edr - desalacion.org · josé luis pérez talavera ¿qué es la electrodiálisis? la...

109
José Luis Pérez Talavera EDR JOSÉ LUIS PÉREZ TALAVERA

Upload: vuongkhanh

Post on 07-Feb-2019

223 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

José Luis Pérez Talavera

EDR

JOSÉ LUIS PÉREZ TALAVERA

José Luis Pérez Talavera

CONTENIDO

¿Qué es la Electrodiálisis? Bucle de recirculación de salmuera Pila de membranas y Componentes Electrodiálisis Reversible Cambio de polaridad y autolimpieza Parámetros y límites de diseño Mejoras del Proceso: 3ª Generación Diagrama de flujo Aplicaciones de la EDR

José Luis Pérez Talavera

CAPITULO 1 ¿QUE ES LA ELECTRODIALISIS?

José Luis Pérez Talavera

¿Qué es la Electrodiálisis?

La Electrodiálisis es un proceso de separación electroquímica en donde los Iones son transferidos a través de membranas de intercambio iónico por medio de corriente continua (VCC)

José Luis Pérez Talavera

Proceso de Electrodiálisis Cátodo (-)

Anodo (+)

Membrana de Transferencia Catiónica

Membrana de Transferencia Aniónica

Producto Desmineralizado

Concentrado Membrana de Transferencia Cationica Na+

Na +

Cl - Na +

Na + Cl -

Cl

Na + Na +

Cl - Cl-

Cl - Cl -

Na +

Na + Cl -

Na + Na +

Na +

Na +

Cl - Cl -

- - - - -

Cl -

+ + + + +

Na+ Na+ Na+

José Luis Pérez Talavera

Celda Electrolítica

Cl- Na+

Na+

Na+ Na+ Na+ Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Vcc

Anodo (+) Cátodo(-)

José Luis Pérez Talavera

Celda Electrolítica

Cl- Na+

Na+

Na+ Na+ Na+ Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Vcc

Anodo (+) Cátodo(-)

José Luis Pérez Talavera

Celda Electrolítica

Cl- Na+

Na+

Na+

Na+

Na+ Cl-

Cl- Cl-

Cl-

Vcc

Anodo (+) Cátodo(-)

José Luis Pérez Talavera

Celda Electrolítica

Cl-

Na+

Vcc

Anodo (+) Cátodo(-)

C A

Cl-

Na+

C A

Na+

Cl-

Na+

Cl-

C A

Cl-

Na+ Cl-

Na+

C

Na+

Na+ Cl-

Cl-

A C A = Membrana Aniónica. Solo permite el paso a iones - C = Membrana Catiónica. Solo permite el paso a iones +

José Luis Pérez Talavera

Celda Electrolítica

Cl-

Na+

Vcc

Anodo (+) Cátodo(-)

C A

Cl-

Na+

C A

Na+

Cl-

Na+

Cl-

C A

Cl-

Na+ Cl-

Na+

C

Na+

Na+ Cl-

Cl-

A C A = Membrana Aniónica. Solo permite el paso a iones - C = Membrana Catiónica. Solo permite el paso a iones +

José Luis Pérez Talavera

Celda Electrolítica

Cl-

Na+

Vcc Anodo (+) Cátodo(-)

C A

Cl-

Na+

C A

Na+

Cl-

Na+

Cl-

C A

Cl-

Na+ Cl-

Na+

C

Na+

Cl-

Cl-

A C A = Membrana Aniónica. Solo permite el paso a iones - C = Membrana Catiónica. Solo permite el paso a iones +

Salm

uera

Salm

uera

Salm

uera

Salm

uera

Prod

ucto

Prod

ucto

Prod

ucto

Prod

ucto

José Luis Pérez Talavera

Electrodiálisis

José Luis Pérez Talavera

¿cuál es el inconveniente de este diseño?

