Definicion
Sistema de osmosis inversa diseñado para desalinizar agua de mar con TDS de 35,000-45,000 ppm. Opera a altas presiones (55-70 bar) con recuperaciones de 35-50%. Watersy fabrica plantas SWRO desde 10 hasta 1500+ m³/dia para zonas costeras de Mexico.
¿Que es SWRO?
Las plantas SWRO son la solucion tecnologica más eficiente energeticamente para la desalinizacion a gran escala, superando a los procesos termicos tradicionales como la destilacion multi-efecto (MED) y la destilacion multi-etapa flash (MSF). Actualmente, más del 60% de la capacidad mundial de desalinizacion utiliza tecnologia SWRO.
En Mexico, las plantas SWRO de Watersy proveen agua potable a comunidades costeras, complejos turisticos, industrias y proyectos de desarrollo donde el acceso a fuentes de agua dulce es limitado o inexistente.
Caracteristicas de operacion
Presiones de operacion: Los sistemas SWRO requieren presiones de alimentacion entre 55-70 bar (800-1,000 psi) para vencer la presion osmotica del agua de mar, que es aproximadamente 25 bar. Esta alta presion es necesaria para forzar el paso del agua pura a traves de la membrana mientras se rechazan las sales.
Membranas especializadas: Las membranas SW (seawater) tienen capas activas más densas y gruesas que las membranas de agua salobre, diseñadas para soportar altas presiones y lograr rechazos de sales superiores al 99.7%.
Tasa de recuperacion: Los sistemas SWRO tipicamente operan con tasas de recuperacion del 35-50%, significativamente menores que los sistemas BWRO (60-85%). Esto se debe a las limitaciones de solubilidad de sales en el concentrado y a la prevencion de incrustaciones.
Consumo energetico: El consumo energetico teorico minimo para desalinizar agua de mar es aproximadamente 1 kWh/m³. Las plantas modernas con dispositivos de recuperacion de energia (ERD) logran consumos de 2.5-4 kWh/m³, mientras que plantas sin ERD pueden consumir más de 6 kWh/m³.
Componentes principales de una planta SWRO
Captacion: Sistema de toma de agua de mar, ya sea mediante captacion abierta con rejillas o pozos playeros (beach wells). La captacion abierta requiere mayor pretratamiento, mientras que los pozos playeros proporcionan pre-filtracion natural.
Pretratamiento: Critico en SWRO para proteger las membranas. Incluye filtracion multimedia o ultrafiltracion, dosificacion de coagulantes si es necesario, filtracion de seguridad (5 micras) y dosificacion de antiincrustante y bisulfito de sodio.
Bombeo de alta presion: Bombas centrifugas multietapa de acero inoxidable super-duplexo (2507) o titanio, capaces de generar presiones de 60-70 bar. Este es el componente con mayor consumo energetico del sistema.
Tren de membranas: Arreglo de membranas SW en configuracion 2:1 (dos elementos de primer paso alimentan un elemento de segundo paso). Los housings son de acero inoxidable o fibra de vidrio reforzada diseñados para presiones hasta 85 bar.
Recuperacion de energia (ERD): Dispositivo esencial para viabilidad economica. Los sistemas modernos utilizan intercambiadores isobaricos de presion (como PX de Energy Recovery Inc.) que recuperan hasta 97% de la energia del concentrado, o turbinas Pelton que recuperan 85-90%.
Postratamiento: El permeado de SWRO requiere remineralizacion obligatoria (adicion de calcio y magnesio), ajuste de pH, desinfeccion (UV o hipoclorito) y almacenamiento.
Ventajas y desafios
Desafios tecnicos: - Alto consumo energetico comparado con fuentes convencionales - Requerimiento de ERD para viabilidad economica - Materiales especializados resistentes a corrosion - Pretratamiento critico por biofouling marino - Manejo ambiental del concentrado (salmuera) - Sensibilidad a variaciones de temperatura del agua de mar
Desafios ambientales: - Descarga de concentrado con TDS ~70,000 ppm requiere estudios de impacto - Captacion abierta puede afectar vida marina - Consumo energetico genera huella de carbono - Necesidad de monitoreo continuo de ecosistemas marinos
Watersy diseña sistemas SWRO considerando todos estos factores, implementando mejores practicas para minimizar el impacto ambiental y maximizar la eficiencia operacional.
Comparacion entre sistemas SWRO y BWRO
| Parametro | SWRO | BWRO |
|---|---|---|
| TDS alimentacion (ppm) | 35,000 - 45,000 | 1,000 - 15,000 |
| Presion operacion (bar) | 55 - 70 | 10 - 25 |
| Presion osmotica (bar) | ~25 | 0.7 - 10 |
| Recuperacion (%) | 35 - 50 | 60 - 85 |
| Rechazo sales (%) | 99.7 - 99.9 | 95 - 99.5 |
| Consumo energia sin ERD (kWh/m³) | 6 - 8 | 2 - 3 |
| Consumo energia con ERD (kWh/m³) | 2.5 - 4 | 1 - 2 |
| Vida util membranas (años) | 4 - 6 | 5 - 7 |
| Costo capital relativo | Alto | Medio |
| Costo operacion relativo | Alto | Bajo |
Membranas SWRO comerciales principales (8" x 40")
| Fabricante/Modelo | Flujo (m³/d) | Rechazo (%) | Presion test (bar) |
|---|---|---|---|
| FilmTec SW30HR-380 | 28.4 | 99.80 | 55 |
| FilmTec SW30XLE-400 | 37.9 | 99.70 | 41 |
| Hydranautics SWC5-MAX | 30.7 | 99.80 | 55 |
| Hydranautics SWC6-MAX | 37.2 | 99.80 | 55 |
| Toray TM820L-400 | 32.3 | 99.75 | 55 |
| LG Chem SW-440HR | 28.8 | 99.80 | 55 |
Evolucion del consumo energetico en SWRO
| Año/Periodo | Tecnologia | Consumo (kWh/m³) |
|---|---|---|
| 1970s | SWRO sin ERD | 8 - 12 |
| 1980s | SWRO con turbina Pelton | 5 - 7 |
| 1990s | SWRO con PX primera generacion | 4 - 5 |
| 2000s | SWRO con PX mejorado | 3 - 4 |
| 2010s-presente | SWRO con ERD moderno + membranas avanzadas | 2.5 - 3.5 |
| Limite teorico | Minimo termodinamico | ~1 |
Bibliografia
- [1] (2011). The Future of Seawater Desalination: Energy, Technology, and the Environment. Science, 333 (6043), 712-717. DOI: 10.1126/science.1200488
- [2] (2009). Reverse osmosis desalination: Water sources, technology, and todays challenges. Water Research, 43 (9), 2317-2348. DOI: 10.1016/j.watres.2009.03.010
- [3] (2018). Desalination Engineering: Planning and Design. pp. 1-752. McGraw-Hill Education. 2nd ed..
- [4] (2023). IDA Desalination Yearbook 2022-2023. Media Analytics Ltd..