En la actualidad existen diversos sistemas de tratamiento de aguas cuyo propósito es remover los contaminantes de este recurso para regresarlo a la naturaleza o reusarlo en otras actividades. Un tipo de este tratamiento son los procesos de membrana que están diseñados para lograr separaciones físicas o fisicoquímicas.
Una membrana es una capa delgada que actúa como una barrera selectiva y separa dos fases o momentos de un proceso. Algunos de los sistemas más conocidos son la microfiltración, la nanofiltración, la ultrafiltración y la ósmosis inversa.
La ósmosis inversa es un sistema basado en el fenómeno natural de ósmosis y su propósito es eliminar las partículas contaminantes de mayor tamaño del agua.
Definición
La purificación por ósmosis inversa tiene como fundamento la ósmosis convencional, es decir, que para poder entender el funcionamiento de este sistema de tratamiento de aguas, primero hay que comprender el fenómeno natural del cual proviene.
Ósmosis convencional o natural
La ósmosis es un fenómeno que se produce en la naturaleza y consiste en el tránsito de una solución menos concentrada hacia una más concentrada a través de una membrana semipermeable, con el propósito de igualar ambas concentraciones.
El término utilizado para el tránsito hacia la solución con menor concentración es presión osmótica.
Lo anterior quiere decir que, por ejemplo, si tuviéramos dos contenedores llenos de agua, uno con una baja cantidad de sal y otro con una alta, y estos estuvieran divididos por una membrana semipermeable, el agua con menos sales se movería hacia la de más sales.
Ósmosis inversa
La ósmosis inversa utiliza el mismo principio que la ósmosis sólo que de manera opuesta, esto es, que una solución más concentrada va a pasar a una solución menos concentrada, por medio de una membrana semipermeable porosa. Para lograr este cambio se requiere aplicar presión a la solución más concentrada.
Así, en el sistema de ósmosis inversa es necesario crear una presión mayor a la presión osmótica natural para revertir el flujo. La presión va a provocar, entonces, que el agua pase a través de la membrana hacia el otro lado y que las partículas contenidas en la solución concentrada queden retenidas, en su mayoría, en la membrana.
La ósmosis inversa puede eliminar hasta el 99% de las sales disueltas en el agua.
Las membranas que fungen como barreras pueden ser diversas en función de la naturaleza del agua a tratar; aunque, por lo general, se utilizan membranas densas, anisótropas, enrolladas en espiral de 20 a 30 cm de diámetro y de 100 a 150 cm de largo y membranas de fibra hueca de 100 mm de diámetro en módulos de mil unidades.
El sistema de ósmosis inversa es eficaz en la remoción de contaminantes como bacterias, coloides, compuestos orgánicos sintéticos, desinfección de subproductos precursores, elementos patógenos y pirógenos, minerales, pesticidas, turbidez, sales, entre otros.
Componentes del sistema
Un sistema de ósmosis inversa se compone de diferentes piezas:
- Válvula de entrada. Dispositivo diseñado para que el líquido ingrese a través de las líneas de suministro con presión y flujo controlados. Está ubicada entre el suministro principal del agua y el sistema general de ósmosis inversa.
- Válvula de prevención de reflujo. Dispositivo que permite el paso del agua en el momento adecuado. Es a través de este que se evita que el agua regrese y se mantenga en el sistema.
- Prefiltro. Dispositivo que elimina las partículas contaminantes de mayor tamaño que pudieran bloquear la membrana. El agua que llega al prefiltro ha pasado previamente por las dos válvulas anteriores.
- Membrana. Capa que impide el paso de partículas contaminantes de menor tamaño. Existen diversos tipos según el sistema que se esté utilizando. Las mejores membranas son las que retienen todo tipo de sustancias o materiales nocivos.
- Restrictor de flujo. Válvula que limita el flujo de agua logrando que esta no se desperdicie y mantenga la presión en los niveles adecuados. Es una pieza que puede ser parte de los sistemas de ósmosis inversa; no obstante, no todos la requieren.
- Bomba. Equipo que aumenta la presión del lado de la membrana en el que se encuentra el agua contaminada, el agua residual o el agua a tratar. La función de la bomba es forzar el paso del agua a través de la membrana.
