Abastecimiento de agua potable
El desarrollo de la Osmosis Inversa estuvo íntimamente ligado al abastecimiento de agua potable mediante el uso de recursos salobres. El suministro de agua es un problema creciente en muchos países del mundo, ya que una cantidad apreciable de comunidades ven afectados sus recursos hídricos por una creciente escasez, salinidad o contaminación de los mismos. Este problema es común en las regiones áridas y semiáridas de los países.
En la actualidad, muchas comunidades del mundo se abastecen de agua potable mediante el uso de sistemas de Osmosis Inversa (Sur de los Estados Unidos, Oeste y Centro de México, Israel, Países Arabes, etc.).
Los mismos brindan una solución técnico-económica interesante, especialmente para poblaciones que por su ubicación geográfica no cuentan con recursos utilizables. Para ejemplificar, podemos citar el caso de Ocean Reef Club, Key Largo, Florida, E.E.U.U., donde el agua de mar invadió los acuíferos subterráneos. En 1972 fue instalada una planta con una capacidad de 1300 m3/día y un año más tarde fue ampliada a 2400 m3/día. El sistema reduce los sólidos totales disueltos de 7000 a 390 ppm (ver tabla II) y provee agua a la comunidad a costos inferiores a los que insumiría la utilización del acueducto de Florida, que provee agua a la península desde el continente. Los costos de operación típicos para el sistema de Key Largo son de 2-2,5 centavos de dólar en energía y 0,8-1,3 centavos de dólar en reactivos químicos por m3 de agua producida.
El sistema usa elementos en espiral y fue instalado por la División Fluid Systems de UOP. Tiene 900 elementos contenidos en 150 tubos de presión operando entre 28 y 35 kg/cm2 de presión. Normalmente, las membranas de este sistema duran tres años, y la mayor parte del costo de operación lo constituye el reemplazo de las mismas.
El sistema requiere aproximadamente entre 15 y 30 minutos de atención diaria.
Los costos de inversión y operación para los sistemas de Osmosis Inversa que operan con agua salobre de hasta 10.000 ppm de sólidos disueltos, pueden observarse en la tabla III.
Debido a la versatilidad de la tecnología considerada, se han difundido en E.E.U.U. y Europa pequeños equipos (menos de 5 m3/día) que abastecen de agua potable a familias, comercios e instituciones (hospitales, hoteles, etc.). Estas unidades son de bajo costo y fácil operación, lo que les permite ser utilizadas para reducir los sólidos totales disueltos, contaminantes (Ar, F, etc.) y eliminar microorganismos del agua afectada al consumo humano.
Constituyente |
Alimentación (ppm) |
Concentrado (ppm) |
Producto (ppm) |
|---|---|---|---|
| Ca++ | 200 |
340 |
2,9 |
| Mg++ | 170 |
304 |
3,1 |
| Na+ | 1920 |
3200 |
145 |
| K+ | 85 |
138 |
11 |
| HCO3- | 220 |
92 |
7,9 |
| SO4-- | 752 |
1448 |
5,4 |
| Cl- | 3200 |
5400 |
242 |
| NO3- | 0,09 |
0,31 |
0,009 |
| F- | 1,5 |
2,8 |
0,3 |
| SiO3-- | 10 |
2 |
1 |
| Fe++ | 1,2 |
1,8 |
0,05 |
| STD | 6604 |
9600 |
395 |
Tabla II: Análisis del Agua de Alimentación y Producto de la Localidad de Ocean Reef, Florida, EE.UU.
Costos de Operación ($/m3 producidos)* |
|||||
|---|---|---|---|---|---|
Capacidad (m3/h) |
Costos de inversión (miles de $) |
Energía |
Químicos |
Reposición Membranas |
Total |
2 |
7.400 |
34 |
10 |
40 |
84 |
10 |
38.000 |
25 |
10 |
30 |
65 |
100 |
300.000 |
20 |
7 |
25 |
52 |
*Los insumos importados fueron calculados con i dólar a $370.
Tabla III: Costos Aproximados de Inversión y Operación de Sistemas de Osmosis Inversa
Abastecimientos de Aguas para usos Industriales
En los últimos diez años, debido al creciente desarrollo industrial, se esta produciendo un alarmante deterioro de los recursos hídricos disponibles (en su gran parte subterráneos). Este deterioro se traduce en un agotamiento del medio utilizado que obliga a recurrir a fuentes hasta el momento no consideradas como de uso posible. Como ejemplo, podemos citar zonas del Gran Bs. As., Tales como los partidos de San Fernando, La Matanza, Quilmes, Berazategui, etc., donde las industrias de la zona están planteándose la necesidad de recurrir a los acuíferos más profundos, de alto contenido salino (mayor de 2000 ppm de STD). Por las mismas razones, muchas industrias se enfrentan a una creciente y, por lo tanto, alarmante contaminación salina de las aguas utilizadas, lo que representa un aumento importante en los costos de operación.
Una exitosa solución a este problema ha sido, en otros países, el uso de las técnicas de Osmosis Inversa como complemento o parte única en el tratamiento de aguas para calderas, circuitos de enfriamiento, procesos, sanitarios, etc.
