· Las plantas de desalinización en el mundo
· Tecnologías de desalinización
o Osmosis Inversa (RO)
o Destilación
· De entrada de agua (agua de alimentación)
· Agua producto
· Recuperación de agua de producto
· Los procesos de pretratamiento
· El retrolavado del filtro, la membrana de limpieza y almacenamiento, Escala de prevención y la eliminación y limpieza de tuberías
· Los vertidos de residuos
· Uso de energía
· Comparación de la destilación y tecnologías de Osmosis Inversa
· Costes del agua desalada
· Los costos de otras fuentes de agua
Las plantas de desalinización en el mundo
De los más de 7.500 plantas desaladoras en funcionamiento en todo el mundo, el 60% se encuentran en el Oriente Medio. La planta más grande del mundo en Arabia Saudita produce 128 mgd de agua desalada. En contraste, el 12% de la capacidad del mundo se produce en las Américas, con la mayoría de las plantas ubicadas en el Caribe y la Florida. Hasta la fecha, sólo un número limitado de plantas de desalinización se han construido a lo largo de la costa de California, principalmente porque el costo de la desalinización es generalmente superior a los costes de otras alternativas de abastecimiento de agua disponible en California (por ejemplo, las transferencias de agua y bombeo de agua subterránea). Sin embargo, como las condiciones de sequía se producen y la preocupación por aumento de la disponibilidad de agua, los proyectos de desalinización que se proponen en numerosos lugares en el estado.
Tecnologías de desalinización
La desalinización es un proceso que elimina los minerales disueltos (incluyendo pero no limitado a la sal) de agua de mar, agua salobre, o aguas residuales tratadas. Varios se han desarrollado tecnologías para la desalinización, incluida la ósmosis inversa (RO), destilación, electrodiálisis, y la congelación al vacío. Dos de estas tecnologías, RO y destilación, están siendo considerados por los municipios, distritos de agua, y las empresas privadas para el desarrollo de la desalación de agua de mar en California. Estos métodos se describen a continuación.
· Osmosis Inversa (RO)
En Rumanía, agua de alimentación es bombeada a alta presión a través de membranas permeables, separar las sales del agua (Figura 1). El agua de alimentación es un tratamiento previo para eliminar las partículas que obstruyen las membranas. La calidad del agua producida depende de la presión, la concentración de sales en el agua de alimentación, y la penetración de sal constante de las membranas. La calidad del agua producto puede ser mejorado mediante la adición de un segundo paso de las membranas, según el cual el agua producto de la primera pasada se alimenta a la segunda pasada.
Figura 1. Diagrama de flujo de un sistema de ósmosis inversa (cortesía de la USAID). (Kahn, 1986.)
· Destilación
En el proceso de destilación de agua de alimentación se calienta y se evapora a continuación para separar los minerales disueltos. Los métodos más comunes de la destilación de varias etapas incluyen flash (MSF), destilación múltiple efecto (MED), y la compresión de vapor (CV) (Figura 2).
Figura 2. Los métodos más comunes de la destilación.
En MSF, el agua de alimentación se calienta y la presión es baja, por lo que el agua "flashes" en vapor. Este proceso constituye una etapa de una serie de etapas en serie, cada uno de los cuales se encuentra en una menor presión. En el MED, el agua de alimentación pasa a través de una serie de evaporadores en serie. De vapor de una serie se utiliza posteriormente para evaporar el agua en la próxima serie. El proceso consiste en evaporar el VC de agua de alimentación, compresión de vapor, y luego usando el vapor de calefacción comprimido como fuente de calor para evaporar agua de alimentación adicional. Algunas plantas de destilación son un híbrido de más de una tecnología de desalinización. El producto de desecho de estos procesos es una solución con alta concentración de sal.
