ES2377067A1 - PERFECCIONAMIENTOS EN EL OBJETO DE LA PATENTE Nº P200600257 Y EN LA PATENTE DE ADICIÓN Nº P200802271 POR: PLANTA DESALADORA-DEPURADORA DE AGUAS SALOBRES Y RESIDUOS INDUSTRIALES CON DESCARGA LÍQUIDA CERO. - Google Patents

PERFECCIONAMIENTOS EN EL OBJETO DE LA PATENTE Nº P200600257 Y EN LA PATENTE DE ADICIÓN Nº P200802271 POR: PLANTA DESALADORA-DEPURADORA DE AGUAS SALOBRES Y RESIDUOS INDUSTRIALES CON DESCARGA LÍQUIDA CERO. Download PDF

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Abstract

Perfeccionamientos en el objeto de la patente Nº P200600257 y en la patente de adición Nº P200802271 por: planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero, consistentes en incorporar un módulo (25) de tratamiento mediante resinas de intercambio iónico, antes de la primera planta (1) de osmosis inversa o la segunda (9), eliminando los de tratamiento químico; la incorporación de un módulo (27) de compresión mecánica de vapor; o alternativamente uno módulo (26) de electrodiálisis, ubicado tras la segunda planta (9) de osmosis inversa y previamente al módulo (23) de tratamiento térmico; y la incorporación de un módulo (28) de nanofiltración a la salida de las plantas (1) y (9) consistente en un entramado de membranas que separa el agua en dos corrientes, una con iones pequeños (NaCl) y otra con iones grandes retenidos en la membrana (Na2SO4), contando con una válvula (29).

Description

Perfeccionamientos en el objeto de la patente nº P 200600257 y en la patente de adición nº P 200802271 por: "Planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero".
Campo de la invención
El presente certificado de Adición se refiere a unos perfeccionamientos en el objeto de la Patente nº P-200600257, y adición nº P-200802271 relativa a una planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero.
Como queda expresado en la descripción de la patente principal, se trata de una planta cuya finalidad es conseguir agua dulce y potable mediante el desalado o depurado de aguas de distintas procedencias sin generar residuo líquido alguno, integrando para ello procesos de osmosis inversa (OI) o filtración con tratamientos químicos complejos de las salmueras o residuos y con procesos de centrifugación y de alto vacío. Por su parte, los perfeccionamientos aportados a dicha invención mediante el citado certificado de adición se refieren a varios aspectos de la instalación, para optimizar el rendimiento del sistema en su conjunto, ampliando y diversificando el abanico de posibilidades para su utilización, concretamente centrados de forma muy resumida, por una parte, en la sustitución de las cámaras de alto vacío por evaporadores o cristalizadores, recibiendo el rechazo un tratamiento consistente en el paso por un evaporador y a continuación por un cristalizador que podrá ser de uno o más efectos, o por un secadero de spray, o empleando un evaporador de película fina, teniendo como objetivo la obtención de una sal cristalizada sin fase líquida, que sea fácilmente manejable y valorizable, y por otra parte, en la modificación del secadero donde se envían las sales incrustantes, pasando a ser ecológico o un filtro de prensa.
En este segundo certificado de adición, las mejoras propuestas para la planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero tienen como objeto mejorar los rendimientos de producción de agua así como los rendimientos energéticos y la operatividad de la planta para lo cual se centran en los siguientes aspectos concretos:
- Por una parte en la inclusión de un módulo de tratamiento mediante resinas de intercambio iónico.
- Por otra parte, en la inclusión de otro módulo de compresión mecánica de vapor o, alternativamente, un módulo de electrodiálisis.
- Y, finalmente, en la inclusión de un módulo de nanofiltración a la salida de las plantas de osmosis inversa.
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Todas estas opciones quedarán ampliamente detalladas más adelante.
Por otra parte, cabe mencionar que el incorporar un módulo de compresión mecánica de vapor supone una realización tan válida o incluso más de la invención, dado que en dicho caso, ya no se hace necesario un tratamiento térmico posterior, consiguiéndose mejorar la eficiencia de la planta, tal como se explicará en detalle más adelante.
