El fouling sigue siendo el gran límite de las membranas. La acumulación de materia orgánica reduce el flujo de permeado y obliga a parar la instalación para limpiarla. En nanofiltración de efluentes urbanos, este problema condiciona la viabilidad de muchos proyectos de reutilización. Las limpiezas químicas convencionales recuperan buena parte del rendimiento, pero no eliminan todo el ensuciamiento. Además, su repetición puede deteriorar la membrana y genera soluciones residuales que hay que gestionar.
Un equipo francés propone limpiar las membranas con ozono catalizado. El trabajo procede del Institut Européen des Membranes, vinculado al CNRS, la ENSCM y la Universidad de Montpellier. Se ha publicado en 2026 en la revista Chemical Engineering Journal: Green and Sustainable, en acceso abierto. Los autores combinan membranas cerámicas de nanofiltración con una capa catalítica de óxido de hierro y ozonización. En ensayos de laboratorio con efluente secundario real, la recuperación de flujo alcanzó valores cercanos al 100 %.
Por qué el fouling aumenta limpiezas, mantenimiento y costes operativos
El ensuciamiento reduce la producción y eleva la presión. Cuando la materia orgánica se deposita sobre la membrana o dentro de sus poros, aumenta la resistencia al paso del agua. Para mantener el caudal de permeado, la planta debe trabajar con más presión transmembrana o aceptar menos producción. Ambas opciones penalizan el rendimiento energético y la capacidad real de la instalación. Por eso, la evolución del flujo es uno de los indicadores operativos más vigilados.
No todo el fouling se elimina con la misma facilidad. El estudio distingue entre la torta superficial, en gran parte reversible, y el ensuciamiento interno de los poros. Según los autores, las sustancias húmicas se adsorben en los poros y causan la fracción más irreversible. Los compuestos de tipo proteico, de mayor tamaño, forman sobre todo la capa externa o torta. Esta diferencia explica por qué un simple lavado hidráulico recupera solo una parte del flujo.
El fouling interno de los poros es el más difícil
Cada limpieza química suma costes operativos. Las limpiezas con NaOH o ácido cítrico exigen reactivos, tiempo de parada, aclarados y, en ocasiones, neutralización. El artículo recuerda que estos métodos pueden ser poco eficaces frente a compuestos orgánicos muy adsorbidos. También advierte de que su uso repetido puede dañar la estructura de la membrana. A medio plazo, el ensuciamiento residual acelera la pérdida de permeabilidad y adelanta la sustitución de módulos.
Cómo funciona la nanofiltración cerámica con ozonización catalítica
Las membranas cerámicas toleran condiciones que dañarían a las poliméricas. Ofrecen mayor estabilidad mecánica, térmica y química, y soportan limpiezas más agresivas. Esa resistencia permite exponerlas al ozono, un oxidante muy eficaz frente a estructuras aromáticas e insaturadas. El estudio comparó una membrana tubular de nanofiltración de TiO₂/Al₂O₃ con otra funcionalizada con maghemita (γ-Fe₂O₃). Las membranas base procedían de Fraunhofer IKTS y la capa catalítica se depositó en laboratorio.
El catalizador convierte el ozono en radicales hidroxilo. La capa de óxido de hierro acelera la descomposición del ozono y genera radicales •OH, todavía más reactivos. Esa oxidación se produce sobre todo en la superficie de la membrana, donde se concentra la materia orgánica retenida. Así, los compuestos se transforman antes de penetrar en los poros o adherirse de forma irreversible. Además, la funcionalización aumentó la carga superficial negativa y la repulsión frente a la materia orgánica del efluente.
El catalizador actúa justo donde se acumula el ensuciamiento
Los ensayos se hicieron con agua residual urbana real. El efluente procedía de la EDAR de Baillargues–Saint-Brès, en Francia, que da servicio a unos 20.000 habitantes. La planta dispone de un biorreactor de membrana, por lo que su permeado podía alimentar directamente la nanofiltración. Los investigadores probaron dos modos: limpieza periódica con agua ozonizada y ozonización continua durante la filtración. Se ensayaron tres concentraciones de ozono en fase gas: 5, 15 y 25 g/Nm³.
