ED vs. RO: Los Beneficios De La Electrodiálisis Para La Desalinización

Por Kevin Westerling,
@KevinOnWater

No hay duda de que la ósmosis inversa (RO) reina actualmente entre las técnicas de desalinización, si su métrica es el número total de instalaciones. Pero ha surgido un nuevo competidor, al menos para aplicaciones particulares. Si tiene agua salobre en el rango de 2,000 a 15,000 ppm de sólidos disueltos totales (TDS), es posible que desee considerar la electrodiálisis (ED) sobre RO.

ED está diseñado principalmente para la desalinización, por lo que si está utilizando RO para eliminar sólidos en suspensión, carbono orgánico total (TOC) u otros contaminantes, puede dejar de leer ahora (supongo) y seguir con RO. Sin embargo, hay muchas aplicaciones, particularmente en el espacio industrial, donde la desalinización de agua salobre es parte integral de las operaciones. También se está utilizando cada vez más para complementar la disminución de los recursos disponibles y mitigar la intrusión de agua salada en los acuíferos. Históricamente prohibitivo, la electrodiálisis es ahora una alternativa viable a la ósmosis inversa, tal vez incluso una mejor.

Lo que sigue son los beneficios de la disfunción eréctil en comparación con la RO, ya que esta última es la norma actual. Fueron compartidos por Pat Buzzell de Evoqua Water Technologies, que ha estado realizando una extensa R&D en tecnología ED desde 2008 en su (exitoso) intento de hacer factible la desalinización electroquímica a través de electrodiálisis para su adopción generalizada. Los beneficios siempre estuvieron ahí para ED, remontándose a sus inicios hace medio siglo, pero una mayor asequibilidad arroja estas ventajas bajo una nueva luz.

Ajustabilidad

¿Qué significa ser sintonizable? En el contexto de la desalinización, significa la capacidad de cambiar la entrada y la salida fácilmente. ED lo tiene, RO no.

» En realidad, hemos pilotado en algunos sitios que son áreas de agua salobre impulsadas por el océano, con 2,000 ppm durante la marea saliente y quizás 35,000 ppm durante la marea entrante. Eso es un gran cambio desde el punto de vista de TDS. Todo lo que hacemos desde el punto de vista de la disfunción eréctil es aumentar la cantidad de energía necesaria para expulsar esas sales de la solución», explicó Buzzell.

«La cantidad de energía necesaria se basa completamente en la cantidad de sal que necesita expulsar, por lo que es una función completamente del caudal y la concentración de sal en el agua que fluye a través del módulo.»

Con ED, la calidad del agua no se ve afectada por la reducción de energía. Cualquier energía que no se necesite se ahorra, pero la salida es consistente. Con el RO, la calidad constante del agua depende de una cierta presión (alta) para bombear y filtrar el agua de alimentación a través de pequeños poros de membrana, independientemente de la cantidad de sal que se elimine.

«Hasta cierto punto, es una tecnología tonta», dijo Buzzell sobre RO. «Es solo una eliminación directa, y no hay mucho que puedas hacer para cambiar la salida. Puede cambiar la presión, pero obtiene una salida bastante similar.»

Operación de baja presión

Mientras que el RO depende de alta presión para su tratamiento de membrana, el ED funciona mediante separación de flujo cruzado utilizando membranas de intercambio iónico (IX), que es un proceso de flujo tangencial/de baja presión. A diferencia de la fuerza bruta de la filtración de RO, ED funciona silenciosamente y no requiere tuberías, válvulas ni bombas especializadas para adaptarse a la intensa presión de RO.

» Estamos operando a menos de 7 bar; ellos están operando a 70 bar», señaló Buzzell. «Para que una bomba de 1000 psi funcione, es discordante. Tienes que diseñar para tener en cuenta el ruido, la vibración y la presión.»

Costo del ciclo de vida

De acuerdo con Buzzell, estos requisitos de equipos exigentes para RO se cobran su peaje. La ED es impulsada principalmente por el agua de alimentación del sistema, no por bombas, lo que ayuda a reducir los costos del ciclo de vida. Citando los estudios internos de Evoqua, Buzzell informó que el nuevo sistema de ED de NEXED muestra una ventaja del 10 por ciento sobre el RO en el costo total del ciclo de vida para aplicaciones de agua salobre, incluida una reducción del 30 por ciento en el uso de energía (basado en el uso de energía de RO de 3 kWh/m3). «Pero la ósmosis inversa no se ha detenido en absoluto», reconoció Buzzell. «Han hecho avances.»

Aunque pueden cambiar con el tiempo, los costos de capital y de energía son fáciles de calcular y comparar; los costos de O&M son más difíciles de evaluar. Buzzell sostuvo que, debido a que el RO requiere más equipos que funcionen en un entorno severo, el ED obtiene una ventaja con respecto al O&M a largo plazo.No solo es menos costoso, sino también más simple.

Fácil mantenimiento

Tanto el RO como el ED requieren regímenes de limpieza in situ (CIP) para mantener las membranas libres de incrustaciones y ensuciamientos; sin embargo, cuando se desconecta un patín de RO para limpiarlo, hay una caída necesaria en la capacidad de tratamiento, y ese no es el caso de la disfunción eréctil. Buzzell explicó:

» Sacar un patín de servicio para hacer una limpieza en el lugar, nada cambia realmente . Nuestro caudal y el agua del producto seguirían siendo los mismos. El sistema solo aplicaría más energía a los módulos que están tratando el aumento del flujo. Hacemos nuestra operación CIP en el módulo que está fuera de funcionamiento, lo volvemos a poner en línea y pasamos al siguiente.»

Dado que no hay necesidad de considerar la pérdida de capacidad, los programas de CIP son fáciles de mantener con ED. Además, el mantenimiento físico es «un poco más fácil en general», según Buzzell.

Huella ajustable

Finalmente, la capacidad de ajuste de ED permite a los operadores funcionar a mayor potencia y reducir su huella física; o, por el contrario, aumentar el número de módulos y mantener bajo el consumo de energía. Esta flexibilidad es más ventajosa cuando el espacio o la energía son un producto especialmente costoso, por ejemplo, el precio superior del espacio a bordo de buques y plataformas de alta mar. Si tanto el tiempo como el espacio equivalen a dinero, los dos últimos beneficios hablan de los ahorros de costos que aporta la «afinación».

El crédito para reducir el costo de la disfunción eréctil es atribuible a una nueva membrana de intercambio iónico desarrollada por Evoqua e incorporada a sus módulos de desalinización electroquímica NEJA. Buzzell me informó que la membrana no solo rompe las barreras de costos, sino que también mejora el diseño y el rendimiento de cualquier membrana IX anterior. Incluso se puede utilizar para la desalinización de agua de mar en los próximos años, pero ese no es el enfoque actual de la compañía (aunque es una perspectiva emocionante). Por ahora, el avivamiento de la ED de Evoqua se centra en aplicaciones particulares de agua salobre, de 2,000 a 15,000 ppm, principalmente industriales, donde los beneficios mencionados anteriormente pueden eclipsar al RO. Las oportunidades para el futuro dependerán de cómo se desempeñe la tecnología en esta primera fase, y no hay mejor lugar para determinar la rentabilidad que el sector privado.