CONTENIDOSNOTICIAS - Eficiencia en la aplicación de CO2- Criterios para el diseño de un sistema de control automático de la

calidad de las aguas procedentes de plantas desaladoras

INFORME - Sobre la relación entre los sólidos totales y la conductividad

eléctrica para distintos tipos de aguas.

REPORTAJE- Experiencias con la calidad de la calcita en España

NUEVAS IDEAS- Dosificadores de lechada de cal en tubería.- Vertederos perimetrales interiores en PRFV.- En búsqueda de plantas desaladorsa mas silenciosas.

BOLETÍN DE LA FUNDACIÓN CENTRO CANARIO DEL AGUA - AÑO IX - DICIEMBRE 2008 41

Edita: Manuel Hernández Suárez. C/Castillo 40-1º · 38003 Santa Cruz de Tenerife. Tel: 922 298 664 Fax: 922 296 005 · E-mail: info@fcca.es · DL.:TF 2.232/2003

Megaproyecto Con la reciente decisión por parte de

Aigües del Ter-Llobregat (ATLL) de realizar la remineralización de la planta de E l Prat de 200.000 m3/d con e l procedimiento de lechos de calcita de altura constante con dosificación en continuo y recirculación de aguas turbias, se ha buscado un sistema seguro y fácil de manejar, con un máximo aprovechamiento del CO2 y un mínimo consumo de energía.

Desde aquí la FCCA agradece a todos los participantes en dicho proyecto la confianza depositada y en especial al responsable técnico de ATLL D. Carlos Miguel, así como también a D. Fernando Valero por su apoyo en trabajos previos de I+D.

Igualmente a la UTE- Dessaladora Barcelona formada por Suez Degrèmont, ACS y Agbar y en especial a D. Gerardo Cremer en ingeniería y D. Gonzalo Icaza en equipos.

Sobre la protección de los derechos de patente de la

FCCARecientemente, durante una reunión con

diversos patronos de la Fundación Centro Canario del Agua (FCCA) se planteó la pregunta de hasta que punto los equipos y los procesos de remineralización de aguas están protegidos por la ley. Es conveniente aclarar, por tanto, este tema. La FCCA tiene protegido por los derechos de patente “el procedimiento para la preparación de lechos de calcita de altura constante mediante la dosificación continua de calcita por gravedad y por debajo del agua, así como el sistema de control de las aguas turbias” que pudieran generarse durante la utilización de dicho procedimiento. Para desarrol lar el

procedimiento de forma correcta y garantizar los resultados la FCCA ha patentado también una serie de piezas y diseños que se permiten para la realización adecuada del

proceso. E l proced imiento e s tá t ambién

proteg ido actua lmente a n ive l internacional.

Plan estratégico de la FCCALa FCCA acreditada como Agrupación de Empresas Innovadoras

EL MANANTIAL

El Ministerio de Industria, Turismo y Comercio de España ha concedido a la FCCA la certificación de Agrupación de Empresas Innovadoras (AEI) con el objetivo de potenciar la labor integradora de la Fundación dentro del campo de la investigación y el desarrollo en los temas del agua en Canarias.

El Plan Estratégico, con calificación de sobresaliente, y con el que la FCCA ha recibido esta acreditación, apuesta por aprovechar las perspectivas de futuro que acompañan al sector del agua y las condiciones singulares de este sector en Canarias para desarrollar proyectos innovadores que sirvan de simiente para impulsar la actividad empresarial y la formación de profesionales.

2

Eficiencia en la aplicación de CO2Acuerdo de investigación con CETaqua de Aguas de Barcelona.

Proyecto CENIT-SOSTCO2

La FCCA ha suscrito un acuerdo con el Centro Tecnológico de Aguas de Barcelona CETaqua para la realización de trabajos relacionados con la aplicación del CO2 en el agua de consumo y más específicamente para el estudio de nuevos diseños para la dosificación de CO2 en agua.

El trabajo, que tendrá una duración de 3 años, se enmarca dentro de un proyecto CENIT titulado “Nuevas Utilizaciones Industriales Sostenibles del CO2 (SOST-CO2)”.

