Desalinización: Desarrollos en pre

La coagulación ha sido uno de los procesos de pretratamiento más populares para la eliminación de contaminantes potenciales, como partículas coloidales y partículas, desde el inicio de la desalinización por ósmosis inversa en la década de 1960. La coagulación combina partículas pequeñas en flóculos más grandes al neutralizar las cargas electrostáticas asociadas con las partículas, un proceso denominado floculación. Los coagulantes inorgánicos se utilizan normalmente en los sistemas SWRO, como el cloruro férrico, y se pueden combinar con floculantes orgánicos, como el polielectrolito, para dosificar en línea antes de los procesos de clarificación y filtración aguas abajo. Además del ensuciamiento por partículas, las membranas SWRO son susceptibles a la incrustación y la precipitación de sal. Esto se debe a que, por lo general, funcionan con una recuperación del sistema de hasta el 50 % en aplicaciones de agua de mar y, por lo tanto, la concentración de sales puede ser el doble del nivel entrante en la corriente de rechazo de las membranas de OI. El control de incrustaciones se puede lograr mediante la dosificación de ácido (para reducir el pH) y varios productos químicos antiincrustantes patentados dirigidos a ciertos iones sobresaturados, como el boro. La preoxidación también se emplea en un intento de reducir la bioincrustación de RO al atacar NOM, como los ácidos húmicos y fúlvicos, pero esto puede tener un efecto perjudicial en las membranas que son intolerantes a la oxidación, y algunos microorganismos y microbiota son resistentes a la oxidación. Además, la cloración puede provocar la lisis celular y, por lo tanto, la liberación de sustrato que favorece el crecimiento. Los productos químicos de preoxidación utilizados incluyen cloro, bromuro, yodo u ozono. La irradiación UV también se puede usar junto con la biofiltración para eliminar los nutrientes, y los biocidas patentados se pueden agregar como una dosis continua o como parte del régimen de limpieza de la membrana. Se pueden emplear varias combinaciones de métodos de preoxidación, como UV junto con ozono. La electrocloración se usa para producir cloro oxidante a partir del agua de mar usando una corriente eléctrica, aunque esto puede tener un costo prohibitivo en algunos lugares.

Los métodos convencionales tradicionales de tratamiento del agua de mar destinada al procesamiento a través de SWRO han incluido la sedimentación (después de la coagulación en línea), filtración de medios y filtración de cartucho. La filtración tiende a incluir etapas simples o dobles de filtración de medio dual (DMF). Si bien esta tecnología de filtración generalmente ha sido capaz de hacer frente a niveles más bajos de sólidos en suspensión y otros contaminantes, les ha resultado cada vez más difícil atender la naturaleza más flotante y frágil de las algas. Además, existe la necesidad de aumentar el nivel de dosificación de coagulante en momentos de proliferación de algas, lo que en última instancia resulta en una mayor carga de sólidos en los filtros e invariablemente tiempos de funcionamiento más cortos o retrolavados más frecuentes, todos factores que aumentan los costos operativos. Una tecnología establecida reconocida por su capacidad para eliminar de manera eficiente la carga de algas y, por lo tanto, reducir la carga de sólidos en los procesos posteriores, pero también minimizar los requisitos de coagulantes químicos, es la flotación por aire disuelto (DAF). DAF funciona básicamente mediante la liberación de aire previamente disuelto y la dosificación de coagulantes en el suministro de alimentación para producir un subnadante tratado y un "lodo" de desecho concentrado que se captura y flota hacia la superficie de la unidad DAF. Al variar la carga hidráulica en la unidad DAF, además de optimizar la concentración de aire, la concentración de coagulante y la tasa y el mecanismo de eliminación de lodos, se puede determinar la mejor eficiencia de DAF. Dado que las algas son intrínsecamente ligeras y de baja densidad, el material se adapta naturalmente a la flotación utilizando DAF en lugar de procesos de asentamiento. La aplicación de DAF en la industria del agua en general, tanto para el suministro de agua potable municipal como para el procesamiento industrial, está bien establecida y se ha demostrado que esta tecnología es confiable y sólida. Las unidades DAF pueden ser suministradas por varios contratistas, incluido Enpure Ltd. Los paquetes de Enpure, como los productos Enflo-DAF™, minimizan los requisitos de tiempo de residencia de floculación en 10 minutos o menos y, hasta la fecha, funcionan a un ritmo alto, hasta 30 m/h en aplicaciones de pretratamiento SWRO, lo que reduce el espacio requerido para la planta en general. Otros tipos de prefiltración convencional incluyen la adsorción y la filtración multimedia (MMF). La absorción generalmente se logra mediante el uso de carbón activado granular para la reducción de NOM, ya sea como un medio filtrante o mediante dosificación y recirculación a través de un sistema de contacto. Los sistemas MMF suelen ser filtros presurizados que funcionan a una velocidad más alta pero tienden a tratar flujos más bajos que los procesos DMF alimentados por gravedad más grandes.