- Tanque de almacenamiento. Depósito en el que se concentra el agua limpia, una vez que ha sido tratada y donde se mantiene presurizada.
- Filtro final. Algunos sistemas agregan otro filtro para mejorar la calidad del agua.
Si las piezas anteriores funcionan de manera correcta, el resultado de la ósmosis inversa son dos flujos de agua:
- agua filtrada o agua de permeado
- corriente o flujo de concentrado o de rechazo
El agua filtrada es, como se puede inferir de su nombre, el agua “limpia”, es decir, el agua que ha pasado a través de la membrana, mientras que el flujo de rechazo es la que contiene los contaminantes, esas partículas que no traspasaron la membrana. Esta corriente se desecha a través del drenaje.
La presión requerida depende de la concentración de contaminantes en el líquido. Así, a más concentración más presión.
Las partículas que la membrana es capaz de retener dependen de la concentración de la solución, del gradiente electroquímico, de la permeabilidad de la membrana, la presión osmótica y la temperatura de los contaminantes.
Sin embargo, un sistema de ósmosis inversa que funciona correctamente retiene cualquier contaminante con un peso molecular superior a 200.
Asimismo, este sistema de tratamiento de aguas rechaza los contaminantes con cargas iónicas altas. Así, entre mayor sea la carga iónica del contaminante es menos probable que pueda atravesar la membrana.
Mantenimiento de las membranas
Después de un tiempo en funcionamiento, las membranas de ósmosis inversa pueden retener cierta suciedad, por lo tanto hay que limpiar y dar mantenimiento. Si el flujo de permeado disminuye de un 10 a un 15 %, si el diferencial de presión aumenta en estos mismos porcentajes o si el rechazo de sales se reduce entre 1 y 2 %, entonces es momento de limpiar la membrana.
Para realizar esta limpieza se utilizan soluciones químicas. Si la suciedad de la membrana es a causa de carbonatos, silicatos, sulfatos u óxidos metálicos se recomiendan soluciones ácidas; en cambio, si es provocado por materia orgánica o biológica hay que optar por soluciones alcalinas.
La limpieza de las membranas debe ser realizada por un especialista y tiene que ser constante. Se recomienda que se lleve a cabo cada 12 meses como mínimo.
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Pretratamientos
Los pretratamientos son un proceso o serie de procesos para remover o reducir constituyentes que causan problemas de ensuciamiento (bloqueos en las membranas causados por partículas coloidales como arcillas, bacterias y hierro), precipitación de sales (expulsión de las mismas), crecimiento biológico (aumento de plantas acuáticas) y oxidación (producción de una capa de óxido rojizo sobre las superficies).
Si bien la ósmosis inversa es un sistema de tratamiento de aguas muy eficaz para eliminar partículas contaminantes del agua, lo recomendable es que este sistema esté precedido por otros tratamientos, con el propósito de evitar que se formen incrustaciones en la membrana que conduzcan a fallas prematuras en esta.
Los pretratamientos más comunes son la filtración y el intercambio iónico. La filtración separa partículas de gran tamaño. Los materiales que se utilizan en este pretratamiento son filtros de canal, parabólicos, rotatorios, de tela y rejas fijas.
Por su parte, el intercambio iónico consiste en poner un líquido en contacto con un sólido para intercambiar aniones, cationes o iones. Para llevar a cabo este pretratamiento se utilizan resinas.
Otros pretratamientos que pueden utilizarse antes de la ósmosis inversa incluyen: el carbón activado granular, el filtro de cartuchos de 5 micras, la inyección de bisulfito de sodio, la microfiltración, la ultrafiltración y los sistemas de dosificación a partir de antiincrustantes e inhibidores.
Problemas al no aplicar un pretratamiento
De no aplicar un pretratamiento al agua que va a ser tratada con el sistema de ósmosis inversa se pueden ocasionar ciertos problemas, entre ellos:
- Abordaje. Los contaminantes se aglomeran en la superficie de la membrana e impiden el paso del agua. Las bacterias son uno de los elementos patógenos que pueden producir este problema, debido a que las membranas no soportan los desinfectantes.