Los objetivos del proyecto son:• Investigación y desarrollo de nuevos

disposi t ivos para opt imizar la aplicación de CO2 del agua en tuberías y depósitos.

• Definir los criterios de diseño para el diseño de los sistemas de aplicación de CO2 en las plantas de remineralización d e a g u a s b l a n d a s ( p l a n t a s desanilización, desmineralización ) así como de aguas pre-potables que requieran adición de CO2 para mejorar otros procesos.

• Adaptar esos diseños a las diferentes cadenas de tratamiento, dado que cabe prever dificultades al simultanear esta adición en el conjunto de la línea de tratamiento y sus procesos entre ellos los puramente de clarificación ( c o a g u l a c i ó n , f l o c u l a c i ó n , decantación) con la adición de oxidantes (cloro, dióxido de cloro, ozono, permanganato), sin olvidar la interacción posible con la adsorción por carbón activo.

Investigaciones previas

Según se indica en la tabla adjunta, el CO2 a 20ºC y a 1 atmósfera de presión tiene una solubilidad de 1.688 mg/L frente a 9,1 mg/L del oxígeno. Esta gran diferencia sugiere una aplicación rápida y eficaz. Sin embargo, en varios trabajos previos se evidencian la complejidad del proceso en cuanto a que depende no solo de la temperatura y la presión de CO2 en equilibrio con la solución, sino también del pH del agua y de la presencia de otras sustancias. Entre ellas, el cloruro sódico o los compuestos orgánicos. Existiendo también la posibilidad de formación de sales como carbonato potásico y otros

carbonatos. Por tanto, la aplicación de CO2 varía dependiendo del tipo de agua: salobre, desaladas, alcalinas, etc. Las observaciones llevadas a cabo con las empresas integrantes del proyecto sugieren que con los diseños normalmente aplicados en el mercado se puede conseguir una eficiencia alrededor del 70%. Aún así, no existe hasta ahora una evaluación concreta de los rendimientos de las distintas técnicas de aplicación tanto en tuberías como en depósito. En el caso de tuberías los criterios actuales son

darle unos 30 segundos de tiempo de contacto después de la aplicación además de que el caudal deberá ser superior a 0,6 ó 1,0 m/s según las fuentes. Estos criterios obligan, en algunos casos, a instalaciones costosas y que requieren mucho espacio. Por ello, unos de los trabajos de este proyecto es identificar procedimientos que permitan minimizar el espacio sin comprometer la eficiencia en la aplicación del CO2.

Recopilación bibliográfica

La recopilación bibliográfica considera dos aspectos bien diferenciados. Por un lado está el proceso químico básico de dilución y equilibrio del gas en el agua y por otro, los sistemas y dispositivos para acelerar dicho proceso de dilución. Se distinguen dispositivos de dilución estáticos con los de las Figuras 1 y 2 o

bien dinámicos con pudieran ser los eductores que aprovechan el efecto vénturi generando un chorro donde se produce la mezcla. También existen equipos que combinan ambos conceptos (Figura 3).

Trabajos de experimentación

Los trabajos de experimentación incluirán tanto ensayos de laboratorio como de campo. El objetivo de estos experimentos es la adquisición de datos que permitan elaborar tablas y gráficos que mejoren la capacidad de diseño de las instalaciones.

CO2 Gas

Agua

Figura 1: Dosificación de CO2 en tubería.

Figura 2. Mezclador estático de inyección para tuberías (marca

Westfall)

Noticias

Figura 3. Equipo de inyección con eductor seguido de un sistema

estático de mezcla.