Enpure está trabajando actualmente en el Proyecto Ras Al Khair en Arabia Saudita, una planta de pretratamiento DAF/DMF SWRO de GBP16,3 millones para Doosan Heavy Industries and Construction Company Ltd en un sitio de Saline Water Conversion Corporation (consulte la Figura 3). La planta DAF está dimensionada para tratar 41.922 m3/h y la DMF trata 39.654 m3/h. Se contrató a Enpure para diseñar el sistema, suministrar equipos clave y supervisar la instalación, y la puesta en servicio está programada para completarse en mayo de 2013. Un componente integral de la filosofía del proyecto fue el suministro y la operación de una fase de prueba piloto integrada. Ras Al Khair se encuentra en la costa este de Arabia Saudita y las condiciones del agua de mar cruda son generalmente típicas de las que se encuentran en el extremo norte del Golfo Arábigo. Se diseñó una planta piloto para tratar agua de mar con sólidos disueltos totales (TDS) en un rango de 38,000 mg/l a 47,000 mg/l y sólidos suspendidos totales (TSS) en un rango de 20 mg/l a 40 mg/l. El sistema DAF a gran escala completamente automatizado comprende 16 flujos del proceso EnFlo-ViteTM de alta velocidad de Enpure, que incorpora un sistema de distribución recientemente desarrollado, mezcladores estáticos, boquillas, cabezales, saturadores de aire, bombas de reciclaje, bombas dosificadoras, instrumentación, válvulas y tuberías forzadas. El filtrado tratado del sistema DAF pasa a través del flujo de gravedad a 40 flujos DMF que comprenden medios filtrantes, pisos filtrantes, sopladores, bombas de retrolavado, instrumentación y válvulas. Se requieren las etapas DAF y DMF para tratar el agua de mar para cumplir con criterios estrictos (post DMF) antes de bombear a la etapa del proceso SWRO. Estos son turbidez <0,5 NTU y SDI (índice de densidad de sedimentos, después de una prueba de 15 minutos) <4 en el filtrado común DMF. La planta piloto de DAF constaba de una sola corriente de EnFlo-Vite™, que trataba 61,2 m3/h, seguida de cuatro unidades de DMF, cada una de las cuales trataba 2,5 m3/h. La planta piloto ha completado más de 9 meses de operación continua. Enpure dice que los resultados hasta la fecha demuestran que el proceso está funcionando bien dentro de los límites de rendimiento especificados; con el DMF logrando la especificación de agua de alimentación SWRO requerida. La planta piloto incluía bombas auxiliares, sistemas de dosificación de productos químicos, paneles de control (incluido el control lógico programable (con interfaz humana) para proporcionar una operación automática) y un laboratorio totalmente equipado, todo integrado en dos unidades de contenedores con aire acondicionado.

