Contenido de la jornada de membranas

Nov 21, 2017 Categoría : sjornadas

EXPERIENCIAS Y RESULTADOS EN LA DEPURACIÓN Y REGENERACIÓN DE AGUAS EN LA REGIÓN DE MURCIA MEDIANTE TECNOLOGÍAS DE MEMBRANAS.

Pedro Simón. ESAMUR

pedro.simon@esamur.com

Las membranas presentan una serie de características, que las hacen muy interesantes en el campo de la depuración y reutilización de aguas residuales. En la Región de Murcia empezaron a utilizarse en el año 2005, mediante la instalación de varios MBR en distintas localidades de la Región. La primera toma de contacto no fue muy afortunada, generándose muchos problemas, pero se ha ido acumulando una importante experiencia, y en la actualidad, la operación de estas infraestructuras está ya muy controlada. En los últimos años se ha hecho un esfuerzo muy importante en la reducción de costes, principalmente en la reducción de su consumo energético, uno de sus puntos débiles, y en optimizar los sistemas de limpieza. La aparición de nuevas aplicaciones, como los tratamientos anaerobios seguidos por membranas, o la aparición de nuevos materiales y diseños, hacen que se abran nuevos campos en el mundo de las membranas. Y muy recientemente, la aparición de una posible normativa a nivel europeo para la reutilización de aguas depuradas, con la aparición de nuevos patógenos a eliminar y con exigencias de reducción muy elevadas, aviva el interés por esta tecnología.

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GENERALIDADES DE LOS PROCESOS DE MEMBRANA Y APLICACIONES AL CICLO INTEGRAL DEL AGUA.

Jose Antonio Mendoza y Silvia Álvarez. ISIRYM-UPV

jamendoz@iqn.upv.es y sialvare@iqn.upv.es

Si bien los procesos de membrana se empezaron a utilizar hace varias décadas, algunos de ellos han incrementado mucho su aplicación industrial en los últimos años. Los procesos más utilizados son aquellos en los que la fuerza impulsora es la diferencia de presión. Los materiales de membrana, tanto poliméricos como inorgánicos han incrementado sus prestaciones tanto en términos de resistencia química como mecánica. Las configuraciones de membrana plana, arrollamiento en espiral, tubular y fibra hueca son las más utilizadas. En esta presentación, se incluirán conceptos básicos de las tecnologías de membranas así como aspectos generales comunes a la mayoría de estos procesos. Además, se desarrollarán las principales aplicaciones dentro del ciclo integral del agua, exponiendo ejemplos de investigaciones llevadas a cabo por los investigadores del Instituto de Seguridad Industrial, Radiofísica y Medioambiental de la UPV.

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OSMOSIS DIRECTA: ESTADO ACTUAL Y PERSPECTIVAS DE FUTURO.

Xavier Simón. LEITAT

xsimon@leitat.org

En los últimos años, la ósmosis directa (OD) o forward osmosis (FO) ha suscitado especial interés a nivel mundial entre los principales actores del mundo del agua. Se ha aplicado en distintos ámbitos, pero se ha identificado cierto potencial tanto para la potabilización de agua de mar como para el tratamiento y valorización de aguas residuales. El proceso de OD resulta interesante en términos energéticos debido a que las condiciones de operación son relativamente más suaves en términos de presión (y de temperatura). No obstante, el proceso de OD implica el uso de una solución con alta presión osmótica que en muchas ocasiones debe regenerarse, consumiéndose un coste extra de energía que puede llegar a comprometer el proceso global en comparación con otros procesos convencionales bien establecidos en el mercado (ej. evaporación, osmosis inversa).

Entre otras aplicaciones de la OD  destacan la recuperación de agua de la industria del O&G, la concentración de alimentos líquidos (ej. zumos y purés) y la producción de energía a partir de gradientes salinos (blue energy) mediante una variante en la configuración conocida como Pressure Retarded Osmosis (PRO).