Solubilidad (mg/L) a P=1 atm

T (ºC) CO2 O2

0 3.346 14,6

5 2.774 12,8

10 2.318 11,3

15 1.970 10,1

20 1.688 9,1

25 1.449 8,3

30 1.257 7,6

35 1.105 7

40 973 6,5

45 860 6

50 761 5,6Ref: http://jcbmac.chem.brown.edu/myl/hen/carbondioxideHenry.html

La FCCA realiza actualmente diversos trabajos junto con ACUAMED para definir el diseño y funcionamiento de un sistema de control automático de la calidad de las aguas procedente de desaladoras y especificar los equipos e instrumentos que permitan hacer un seguimiento de la calidad del agua desalada. De forma más específica se pretende controlar el potencial corrosivo de este tipo de aguas, no solo a la salida de las desaladoras sino después de un largo transporte, o a la salida de una balsa de distribución y después de un cierto período de almacenamiento.

El análisis preliminar de la problemática ha permitido establecer unos criterios para el seguimiento de la calidad del agua sencillos y relativamente económicos de implementar. En una segunda fase se realizarán ensayos piloto en diversas plantas.

En un primer avance, los criterios propuestos son los siguientes:

a) Puntos de muestreo P1: A la salida de la planta desaladora y antes de la remineralización P2: Inmediatamente después de la remineralización P3: A la salida del embalse principal de almacenamiento (aproximadamente de 15 horas después de la remineralización)

b) Parámetros de control CE, pH y Temperatura en los tres puntos de muestreo.

c) Criterios de evaluación de la calidad de la remineralización c1) Asumiendo que CE2-CE1= ∆TAC (mg CaCO3/L) => remineralización insuficiente si CE2-CE1≥60 µS/cm c2) pH2 ≥ 7 y asumiendo que pH3-pH2 ≈ ∆CO2 => remineralización suficiente si pH2-pH3 = ± 0,2 => remineralización insuficiente si pH2-pH3 ≥ 0,3 => dosificación excesiva de CO2 si pH2-pH3 ≤ -0,3

d) Medidas de resistencia eléctrica para el estudio de la corrosión antes de la entrada en la red de distribución (en fase de evaluación) En P3: d1) Sonda para medir la corrosión galvánica d2) Sonda para medir la resistencia de polarización lineal (LPR)

e) Análisis a largo plazo En P3: Ensayo de corrosión con testigos de tuberías para corroborar los resultados.

Noticias

3

Criterios para el diseño de un sistema de control automático de la calidad de las aguas procedentes de plantas desaladoras

LABORATORIO DEL SURESTE

E s p e c i a l i s t a s e n c o n t r o l d e

c a l i d a d d e l a s a g u a slabsureste@fcca.es

Patrocinadores la FCCA

Acciona Agua

Aqualia

Cadagua

Canaragua

Cervecera de Canarias

Dègremont

Drace

Elmasa - Maspalonas

Emalsa- Las Palmas

Emmasa - S/C de Tenerife

GE-Water & PT

Inalsa

Sadyt

Tedagua

Aquafactory

Hydra Soluciones Ambientales

Empresa Mixta de Aguas de La

Antigua

José Falcón Suárez, S.A.

Solwater

Tagua

Tecnovalia

Toray Membrane Europe

Wasser

Alsina, Emilio (CCIMA Ingeniería)

Pérez, Mª Josefa (C.B. La Candelaria)

Pomares, Alexis (Giro Ingeniería)

Poncela, Roberto (Geólogo)

Skupien, Elzbieta (Ingeniero de Minas)

Empresas patrocinadoras de la FCCA

T E L É F O N O928 181696

Foto de portada: Remineralización de la desaladora de Telde en G.C. D.G. de Aguas del Gob. de CanariasFoto cortesía de Acciona Agua

Informe

4

Es bien sabido que es posible estimar los sólidos disueltos totales en agua (STD) sin necesidad de realizar una análisis cuantitativo y cualitativo de los cationes y aniones totales en disolución si se conoce la conductividad (CE) de la muestra [1].

Según [1], la relación entre estos dos parámetros, STD/C.E., abarca un rango comprendido entre 0,55 y 0,70 y será función del tipo agua analizada. Esta diferencia es significativa, por tanto, hay que tener en cuenta la procedencia de las aguas ya que aguas de distinta na tu r a l eza y compos i c ión provocan diferencias notables en la relación STD/CE.