La recuperación o recobro de agua es de solo un 50%

RECUPERACIÓN= Qp / Qa Qp = Caudal de producto Qa = Caudal de alimentación

José Luis Pérez Talavera

CAPITULO 2 RECIRCULACIÓN DE SALMUERA

José Luis Pérez Talavera

Recirculación de salmuera

1) Se añade una bomba de recirculación

2) Se añade un aporte de agua de alimentación al bucle de salmuera

Ahora se puede regular la recuperación de agua

José Luis Pérez Talavera

Recirculación de Salmuera

José Luis Pérez Talavera

Recirculación de salmuera

1) Ahora la alimentación pasa solo por los conductos de desalación.

2) Igualmente, el concentrado pasa solo por los conductos de concentración

El agua de aportación es la que regula la recuperación

José Luis Pérez Talavera

CAPITULO 3 COMPONENTES DE LA PILA DE ELECTRODIÁLISIS

José Luis Pérez Talavera

COMPONENTES BASICOS DE UNA PILA DE DESALINIZACION DE ELECTRODIALISIS

✔ n Pares de células

✔ 2 Compartimentos de Electrodos

José Luis Pérez Talavera

¿Qué es un Par de Células? ✔ Es el elemento básico para construir una pila de membranas de

ED.

Compuesto por Membrana de Intercambio Aniónico

–  Espaciador del Concentrado

Membrana de Intercambio Catiónico

Espaciador del agua desmineralizada

– Cientos de pares de membranas son ensambladas en forma horizontal ( en paralelo) en medio de dos electrodos formando así la pila de membranas.

José Luis Pérez Talavera

Par de Células

José Luis Pérez Talavera

Par de Células

José Luis Pérez Talavera

Propiedades de las membranas de Electrodiálisis

1) Debe discriminar entre iones de carga opuesta

2) Debe conducir la electricidad

3) Debe ser impermeable

4) Debe poseer resistencia mecánica

5) Debe poseer resistencia química

6) Debe poseer una larga vida

7) Debe ser flexible para facilitar su manejo

José Luis Pérez Talavera

MEMBRANAS

CATIONICA GRAN AFINIDAD POR EL

AGUA GRUPO SO3

- (SULFONATO) IMPIDE EL DEPOSITO DE COLOIDES (LA MAYOR PARTE DE LOS COLOIDES SON

HIDROFOBICOS Y POSEEN CARGA -) -GRAN RESISTENCIA QUIMICA- -NO SE ENSUCIA- (EN LA NATURALEZA LA HEPARINA REALIZA EL MISMO

PAPEL EN LAS VENAS)

POLIESTIRENO

SO3-

José Luis Pérez Talavera

MEMBRANAS

CH3CH3

CH3

CH2

CLORURO DE POLIVINIL BENCILO

N+

ANIONICA -DERIVADOS DEL ION AMONIO

CUATERNARIO (NH4+) TAL COMO EL

TRIMETILAMONIO -BAJA RESISTENCIA QUIMICA -SUFRE ENSUCIAMIENTO

COLOIDAL

José Luis Pérez Talavera

DISPOSICIÓN

Membrana de Intercambio Anionico

Membrana de Intercambio Cationico

Membrana de Intercambio Anionico

Membrana de Intercambio Cationico

ELECTRODO _ _ _ _ _

ELECTRODO + + + + +

Flujo de Electrodos

Flujo de Alimentación

Flujo de Concentrado

Flujo de Alimentación

Flujo de Electrodos

José Luis Pérez Talavera

ESPACIADORES

✔ Conducen los flujos de concentrado y producto en el interior de la pila

✔ Produce flujos altamente turbulentos en los caudales de concentrado y producto

✔ Constituyen “tuberías verticales” en el interior de la pila, por las que son distribuidos, en la forma adecuada, los caudales de concentrado y alimentación.

