A través de una planta desalinizadora de agua de mar diseñada por la firma especializada Fluence, Arcelor Mittal garantizó la provisión de su planta productiva de Vitòria, Brasil. El complejo genera 500 m3 por hora, volumen equivalente al consumo de unas 80.000 personas.
Cada vez más zonas alrededor del mundo muestran signos de estrés hídrico como consecuencia del cambio climático. La disponibilidad de agua en estas áreas está comenzando a disminuir y hay una creciente incertidumbre sobre la futura capacidad de abastecimiento a partir de las reservas de agua dulce.
En este escenario, han empezado a imponerse diversas restricciones para el uso hídrico en distintos sectores, como es el caso del segmento industrial. Así, muchas empresas tomaron la decisión de buscar fuentes alternativas de agua para sus procesos de producción.
Una de ellas fue ArcelorMittal, una de las mayores firmas siderúrgicas del mundo, que evaluó opciones de provisión hídrica para su unidad productiva de la localidad de Vitòria, en Brasil. La compañía recurrió a Fluence para avanzar con el diseño de una planta de producción de agua industrial a partir de la desalinización de agua de mar.
El diseño se centró en el cumplimiento de los parámetros de calidad hídrica deseada, optimizando la utilización de recursos y encontrando la mejor opción en términos de costos de inversión inicial (CAPEX) y de costos de operación (OPEX).
La planta desalinizadora en cuestión posee la capacidad de producir 12.000 metros cúbicos (m3) por día de agua industrial, generando 500 m3 por hora de agua tratada con ósmosis inversa (OI), lo que equivale al abastecimiento de unas 80.000 personas.
El proceso consta de tres etapas: el pretratamiento, la desalinización y la desmineralización. La primera de ellas consiste en dos fases: una compuesta por un sistema de prefiltración, conformada por una batería de filtros autolimpiantes; y otra compuesta por un sistema de ultrafiltración (UF). La desalinización, en tanto, contempla una primera fase de OI, mientras que la desmineralización abarca una segunda fase de OI con dos pasos para ajustar los parámetros de calidad según las premisas del proyecto.
El agua filtrada alimenta siete trenes de ultrafiltración que operan en paralelo. Previamente a la entrada del equipo, en la alimentación se añade una dosificación de cloruro férrico (FeCl3), cuya función es coagular sólidos en suspensión para facilitar su separación.
Dadas las características del agua tratada, es posible realizar el retrolavado de los equipos de UF utilizando la corriente de rechazo de la primera fase de OI, ampliando así la eficiencia del sistema. Puede utilizarse esta corriente, ya que -a pesar de tener una alta concentración de sales disueltas- no hay riegos de que las mismas precipiten, ya que se trata principalmente de cloruro de sodio (NaCl), una sal muy soluble.
Para mejorar la remoción del material solido acumulado en las membranas, el sistema cuenta con una secuencia de retrolavado con dosificación de químicos (TMC) como parte de la etapa de limpieza química. Este lavado se efectúa una vez por día. En cuanto al sistema de limpieza CIP, en este caso se realiza generalmente cada cuatro meses.
Especificaciones técnicas
El permeado producido en la UF pasa a la etapa de desalinización y desmineralización. Estas instancias están compuestas por un sistema de OI con cinco trenes trabajando en paralelo, incluyendo dos fases de ósmosis cada uno. En la primera fase de OI el agua es desalinizada, y el permeado generado pasa a ser desmineralizado posteriormente. Aunque el primer paso de OI ya tiene la capacidad de producir agua de aplicación industrial, se utiliza una segunda instancia para terminar de ajustar algunos parámetros de calidad exigidos por las especificaciones.
Una parte del rechazo de la primera etapa de ósmosis es almacenada para realizar el contralavado en la UF, en tanto que la otra parte es devuelta al mar. Dado que esta corriente tiene una alta presión, se emplea un recuperador para transferirle energía a la corriente de alimentación del mismo primer paso. Esto permite reducir el consumo energético al disminuir la cantidad de energía que la bomba de alimentación debe suministrar para alcanzar las altas presiones de entrada a la ósmosis.
Por otro lado, el permeado del primer paso es dirigido a la segunda fase con dos pasos de ósmosis. En esta etapa, el rechazo del segundo paso es recirculado a la alimentación de la primera fase de ósmosis, aumentando así la recuperación global de la planta, mientras que el permeado de ambos equipos es almacenado en el tanque de agua permeada para luego distribuirse en los distintos sectores industriales.
El descarte, con un alto contenido de sales, es devuelto al mar sin necesidad de tratamiento previo, dado que se diluye allí mismo, sin causar un impacto en el medio ambiente.
La principal causa de ensuciamiento es el biofouling (ensuciamiento biológico) en función del origen y la temperatura del agua. Por ende, es muy importante la dosificación de químicos, tanto para la limpieza como para la operación general de la planta. Correctas dosificaciones, tiempo y frecuencias de limpieza conllevan a extender la vida útil de las membranas y a obtener la calidad de agua buscada.
Para prevenir el ensuciamiento de las membranas y aumentar el tiempo entre limpiezas, en el ingreso de la primera etapa de ósmosis se añade un anti-incrustante. Además se agrega metabisulfito para remover el cloro residual. También se realiza una dosificación de hidróxido de sodio en la alimentación de la segunda etapa a fin de ajustar el rango de pH que mejora el rechazo de las membranas, logrando una mayor separación.
Las limpiezas CIP en los equipos de ósmosis se efectúan cada año, gracias a la calidad de agua obtenida en los equipos de UF. El sistema de limpieza es compartido: resulta el mismo tanto para la limpieza de los equipos de UF como de OI, los cuales están separados únicamente por un conjunto de válvulas.
Múltiples ventajas
La planta fue diseñada con una configuración en línea; o sea, sin tanques intermediarios entre los distintos equipos ni bombas adicionales de alimentación. Esto permite disponer de una menor área para la instalación y un inferior consumo energético. Todas estas ventajas se traducen en una reducción de los costos (tanto CAPEX como OPEX).
La instalación requerida por ArcelorMittal y diseñada por Fluence configura un verdadero ejemplo a nivel mundial, ya que no sólo demuestra la viabilidad de la desalinización de agua de mar para lograr el autoabasteciendo y asegurar la disponibilidad hídrica para la industria, sino que además resulta amigable con el medio ambiente por lograr una reducción del consumo energético a partir de su configuración lineal y de la utilización de recuperadores de energía. Adicionalmente, este desarrollo genera un gran beneficio a la población de Espírito Santo contra el estrés hídrico que sufre su localidad.
