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Diseño de una instalación desaladora de agua de mar (IDAM)

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EOI · 19/07/2012 · http://a.eoi.es/1q9

Proyectos finales de los alumnos del Master en Ingeniería y Gestión del Agua (MAGUA) (Madrid)

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Diseño de una instalación desaladora de agua de mar (IDAM)

  1. 1. Diseño de una instalación desaladorade agua de mar (IDAM) de grancapacidad con pretratamientomediante ultrafiltración y doble pasode ósmosis inversaProyecto FinalMáster en Ingeniería y Gestión del AguaAutores: Tutor:Cristina García-Ochoa Martín Aitor Díaz PérezMiguel Moraga Ruiz de la MuelaAlfredo Peraita Juez
  2. 2. ÍNDICE1. Introducción2. Fundamentos de la ósmosis inversa3. Datos de partida y requisitos exigidos4. Proceso5. Estudio de explotación6. Conclusiones
  3. 3. 1. Introducción1.1. Antecedentes - Distribución de agua desigual en el mundo. - Futuro incierto debido al cambio climático. - La desalación como solución.
  4. 4. 1. Introducción1.2. Justificación del proyecto- Tendencia actual  Grandes plantas: Mayor demanda y eficiencia energética.- Aplicación de últimas técnicas disponibles  Mayor calidad de agua y optimización de costes energéticos.1.3. Normativa aplicable- RD 1/2.001- RD 140/2.003
  5. 5. 2. Fundamentos de la O.I.- Ósmosis directa - Ósmosis inversa Agua Agua pura salina Agua Agua pura salina Agua Agua pura salina
  6. 6. 3. Datos y requisitos 3.1. Datos básicos de diseñoProducción (m3/día) 320.000 Tª mínima del agua bruta 16 ºCNúmero de pasos 2 1er paso 1Número de Tª máxma del agua bruta 32 ºCetapas 2º paso 2 A la O.I UltrafiltraciónSplit variable Mínimo 9% Pretratamiento A la U.F Filtros de anillas2º paso Máximo 29% Postratamiento Lechos de calcita 1er paso 45% FeCl3 – NaClO -Factor de 2º paso 90% Pretrata H2SO4 - Na2S2O5 –conversión Global 42,6% - 43,2% Dosificación miento NaOH - químicos AntiincrustanteTipo de captación Toma abierta Postrata CaCO3 - CO2 miento
  7. 7. 3. Datos y requisitos 3.2. Capacidad de la planta Nº Nº totalNº de trenes: 2 elementos/bast bastidores idor F. anillas 8 5 Ultrafiltración 60 170 - Pérdidas filtros de anillas: 1%. 1er paso O.I 24 170 - Pérdidas ultrafiltración: 5%. 2º paso O.I 12 98 SPLIT 9% m3/h m3/d l/sCaudal alimentado a la IDAM 33.239 797.730 9.233Caudal alimentado filtros de anillas 33.239 797.730 9.233Caudal alimentado ultrafiltración 32.906 789.753 9.141Caudal alimentado ósmosis inversa 31.261 750.265 8.684Caudal producifo ósmosis inversa 13.333 320.000 3.704
  8. 8. 3. Datos y requisitos 3.3. Calidad del agua bruta Parámetro Ud Valor Parámetro Ud ValorAlcalinidad - CaCO3 ppm 134 Hierro - Fe μg/l 31 Cobre - Cu μg/l 20 Manganeso - Mn μg/l <3 Bario - Ba μg/l 6Sólidos disueltos - 180°C ppm Aluminio - Al μg/l 20 ZCloruros - Cl ppm 22.157Nitratos – NO3 ppm <1 μg/l 16Fluoruros - F ppm 1,5Bicarbonato – HCO3 ppm 163,35Sulfatos – SO4 ppm 3.056Bromuros - Br ppm 89Amonio – NH4 ppm 0,12Sodio - Na ppm 12.020 Estroncio - Sr μg/l 6.362Potasio - K ppm 671 CCalcio - Ca ppm 442Magnesio - Mg ppm 1.499Dureza - CaCO3 ppm 7.270,7Fosfatos – PO4 ppm 0,01
  9. 9. 3. Datos y requisitos 3.4. Temperatura de diseño Temperatura Edad membranas % Split pHEdad de las membranas: 0 años Edad de las membranas: 3,6 añosTemperatura (ºC) Split (%) pH Temperatura (ºC) Split (%) pH 16 29 8.1 16 21 8.1 22 21 8.6 22 14 9.2 24 19 9.1 24 14 9.4 28 16 9.5 28 11 9.6 32 13 9.7 32 9 9.8
  10. 10. 3. Datos y requisitos 3.5. Características del agua producto Parámetro Ud Valor máximoBoro - B ppm 0,5Cloruros - Cl ppm 30Sólidos totales disueltos ppmpH 7,8 – 8,5Índice de Langelier 0 – 0,5Dureza como CaCO3 ppm
