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OSMOSIS INVERSA

Se conoce como Osmosis Inversa al proceso de separación por membrana que es capaz de rechazar contaminantes tan pequeños como 0.0001mm. La ósmosis inversa es el nivel más fino de filtración posible, puede describirse como un proceso de difusión controlada en que la transferencia de masa de iones a través de la membrana está controlada por difusión. Consecuentemente, este proceso puede llevar a la remoción de sales, durezas, patógenos, turbidez, compuestos orgánicos sintéticos, pesticidas, y la mayoría de los contaminantes del agua potable conocidos hoy en día.

El rechazo de sales disueltas de una membrana de ósmosis inversa se encuentra entre el 95 y 99.9 %.

El campo de aplicaciones de esta tecnología es muy amplio, siendo las más comunes:

  • Industria farmacéutica.
  • Industria electrónica.
  • Industria de la alimentación y bebida.
  • Industria química.
  • Industria agrícola-ganadera.
  • Laboratorios y cosmética.
  • Hemodiálisis.
  • Tratamientos de agua para generadores de vapor.
  • Tratamiento de agua para procesos industriales.
  • Torres de enfriamiento.
  • Agua destilada, bidestilada y tridestilada.
  • Agua para Inyectables (WFI).
  • Producción de hielo.
  • Potabilización de agua.
  • Desalinización de agua de mar.
  • Recuperación de aguas de desecho.

TEORIA DE OSMOSIS INVERSA

Cuando una solución de sales es separada de un agua desmineralizada mediante una membrana semipermeable, la mayor presión osmótica de la solución de sales produce un flujo de agua desde el compartimento de agua desmineralizada. El agua fluirá y diluirá la solución concentrada hasta que se equilibre la presión osmótica con la presión hidráulica de la columna de agua, fig.1. Si ahora, se aplica presión en este lado, es posible hacer fluir el agua en la dirección inversa, concentrando nuevamente esta solución, aún hasta niveles de concentración mayores a los iniciales. Este proceso se define como ósmosis inversa .

MEMBRANA OSMOSIS INVERSA

Las membranas de ósmosis inversa se clasifican de acuerdo con la morfología de su sección transversal en asimétricas y de película delgada compuesta.

Las membranas asimétricas fueron desarrolladas en 1962 y emplean polímeros de acetato de celulosa y poliamidas aromáticas. Estas membranas tienen una capa densa y delgada para rechazar sales y una capa gruesa de soporte poroso, ambas del mismo material.

VENTAJAS:

  • Bajo costo.
  • Resistencia al Cloro.

DESVENTAJAS:

  • Presentan hidrólisis por ácidos y bases.
  • Tienen un rechazo marginal de sales.
  • Temperatura máxima de operación 30° C.
  • Son biodegradables.

Las membranas de película delgada compuesta tienen una capa de barrera delgada superior y una subcapa porosa de material diferente. La capa de barrera puede ser seleccionada para proveer alto rechazo de sales y alto flujo de permeado y la subcapa puede ser optimizada en porosidad, fortaleza, y resistencia a la compactación.

Estas son las más usadas comercialmente en las aplicaciones de tratamiento de agua, y las encontraremos mayormente en las dos configuraciones más conocidas, fibra hueca y enrollada en espiral, siendo estas últimas las de mejor desempeño y mejor relación costo-beneficio.

Clases de contaminantes:

  • Iones.
  • No Iones.
  • Partículas.
  • Compuestos orgánicos.
  • Gases.

Dependiendo de la aplicación es necesario remover algunos de ellos. El sistema de tratamiento dependerá de la calidad de agua tratada requerida y de la clase y concentración de especies en el agua de alimentación.

Además del tamaño de lo que se quiere remover, es importante conocer su concentración en la alimentación, así como, el nivel máximo permitido en el agua tratada.

La concentración de impurezas en el agua de alimentación depende del tipo de fuente de agua tratada.

