Cómo proporcionar un suministro de agua sostenible en África utilizando un sistema de ósmosis inversa con tratamiento previo y posterior especializado
La desalinización de agua de mar es un proceso específico que implica la separación molecular a través de tecnología de membrana para reducir el contenido de sales y minerales disueltos del agua de mar a un nivel adecuado para el consumo humano y animal, usos comerciales/industriales y de riego. Este proceso involucra tres corrientes de agua: agua de mar como fuente de entrada, agua de producto/permeado de calidad de agua potable con baja salinidad y agua de rechazo/concentrada de alta salinidad. El proceso es relativamente sencillo y funciona según el principio del sistema de ósmosis inversa.
La entrada al sistema de desalinización de agua de mar es agua de mar que se extrae de los océanos o de un pozo de una playa costera. Esta agua luego se somete a un proceso conocido como pretratamiento. El proceso de pretratamiento implica el filtrado de macro y micropartículas a través de una prefiltración específica, seguida de la dosificación de una formulación antiincrustante especializada para prohibir la formación o acumulación de incrustaciones minerales que conducen a condiciones de ensuciamiento en el proceso de ósmosis inversa. Una vez que se completa el pretratamiento, el agua se introduce en las capas de las membranas del sistema de ósmosis inversa para eliminar la sal y otras impurezas moleculares.
La salmuera/rechazo o agua salada concentrada generalmente se recolecta en un tanque de almacenamiento separado y se descarga al océano. El Producto/Permeado o agua potable luego se trata en un proceso posterior al tratamiento que implica el ajuste del pH de Calcita y la desinfección con luz ultravioleta y cloro para mantener la desinfección residual en el sistema de distribución de agua. Además, normalmente se pueden agregar ciertos minerales y sales al agua tratada para "ajustar" el sabor del agua tratada para satisfacer las preferencias de gusto de los clientes locales y cumplir con las normas locales. Sin embargo, para los requisitos de agua de proceso en ciertas industrias, el sistema deberá diseñarse de acuerdo con los requisitos de las industrias específicas y, por lo tanto, la decisión sobre cómo y dónde usar el agua desalinizada se basará en una consulta con el cliente para comprender sus operaciones internas. Esta agua tratada se puede almacenar y distribuir según sea necesario.
La desalinización del agua de mar es una tecnología líder de elección para el tratamiento del agua en base a dos razones principales: producción de agua tratada de alta calidad y una tendencia continua de aumento de la producción con costos de CAPEX y OPEX decrecientes. Según una investigación realizada por Global Water Intelligence, el desglose típico de CAPEX para un proyecto de desalinización de agua de mar se muestra a continuación:
La tendencia a la disminución de los costos asociados con el sistema típico de desalinización de agua de mar se debe principalmente a un aumento en el avance tecnológico: rendimiento de la membrana en condiciones difíciles y una mayor recuperación de energía relacionada con el proceso de purificación.
Los materiales de construcción de la mayoría de las Membranas de Ósmosis Inversa son acetato de celulosa y poliamida. Hoy en día, los sistemas de desalinización de agua de mar se diseñan, construyen y fabrican a medida en función de un análisis de agua específico proporcionado por los clientes para satisfacer sus necesidades específicas de agua. Los sistemas de desalinización de agua de mar comerciales/industriales personalizados pueden incorporar elementos de diseño de ahorro de energía rentables y de bajo mantenimiento. Estos incluyen la incorporación de membranas con nanotecnología especializada; el nanocompuesto se incorpora al material de la membrana, lo que proporciona mayores tasas de flujo de elementos y porcentajes de rechazo de sal. Estas membranas normalmente producen un 20 % más de agua y consumen un 20 % menos de energía en comparación con una membrana de ósmosis inversa de agua de mar comparativa para un caudal de agua dado. Esto permite una reducción de la huella del sistema. Además, la utilización de este enfoque puede proporcionar un desembolso de capital, costos operativos y de mantenimiento más bajos y es capaz de funcionar de manera efectiva en múltiples aplicaciones, como instalaciones de petróleo y gas y plataformas petroleras, plantas de energía, desarrollos costeros comerciales/residenciales, hoteles/resorts y en Ciudades/aldeas costeras con diferentes niveles de TDS de alimentación de agua salada desde 10,000 42,000 ppm hasta 45,000 XNUMX – XNUMX XNUMX ppm.
Prefiltración de nanofibra en sistema de ósmosis inversa
La tecnología avanzada de prefiltración de nanofibras proporciona una reducción significativa de las incrustaciones biológicas y coloidales, un problema importante en los sistemas de membrana. El ensuciamiento de la membrana es una de las principales causas de la falla del sistema de ósmosis inversa y el aumento de los costos de operación y mantenimiento asociados. Se pueden observar ahorros de costos operativos a través de la reducción de la frecuencia de limpieza de la membrana y la vida útil extendida de la membrana con una mayor duración del rendimiento de la membrana. Además, esta tecnología garantiza tasas de flujo del sistema más altas con un consumo de energía reducido debido a la reducción significativa del ensuciamiento coloidal, lo que proporciona una mayor producción de agua y reduce los costos operativos.
