Optimización en el tratamiento del agua pre tratada

Luis Velásquez

2012-2013

Presentación

El tratamiento del agua de la cisterna 1(capacidad de 600m3) se lo realiza mediante filtros de

arenas gravas, filtros pulidores o retenedores de sólidos en suspensión y finalizando con un

proceso de ósmosis inversa esto nos proporciona una capacidad de 100 m3 al día de producción

que se almacena en la cisterna 2. El presente informe pretende exponer un estudio para optimizar

el tratamiento del agua pretratada de la cisterna 1 consiguiendo mayor cantidad de producción de

agua y con una mayor calidad.

Problemática

Actualmente la planta procesa el agua al final por un sistema de ósmosis inversa este proceso

tiene un 45% de agua de recuperación y el otro 55% es agua de rechazo. Este rechazo (55%

corresponde aproximadamente a 110 m3 ) es utilizado en actividades de limpieza, la cantidad de

agua recuperada (45% igual aproximadamente a 90 m3) se utiliza para equipos como el caldero

los condensadores evaporativos, para la operación de nebulizado y del termoencogido. Sin

embargo existe un proceso que es muy importante, (el enfriamiento del pescado después de la

cocción), para esta operación se utiliza el agua de la cisterna 1 directamente previa clorinación en

un rango de 0,3 a 0,7 ppm para el control microbiológico pero mantiene el resto de características

físicos químicas si alguno de los parámetros posee una concentración fuera de especificación no

se puede controlar, tampoco se encuentran los métodos implementados para detectar estos

parámetros lo que se hace es que una vez al año como indica el INP en su plan de control

nacional se debe analizar el agua utilizada en el proceso que este en contacto con el alimento.

Este análisis es el físico-químico frecuencia anual y una vez al mes los parámetros

microbiológicos. En este punto como actualmente estamos trabajando tenemos una debilidad

utilizando el agua de la cisterna 1 para el enfriamiento del pescado en cuanto a los parámetros

físicos-químicos con respecto a los parámetros microbiológicos el control de clorinación de la

cisterna 1 es estricto diariamente el analista de calidad dosifica cloro a la cisterna y el personal

que recepta el agua en la cisterna 1 también dosifica cloro a cada tanquero una vez que recibe el

agua. La clorinación de las cisternas es reportado en el registro FOR CAL 83 Ver 09 11 05. Nos

proponemos con este estudio dar algunas ideas de mejoras o soluciones para que, se produzca

mayor volumen de agua sin que afecte a los costos, optimizar en si el tratamiento del agua de la

cisterna 1 y aumentar la capacidad productiva.

Objetivo

Producir mayor cantidad de agua sin que afecte a los costos.

Análisis Metodológico

Se realizará un análisis de la situación actual en función de la capacidad productiva del agua

tratada de la planta, y se buscará soluciones para aumentar la capacidad productiva de la planta.

Capacidad productiva

La capacidad productiva de la planta de agua tratada esta relacionada en función de la operación

de ósmosis ya que las membranas tienen una rendimiento del 45% (cisterna 2) para agua de

recuperación y un 55% (cisterna 3) para agua de rechazo. El agua de recuperación es utilizada

para equipos tales como calderas y condensadores evaporativos y procesos como el nebulizado

donde se necesita una agua de excelente calidad microbiológica ya que el agua del nebulizado

estará en contacto directo con el pescado. El agua de rechazo se usa en operaciones de limpieza.

Como se observa en la tabla proporcionada por mantenimiento se puede observar el consumo del

agua por cisterna, en la planta la cisterna 1 es el agua potable o de pozo, la cisterna 2 es el agua

tratada por ósmosis y la cisterna 3 es el agua de rechazo. En el presente cuadro falta información

del consumo por operación debido a la falta de medidores de agua en los distinto puntos por lo

que es una debilidad en este estudio no contar con información relevante, en consecuencia se

recomendará la implementación de estos dispositivos que ayudarán en el monitorio y control del

consumo de agua. Por lo tanto al tener un 55% de rechazo del agua tratada se reduce la

capacidad productiva partiendo de una determinada cantidad de agua por tratar. Si la necesidad

es de 100 m3/día se deberá tratar 222 m3/día.

PROPUESTA TECNOLÓGICA DE MEJORAMIENTO

Se propone como alternativa 3 opciones para incrementar la capacidad productiva de la planta sin

incurrir en mayores costos obteniendo de esta forma un ahorro.

1.- Implementación de un ablandador (filtro de resina de intercambio ionico que elimina la dureza)

antes de ingresar a las membranas de ósmosis, una parte del agua ablandada va directo a la

cisterna 2 (25% a 30%) y la otra parte (75% a 70%) es enviada a tratar por ósmosis, y se mezcla

la parte del agua ablandada con toda el agua tratada por ósmosis en una proporción 50/50. Con

esta alternativa se requiere una lampara ultravioleta para garantizar la calidad microbiológica del

agua que se utilizará en el enfriamiento y nebulizado del pescado. Ya que si se clorina el agua

antes de ingresar al ablandador se necesitará incurrir en un gasto por la necesidad de un filtro de

carbón actividado ya que el cloro daña a la resina de intercambio iónico. Así mismo asegurarse el

correcto funcionamiento del generador de ozono para la desinfección de la cisterna 2.

