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LIFE+13 TRANSFOMEM: Validación de membranas recicladas en procesos de filtración a media y baja presión


Autores: Patricia Terrero, Raquel García, Mercedes Calzada, Elena Campos, Francisco Molina, Deborah Pomata,Jorge Senán, Manuel López, Diego Martínez, Junkal Landaburu, Domingo Zarzo, Eloy García.Presentador: Patricia Terrero (Sacyr Servicios Agua) ISBN 978-84-09-04625-6


IntroducciónEnvironmental and financial concerns I+D+i

Photo took by Neil Palmer

Residuos de membranas desechadas anualmente:>840,000 módulos >14,000 Tn de residuos

Debilidades de la tecnología de ósmosis inversa- Consumo energético alto- Impacto ambiental en la captación y en el efluente de descarga- Ensuciamiento de membranas - Tiempo de vida útil (5-8 años)

Asunciones:- Módulos de OI instalados en el mundo(>5,600,000)- Tasa de reposición anual 15% - Peso medio de membranas desechadas 17 Kg

Problemática ambiental


Demostrar a escala piloto que el proceso de transformación de membranas desechadas de ósmosisinversa a membranas de nanofiltración y ultrafiltración funciona.

Determinar qué tipos de membranas y ensuciamiento son susceptibles al proceso de reciclaje.

Obtener membranas recicladas competitivas en términos técnicos, económico-financiero yambientales.

Validar las membranas recicladas en 3 tipos de procesos de tratamiento de agua

- Agua de mar: como pretratamiento a la ósmosis inversa- Agua salobre: ablandamiento de agua- Agua residual

Principales objetivos del Proyecto Life Transfomem


Estimated free chlorine exposure doses (ppm·h)

Proceso de reciclaje


Transformación pasiva Transformación activaTipo de reciclaje: directo – por inmersión Capacidad de reciclaje: 6 membranas (posición vertical)Reactor de reciclaje: cilindro opaco (tipo bacth) Bombas de presión: baja presión y bajo caudalControl de calidad: manual (pH, redox, conductividad)Contenedores adicionales para almacenaje de reactivos químicos

Tipo de reciclaje: directo – por recirculación de solución de cloroCapacidad de reciclaje: 2 membranas (posición horizontal)Reactor de reciclaje: tubo de presiónBombas de presión: baja presión y caudal medioControl de calidad: automático (pH, redox, conductividad)Contenedores adicionales para almacenaje de reactivos químicos

Proceso de reciclaje


RO NF

UF

NF

Direct reuse Direct recycling

UF

Other

X

UF

>100 membranas de ósmosis inversa desechadas de 14 desaladoras diferentes con distinto grado y tipo deensuciamiento. En total se ha trabajado con 8 modelos de membranas

Identificación de la ruta de gestión- Autopsia de membranas- Pesada de los módulos- Permeabilidad y rechazo inicial n. means number of replicates using

different membrane modules

Caracterización de las membranas desechadas

Source: Garcia-Pacheco et al, 2017


NanofiltraciónMisma condiciones de exposición y

concentración de cloro libre

UltrafiltraciónMisma concentración de cloro libre pero se requiere mayor tiempo de exposición en el tratamiento pasivo

(>3 veces superior)

Rangos obtenidos con diversos modelosPermeabilidad (L · m-2·h-1·bar-1)

BW SWNF: 2 – 6 1 - 2UF: 20 - 60 5 – 6

Rendimiento de las membranas recicladas


Membranas recicladas de agua salobre (RBWM) Membranas recicladas de agua de mar (RSWM)

Rendimiento de las membranas recicladas


Reutilización de membranas para el tratamiento de agua salobre- Condiciones: reales durante 1 año de operación (>9000 h filtración)- Membranas: 12 (6 agua salobre, 6 agua de mar), reciclaje pasivo. - Filtración: tangencial

Reutilización de membranas para el pretratamiento de agua de mar- Condiciones: piloto, ensayos de 20-40 h de filtración- Membranas: 6 modelos (3 agua salobre, 3 agua de mar)- Filtración tangencial modo dead-end

Reutilización de membranas para el tratamiento terciario de agua residual- Condiciones: piloto, ensayos de 30-100 h de filtración- Membranas: 4 (2 agua de mar, 2 agua salobre)- Filtración por succión- 3 configuraciones distintas del módulo: espiral, semiabierto y estrellada

Validación de las membranas recicladas


Tipo Caudal medio(m3/h)

CE (mS/cm)Influente

Permeabilidad media

(L/m2 h bar)

Conversión(%)

Tiempo de operación

(h)

Total volumen Producido

(m3)TMP (bar) Rechazo de

sales (%)

BWRO 1st stage 7,92± 0,29

12,54 ±1,54

1,22± 0,14 48,17± 1,82

9.288

35.434 15.9± 0.8 97,36± 0.36

RSWM 6,58± 0.40 1,04± 0,08 48,25± 2,84 29.488 13.8 ± 0.3 83,34± 2,93

RBWM 9,37± 0,12 3,47± 0,17 49,14± 0,87 42.766 6.0 ± 0.4 52,17 ± 5,23

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

24-feb 15-abr 04-jun 24-jul 12-sep 01-nov 21-dic 09-feb 31-mar

Perm

eabi

lity

(L/(

m2·

h·ba

r)

