Filtración de Aguas, Osmosis Inversa, Tratamiento de Aguas
Ósmosis Inversa
¿Qué es la ósmosis inversa?
La ósmosis inversa (OI) es un proceso en el cual se reduce el caudal a través de una membrana semipermeable y se ejerce una fuerza de empuje superior a la presión osmótica en dirección opuesta al proceso de ósmosis (Figura 1). De esta forma se logra separar las sustancias que se encuentran en el agua en un lado de la membrana (concentrado) y del otro lado se obtiene una solución diluida baja en sólidos disueltos (permeado). Podría decirse que es un filtro físico pero por tratarse de una membrana que retiene elementos solidos, pero ya no lo podemos llamar filtración porque retiene moléculas disueltas que no solo son retenidas por la física, sino también por lo química.
Figura 1. Diagrama de proceso de ósmosis y ósmosis inversa.
La ósmosis inversa se usa para desalinizar agua de mar y agua salobre, suavizar aguas, remover materia orgánica y separar de contaminantes específicos del agua.
¿Qué es la ósmosis?
La ósmosis es el proceso por el cual un solvente pasa a través de una membrana semipermeable, de una solución diluida a una concentrada, hasta igualar la diferencia de concentraciones a ambos lados de la membrana. A la presión que se requiere para que ocurra este fenómeno se le conoce como presión osmótica.
¿Cómo funciona una planta de ósmosis inversa?
Las plantas de ósmosis inversa requieren de sistemas de pretratamiento, equipo de bombeo de alimentación depósitos presurizados (portamembranas o housings) que contienen a las membranas, equipos de dosificación de químicos, etc. para que estas trabajen de forma adecuada.
- Membrana: este elemento se fabrica al enrollar membranas en forma de espiral, suelen medir 40 o 60 pulgadas de largo, y los diámetros más comunes son de 4 o 8 pulgadas. Durante la operación el agua entra a presión por un lado del housing, a medida que esta fluye de forma tangencial a la membrana, parte de ella pasa por la superficie de la membrana hacia el colector de permeado, mientras que el agua con alta concentración de sales sale por el otro extremo de la membrana. En la Figura 2 se pueden apreciar los elementos de una membrana.
Figura 2. Elementos típicos de una membrana de OI (John C. Crittenden et al.)
¿Cuáles son los tipos de membranas de ósmosis inversa?
Las membranas de ósmosis inversa los tipos más comunes para purificación de agua potable, agua salobre y agua de mar.
Membranas de ósmosis para agua salobre
El agua salobre es agua dulce y salada mezclada. Por lo tanto es más salada que el agua dulce, pero no tan salada como el agua de mar. Estas aguas son muy comunes en los mantos acuíferos cercanos al mar, o puede darse por fósiles salobres.
Sólidos disueltos totales del agua salobre (ppm): Salobre: 1,000 – 2,000 partes por millón
Agua dulce: <500
Ligeramente salobre: 500 – 1,000
Moderadamente salino: 2,000 – 5,000
Agua Salada: 5,000 – 10,000
Agua de Mar: 10,000 – 35,000
Salmuera: >35,000
Las membranas de ósmosis inversa para agua salobre
| Membranas agua salobre | Membranas agua de mar | Membranas alto rechazo | Membranas baja energía | Membranas bajo ensuciamiento |
|---|---|---|---|---|
| 2,5” | 2,5” | 2,5” | 2,5” | 2,5” |
| 4” | 4” | 4” | 4” | 4” |
| 8” | 8” | 8” | 8” | 8” |
* Consultar para otras necesidades
Estos elementos se pueden instalar en diferentes arreglos, el concentrado de una membrana puede alimentar a otra para incrementar la recuperación del agua. Otro arreglo es el de alimentar una membrana con el permeado de otra, con el objetivo de disminuir aún más la concentración de sólidos disueltos en el agua.
Pre-tratamiento de ósmosis inversa
- Pre-tratamiento: El tratamiento previo a los sistemas de ósmosis inversa es importante para extender el tiempo de vida de las membranas y obtener un mejor rendimiento en la disminución de sólidos disueltos.
Una de las finalidades del pretratamiento es prevenir las incrustaciones. Este fenómeno generalmente sucede cuando sales de baja solubilidad, como calcio y magnesio, se depositan y se incrustan en los poros de las membranas. El control de incrustaciones consiste en el ajuste de pH (modifica la solubilidad de estas sales) o en la adición de antiincrustante (evita la formación de cristales o retarda el crecimiento de las mismas).
Otros contaminantes que pueden afectar a las membranas de OI son los sólidos suspendidos, estos pueden tapar la alimentación o saturar la superficie de la membrana. Un proceso de tratamiento previo para este problema es la filtración. Se recomienda usar filtros que retengan todas las partículas superiores a 5 micras. Por lo general se utilizan filtros de cartuchos absolutos de 5 micras o de 1 micra nominal.
La desinfección es otro paso de tratamiento previo típico que se utiliza para impedir saturación biológica de la membrana. Es de suma importancia verificar que el material de la membrana y el agente desinfectante sean compatibles, debido a que muchos de estos pueden dañar de manera permanente a la membrana de ósmosis.
Clasificación de las membranas de separación, de acuerdo con la abertura de sus poros
- Microfiltración: 0.1 a 1 micras (μm)
- Ultrafiltración: 0.01 a 0.1 μm
- Nanofiltración: 0.001 a 0.01 μm
- Ósmosis inversa (hiperfiltración): 0.0001 a 0.001 μm
Recordar que:
1 mm = 1000 μm
1 μm = 1000 nanómetros (nm)
1 nm = 10 Angstroms (Å)
