La planta desalinizadora SingSpring es una de las mayores instalaciones de desalinización de agua de mar por ósmosis inversa de la región y produce agua potable para Singapur. Su capacidad de producción alcanza los 136.000 m³/día, volumen suficiente para abastecer a aproximadamente 270.000 habitantes.
La instalación pertenece al proyecto de la Planta Desaladora de Tuas III y utiliza la tecnología de ósmosis inversa para separar las sales y las impurezas del agua de mar mediante membranas semipermeables sometidas a alta presión. El proyecto fue finalizado en 2019 y su uso final es el suministro de agua potable.
Datos principales de la planta desalinizadora SingSpring
| Parámetro | Información |
|---|---|
| Nombre de la obra | Planta desaladora de Tuas III |
| Área de negocio | Desalación / Potabilización |
| Tipo de contrato | Diseño, suministro, montaje de equipos y puesta en marcha |
| Cliente | HSL Constructor Pte Ltd. - Singapore's National Water Agency (PUB) |
| Capacidad de producción | 136.000 m³/día |
| Uso final | Agua potable |
| Año de finalización | 2019 |
| Población abastecida | 270.000 habitantes |
La Planta Desaladora de Tuas III fue promovida por la Singapore National Water Agency, PUB, y adjudicada al contratista HSL Constructor Pte Ltd. Tedagua jugó un importante papel en el logro conseguido por el contratista de Singapur, HSL Constructor Pte Ltd, quien resultó adjudicatario del contrato para el diseño y construcción de la Planta Desaladora de Tuas 3, promovido por la Singapore National Water Agency, PUB.
Tedagua será responsable de aportar el diseño completo de la planta a HSL Constructor, así como la gestión de compras y montaje de los equipos electromecánicos. Tedagua será el máximo responsable de aportar a HSL Constructor la mejor solución de proceso para el proyecto de Tuas 3 y será un actor clave en el desarrollo de la obra.
Con una capacidad de producción de agua potable de 136.000 m3/día, se convierte en una de las mayores desaladoras por ósmosis inversa de la región. La Planta Desaladora Tuas 3 tendrá una capacidad de producción de agua potable de 136.000 metros cúbicos diarios, igual que la que ya está en funcionamiento de SingSpring, una de las mayores desaladoras por ósmosis inversa de la región.
Por qué la desalinización es importante para Singapur
A medida que los patrones climáticos se vuelven cada vez más impredecibles e intensos debido al cambio climático, asegurar el suministro continuo de agua potable es de vital importancia en países como Singapur. En la actual crisis mundial del agua, cada vez más grave, cómo convertir el agua salada del vasto océano en recursos utilizables de agua dulce se ha convertido en una cuestión clave.
Como un sofisticado proceso de tratamiento del agua, planta desalinizadora de agua de mar por ósmosis inversa desempeña un papel cada vez más importante en el suministro de agua potable a miles de millones de personas en todo el mundo. La tecnología de desalinización de agua de mar por ósmosis inversa se ha aplicado ampliamente en múltiples campos, proporcionando una solución práctica al problema de la escasez de agua.
Agua municipal es el principal escenario de aplicación de la desalinización del agua de mar. Con el crecimiento demográfico y el cambio climático, muchas ciudades costeras se enfrentan a la escasez de agua dulce, y la desalinización del agua de mar se ha convertido en una importante fuente de agua suplementaria.
Cómo funciona la ósmosis inversa
La desalinización del agua de mar por ósmosis inversa es un proceso que utiliza una membrana semipermeable para separar la sal y las impurezas del agua de mar bajo presión. Esta tecnología utiliza técnicas físicas para eliminar los sólidos disueltos del agua de mar y convertirlos en agua dulce apta para el consumo o para aplicaciones industriales.
El núcleo de tecnología de ósmosis inversa reside en la aplicación inversa de los fenómenos de permeación. Durante el proceso de permeación natural, el disolvente (agua) atravesará espontáneamente la membrana semipermeable desde el lado de la solución de baja concentración hacia el lado de la solución de alta concentración.
El proceso de ósmosis inversa aplica una presión externa superior a su presión osmótica a una solución de alta concentración (agua de mar), haciendo que las moléculas de agua fluyan hacia atrás, hacia el lado de baja concentración, consiguiendo así la separación de la sal y el agua.