  11. 11. 4. Línea de proceso4.1. Descripción general- Captación.- Depósito.- Bombeo de baja presión.- Pretratamiento físico: Filtros de anillas > Ultrafiltración.- Pretratamiento químico en línea.- Bomba de alta presión.- Ósmosis inversa: Primer paso > Depósito > Segundo paso.- Postratamiento: Lechos de calcita.
  12. 12. 4. Línea de proceso4.2. Captación- Objetivos: - Garantizar caudal necesario. - Garantizar calidad del agua captada. - Minimizar variación características físico-químicas. - Garantizar mínimo impacto físico y medio ambiental. - Proteger frente al tráfico marino. - Lograr el menor coste posible de la planta.- Tipo de captación: Profunda mediante torre de toma.
  13. 13. 4. Línea de proceso4.2. Captación- Rejas.- Elevada respecto al fondo.- Líneas de corriente horizontales.- Velocidad < 0,15 m/s. Evacuación hasta la costa: - Inmisario de PEAD. - Gran diámetro. - Cántara de captación. - Bombeo a planta.
  14. 14. 4. Línea de proceso4.2. Captación- Bombeo hasta cabecera de planta: - Caudal de bombeo: 33.239 m3/h. - Número de bombas en operación: 12 uds. - Caudal unitario: 2.770 m3/h. - Altura manométrica: 24 m. - Potencia unitaria: 250 Kw. - Diámetro colectores: 2.000 mm. - Material: PRFV.
  15. 15. 4. Línea de proceso4.3. Pretratamiento físico- Eliminación de materia por cribado (SS, macromoléculas, coloides).- También M.O. en el agua.- No elimina iones ni sales disueltas.- OBJETIVO: protección OI.
  16. 16. 4. Línea de proceso4 Filtros de anillas Ultrafiltración
  17. 17. 4. Línea de proceso4.3.1. Filtros de anillas- Retención partículas de origen mineral.- Anillas planas y ranuradas.- Flujo del exterior al interior.- Limpieza contralavado.
  18. 18. 4. Línea de proceso 4.3.1. Filtros de anillas: DiseñoQ de entrada a UF (m3/día) 789753Pérdidas F. Anillas 1,00%Q de entrada F.Anillas (m3/día) 797730Q de entrada F.Anillas (m3/h) 33239Diámetro unitario (m) 1,2Superficie unitaria (m2) 1,1Nº filtros por bastidor 5Flujo diseño (m3/h) 4300Nº bastidores adoptado 8Nº total filtros 40
  19. 19. 4. Línea de proceso4.3.2. Ultrafiltración- SS, macromoléculas, coloides, microorganismos.- Membranas capilares.- Flujo del interior al exterior.- Lavados frecuentes
  20. 20. 4. Línea de proceso 4.3.2. Ultrafiltración: DiseñoQ de entrada a O.I. (m3/día) 750.265Q de lavado ultrafiltración 5,00%Q diseño (m3/día) 789.753Q diseño (m3/h) 32.906Flujo de diseño (l/m2•h) 71Superficie membranas (m2) 46Nº membranas 10.076Nº trenes 2Nº bastidores 60Nº bastidores / tren 30Nº membranas / bastidor 170Flujo durante lavados (l/m2•h) 75,1
  21. 21. 4. Línea de proceso4.3.2. Ultrafiltración: Lavados Funcionamiento durante ciclo de filtración.
  22. 22. 4. Línea de proceso4.3.2. Ultrafiltración: Lavados 1º Aireación.
  23. 23. 4. Línea de proceso4.3.2. Ultrafiltración: Lavados 2º Contralavado con agua.
  24. 24. 4. Línea de proceso4.3.2. Ultrafiltración: Lavados 3º Contralavado químico (CEB).
  25. 25. 4. Línea de proceso4.3.2. Ultrafiltración: Lavados 4º Enjuague.
  26. 26. 4. Línea de proceso4.3.2. Ultrafiltración: Lavados
  27. 27. 4. Línea de proceso4.4. Pretratamiento químico- Objetivos: - Funcionamiento óptimo de la planta. - Acondicionamiento del agua para la OI.
  28. 28. 4. Línea de proceso 4.4. Pretratamiento químico Tiempo Dosis Reactivo Objetivo Aplicación Modo (h) (ppm)Hipoclorito Sódico Desinfección Cántara Choques 6 5Cloruro Férrico Coagulante Línea Continuo 24 4Hipoclorito Sódico Desinfección Línea Continuo 24 0,5Ácido Sulfúrico Ajuste PH Línea Choques 2 20Bisulfito Sódico Eliminación Cloro Línea Choques 6 10Antiincrustante Evitar precipitación Línea Continuo 24 2Sosa Ajuste PH Línea Continuo 24 10
  29. 29. 4. Línea de proceso4.5. Ósmosis inversa
