A Bland a Mien To

Ing. José Huapaya Barrientos1

TRATAMIENTO DE TRATAMIENTO DE AGUA INDUSTRIALAGUA INDUSTRIAL

ExpositorExpositorIng. José Huapaya BarrientosIng. José Huapaya Barrientos

20112011

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTILFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

CURSOCURSO


ASPECTOS TÉCNICOS DEL ASPECTOS TÉCNICOS DEL TRATAMIENTO DE AGUATRATAMIENTO DE AGUA


TECNOLOGÍAS PARA ELTRATAMIENTO DE AGUA

a. DUREZA:• ABLANDAMIENTO

QUÍMICO• ABLANDAMIENTO FÍSICO• NANOFILTRACIÓN• ÓSMOSIS INVERSA

b. DESMINERALIZACIÓN:• INTERCAMBIO IÓNICO• ÓSMOSIS INVERSA


ABLANDAMIENTO FÍSICO

• RECOMENDADO PARA DUREZA TOTAL MENOR DE 500 PPM

• USO DE RESINAS CICLO SODIO – REGENERACIÓN

• LAS PROPIEDADES DE LAS RESINAS DETERMINAN LAS CONDICIONES OPERATIVAS

• SE REQUIERE LAVADO Y SUSTITUCIÓN, PREVIA EVALUACIÓN

• LAS CONDICIONES OPERATIVAS DEL ABLANDADOR INFLUYEN EN LA EFICIENCIA


ASPECTOS TÉCNICOS

• DUREZA TOTAL DEL AGUA CRUDA• DUREZA TOTAL DEL AGUA BLANDA• TIPO DE RESINA• PROPIEDADES DE LA RESINA• CAUDAL DE AGUA BLANDA• VOLUMEN DE RESINA• PESO DE REGENERANTE (NaCl)• PORCENTAJE EN PESO DEL REGENERANTE• LAVADO DE RESINA• REPOSICIÓN DE RESINA


ANÁLISIS DE AGUA EN EL ABLANDAMIENTO

COMPONENTE AGUA CRUDA (CaCO3)

AGUA BLANDA (CaCO3)

Ca 350 2

Mg 100 1

Na 80 527

HCO3 305 305

CO3 0 0

OH- 0 0

Cl- 110 110

SO4 115 115

M 305 305

P 0 0

PH 7,6 7,6

SD 570 595

+1

=

=

-

+2

+2


CATIONES Y ANIONES

MEMBRANA OR -3344 MEMBRANA OR - 3444

ALIMENTACIÓNmg/L

CONCENTRADOmg/L

PERMEADOmg/L

ALIMENTACIÓN CONCENTRADO PERMEADO

Ca+2 265 659,92 1,72 265 756,03 0,60

Mg+2 95 236,57 0,62 95 271,03 0,21

Na+1 315 780,04 4,97 315 892,32 4,13

K+1 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

Sr+2 0 0 0 0 0 0

Ba+2 0 0 0 0 0 0

Fe+2 0 0 0 0 0 0

Mn+2 0 0 0 0 0 0

1

4

NH

ANÁLISIS TÍPICO DEL AGUA A TRAVÉS DE MEMBRANAS ANÁLISIS TÍPICO DEL AGUA A TRAVÉS DE MEMBRANAS DE OSMOSIS INVERSADE OSMOSIS INVERSA


CATIONES Y ANIONES

MEMBRANA OR -3344 MEMBRANA OR - 3444

ALIMENTACIÓNmg/L

CONCENTRADOmg/L

PERMEADOmg/L

ALIMENTACIÓN CONCENTRADO PERMEADO

0 0 0 0 0 0

260 242,43 3,48 260 526,47 3,76

420 1046,39 2,41 420 1198,99 0,55

Cl- 750 2095,88 9,61 750 2254,35 6,02

0 0 0 0 0 0

F- 0 0 0 0 0 0

32 79,37 0,42 32 90,85 0,31

42,2 159,10 157,89 42,2 95,51 94,83

SD 2004,7 5017,28 21,45 2004,7 5722,31 13,67

PH 7,0 6,39 4,55 7 6,95 4,81

DT (CaCO3)

1052,99 2622,22 6,84 1052,99 3004,14 2,37

3CO

3HCO

4SO

3NO

2SiO

2CO


ASPECTOS ECONÓMICOS

• A > D.T. > COSTO DE OPERACIÓN• A > D.T. > COSTO DE REGENERANTE• A > D.T. > COSTO DE AGUA• A > D.T. > COSTO DE TRATAMIENTO• A > S.S. > COSTO DE MANTENIMIENTO• A > C.I. > COSTO DE LA RESINA