Campo de la invención
La invención tiene su campo de aplicación dentro de la industria dedicada a la fabricación de plantas potabilizadoras, desaladoras o depuradoras.
Antecedentes de la invención
Tal como se indica en la patente principal, las plantas desaladoras y depuradoras de aguas existentes en la actualidad presentan una serie de inconvenientes, de los cuales los más importantes son el alto costo económico y energético que se ha de asumir para la obtención del agua desalada o depurada y, por otro lado, la producción de un caudal de rechazo que, según el tipo de tratamiento empleado, puede alcanzar hasta el 50% del volumen total del agua tratada en el proceso. Este rechazo, además, incluye una serie de productos biocidas, anti-incrustantes y anti-espumantes que pueden llegar a ser muy perjudiciales para la flora y fauna del entorno donde se vierta.
Todos estos inconvenientes limitan en gran medida la posibilidad de obtener agua apta para el consumo humano o para la realización de actividades diversas, debiéndose optar por el abastecimiento de agua mediante trasvases o incluso transporte mediante vehículos.
Los tipos más comunes de plantas de desalación existentes en la actualidad emplean, para la obtención de agua, un tratamiento de evaporación del agua, precipitándose de este modo las sales. En estos casos se obtiene un rendimiento muy bajo y altos costos de producción y con un gran consumo de energía. Las plantas de osmosis inversa mejoran los rendimientos (se obtiene hasta un 70% del agua salobre tratada) aunque, sin embargo, el rechazo obtenido posee una cantidad de sales disueltas mucho mayor, de modo que queda muy limitada su ubicación a causa de los perjuicios medioambientales que se pueden provocar al entorno.
Tal y como se indica en la patente principal, mediante la invención que en ella se describe, quedan resueltos en gran medida los problemas que se indican, haciendo de estas plantas desaladoras o depuradoras una opción mucho más atractiva tanto en lo económico como en lo relativo al medioambiente para la obtención de agua apta para el consumo humano.
Explicación de la invención
La planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero, según el presente certificado, resuelve aún mejor la problemática descrita, gracias a los perfeccionamientos que preconiza, los cuales están basados en la modificación tanto de la disposición como de la configuración de varios módulos de los procesos integrantes de la planta, de modo que se mejoran los rendimientos de producción de agua, así como los rendimientos energéticos y la operatividad de la planta.
Para ello y de forma concreta, dichas mejoras consisten en:
Incorporar a la planta un nuevo módulo de tratamiento mediante resinas de intercambio iónico, el cual se situará antes del primer módulo o planta de osmosis inversa o antes de la segunda planta de osmosis inversa con que está dotada la planta, ya que en ambas posiciones se consiguen ventajas.
Dichas ventajas, es decir, la inclusión del citado módulo de tratamiento mediante resinas de intercambio iónico antes de la osmosis vienen dadas por el hecho de que se ablanda el agua, ya que se eliminan en gran parte las partículas de cal y magnesio presentes, lo cual facilita mucho el proceso posterior, mejorando la operatividad de la planta y reduciendo la posibilidad de aparición de averías.
Cabe señalar que las resinas de intercambio iónico necesitan de una regeneración periódica, con objeto de eliminar las sales acumuladas en ellas para que funcionen correctamente. Para realizar dicha regeneración, se realiza un lavado con salmuera proveniente de algún rechazo del proceso seguido en la planta, cuanto más salobre mejor, dado que de este modo se mejora la eficacia de la regeneración realizada.
Además, la inclusión del citado módulo de tratamiento mediante resinas de intercambio iónico sustituye los anteriores tratamientos químicos, por lo que otra de sus ventajas es que ya no se necesita tratar el agua, consiguiéndose los mismos efectos sin necesidad de usar reactivos. De ello, asimismo, se desprende una disminución de costes de mantenimiento y de contaminantes emitidos, ya que la salmuera necesaria para la regeneración es suministrada por la propia planta.