- Ataque químico. Los oxidantes queman los agujeros en los poros de la membrana, lo que produce que haya un mayor paso de contaminantes, es decir, de agua filtrada con peor calidad.
- Daños mecánicos. Los controles del sistema o la tubería (piping) no funcionan de forma óptima, lo que ocasiona que las membranas puedan sufrir daños permanentes. Esto también sucede si la contrapresión es demasiada.
- Escalada. La incrustación de compuestos inorgánicos disueltos como el carbonato de calcio puede crear una caída de presión en el sistema, un mayor paso de contaminantes y, por lo tanto, una menor calidad en el agua filtrada.
Además de los pretratamientos, para mantenerse en buen estado y funcionar correctamente, las membranas de ósmosis inversa requieren limpiarse de una a cuatro veces al año, según la calidad del agua que se quiere obtener.
La ósmosis inversa es capaz de rechazar contaminantes o partículas con diámetros tan pequeños como 0.0001 μm.
Existe la regla general de limpiar las membranas en los siguientes casos: al momento en el que se presente una caída en la presión, si el paso de partículas contaminantes aumenta en un 15% o si el agua filtrada disminuye en este mismo porcentaje.
La limpieza de la membrana de ósmosis inversa requiere de limpiadores con PH bajo para eliminar las incrustaciones y de PH alto para deshacerse de los compuestos orgánicos y de los coloides, como metales, resinas y sales.
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Ventajas de la ósmosis inversa
El empleo de sistemas de membranas, como es el caso de la ósmosis inversa, presenta varios beneficios respecto a otros tratamientos de aguas. Algunos de ellos son:
- Energéticamente favorable porque la separación se produce en la misma fase (en contraste a la destilación).
- Funcionamiento continúo debido a que no hay acumulación de partículas contaminantes o la hay en grado mínimo, por lo que necesita de ciclos de regeneración (a diferencia de la adsorción).
- Sin reactivos pues no necesitan agregar coagulantes o floculantes (como sucede con los sistemas de clarificación).
- Respetuosos con el medio ambiente ya que simulan un proceso natural y trabajan a temperaturas moderadas sin cambios de fase.
La efectividad de la ósmosis inversa como método de purificación de agua para usos industriales es incuestionable.
Además, los sistemas de ósmosis inversa son totalmente automatizados y ocupan un espacio menor que otros sistemas. En Grupo Acura queremos ofrecerte sistemas de tratamiento de agua integrales en México que aceleren la eficiencia, la productividad y el desempeño de tus proyectos y procesos industriales. Cotiza con nosotros. Más de 32 años de experiencia nos respaldan.
Aplicaciones
El uso más representativo de la ósmosis inversa es la obtención de agua potable a partir de agua de mar, en otras palabras, este sistema es conocido por la purificación de agua salobre, superficial o subterránea. A este proceso también se le conoce como desalación.
En los sectores industriales, la ósmosis inversa se utiliza en tratamientos de aguas residuales e industriales para obtener efluentes filtrados (agua filtrada) de buena calidad, ya sea para el vertido a un medio natural o en la reutilización de agua para la industria.
Algunas de los sectores que utilizan este sistema de tratamiento de aguas con excelentes resultados son:
- Alimentario
- Electrónico
- Energético
- Farmacéutico
- Metalúrgico
- Químico
Además de las aplicaciones anteriores, en la actualidad, la ósmosis inversa también se utiliza en purificadores de agua del sector habitacional o residencial.
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Referencias de consulta
1. Pablo Ures, Alfredo Jácome y Joaquín Suárez. Filtración en membrana y ósmosis inversa. Universidade da Coruña, 2015. Consultado el 21 de diciembre de 2021.
2. J. Huesa. Ósmosis inversa. J. Huesa, s/f. Consultado el 21 de diciembre de 2021.
3. Water Station. Ósmosis inversa: ventajas y desventajas. Water Station, 2020. Consultado el 21 de diciembre de 2021.
4. ProdetecS. Componentes clave de un sistema de ósmosis inversa. ProdetecS, 2019. Consultado el 28 de enero de 2022.
5. Carbotecnia. Limpieza de las membranas de ósmosis inversa – Mantenimiento. Carbotecnia, 2021. Consultado el 28 de enero de 2022.