De entrada de agua (agua de alimentación)
Las plantas de desalinización de agua de mar puede utilizar (directamente desde el océano a través de tomas de mar y las tuberías, o de los pozos ubicados en la playa o del fondo marino), el agua subterránea salobre, o agua regenerada como agua de alimentación. Dado que el agua salada tiene una menor concentración de sal, el coste de la desalación de aguas salobres es generalmente menor que el coste de la desalación de agua de mar. Tubos de admisión para las plantas de desalinización se encuentra lejos de desagües de la planta de tratamiento de aguas residuales para prevenir la ingesta de descarga de efluentes. Si los vertidos de tratamiento de aguas residuales o de otros tipos de contaminantes se incluyen en la ingesta, sin embargo, la pre-y post-procesos de tratamiento deben eliminar los contaminantes.
Agua producto
Las plantas de destilación producir un agua de alta calidad del producto que va desde 1,0 hasta 50 ppm TDS, mientras que las plantas RO producir un agua producto que va desde 10 hasta 500 ppm TDS. (El consumo recomendado de agua de California para la TDS máximo es de 500 mg / L, lo que equivale a 500 ppm.) En las plantas de desalinización que producen agua para uso doméstico, después de los procesos de tratamiento a menudo son empleadas para asegurar que el agua producto cumple con las normas de salud para el agua potable, así como recomendó estética y anti-corrosivo normas.
Desalinización de agua producto puede ser utilizado en su forma pura (por ejemplo, para el maquillaje de agua en las calderas de centrales eléctricas) o puede ser mezclado con agua menos pura y utilizados para el agua potable, de riego, u otros usos. El agua desalada de productos suele ser más puro que el de estándares de agua potable, de modo que cuando el agua producto está destinado para uso municipal, que puede ser mezclado con agua que contiene altos niveles de sólidos disueltos totales. Desalinización del agua pura es muy ácido y por lo tanto corrosivo a las tuberías, por lo que tiene que ser mezclado con otras fuentes de agua por cañería en el sitio que se ajuste o bien para el pH, la dureza y la alcalinidad antes de ser entubada fuera del sitio.
Recuperación de agua de producto
La recuperación de las aguas producto en relación con el flujo de entrada de agua es de 15 a 50% para la mayoría de las plantas de desalinización de agua de mar. Por cada 100 galones de agua de mar, de 15 a 50 galones de agua pura se produce junto con el agua salada que contiene los sólidos disueltos. Una planta de desalinización de recuperación varía, en parte porque los datos de operaciones de la planta dependerá de las condiciones específicas. En varios lugares de California, los proyectos piloto se han propuesto poner a prueba las operaciones de la planta antes de completo se construyen proyectos a gran escala.
Los procesos de pretratamiento
Los procesos de pretratamiento son necesarias para eliminar las sustancias que puedan interferir con el proceso de la desalación. Las algas y las bacterias pueden crecer tanto en plantas de ósmosis inversa y destilación, así que un biocida (normalmente menos de 1 mg / L de cloro) es necesario para limpiar el sistema. Algunas membranas RO no puede tolerar el cloro, por lo que se requieren técnicas de decloración. La capa de ozono o la luz ultravioleta también puede utilizarse para eliminar los organismos marinos. Si se utiliza la capa de ozono, se debe quitar con productos químicos antes de llegar a las membranas. Una tecnología RO se ha desarrollado recientemente que no requiere tratamiento químico previo.
En las plantas de RO, sólidos en suspensión y otras partículas en el agua de alimentación debe ser eliminado para reducir el ensuciamiento de las membranas. Los sólidos en suspensión se eliminan con la coagulación y filtración. De metales en el agua de alimentación son rechazadas junto con las sales de las membranas y se descargan en la salmuera. Con concentraciones normales de metales en agua de mar, los metales presentes en la descarga de salmuera, aunque concentrada en el proceso de RO, no superaría los límites de descarga. Algunas plantas de destilación que también tenga que quitar los metales debido a los problemas de corrosión potencial.