  • Agua de mar.
  • Agua de pozo.
  • Agua superficial (Lagos, Ríos, etc).
  • Agua recuperada.

Normalmente el agua de mar puede tener hasta 50.000 ppm de sólidos disueltos. Las otras fuentes de agua varían su concentración dependiendo del lugar de la fuente y de la época del año.

Si comparamos los sistemas de ósmosis inversa e Intercambio Iónico , para un análisis costo beneficio, encontraremos nuestro punto de equilibrio en las 100 ppm. Es decir, para aguas de alimentación con contenido salino menor a 100 ppm, es más favorable la tecnología de intercambio iónico, quedando el resto del espectro para los sistemas de membrana.

Dependiendo del nivel de sólidos disueltos se selecciona el tipo de membrana a utilizar.

Cada tipo de membrana trabaja a una determinada presión. Los rangos de operación se encuentran entre los 50 ppm y 50.000 ppm de concentración y, 300 psi y 1000 psi la presión aplicada respectivamente.

VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE OSMOSIS INVERSA

  • Agua de alta pureza.
  • Fácil de instalar y expandir.
  • Simple operación.
  • No genera efluentes agresivos.
  • Ambientalmente amigable.
  • No requiere regeneraciones.
  • Bajos costos de operación y mantenimiento.

DIAGRAMA TECNOLOGICO

La fig.2 ilustra en forma simplificada un equipo de ósmosis inversa . Aplicando presión a la corriente de alimentación se producen dentro de la membrana dos corrientes de flujo continuo: permeado y concentrado. La corriente de concentrado, de mayor contenido de sales es descartada, o en algunos casos utilizada para agua de servicio, en tanto que el permeado se constituye en el producto del proceso, agua prácticamente libre de sales u otro tipo de compuestos.

El flujo de permeado es proporcional a la presión aplicada menos el diferencial de presión osmótica, mientras que el flujo de sales es función de la diferencia de concentraciones de los sólidos disueltos a través de la membrana.

El flujo de permeado depende, además de la presión aplicada, de la temperatura del agua de alimentación.
A mayor temperatura, mayor será el caudal de permeado.

DESCRIPCION DE UN SISTEMA DE OSMOSIS INVERSA 

PRETRATAMIENTO

Una bomba auxiliar es la encargada de vencer la caída de presión en los filtros y proveer la presión adecuada en la entrada de la bomba de alta presión. La cadena de filtros micrónicos, prefiltrado final de 5 mm, remueve todas las partículas gruesas para evitar un ensuciamiento prematuro de las membranas, mientras que un manómetro aguas arriba y otro aguas abajo permite monitorear la caída de presión en los filtros para determinar el momento del recambio.

La electro-válvula de entrada aísla hidráulicamente las membranas de ósmosis inversa cuando el equipo se encuentra fuera de operación. Debido a que los sistemas de membranas concentran sales por encima de su límite de solubilidad, es necesario, en la mayoría de los casos, la dosificación de anti-incrustante para evitar depósitos de sales poco solubles sobre las membranas.

OSMOSIS INVERSA

Básicamente, los sistemas de membranas están compuestos por una bomba de alta presión, un arreglo de membranas, y un juego de válvulas de regulación. La cantidad de membranas y la configuración adoptada se determina en base al caudal a tratar por medio de un programa de simulación provisto por el fabricante de membranas.

Los datos a considerar son: caudal a tratar, calidad del agua de alimentación, temperatura y calidad deseada en el producto. A partir de la simulación se determina el punto apropiado de operación del sistema. Es de gran importancia que estos parámetros de diseño se cumplan, ya que de esta forma el fabricante asegura el buen funcionamiento del equipo. Nuestra firma requiere de nuestros clientes, como política de seguimiento preventivo, la remisión de estos datos para que nuestro Departamento Técnico supervise el funcionamiento del sistema, dando las indicaciones correspondientes en caso de algún desvío.