La presión osmótica del agua de mar es de unos 2,5 MPa, mientras que los sistemas de ósmosis inversa suelen necesitar una presión operativa de 5,5-6,8 MPa para lograr una separación eficaz. El tamaño de los poros de la membrana de ósmosis inversa es extremadamente pequeño (0,0001 micras), lo que puede bloquear eficazmente el paso de impurezas como iones salinos, bacterias y virus.
En este proceso, la alta presión empuja el agua de mar pretratada a través membranas de ósmosis inversa para separar las sales del agua. La tecnología de ósmosis inversa permite el paso de las moléculas de agua rechazando la mayoría de las sales disueltas.
Esta etapa produce dos corrientes: agua de mar desalinizada y salmuera concentrada. La avanzada tecnología de membranas puede eliminar alrededor de 99% de sales disueltas e impurezas, proporcionando una fuente de agua limpia polivalente.
Componentes de una planta desalinizadora de agua de mar
Una planta desalinizadora de agua de mares un sistema completo de tratamiento de agua que convierte agua de mar de alta-salinidad en agua dulce de grado potable o industrial. La mayoría de las plantas modernas utilizan Ósmosis inversa de agua de mar (SWRO).
Una planta completa suele incluir ingesta de agua de mar, pretratamiento, desalinización por ósmosis inversa, post-tratamiento, sistemas de control y descarga de salmuera. Una planta desalinizadora de agua de mar es un proyecto de ingeniería a nivel de sistema.
Un solo módulo SWRO por sí solo no puede completar todo el proceso. Este sistema de proceso incluye etapas como toma de agua, pretratamiento, desalinización, recuperación de energía, post-tratamiento, automatización y tratamiento de salmuera.
| Sistema | Función | Nota |
|---|---|---|
| Toma de agua de mar | Lleva agua de mar a la planta. | La calidad de la ingesta afecta la carga previa al tratamiento. |
| Pretratamiento | Elimina sólidos en suspensión y protege las membranas. | Un pretratamiento débil aumenta el riesgo de contaminación y acorta la vida útil de la membrana de ósmosis inversa. |
| Desalinización por ósmosis inversa | Elimina sales a través de membranas. | Etapa central de producción de agua dulce; afectada por la tasa de recuperación y la calidad de la membrana. |
| Recuperación de energía | Reduce el consumo de energía. | Importante para plantas medianas y grandes; reduce los gastos operativos a largo plazo. |
| Post-tratamiento | Ajusta la calidad final del agua. | Depende del uso potable, industrial o de proceso. |
| Sistema de control | Automatiza la operación. | Afecta la confiabilidad, la seguridad, la demanda de mano de obra y la eficiencia en la resolución de problemas. |
| Descarga de salmuera | Maneja agua de mar concentrada. | Debe coincidir con el sitio y las regulaciones locales. |
1. Toma de agua de mar
Primero se extrae agua de mar cruda del punto de entrada y se transfiere al sistema de tratamiento. Durante esta etapa, se instala equipo de detección para interceptar desechos flotantes, arena, sólidos suspendidos, organismos marinos, algas y otras impurezas gruesas en el agua de mar cruda.
El objetivo no es sólo proteger tuberías y bombas, sino también estabilizar la calidad del agua de alimentación antes del pretratamiento. Una condición de entrada más estable reduce la carga de tratamiento aguas abajo y puede ayudar a reducir los costos operativos a largo plazo de la planta desalinizadora de agua de mar.
El diseño de la toma de agua de mar también impacta el medio marino. Las tomas abiertas pueden arrastrar o afectar a peces pequeños, larvas, mariscos u otros organismos marinos.
Las pantallas, la baja velocidad de entrada, la entrada subterránea y la ubicación adecuada de la entrada pueden ayudar a reducir este riesgo. En las primeras discusiones sobre proyectos, los propietarios generalmente necesitan aclarar primero tres puntos: demanda de agua, estándar del agua producida y ruta de descarga de salmuera.