2.- Implementación de un ablandador únicamente (filtro de resina de intercambio ionico que

elimina la dureza) para tratar toda el agua, para esto se requerirá una lampara ultravioleta para

desinfectar el agua de la cisterna 2 y se deberá asegurar la desinfección de la cisterna 2 mediante

el correcto funcionamiento del sistema de ozonificación de la cisterna 2.

3.- Optimización del sistema de tratamiento de ósmosis inversa (la planta tiene un rendimiento de

45% de agua producto y un 55% agua de rechazo), la optimización se logrará mediante la

recuperación del agua de rechazo de tal forma que se obtenga mayor cantidad de producción de

agua, tratando el agua de rechazo por nuevas membranas de ósmosis inversa (2da etapa),

obteniendo un 40% de recuperación de esta agua de rechazo.

ANÁLISIS DE LAS PROPUESTAS PLANTEADAS

Se analizarán las distintas propuestas bajo criterios técnicos de tal forma concluir en la idea que

mejor convenga para la empresa tanto en lo productivo como en lo económico.

Se realizá un análisis FODA de las distintas opciones para así tener una visión general del

estudio de modo que nos permita diferenciar las propuestas.

En la tabla o matriz FODA se puede encontrar los pros y los contras de cada propuesta, tanto en

lo productivo como en lo económico. Pues bien de lo expuesto se puede concluir que la opción 1 y

la opción 3 brindan agua de una mayor calidad con un rendimiento semejante, tratando el agua

solo con ablandador tendremos agua con sólidos disueltos elevados más sílice y esto solo es

eliminado mediante tratamiento de ósmosis inversa. En la inversión según las cotizaciones la

opción 1 es más elevada por no contar con el ablandador y el proceso de retrolavado también

representa mayor costo debido a la regeneración de la resina. La opción 3 por contar con la

instalación o cartuchos donde faltan solo las membranas reduce el costo de inversión, donde solo

se necesita comprar las membranas y contratar el servicio de técnicos para la modificación del

sistema. El agua proporcionada tratada solo por ósmosis inversa es de una mayor calidad para

recuperar el agua de rechazo se requerirá en la operación el cambio del químico contra la

incrustación por uno de mayor efectividad y rango de actuación en los distintos compuestos que

posee el agua cruda.

Para estudiar en detalle la implementación del ablandador se debe conocer la capacidad que el

ablandador debe tener partiendo del tipo de agua de nuestro medio, con esto se podrá cotizar el

ablandador necesario para nuestra planta. Para calcular la capacidad del ablandador se debe

partir de la calidad del agua, la capacidad en este caso es la cantidad de agua que puede producir

el ablandador, la capacidad está relacionada con la cantidad de resina que tenga el filtro y la

cantidad de dureza que posea el agua cruda. El agua en promedio tiene de 500 a 600 ppm de

dureza sabiendo que por cada grano de resina por galón de agua se elimina 17,1 ppm de dureza

se puede calcular la cantidad de resina a utilizar conociendo la cantidad total de agua cruda

utilizada. La planta trata 85 gpm(galones por minuto) que equivale a 5100 gph (galones por hora),

calculando se requiere 178500 grph (granos por cada hora de agua cruda a tratar con 600 ppm)

solo es necesario multiplicar esta cantidad por 8 horas de trabajo para conocer la cantidad total de

granos de resina necesarias que debe tener el filtro. Cada pie3 es igual a 35000 granos de resina,

mediante esta equivalencia podemos calcular los pies3 necesarios de resina. La cual seria 40,8

pie3 de resina para 8 horas de trabajo con una agua con dureza de 600 ppm. Por otra parte el

costo para un filtro de resina catiónica o ablandador de esta capacidad esta alrededor de los

$33963 este es el valor ofrecido por un proveedor para una sistema de ablandamiento de filtros

paralelo para trabajar las 24 horas del día al flujo ya mencionado. El costo de operación por

regenerar el ablandador esta al rededor de los $1890 al mes, esto debido a la sal y al agua

consumida para regenerar el filtro. Este costo se calcula por el consumo de sal para regenerar el

ablandador y del agua que se utiliza para diluir la sal y del agua de enjuague del retrolavado. Si se

trabaja con agua ablandada hay que considerar que la resina no influye sobre los sólidos disueltos

ni tampoco sobre el sílice, en el caldero esto provocaría ciclos de concentración cortos

debiéndose realizar purgas más frecuentemente.

