TOL-17/18Estudio de reducción de turbidez elevada y NOM en agua de mar mediante

coagulación, floculación y flotaciónAutores: Carmen Repollés, Susana Navea, Joan Antoni Salvadó, Enrique Ferrero y Jorge Juan Malfeito (ACCIONA AGUA)

Presentadora: Carmen Repollés (ACCIONA AGUA, Investigadora I+D+i)

Índice de la presentación

• Antecedentes, objetivo y metodologíaIntroducción

• Condiciones• Resultados

Experimentos preliminares

• Condiciones• Respuesta: Turbidez• Respuesta: C-DOC, BOM y ROM

Diseño de experimentos

Conclusiones

Introducción• DAF se emplea como pretratamiento en plantas SWRO para eliminar turbidez, NOM, algas y aceites y grasas

(Peleka EN, Matis KA. Application of flotation as a pretreatment process during desalination. Desalination 2008;222:1-8).

• Modificaciones en la operación del DAF en situaciones adversas entrada de elevada turbidez.

• NOM Impacto significativo en la operación

Caracterización difícil en agua de mar

Proceso DAF combinado con coagulación yfloculación.

ObjetivoOptimizar un proceso de coagulación-floculación-DAF para reducir elevada turbidez en agua de mar y también laNOM presente, caracterizando cada una de sus fracciones.

Agua de mar real, procedente de desalinizadora después de lluvias torrenciales. 120 NTU.

Metodología

Ensayos Jar- test DAF

Medidas de turbidez y análisis

LC-OCD

Diseño de experimentos

(DOE)

Fracciones de NOMROM (Refractaria)Sustancias húmicas

Building blocksPrecursores subproductos de

desinfección

BOM (Biogénica)Biopolímeros

Ácidos de bajo p.m.Neutros de bajo p.m.

Ensuciamiento en membranas

Ensayos Jar-test DAF

Evaluación de la reducción de turbidez a los 5, 10 y 15 min de etapa de clarificación.

Coagulante200 rpm, 40 sG~550, G*t~2500

Etapa de mezcla rápida Etapa de mezcla lenta

40 rpm, 5,5 minG~60

30 rpm, 5,5 minG~40

Floculante

Flotación Clarificación

Variable Intervalo

Recirculación 10 – 15 %

Presión de saturación 4 – 7 bar

Conc. Coagulante 0 – 10 mg/L Fe3+

Conc. Floculante 0 – 5 mg/L

T Ambiente y 35 ºC

• T y recirculación no producen efectossignificativos en los intervalosestudiados. Variables fijadas en el DOE.

• T ambiente• Recirculación 10 %

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1466,0

67,5

90

100

El

imin

ació

n tu

rbid

ez (%

)

Experimento

5 min 10 min 15 min

Experimentos preliminares

• Experimento de referencia, en ausencia de coagulante. La materia a estudiar es flotable.

• Con 15 min de flotación se consigueneliminaciones superiores al 88 % en todoslos experimentos

35 ºC 15 % recirc.

Diseño de ExperimentosMatriz de Taguchi

Variable Niveles

Presión saturación 5,5 – 6 – 7 bar

Conc. Coagulante 2 – 5 – 10 mg/L Fe3+

Conc. Floculante 0 – 1 – 2 mg/L

Experimento P (bar) Conc. Coagulante

(mg/L como Fe 3+)

Conc. Floculante

(mg/L)1 5,5 2 02 5,5 5 13 5,5 10 24 6 2 15 6 5 26 6 10 07 7 2 28 7 5 09 7 10 1

Respuestas: • Turbidez a 15 min• NOM a 15 min

9 experimentos Taguchi vs. 81 experimentos de análisis factorial.

L9(3^4)

Diseño de Experimentos – Respuesta: turbidez

1 2 3 4 5 6 7 8 990919293949596979899

100

Elim

inac

ión

turb

idez

, 15

min

(%)

Experimento

• Reducción de turbidez superior al 92 % en todos los experimentos• Se obtiene la máxima reducción de turbidez con la máxima concentración de coagulante estudiada.

Exp. P (bar)

Coag.

(mg/L Fe 3+)

Floc.

(mg/L)

Reducción turbidez

(%)1 5,5 2 0 92,12 5,5 5 1 92,73 5,5 10 2 94,74 6 2 1 93,55 6 5 2 94,46 6 10 0 96,17 7 2 2 94,58 7 5 0 95,09 7 10 1 96,1

Diseño de Experimentos - Respuesta: turbidez Standardized Pareto Chart for Removal Turbidity

0 20 40 60 80Standardized effect

C:Floculant

BB

AB

CC

AA

A:Pressure

B:Coagulant +-

Estimated Response Surface

5,5 5,8 6,1 6,4 6,7 7Pressure (bar)

02 4

6 810

Coagulant_Fe (mg/l)

91929394959697

Rem

oval

Tur

bidi

ty (%

)

Removal Turbidity 91,091,692,292,893,494,094,695,295,896,497,0

• Concentración de coagulante y presión de saturación son los factores significativos• La máxima reducción de turbidez se obtiene a 6,5 bar.