2. Pretratamiento
El sistema de preprocesamiento es responsable del control inicial del agua de mar bruta, incluida la reducción de la turbidez del agua de mar y la prevención del crecimiento de bacterias, algas y otros microorganismos mediante filtros multimedia, filtros compactos y otros ajustes.
El objetivo del pretratamiento es reducir el índice de contaminación del agua de mar (SDI) por debajo de 3-5 para cumplir los requisitos de entrada de la membrana de ósmosis inversa. Esta etapa está diseñada principalmente para eliminar las impurezas del agua de mar antes de que ingrese a las membranas de ósmosis inversa.
También se añaden productos químicos para inhibir el crecimiento microbiano, como floculantes y biocidas. Un buen pretratamiento decide la vida útil de la membrana de RO.
Tiene un impacto directo en los costos de limpieza, mantenimiento y reemplazo a largo plazo del propietario. Ignorar la calidad del agua de alimentación y el diseño del pretratamiento es otro error común.
3. Desalinización por ósmosis inversa de alta presión
La unidad central de procesamiento incluye bombas de alta presión, conjuntos receptores de energía y componentes de la membrana de ósmosis inversa. La bomba de alta presión proporciona la presión de funcionamiento necesaria para el sistema.
La unidad central de procesamiento incluye bombas de alta presión, conjuntos receptores de energía y componentes de la membrana de ósmosis inversa. La bomba de alta presión proporciona la presión de funcionamiento necesaria para el sistema.
La membrana de ósmosis inversa es el foco de desarrollo, y las membranas de ósmosis inversa modernas suelen utilizar materiales compuestos de poliamida con una tasa de desalinización de más de 99%.
4. Recuperación de energía
El dispositivo de recepción de energía puede aceptar la energía del agua salada concentrada a alta presión, reduciendo el consumo de energía y logrando una tasa de recuperación de eficiencia energética de más de 90%. El avance de los dispositivos de recuperación de energía ha reducido significativamente el consumo de energía del sistema.
La eficiencia moderna del conjunto de recuperación de energía puede alcanzar más de 90%. Recuperación de energía aumenta la inversión inicial pero puede reducir significativamente el consumo de energía eléctrica a largo plazo en plantas medianas y grandes.
5. Acondicionamiento del agua producida
El sistema de postratamiento mineraliza y desinfecta el agua desalinizada para garantizar que la calidad del agua cumple las normas de aplicación. Debido a que el agua producida por ósmosis inversa casi no contiene minerales, el postratamiento suele requerir ajustar el valor del pH y añadir los minerales necesarios para hacerla estable y apta para aplicaciones potables o industriales.
El agua dulce producida por ósmosis inversa no es el producto final. Aún debe acondicionarse según la aplicación final del agua por parte del propietario, como agua potable, agua industrial o pretratamiento de alimentación de calderas para centrales eléctricas.
Los pasos de acondicionamiento comunes incluyen ajuste de pH, remineralización, desinfección y pulido adicional cuando sea necesario. Esta etapa asegura que el agua desalinizada cumpla con el estándar de calidad requerido para su uso real.
6. Gestión de la salmuera
La descarga de salmuera debe seguir las regulaciones ambientales locales. La salmuera concentrada de las plantas desalinizadoras puede ser más densa que el agua de mar, lo que podría hundirse hasta el fondo del océano y dañar los ecosistemas marinos.
El proceso de ósmosis inversa produce alrededor de 50% de la entrada de agua salada concentrada, que es aproximadamente el doble de la salinidad del agua de mar ordinaria. El vertido directo puede tener repercusiones en los ecosistemas marinos.
Por lo tanto, la salmuera puede requerir tratamiento adicional en determinadas regiones. Los propietarios suelen emplear concentración, evaporación, cristalización o Tratamiento Descarga Cero Líquido (ZLD).
La salmuera también puede considerarse un recurso reciclable. Puede cristalizarse para producir sal industrial con una pureza de NaCl superior al 99,5%.
Parámetros que determinan la eficacia del proceso
La eficacia de proceso de desalinización por ósmosis inversa depende de varios factores, entre los que destacan la calidad del agua de mar, el grado de mezcla de la membrana, la presión manipulada y la tasa de recuperación.
La calidad del agua de mar es un factor fundamental, y la temperatura, la salinidad y el contenido de contaminantes del agua de mar afectan directamente a la presión osmótica y a la tasa de ensuciamiento de la membrana.