José Luis Pérez Talavera

ESPACIADORES

- - - - -

+ + + + +

Membrana de Intercambio Anionico

Membrana de Intercambio Cationico

Membrana de Intercambio Anionico

Membrana de Intercambio Cationico

Concentrado

Producto desmineralizado

Concentrado

Cátodo (-)

Anodo (+)

Corte del Espaciador

Flujo Turbulento

El flujo en los espaciadores genera turbulencia para incrementar la remoción de sales

José Luis Pérez Talavera

ESPACIADORES

José Luis Pérez Talavera

ESPACIADORES

A

B

C

D

Orificio de entradadel agua Desmineralizada

Orificio de salidadel agua Desmineralizada

Orificio de salidadel Concentrado

Orificio de entradadel Concentrado

Direccion del flujo de desmineralizacion

A

B

C

D

Direccion del flujo de Concentrado

Orificio de entradadel agua Desmineralizada

Orificio de salidadel agua Desmineralizada

Orificio de salidadel Concentrado

Orificio de entradadel Concentrado

Espaciadores de flujo

José Luis Pérez Talavera

Formación de la Pila de Membranas

Par de Celdas Básico Pila de Membranas

José Luis Pérez Talavera

Formación de la Pila de Membranas

Espaciador deAgua Desmineralizada

Orificio de SalidaAgua Desmineralizada (C)

Orificio de Salidadel Concentrado (D)

Orificio de Entradadel Concentrado (B)

Espaciador deAgua Desmineralizada

Orificio de EntradaAgua Desmineralizada (A)

Espaciador delConcentrado

Espaciador delConcentrado Orificio de Entrada

Agua Desmineralizada Orificio de Entradadel Concentrado

Orificio de Salidadel Concentrado

Orificio de SalidaAgua Desmineralizada

Configuración de los Espaciadores

José Luis Pérez Talavera

Flujos en la Pila de Membranas Alimentación

ConcentradoAlimentaciónelectrodos

Agua deelectrodos

Alimentaciónelectrodos

Agua deelectrodos

ProductoConcentradode salida

Cátodo (-)

Ánodo (+)

Membranacatiónica gruesa

Espacio deflujo concentrado

Espacio deflujo desmineralizado

Membranaaniónica

Membranacatiónica

José Luis Pérez Talavera

Formación de la Pila de Membranas

La acumulación en paralelo de varios cientos de pares de celdas constituye la pila de membranas.

PILA EDR

Agua de Alimentación

Concentrado

Agua Desmineralizada

José Luis Pérez Talavera

¿Qué es el compartimiento de electrodos?

✔ Es una parte de la pila de membranas diferenciada del resto y que es recorrido por un caudal de agua denominado flujo de electrodos.

Compuesto por

–  Electrodo

–  Espaciador Grueso

–  Membrana Catiónica Gruesa

José Luis Pérez Talavera

ELECTRODOS

✔  Es el elemento que permite la conexión eléctrica de la pila de membranas a la fuente de tensión de c.c.

✔ Distribuye la corriente aplicada sobre toda la superficie de la membrana con un doble objetivo:

➩ Que la superficie útil de la membrana sea la mayor posible

➩ Disminuir al máximo la densidad de corriente aplicada

José Luis Pérez Talavera

ELECTRODOS

  Es en el único lugar de la pila, donde se producen reacciones de oxidación - reducción

José Luis Pérez Talavera

ELECTRODOS

ANODO +

2 Cl- Cl2 + 2e-

2 H2O 4H+ + O2 + 4e-

CATODO -

2 H2O + 2e- 2OH- + H2

1) Formación de hidróxidos 2) Incremento del pH

3) Incremento del voltaje de electrodo

4) Disminución del área efectiva con el consiguiente aumento de densidad en el área no cubierta

José Luis Pérez Talavera

ELECTRODOS. Electrodo MK-III

José Luis Pérez Talavera

ELECTRODOS. Electrodo MK-IV

José Luis Pérez Talavera

ELECTRODOS. Compartimiento de electrodo MK-III

José Luis Pérez Talavera

Rendimiento de un Sistema de Electrodiálisis

µ = F* x Q X N X 100

I x n

F* = 1 FARADAY = 96.500 AMP-SEG/26,8 AMP-HR

Q = CAUDAL

N= DIFERENCIA DE NORMALIDAD ENTRE LA ENTRADA Y LA SALIDA

∑ I = SUMATORIA DE INTENSIDADES

n = NUMEROS DE PARES DE CELULAS

(Este rendimiento no nos dice nada en cuanto al consumo energético solamente en cuanto al trabajo realizado por la corriente)

