LAS RESPUESTAS

6. Filtración y sistemas de tratamiento del agua

 

6.8- Separación con membranas (Osmosis Inversa)

El proceso de Osmosis Inversa (abreviado como RO por "Reverse Osmosis") fue originalmente desenvuelto en los años de 1950 con fondos del gobierno de E. U. como un método económico de desalinización de agua, el desafío más difícil en el tratamiento de agua.

En el proceso de osmosis natural el agua pasa por la membrana del lado de la solución menos concentrada para diluir la más concentrada. El proceso continua hasta que la columna de líquido alcanza una altura donde el proceso cesa. Esta altura de líquido es denominada como presión osmótica.

Si es aplicada una presión en el lado de la solución más concentrada, venciendo la presión osmótica, el agua pasará por la membrana para el lado de menor concentración.

Constitución de la Membrana de RO

Las membranas de uso más común y actualmente producidas y comercializadas son:

CA : acetato de celulosa
CTA : tri-acetato de celulosa
TFC : compuesta de camada fina

Comparación del Desempeño de Membranas de RO

¿Que es Osmosis Inversa?

La Osmosis Inversa es un proceso que tiene lugar cuando una solución de agua e impurezas disueltas es forzada bajo presión contra una membrana semi-permeable de material plástico sintético.
Las moléculas de agua, como resultado de una fuerte atracción, forman una camada sobre la superficie de la membrana. Esta camada penetra en la membrana a través de los múltiplos poros a través de la superficie de la membrana. Cuando es aplicada una presión, las moléculas de agua fluyen a través de los poros y encuentran el camino para salir por la otra cara de la membrana.

Los iones de los sales actúan como si fuesen repelidos de la superficie de la membrana. Como resultado de complejas fuerzas moleculares son excluidos de pasar a través de los poros. Ellos realmente no son rechazados por su tamaño. Los iones que permanecen en solución detrás de la membrana, son llevados para afuera por el flujo principal de agua.

Mecanismos de Remoción de las Impurezas por las Membranas Semi-permeables

Las membranas semi-permeables remueven las impurezas del agua a través de dos mecanismos:

1.- Ella rechaza o repele los iones de sales minerales por un proceso denominado de osmosis inversa. Este proceso es muy complejo y envuelve difusibilidad, interacciones dieléctricas, y otras fuerzas moleculares.

2.- Ella tamiza el material particulado, microorganismos y moléculas orgánicas por el proceso denominado de ultrafiltración. Este proceso es muy similar a la filtración, pero en una escala mucho más fina con poros del tamaño de 0,0005 micra. Las moléculas orgánicas pequeñas y de los gases pasan por estos poros.

Desempeño de las Membranas Semi-permeables de Osmosis Inversa (RO)

Con estos dos mecanismos de separación, osmosis inversa y ultrafiltración, las membranas semi-permeables de RO pueden remover las siguientes impurezas del agua, siempre que estén bajo óptimas condiciones de operación:

Por el mecanismo de Osmosis Inversa:
_ La mayoría de los sólidos disueltos (sales minerales) tales como bario, calcio, cloruros, cromo, cobre, hierro, fluoretos, magnesio, manganeso, nitratos, selenio, sodio, sulfatos, zinc, etc.
_ La mayoría de los metales pesados tales como arsénico, cadmio, plomo, mercurio y plata.
_ La mayoría de los elementos radioactivos y sus isótopos tales como radio y estroncio.

Por el mecanismo de Ultrafiltración:
_ Todo el material particulado tales como sedimentos, costras, asbestos y material orgánico en suspensión.
_ Virtualmente todos los microorganismos tales como bacterias, cistos, virus y pirógenos.
_ Virtualmente todo el material coloidal.
_ La mayoría de los complejos de metales pesados de arsénico, cadmio, plomo, mercurio, y plata.
_ Virtualmente todas las moléculas orgánicas con peso molecular mayor que 300 dalton tales como pesticidas y herbicidas.

Las membranas semi-permeables de osmosis inversa NO SON eficaces en la remoción de:

_ Compuestos orgánicos de bajo peso molecular tales como TCE (tricloroetileno), THM (trihalometanos) y la mayoría de los compuestos químicos orgánicos volátiles (VOC).
_ Gases disueltos tales como el sulfeto de hidrogeno (ácido sulfídrico H2S), cloro (Cl2), anhídrido carbónico (CO2), oxigeno (O2), y radonio (Rn).
_ Las cloraminas, NH2Cl, NHCl2, NCl3
_ Algunos sólidos disueltos tales como el boro (B).