Actualmente los retos de esta tecnología van dirigidos a mejorar el rendimiento de las membranas a partir de la reducción de la polarización (interna) de la membrana y reducción del flujo reverso de sales. Además se han realizado esfuerzos para encontrar nuevas soluciones extractoras,  estrategias de regeneración, módulos optimizados para aplicaciones específicas, nuevos esquemas de tratamiento híbridos, así como identificación de nuevos nichos de mercado que permitan la viabilidad técnico-económica de la OD en aplicaciones a escala industrial.

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MEMBRANAS CERÁMICAS DE BAJO COSTE Y SU APLICACIÓN EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

Enrique Sánchez. ITC-Universitat Jaume I

enrique.sanchez@itc.uji.es

Las membranas cerámicas presentan numerosas ventajas debido a sus excelentes propiedades, tales como la resistencia mecánica, la estabilidad térmica y la resistencia a condiciones químicas severas (pH extremos, agentes oxidantes, etc.,). Sin embargo, debido a que son costosas, su uso se ha limitado tradicionalmente a procesos con elevado valor añadido o cuando las membranas poliméricas no soportan las condiciones de operación. El elevado precio de las membranas cerámicas comerciales se debe principalmente al uso de materias primas de elevada pureza en su obtención (alúmina, circona, titania, etc.,) así como a los sofisticados procesos de manufactura, ya que emplean elevadas presiones y temperaturas.

El uso de materias primas más económicas (tales como arcillas, caolines o feldespatos) que pueden procesarse con un menor coste energético empleando utillaje más asequible, o incluso el empleo de residuos o subproductos agroindustriales, permite la obtención de membranas cerámicas de bajo coste, que pueden utilizarse en numerosas aplicaciones en las que actualmente se descartan las membranas cerámicas comerciales.

El abanico de aplicaciones de las membranas cerámicas de bajo coste incluye eliminación de aceite de agua, eliminación de metales pesados tóxicos, tratamientos de aguas residuales de diversas industrias, etc. También se han empleado en diversos procesos productivos, especialmente en la industria alimentaria. Recientemente se está investigando su uso en reactores biológicos de membrana (MBR).

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INFLUENCIA DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL LICOR DE MEZCLA EN LOS PARÁMETROS DE OPERACIÓN DE BIORREACTORES DE MEMBRANA URBANOS E INDUSTRIALES.

Elena Zuriaga. FACSA

ezuriaga@facsa.com

La escasez de agua ha impulsado el desarrollo de tecnologías que permitan la reutilización de la misma. El biorreactor de membranas combina el tratamiento biológico con un sistema de membranas de ultrafiltración o microfiltración, que permite la obtención de un efluente de alta calidad, favoreciendo las condiciones para su reutilización, ya que retiene sólidos en suspensión, coloidales y bacterias, entre otros.

El principal inconveniente de esta tecnología es el ensuciamiento de las membranas, el cual se ve influenciado por las características físicas y químicas del licor de mezcla y por los parámetros de operación. El agua residual a tratar influirá en dicho licor de mezcla y por tanto, en el ensuciamiento de las membranas. Es por ello, que en la presentación se van a comentar los resultados obtenidos tras analizar distintos MBR a escala real, que tratan agua residual urbana e industrial.

Para la caracterización química del licor de mezcla, se han analizado las sustancias poliméricas extracelulares (EPS), estas sustancias se consideran las principales causantes del ensuciamiento. En cuanto a la caracterización física, se ha estudiado el efecto de los sólidos, la viscosidad, el tiempo de succión capilar y el tamaño de partícula, así como las resistencias a la filtración.

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APLICACIÓN DE TECNOLOGÍA DE MEMBRANAS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES… MÁS ALLÁ DEL MBR

Rodrigo Duque. SITRA

rduque@sitra.es

Las aplicaciones más populares de la tecnología de membranas, dentro del tratamiento de las aguas residuales industriales, se centran en el uso de membranas de microfiltración o ultrafiltración, ya sean orgánicas o cerámicas, para los reactores biológicos de membranas (BRM, o MBR en sus siglas en inglés). La ponencia se centrará en otros usos de la tecnología de membranas, desde su empleo en proyectos de vertido cero a la recuperación de aguas de lixiviados de vertederos; repasando el uso de la tecnología en su contexto global: secuencia, etapas de pretratamiento y tratamiento, balances de diseño y costes de funcionamiento.