El retrolavado del filtro, la membrana de limpieza y almacenamiento, Escala de prevención y la eliminación y limpieza de tuberías
Los filtros para el tratamiento previo del agua de alimentación en las plantas de OR deben ser limpiados cada pocos días (lavados) para limpiar la arena acumulada y sólidos. Las membranas de OR debe limpiarse aproximadamente cuatro veces al año y deben ser reemplazados cada tres a cinco años. Productos de limpieza alcalinos se usan para remover suciedad orgánica, y productos de limpieza ácidos se utilizan para eliminar incrustaciones y otros precipitados inorgánicos. Todos o una parte de las plantas se ve obligada a cerrar cuando se sustituyen las membranas. Cuando las plantas de RO no se utilizan continuamente, las membranas de OR deben ser almacenados en una desinfección química / solución de conservación que deben ser eliminados después de su uso. Las plantas de destilación también se puede apagar para la sustitución de haces de tubos, que es análoga a la membrana de recambio.
Componentes de la planta de desalinización debe ser limpiado para reducir la escala, una condición en la que sales de depósito en superficie de las plantas, tales como tuberías, tubos o de las membranas. Escala es causada por la alta concentración de sal del agua de mar y puede resultar en eficiencia de la planta y la reducción de la corrosión de las tuberías. En general, los aumentos de la escala a medida que aumenta la temperatura, por lo tanto la ampliación es de mayor preocupación para las plantas de destilación, ya que las plantas RO requieren temperaturas más bajas para operar. Escala puede reducirse mediante la introducción de aditivos para inhibir el crecimiento de cristales, la reducción de la temperatura y / o de concentraciones de sal, la eliminación de la escala de formación de los mandantes, o siembra para formar partículas. Una vez que las escalas se han formado, que se pueden eliminar con medios químicos o mecánicos.
Además de la ampliación, tanto RO y la ingesta de plantas de destilación y estructuras de desagüe y las tuberías puede ser una falta de organismos naturales o de corrosión. Las estructuras y tuberías se pueden limpiar por medios mecánicos o mediante la aplicación de productos químicos o calor. De agua de alimentación también puede ser desaireada para reducir la corrosión.
Los vertidos de residuos
Las plantas de desalinización producen residuos líquidos que pueden contener todos o algunos de los siguientes componentes: altas concentraciones de sal, productos químicos utilizados durante defouling de equipos de la planta y el tratamiento previo, y los metales tóxicos (que son más propensos a estar presente si el agua de descarga estaba en contacto con metal los materiales utilizados en la construcción de las instalaciones de la planta). Los desechos líquidos se vierten directamente en el mar, combinado con otras descargas (por ejemplo, la planta de energía de enfriamiento de agua o planta de tratamiento de efluentes de aguas residuales) antes de su vertido al mar, descargados en un colector para su tratamiento en una planta de tratamiento de aguas residuales, o secado y eliminados de un vertedero. Las plantas de desalinización también producen una pequeña cantidad de residuos sólidos (por ejemplo, filtros gastados de pretratamiento y partículas sólidas que se filtran en el proceso de pre-tratamiento).
Por ejemplo, la capacidad de la Ciudad de la desaladora de Santa Bárbara es de 7.500 AF / año (alrededor de 7.16 MGD). En mayo de 1992, la planta produjo 6.7 mgd de agua del producto y genera 8.2 MGD de residuos de salmuera con una salinidad de aproximadamente 1,8 veces la del agua de mar. Un 1,7 MGD adicionales de salmuera se generó a partir de retrolavado del filtro. Suponiendo que las concentraciones de sólidos en suspensión en la gama de alimentación de agua de mar desde 10 hasta 50 ppm, aproximadamente 1,7 a 5,1 metros cúbicos por día de sólidos fueron generados, lo que equivale a una o dos camiones de cargas por semana. (Fuente: Consultores de Woodward-Clyde, EIR de la Ciudad de Santa Bárbara y Ionics, Inc. 's de Emergencia Temporal de desalinización del proyecto, marzo de 1991.)