José Luis Pérez Talavera

Resistencia de una Pila TAMAÑO: 40 x 18” (102 x 46 cm)

Nº DE PARES DE CELULAS 500

CONDUCTIVIDAD ALIMENTACION = 6.592 µs/cm

CONDUCTIVIDAD PRODUCTO = 1.374 µs/cm

CONDUCTIVIDAD SALMUERA = 39.700 µs/cm

1ª ETAPA = 10 Ω 2ª ETAPA = 10.5 Ω

3ª ETAPA = 12.2 Ω 4ª ETAPA= 14.5 Ω

5ª ETAPA= 19.5 Ω

6ª ETAPA= 23.5 Ω

José Luis Pérez Talavera

ENERGÍA REQUERIDA

1) Disipación por calor 2) Membranas no 100% selectivas

3) Polarización

4) Quemaduras (corrientes horizontales)

5) Contrapotenciales por diferencia de concentración

6) Membranas no 100% impermeables 7) Fugas directas a través del colector

EXCEDE A LA TEORICA POR VARIAS RAZONES

José Luis Pérez Talavera

CAPITULO 4 ELECTRODIÁLISIS REVERSIBLE

José Luis Pérez Talavera

Proceso de Electrodiálisis Reversible

  Electrodiálisis Reversible es un proceso de electrodiálisis en la cual se cambia periódicamente (de 2 a 4 veces por hora) la polaridad de los electrodos, lo que genera una autolimpieza continua.

José Luis Pérez Talavera

Proceso de Electrodiálisis Reversible

Previene la incrustación Disuelve las posibles precipitaciones incipientes

en las membranas Reduce la dosificación de productos químicos Limpieza automática de los electrodos con el

ácido formado durante la operación anódica Autolimpieza ante el ensuciamiento coloidal

Ventajas

José Luis Pérez Talavera

Proceso de Electrodiálisis Reversible

Se necesita menos agua de alimentación: aumentando la recuperación del sistema

Reduce el volumen de agua en el pre tratamiento Maximiza la concentración de sales en el concentrado Disminuye el consumo energético Aumenta la capacidad de producción Disminuye el consumo de productos químicos

Ventajas de aumentar la recuperación de agua

José Luis Pérez Talavera

Cambio de polaridad

Cambia la polaridad de 2 a 4 veces por hora, con la finalidad de prevenir las incrustaciones.

Disuelve las posibles precipitaciones enviándolas al desecho.

Reduce la formación de fango, lama o similares en la superficie de las membranas.

Elimina la necesidad de dosificación continua de químicos químicos, en la mayoría de los casos.

Limpieza automática de los electrodos con el ácido formado durante la operación anódica.

José Luis Pérez Talavera

Cambio automático de la polaridad

Polaridad Negativa Polaridad Positiva

Cl _

Na +

Na +

Na +

Cl _

Cl _

Cl _

Na +

C

A

C

A

C

A

C

ANODO (+) "X" ENTRADA

"X" SALIDA PRODUCTO PRODUCT

"Y" ENTRADA "Y" SALIDA DESECHO

CATODO (-)

Cl _

Cl _

Na +

Na +

Cl _

Na +

Na +

Cl _

Cl _

Cl _

Na +

C

A

C

A

C

A

C

CATODO (-) "X" ENTRADA

"X" SALIDA RECHAZO

"Y" ENTRADA "Y" SALIDA PRODUCTO

ANODO (+)

Cl _

Cl _

Na +

Na +

Na +

José Luis Pérez Talavera

Esquema típico de una ED

José Luis Pérez Talavera

Esquema típico de una EDR

José Luis Pérez Talavera

Ensuciamiento Coloidal

+ + + +

- - - -

+

- -

- -

+ + + + + + + + +

- - - - -

(-) Cátodo

(+) Anodo

Membrana de Intercambio Catiónico

Membrana de Intercambio Aniónica

- - - - - -

- -

- - - - - -

- - - - - - -

- -

-

- - - - - -

- -

- - - - - -

- -

- - - - - -

- -

Polaridad Positiva

Flujo de Alimentacion

José Luis Pérez Talavera

Autolimpieza

- - - - -

+ + + + +

+

- -

- -

+ + + + + + + + +

- - - - -

(+) Anodo

(-) Cátodo

Membrana de Intercambio Catiónico

Membrana de Intercambio Aniónica

- - - - - -

- - - - - - -

- -

- - - - - -

- -

-

- - - - -

- -

-

- - - - - -

- -

- - - - - -

- -

Flujo de Alimentación

- -

- - - - -

- - - -

Polaridad Negativa

José Luis Pérez Talavera

Condiciones Físicas

Análisis de Agua de Alimentación –  Los Iones Bivalentes se mueven más rápido que los

