Num. 68, Nov. 2017

El Manantial

Remineralisation of desalinated waters

Handbook for the design and operation of up-flow limestone contactors of constant height

Manuel Hernández-SuárezPh.D., M.Sc., Dipl. Ing.

DRINTECFCCA

www.fcca.es

™

Remineralisation of desalinated waters

Handbook for the design and operation of up-flow limestone contactors of constant height

Manuel Hernández-Suárez

Ph.D., M.Sc., Dipl. Ing.

FCCA DRINTEC™

SUMMARY This handbook provides an updated view of the state of knowledge based on data collected from different research and development projects in which the author has intervened. It includes tables and graphs that allow a compression of the design criteria for calcite beds and especially for those of up-flow and constant height in different environmental conditions. With a direct and simple style, the author relying on his years of experience has tried to generate a useful and eminently practical document. It is presented as an extension of the Guideline for the Remineralisation of Desalinated Waters by the same author (M. Hernández, 2010, available on www.fcca.es). This handbook offers new results and the modification of certain curves in accordance with the work performed and experience acquired since that time. The objective has been to build on the aforementioned Guideline with updated design criteria for DrinTec™ type up-flow limestone contactors of constant height. Information already published in the Guideline (2010) is repeated only when it has been necessary to enlarge upon the text. As in the case of the aforementioned Guideline, in the present report desalinated water is understood as being the permeate water from reverse osmosis plants, coming from either seawater or brackish waters. However, most results would are applicable to distilled water. The book has 85 pages and can be ordered in English (only pdf) or Spanish (pdf or paper) at fcca.es/en/books/. Price: €40.

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6.16 Efecto de la humedad en el funcio-namiento de los lechos DrinTec™

Bien porque la calcita llega a la planta con humedad o porque absorbe humedad dentro del silo puede darse el caso que el material tienda a apelmazarse ligeramente.

Si la calcita tiene muchos finos el problema puede agu-dizarse y la alimentación de los lechos puede verse di-

ficultada por la formación de bóvedas que impiden la caída de material a través de los conos de dosificación.

El diseño del sistema de dosificación es por tanto muy importante para evitar este problema. Las fotos de las Figuras 6.16.1 y 6.16.2 ilustran el aspecto de la calcita en el silo de alimentación de dos plantas diferentes.

Agua

aqualia

TAGUAO!"#$ % S&"'()(*$ +#"# &,A-. #

Concessionària de la Generalitat de Catalunya, SA

Tecnología del Agua

arathon il

TM

GE Power & WaterWater & Process Technologies

AES ARABIA LTDEnvironmental & Process Engineering

Fig. 6.16.1: Aspecto de la calcita suelta y seca en un silo de un lecho tipo DrinTec™.

Fig. 6.16.2: Aspecto de una calcita húmeda con pro-blemas de finos y agregación de partículas en un silo de un lecho tipo DrinTec™.

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ACKNOWLEDGEMENTInaddi'ontotheindividualslistedinthebook,theauthorwouldliketothankthefollowingcompaniesforsuppor'nghiswork.

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6.16 Efecto de la humedad en el funcio-namiento de los lechos DrinTec™

Bien porque la calcita llega a la planta con humedad o porque absorbe humedad dentro del silo puede darse el caso que el material tienda a apelmazarse ligeramente.

Si la calcita tiene muchos finos el problema puede agu-dizarse y la alimentación de los lechos puede verse di-

ficultada por la formación de bóvedas que impiden la caída de material a través de los conos de dosificación.

El diseño del sistema de dosificación es por tanto muy importante para evitar este problema. Las fotos de las Figuras 6.16.1 y 6.16.2 ilustran el aspecto de la calcita en el silo de alimentación de dos plantas diferentes.

Agua

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Concessionària de la Generalitat de Catalunya, SA

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Fig. 6.16.1: Aspecto de la calcita suelta y seca en un silo de un lecho tipo DrinTec™.

Fig. 6.16.2: Aspecto de una calcita húmeda con pro-blemas de finos y agregación de partículas en un silo de un lecho tipo DrinTec™.

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7.1 Introducción

Al ser de flujo ascendente, posiblemente el mayor pro-blema de manejar unos lechos sin lavar del tipo Drin-Tec™ es el arrastre de finos durante los arranques o los aumentos incontrolados de velocidad superficial.

Cuanto menor sea la velocidad superficial del agua en el lecho más pequeñas serán las partículas que no son arras-tradas por el agua. En la Figura 7.1.1 se muestra la velo-cidad de sedimentación para distintos diámetros de par-tículas calculada a partir de la ley de Stockes. Según esta curva, las partículas de Ø < 40 µm situadas en la super-ficie del lecho serían arrastradas por el flujo ascendente del agua cuando velocidad superficial supera los 5 m/h.

Fig. 7.1.1: Velocidad de sedimentación de las partí-culas de calcita según su diámetro según a Ley de Stockes.