VENTAJAS DEL ABLANDAMIENTO

• REDUCE LA D.T. A LÍMITES BAJOS• BAJO COSTO ($ 1,56/ m3)• FACILIDAD DE OPERACIÓN• BAJA INVERSIÓN• LA REPOSICIÓN DE RESINA ES GRADUAL

DESVENTAJAS DEL ABLANDAMIENTO

• NO REDUCE LA ALCALINIDAD• AUMENTA SÓLIDOS DISUELTOS• REDUCE LA DUREZA DE Ca Y Mg• REQUIERE REGENERACIÓN Y LAVADO CON

MENOR TIEMPO QUE LA O.I.


VENTAJAS DE LA ÓSMOSIS INVERSA

• EL COSTO DEL AGUA OSMOTIZADA ES COMPETITIVO

• AMPLIO ESPECTRO DE REMOCIÓN• CUMPLIMIENTO CON LAS REGULACIONES

AMBIENTALES• ESPACIO MÍNIMO• FLEXIBILIDAD DE OPERACIÓN• AMPLIO RANGO DE CAPACIDADES• COMPATIBILIDAD• AUTOMATIZACIÓN• REQUIERE LAVADO ANUAL


FUNCIONAMIENTO DE UNA RESINA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA RESINA DE INTERCAMBIO IÓNICOINTERCAMBIO IÓNICO


REGENERACIÓN DE UNA RESINA Y ENJUAGUE


FUNCIONAMIENTO DE UNA MEMBRANA FUNCIONAMIENTO DE UNA MEMBRANA SEMIPERMEABLE DE ACETATO DE CELULOSASEMIPERMEABLE DE ACETATO DE CELULOSA


PROPIEDADES DE LA RESINA AMBERLITEPROPIEDADES DE LA RESINA AMBERLITEIR – 120 PLUSIR – 120 PLUS

La Amberlite IR – 120 Plus es una resina intercambiadora de cationes, fuertemente ácida, tipo gel, sintética y de alta capacidad de intercambio. Tipo poliestureno sulfurado y se suministra en forma de ciclo hidrógeno o ciclo sodio, en partículas esféricas transparentes de color amarillo casi perfectas como si fueran perlas, se utilizan en la suavización del agua industrial, desalcalinización, desionización o en aplicaciones de procesos químicos.


Características importantes:

Alta capacidad de intercambio 25000 – 30000 granos/ft3 Nivel de regenaración con NaCl al 10% 15 lb BaCl/ft3 15000 – 10000 granos/ft3 10 lb NaCl/ft3

Estable dentro del rango completo de PH 0 – 14 Insoluble En todos los solventes comunes


Características hidráulicas:

Caída de presión Se muestra en la gráfica Características del retrolavado

Después de cada ciclo de servicio debe de ser retrolavada con agua para reclasificar las partículas de la resina y expulsar del lecho todo material insoluble en suspensión, el cual puede quedar atrapado en la parte superior del lecho de la resina.

Flujo de regenerante 1 gal/min/ft3 Límites recomendados de operación

Flujo superficial 5 – 8 gal/min ft2 Flujo espacial 1 – 5 gal/min ft3 Temperatura 121 ºC Resistencia a los cloruros Sin límite

Velocidad de enjuague y regeneración 1 – 2 gal/min ft3 de resina

El lecho de la resina se expande un 50% mínimo durante el retrolavado. La expansión para diferentes velocidades superficiales y temperaturas se muestra en el gráfico


ABLANDAMIENTOABLANDAMIENTOOPERACIÓN DE REDUCIR EL CONTENIDODE Ca+2 Y Mg+2.SE REALIZA EN LOS ABLANDADORES CONEL FIN DE REDUCIR LAS INCRUSTACIONESDE CaCO3, Mg(OH)2, CaSO4, SiO2.

