Pre-tratamiento: Conceptos básicos

Pre-tratamiento: Conceptos básicos

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Al estar conectados normalmente a fuentes naturales de agua salada o salobre, las plantas desalinizadoras están expuestas a cambios en la calidad del agua captada que pueden alcanzar extremos significativos. Situaciones como los ciclos de mareas, estacionalidades, lluvias, corrientes marinas, florecimientos biológicos, etc., añaden una componente de variabilidad importante al proceso que, cuando no es tratada de forma eficiente, pueden generar impactos severos en la infraestructura de la etapa de osmosis inversa e incluso comprometer la continuidad de la operación.

La etapa de pre-tratamiento es el componente más importante en el diseño de una instalación de desalinización. Es aquí donde se prepara la materia prima para que pueda ingresar sin inconvenientes al sistema de osmosis inversa, actividad que puede ser particularmente desafiante cuando el punto de captación no permite el suministro de una calidad constante en el agua cruda. El objetivo principal de los sistemas de pre-tratamiento es la remoción de los elementos que puedan causar un perjuicio a la operación de los componentes de la etapa de osmosis inversa, pudiendo ser estos de carácter químico o físico.

En el caso de elementos químicos, estaremos en presencia de sustancias particulares que pueden causar daños internos en equipos de bombeo o en las membranas de osmosis inversa. Su tratamiento dependerá de cada caso, pudiendo ser necesaria la reacción de las sustancias y su transformación en componentes inertes, la precipitación, adsorción, eliminación por arrastre, etc. Por su complejidad, los sistemas de desalinización evitan al máximo tener que implementar pre-tratamientos químicos, motivo por el que en el caso de que la fuente de agua se encuentre comprometida con una determinada sustancia, lo normal será el traslado del proyecto a otra ubicación.

El caso de los elementos físicos es diferente, ya que al ser componentes que se encuentran suspendidos en el agua, su remoción se traduce a su captura mediante sistemas de filtración. Esta captura puede ser particularmente difícil cuando el material en suspensión varía mucho en su composición (por ejemplo, a causa de marejadas), o cuando su tamaño obliga la implementación de sistemas de filtración incluso más complejos de operación que el sistema de osmosis inversa.

Las situaciones en donde la calidad del agua es tan buena como para no requerir pre-tratamiento son excepcionales, por lo que la eliminación de sólidos en suspensión mediante tratamientos físicos es una etapa prácticamente obligada en todo sistema de desalinización. Por este motivo, aquí trataremos exclusivamente los pre-tratamientos físicos, pero también pondremos el énfasis en los elementos que se usan de forma más frecuente. La oferta de equipos de filtración es muy amplia y prácticamente imposible de mostrar en un texto resumido.

El mercado de desalinización define dos grandes categorías de pre-tratamiento: pre-tratamiento convencional y pre-tratamiento avanzado o con membranas. El pre-tratamiento convencional hereda su configuración de las plantas de tratamiento de agua potable, y normalmente está conformado por una etapa de filtración en profundidad para luego pasara a una filtración mediante filtros cartuchos.

La etapa de filtración en profundidad (ver Ilustración 1) se puede realizar de forma presurizada, llamada filtración rápida, o a presión atmosférica, denominada también filtración lenta. Consiste en hacer circular el agua cruda a través de un lecho filtrante, compuesto normalmente por material particulado estándar, como arena o antracita, con el fin de crear un camino tortuoso para retener sólidos en suspensión.

Ilustración 1: Filtros en profundidad Presurizados (Fuente: Planta Desaladora Norte, Antofagasta)

Una vez saturados, los filtros en profundidad requerirán un lavado en contra sentido que permita la remoción de los sólidos en suspensión capturados. Su eficiencia dependerá tanto de la velocidad a la que circule el agua cruda a través de ellos, medido en metros por hora (m/h), como de la distribución de partículas en suspensión que tenga el agua captada.

Ilustración 2: Filtros Cartucho (Fuente: Piedmont Pacific)

Los filtros de cartucho (ver Ilustración 2) son elementos de filtración con diámetros de corte nominales normalmente dentro del rango de 1 mm a 10 mm, siendo los 5 mm los más utilizados en configuraciones de pre-tratamiento convencionales. Consisten en elementos cilíndricos hechos con filamentos plásticos que conforman una red microscópica que permite la retención de sólidos en suspensión.

A diferencia de los filtros en profundidad, los filtros cartuchos son de carácter desechable. Una vez que alcanzan su punto de saturación deben ser reemplazados por nuevos y desechados como residuos asimilables a residuos domésticos[1].

El pre-tratamiento avanzado o con membranas corresponde a una configuración relativamente reciente en la industria que utiliza elementos de filtración más modernos en conjunto con etapas de micro o ultrafiltración por membranas.

Estos sistemas persiguen la obtención de una eficiencia superior a los mecanismos convencionales en la remoción de sólidos en suspensión, evitando así el deterioro de las membranas de osmosis inversa y, por consecuencia, mejorando los indicadores de rendimiento de la instalación.

Normalmente están compuestos de una etapa inicial de filtración absoluta según los requerimientos del fabricante de la etapa de filtración por membranas. La Ilustración 3muestra un tipo de filtro utilizado para este fin, correspondiente a cabezales de anillas auto-limpiantes. Recibe este nombre porque está compuesto por discos ranurados (anillas) que se instalan de forma cruzada para así generar el mallado absoluto que retiene las partículas, y porque al alcanzar su saturación se lavan en sentido contrario usando el agua filtrada a la presión disponible de los filtros vecinos sin la necesidad de un sistema de lavado especialmente dedicado (auto-limpiantes).

 

Ilustración 3: Filtros anillas auto-limpiantes (Fuente: Amiad Water Systems)

Los sistemas de ultra-filtración son elementos que permiten la remoción de partículas de hasta 0,02 mm, por lo que son muy eficientes en la eliminación de sólidos en suspensión del agua cruda. Están compuestos por elementos porosos agrupados en paquetes denominados membranas de ultrafiltración. Dados sus bajos diámetros de corte, se saturan rápidamente y requieren lavados en contra sentido de forma frecuente y con equipamientos dedicados específicamente para ello.

Ilustración 4: Bastidores de Ultrafiltración en disposición vertical (Fuente: Pentair)

Dada la alta complejidad de estos sistemas y a que los requerimientos de limpiezas son frecuentes y rápidos (30 segundos, por ejemplo), los sistemas de pre-tratamiento por membranas requieren de mecanismos de control automático para asegurar su funcionamiento, y es prácticamente imposible operarlos localmente mediante el movimiento manual de válvulas.

Comparados con los sistemas de filtración convencional, el pre-tratamiento por membranas es significativamente más complejo, pero también más efectivo. La decisión del uso dependerá de las características del agua disponible y de los objetivos de largo plazo de la instalación.

[1] Según la normativa chilena.

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