Sin embargo, el origen de la turbidez generada por lospequeños cambios de caudal está realmen-te en el arrastre de la calcita sedimentada alrededor superficie de las partículas don-de la velocidad su-perficial es muy baja.

El aumento de la velo-cidad superficial impli-ca una disminución del volumen de la capa de difusión alrededor de las partículas (ver Ca-pítulo 5) lo que genera el arrastre de las micro y nano partículas que están sedimentadas en-dicha zona.

7. EFECTO DE LOS CAMBIOS DE VELOCIDAD SUPERFICIAL EN LA TURBIEDAD DEL AGUA TRATADA

Para minimizar este efecto se procura, a) mante-ner constante la velocidad superficial del lecho, y b) operar las celdas con una velocidad superficial lomás alta posible para minimizar el volumen de la capa de difusión alrededor de las partículas.

La duración del evento de turbiedad depende por lado del incremento de la velocidad superficial (Q2) respecto a la velocidad a la que se había estado funcionando con anterioridad (Q1) y por otro lado de los finos que se hayan acumulado debido a la propia velocidad superficial Q1 .

La Figura 7.1.2 resume el comportamiento de un lecho de 21 m2 debido a diferentes incrementos del caudal de entrada a las celdas y donde Q1 es el caudal original, equivalente a una Vsup de 6 m/h y Q2 el caudal después del incremento.

Como puede comprobarse cuando no hay aumento res-pecto al caudal anterior, i.e Q2 = Q1, el evento de tur-biedad es de unos minutos. Pero cuando el aumento de caudal es 2 veces el caudal original, ie. Q2 = 2 x Q1, la turbiedad puede permanecer por encima de 1 NTU durante unas 6 horas o tal vez más.

Las curvas de la Figura 7.1.2 han sido inferidas del estu-dio de la planta de El Prat de Barcelona que se menciona más adelante y corroborado con casos posteriores.

La Figura 7.1.3 muestra el caso práctico de un salto de caudal casi 4 veces el caudal inicial y de una planta con una velocidad superficial inicial Q1 de aproximadamente 5 m/h. Como puede verse el evento de turbiedad tuvo una duración de 8 horas hasta que la turbiedad bajo de 1 NTU.

7. EFECTO DE LOS CAMBIOS DE VELOCIDAD SUPERFICIAL EN LA TURBIEDAD DEL AGUA TRATADA

mariskone, s.a.

BarcelóHOTEL GROUP

Canal

YONSAN ENGINEERING PTE LTDYONSAN ENGINEERING PTE LTD

Fig. 7.1.2: Evolución de los eventos de turbiedad según el aumento de caudal en una celda de 21 m2. Q1 = caudal inicial. Q2 = caudal después del aumento correspon-diente. (Ver texto para detalles).

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7.1 Introducción

Al ser de flujo ascendente, posiblemente el mayor pro-blema de manejar unos lechos sin lavar del tipo Drin-Tec™ es el arrastre de finos durante los arranques o los aumentos incontrolados de velocidad superficial.

Cuanto menor sea la velocidad superficial del agua en el lecho más pequeñas serán las partículas que no son arras-tradas por el agua. En la Figura 7.1.1 se muestra la velo-cidad de sedimentación para distintos diámetros de par-tículas calculada a partir de la ley de Stockes. Según esta curva, las partículas de Ø < 40 µm situadas en la super-ficie del lecho serían arrastradas por el flujo ascendente del agua cuando velocidad superficial supera los 5 m/h.

Fig. 7.1.1: Velocidad de sedimentación de las partí-culas de calcita según su diámetro según a Ley de Stockes.

Sin embargo, el origen de la turbidez generada por lospequeños cambios de caudal está realmen-te en el arrastre de la calcita sedimentada alrededor superficie de las partículas don-de la velocidad su-perficial es muy baja.

El aumento de la velo-cidad superficial impli-ca una disminución del volumen de la capa de difusión alrededor de las partículas (ver Ca-pítulo 5) lo que genera el arrastre de las micro y nano partículas que están sedimentadas en-dicha zona.

7. EFECTO DE LOS CAMBIOS DE VELOCIDAD SUPERFICIAL EN LA TURBIEDAD DEL AGUA TRATADA

Para minimizar este efecto se procura, a) mante-ner constante la velocidad superficial del lecho, y b) operar las celdas con una velocidad superficial lomás alta posible para minimizar el volumen de la capa de difusión alrededor de las partículas.

La duración del evento de turbiedad depende por lado del incremento de la velocidad superficial (Q2) respecto a la velocidad a la que se había estado funcionando con anterioridad (Q1) y por otro lado de los finos que se hayan acumulado debido a la propia velocidad superficial Q1 .

La Figura 7.1.2 resume el comportamiento de un lecho de 21 m2 debido a diferentes incrementos del caudal de entrada a las celdas y donde Q1 es el caudal original, equivalente a una Vsup de 6 m/h y Q2 el caudal después del incremento.