En Canarias podemos encontrar todo un espectro de aguas: aguas

d e m a r, a g u a s d e s a l a d a s , salmueras, aguas depuradas y aguas subterráneas cloruradas (de pozos) y fuertemente bicarbo-natadas (de galerías). Por tanto, un análisis de comprobación del índice STD/CE nos debiera ilustrar la variación de esta relación. Por ello se ha realizado un estudio en el que, partiendo de datos experimentales conocidos de STD y CE de aguas de Gran Canaria y Tenerife , se ha calculado la relación entre estos parámetros para aguas de distinta procedencia.

Los datos de Gran Canaria pertenecen al Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria y han sido obtenidos por el laboratorio del Sureste del Centro Canario del Agua.

Los datos de Tenerife pertenecen al Consejo Insular de Aguas de Tenerife y han sido obtenidos por el Laboratorio de Aguas del Departamento de Ingeniería Química de la ULL.

En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos en aguas de mar desaladas, aguas de mar sin tratar y salidas de depura-doras. Hay que tener en cuenta que éstas últimas son de compo-sición variable, ya que suelen ser mezclas de aguas de distinta procedencia y composición.

[1] Métodos Normalizados para el análisis de aguas potables y residuales. APHA-AWWA-WPCF. Ed. Días de Santos (1992) 17ª Ed.

SOBRE LA RELACIÓN ENTRE SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS Y

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA PARA DISTINTOS TIPOS DE AGUAS

Tabla 1. Factor STD/CE para aguas de Tenerife y Gran Canaria de distinta procedencia: aguas de mar, producto y rechazo de desaladoras EDR, producto y rechazo de depuradoras, aguas de galería y aguas de pozo

ProcedenciaLugar

muestreo STD/CE (mg/L / µS/cm)TF GC

Agua de mar - 2 0,80Producto EDAM - 6 0,55Salmuera EDAM - 1 0,83Producto EDAR con [Cl-] > 40 % STD 7 - 0,56Producto EDAR con [HCO3-] > 25% STD 7 - con CE: 500 - 1500 µS/cm 0,86 con CE: 1500 - 2500 µS/cm 0,77 con CE: 2500 - 3500 µS/cm 0,68Producto EDR con [HCO3-] > 25% STD - 5 0,95Salmuera EDR con [HCO3-] > 25% STD - 5 1,02Aguas subterráneas con [Cl-] > 40 % STD 120 - STD/CE=0,9519 -0,0001xCEAguas subterráneas con [Cl-] > 40 % STD 120 - STD/CE= 1,4631x[Cl-]-0,1261

Aguas subterráneas con [HCO3-] > 25% STD 21 - STD/CE=0,8563 + 0,00005xCEAguas subterráneas con [HCO3-] > 25% STD 21 - STD/CE=0,8312 + 0,0001x[HCO3-]

Figura 10. Relación entre STD, CE y la concentración de cloruros en aguas de pozo de Tenerife

y = 1,4631x-

0,1261

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 200 400 600 800 1000 1200

[Cl- ] (mg Cl- /L)

ST

D/C

E

Figura 9. Relación entre STD y CE en aguas de pozo de Tenerife

y = -0,0001x + 0,9519

R2 = 0,415

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

CE (µS/cm)

ST

D/C

E

Figura 11. Relación entre CE y concentración de cloruros en aguas de pozo

y = 0,1818xR2 = 0,8037

0100200300400

500600700800

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

CE (µS/cm)

[Cl-

] (m

g C

l- /L

)

Figura 6. Relación entre STD y CE para aguas producto de EDR de Tenerife

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

CE (µS/cm)

STD

/ CE

Figura 7. Relación entre STD y CE para aguas de galería de Tenerife

y = 5E-05x + 0,8563

R2 = 0,2013

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

CE (µS/cm)

ST

D/C

E

Figura 12. Relación entre STD y CE en salmueras de EDAM de Gran Canaria

0,000,200,400,600,801,001,201,401,60

0 5000 10000 15000 20000 25000

CE (µS/cm)

