El tratamiento de aguas a través de membranas, es un proceso físico-químico. Consiste en la capacidad del material de las membranas para rechazar el paso de elementos químicos, partículas y microorganismos del agua que se quiere tratar, permitiendo el paso solamente del agua en las condiciones requeridas .
La porosidad de la membrana, determina el tamaño de las sustancias que acceden. Partículas pequeñas como iones o moléculas, dependen de la porosidad con la que cuente la membrana. En función de su diámetro, podemos distinguir: microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF) y osmosis inversa (OI).
INDICE
Microfiltración
En 1922, Zsigmondy diseñó el modelo de microfiltración. Este sistema, en función del tipo de membrana, retira del fluido partículas de entre 0,1 y 10µm.
La microfiltración detiene la mayoría de las sustancias en suspensión. Logra filtrar con un alto porcentaje de éxito: coloides grandes, bacterias, microorganismos e incluso, en casos, virus.
Las membranas de microfiltración son parte de la categoría de membranas porosas. La capacidad y alcance de detección de las membranas, quedan definidas por el tamaño y forma de los poros que componen la membrana. Además, el curso del solvente tiene relación directa con la presión aplicada sobre la membrana.
Las membranas son sistemas compuestos por un tamaño de poro determinado. El sistema de separación está fundamentado por un tamizado que separa las partículas en función de su tamaño. De esta forma se selecciona aquellas partículas que por su tamaño superior al del poro, son retenidas.
Efectivo con coloides grandes, bacterias, microorganismos y determinados casos, virus
Al no poder traspasar el poro, quedan detenidas y se convierten en concentrado (retentado). Por otra parte, las partículas inferiores al poro de la membrana, junto a gran parte del caudal, traspasan la membrana dando lugar así a un filtrado (permeado).
Aplicaciones de la microfiltración
Los usos que habitualmente tiene la microfiltración son:
- Un pretratamiento previo al tratamiento de aguas.
- Determinados tipos de tratamiento en efluentes.
- Determinados usos de separación de productos oleosos y agua.
- Tratamiento de aguas residuales
- Esterilización de bebidas y productos farmacéuticos
- Clarificación de bebidas y licores
Ultrafiltración
La ultrafiltración tuvo su aparición en 1907. De la mano de Beohhold aparecieron las membranas con una porosidad de entre 0,01 y 0,1 µm. De la misma manera que ocurre con lamicrofiltración, en este caso el flujo también mantiene proporcionalidad con la presión que se produce
Dentro de la porosidad, en membranas de ultrafiltración, existen diferentes tipos. El diámetro del poro queda establecido por el tipo de membrana. El límite superior del poro en la ultrafiltración queda determinado por el mínimo de la microfiltración (0,1 µm). Mientras que, el límite inferior lo determina el valor máximo de poro de la nanofiltración (5 nm).
El rango de porosidad enMembranas de ultrafiltración es de entre 0,01 y 0,1 µm.
La ultrafiltración es un proceso de alta efectividad. Suprime prácticamente todas las sustancias presentes en el fluido, hasta los tamaños mas pequeños como virus, antibióticos, coloides, proteínas y azucares. También es efectivo ante la materia orgánica con una masa atómica de entre 1000 y 300 000 Da. Para el caso específico de la industria, tiene aplicación para suprimir materia orgánica, por ejemplo en el sector de la alimentación, garantizando la calidad sanitaria y pureza del agua y fluidos.
La unidad de masa atómica unificada o dalton (Da) es una unidad estándar de masa definida como la doceava parte de la masa de un átomo, neutro y no enlazado, de carbono-12, en su estado fundamental eléctrico y nuclear, y equivale a 1,660 538 921 × 10⁻²⁷ kg.
El tamaño y masa de las partículas a eliminar definen el tipo de membrana y tamaño de poro. En el diseño de las plantas se establece el rango de masa atómica de los elementos a eliminar para definir la membrana a usar. Esto significa que determinadas partículas no traspasan la membrana por su masa atómica.