Eliminación de turbidez a los 15 min (%) = 17,79 + 22,65*A + 0,57*B - 0,54*C - 1,68*A^2 - 0,07*A*B + 0,01*B^2 + 0,26*C^2r2 (g.l.) = 99,92 %

Reducción turbidez 96,7%

Conc. coagulante 10 mg/L

Presión saturación 6,5 bar

Conc. floculante 0 mg/L

1 2 3 4 5 6 7 8 902468

1012141618202224262830

Elim

inac

ión

C-DO

C (%

)

Experimento

1 2 3 4 5 6 7 8 902468

1012141618202224262830

Elim

inac

ión

BOM

(%)

Experimento1 2 3 4 5 6 7 8 9

02468

1012141618202224262830

Elim

inac

ión

ROM

(%)

Experimento

• Reducción de C-DOC 25 % en los tres casos de máxima concentración de coagulante• Reducción de BOM y ROM en condiciones similares.

Diseño de Experimentos – Respuesta: NOM

Exp. P

(bar)

Coag.

(mg/L Fe 3+)

Floc.

(mg/L)

C-DOC

(%)

BOM

(%)

ROM

(%)1 5,5 2 0 11,9 19,7 1,62 5,5 5 1 14,7 17,0 11,63 5,5 10 2 23,6 25,3 21,34 6 2 1 10,5 15,3 4,15 6 5 2 10,0 8,9 11,56 6 10 0 23,9 27,1 19,67 7 2 2 5,0 4,4 5,88 7 5 0 16,1 22,3 7,99 7 10 1 25,0 29,2 19,4

Diseño de Experimentos – NOM – C-DOC

Standardized Pareto Chart for C-DOC_Removal (%)

0 5 10 15 20 25 30Standardized effect

A:Pressure

BB

CC

BC

C:Flocculant

B:Coagulant +-

Estimated Response SurfaceFlocculant (mg/l)=0,0

5,5 5,8 6,1 6,4 6,7 7Pressure (bar)

0 2 4 6 8 10

Coagulant_Fe (mg/l)

05

10

1520

25

30

CD

OC

_Rem

oval

(%)

CDOC_Removal (%) 0,03,06,09,012,015,018,021,024,027,030,0

Eliminación de C-DOC (%) = 10,05 + 0,17*A + 0,50*B - 1,50*C + 0,08*B^2 + 0,45*B*C - 1,63*C^2r2 (g.l.) = 98,99 %

• Concentraciones de coagulante y floculante son los factores significativos.• Exceso de floculante empeora significativamente el rendimiento de reducción de C-DOC.

Reducción C-DOC 25,4 %

Conc. coagulante 10 mg/L

Presión saturación 7 bar

Conc. floculante 0,92 mg/L

Diseño de Experimentos – NOM - BOMStandardized Pareto Chart for BOM_Removal (%)

0 5 10 15 20 25 30Standardized effect

AB

A:Pressure

BB

CC

BC

C:Flocculant

B:Coagulant +-

Estimated Response Surface

0 2 4 6 8 10Coagulant_Fe (mg/l)

00,4

0,81,2

1,62

Flocculant (mg/l)0

51015

202530

BO

M_R

emov

al (%

)

BOM_Removal (% 0,04,08,012,016,020,024,028,032,036,040,0

Eliminación de BOM (%) = 6,32 + 2,70*A + 0,54*B - 4,92*C - 0,28*A*B + 0,16*B^2 + 1,04181*B*C - 3,19*C^2 r2 (g.l.)= 99,42 %

• Conc. Coagulante y floculante son factores significativos. • Exceso de floculante empeora el rendimiento de reducción de BOM.

Reducción BOM 29,4 %

Conc. coagulante 10 mg/L

Presión saturación 5,5 bar

Conc. floculante 0,86 mg/L

Diseño de Experimentos – NOM - ROMStandardized Pareto Chart for ROM_Removal (%)

0 10 20 30 40Standardized effect

BB

AB

CC

A:Pressure

BC

C:Flocculant

B:Coagulant +-

Estimated Response Surface

0 2 4 6 8 10Coagulant_Fe (mg/l)

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2

Flocculant (mg/l)

016

11162126

RO

M_R

emov

al (%

)

ROM_Removal (%) 01,43,86,28,611,013,415,818,220,623,0

Eliminación de ROM (%) = -5,18 + 0,25*A + 3,71*B+ 4,29*C - 0,18*A*B - 0,03*B^2 - 0,22*B*C - 0,85*C^2r2 (g.l.)= 99,50 %

• Concentración de coagulante es el único factor significativo.

Reducción ROM 21,8 %

Conc. coagulante 10 mg/L

Presión saturación 5,5 bar

Conc. floculante 1,25 mg/L

ConclusionesReducción de turbidezLa elevada turbidez del agua de mar ha sido prácticamente eliminada con el proceso de coagulación-floculación-flotación estudiado. Se ha conseguido eliminación del 96,7 % en condiciones óptimas.• La concentración de coagulante (FeCl3) y la presión de saturación son los factores significativos para la

eliminación de turbidez en agua de mar, en estas condiciones (R2=99.92 %). A mayor concentración decoagulante y presión de saturación, mayor reducción de turbidez.

Reducción de NOMEl proceso de coagulación-floculación-flotación estudiado reduce el C-DOC en un 25,4% la materia orgánicabiogénica (BOM) en un 29,4 % y la refractaria (ROM) en un 21,8 %.• La concentración de coagulante es el factor más importante a regular para conseguir una reducción considerable

de la NOM en general. La concentración de floculante es factor significativo para la reducción de los parámetrosC-DOC y BOM; un exceso de floculante empeora significativamente su rendimiento de reducción.

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carmen.repolles.ramirez@acciona.com