Aunque en la realidad las bacterias y los virus son mucho mayores que los tamaños típicos de los poros en la membrana de RO, algunos consiguen pasar a través de ella para el agua producida, por los siguientes medios:

1.- Pasando a través de las imperfecciones de la membrana o por la existencia de poros de tamaño anormal
2.- Encontrando el camino a través de los bordes y líneas de coladura de las membranas
3.- Pasando por los sellos y O-Rings

Consecuentemente: el sistema de osmosis inversa para agua potable deberá solamente ser utilizado con un suministro de agua microbiologicamente seguro para consumo humano.

Configuración del Módulo de Osmosis Inversa
Módulo Espiral

Las membranas son montadas en laminas con espaciadores entre ellas, y bobinadas en torno de un caño perforado. El agua de alimentación entra por una cara del cilindro, el agua producida sale por el caño perforado, y el concentrado o rechazo sale por el lado opuesto a la alimentación.
Una vez la membrana enrollada en configuración espiral ella debe ser adecuadamente instalada en una carcasa que contiene el flujo del agua de alimentación y hace su aislamiento del agua pura producida.

Agua de Alimentación: Flujo principal de agua contaminada a ser tratada y que pasa a través de la superficie de la membrana y actúa para transportar las impurezas llevándolas para afuera.
Agua producida: La porción del agua de alimentación que pasa a través de la membrana como agua pura.
Agua de Rechazo: La porción del agua de alimentación que no pasó a través de la membrana y que lleva las impurezas removidas para el dreno.
Módulo: La combinación del elemento cilíndrico de membrana en espiral y el vaso de presión (carcasa).
Sello de la Salmuera: La vedación entre la parte externa del elemento de membrana en espiral y la parte interna del vaso de presión (carcasa). Ella bloquea el flujo del agua de alimentación, forzándola a pasar a través del elemento de membrana y a través de su superficie asegurando una eficaz remoción de las impurezas.

Configuración Típica de un Sistema de RO

"Incrustación" de la Membrana

La incrustación se refiere a la acumulación de impurezas disueltas y no disueltas en el agua de alimentación sobre la superficie de la membrana. La incrustación puede reducir drásticamente el desempeño de la membrana, particularmente en lo que se refiere a la cantidad y calidad del agua producida.

Las formas más comunes de incrustación son causadas por:
* Sedimentos y depósitos de silte
* Precipitación de sales minerales
* Depósitos de hierro y manganeso
* Incrustación por alumbre y polímeros cationicos
* Depósitos orgánicos
* Crecimiento biológico

Algunas formas de incrustación pueden ser evitadas por la operación con tasas de recuperación adecuadas (ej., la precipitación de sales minerales), en tanto que otras solamente pueden ser evitadas por medio de un pré-tratamiento eficaz (ej., incrustación por el hierro) que remueva o controle la impureza.

6.9- Desmineralización (desionización)

La desmineralización se refiere a cualquier proceso de intercambio ionico que remueve del agua todas y solamente las sales disueltas (TDS). Al contrario del ablandamiento, que solamente substituye sal (sodio) por cationes tales como los de calcio o magnesio, la desmineralización utiliza dos tipos de resinas de intercambio ionico para remover tanto los cationes como los aniones.

Estos incluyen:
- cloruros
- sulfatos
- carbonatos
- bicarbonatos
- nitratos

El proceso de desmineralización es raramente empleado en sistemas de POU o POE debido a su complejidad de operación (por la manipulación de ácidos y cáusticos), capacidad limitada y elevado costo operacional.

6.10- Destilación

El proceso de destilación es aquel en que el agua es convertida en su estado de vapor por el calor, dejando detrás de si una amplia gama de impurezas, ella es nuevamente condensada para su estado líquido y recogida para su uso.

Los destiladores de POU en general son eléctricos y su operación es cara (~0,8 kW/Litro) cuando comparados con sistemas de osmosis inversa. La combinación entre una manutención elevada y el "gusto" del agua destilada ha limitado su aceptación por el consumidor. En tanto, destiladores de alto desempeño son la selección preferida cuando el suministro de agua es de calidad desconocida o cuando pueda contener contaminantes microbiológicos prejudiciales a la salud.

 

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