La Osmosis Inversa, sin ser la más acabada solución al problema, ofrece probados y satisfactorios beneficios técnico-económicos en la aplicación industrial.
Como ejemplo, podemos citar el caso de una importante industria del Gran Buenos Aires, que en los últimos años vio agravado su abastecimiento de agua por un irreversible crecimiento salino (de 600 ppm a 3000-4000 ppm STD). Esta situación, además de elevar considerablemente los costos operativos de sus sistemas tradicionales, llegó a poner en peligro la producción. Ante la gravedad del problema, las autoridades de la empresa se plantearon seriamente la necesidad de encontrar una urgente solución. Las alternativas planteadas fueron dos: Construir un acueducto de un recurso superficial cercano, o instalar un sistema de ósmosis inversa. La decisión se inclinó hacia la segunda alternativa, por presentar las siguientes ventajas:
- Menor inversión inicial y posibilidad de realizar la misma en forma escalonada, debido al carácter modular de la técnica.
- Costos operativos competitivos (se debe aclarar que la paridad de los costos se daba en esta oportunidad por tratarse de un acueducto de escasa extensión).
La figura muestra una alternativa de cómo sería utilizado el sistema en el caso mencionado. La misma muestra la posibilidad del mezclado de aguas de distinta calidad y el uso de los equipos preexistentes. (T.D., Torre Descarbonatadora - M, Mezclador - Ab, Ablandador).
La Técnica más comúnmente utilizada en el tratamiento de aguas para uso industrial, es el intercambio iónico. En muchos casos, la capacidad de los equipos intercambiadores ha disminuido a casi la mitad, debido a un aumento de los sólidos totales disueltos en el agua a tratar, a la degradación o ensuciamiento de las resinas o a la combinación de ambos factores. Conjuntamente con la disminución de la capacidad, se da el aumento de los costos de los regenerantes químicos (especialmente, los ácidos y la soda cáustica) y el aumento del dosaje de los mismos para aumentar la calidad del agua.
El uso de equipos de Osmosis Inversa como pretratamiento de los sistemas de intercambio o, en algunos casos, como único tratamiento, se ha generalizado en todo el mundo debido a una serie de ventajas como las que se describen a continuación:
- Disminución apreciable de los costos operativos, fundamentalmente por la disminución de regenerantes químicos (hasta el 80%)y mano de obra.
- Mejoramiento de la calidad del agua producto, cabiendo señalar que combinado con desmineralizadores, se utiliza en la producción de agua ultrapura.
- Prolongación de la vida útil de las resinas de intercambio por la eliminación de los sólidos orgánicos disueltos y en suspención.
- Disminución del tamaño de los equipos convencionales.
- Reducción del contenido de sílice.
Para ejemplificar, podemos citar el caso de la compañía Texas Utilities Generating, que en el año 1970 tuvo problemas como los anteriormente descritos, en el agua de reposición de las calderas de alta presión. En mayo de 1971 instala un sistema de osmosis inversa de 240 m3/día como pretratamiento a una bacteria de desmineralizadores. La inversión inicial del equipo de ósmosis inversa fue de 45.0000 dólares, mientras que un nuevo desmineralizador para trabajar con alto contenido de sólidos totales disueltos, suponía una erogación de 100.000 dólares.
Este sistema funcionó durante 2 años con un tipo de membrana (elemento Roga Modelo 4000- Fluid Systems), y en el año 1974 se produjo el reemplazo por elementos de mejor rechazo y producción (elementos Roga Modelo 4100).
En la Tabla IV se muestra la calidad del agua producida por el equipo de Osmosis Inversa y en la Tabla V, los costos Comparativos.
Alimentación |
Producto |
|
|---|---|---|
| pH | 5 | 6 |
| Conductividad (m-mhos) | 1900 | 120 |
| Cloruros ppm ClNa | 485 | 38 |
| Sulfatos ppm SO4Ca | 798 | 28 |
| Dureza ppm CO3Ca | 430 | 16 |
| Sílice ppm SiO2 | 0,93 | 0,12 |
| Sólidos totales disueltos ppm | 1279 | 70 |
Tabla IV. Análisis del Agua Tratada y Producida por el Sistema de Osmosis Inversa de Texas Utilities Generating
1.- Sin Osmosis Inversa |
|
|
1,47 U$S/m3 Producido |
2.- Con Osmosis Inversa (Membranas Iniciales) |
|
|
0,44 U$S/m3 Producido |
3.- Con Osmosis Inversa (Nuevas Membranas) |
|
|
0,21 U$S/m3 Producido |
Tabla V. Costos Comparativos de Operación
En la actualidad, la unidad industrial más grande (13.000 m3/día) se encuentra instalada en Sumitomo Metal Industries, en Kashima, Japón. Esta unidad procesa agua de reposición de calderas y funciona con elementos Roga de 4 pulgadas de diámetro. Actualmente, se fabrican elementos de 8 y 12 pulgadas que permiten unidades más compactas y, por lo tanto, menores costos de inversión y operación. Asimismo, el uso de la Osmosis Inversa en aquellas industrias que requieren agua ultrapura (electrónica, farmacéutica, usinas termoeléctricas, etc.), tiene una amplia aceptación debido al mejoramiento de la calidad del agua y a la disminución de los costos.