monovalentes. Temperatura del Agua

–  Los Iones se mueven más rápido a altas temperaturas que a bajas temperaturas.

#1#1

José Luis Pérez Talavera

Condiciones Físicas Selectividad de los Iones

DEPENDE DE: 1) LOS IONES PRESENTES 2) SUS CONCENTRACIONES 3) SUS MOBILIDADES 4) SU CARGA ELÉCTRICA

EN LA PRÁCTICA LOS IONES DIVALENTES SON

TRANSPORTADOS MEJOR QUE LOS MONOVALENTES

José Luis Pérez Talavera

Condiciones Físicas Ejemplo de eliminación de sales en %

LITERATURA LITERATURA

Na 78,3 80,6 80 73

Ca 92,3 90,5 94 93

Mg 94 88,5 85 91

K --- --- 89 85

CO3H 67 64,4 71 60

CL 81,5 82,3 86 85

SO4 92,5 89,7 92 87

TOTAL 81,7 84,6 84 83

MASPALOMAS I

José Luis Pérez Talavera

SÍLICE

ED & EDR no elimina ni concentra la sílice:

–  La sílice no está ionizada a un pH inferior a 9,5.

Aguas con alto contenido en sílice:

–  No existe impacto en la recuperación de agua, al contrario que la O.I.

José Luis Pérez Talavera

REMOCIÓN DE ORGÁNICOS Y PRECURSORES DE THM

ED / EDR

–  No es en general un buen proceso para remover compuestos orgánicos solubles.

–  Remueve ácidos orgánicos de bajo peso molecular

Reduce C.O.T. entre 15 – 60 % Remueve entre 0 – 50 % de los precursores de THM No remueve THM

José Luis Pérez Talavera

ENSUCIAMIENTO BIOLÓGICO Las bacterias del agua, pueden formar colonias que se desarrollan en

los depósitos orgánicos existentes en la superficie de las membranas.

Las membranas de O.I. de poliamida no toleran oxidantes. Las membranas de E.D. toleran los oxidantes.

–  Las E.D. pueden operar con 0,5 ppm de cloro libre residual de forma continuada.

José Luis Pérez Talavera

ENSUCIAMIENTO ORGÁNICO La estructura polimérica de las membranas de E.D. facilita su

ensuciamiento por orgánicos. Algunas membranas aniónicas se ensucian de forma irreversible

debido a los compuestos orgánicos. Las membranas aniónicas de base acrílica, son más resistentes al

ensuciamiento orgánico irreversible.

José Luis Pérez Talavera

CAPITULO 5 DISEÑO FISICO DE SISTEMAS DE EDR

José Luis Pérez Talavera

ETAPAS

El propósito de las etapas es proporcionar suficiente área de membrana y tiempo de retención para eliminar una fracción determinada de sal de un sistema.

Existen dos clases de etapas, las eléctricas y las

hidráulicas.

José Luis Pérez Talavera

¿Qué es una etapa de E.D.?

Es un conjunto de pares de células de electrodialisis sometidas al mismo potencial de VCC e igual orientación de la circulación de los flujos de diluido y concentrado, diseñadas para eliminar una fracción determinada de sal de un sistema.

Existen dos clases de etapas: las eléctricas y las hidráulicas.

Etapas hidráulicas

Es un conjunto de pares de células de electrodialisis situadas entre dos electrodos adyacentes. Una etapa eléctrica puede contener varias etapas hidráulicas.