Siguiendo con la invención, la segunda mejora que aporta el presente certificado de adición consiste en incluir otro nuevo módulo de tratamiento de electrodiálisis, el cual irá situado a la salida de la segunda planta de osmosis inversa y previamente al módulo de tratamiento térmico que sustituye, según las mejoras del primer certificado de adición, a las cámaras de alto vacío.
La electrodiálisis consiste en la aplicación de varias membranas hechas del un material similar al de las resinas, dispuestas en una pila de forma que al hacer pasar corriente eléctrica por el agua, los iones negativos y positivos son forzados a desplazarse hacia sendos polos de la pila, pasando a través de las membranas selectivas los iones y quedando el resto de agua libre de gran parte de las sales que contenía. Se ha observado que un proceso de estas características es particularmente beneficioso para la productividad de la planta, que se ve aumentada en gran medida con un gasto energético muy reducido en comparación con los beneficios obtenidos.
En dicho módulo de tratamiento de electrodiálisis se eliminan en gran parte las sales presentes en el agua, obteniendo un diluido, con poca cantidad de sal, que volverá a recircularse para que entre en la primera planta de osmosis inversa, previéndose también la posibilidad de que la recirculación se produzca en la segunda osmosis
inversa.
Por otro lado, se obtiene un concentrado de sales, que será lo que se envíe al módulo de tratamiento térmico para que siga su procesado.
Con la inclusión de este nuevo módulo se aumenta en gran mediad la producción de agua y, aunque el tratamiento de electrodiálisis supone un aumento del consumo energético, los rendimiento de la planta aumentan mucho, compensando dicho aumento sobradamente.
En una variante de realización de la invención, que de hecho, por sus ventajas, supone una realización preferida de la misma, se contempla la incorporación de un módulo de compresión mecánica de vapor que sustituye al módulo de tratamiento de electrodiálisis, consiguiendo unos resultados muy parecidos de separación de sales.
Dicho módulo consiste en un intercambiador de calor donde se evapora un líquido, en este caso el agua salada, en un lado de la superficie de intercambio, y se comprime mecánicamente lo suficiente para que condense en el otro lado y pueda mantenerse el ciclo de destilación de agua salvando las pérdidas del proceso y la elevación de la temperatura de ebullición del agua salada respecto a la pura.
La incorporación del módulo de compresión mecánica de vapor en lugar del módulo de tratamiento de electrodiálisis tiene dos consecuencias para el proceso:
- Ya no se obtiene un diluido que haya que llevar a la entrada de alguna de las plantas de osmosis inversa, sino que se obtiene agua dulce por un lado y salmuera por otro. En consecuencia la planta contarla con dos módulos de osmosis inversa, uno a continuación del otro, por lo que se unen ambos módulos, consistiendo ahora el proceso de osmosis inversa en un solo módulo más grande que sustituye a los anteriores. La salmuera de este módulo de compresión mecánica de vapor irá a parar al módulo de tratamiento térmico siguiendo igual proceso que en esquemas
anteriores.
- En función de la intensidad con que se aplique este proceso se podrá obtener una mayor o menor cantidad de agua producto. Existe la posibilidad de que este módulo, entrando en sustitución del módulo de tratamiento de electrodiálisis, se emplee para separar totalmente el agua y las sales provenientes de la osmosis inversa, de forma que no se obtenga salmuera sino un residuo sólido de sales. Esto haría innecesario el tratamiento térmico, ya que seria en este punto donde se ha conseguido el objetivo de la planta de depurar agua sin obtención de residuo líquido
alguno.
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En este sentido, cabe destacar que la opción de emplear compresión mecánica de vapor hasta obtener sales secas directamente, es incluso más eficiente.
En consecuencia, como ya no es necesario el 1 tratamiento térmico, la planta generadora de calor, podrá ser mucho más pequeña, ya que sólo habrá que aportar calor antes y después de la osmosis inversa. Dicho calor se aportará entre procesos, es decir, entre la salida de las resinas de intercambio iónico y la entrada a la osmosis inversa, y entre la salida de la osmosis inversa y la entrada a la compresión mecánica de vapor.
