Modelización de la concentración de salmueras de desalinización mediante procesos de electrodiálisis

Abstract

Una de las líneas de investigación del proyecto SOSTAQUA, en la que cooperan Aguas de Barcelona, el grupo Solvay y la Universitat Politècnica de Catalunya, estudia la valorización de las salmueras de rechazo generadas en las plantas de desalinización para su posterior uso en la industria cloro-álcali. Las celdas de electrólisis actualmente empleadas para la producción de cloro y sosa requieren que las salmueras con las que se alimenta el proceso tengan una concentración próxima a la saturación (300 g/L). Sin embargo, el residuo salino de los procesos de desalinización presenta una concentración de cloruro sódico que suele rondar los 60 g/L, de modo que resulta imprescindible concentrar y purificar estas salmueras si se desea utilizarlas como materia prima en el proceso de electrólisis. Para llevar a cabo esta etapa intermedia de concentración, se decide emplear la electrodiálisis (ED) y para probar la efectividad de esta técnica en la aplicación descrita, se pone en marcha una planta piloto en El Prat del Llobregat, Barcelona. El Proyecto Final de Carrera que aquí se presenta tiene por objetivo elaborar un modelo matemático que permita simular el proceso de ED en la planta piloto. Con ello, se pretende estudiar la evolución del sistema ante diferentes escenarios sin necesidad de llevar a cabo largos y costosos experimentos, y así poder determinar si realmente es posible alcanzar los requerimientos de concentración necesarios. Basándose en los modelos teóricos que estudian el transporte de los iones en disolución a través de las membranas de intercambio iónico y teniendo en cuenta la configuración de los diferentes circuitos de los que consta la planta piloto objeto de estudio, se plantean las ecuaciones que describen los principales fenómenos de transferencia de masa que tienen lugar dentro del stack de ED. También se incluye en el modelo, el estudio del consumo energético requerido para producir cada tonelada de producto, puesto que éste debe mantenerse por debajo de unos determinados valores umbral si se desea que la ED resulte una tecnología competitiva para la aplicación estudiada. Después de estimar el valor más apropiado para cada uno de los parámetros que intervienen en las ecuaciones que conforman el modelo, se procede a su implementación en MATLAB. Seguidamente, el modelo debe ser sometido a una etapa de validación para poder garantizar que las predicciones se ajustan al comportamiento real de la planta, en cuyo caso podrá aceptarse el modelo creado como una potente herramienta de simulación para el proceso estudiado. Si, además, los resultados obtenidos por el modelo ya validado cumplen con las expectativas previstas de concentración y consumo energético, la ED podría contemplarse como una tecnología viable a escala industrial para la concentración de salmueras de desalinización.