Etapas eléctricas

José Luis Pérez Talavera

Etapas hidráulicas

La máxima eliminación teorica de sales en una etapa hidráulica es del 70 %, con valores típicos de diseño del 40-60 %

Para incrementar la cantidad de sales eliminada en un sistema de ED se deben añadir etapas hidráulicas.

José Luis Pérez Talavera

Etapas hidráulicas Etapas hidráulicas para una remoción deseada de sales

ETAPA 1

+ + +

- - -

+ + +

- - -

ETAPA 2

+ + +

- - -

ETAPA 3

Alimentación

50 % corte de sales

75 % corte de sales

87.5 % corte de sales

Producto

José Luis Pérez Talavera

Etapas hidráulicas

En sistemas donde hace falta gran capacidad de producción la adición de etapas hidráulicas se consigue añadiendo más pilas en serie para conseguir la calidad de agua deseada.

José Luis Pérez Talavera

Etapas hidráulicas Líneas en paralelo para aumentar la producción

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

30-33 m3/h por línea

50% corte de sales

75% corte de sales

120-132 m3/h producto

87.5% corte de sales

José Luis Pérez Talavera

Etapas hidráulicas

En sistemas con no tan grande capacidad de producción se pueden introducir varias etapas hidráulicas en una misma pila.

Aparecen así una o más membranas catiónicas gruesas

adicionales.

José Luis Pérez Talavera

Etapas hidráulicas

+ Electrodo

- Electrodo

Etapa hidráulica 1

Etapa hidráulica 2

Etapa hidráulica 3

Pila de 3 etapas hidráulicas y 1 etapa eléctrica

PILAS MULTIETAPA

José Luis Pérez Talavera

Etapas eléctricas

Las etapas eléctricas se consiguen insertando pares de electrodos adicionales en una pila de membranas.

Esto nos proporciona flexibilidad en el diseño del sistema, consiguiendo máximos porcentajes de eliminación de sales y evitando limitaciones de polarización y presiones.

José Luis Pérez Talavera

Etapas eléctricas

Pilas multietápicas – Etapas eléctricas

Etapa hidráulica 1

Etapa hidráulica 2

Etapa hidráulica 3

+ Electrodo

+ Electrodo

- Electrodo

- Electrodo Etapa

eléctrica 2

Etapa eléctrica 1

Pila de 3 etapas hidráulicas y 2 etapas eléctricas

José Luis Pérez Talavera

EDR: diagrama de flujo típico

Bomba alim.

PRV

Filtro de cartuchos

Válvulas de reversión Pila de

membranas

Válvulas de reversión

Válvula de producto

Bomba de recirculación

Alim. Diluido

Producto

Producto fuera de normas

Desecho de salmuera

Recirc. De salmuera

Aportación a salmuera

José Luis Pérez Talavera

Caída de presión

La caida de presión a través de una pila de membranas es la suma de las caidas a través de cada etapa hidráulica, que a su vez dependen del tipo de espaciador, el caudal por etapa y el número de pares de cada etapa.

En la práctica se suele mantener la presión por debajo de

3,5 kg/cm2.

José Luis Pérez Talavera

Presión diferencial

La presión diferencial es la diferencia de presión hidraúlica entre el flujo de diluido y el de concentrado. Dicha presión diferencial se mantiene unos 100-150 cm H20 positiva (presión del diluido mayor que la del concentrado).

José Luis Pérez Talavera

Transferencia de agua

Algo de agua es eléctricamente (no hidráulicamente) transferida a través de la membrana junto con los iones. La cantidad de agua transferida varía con el tipo de membrana y con la concentración de la solución. Típicamente es transferido el 0,5% del diluido por cada 1000 ppm de sal eliminada.

José Luis Pérez Talavera

CAPITULO 6 EDR - LIMITES DE DISEÑO

José Luis Pérez Talavera

Polarización

Es el punto, en el cual, la intensidad de corriente por unidad de area de una membrana excede a la capacidad de transporte de la solución, provocando la disociación de las moleculas de agua, lo que origina la formacion de iones de OH- y H+

José Luis Pérez Talavera

Polarización

Cuando no existen iones suficientes para transportar la corriente aplicada,comienza la disociación del agua.