Permeability Comparison

BWRO Plant 1st Stage RSWM: Tube 1 RBWM: Tube 2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

24-feb 15-abr 04-jun 24-jul 12-sep 01-nov 21-dic 09-feb 31-marSa

lt Re

ject

ion

(%)

Salt Rejection Comparison

BWRO Plant 1st Stage RSWM: Tube 1 RBWM: Tube 2

Reutilización de membranas para el tratamiento de agua salobre


Coeficientes de rechazo valores medios (%) Fecha Cl- NO3

- SO4+2 Na+ K+ Ca+2 Mg+2 TC

NF1 (nueva) 87,9 51,2 99,9 86,7 85,0 99,3 99,8 91,5NF2 (nueva) 23,0 1,9 99,6 28,7 30,9 73,6 88,8 57,5

Tubo 1 RSWM (HSWC3) 85,3 60,7 98,4 85,6 86,2 96,5 96,3 85,4

Tubo 2 RBWM (TM720-400) 44,2 1,7 98,8 52,3 54,9 85,0 84,3 54,8

RO Cuevas del Almanzora 97,9 91,0 99,4 97,4 97,3 99,4 99,5 93,9


Feed water


Coeficientes de rechazo valores medios (%) Fecha Cl- NO3

- SO4+2 Na+ K+ Ca+2 Mg+2 TC

NF1 (nueva) 87,9 51,2 99,9 86,7 85,0 99,3 99,8 91,5NF2 (nueva) 23,0 1,9 99,6 28,7 30,9 73,6 88,8 57,5

Tubo 1 RSWM (HSWC3) 85,3 60,7 98,4 85,6 86,2 96,5 96,3 85,4

Tubo 2 RBWM (TM720-400) 44,2 1,7 98,8 52,3 54,9 85,0 84,3 54,8

RO Cuevas del Almanzora 97,9 91,0 99,4 97,4 97,3 99,4 99,5 93,9



Reutilización de membranas para el pretratamiento de agua de mar

- Membranas: 6 modelos (3 agua salobre, 3 agua de mar)

- Filtración tangencial modo dead-end

- Flujos de operación: 20-50 LMH

- Optimización del procedimiento de limpieza

- Ciclos de filtración

- Periodo de filtración

- Backwash

- CEB

- CIP



- Las membranas recicladas de agua de mar (RSW) requieren mayor presión de operación para el mismo flujo de operación que las

membranas recicladas de agua salobre (RBW)

- Al aumentar el flujo de filtración se incrementa la presión de operación requerida.


Influente Permeado % Rechazo

TSS (mg/L)

Turbidez (NTU)

SDI (5 min)

CE (mS/cm)

TOC (mg/L)

TC (mg/L)

IC (mg/L)

TSS (mg/L)

Turbidez (NTU)

SDI (15 min)

CE (mS/cm)

TOC (mg/L)

TC (mg/L)

IC (mg/L)

TSS (%)

Turbidez (%) TC (%)

RBW1 1,1 0,6 14,8 56,2 <1 28,5 27,7 0,7 0,1 3,4 56,2 <1 28,5 27,6 67% 84%

La membrana no es capaz de

retener la materia orgánica

RBW1 continuo 0,3 0,2 55,8 2,0 0,1 2,9 55,8

RBW2 1,3 0,4 23,1 <1 28,5 27,5 0,2 0,1 3,6 <1 28,4 27,6 76% 77%

RBW2 continuo 2,0 0,4 0,6 0,1 3,1 70% 74%

RSW1 1,2 0,4 54,1 1,6 28,0 26,4 0,7 0,1 3,2 53,9 1,8 28,0 26,2 41% 63%

RBW3 2,6 0,2 54,8 1,7 28,1 26,4 0,7 0,1 3,7 54,5 2,1 28,5 26,4 74% 72%

RSW2 2,6 0,2 54,8 1,7 28,1 26,4 0,7 0,1 3,7 54,5 2,1 28,5 26,4 74% 72%

• Reducción de sólidos en suspensión (41-76%), turbidez (63-84%, y SDI próximo a 3.

• En términos microbiológicos no se ha conseguido observar la capacidad de retención de la membrana porque la concentración de bacterias en el influente era muy reducida y existen indicios de haber tenido problemas de contaminación en el tubo de permeado. 2 LRV es el máximo valor registrado de unidades logarítmicas de retención.