En combinación con medios especializados, el proceso de prefiltración permite una mayor eficiencia de prefiltración de partículas en el sistema de desalinización de agua de mar y reduce la demanda de agua de retrolavado.
Una solución de toma y descarga eficiente y respetuosa con el medio ambiente reduce los costos generales asociados con el proceso de desalinización del agua de mar al mismo tiempo que protege y preserva los ecosistemas costeros en todo el mundo.
Estrategias que manejan el concentrado de RO
Hay dos estrategias que pueden manejar de manera eficiente y efectiva el agua de alta salinidad concentrada/rechazada por OI. La primera estrategia es una solución de sistema de descarga optimizada con bajos costos de capital y operación y mantenimiento que está diseñada específicamente para descargar el agua concentrada de alta salinidad sin dañar la vida marina costera a través de una mezcla de agua ambiental en alta mar altamente eficiente.
La segunda estrategia involucra una solución especializada de descarga cero de líquidos con un desembolso de costo de capital inicial más alto, pero costos de operación y mantenimiento relativamente bajos de alrededor del 1-2%. El uso de un enfoque de descarga de líquido cero que puede funcionar con energía renovable híbrida puede aumentar la producción general de agua potable desde la recuperación típica del sistema del 35-45 % a alrededor del 85 % de una fuente de agua de mar. El 15% restante de este flujo de concentrado se usaría para la producción de sal seca que se puede vender con fines comerciales generando un pequeño flujo de ingresos de compensación.
Tendencias adicionales involucran el uso de una combinación híbrida de energía renovable/convencional para impulsar la instalación de sistemas a gran escala comunitaria y municipal para proporcionar un costo operativo más bajo y mejorar la sostenibilidad ambiental.
Desafío
Al enfrentar los desafíos de la escasez de agua limpia en el norte de África, había que hacer algo para aumentar el suministro de agua limpia para satisfacer las crecientes necesidades de agua potable en las comunidades costeras.
Estas comunidades estaban sintiendo los efectos de la escasez de agua, pero la ubicación costera proporcionaba un amplio acceso al agua de mar. Las medidas de protección ambiental para la vida marina debían ser consideradas en este enfoque de desalinización.
Solución
Sabiendo que la demanda de agua estaba aumentando, Genesis Water Technologies fue contratado por un socio local para diseñar, diseñar y construir una solución optimizada de desalinización de agua de mar. Esta solución de sistema necesitaba ser ambientalmente sensible al entorno marino local.
Genesis Water Technologies solicitó un análisis de agua para analizar la composición de la fuente de agua de mar que necesitaría ser tratada.
Al revisar el análisis, los niveles de TDS oscilaron entre 40,000 43,000 y XNUMX XNUMX mg/l.
La discusión adicional involucró si la solución del sistema podría ser capaz de una descarga de líquido cero.
Este enfoque era posible y factible, sin embargo, en esta solución particular; se diseñó la utilización de un sistema optimizado de descarga de salmuera debido a las limitaciones presupuestarias iniciales del costo de capital.
Genesis Water Technologies desarrolló y diseñó un sistema de desalinización modular de la serie GWT hecho a la medida. Este sistema incluye un sistema avanzado de entrada de agua de mar abierto y un emisario diseñado para minimizar drásticamente cualquier efecto potencial en el medio ambiente marino a partir de su entrada y descarga de salmuera. El agua del sistema de entrada se bombea a un tanque de almacenamiento de agua de entrada. Desde el tanque de almacenamiento de agua, el agua se procesa a través de un proceso de filtración de múltiples etapas y luego en un sistema de ósmosis inversa de agua de mar. El sistema de desalinización de agua de mar se diseñó utilizando un proceso patentado de prefiltración de nanofibras de la serie DLP de GWT y tecnología de membrana de nanocompuestos para eliminar compuestos orgánicos coloidales, bioincrustaciones y sales disueltas. Luego de este proceso, el agua se remineraliza para mejorar su sabor y se envía a tanques de almacenamiento de agua tratada. El agua se desinfecta después del tanque para la distribución de agua.
Resultados
Se espera que la solución del sistema se implemente en fases durante 1 o 2 años, con una calidad inicial del agua que supere todos los estándares de la EPA y la OMS de EE. UU. para agua potable. Esta solución de sistema proporcionará una fuente segura de agua potable durante muchos años para satisfacer las necesidades de agua del área con la capacidad de agregar capacidad según sea necesario en el futuro.