El agua (H2O) se disocia en Hidrogeno (H+) y Hidroxil (OH-)

–  El ión OH- sube el pH haciendo las sales menos solubles. –  El ión OH- transferido a través de la membrana anionica se

combina con el HCO3- creando CO3

-- y H2O –  - Los iones CO3

- se combinan con el Ca+ creando CaCO3 ,el cual precipita como sal solida..

José Luis Pérez Talavera

Polarización

Concentrado

Membrana Catiónica

Membrana Aniónica

Concentrado

Concentrado

Alimentación

H+ + HCO-3 CO2 + H2O

H2O H+

OH-

OH- + HCO-3 CO3

-- + H2O CO--

3 + Ca++ CaCO3

José Luis Pérez Talavera

Polarización

La Polarización puede ser localizada (en unos pocos pares de células o general (en toda la pila).

La Polarización es causada por una reducción de caudal,

una reducción de la salinidad o un aumento de amperaje. –  La disminución del caudal puede ser local debido a

un bloqueo por suciedad o general por reducción del caudal de alimentación.

José Luis Pérez Talavera

Polarización

05

1015202530354045

0 500 1000 1500 2000 2500

Conductividad Producto

Am

pe

rio

s

80 m3/h90 m3/h100 m3/h

José Luis Pérez Talavera

Polarización

José Luis Pérez Talavera

Polarización

Dependiendo de la selectividad de las membranas y de la densidad de corriente, el producto cambia de pH

José Luis Pérez Talavera

Quemaduras

Es el fenómeno por el cual, la corriente, en vez de circular perpendicularmente a las membranas, lo hace horizontalmente para dirigirse al colector de salmuera, cortocircuitando ambos electrodos, generando suficiente calor para dañar las membranas y los espaciadores.

José Luis Pérez Talavera

Quemaduras

e

e- e-

e- e- e-

e-

e-

Electrodo

Electrodo

Membrana cationica g.

Membrana catiónica g.

Espaciador grueso

Espaciador grueso

Espaciador

Espaciador

Membrana aniónica

Membrana aniónica

Aislante del electrodo

José Luis Pérez Talavera

Quemaduras

✔ En una planta en funcionamiento, las quemaduras pueden aparecer cuando el voltaje aplicado a la pila es aumentado significativamente respecto al de diseño, o cuando se le aplica tensión a una pila sin caudal de agua en circulación

José Luis Pérez Talavera

Quemaduras

José Luis Pérez Talavera

Retrofusión

✔ Es un fenómeno debido a la gran diferencia en las concentraciones del flujo del agua desmineralizada y el de concentrado y mediante el que parte de los iones del concentrado son transferidos al de desmineralizado en contra de la fuerza ejercida por el potencial de C.C.

José Luis Pérez Talavera

Retrofusión

✔ En una planta en operación, ocurre cuando se aumenta excesivamente la recuperación (salmuera más y más concentrada) bien porque se disminuye la aportación o se aumenta los amperios aplicados o se opera con un caudal de diluido muy bajo respecto al de diseño

➩ El fenómeno dará lugar a una operación ineficiente de la planta, ya que se produce la contaminación del producto por el concentrado

José Luis Pérez Talavera

Inversión de la polaridad secuencial

ETAPA 1

+ + +

- - -

ETAPA 2

+ + +

- - -

ETAPA 3

+ + +

- - -

ALIM PRODUCTO

ETAPA 1

ETAPA 2 + + +

- - -

ETAPA 3

+ + +

- - -

ALIM

INVIRTIENDO POLARIDAD

PRODUCTO

ETAPA 1

+ + +

- - - ETAPA

2 ETAPA

3

- - -

+ + + PRODUCT0

INVIRTIENDO POLARIDAD

ALIM

José Luis Pérez Talavera

Inversión de la polaridad secuencial

ETAPA 1

+ + +

- - - ETAPA 2

+ + +

- - - ETAPA

3

+ + +

- - -

ALIMENTACIÓN

INVIRTIENDO POLARIDAD

PRODUCTO FUERA DE NORMAS A DESECHO

ETAPA 1

+ + +

- - - ETAPA

2

+ + +

- - - ETAPA

3

+ + +

- - - ALIMENTACIÓN PRODUCTO

Inversión terminada

José Luis Pérez Talavera

Cambio de polaridad Inversión por etapas

José Luis Pérez Talavera

CAPITULO 7 AJUSTES DEL SISTEMA DE E.D.

