Incrustación y antiincrustantes

La Incrustación se refiere a la deposición de partículas en una membrana que hacen que esta se tapone. Sin medios de inhibición de incrustaciones, las membranas de Ósmosis Inversa (RO) y el paso de flujos a través de los elementos de membrana se incrustarán, debido a las precipitaciones de gases poco solubles, tales como el carbonato de calcio, el sulfato de calcio, el sulfato de bario y el sulfato de estroncio. La mayoría de las aguas naturales contienen concentraciones relativamente altas de iones de calcio, sulfato y bicarbonato.

En procesos de desalinización por membrana a altos rangos de recuperación, los límites de solubilidad de yeso y calcita exceden los niveles de saturación, conduciendo a la cristalización de las superficies de las membranas. La superficie bloqueada debido a las incrustaciones genera una disminución de flujo de permeado, reduciendo la eficiencia en el proceso y aumentando los costos de operación.

Los efectos de la incrustación en la tasa de permeado de los sistemas RO se ilustran en la siguiente figura. Después de un periodo de inducción, el flujo de la planta disminuye rápidamente. La duración de este periodo varía de acuerdo con el tipo de incrustación y el grado de súper saturación de la sal solublemente ligera.

Como se muestra en la gráfica, el periodo de inducción para la precipitación del carbonato de calcio es mucho más corto que el de las incrustaciones de sulfato, como las de sulfato de calcio. Es económicamente preferible prevenir la formación de incrustaciones, incluso si se tienen limpiadores efectivos contra incrustaciones. Los incrustadores a menudo taponan los pasos de alimentación del elemento de RO, creando dificultad y aumentando el tiempo empleado para la limpieza. Además, existe el riesgo de que la incrustación dañe la superficie de la membrana.

Hay tres métodos de control de incrustaciones comúnmente utilizados:

• Acidificación
• Ablandamiento por Intercambio Iónico
• Adición de Anti Incrustantes

Acidificación: la adición de ácidos destruye los iones de carbonato, removiendo uno de los reactivos necesarios que permiten la precipitación de carbonato de calcio. La acidificación es muy efectiva para prevenir la precipitación de carbonato de calcio, pero muy ineficaz para prevenir otros tipos de incrustaciones. Adicional a esto, tiene desventajas como la corrosividad del ácido, el costo de los tanques y equipos de monitoreo, y el hecho de que el ácido baje el pH del permeado de Ósmosis Inversa.

Ablandamiento por Intercambio Iónico: este método utiliza el sodio que es intercambiado por iones de magnesio y calcio, concentrados en el agua de alimentación del sistema de Ósmosis Inversa, siguiendo las ecuaciones químicas:

Ca²⁺ + 2NaZ => 2Na⁺ + CaZ₂
Mg²⁺ + 2NaZ => 2Na⁺ + MgZ₂

(NaZ representa la resina de intercambio de sodio).

Cuando todos los iones de sodio han sido reemplazados por calcio y magnesio, la resina debe ser regenerada con una solución salina. El ablandamiento por intercambio iónico elimina la necesidad de alimentación continua de ácido y anti-incrustante.

Anti-Incrustantes: estos son materiales con superficie activa que interfieren con las reacciones de precipitación, de tres maneras principales:

• Inhibición del Umbral: es la habilidad que tiene un anti-incrustante de mantener soluciones súper saturadas de sales escasamente solubles.
• Modificación de Cristal: Es la capacidad de un anti-incrustante de distorsionar la forma cristalina, dando como resultado una incrustación suave y no adherente. Cuando un cristal se empieza a formar a escala sub-microscópica, los grupos negativos localizados en las moléculas anti-incrustantes atacan las cargas positivas en el núcleo interrumpiendo el balance electrónico necesario para extender el crecimiento del cristal. Cuando se trata con modificadores de cristales, los cristales incrustados aparecen distorsionados, generalmente de forma más ovalada y menos compactos.
• Dispersión: la dispersión es la habilidad de algunos anti-incrustantes de absorber en cristales o partículas coloidales e impartir una alta carga aniónica, lo cual tiende a mantener los cristales separados. La alta carga aniónica también separa partículas de cargas aniónicas fijas presentes en la superficie de la membrana.

Threshold Mechanism

Dispersancy

Durante las últimas dos décadas han emergido comercialmente nuevas generaciones de anti-incrustantes, donde los ingredientes activos son mayormente mezclas de varios pesos moleculares de policarboxilatos y poliacrilatos.

Existen procedimientos de cálculo para predecir la probabilidad de formación de incrustaciones. El uso de estos predictores está basado en un análisis actualizado del agua y un conocimiento de los parámetros de diseño del sistema. Los iones presentes en el agua de alimentación se concentran a través del sistema de RO. El punto de máximo potencial de incrustación es el flujo de concentrado. El tipo de anti-incrustante y la dosificación está, por lo tanto, basada en el análisis mineral en dicho punto. Es importante encontrar la optimización en el tratamiento anti-incrustante con respecto al tipo y a la dosificación, identificando el anti-incrustante más apropiado para usar y el tipo de relación de dosis-inducción para el nivel extendido de súper saturación.

Lenntech le puede ayudar en la elección del mejor anti-incrustante para su aplicación particular.

Análisis Económico

La adición de ácido no es muy rentable debido al costo del ácido, tanques y equipo de monitoreo. A no ser que se elimine por medio de desgasificación, el exceso de dióxido de carbono contenido en el permeado de sistemas alimentados por acido aumenta el coste de la regeneración de intercambio iónico.

Los anti-incrustantes son productos relativamente baratos y no tienen costes adicionales. Cuando es comparada la adición de ácido o de anti-incrustantes, la principal desventaja que aparece para el ablandamiento es el coste de los equipos. A través del presente análisis de valor, se evidencia que no hay un nivel de dureza en el cuál el ablandamiento compita económicamente con la adición de anti-incrustantes.

La siguiente tabla muestra una comparación de costos entre tratamiento con ablandadores (SOFTENING) y Anti-incrustantes (ANTISCALANT ADDITION) con opciones para diferentes niveles de dureza. Con base en un sistema de Ósmosis Ínversa diseñado para producir 75 gpm (17 m3/h) de permeado a un 75% de recuperación.

Note

• Ablandadores montados en Skid, conteniendo 40 ft3 (1.2 m3) de resina, cada uno. 50 ppm de dureza y encima emplea dos ablandadores, con uno en standby.
• Sal de roca secada a horno para la regeneración del ablandador. Costo de $0.17 por libra.
• El equipo anti-incrustante incluye tanque de alimentación y bomba.
• Rango de dosificación de Anti-incrustante de 2 a 5 ppm.
• El periodo de amortización del costo, de acuerdo con el presente cálculo, es de 5 años a 8% de interés.

Contact us para obtener más información sobre antiincrustantes.