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FILTRACIÓN CERÁMICA PARA LA REUTILIZACIÓN DE AGUAS EN EL SECTOR INDUSTRIAL. APLICACIONES Y CASOS DE ESTUDIO

Elena Meabe. LIKUID

emeabe@likuidnanotek.com

La ponencia pretende dar a conocer la tecnología de filtración con membranas cerámicas. Estas membranas se caracterizan principalmente por su resistencia mecánica, térmica y química, por lo que sus usos y aplicaciones en el sector del agua se centran mayoritariamente en el tratamiento de aguas residuales industriales complejas, que demandan tecnologías eficientes pero sobre todo robustas.

En el ámbito de la reutilización de aguas en la industria se presentarán en la ponencia diversos procesos basados en la filtración cerámica, tales como la serie CBR para el proceso MBR o la tecnología CleanOil para el tratamiento de aguas aceitosas. En cada caso se presentarán los fundamentos del proceso, criterios de diseño y principales parámetros de operación. Además, cada una de las aplicaciones se ilustrará con casos de estudio en los que se presentarán diversos proyectos en los que se incluye una etapa de filtración cerámica en el proceso global de tratamiento para reutilización de aguas residuales en la industria.

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VENTAJAS DE LOS MBR EN LA INDUSTRIA PAPELERA Y SU CONTRIBUCIÓN AL CIERRE DE CIRCUITOS

Alfred Pons. Gomà-Camps

apons@gomacamps.com

El agua es el bien más preciado de la industria papelera, casi más que la fibra de celulosa. A parte de ser el medio de transporte y el hilo conductor de todo el flujo productivo, es básica en las principales operaciones unitarias del proceso.  El uso de los recursos hídricos es intensivo, eso sí, cada vez más el consumo de los mismos es menor y el respeto por el medio ambiente mayor.

Precisamente por la evolución a la par de la responsabilidad empresarial, la legislación medioambiental y la tecnología disponible, las depuradoras industriales en el proceso papelero se han convertido en una parte imprescindible de muchas fábricas y tienen ya cierta complejidad.

Todo esto es más importante, si cabe, en el caso de Gomà-Camps debido a la fabricación de papeles reciclados y al vertido directo a cauce público, al rio Brugent.

La depuradora de Gomà-Camps ha ido evolucionando con el tiempo, las necesidades y la tecnología, soportando la última reforma en 2011 cuando el reactor aerobio existente se convirtió a un BRM.

La tecnología de membranas se impuso a otras opciones debido sobre todo a la mejor eficacia de separación, post tratamiento biológico, y a la flexibilidad operativa del nuevo reactor con una ocupación de espacio muy limitada.  El caso del BRM de Gomà-Camps, basado en membranas planas sumergidas en el mismo reactor es pionero en el sector, pero ha aportado grandes mejoras y ha abierto la puerta a la recirculación de aguas a proceso sin necesidad de un tratamiento terciario en algunos casos, permitiendo plantear objetivos de reducción de consumos y vertidos del 50% y el 70% respectivamente.

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SIMULACIÓN DE ENSUCIAMIENTO Y LIMPIEZA DE MEMBRANAS MEDIANTE CÓDIGOS CFD

Raúl Martínez. Universitat Jaume I

rcuenca@uji.es

Las herramientas de simulación numérica de fluidos (CFD, Computer Fluid Dynamics) han contribuido al diseño y optimización de múltiples dispositivos y sistemas industriales, siendo los más conocidos aquellos relacionados con la industria automovilística y aeroespacial. Por ello, se puede decir que su uso en aplicaciones en las que fluye un único fluido ha llegado a niveles de desarrollo adecuados para su uso extensivo. Sin embargo, su aplicación para sistemas más complejos, como es el caso de flujos multifásicos o flujos con múltiples reactivos disueltos, se encuentra en una etapa de desarrollo exploratoria, en donde se está buscando los límites de esta técnica y sus posibles aplicaciones. En el caso de la simulación CFD de membranas, se propone estudiar dos de sus aspectos más relevantes: el diseño de las membranas a fin de mejorar su rendimiento, y el proceso de limpiado, sea mediante sistemas de aireación, sea mediante limpiadores mecánicos.