Uso de energía
La energía utilizada en el proceso de desalinización es principalmente la electricidad y el calor. Los requerimientos de energía para las plantas de desalinización depende de la salinidad y la temperatura del agua de alimentación, la calidad del agua producida, y la tecnología de desalación utilizado. Las estimaciones para los requisitos de uso de la electricidad de varias tecnologías para la desalinización de agua de mar son los siguientes:
Además de los requisitos de la electricidad, MSF, MED, y algunas plantas de capital riesgo también el uso de energía térmica para calentar el agua de alimentación. (Debido a la ineficacia de la conversión de energía térmica en electricidad, hay una gran energía "pena" si la electricidad se utiliza para calentar agua de alimentación.) Por ejemplo, además de los 3.500 kWh a 7.000 / AF de la energía necesaria para la electricidad, la térmica necesidades de energía para una planta de destilación MSF se estima en 270 millones de Btu / AF (alrededor de 26.000 kWh / AF) para las plantas MED, la estimación de las nuevas necesidades de energía térmica son 230 millones de Btu / AF (alrededor de 22.000 kWh / AF).[1] En consecuencia, la energía total de las necesidades de tecnologías de destilación son superiores a las tecnologías de RO.
Los requisitos de uso de energía para las plantas de desalinización son altos. Por ejemplo, un estimado de 50 millones de kWh / año serían necesarios para el funcionamiento a tiempo completo de la Ciudad de la desaladora de Santa Bárbara para producir 7.500 AF / año de agua. En contraste, la energía necesaria para bombear 7.500 AF / año de agua del Acueducto del Río Colorado o el Proyecto Hidráulico del Estado en el Distrito de Agua Metropolitano (MWD) del Sur de California es 15 hasta 26 millones de kWh / año. Estos requisitos de energía puede ser comparado con el uso de la energía de una pequeña o mediana planta industrial (por ejemplo, una refinería de gran fábrica de acero pequeña o gran centro de computación) que usa 75.000 a 100.000 kWh / año.
Tanto las plantas de ósmosis inversa y destilación pueden beneficiarse de las plantas de cogeneración para reducir el consumo de energía. Dado que el uso de energía aumentó puede causar impactos ambientales adversos, los impactos individuales y acumulativos de uso de la energía y la producción en una planta de desalinización propuesta requerirá caso por caso.
Comparación de la destilación y tecnologías de Osmosis Inversa
Una de las ventajas de las plantas de destilación es que hay un mayor potencial de economías de escala. Plantas de destilación también no cerrar una parte de sus operaciones de limpieza o sustitución de equipos tan a menudo como plantas de RO, aunque las plantas de destilación pueden y han cerrado para la sustitución de haces de tubos y limpieza. Los requisitos de pretratamiento son mayores para las plantas de RO, porque coagulantes son necesarios para resolver las partículas antes de que el agua pasa a través de las membranas. A diferencia de las plantas de RO, plantas de destilación no generan residuos de retrolavado de filtros de pretratamiento.
Ventajas de las plantas de destilación en RO son: agua de alimentación de la planta RO generalmente no requiere de calentamiento, de modo que los efectos térmicos de los vertidos son inferiores, en las plantas RO tienen menos problemas con la corrosión, en las plantas RO generalmente tienen bajos requerimientos de energía, en las plantas RO tienden a tener mayores tasas de recuperación -alrededor del 45% para agua de mar, el proceso de OR pueden eliminar los contaminantes no deseados, como los precursores de trihalometanos, pesticidas y bacterias, y las plantas RO ocupar menos superficie de las plantas de destilación para la misma cantidad de producción de agua.