Como puede comprobarse cuando no hay aumento res-pecto al caudal anterior, i.e Q2 = Q1, el evento de tur-biedad es de unos minutos. Pero cuando el aumento de caudal es 2 veces el caudal original, ie. Q2 = 2 x Q1, la turbiedad puede permanecer por encima de 1 NTU durante unas 6 horas o tal vez más.

Las curvas de la Figura 7.1.2 han sido inferidas del estu-dio de la planta de El Prat de Barcelona que se menciona más adelante y corroborado con casos posteriores.

La Figura 7.1.3 muestra el caso práctico de un salto de caudal casi 4 veces el caudal inicial y de una planta con una velocidad superficial inicial Q1 de aproximadamente 5 m/h. Como puede verse el evento de turbiedad tuvo una duración de 8 horas hasta que la turbiedad bajo de 1 NTU.

7. EFECTO DE LOS CAMBIOS DE VELOCIDAD SUPERFICIAL EN LA TURBIEDAD DEL AGUA TRATADA

mariskone, s.a.

BarcelóHOTEL GROUP

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YONSAN ENGINEERING PTE LTDYONSAN ENGINEERING PTE LTD

Fig. 7.1.2: Evolución de los eventos de turbiedad según el aumento de caudal en una celda de 21 m2. Q1 = caudal inicial. Q2 = caudal después del aumento correspon-diente. (Ver texto para detalles).

ALGAE GROWTH IN LIMESTONE BEDS DUE TO IN SIGHT GLASSES It is sometimes suggested transparent sight glasses should be be placed at tank walls to observe the status of the limestone bed. However, algae growth is a problem that arises when light, along with impurities in the calcite and water, leads to the proliferation of algae. Consequently, it is recommended not to place transparent sight glasses at the tanks and if this cannot be avoided, that they are kept covered in order to prevent the proliferation of algae.

TABLETS OF CA(OH)2 FOR REMINERALISATION Some remineralisation plants use Ca (OH)2 to raise the pH after the calcite beds in order to obtain a positive LSI. Up to now the standard procedure consists of injecting the lime milk directly into the remineralised water at a dose of around 17±1 mg Ca(OH)2/L.

However, the use of lime milk generally involves problems of dust and difficulties in controlling accurate dosage. This may affect pH and also turbidity.

FCCA has studied the possibility of manufacturing tablets of Ca(OH)2 to avoid the use of lime powder, for which it has carried out a series of dilution experiments of different tablet compositions and using a tablet dissolver expressly designed for this purpose.

The results suggest that Ca(OH)2 tablet dissolver can be made to work correctly and also allow continuous feeding without generating turbidity.

However, the industrial manufacture of Ca(OH)2 tablets has brought an unexpected problem since the fluidity of the lime powder is not sufficient to feed the equipment, so additives must be used.

These additives, talc and calcium triphosphate, although in small doses are a limitation for the use of this new product at an industrial level required in the remineralisation of desalinated waters. Tablets of Ca(OH)2

Component of the tablet dissolver Tablet dissolver

CONTACT DETAILS EDITOR: Manuel Hernández, Ph.D., M.Sc., Dipl. Ing. Fundación Centro Canario del Agua; Calle Isla de Lanzarote 18; 38400 Puerto de la Cruz; Canary Islands, Spain Tel: +34 922 298664; e-mail: administracion@fcca.es; http://www.fcca.es; http://www.drintec.com

EDR MEMBRANE CLEANING TESTS WITH ULTRASOUND AND AIR

The biofouling of EDR membranes at the wastewater tertiary treatment plant of Las Galletas, Tenerife has always been an endemic problem that forces manual cleaning of the membranes every 1-2 months.

In order to evaluate the possibility of cleaning them with ultrasound and air, we used an ultrasonic equipment (http://www.sinaptec.fr/EN/) with frequencies between 29.05 and 36.8 kHz coupled to a tube where the rolled membranes were introduced. The equipment is designed also to inject air over the sonotrode which allows to generate a strong gurgling.

The tests were carried out with and without air injection.

The frequencies were increased from 29.05 to the maximum given by the equipment 35.8 kHz.

The results show no effect of the ultrasound cleaning, with or without air.

Any removing of biofouling was detected and the aspect of the membranes remained the same after all experiments.

It is concluded that this type of equipment does not allow to remove the fouling adhered to the walls, possibly because it is a viscous wet material that does not break apart and is very well embedded in and around the membranes.

FCCA would like to thank plant owner BALTEN (http://www.balten.es) and the plant operator TEDAGUA, S.A. (http://www.tedagua.com) for allowing to carry out the experiments, in particular engineer Fabio Avila for supervising the work.

Ultrasonic generator

Effect of rubbing the biofouling with finger E D R

membrane with

Transducer

Air injection

Rolled membran

PVC glass pipe