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LA TECNOLOGÍA DE LA ELECTRODIÁLISIS REVERSIBLE (EDR) EN EL CICLO DEL AGUA. 8 AÑOS DE EXPERIENCIA EN LA ETAP DEL LLOBREGAT (ABRERA)

Fernando Valero. ATLL

fvalero@atll.cat

Desde 2009 está en funcionamiento la planta más grande del mundo con tecnología de electrodiálisis reversible (EDR), para mejorar la calidad del agua potable que abastece a los 4,5 millones de habitantes de Barcelona y sus alrededores. El agua bruta superficial del río Llobregat muestra concentraciones importantes de parámetros asociados con la salinidad (Na +1, K +1, Cl -1 y Br -1), debido a procesos tanto naturales como antropogénicos. Como consecuencia, los altos niveles de bromuro, NOM y T, producen trihalometanos (THM) después de la cloración, mostrando un alto perfil bromado.

Para minimizar el problema de THM a lo largo del sistema de suministro, ATLL introdujo un paso de EDR en la ETAP de Llobregat. Durante los últimos 8 años la planta ha producido más de 178 hm3. La tecnología, que también se utiliza en aguas residuales,  ha demostrado ser muy robusta, a pesar de la inestabilidad de la calidad del agua cruda y trabajando en paralelo con los cambios incorporados por el fabricante GE Water & Process.

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¿PUEDEN LOS BIORREACTORES DE MEMBRANA OSMÓTICOS SER UNA SOLUCIÓN COMPETITIVA PARA LA REUTILIZACIÓN DE AGUA?

Joaquim Comas. ICRA

joaquim.comas@udg.edu

La necesidad creciente de obtención de recursos de agua alternativos está despertando el interés por la regeneración de aguas residuales mediante procesos de tratamiento que generen agua de alta calidad para reutilización. En este sentido, la ósmosis directa se ha estudiado en el contexto de los biorreactores de membrana (MBR), recibiendo el nombre de biorreactor de membrana osmótico (en inglés, osmotic membrane bioreactor, OMBR). En lugar de utilizar una membrana de ultrafiltración, se sumerge una membrana de ósmosis directa en un biorreactor. Esta ponencia tiene como objetivo evaluar críticamente el potencial de OMBR para implementarse en la aplicación de reutilización de agua y resalta los desafíos para alcanzar la operación a gran escala. Los resultados preliminares son muy interesantes: se consiguen elevados rendimientos de eliminación de contaminantes, menor propensión al ensuciamiento respecto al observado en los MBR y una operación de ósmosis inversa sin rechazo. Por todo ello, los OMBR constituyen hoy en día una alternativa prometedora a la configuración MBR-RO en el contexto de la reutilización de agua de alta calidad (potable, industrial). Sin embargo, esta tecnología emergente aún requiere una investigación y un desarrollo significativos para superar importantes limitaciones técnicas como son la acumulación de sales en el reactor biológico, un bajo flujo de permeado, incompatible con las necesidades comerciales, y su validación a escala real. La ponencia intentará también dar respuesta a algunas de estas cuestiones críticas.

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ÓSMOSIS INVERSA APLICADA AL TRATAMIENTO DE AGUAS SALOBRES. EVOLUCIÓN DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA.