• Las membranas son capaces de retener partículas con un tamaño superior a 0,5 micras



Arrollamiento en espiral Semi-abierto En estrella

Reutilización de membranas para el tratamiento terciario de agua residual

Configuración Resistencia Ensuciamiento Limpiezas Coste adicional

Espiral Alta Alto Permite retrolavados bajo presión. Recupera el flujo tras las limpiezas pero se colapsa rápido

No

Semiabierto Media Medio-Alto Apertura y montaje del

moduloEstrellada Mayor Vulnerabilidad Medio No permite retrolavados presurizadosPosibilidad de limpieza manual y con agua lámina a lámina


TM720-400 (6B.4.39) 11/12/17 Configuración Espiral 9 min filtración + 1 min relajación

TM720-400 (6B.4.39) 12/12/17 Configuración Espiral Filtración en continuo

TM720-400 (6B.4.39) 19/03/17 Configuración semiabiertoFiltración en continuo

TM720-400 (6B.4.39) 19/03/17 Configuración estrellaFiltración en continuo



Tipo de agua Configuración del módulo

Caudal medio(m3/h)

Flujo(LMH)

Horas deoperación (h:min)

Total volumentratado (m3) TMP≈Ps (bar)

RBW1 Potable Estrellada 0,47 12,60 30:34 14,25 -0,19

RSW1Potable

Estrellada 0,22 5,83 7:00 1,51 -0,24Efluente secundario 0,22 5,91 54:19 11,88 -0,24

RBW1

Efluente secundario

Espiral

0,45 12,12 434:23 194,78 -0,39Efluente secundario

+50L fango activo 0,41 11,11 43:09 17,74 -0,44Efluente secundario+100L fango activo 0,43 11,75 49:57 21,72 -0,44

Efluente secundario+200L fango activo 0,39 10,41 43:55 16,92 -0,44

RBW1 Efluente secundario Semiabierto 0,27 7,35 71:41 19,50 -0,42Efluente secundario

+50L fango activo 0,25 6,72 46:36 11,58 -0,39Efluente secundario+100L fango activo 0,48 12,84 46:46 22,22 -0,42

Efluente secundario+200L fango activo 0,32 8,74 5:06 1,65 -0,47

RBW1Efluente secundario Estrellada

0,55 14,80 6:28 3,54 -0,49RBW2

Efluente secundario

Espiral 0,27 7,29 71:51 19,38 -0,43Semiabierta 0,34 9,30 94:16 32,43 -0,45Estrellada 0,46 12,35 56:21 25,75 -0,42

TOTAL 1062 h 414,85



• Muy alta calidad de permeado en términos de Sólidos en Suspensión y Turbidez.• Alta eliminación de E.Coli y Coliformes• Los nutrients (N y P) y contaminantes emergentes no son retenidos por la membrana (soluble)

Influente Permeado UF Rendimiento (%) RD 1620/2007

SST (mg/L) 15.3 (1.5-156.0) 0.02 (0.0-0.4) 99.9-100 5-35

Turbidez (NTU) 7.09 (0.8-112.0) 0.5 (0.1-1.2) 89.1-99.3 1-15

DQO (mg/L) 31.52 (10.1-161.0) 16.03 (8.8-21.7) 45.5-88.0 125

Nt (mg/L) 10.8 (9.2-12.1) 10.13 (8.1-11.5) 2.9 10

Pt (mg/L) 0.87 (0.35-1.62) 0.72 (0.29-1.47) 17.1 2

E.Coli (UFC/100 mL) 4.5·104 (3.2·102-3.1·105) 9.96 (0.0-200) 100 0-104

Otros coliformes (UFC/100 mL) 4.0·105 (8.0·103-6.0·105) 5.10 (0.0-400) 99.996-100



ConclusionesEl proceso de reciclaje de membranas funciona con ambas metodologías de transformación. Sin embargo, para lograr latransformación a membranas de UF utilizando el piloto pasivo, es necesario un mayor tiempo de exposición mayor.

El diseño de la membrana, su rendimiento al final de su vida útil, la concentración de la solución de transformación y el tiempo deexposición juegan un papel importante si nuestro objetivo es lograr un proceso de reciclaje de membranas reproducible.

El proceso de reciclaje es viable con membranas desechadas que presentan ensuciamiento orgánico e inorgánico por compuestosarcillosos. Es preferible descartar las que presentan ensuciamiento con precipitación de sales.

Las membranas que estuvieron tratando en su vida útil agua salobre obtienen mayores valores de permeabilidad una veztransformadas.

Las membranas recicladas presentan propiedades similares a los que ofrecen algunos modelos comerciales.

El proceso de UF con membranas recicladas, tanto como pretratamiento de agua de mar como para tratamiento terciario de aguaresidual, es técnicamente posible y se consigue alcanzar la mayoría de los estándares de calidad. Sin embargo, los flujosespecíficos han sido inferiores a los ofrecidos por las membranas comerciales.

Las membranas recicladas de NF pueden operar más de 1 año en condiciones reales, sin necesidad de realizar limpiezas químicas ymanteniendo constantes los coeficientes de rechazo de sales divalentes.


Email: [email protected]: http://www.life-transfomem.eu/

Muchas graciasAgradecimientos: A todas las personas que han participado y hechoposible el desarrollo de este proyecto, en especial alpersonal de la desaladora de la Comunidad de Regantesde Cuevas del Almanzora, al personal de la desaladorade Muchamiel y al personal de Guadalagua, por suapoyo en la ejecución de este proyecto.

Financiadores: LIFE TRANSFOMEM ENV/ES/000751, IMDEA Agua, Sacyr Servicios Agua y Sacyr Industrial-Sadyt.

mailto:[email protected]

http://www.life-transfomem.eu/

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