CLASIFICACIÓN:CLASIFICACIÓN:•SISTEMA MANUALSISTEMA SEMIAUTOMÁTICO: VÁLVULA ,MULTIPORTSISTEMA AUTOMATIZADO: VÁLVULA AUTOMÁTICA


RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICORESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO

• SE APLICA PARA AGUA CON STD< 1000 PPM• TIENEN LA CAPACIDAD DE ELIMINAR

SELECTIVAMENTE LOS IONES DISUELTOS• ES DE FORMA GRANULAR DE UN TIPO DE

POLÍMERO SINTÉTICO• VIDA ÚTIL PROMEDIO 5 – 105 – 10 AÑOS• SE REALIZA UN LAVADO DE RESINA DESPUÉS DE

CADA 150 CICLOS DE REGENERACIÓN• EL TAMAÑO PROMEDIO DE LA RESINA (0,4 – 0,8

mm)


TIPOS DE RESINASTIPOS DE RESINASA. RESINA CICLO SODIOA. RESINA CICLO SODIO

ADSORBEN EL CALCIO Y MAGNESIO Y ELIMINAN SODIO

SE USAN EN EL ABLANDAMIENTOSE REGENERAN CON NaCl AL 10%BAJO COSTO OPERATIVOSE EMPLEA EL CALDERO DE BAJA

PRESIÓN (PIROTUBULARES)


CUANDO SE SATURA UNA RESINA, ES NECESARIO REGENERAR CON UNA SOLUCIÓN DE NaCl AL 10%, 6 – 7 Kg DE NaCl/ft3

EL AGUA QUE ATRAVIEZA EL LECHO, DEBE ESTAR LIBRE DE DETRITUS, LODO, CIENO, PRECIPITADOS; LOS CUALES RECUBREN Y TAPAN LOS INTERSTICIOS.

LAS REACCIONES TÍPICAS SON:LAS REACCIONES TÍPICAS SON:

RNa2 + Ca+2 RCa+2 + 2Na+1

RCa+2 + 2NaCl RNa2 + CaCl2


EJEMPLOS DE RESINAEJEMPLOS DE RESINALIMPIA Y SUCIALIMPIA Y SUCIA


LA RESINA TIENE MAYOR AFINIDAD O PODER DE ADSORCIÓN POR LOS

IONES TRIVALENTES, DIVALENTES Y EN ÚLTIMO LUGAR LOS IONES

MONOVALENTES


ABLANDADORABLANDADORES LA COLUMNA QUE CONTIENE LA

RESINA Y EN EL, SE REALIZAN LAS SIGUIENTES OPERACIONES: RETROLAVADORETROLAVADO REGENERACIÓNREGENERACIÓN ENJUAGEENJUAGE ABLANDAMIENTOABLANDAMIENTO

EL MATERIAL DE FABRICACIÓN SAE-1010

POSEEN UNA BASE CON TOBERAS DE PVC


TANQUE DE PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN SALINA DE FIERRO RECUBIERTO CON FIBRA DE VIDRIO.

PRESIÓN DE OPERACIÓN 20 – 30 PSI


ABLANDADOR DE FUNCIONAMIENTO MANUALABLANDADOR DE FUNCIONAMIENTO MANUAL


OPERACIONES EN OPERACIONES EN EL ABLANDADOREL ABLANDADOR


22

44

55

66

77

8833

11

RREyectorEyector

ABLANDAMIENTOABLANDAMIENTO

CC

CC

CC

CC

SALSALAgua BlandaAgua Blanda

Ing. José Huapaya BarrientosIng. José Huapaya Barrientos


22

44

55

66

77

8833

11

RREyectorEyector

RETROLAVADORETROLAVADO

CC

CC

CC

CC

SALSAL

YYAgua BlandaAgua Blanda



22

44

55

66

77

8833

11

RREyectorEyector

REGENERACIÓNREGENERACIÓN

CC

CC

CC

CC




22

44

55

66

77

8833

11

RREyectorEyector

ENJUAGUEENJUAGUE

CC

CC

CCCC


Cl-Cl-

Cl-Cl-



ABLANDADOR ABLANDADOR SEMI SEMI

AUTOMÁTICOAUTOMÁTICO


FUNCIONAMIENTO DEL ABLANDADORFUNCIONAMIENTO DEL ABLANDADOR

POSICIÓN 1: POSICIÓN 1: RETROLAVADO Y RETROLAVADO Y ENJUAGUE ENJUAGUE

POSICIÓN 2: POSICIÓN 2: REGENERACIÓNREGENERACIÓN

POSICIÓN 3: POSICIÓN 3: ABLANDAMIENTOABLANDAMIENTO


CAPACIDAD DE INTERCAMBIO

EN GRANOS

VOLUMEN DE RESINA PIE3

FLUJO MAX. DE SERVICIO GPM

ABLANDADOR D X H (PULG)

CONSUMO DE SAL

REGENERANTE (K)

25000 1 6 9 X 40 5 37500 1,5 6 9 X 48 7,5 62500 2 10 12 X 48 10 75000 3 12 14 X 48 15 100000 4 15 14 X 64 20 200000 8 30 20 X 62 40 275000 11 35 24 X 60 55 425000 15 70 30 X 60 75 500000 20 75 30 X 72 100 750000 25 125 36 X 72 125 1000 Kn 35 168 42 X 72 175

1325 Kn 45 170 48 X 72 225

1700 Kn 55 170 54 X 72 275

TABLA DE ABLANDADORESTABLA DE ABLANDADORES


CAPACIDAD DE

INTERCAMBIO Granos

Pies cúbicos de resina

Ablandador D x H (pulg)

Tanque de sal D x h (pulg)

Tubería de Servicio en pulg.

