdo con las condiciones mencionadas más arriba. Se prescinde completamente de un pretratamiento del agua del río Neiβe. Solamente en la entrada de la planta de ultrafiltración se encuentra un filtro contralavable automático, de ranura continua con un micronaje de 200 µm. Disposición esquemática de la planta de ultrafiltración Experiencias de operación de los primeros 12 meses La puesta en servicio de la planta tuvo lugar en abril de Luego de 8 semanas, en junio del mismo año, la planta pasó a la operación continua. Desde entonces trabaja de forma confiable y produce un permeato de alto valor cualitativo y libre de turbideces y coloides, independientemente de la fluctuación del agua no depurada del río Neiβe. La prefiltración de 200 µm es suficiente para la operación confiable de los módulos y de la planta. La operación de todos los diez módulos sólo es necesaria en períodos de crecidas, cuando las turbideces en el río Neiβe aumentan hasta por encima de 200 NTU, y asegura entonces una capacidad de 30 m³/h. En los otros tiempos de operación fuera de las épocas de crecidas se requieren, con una menor turbidez de aprox. 10 NTU, solamente 5 módulos para una capacidad de 25 m³/h. El contralavado con permeato, que se mezcla en parte con reducidas cantidades (5 a 10 ppm) de cloro libre, impide de forma confiable que se formen depósitos reductores de capacidad sobre la membrana. Por lo demás, la reducida dosificación no causa problemas de aguas resi-

5 duales. Los módulos se limpiaron cinco veces con una solución de ácido cítrico al 5% desde que la planta fue puesta en servicio. A causa de la baja frecuencia de estos intervalos de limpieza, la disponibilidad de la planta es alta. El hecho de que la planta sea operable de forma muy flexible y de que su capacidad se pueda adaptar individualmente a las necesidades del requerimiento de agua, debido a la posibilidad de conexión y desconexión de módulos, ha demostrado ser particularmente amigable para el usuario. La rentabilidad de la planta es notablemente mayor que la de plantas convencionales por el reducido requerimiento de espacio, el alto grado de automatización y los menores costos de personal relacionados con ello, así como por la ausencia de costos de productos químicos precipitantes y de eliminación de lodos. En la práctica, el potencial de ahorro en el precio específico de agua, que se logra por medio de una ultrafiltración, y teniendo en cuenta los costos de inversión y operación, es de hasta 20%. Resultado y perspectivas La operación de la ultrafiltración para el tratamiento de aguas superficiales en la planta de tratamiento de agua de la localidad industrial de Guben muestra que con esta técnica se dispone de una alternativa con respecto al tratamiento convencional de agua, la cual es ecológicamente razonable y a la vez segura en la operación, y rentable. Si el permeato se tratara luego de la ultrafiltración con una ósmosis inversa, entonces se obtendrían allí intervalos entre limpiezas notablemente más prolongados y rendimientos de permeato más constantes, como resultado de la ausencia de bacterias y el contenido extremadamente reducido de sustancias favorecedoras de bloqueo. Por lo tanto, el empleo de la ultrafiltración también es razonable cuando se la intercala antes de una ósmosis inversa. En el futuro, el tratamiento convencional de agua de alimentación de calderas será reemplazado progresivamente por la técnica de membrana. Junto con la ultrafiltración, desde hace años, se utiliza cada vez más el proceso probado de la ósmosis inversa, en especial en plantas nuevas, dado que esta última reduce drásticamente el tamaño de los equipos de intercambio de iones y el requerimiento de productos químicos. De este modo se puede continuar disminuyendo los costos de operación y se puede realizar plantas, cuyos costos de inversión y operación son hasta un 30% menores en comparación con plantas convencionales. Texto traducido por EDITECBA ( con autorización de Microdyn-Nadir GMBH ( Wiesbaden, Alemania.