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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.
¡Gracias por su atención!
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carmen.repolles.ramirez@acciona.com