ALMACENAMIENTO

Un sistema de ósmosis inversa opera a caudal constante. Debido a que estos pueden funcionar las 24 hs del día, en casos donde el requerimiento de agua sea de menor tiempo, se podría almacenar agua en una cisterna durante las horas del día donde no haya consumo de agua y luego consumir a mayor caudal que el de producción del equipo.
El dimensionamiento de dicho tanque está ligado a la producción del sistema y el consumo requerido.

DISEÑO DE UN SISTEMA DE OSMOSIS INVERSA

Los módulos de ósmosis inversa suelen acoplarse en paralelo o en serie en función de los caudales y las características del agua a tratar. El concentrado se distribuye en paralelo en cada etapa del arreglo y pasa de un arreglo a otro mientras que el permeado es colectado en forma simultánea de cada elemento o carcaza conformando una única corriente de producto.

Según la cantidad de etapas y las concentraciones de iones pueden lograrse aprovechamientos de agua entre el 15 y 80% para un primer paso.

En algunos casos es posible reducir el número de elementos o etapas requeridas recirculando parte del concentrado.

Una vez diseñado, quedarán definidas todas las variables de operación: caudales, caídas de presión en cada etapa, características químicas de cada corriente, etc.

TRATAMIENTO QUIMICO DEL AGUA DE ALIMENTACION

El problema más crítico a enfrentar en la operación de un sistema de ósmosis inversa es la posibilidad de ensuciamiento.

Entre las sustancias que provocan el ensuciamiento podemos encontrar:

  • Hidróxidos metálicos.
  • Coloides y partículas.
  • Sustancias orgánicas y biológicas.
  • Precipitado de sales poco solubles.

Los procedimientos de limpieza química son efectivos, pero dicha limpieza no debería transformarse en sustituto de un pretratamiento adecuado. Los limpiadores no son generalmente efectivos en un 100% e incluso algunos podrían afectar el rechazo de sales de la membrana. Con un adecuado pretratamiento, un equipo de ósmosis inversa , no debería ser limpiado más de una vez al año y la vida de las membranas debería ser de 5 años.

Cualquiera sea el tipo de ensuciamiento se verán incrementos en la presión diferencial de cada arreglo o en la conductividad del agua tratada.

El pretratamiento puede incluir algunas de las siguientes etapas:

  • Filtración multimedia.
  • Filtración por cartucho.
  • Eliminación de cloro.
  • Ablandamiento.
  • Ajuste de pH.
  • Irradiación Ultravioleta
  • Coagulación / floculación
  • Ultrafiltración

CONCEJOS UTILES PARA LA SELECCION DE UN EQUIPO DE OSMOSIS INVERSA:

Operativamente, un sistema de ósmosis inversa solo requiere del accionamiento de las bombas centrífugas, apertura de válvulas actuadas y de un control de nivel en el tanque de almacenamiento que funciona como iniciador del proceso.

Igualmente por más simple que parezca, a la hora de elegir equipamiento de ósmosis inversa un usuario cuidadoso debería hacerse las siguientes preguntas:

  • ¿Es el tratamiento correcto para el problema en cuestión?
  • ¿Cuál es el grado protección de las partes vitales del equipo? (Bombas, membranas, filtros)
  • ¿Cómo interactúa el automatismo del equipo con el resto del equipamiento? (Cisternas, ablandadores)
  • ¿El diseño del equipo es el correcto? (número de membranas y disposición)
  • ¿Cuál es el grado de automatismo del sistema?
  • ¿Está preparado el equipo para las operaciones de mantenimiento?
  • ¿El sistema posee lavado rápido?
  • ¿Cuando el equipo se detiene por alguna falla, es posible determinar su causa?

ADEMAS DEBERIA COMPARAR LOS SIGUIENTES ITEMS:

  • Servicio postventa del proveedor.
  • Servicio postventa y repuestos de las partes vitales del equipo.
  • Materiales de construcción.
  • Dimensiones del equipo.
  • Concepción del equipo.
  • Garantía.
  • Capacitación y perfeccionamiento continuo.