Aplicación de la ultrafiltración
La ultrafiltración es habitualmente empleada en:
- Potabilización de agua
- Tratamiento de aguas residuales
- Procesos de separación de productos químicos
- Separación de agua y aceites
- Tratamientos en industria láctea
- Clarificación de zumos de fruta
- Vinos y cervezas
- Elaboración de pinturas
- Fabricación de medicamentos y compuestos alimenticios
Nanofiltración
El sistema por nanofiltración reduce aún más la porosidad. Este método detecta partículas de un tamaño comprendido entre 0,1 nm y 0,0001 µm. A causa de la capacidad de detección y retención que tiene, la nanofiltración se halla entre la ósmosis inversa y ultrafiltración.
Logra separar la mayoría de las partículas y algunas sustancias disueltas de mayor peso atomico que se encuentran en el fluido. Esto hace que sea idónea para procesos como el ablandamiento de agua, eliminación de presencia de metales pesados o como tratamiento terciario en tratamiento de aguas residuales. También es de especial utilidad para eliminar orgánicos disueltos, supresión de nitratos o supresión del color, entre otros.
Nanofiltración detecta partículas de un tamaño entre 0,1 nm y 0,0001 µm
Índice de eficacia de la nanofiltración
Capacidad de retención en el sistema de nanofiltración varia con el tipo de membrana, siendo esta una estimación:
- Calcio (Ca2+) – 88%;
- Magnesio (Mg2+) – 91%;
- Sodio (Na+) – 55%;
- Alcalinidad (HCO3-) – 86%;
- Sulfatos (SO42 -) – 57%;
- Cloruros (Cl 2-) – 70%.
- Dureza carbonato-92%;
- La rigidez es total-91%;
- Carbono orgánico total-92%;
- Halógenos orgánicos-98%;
- Trihalomethanes-91%;
- Color-99%.
La nanofiltración nos permite obtener un agua de gran calidad. Logra una reducción de la cromaticidad y la oxidación del agua en unos valores entre 50 y el 80 por ciento. También suprime la presencia de pesticidas, sales y presencia microbiológica. A su vez, ofrece un agua blanda portadora de cloruros y bicarbonatos.
Otra ventaja de la nanofiltración es la carencia de microcontaminantes. El agua tratada por nanofiltración presenta una ausencia de bacterias, y virus, entre otros microcontaminantes. Esto abre la posibilidad de reducir la medida de cloro en el proceso de postcloración.
Ósmosis Inversa
Fue en los años 50 y 60 cuando, gracias a S. Sourirajan, se puso el foco en la ósmosis inversa. Este científico americano israelí desarrolló estudios sobre el proceso de separación osmótica inversa en soluciones. Estos estudios se fundamentaban en el principio de filtrado del flujo tangencial.
El proceso de ósmosis inversa permite la eliminación de múltiples sustancias no deseadas. Es efectivo ante sales disueltas y sustancias tanto inorgánicas como orgánicas que superen una masa atómica de 100 Da. Logra una purificación de compuestos inorgánicos de entre 90% y 98%, con una probabilidad nula de acceso de virus.
Es efectivo ante sustancias que superen una masa atómica de 100 Da.
La ósmosis inversa es un proceso con diferentes usos. La purificación de agua mediante la reducción de la mineralización presente, la desalinización y la supresión del sabor. Por otra parte, se encuentra en la etapa previa de preparación para generar un agua ultrapura con usos derivados en la industria electrónica, farmacéutica o energía. También es empleada en la industria alimentaria, preparando concentrados.
Índice de eficacia de la ósmosis inversa
Efectividad media del uso de membrana de ósmosis inversa por iones básicos.
- Calcio (Ca2+) – 98,7%;
- Magnesio (Mg2+) – 98,4%;
- Sodio (Na+) – 95,1%;
- Alcalinidad (HCO3 -) – 94,1%;
- Sulfatos (SO42 -) – 96,7%;
- Cloruros (Cl2 -) – 95,1%;
- Fosfatos (PO43 -) – 99,8%.