Hay que decir que, aunque la energía producida por la planta lógicamente es mucho menor, puesto que la planta es más pequeña, se consigue mejorar notablemente el ratio agua producto/Kw consumido.
La disminución de energía a exportar por parte del sistema generador de calor supone una disminución de los ingresos de la planta, pero, con la reducción de ratio anteriormente citado, se consigue recuperar de sobra dicha disminución y aumentar los beneficios.
Asimismo, la presente adición contempla también la introducción de un módulo de nanofiltración a la salida de la planta o plantas de osmosis inversa.
La nanofiltración consiste en hacer pasar el agua a través de un entramado de membranas que separará el agua tratada en dos corrientes diferentes, quedando una corriente con iones de tamaño pequeño (NaCl) y otro con iones de tamaño grande que han quedado retenidos en la membrana (Na_{2}SO_{4}).
Con esto conseguimos separar los tipos de sales presentes en la salmuera procedente de la osmosis inversa en dos corrientes, de modo que se pasarla a tratar al siguiente módulo (ya sea de tratamiento de electrodiálisis, o de compresión mecánica de vapor o cualquiera de las posibilidades existentes), cada una de ellas alternativamente, por ejemplo 12 h al día cada corriente.
Así obtenemos, al desalinizar completamente el agua, sales diferentes según qué corriente de agua estemos tratando, facilitando así la puesta en valor para su uso posterior de las sales sólidas obtenidas.
Debe mencionarse que es más fácil encontrar aplicación a cada tipo de sal estando separadas que si están todas mezcladas.
Por último, hay que mencionar que este módulo de nanofiltración obligarla a poner una válvula motorizada que seleccione de donde procede el agua a tratar, de forma que entre en juego una corriente u otra.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
En la patente principal, las figuras número 1 y 2 muestran, en sendos diagramas de bloques, representaciones esquemáticas de la planta objeto de la invención en su variante como desaladora y como depuradora respectiva-
mente.
En el primer certificado de adición, la figura número 1.- Muestra un diagrama de bloques en el que se ha representado esquemáticamente y de manera simplificada los principales módulos de la planta que intervienen en los perfeccionamientos objeto de dicha adición, para un proceso estándar de flujo.
En este segundo certificado de adición, la figura número 1.- Muestra un diagrama de bloques en el que se ha representado esquemáticamente y de manera simplificada los módulos de la planta afectados de los perfeccionamientos objeto de esta adición, para un proceso en el que se incluyen el módulo de resinas de intercambio iónico y el módulo de electrodiálisis.
Las figuras número 2-A y 2-B.- Muestran un diagrama de bloques que representa esquemáticamente la variante alternativa de la planta con módulo de compresión mecánica de vapor, en sustitución del módulo de tratamiento de electrodiálisis, habiéndose representado en la figura 2-A el módulo de compresión mecánica de vapor obteniendo un rechazo de salmuera, y en la figura 2-B el módulo de compresión mecánica de vapor un residuo seco.
La figura número 3.- Muestra otro diagrama simplificado de la planta en su variante con módulo de compresión mecánica, en el que se ha incluido un módulo de nanofiltración, generando dos corrientes diferenciadas.
Realización preferente de la invención
Tal y como se ha indicado anteriormente, la forma de realización preferente para la planta desaladora objeto de la presente memoria será la del empleo de un módulo de compresión mecánica de vapor tras el cual se obtendrá un residuo sólido seco por un lado y agua dulce por otro, dado que resulta la opción más eficiente, quedando dicha opción reflejada en la figura 2b, que muestra una representación simplificada de los principales módulos y partes de la planta que intervienen en el proceso.
En las figuras se representan sendas opciones de incorporación de las mejoras citadas en la presente memoria, en la que inicialmente se incorporan módulos (25) de resinas de intercambio iónico y de electrodiálisis (26) al proceso, y que se describen con anterioridad al modo de realización preferente con objeto de facilitar la compresión del proceso y de las mejoras introducidas en la planta objeto de la invención.