  30. 30. 4. Línea de proceso 4.5.1. O.I: Bombas de alta presión Temperatura % Split PresiónEdad de las membranas: 0 años Edad de las membranas: 3,6 añosT (ºC) Split PBAP 1 (bar) PBAP 2 (bar) T (ºC) Split PBAP 1 (bar) PBAP 2 (bar) 16 29% 57,10 13,20 16 21% 60,90 14,30 22 55,80 22 14% 58,70 24 19% 55,70 12,30 24 14% 58,30 13,20 28 16% 55,50 11,80 28 11% 57,70 12,70 Nº bombas Potencia absorbida (Kw) Potencia adoptada (Kw) 32 1er13% 55,40 2 11,40 32 9% 57,20 12,20 BAP paso 24 + 1.272 1.400 BAP 2º paso 12 + 2 592 630
  31. 31. 4. Línea de proceso4.5.2. O.I: Recuperadores de energía- Intercambiadores de presión tipo ERI.
  32. 32. 4. Línea de proceso4.5.3. O.I: Recirculación y Split en 2º paso Temperatura Edad membranas % Split
  33. 33. 4. Línea de proceso4.5.4. O.I: Bastidores de ósmosis inversa - Doble paso > Calidad permeado. - Doble etapa > Conversión global. Nº total Dimensión Flujo Nº Nº tubos/ Membrana Tipo membrana (m2) (L/m2•h) Líneas línea sPaso 1 SWC5 A. mar 37 14 24 28.560Paso 2 ESPABMAX A. salobre 40 37 68 : 30 8.232
  34. 34. 4. Línea de proceso 4.6. Remineralización - Agua producto OI  Baja concentración sales, pH ácido. - Objetivo: Añadir al agua características que la hagan útil para uso. - Normativa: RD 140/2.003. Parámetro Ud Valor máximoBoro - B ppm 0,5Cloruros - Cl ppm 30Sólidos totales disueltos ppm 300pH 7,8 – 8,5Índice de Langelier 0 – 0,5Dureza como CaCO3 80 - 120Turbidez NTU 0
  35. 35. 4. Línea de proceso4.6. Remineralización- Dosificación de calcita (CaCO3) y CO2.- Dureza máxima admisible: 80 ppm CaCO3.- 10 ppm CaCO3  1ºF.
  36. 36. 4. Línea de proceso 4.6. RemineralizaciónCaudal a tratar (m3/día) 320.000Dureza deseada (ºF) 8Dosis CaCO3 (ppm) 64Dosis CO2 (ppm) 28,16Consumo CaCO3 (Kg/día) 20.480Consumo CO2 (Kg/día) 9.011,2Anchura celda (m) 3mLongitud celda (m) 8mVelocidad ascensional (m/h) 11Número de celdas (uds) 52Tiempo de contacto (min) 10Altura del lecho (m) 2
  37. 37. 4. Línea de proceso4.7. Vertidos: Limpieza F. Anillas y Ultrafiltración- Tratamiento: - Clarificación. - Espesamiento. - Deshidratación.
  38. 38. 4. Línea de proceso4.7. Vertidos: Salmuera- Tratamiento: - Dilución previa. - Emisarios difusores.
  39. 39. 5. Estudio de explotación Costes fijos Costes variables- Personal - Reactivos químicos- Mantenimiento y conservación - Tratamiento de fangos- Reposición de material fungible - Limpieza de membranas- Reposición de membranas - Reposición de membranas- Administración y varios - Energía- Análisis de aguas- Plan de vigilancia ambiental- Seguros- Término fijo de potencia
  40. 40. 5. Estudio de explotación 5.1. Costes fijos (Euros/año)Personal 1.095.600Mantenimiento y conservación 683.300Reposición de material fungible 50.000Reposición de membranas 1er paso 239.904Reposición de membranas 2º paso 46.099Reposición de membranas UF 76.500Administración y varios 60.000Plan de vigilancia ambiental 90.000Seguros 400.000Análisis de aguas 150.000Término fijo de potencia 1.500.000TOTAL (Euros/año) 4.391.403COSTE ESPECÍFICO (€ / M3) 0,0416
  41. 41. 5. Estudio de explotación 5.2. Costes variables (Euros/año)Reactivos químicos 4.820.320Tratamiento de fangos 1.056.000Limpieza membranas 211.000Reposición de membranas O.I. 1.144.013Reposición de membranas UF 688.500TOTAL sin energía (Euros/año) 7.920.033COSTE ESPECÍFICO TOTAL (€ / M3) 0.0750Costes energéticos 35.739.704TOTAL con energía (Euros/año) 43.659.737COSTE ESPECÍFICO TOTAL (€ / M3) 0.4134
  42. 42. 5. Estudio de explotación 5.3. Costes totales (Euros/año)Personal 1.095.600Mantenimiento 683.300Administración y varios 60.000Reactivos 4.820.320Reposición de elementos
  43. 43. 6. Conclusiones- Tendencia: Plantas de gran capacidad. División en trenes.- Gran calidad de agua producto: Pretratamiento físico y químico.- Ultrafiltración: -
  44. 44. ¡Muchas gracias por su atención!

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