El agua de mar de alta salinidad requiere una mayor presión de trabajo, mientras que el agua de mar a baja temperatura reduce el flujo de la membrana. La calidad del agua de mar cambia según las estaciones, las corrientes oceánicas y las condiciones locales.
Ensuciamiento de las membranas
Ensuciamiento de la membrana es una cuestión clave que afecta al funcionamiento estático a largo plazo del equipo, incluyendo incrustaciones inorgánicas, incrustaciones orgánicas, incrustaciones coloidales y contaminación biológica.
La confusión puede dar lugar a un flujo de membrana bajo, un aumento de la presión de funcionamiento y una disminución de la tasa de desalinización. Una mala planificación previa al tratamiento puede reducir Rendimiento del sistema RO, aumenta la frecuencia de limpieza y acorta la vida útil de la membrana.
Presión y tasa de recuperación
La configuración de la presión de funcionamiento y la tasa de recuperación tiene un impacto significativo en el consumo de energía y en la calidad del agua. Popularizar la presión puede aumentar la producción de agua, pero también puede aumentar el consumo de energía y el desgaste de la membrana.
Popularizar la tasa de reciclado puede reducir la necesidad de toma de agua, ¡pero puede aumentar el riesgo de confusión de la membrana! La selección de la membrana, las bombas de alta presión y el diseño del sistema afectan la producción de agua, la estabilidad y el OPEX.
Consumo de energía y recuperación energética
Consumo de energía es otra consideración primordial. Aunque el consumo de energía de la ósmosis inversa ha disminuido desde los primeros 20 kWh/m ³ hasta los 3-4 kWh/m ³ actuales, el consumo de energía sigue siendo considerable.
El consumo de energía representa el principal coste y requiere una optimización continua de los equipos y la configuración energética. Las membranas de ósmosis inversa eficientes combinadas con dispositivos de recuperación de energía pueden lograr una producción estable de agua reduciendo al mismo tiempo el consumo de energía.
La dirección principal es mejorar el cumplimiento energético. Los proyectos de desalinización del siglo XXI no se pueden concebir sin la digitalización y, con ella, la obtención de mayores índices de eficiencia.
Control ambiental de la planta
Aunque la tecnología de desalinización de agua de mar por ósmosis inversa presenta importantes ventajas, su impacto ambiental no puede ignorarse y debe paliarse mediante una gestión científica. Control medioambiental de todo el procesol puede reducir eficazmente el impacto ambiental.
La adopción de medidas adecuadas a lo largo de todo el proceso, desde la toma de agua hasta el vertido de agua salada concentrada, puede proteger el medio marino. Pasando por alto la gestión de descargas de salmuera puede crear riesgos regulatorios y operativos.
Incluso cuando el objetivo principal es la producción de agua dulce, la salmuera concentrada debe cumplir con las normas ambientales. Experimentado contratistas EPC puede implementar ZLD o soluciones de recuperación de recursos, incluida la recuperación industrial de sales o bromo.
Ventajas de la tecnología utilizada en SingSpring
| Aspecto | Característica de la ósmosis inversa |
|---|---|
| Consumo energético | Bajo consumo de energía frente a tecnologías térmicas. |
| Configuración | Configuración sencilla y amplia aplicabilidad. |
| Separación de sales | Las membranas modernas pueden alcanzar una tasa de desalinización de más de 99%. |
| Aplicación | Zonas costeras y suministro municipal de agua. |
| Limitaciones | Elevados requisitos de pretratamiento y limpieza periódica de las membranas. |
Comparación con otras tecnologías de desalinización
| Tipo de tecnología | Ventajas | Desventajas | Escenarios aplicables |
|---|---|---|---|
| Método de ósmosis inversa | Bajo consumo de energía, configuración sencilla, amplia aplicabilidad. | Elevados requisitos de pretratamiento, la membrana debe limpiarse periódicamente. | Zonas costeras, suministro municipal de agua. |
| Evaporación flash multietapa | Tecnología madura, funcionamiento fiable, alto rendimiento de montaje. | Alto consumo de energía. | Proyectos de cogeneración a gran escala. |
| Evaporación multiefecto | Ahorro de energía, bajos requisitos de pretratamiento, alta calidad del agua. | Grandes inversiones. | Regiones con abundante energía térmica. |
La tecnología de ósmosis inversa es la tecnología dominante utilizada en las modernas plantas desalinizadoras de agua de mar. Además, también se podrán utilizar procesos de desalinización térmica en instalaciones con exceso de fuentes de calor.