José Luis Pérez Talavera

E.D.R.

Modos de operación para aumentar la recuperación

de agua

§  Recirculación del PFN al tanque de alimentación

§  Recirculación del concentrado

§  Inversión de polaridad por fases

José Luis Pérez Talavera

E.D.R. Recirculación del flujo de electrodos

+ + +

- - -

Tanque desgasificador

Alim.

Producto Flujo de Electrodos

José Luis Pérez Talavera

E.D.R. Recirculación del flujo de electrodos

✔ Aumenta la recuperación

✔ Disminuye el volumen de agua de rechazo

(Normalmente se utiliza esta opción en plantas muy pequeñas)

✔ El agua de electrodos tiene, generalmente, Cl2

José Luis Pérez Talavera

E.D.R. Recirculación del producto fuera de normas Alim.

Producto

Recirculacion del OSP

José Luis Pérez Talavera

E.D.R. Recirculación del producto fuera de normas

✔ Aumenta la recuperación hasta el 7%

✔ Aumenta la conductividad del agua de alimentación ligeramente.

José Luis Pérez Talavera

Inyección Química a Electrodos

+ + +

- - -

Desgasificador

Bomba de Ácido Alim.

Producto

José Luis Pérez Talavera

Inyección Química a Electrodos

✔ Previene la formación de incrustaciones en los compartimientos de electrodos

José Luis Pérez Talavera

Adición Química al Bucle de Salmuera

Bomba de Ácido Alim.

Producto

Rechazo

Recirculación De Salmuera

Aportación

José Luis Pérez Talavera

E.D.R. Adiciones químicas

✔  CaCO3: ácido al bucle de salmuera

✔ CaSO4: anti incrustante a la salmuera

José Luis Pérez Talavera

E.D.R. Adición Quimica al Bucle de Salmuera

✔ Se añade ácido o anti-incrustante ✔ Permite un rechazo mas concentrado ✔ Mayor recuperación de agua ✔ Menor volumen de rechazo

José Luis Pérez Talavera

Límites de Diseño Condición Limites

Normal A. incrustantePolarización (max) 70% 70%Corte por etapa (max) 55% 55%Quemaduras (max) 80% 80%CaSO4 Saturación (max) 150% 240%BaSO4 Saturación (max) 800% 1000%SrSO4 Saturación (max) 280% 450%CaF2 Saturación (max) 800% ?Indice de Langelier (max) 2,1 2,3Velocidad (min) 18 cm/sec @ 70% Pol.

17 cm/sec @ 60% Pol.16 cm/sec @ 50% Pol.

Fe (disuelto) 0.3 mg/lMn (disuelto) 0.1 mg/l -

José Luis Pérez Talavera

Aplicaciones idóneas de la E.D.R.

✔ Aguas con contenidos en sales entre 400 - 2.000 mg/l

✔ Eliminación de sales < 80 %

✔ Cuando se requiera un recobro muy alto (hasta el 90%)

✔  Limitación de caudal de agua de alimentación

✔  Coste alto de evacuación de salmuera ✔  Aguas superficiales o depuradas

(Recuperación de la O.I. limitada por CaCO3, CaSO4, BaSO4 y Sílice)

Introducción

José Luis Pérez Talavera

Diferencias entre los sistemas de desalinización por membranas

José Luis Pérez Talavera

Diferencias entre los sistemas de desalinización por membranas

ALIMENTACION PRODUCTO

PRODUCTO

PRODUCTO

RECHAZO

SAL SAL SAL

E.D.R.

AGUA AGUA

AGUA AGUA

RECHAZO

O.I.

AGUA AGUA

BOMBA

José Luis Pérez Talavera

DESALINIZACIÓN POR ELECTRODÁLISIS

JOSÉ LUIS PÉREZ TALAVERA

www.desalacion.org