Resultados: casi el 100 % de recuperación de flujo frente a la limpieza química
La membrana catalítica se ensució menos desde el inicio. En ensayos de adsorción sin presión, el flujo de agua pura cayó un 48 % en la membrana sin catalizador. En la membrana con γ-Fe₂O₃, esa caída fue solo del 16 %. A 10 bar, el ensuciamiento inicial supuso más del 60 % de la pérdida de flujo en la membrana convencional. En la catalítica, esa contribución bajó aproximadamente al 40 %.
La ozonización catalítica superó a la limpieza con NaOH. El lavado hidráulico por arrastre recuperó solo entre el 35 % y el 40 % del flujo inicial. La limpieza química alcanzó recuperaciones de entre el 85 % y el 90 % en ambas membranas. Con ozono a 25 g/Nm³ y membrana catalítica, la recuperación fue del 100 %, 100 % y 99 % en tres ciclos. La membrana sin catalizador, con el mismo tratamiento, no superó el 87 %.
El ozono catalítico recuperó prácticamente todo el flujo perdido
La dosis de ozono resultó determinante. Con 15 g/Nm³, la recuperación osciló entre el 78 % y el 87 % según el ciclo. Con 5 g/Nm³, bajó al 60-69 %, porque el ozono disuelto apenas alcanzó 0,5 mg/L. La dosis óptima de 25 g/Nm³ equivale a unos 0,5 g de ozono por gramo de carbono orgánico disuelto. Los autores fijaron 30 minutos de limpieza, ya que la fluorescencia orgánica dejaba de bajar después.
Limitaciones del estudio y posibles aplicaciones en EDAR y reutilización
Los resultados proceden de una escala de laboratorio. La superficie filtrante de cada membrana era de solo 0,0049 m², muy lejos de un módulo industrial. Las limpiezas se evaluaron durante tres ciclos, insuficientes para estimar la vida útil real de la membrana. Los propios autores reconocen que su análisis económico no predice costes a escala real. Además, la dosis óptima de ozono depende mucho de la matriz del agua tratada.
El coste por limpieza todavía favorece a la química. Según el estudio, cada limpieza con ozono resultó unas 5,6 veces más cara que la limpieza con NaOH. A cambio, la recuperación media de flujo fue del 99 %, frente a cerca del 90 % con sosa. Los autores plantean que esa mejora podría reducir el ensuciamiento irreversible acumulado y espaciar las sustituciones. Para confirmarlo, consideran necesaria una evaluación técnico-económica con ensayos de larga duración.
Más caro por ciclo, pero con mejor recuperación del flujo
Las aplicaciones apuntan al tratamiento terciario y la reutilización. La nanofiltración cerámica podría afinar efluentes secundarios antes del vertido o de la regeneración del agua. Un sistema autolimpiable reduciría el uso de reactivos, los aclarados y la gestión de soluciones de limpieza. Antes de su implantación, habría que evaluar la generación y el manejo seguro del ozono en planta. También convendría estudiar los subproductos de oxidación y la toxicidad del permeado en cada caso concreto.
Conclusión
El estudio confirma el potencial de la ozonización catalítica. La combinación de membrana cerámica, catalizador de óxido de hierro y ozono recuperó casi todo el flujo perdido. Lo hizo sin reactivos químicos adicionales y con mayor eficacia que la limpieza con NaOH. El trabajo también aclara qué fracciones orgánicas causan el ensuciamiento más difícil de eliminar. Aun así, son resultados de laboratorio que necesitan validación en planta piloto.
Controlar el fouling es controlar los costes operativos. Menos ensuciamiento irreversible suele traducirse en menos paradas, menos reactivos y membranas más duraderas. Por eso, el diseño debe considerar desde el inicio el pretratamiento, el tipo de membrana y la estrategia de limpieza. Las tecnologías híbridas como esta merecen seguimiento, especialmente en proyectos de regeneración de agua. Su viabilidad final dependerá de los datos de operación a escala real y del balance económico completo.
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