GPM P (Psi)

72000 3 14 x 60 18 x 36 1 11 7

96000 4 16 x 60 18 x 36 1 14 10

1 22 15 168000 7 20 x 60 18 x 48

1 ½ 22 6 1 31 24

264000 11 24 x 60 24 x 48 1 ½ 31 8 1 ½ 49 15

408000 17 30 x 60 30 x 48 2 49 7

1 ½ 71 29 576000 24 36 x 60 36 x 48

2 71 11 2 96 18

816000 36 42 x 60 42 x 48 2 ½ 96 10 2 ½ 126 14

1080000 45 48 x 60 48 x 48 3 126 8

2 ½ 159 19 1392000 58 54 x 60 54 x 48

3 159 10 3 196 14

1728000 72 60 x 60 60 x 48 4 196 6

TABLA DE ABLANDADORESTABLA DE ABLANDADORES


DESIONIZACIÓN

ESTÁ DIRIGIDO A REDUCIR EL CONTENIDO DE SÓLIDOS DISUELTOS. EL PROCESO UTILIZA RESINAS CATIÓNICAS Y ANIÓNICAS, Y EN ALGUNAS CASOS COLUMNAS MIXTAS DE AMBAS RESINAS. PARA COMPLETAR LA ELIMINACIÓN DE GASES DISUELTOS SE UTILIZAN LOS DEGASIFICADORES

RESINAS CATIÓNICAS CICLO HIDRÓGENO

Ca+2

Mg+2

Fe+2

2Na+1

2NH4+

+ H2R

CaR

MgR

FeR

Na2R

(NH4)2R

+ 2H+

Cuando se agota la resina, los primeros iones que aparecen en el efluente serán NH4, Na+1+


RESINAS ANIÓNICAS DE BASE FUERTE

H2SO4

2HCl

2H2CO3

2H2SiO3

+ R(OH)2 + 2H2O

Cuando se agota la resina, debido a la selectividad, la sílice aparece en el efluente y luego el bicarbonato, de igual forma los cloruros

RSO4

RCl2

R(HCO3)2

R(HSiO3)2


Operan a cualquier pH Operan dentro de un pH limitado

Tienen menor capacidad de intercambio que las débiles

Tienen mayor capacidad de intercambio que las resinas fuertes

Deben regenerarse con más frecuencia

Se regeneran casi estequiometricamente, es decir, un mínimo exceso de regenerante.

Su regeneración es ineficiente, elevando el costo de operación

Tienen menor costo de operación.

Catiónicas y Aniónicas Fuertes Catiónicas y Aniónicas Débiles

Tipos de Resina


Materiales de intercambio iónicoProductos químicos

regeneradosCambiadores catiónicosCiclo del sodioArena verde natural NaClGel sintetico NaClCarbón sulfonatado NaClResina de estireno NaClCiclo de hidrogeno

Carbón sulfonatado H2SO4

Resina de estireno H2SO4

HClCambiadores aniónicos

Debilmente básico (amina alifatica) Na2CO3

Debilmente básico (fenólica) Na2CO3

Débilmente básico (estireno) NaOH

Fuertemente básico (tipo I) NaOH

Fuertemente básico (tipo II) NaOH

PRODUCTOS QUÍMICOS REGENERANTESPRODUCTOS QUÍMICOS REGENERANTES


DATOS TECNICOS DE RESINAS CATIONICA Y ANIONICAS

TIPO CATIONICA ANIONICA

Naturaleza Alta capacidad estirénica Estireno – Divinilbenceno

Distribuidor comercial Rohm Haas Inc Dow Chemical Co

Capacidad de intercambio 18 Kgn/ft3 16 Kgn/ft3

Flujo espacial recomendado en operación (espacio velocidad)

1 – 5 gal/min x ft3 de resina 1 – 5 gal/min x ft3 de resina

Flujo superficial recomendado en operación (velocidad lineal)

