Estudio preliminar de un sistema de tratamiento de salmuera para vertido líquido cero (Zero Liquid Discharge) alimentado por gases de escape de micro turbina de gas

Abstract

El proyecto SOLMIDEFF (Solar micro gas turbine-driven desalination for environmental off-grid applications), financiado por el plan Nacional de Investigación del Gobierno de España tiene como objetivo el desarrollo de un sistema combinado de desalación de agua alimentado por energía solar, apto para instalaciones en en lugares aislados de la red eléctrica. En este trabajo se realiza un estudio teórico preliminar de un sistema de vertido cero o ZLD (Zero Liquid Discharge), instalado aguas debajo del escape de una microturbina de gas solar, el cual consiste en un proceso térmico para recuperar agua de la corriente de salmuera que, de otro modo, sería vertida al ambiente. Esta característica de SOLMIDEFF incorpora ventajas muy importantes respecto de los sistemas convencionales basados en tecnología fotovoltaica. El sistema ZLD consiste en un regenerador al cual entra un gas caliente en flujo horizontal y, tras pasar por un codo, asciende y se encuentra con la salmuera procedente del proceso de ósmosis, la cual se inyecta a contracorriente y por gravedad a cierta altura dentro del canal, evaporando el agua de la salmuera para separarla de la sal. En este estudio se incluye el análisis de la geometría del regenerador, el mallado empleado y unas condiciones de contorno suficientes para que el sistema alcance el objetivo de evaporar el agua de la salmuera introducida (caso base). Tras un estudio completo sobre el efecto de cada variable en el sistema se demuestra que el del tamaño de las gotas introducidas y su caudal toman un papel fundamental en la evaporación de las gotas. Finalmente, empleando la información recabada a lo largo del trabajo, se desarrollan mejoras para el caso base, consiguiendo duplicar la cantidad de salmuera evaporada en relación a un cierto caudal de gases de escape de la microturbina de gas.

The SOLMIDEFF (Solar micro gas turbine-driven desalination for environmental off-grid applications) project, which is financed by the National plan of Investigation of the Government of Spain, persues the development of combined system that removes salt from seawater powered by solar energy, what makes it suitable to off-grid applications. This project consists on a preliminar theoretical study of the initial design of a ZLD (Zero Liquid Discharge) system, a thermal process in which water is recovered from bride, since it could not be recovered otherwise. Besides, this characteristic of SOLMIDEFF involves deep innovations regarding the conventional systems based on photovoltaic energy. The ZLD system consists on a regenerator where a hot gas enters horizontally and, after passing through an elbow, ascends and meets an introduced bride current coming from a previous osmosis process, which is counter current inyected and falls by gravity at a certain height into the canal, evaporating the water within the bride in order to separate it from the salt. This project involves the regenerator geometry, its mesh and preliminary boundary conditions that fulfil the goal of evaporating the water within the bride (reference frame). After a complete research about the effect that every variable has on the system, it is proved that bride’s drops size and flow rate are decisive aspects that determine the success of the process. Finally, the information gathered through the completion of this project is utilized to improve the reference frame, doubling the evaporated bride in relation with certain gas flow from the microgas turbine.