Según la tabla se puede ver que a mayor sólidos disueltos tenga el agua de alimentación menor

serán los ciclos de concentración esto influirá en el consumo energético donde se consumirá

mayor cantidad de bunker debido a que cada purga quita presión a la caldera, el parámetro

máximo de sólidos disueltos en la caldera es de 3500 ppm, cuando se evapora agua dentro de la

caldera y se utiliza el vapor todos los sólidos reposan o se quedan dentro de la caldera a medida

que se ingresa más agua se ingresa por consiguiente más sólidos disueltos que se concentrarán

después que el agua se evapora, de esta forma para saber los ciclos de concentración en la

caldera solo basta dividir 3500 ppm por la cantidad de sólidos disueltos del agua de alimentación,

si el agua de alimentación tuviera 1000 ppm de sólidos disueltos, tendríamos un ciclo de

concentración de 3,5. Por cada 3,5 veces que se concentre los sólidos en la caldera después de

generar vapor se tendrá que purgar para eliminar los sólidos disueltos que en este caso forman un

lodo, si no se los retira la eficiencia de la caldera disminuye. En la planta el agua después del

proceso de ablandamiento estaría entre los 700 ppm a 1000 ppm en ese rango varia el agua

cruda utilizada. En este punto el agua de ósmosis tiene la ventaja ya que el agua después del

proceso de filtración por la membrana tiene un rango entre 20 a 100 ppm (este rango es sacado

por los datos históricos del análisis de la cisterna 2 agua tratada por ósmosis inversa). Por otra

parte el ablandador no influye en las sales de sílice por lo que en los calderos se incrustaría este

elemento, no así en el agua de ósmosis que rechaza estas sales de sílice. En caso que se mezcle

el agua ablandada con agua tratada por ósmosis inversa los valores de sólidos disueltos y sílice

deberían disminuir sin embargo los costos ya mencionados se mantendrán.

En el caso de la optimización del sistema de tratamiento de agua por ósmosis inversa hay mucho

por mencionar para entrar en análisis y determinar previa comparación entre las opciones si esta

es la mejor alternativa. En este caso la propuesta de mejora consiste en aumentar el caudal de

ingreso al primer sistema en paralelo (2 filtros de 4 membranas cada uno que es lo que

actualmente tenemos) y el rechazo de este pasar al ingreso del segundo sistema como

alimentación de este y recogemos al final un producto obtenido del rechazo. El rendimiento de

tratar el rechazo de la primera etapa en una segunda etapa es del 35 al 40% debido a que tiene

todos los parámetros en mayor concentración. El flujo de ingreso aumentaría de 85 gpm a 150

gpm y obtendríamos 100 gpm de producto y 50 gpm de rechazo, actualmente si tratamos 200 m 3

obtenemos 110 m3 de rechazo y 90 m3 de producto, con la modificación se obtendría de los

mismo 200 m3 un rechazo de 60 a 70 m3 y un producto de 130 a 140 m3.

Con esta propuesta se obtendrá mayor volumen de agua de ósmosis y menos agua de rechazo no

se requiere comprar equipo adicional ya que con la misma bomba se abastece a el sistema

propuesto para ambos casos.

La inversión se la debe realizar para ejecutar la modificación del sistema y la compra de las

membranas para tratar el agua de rechazo (8 membranas).

Así mismo podríamos concluir que para obtener los 100 m3 de agua de productos actuales se lo

logrará en menos tiempo si se implementa la mejora tecnológica propuesta, en este sentido se

logrará un ahorro.

Las membranas importadas compradas por la empresa tiene un valor de $700 cada una

aproximadamente. El importe total por las 8 membranas es de $5600.

El costo por la modificación del sistema por la empresa Proquimarsa es de $4800+IVA, esta valor

puede diferir dependiendo de las cotizaciones que empresas semejantes podrían ofrecer.

Esta propuesta es muy factible ya que implica ahorro de agua cruda y el rechazo se consumiría en

actividades de limpieza. En este caso para producir los 100 m3 de agua tratada solo

necesitaríamos 150 m3 y no los 200 m3 a 220 m3 que actuales requerimos de agua cruda. Esto

significa 50 m3 menos de consumo para cubrir la demanda o necesidad de la planta de agua

tratada, se estima un ahorro al año de $30000 a $33000, considerando el m3 de agua cruda con

un valor de $2,5 y que al mes se labore 22 días.

Conclusión y recomendación

Es factible la propuesta 3 (optimización del sistema de ósmosis inversa) debido a que la inversión

se la recupera en el primer año, derivada del ahorro que representaría la ejecución de esta mejora

obteniendo una mayor cantidad de agua en la producción y de excelente calidad tanto en el

aspecto físico-químico como microbiológico, tratamiento que garantizaría el cuidado de los

equipos y al mismo tiempo la inocuidad del pescado.

Por otra parte es factible la implementación del ablandador mezclando 50/50 con agua de ósmosis

pero considerando que la inversión es mayor y el costo operativo se eleva se tendría que utilizar

una lampara ultravioleta para garantizar la inocuidad del pescado cuando se utilice el agua en

proceso.

Se recomienda la instalación de medidores de agua en varios puntos importantes para controlar el

consumo de agua.