ST

D/ C

E

Figura 5. Relación entre STD y CE para aguas producto de EDAR de Tenerife

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

CE (µS/cm)

ST

D/C

E

Figura 8. Relación entre STD, CE y la concentración de bicarbonatos en aguas de galería de Tenerife

y = 0,0001x + 0,8312

R2 = 0,3842

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

[HCO3- ] (mg HCO3-/L)

ST

D/C

E

Informe

5

1: 2:

3: 4:

5: 6:

7: 8:

Aunque la calcita española es conocida por su excelente pureza desde hace siglos (>99% CaCO3) y por su bajo contenido en hierro (<0,02% Fe2O3), la producción de calcita granulada 1-3 mm ó 2-4 mm se destina particularmente a la alimentación animal y poco o nada al tratamiento de re-endurecimiento de aguas. Por tanto, los criterios de calidad para el suministro a plantas de tratamiento de aguas no están establecidos. Así, no es de extrañar que el producto se ofrezca sin lavar y, consecuentemente, pueda venir acompañado de un exceso de partículas finas de menos de 100 µm así como de restos vegetales y plásticos procedentes de las voladuras de los frentes más altos de las canteras. E n l a p l a n t a d e Bocabarranco, en Gran Canaria de lechos de f lujo

ascendente y alimentación en continuo, se comprobó, por primera vez, la presencia de restos de materia orgánica y plásticos de las voladuras en la cantera. Esto originó un problema importante en el arranque de la planta.Afortunadamente el agua pudo ser destinada a regadío por lo que una vez limpiado el sistema se pudo

continuar con la operación normal de la planta.

En Alicante II, por su parte, el problema se limitó a un exceso de finos en el material utilizado. Un tamizado del material con una luz de paso de 800 µm, demostró que un 4% del material tenía un diámetro inferior a este paso de luz. Un análisis al tacto del material permitió estimar que el diámetro del material tamizado era similar al de la harina por lo que debería ser del orden de <100 µm. La Figura adjunta ilustra este aspecto, donde en el material en polvo se observan las huellas dejadas por el tacto del mismo.

Este material implica una serie de problemas en el sistema de dosificación en continuo y bajo el agua. En primer lugar, obliga a que los lavados iniciales de la planta durante el proceso de arranque estén bien realizados. Por otro lado, los finos tienden a obstruir los conos de dosificación formando bóvedas. Además la dosificación en

continuo de un material tan f i n o p o r l o s c o n o s d e d o s i f i c a c i ó n s u p o n e u n constante aporte de material que es arrastrado por el flujo a scenden te p roduc i endo n i v e l e s d e t u r b i e d a d indeseables.

También ocurre que la planta se compor ta de manera extremadamente sensible a los aumentos bruscos de caudal

generando un pulso de aguas turbias que hay que controlar.

Experiencias con la calidad de la calcita en España

Calcita tamizada y polvillo arinoso

6

Reportaje

Reportaje

La figura adjunta ilustra la diferencia entre el comportamiento de los lechos ascendentes y dosificación en continuo con diferentes tipos de material a partir de los datos de tres plantas piloto con depósitos circulares: Las Palmas (Ø 1040 mm y altura de lecho 1,0 m), Abrera (Ø450 mm y altura de lechos 1,77 m) y Agua Amarga (Ø 2040 mm y altura de lecho 1,50 mm). Lamentablemente no se dispone de datos del porcentaje de polvillo en estos experimentos aunque sí se hizo observación visual y del tacto del material.

En el caso de Las Palmas la cantidad de finos fue suficiente

para que la alimentación en continuo produjera un aumento rápido de la turbiedad con el a u m e n t o d e l a v e l o c i d a d ascensional. Por su parte, las plantas de Abrera y Agua Amarga se muestran menos sensibles,

h a c i e n d o p o s i b l e a l c a n z a r velocidades ascensionales de hasta 19 m/h sin superar el valor de 1 de NTU. Estos resultados han sido corroborados en otros ensayos no presentados en este artículo.