Costes del agua desalada
El costo de la producción de agua de la desalación depende de la tecnología utilizada y la capacidad de la planta, entre otros factores. Por ejemplo, el coste del agua desalada en Santa Bárbara (1.900 dólares / AF) los resultados de las siguientes opciones: una amortización del coste de capital durante un breve período de cinco años, sus costes de financiación, y los altos costos energéticos. Los costes totales de agua de producción son aproximadamente los mismos para RO y algunas formas de las plantas de destilación.
Las estimaciones de precios del agua producida por las plantas de desalinización en el rango de California de $ 1.000 a $ 4.000 / AF. Cuadro 2 las listas de los costos estimados de producción de agua para las plantas existentes y propuestas, donde la información está disponible. (Estimaciones de gastos específicos para la mayoría de los existentes y propuestos plantas de desalinización de California también se incluyen en el capítulo 2 de este informe.) Los gastos incluyen costos de capital y de operación y de mantenimiento. Para los proyectos a largo plazo, los costos de capital más probable es que se amortizan a lo largo de una vida de plantas supone de 20 a 30 años. Los costes de capital para las plantas de RO tienden a ser inferiores a las de las plantas de destilación. Algunas de las propuestas se refieren a plantas que operan a solo unos pocos años. El funcionamiento de una planta en un tiempo parcial, en lugar de a tiempo completo, la base puede ser más caro en el largo plazo, porque el mantenimiento y los costos de capital deben ser pagados mientras que la planta se cierra.
Los costos de otras fuentes de agua
Un número de comunidades de la costa de California se enfrentan a la escasez de agua. Aunque las comunidades pueden tener los suministros existentes, relativamente baratos de agua, los suministros se percibe como insuficiente para satisfacer las necesidades de la comunidad. Nuevos suministros de agua son más caros que los suministros existentes, y en algunos casos los precios son comparables a los de agua desalinizada. El cuadro 2 resume los costos de los suministros de agua diferentes.
En 1991, el Distrito de Agua Metropolitano (MWD) del Sur de California pagó $ 27/AF de agua desde el río Colorado y $ 195/AF de agua del Proyecto de Agua de California. Nuevas fuentes de agua tendría un costo de $ 128/AF del Distrito de Riego de Imperial y $ 93/AF de Arvin Edison Almacenamiento de Agua en el Condado de Kern (si hay agua disponible durante la sequía). (Fuente: com. Pers. Con Bob Muir, MWD, 1991.)
Noninterruptible agua sin tratar para usos domésticos en San Diego es comprado en el MWD por $ 269/AF; agua tratada cuesta un adicional de $ 53/AF. Los nuevos suministros menos costoso, que no sea la desalinización, costaría $ 600 - $ 700/AF. (Fuentes: com. Pers. Con Gordon Hess, SDCWA, 1991 y Robert Yamada, SDCWA, 1992.)
En Santa Bárbara, el agua no tratada del embalse Cachuma cuesta $ 35/AF. Desarrollo de nuevos pozos para uso posterior cuencas de aguas subterráneas de la Ciudad costaría $ 200/AF, mientras que nuevos pozos de agua subterránea en las montañas costaría aproximadamente $ 600-700/AF. La ampliación de Cachuma embalse, si es posible, se estima un costo de $ 950/AF. Durante la reciente sequía, la ciudad adquirió el agua del Proyecto Hidráulico del Estado sobre una base temporal, de emergencia, a un costo de 2.300 dólares / AF. Esta agua se puso a disposición a través de una serie de acuerdos de intercambio con los organismos de agua entre Santa Bárbara y el MWD. Permanentemente la vinculación en el Proyecto de Agua del Estado se estima en 1.300 dólares / AF. (Fuente: com. Pers. Con Dale Brown, Ciudad de Santa Barbara, 1992.)
NOTAS
1. Unidad térmica británica (Btu) los valores se multiplican por 0,33 kWh para calcular un equivalente porque la eficiencia de la conversión de energía térmica a la electricidad es alrededor del 33%.