Así, en la figura 1, queda reflejado como tras la entrada del agua a desalar, se contempla la incorporación de un módulo (25) de tratamiento mediante resinas de intercambio iónico, el cual se sitúa antes de la primera planta (1) de osmosis inversa, pudiéndose también disponer, en una realización alternativa, antes de la segunda planta (9) de osmosis inversa, tras el cual se dirige al depósito principal de almacenamiento (2).
Gracias a la existencia de dicho módulo (25) de tratamiento mediante resinas de intercambio iónico, mediante el cual se eliminan partículas de cal y se ablanda el agua a tratar antes de la osmosis, lo que facilita mucho el proceso posterior y además permite eliminar los anteriores módulos de tratamientos químicos, los cuales quedan sustituidos por dichas resinas.
Las resinas de intercambio iónico de dicho módulo (25) necesitan una regeneración periódica para lo cual se utiliza salmuera proveniente de algún rechazo del proceso de la planta, cuanto más salobre mejor.
Paralelamente, tras la segunda planta (9) de osmosis inversa y previamente al módulo (23) de tratamiento térmico, se prevé la incorporación de un módulo (26) de tratamiento de electrodiálisis, con el que se elimina gran parte de las sales presentes en el agua, obteniéndose un diluido, con poca cantidad de sal, que volverá a reciclarse para en entre de nuevo en la planta (1 ó 9), mientras que el concentrado de sales es llevado al módulo (23) de tratamiento térmico para que siga su procesado conforme se indicaba en el primer certificado de adición.
En una variante de realización de la invención, tal como se aprecia en las figuras 2-A y 2-B, de la cual cabe destacar que puede considerarse incluso como opción preferida, dada su eficacia, se contempla la incorporación de un módulo (27) de compresión mecánica de vapor en sustitución al módulo (26) de tratamiento de electrodiálisis, consiguiendo unos resultados muy parecidos de separación de sales.
Dicho módulo (27) consiste en un intercambiador de calor donde se evapora el agua a desalar, en un lado de la superficie de intercambio, y se comprime mecánicamente lo suficiente para que condense en el otro lado y pueda mantenerse el ciclo de destilación de agua salvando las pérdidas del proceso y la elevación de la temperatura de ebullición del agua salada respecto a la pura.
La incorporación del módulo (27) de compresión mecánica de vapor en lugar del módulo de tratamiento de electrodiálisis tiene dos consecuencias para el proceso: Dado que ya no se obtiene un diluido que haya que llevar a la entrada de alguna de las plantas de osmosis inversa, sino que se obtiene agua dulce por un lado y salmuera por otro, de modo que ya no será necesaria la separación de la osmosis inversa en dos módulos.
Así, la planta cuenta en dicha variante de realización con una planta (1/9) de osmosis inversa más grande que sustituye a las dos más pequeñas (1 y 9). La salmuera de este módulo (27) de compresión mecánica de vapor irá a parar al módulo (23) de tratamiento térmico siguiendo proceso que en esquemas anteriores (figura 2a).
En la figura 2-B, que reflejada la forma de realización preferente de la presente invención, en la que el módulo de compresión mecánica de vapor (27) obtiene a su salida agua dulce por un lado, que será llevada hasta el depósito de almacenamiento de agua producto (2) y un residuo sólido seco por otro, de modo que ya no es necesario el tratamiento térmico.
En consecuencia, el sistema generador de calor (12) únicamente habrá de aportar calor en partes puntuales del proceso, con lo que se reduce en gran medida las necesidades energéticas de la planta pudiendo prescindirse del sistema de cogeneración (12) o sustituirlo por otro de prestaciones más reducidas.
Por último, la presente adición contempla también la introducción de un módulo (28) de nanofiltración a la salida de las plantas (1) y (9) de osmosis inversa, representado en la figura 3.
La nanofiltración de dicho módulo (28) consiste en hacer pasar el agua a través de un entramado de membranas que separará el agua tratada en dos corrientes diferentes, quedando una corriente con iones de tamaño pequeño (NaCl) y otra con iones de tamaño grande que han quedado retenidos en la membrana (Na_{2}SO_{4}), pasándose a tratar cada una de ellas al módulo siguiente de forma alternativamente, por ejemplo 12 h al día cada corriente, para lo cual se dispondrán sendos depósitos (31) y (32) donde se almacenará el agua procedente de cada corriente mientras no se esté tratando.
