Analysis and feasibility of chemical products reduction in the clean in place of ultrafiltration as a pre-treatment technology for reverse osmosis desalination

Abstract

The reverse osmosis seawater desalination plants open-intake requires different strategies of pre-treatment to reduce the biofouling and scaling. The UltraFiltration (UF) technology is a recent application to this process. In this work, some alternatives to chemical products reducing in chemically enhanced backwash (CEB) and clean in place (CIP) of a UF rack have been studied. Mainly the sodium hypochlorite consumption, due to its biofouling precursor effect over reverse osmosis membranes. For this purpose, the optimal filtration time has been studied, to get the highest water production prior to the CIP, as well as some modifications in the conventional CIP's, modifying the duration of the stages of the same. The results were compared with the current mode of daily operation of the CEB. The results show that a reduction of up to 60% in the amount of sodium hypochlorite per cubic meter of water produced employed in UF CEB's, mini CIP's and CIP's can be achieved. However, the consumption of the rest of chemical dosing increased notably, and therefore the operating cost of UF also increased. In addition, there was an increase of desalted water consumption to the chemical products removed, up to almost 95,84 %, in comparison with the currently operational mode of CEB. On the other hand, operating the UF plant in the manner proposed requires a automatization of the process and expert staff to programme the control. Therefore, based on the results obtained, the alternatives proposed could reduce the chemical products in use, but it is not conclusive in terms of exploitation operational costs.

Las captaciones abiertas de agua de mar para desalación por osmosis inversa requieren diferentes estrategias de pretratamiento para reducir el efecto del biofouling e incrustaciones. La UltraFiltración es una aplicación reciente a este proceso. En este trabajo se han estudiado alternativas para reducir el consumo de productos químicos, tanto en las limpiezas diarias de mantenimiento (CEB’s) como en las limpiezas químicas intensivas (CIP’s) de los bastidores de UF. Principalmente el consumo del hipoclorito sódico, por su efecto precursor del biofouling sobre las membranas de ósmosis inversa. Para ello se ha estudiado el tiempo de filtración óptimo, con el cual se obtiene la mayor producción de agua, previo al CIP, así como modificaciones en los CIP’s convencionales, modificando la duración de las etapas del mismo. Los resultados se compararon con el modo de operación actual, es decir realizar CEB’s con una frecuencia diaria. Los resultados revelaron que se puede alcanzar una reducción de hasta un 60% de la cantidad de hipoclorito sódico por metro cúbico de agua producida, en los CEB’s, mini CIP’s y CIP’s de la UF. No obstante, se incrementa notablemente el consumo del resto de reactivos químicos, así como el coste de explotación de la tecnología de UF. Adicionalmente, también se observó un incremento en el consumo de agua osmotizada, empleada en los desplazamientos de los productos químicos durante los mini CIP’s, de hasta un 95,84 %, con respecto al agua osmotizada empleada operando con CEB’s. Por otro lado, operar la planta de UF como pretratamiento a la ósmosis, del modo planteado, requiere automatizar el proceso y contar con personal especialista en programación y automatización. Por lo que, en base a los resultados obtenidos, se determina que las alternativas planteadas si bien pueden reducir el uso de productos químicos, no son concluyentes como una medida de ahorro en costes de explotación.