Javier García. FACSA

jgarcia@facsa.com

La planta desalinizadora de agua salobre de Nules (Castellón) ha cumplido ya 15 años de servicio. Durante todos estos años de explotación la planta ha cumplido con creces su objetivo, producir agua de excelente calidad para el consumo humano. No sólo se ha mejorado el contenido en nitratos del agua de consumo, principal objetivo, sino que además se ha mejorado ésta en cuanto al contenido de otras sales: dureza, sulfatos, cloruros.

En la planta, además de resolver los problemas normales de la explotación de la misma, se ha hecho un importante intento por reducir los costes de operación, sobre todo los relacionados con el consumo energético, que suponen el mayor porcentaje de éstos, e indirectamente reducir de esta manera las emisiones de gases de efecto invernadero.

Para realizar este esfuerzo de reducción de consumo energético y aumento de la eficiencia, se ha trabajado en los últimos años bajo una estrategia que contemplaba la combinación de varias líneas de trabajo.

Por un lado, se han estudiado sistemas de recuperación de energía en el rechazo. Por el otro, se han aprovechado los avances en la tecnología de membranas de los distintos fabricantes, empleando nuevos modelos del mercado, o incluso algunos prototipos en fase de pruebas para validación, además de probar distintas disposiciones o sistemas híbridos en los tubos/bastidores.

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ECONOMÍA CIRCULAR EN LA REUTILIZACIÓN DEL AGUA PARA LA INDUSTRIA. LA EXPERIENCIA DE DOW EN EL COMPLEJO PETROQUÍMICO DE TARRAGONA.

Silvia Gallego. DOW CHEMICAL

sgallego2@dow.com

Según datos de las Naciones Unidas, si las tendencias en el consumo de agua se mantienen, en el año 2030 la demanda global de agua superará los recursos disponibles en un 40%. En el ámbito industrial se estima que el consumo destinado a actividades de producción aumente en un 400% para el año 2050. Ante este escenario, aquellas empresas que quieran “sobrevivir” deberán usar el agua de una forma más responsable y eficiente pasando de una  gestión lineal de este recurso a un modelo de gestión circular donde se consideren la reducción de consumos, la reutilización de efluentes así como la evaluación de recursos alternativos para cubrir algunas necesidades de los procesos productivos.

Tecnologías como la ultrafiltración, osmosis inversa y el intercambio iónico se están empleando de forma exitosa en estas aplicaciones hace años.  Las últimas innovaciones en este sentido están orientadas a ofrecer productos más versátiles que puedan operar con calidades de agua cada vez más restrictivas y que permitan obtener rendimientos de recuperación cada vez más elevados. En esta presentación se va profundizar en el concepto de Minimal Liquid Discharge (MLD) aplicado al proceso de recuperación y reutilización de efluentes industriales mediante tecnología de membranas. Además se va a complementar lo expuesto con nuestra experiencia en los proyectos europeos DEMOWARE y REWATCH, en los que se evalúan alternativas técnicas  para una mayor eficiencia en la gestión del agua en el complejo petroquímico de Tarragona.

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ASPECTOS FUNDAMENTALES RELACIONADOS CON LA DESALINIZACIÓN Y LAS MEMBRANAS UTILIZADAS.

Daniel Prats. Universitat d´Alacant

dprats45@gmail.com

La desalinización de aguas salobres y agua de mar se ha convertido en un recurso no convencional de suministro de agua, tanto para abastecimiento como para usos agrícolas e industriales, que resulta imprescindible en regiones con déficit hídrico. Incluso actualmente ya se está empleando para posibilitar la reutilización de aguas residuales depuradas cuando éstas tienen un contenido en sales disueltas que impide su empleo en regadíos. Entre las tecnologías de desalinización, la ósmosis inversa para su uso en todo tipo de aguas, y la electrodiálisis para su uso en aguas salobres de baja salinidad, son procedimientos que consumen menos energía que los basados en evaporación, siendo  por tanto los más utilizados en países, como España, con dependencia energética exterior. Ambos procesos se basan en el uso de membranas.

En esta ponencia se revisarán los aspectos fundamentales relacionados con la desalinización y las membranas utilizadas, resaltando sus ventajas e inconvenientes.

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