Aplicaciones del agua desalinizada
Agua municipal es el principal escenario de aplicación de la desalinización del agua de mar. Con el crecimiento demográfico y el cambio climático, muchas ciudades costeras se enfrentan a la escasez de agua dulce, y la desalinización del agua de mar se ha convertido en una importante fuente de agua suplementaria.
Esta tecnología también se utiliza ampliamente en el campo de la uso industrial del agua. La industria petrolera y otras industrias deben estudiar detenidamente el uso de agua de alta calidad.
El agua desalinizada por ósmosis inversa puede utilizarse como agua de alimentación de calderas, agua de proceso o agua de refrigeración para reducir la dependencia de los recursos de agua dulce.
Zonas remotas y comunidades insulares son también importantes escenarios de aplicación. Estas zonas carecen a menudo de fuentes naturales de agua dulce, y los pequeños dispositivos de ósmosis inversa pueden proporcionar a los residentes locales una fuente fiable de agua potable.
Islas, hoteles y resorts instalan estas plantas para reducir la dependencia del agua dulce enviada y mantener un suministro estable de agua potable para las operaciones diarias. Esto puede reducir el transporte de agua dulce y la presión de almacenamiento.
Plataformas marinas, campamentos mineros y sitios de construcción remotos implementan proyectos de desalinización de agua de mar cuando el agua dulce local no esté disponible o no sea confiable.
Condiciones que deben considerarse en un proyecto desalinizador
Para los propietarios de proyectos, la planta debe diseñarse teniendo en cuenta la calidad del agua de alimentación, la capacidad requerida, el uso final del agua, las condiciones del sitio y el costo operativo a largo-plazo.
La ubicación es sólo el punto de partida de todo el proyecto. Aún es necesario verificar la capacidad requerida, la calidad del agua final, el suministro de energía disponible, las condiciones del agua de mar de alimentación, como fluctuaciones de temperatura y proliferación de algas, y los requisitos locales de descarga de salmuera.
| Entrada del proyecto | Por qué es importante |
|---|---|
| Capacidad requerida | Determina el tamaño de la planta. |
| TDS del agua de mar de alimentación | Afecta la presión de RO y el diseño de la membrana. |
| Turbidez / SDI | Afecta la selección del pretratamiento. |
| Uso del agua del producto | Determina la calidad final del agua. |
| Ubicación del proyecto | Afecta el diseño del contenedor, el material y la entrega. |
| Fuente de alimentación | Afecta la bomba y la selección eléctrica. |
| Requisito de descarga de salmuera | Define si se necesita una descarga simple o un tratamiento adicional. |
Digitalización, automatización y operación
Funcionamiento inteligente ha popularizado el instinto de la dotación de personal. Mediante un control avanzado de supervisión y automatización, las plantas desalinizadoras de agua de mar pueden optimizar los parámetros de funcionamiento en tiempo real, mejorar el cumplimiento de la producción de agua y reducir los costes de explotación.
La digitalización y automatización pueden aumentar la transparencia de la planta, apoyar la toma de decisiones informada, mejorar el rendimiento de la planta desalinizadora, optimizar los horarios de limpieza y reducir el consumo de energía.
La combinación de diferentes tecnologías de desalinización y el uso de Energías Renovables son la clave para obtener los menores costos posibles de agua desalinizada. Destaca el trabajo que IDOM está realizando en la actualidad en diseños para hibridación de plantas desalinizadoras con fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica, que pueden incorporar además sistemas de almacenamiento de energía.
Los proyectos de desalinización del siglo XXI no se pueden concebir sin la digitalización y, con ella, la obtención de mayores índices de eficiencia.
Nuevos avances en la ósmosis inversa
La tecnología de ósmosis inversa con agua de mar se ha perfeccionado continuamente y se han logrado avances significativos en la integración de sistemas y energía. Innovación en materiales para membranas es un área fundamental.