4 – 10 gal/min x ft2 de sección 4 – 10 gal/min x ft2 de sección

Caída de presión (8,6 gal/min ft2) 0,78 psi/ft de resina (lecho) 0,85 psi/ft de resina (lecho)

Regenerante6 lb H2SO4 /ft

3 de resina

Solución 2 – 4%Con una fuga de Sodio de 2ppm

4 lb NaOH/ft3

Solución 4%Con una fuga de Sílice de 0,05 ppm

Flujo superficial para retrolavado expansión 60 – 75%

6,4 gal/min x ft2 de lecho 6,2 gal/min x ft2

Flujo espacial para regeneración y enjuague

1 – 1,5 gal/min x ft3 de resina 0,5 gal/min x ft3 de resina

Requerimiento de enjuague25 – 50 gal x ft3 de resina

Agua desionizada40 – 90 gal x ft3 de resina

Agua desionizada

PH Sin límite Sin límite

Tº < 100 ºC < 100 ºC

Cloro Sin límite Sin límite


TABLA DE DESIONIZADORES

MODELOMODELO

CAPACIDAD CAPACIDAD DE DE

INTERCAMBIO INTERCAMBIO GRANOSGRANOS

VOLUMEN DE VOLUMEN DE RESINA PIE3RESINA PIE3

FLUJO FLUJO SERVICIO SERVICIO

GPMGPM

DIMENSIONES DIMENSIONES DIAM X ALT DIAM X ALT PULGADASPULGADAS

Semiautomático

20 000 1,0 2,0 – 3,0 9 x 40

30 000 1,5 3,0 – 4,0 9 x 48

40 000 2,0 4,0 – 6,0 12 x 48

Automáticos

100 000 5,0 10,0 – 15,0 21 x 62

200 000 10,0 20,0 – 30,0 24 x 60

300 000 15,0 30,0 – 45,0 30 x 72

400 000 20,0 40,0 – 60,0 36 x 72

500 000 25,0 50,0 – 75,0 36 x 72


DESMINERALIZACIÓNDESMINERALIZACIÓN


Unidad GPG ppmGradoInglés

GradoFrancés

GradoAlemán

GPG 1 17,1 1,20 1,71 0,958

GPGI 0,829 14,3 1,00 1,43 0,80

ppm 0,058 1,0 0,07 0,1 0,56

Grado Francés 0,583 10,0 0,7 1,0 0,56

Grado Alemán 1,04 17,9 1,24 1,78 1,0

EQUIVALENCIA ENTRE SISTEMAS


pHpH

2

3

COdeppmlibrecarbonodeBióxido

CaCOppmcomometilodeanaranjadoaldAlcalinidaRazón


INSTALACION DE SISTEMAS DE DESIONIZACIONINSTALACION DE SISTEMAS DE DESIONIZACION

• LA SELECCIÓN DE LAS RESINAS DEPENDE DE LA CALIDAD DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN, LAS ESPECIFICACIONES DEL EFLUENTE Y LA ECONOMÍA DEL PROCESO

• LOS CAMBIADORES CATIÓNICOS Y ANIÓNICOS VARIAN CON RESPECTO A LA CAPACIDAD DE LA RESINA, FUGA DE SODIO, ECONOMÍA DE LA REGENERACIÓN, DURABILIDAD DE LA INSTALACIÓN Y EL COSTO UNITARIO

• LOS CAMBIADORES ANIÓNICOS QUE UTILIZAN RESINAS DÉBILMENTE BÁSICAS, CUESTAN MENOS Y SE REGENERAN CON MENOR COSTO (Na2CO3, NH3), MIENTRAS QUE LAS RESINAS ANIÓNICAS FUERTES REQUIEREN NaOH QUE TIENE MAYOR COSTO

• CUANDO SE UTILIZAN COLUMNAS CON RESINAS FUERTEMENTE BÁSICAS, ES RECOMENDABLE REMOVER EL H2CO3 COMO CO2 LIBRE, PARA REDUCIR LOS COSTOS DE OPERACIÓN

• SE TIENEN LOS SIGUIENTES ESQUEMAS RECOMENDADOS PARA DISTINTAS ALTERNATIVAS


INSTALACIÓN TÍPICA DE UNA UNIDAD DE DESIONIZACIÓNINSTALACIÓN TÍPICA DE UNA UNIDAD DE DESIONIZACIÓNUTILIZANDO UN PULIDOR MIXTOUTILIZANDO UN PULIDOR MIXTO


CLARIFICACIÓN – FILTRACIÓN - DESMINERALIZACIÓN

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