Diferencia entre micro, nano y ultra filtración
Esencialmente, todos los procesos realizan la misma función. Sin embargo, dependiendo de las necesidades y la situación particular del caudal, debe amoldarse un sistema u otro para dar la respuesta más óptima. La diferencia básica radica en el tamaño de la porosidad de la membrana.
El uso de la membrana adecuada, debe ser determinado con previsión. De esta forma, realizará un tratamiento de aguas residuales adecuado, de una forma correcta y que permita dar soluciones manteniendo el compromiso con el medioambiente.
Conclusion
La elección del método deberá ser realizada acorde con el problema a tratar. Tanto la microfiltración, la ultrafiltración y la nanofiltración son soluciones aptas para el tratamiento de aguas residuales. En todos los casos, se trata de una tecnología en eliminación de sólidos disueltos de probada eficacia ante virus, bacterias o microorganismos, entre otros.
La filtración por membranas también puede formar parte de otros sistemas. Por ejemplo, los biorreactores MBR (Membrane Bio Reactor) incluyen membranas de ultrafiltración en su ciclo de tratamiento. Esto supone una combinación que permite un tratamiento de agua con un efluente de gran calidad, que puede ser reutilizado en otros procesos industriales o para riego, preservando así el uso del agua. Este sistema permite incluso la reutilización del agua depurada como agua potable, actualmente esta probada y confirmada la viabilidad de esta reutilización, si bien, la legislación actual en España y Europa no lo permite aun.
Los biorreactores MBR (Membrane Bio Reactor) incluyen membranas de ultrafiltración en su ciclo de tratamiento.
El problema de tratamiento de aguas tiene unas características especiales. Un diseño adaptado a las circunstancias de cada situación ,es la forma más óptima para obtener la calidad del agua deseada. Por ello, la combinación de diferentes membranas permiten lograr un agua que dé respuesta a los problemas encontrados y a la legislación actual más exigente.
Para obtener el máximo rendimiento de esta tecnología, el equipo de BlueGold ofrece un servicio de consultoría personalizada: identifica los problemas presentes en el agua, selecciona el producto más adecuado y garantiza el mejor resultado. Esta singularidad aplicada a cada caso, permite combinar las diferentes membranas enfocándonos a las necesidades específicas de cada cliente y por tanto , a un éxito seguro.
Solicito información sobre membranas de ósmosis inversa resistentes al ensuciamiento por materia orgánica natural recalcitrante
Soy docente del Programa PROCAL – Fundación Bioquímica Argentina – de un curso online referido a la temática analítica de aguas.
Por consiguiente me gustaría poder enviarles a mis alumnos este muy buen artículo técnico.
Mucho les agradecería si me lo pueden enviar en pdf.
Gracias.
Dr. Guillermo S. Pandolfi
Buenos días, muchas gracias por su interés. En breve le enviaremos el documento!
Buen día, soy docente universitario y también me resulta muy interesante el tema para desarrollar en clases. Espero puedan enviarme el documento mencionado. Muchas gracias!
Cordial saludo.
Una pregunta:
¿Cuánto/qué fracción puede ser la caída de presión a lo largo de la membrana para ósmosis inversa?
Agradezco de antemano su atención.
Saludos
La caída de presión en una membrana de osmosis inversa depende de varios factores, como el tipo de membrana, su espaciador, edad de la membrana, ensuciamiento previo de la misma, temperatura del agua, …
De forma general, los fabricantes indican la caída de presión máxima en cada modelo de membrana, de forma que por ejemplo, para una membrana de 40” tipo BW30-400 de Dupont, la caída de presión máxima admitida es de 1 bar por cada elemento o membrana.
Desde el punto de vista práctico, siempre se tiene que valorar la situación de las membranas en base a la normalización continuada en el tiempo, mediante la toma de datos de las presiones, caudales y calidad de agua producida por la planta, desde la puesta en marcha hasta la situación actual, comparando las perdidas de presión, caudal y calidad en el tiempo.