Con la excepción de DAF, mientras que los procesos convencionales han sido ampliamente utilizados para el pretratamiento SWRO, la necesidad de un diseño cuidadoso y un estrecho control del operador ha resultado en una creciente popularidad del uso de ultrafiltración (UF), microfiltración (MF) y también, en en menor medida, sistemas de nanofiltración (NF) para pretratamiento SWRO. Varios fabricantes de tecnología MF/UF garantizarán SDI < 2 (siempre que no se excedan los parámetros de entrada especificados) y se han llevado a cabo extensas pruebas piloto en las últimas décadas. Las membranas de UF probablemente le den al ingeniero de diseño de procesos el mejor equilibrio entre la eliminación de contaminantes y la calidad de alimentación de RO pero, como hemos dicho, cualquier selección de proceso unitario dependería de las condiciones específicas del sitio. Es importante tener en cuenta que los sistemas de UF pueden requerir su propio pretratamiento en ciertas condiciones y estos podrían incluir los procesos ya descritos. La tecnología DAF se puede combinar con UF y podría, en el ejemplo de la eliminación de algas, proporcionar una alternativa al DMF de una o dos etapas. La coagulación se puede utilizar al principio de los sistemas UF con el potencial de mejorar aún más la calidad del alimento SWRO. La mejor opción puede ser utilizar un sistema automatizado para utilizar una dosis baja de coagulante durante los períodos de mala calidad del alimento, generalmente a un tercio o menos de la concentración requerida por el pretratamiento convencional. Esta concentración puede entonces reducirse, potencialmente a cero, cuando la calidad del alimento es buena. Como se describe en un artículo anterior sobre desalinización rentable (Filtración+Separación julio/agosto de 2011), la forma establecida de explotar la ósmosis es operar el proceso a la inversa (ósmosis inversa) aplicando presión en el lado de agua salada de la membrana para superar la la presión osmótica y conduce el agua de la solución salina al lado de agua dulce de la membrana. Sin embargo, los procesos de ósmosis directa (a diferencia de la inversa) ofrecen un enfoque novedoso diferente a través del potencial para aprovechar la energía mediante la explotación del principio osmótico. Los sistemas que están diseñados para tratar el agua filtrada como una tecnología de pretratamiento directamente antes del sistema SWRO se denominan sistemas de ósmosis directa (FO). Se utiliza una solución de extracción en el proceso de FO para crear una fuerza impulsora para que el agua dulce pase a través de la membrana de FO. Esta solución de extracción está más concentrada que el agua de mar y es una solución de un agente osmótico, típicamente bicarbonato de amonio. La membrana de FO se alimenta con agua salina y el permeado pasa a la solución de extracción por ósmosis directa debido a la diferencia de concentración. Los solutos en la solución de extracción luego se recuperan y reutilizan y la solución de extracción purificada forma el agua tratada para el procesamiento posterior en el sistema SWRO.

Diferentes tecnologías de pretratamiento a menudo eliminarán preferentemente ciertos contaminantes y tendrán diferentes efectos en el ensuciamiento de la membrana SWRO. Por lo tanto, el papel del ingeniero de diseño de procesos en la selección de los procesos unitarios apropiados es fundamental para garantizar un sistema eficiente y optimizado. El agua de alimentación altamente variable con contaminantes como las algas, que tradicionalmente han sido difíciles de tratar, presenta desafíos considerables. Solo mediante el uso de experiencias adquiridas en otros sitios y proyectando esto en un programa de prueba piloto efectivo se puede desarrollar un sistema efectivo. Entonces, también puede ser importante tener en cuenta que el diseño del proceso elegido puede no funcionar de manera eficiente bajo ciertas condiciones o con el cambio climático o las condiciones meteorológicas que afectan la composición y la temperatura del agua de mar local (consulte la Figura 4). Por lo tanto, se requiere un monitoreo y optimización continuos del sistema de desalinización para garantizar que cualquier cambio se detecte temprano. Al combinar de manera eficaz y eficiente varios procesos de pretratamiento, como la popularidad de las membranas UF, la idoneidad de DAF para resolver problemas de algas y la implementación de FO para reducir los requisitos de energía, será posible aumentar la confiabilidad general de los sistemas SWRO mientras continuar reduciendo los costos de toda la vida. El control de procesos y el monitoreo operativo más sofisticados también permitirán que los sistemas se adapten en respuesta a los desafíos del cambio climático.