Actualmente se están desarrollando nuevos tipos de membranas de ósmosis inversa, como las membranas de grafeno y las membranas de nanotubos de carbono, con mayores flujos de agua y tasas de desalinización.
La dirección principal es mejorar el cumplimiento energético. El avance de los dispositivos de recuperación de energía ha reducido significativamente el consumo de energía del sistema, y la eficiencia moderna del conjunto de recuperación de energía puede alcanzar más de 90%.
Perspectivas de la desalinización en Singapur
La tecnología de desalinización por ósmosis inversa del agua de mar se desarrollará hacia objetivos más eficientes, sostenibles y económicos en el futuro, con amplias perspectivas. Integración tecnológica es una tendencia importante.
El sistema híbrido mantenido por ósmosis inversa y otras técnicas, como la ósmosis directa y la destilación por membrana, puede dilucidar sus ventajas respectivas y promover la obediencia colectiva.
Progreso sostenible es el objetivo central. Se procurará aumentar la proporción de energías renovables, desarrollar tecnologías de pretratamiento sin productos químicos y lograr la recuperación de recursos, como la extracción de minerales útiles a partir de agua salada concentrada.
Con la disminución de los costes de los materiales de las membranas, la mejora de la aceptación de la energía y la optimización del diseño de los sistemas, el coste de la desalinización del agua de mar ha bajado de $10/metro cúbico en los años 70 a $0,5-1/metro cúbico.
¿Qué es la ósmosis inversa? | Sostenibilidad - ACCIONA
Otras plantas desalinizadoras de Singapur
La planta Keppel Marina East es la cuarta planta desalinizadora de Singapur y la primera planta de desalinización del país a gran escala que opera en modo dual, con capacidad para tratar tanto el agua del mar como el agua dulce del embalse Marina Reservoir, donde se recopila el agua de lluvia.
De este modo, cuando los niveles de agua del embalse bajan, se bombea agua del mar a la planta para su desalinización. Cuando los niveles del agua del embalse son altos, la planta puede tratar el agua del embalse.
El innovador diseño arquitectónico de la planta ha permitido una perfecta integración en el entorno. El equipo de tratamiento del agua se encuentra bajo tierra, por lo que la cubierta de las instalaciones, consistiendo de unos 20 000 m² de cubierta verde, queda al nivel del suelo y brinda a la población un amplio espacio recreativo.
La planta desalinizadora Keppel Marina East, que se puso en marcha en junio de 2020 y se inauguró oficialmente el 4 de febrero de 2021, es capaz de producir hasta 137 000 m3 diarios de agua potable.
La planta desalinizadora de la isla de Jurong (JIDP) cuenta con una capacidad de 135 000 m³/día (35,7 MGD). La fuente de agua es el agua de mar, el cliente es el Consorcio Tuas Power-ST Engineering, el usuario final es la Agencia nacional del agua de Singapur (PUB), el uso es agua potable y la tecnología es la ósmosis inversa (RO).
La JIDP fue construida bajo el modelo de diseño, construcción, propiedad y operación por una empresa conjunta formada por el consorcio Tuas Power-ST Engineering durante un período de 25 años. El consorcio ganador adjudicó a IDE el sistema de ósmosis inversa con una capacidad de 137 000 m3/d.
Preguntas frecuentes
¿Se puede desalinizar el agua de mar por ósmosis inversa?
Claro, una bomba de alta presión combinada con una membrana semipermeable puede convertir el agua de mar en agua dulce potable.
¿Cuál es el mayor reto de la desalinización por ósmosis inversa?
El consumo de energía representa el principal coste y requiere una optimización continua de los equipos y la configuración energética.
¿Cuál es la eficacia de la desalinización por ósmosis inversa?
La avanzada tecnología de membranas puede eliminar alrededor de 99% de sales disueltas e impurezas, proporcionando una fuente de agua limpia polivalente.
¿Qué método de desalinización de agua de mar es más eficiente?
Las membranas de ósmosis inversa eficientes combinadas con dispositivos de recuperación de energía pueden lograr una producción estable de agua reduciendo al mismo tiempo el consumo de energía.
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