TURBIDEZ Y VELOCIDAD ASCENSIONAL

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 5 10 15 20 25 30

Velocidad ascensional (m/h)

Tu

rbid

ez

(NTU

)

Las Palmas con finos (2005)Abrera sin finos (2005)Agua Amarga sin finos (2006)

Recomendaciones sobre la calidad de la calcitaDe acuerdo con las observaciones realizadas la calidad recomendada de la calcita para el uso en tratamiento de aguas de abastecimiento y para lechos de flujo ascendentes y altura constante sería como sigue:

Riqueza CaCO3 97-99 %CaO ≈ 55,7%MgO ≈ 0,24%Óxido de Hierro < 0,05 %Residuo insoluble en clorhídrico >100 µm < 0,2%Peso específico (ton/m3) 2.7Peso específico granulado 1-3 mm (t/m3) 1.5Peso de la calcita granulada mojada 1-3 mm (t/m3) 1,8

Granulometría 1-3 mm% partículas inferior a 0,3 mm < 3 %% partículas inferior a 0,1 mm < 1 %

Lavadero de calcita granulada (Arisan-Valencia)

7

Nuevas ideas

Simple solutions for GREAT,

AND NOT SO GREATproblems

Mezclador de lechada de cal en tuberíaEl diseño de este dosificador permite la mezcla

homogénea de la lechada de cal y el agua. El estrechamiento de la tubería provoca la

aceleración del fluido y el diseño de la palas provoca una turbulencia que favorece el proceso de mezclado. La inyección de la lechada (tubería roja) se realiza tras el mezclador estático en la zona de

expansión, lo que provoca que el fluido no encuentre ningún obstáculo que favorezca la

precipitación de carbonato cálcico.

En búsqueda de plantas desaladoras más silenciosas El problemas de ruidos de las desaladoras crea un impacto ambiental negativo en zonas habitadas y en particular en las zonas turísticas. Por otro lado, los altos niveles de ruido crean también un problema de seguridad y salud que requiere ser analizado. Con el fin de mejorar los conocimientos sobre este tema la FCCA ha iniciado un proyecto para estudiar las formas de insonorizar las plantas desaladoras, tanto grandes como pequeñas. Uno de los equipos más ruidosos en las desaladoras suelen ser las turbinas ERI. Véase adjunto el boceto de una carcasa para su insonorización. En las plantas pequeñas las bombas de pistón suponen también un problema adicional. En el gráfico adjunto se muestra, a título de ejemplo, un análisis de los niveles espectrales medidos en una desaladora pequeña de 400 m3/d con turbina ERI, bomba de pistón y equipos de inyección. El gráfico muestra los datos en frecuencia medidos por tercios de octava. Es decir, cada barrita del gráfico representa el nivel de ruido filtrado con un ancho de banda proporcional a la frecuencia Nuestro oido no percibe igualmente todas las frecuencias, es más sensible a las frecuencias en torno a las 3 Khz y menos a las frecuencias bajas. Es decir, que "molesta mucho menos un ruido de 80 dB a 125 Hz que otro a 80 dB a 3 Khz".

Para dar un valor global como suma de todo el espectro se recurre al dBA (última columna), que es la suma de todas las bandas en frecuencia pero ponderadas según nuestra percepción (curva de ponderación A). Casi todas las normativas y reglamentos hacen referencia a los niveles de ruido en dBA. 85 dB es un valor excesivamente alto y que hay que corregir. Los trabajos durarán varios meses.

Niveles espectrales 1/3 octava y dBA

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

31,5 50 80 125

200

315

500

800

1,2

5k 2k

3,1

5k 5k

8k

12,5

k

dBA

Hz

dB

Vertederos perimetrales interiores en PRFVHan sido diseñados a base de piezas estandarizadas que se ensamblan fácilmente permitiendo así la construcción de un vertedero interior perimetral de gran robustez. Producidos en serie a base de moldes tienen un coste bajo y ofrecen garantía de una total resistencia a la corrosión.

8