La incorporación de dicho módulo (28) de nanofiltración obligarla a poner una electroválvula (29) motorizada que seleccione de donde procede el agua a tratar, de forma que entre en juego una corriente u otra.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (7)

1. Perfeccionamientos en el objeto de la Patente nº P 200600257 y en la patente de adición nº P 200802271 por: Planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero, caracterizados por el hecho de que se dispone un módulo (25) de resinas de intercambio iónico el cual podrá estar situado a la entrada del primer módulo (1) de osmosis inversa o a la entrada del segundo módulo (9); en que la regeneración del módulo de resinas de intercambio iónico se realiza con agua con alta concentración de sales proveniente del rechazo de cualquiera de los otros módulos integrantes del sistema.
2. Perfeccionamientos en el objeto de la patente nº P 200600257 y en la patente de adición nº P 200802271 por: Planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero, caracterizados por el hecho de que se dispone, a la salida del segundo módulo (9) de osmosis inversa y previo al tratamiento térmico (23), de un módulo (26) de electrodiálisis, con el que se elimina gran parte de las sales presentes en el agua, obteniéndose un diluido, con poca cantidad de sal, que volverá a reciclarse para en entre de nuevo en la planta (1 ó 9).
3. Perfeccionamientos en el objeto de la patente nº P 200600257 y en la patente de adición nº P 200802271 por: Planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero, caracterizados por el hecho de que se dispone, a la salida del segundo módulo (9) de osmosis inversa, de un módulo (27) de compresión mecánica de vapor.
4. Perfeccionamientos en el objeto de la patente nº P 200600257 y en la patente de adición nº P 200802271 por: Planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero, según la reivindicación 3, caracterizados por el hecho de que se sustituyen los dos módulos (1 y 9) de osmosis inversa, existentes anteriormente, por un solo módulo (30) de osmosis inversa con capacidad de filtración equivalente a la de ambos módulos sumados.
5. Perfeccionamientos en el objeto de la patente nº P 200600257 y en la patente de adición nº P 200802271 por: Planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero, según las reivindicaciones 3 y 4, caracterizados por el hecho de que el módulo (27) de compresión mecánica de vapor se aplica con intensidad suficiente para obtener agua dulce por un lado y un residuo sólido seco de sales por otro, de forma que se hace innecesario, y se elimina del proceso, el tratamiento térmico (23) y se reduce las necesidades de aporte de calor del proceso.
6. Perfeccionamientos en el objeto de la patente nº P 200600257 y en la patente de adición nº P 200802271 por: Planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero, caracterizados por el hecho de que, a la salida del tratamiento de los módulos (1 ó 9) de osmosis inversa, se dispone de un módulo (28) de nanofiltración, el cual origina dos corrientes diferenciadas por su contenido en sales las cuales serán tratadas alternativamente.
7. Perfeccionamientos en el objeto de la patente nº P 200600257 y en la patente de adición nº P 200802271 por: Planta desaladora-depuradora de aguas salobres y residuos industriales con descarga líquida cero, según la reivindicación 6, caracterizados por el hecho de que cada corriente originada en el módulo (28) de nanofiltración es almacenada en un depósito (31 y 32) cuya apertura está controlada por una electroválvula o dispositivo similar (29) de forma que se permita el paso alternativo de cada corriente.
ES200803610A 2008-07-30 2008-12-18 PERFECCIONAMIENTOS EN EL OBJETO DE LA PATENTE Nº P200600257 Y EN LA PATENTE DE ADICIÓN Nº P200802271 POR: PLANTA DESALADORA-DEPURADORA DE AGUAS SALOBRES Y RESIDUOS INDUSTRIALES CON DESCARGA LÍQUIDA CERO. Withdrawn - After Issue ES2377067B1 (es)

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