Información Técnica y Comercial de las Membranas para osmosis inversa

La ósmosis se refiere a la búsqueda del equilibrio cuando se ponen en contacto dos fluidos con diferentes concentraciones de sólidos disueltos y estos se mezclan hasta que la concentración se vuelve uniforme, cuando estos fluidos están separados por una membrana permeable (que permite el paso a través de uno de los fluidos), el fluido de menor concentración pasará por la membrana hacia el fluido de mayor concentración, pero cuando se utiliza una presión superior a la presión osmótica, se produce el efecto contrario conocido como ósmosis inversa, estos fluidos pasan a través de la membrana, mientras que los sólidos disueltos quedan atrás. El resultado es un flujo de agua pura, esencialmente libre de minerales, coloides, partículas de materia y bacterias y constituye el nivel más fino de filtración existente, capaz de rechazar elementos tan pequeños, como 0.0001 mm. La cantidad de agua filtrada depende de la presión aplicada a la solución más concentrada y el área de la membrana que está siendo presurizada. La presión requerida debe sobreponerse a la osmótica y depende de la concentración molar de la solución y de la temperatura absoluta (100 mg/L de sólidos disueltos son equivalentes a aproximadamente 1 psi de presión osmótica).

La membrana de ósmosis inversa es una película de acetato de celulosa parecido al celofán, y puede estar formulada para dar diferentes grados de rechazo de sal, algunas tienen la habilidad de rechazo de 50 a 98% es decir, que la membrana repele a los iones.

En el proceso de la ósmosis inversa el agua es forzada a cruzar la membrana, dejando las impurezas detrás.

La permeabilidad de la membrana puede ser tan pequeña, que todas las impurezas, moléculas de la sal, bacterias y virus son retenidos.

Están hechas de material sintético por lo general compuesto de poliamida, las membranas comunes son conocidas como TFC (Thin Film Composite) que pueden usarse en escalas de pH que van de 2 a 12. Esta membrana por lo general está en forma de rollo separada por una rejilla plástica interior que la contiene, por lo que el agua que se va a tratar pasa a lo largo del rollo y el agua producto se va juntando por el interior y hacia el centro en forma de espiral.

Los sistemas de membrana para el tratamiento de agua originalmente se usaban para desalinización aunque ahora su uso se ha extendido en sistemas para el tratamiento de materiales orgánicos, dichos sistemas consisten en láminas delgadas que técnicamente no tienen poros. La membrana permite que las moléculas de agua pasen pero retiene otras sustancias en suspensión.

Es necesario hacer un tratamiento del agua antes de aplicar la ósmosis inversa, para que no se contamine la membrana y se limite su eficiencia. Los sistemas de ósmosis inversa requieren que la membrana se limpie regularmente y se cambie periódicamente.

La unidades de ósmosis inversa pueden ser ajustadas con facilidad y constituyen una buena opción para el uso en sistemas pequeños incluso portátiles para lugares que cuenten con energía eléctrica.

Las membranas para ósmosis inversa se construyen con varios materiales, los cuales tienen pros y contras, así que se debe seleccionar la membrana correcta para las necesidades específicas del sistema de tratamiento.

Las membranas pueden ser: de acetato de celulosa y de poliamidas, las primeras sirven para caudales grandes por unidad de superficie, mientras que las de poliamidas son mejores para soportar caudales menores.

Por la forma en la que se encuentran puede ser:

Enrolladas en espiral: compuestas con varias láminas de membrana plana alrededor de una tubería central que suministra el agua que recibirá el tratamiento. Las configuraciones de fibra fina hueca utilizan un grupo de miles de tubos huecos que están construidos con material de la membrana.

De placa plana: las hojas planas de membrana son puestas contra hojas de placa similares a un filtro prensa convencional.

Tubular: la membrana se encuentra dentro de un tubo poroso o perforado. Las membranas puedes estar enrolladas en espiral, compuestas con varias láminas de membrana alrededor de una tubería central que suministra el agua que recibirá el tratamiento.

Rollo gelatinoso o espiral: la membrana se encuentra a manera de sobre sellando los bordes de una hoja plana doblada. Un separador de malla plástico se mete en este sobre y otro afuera y la estructura completa se enrolla en espiral y se inserta en una cápsula de presión.

Fibra hueca: en el que fibras del tamaño de un cabello humano son tejidas por maquinaria hasta tener una forma tubular. Los extremos del tubo se cubren por un material plástico sellador y todo se inserta en una cápsula de presión, el agua salina presurizada hace que el agua pura pase por la pared de cada fibrila y a través de la perforación de la fibra expuesta hasta juntarse en la salida de la cápsula en donde es colectada. Se utilizan miles de tubos huecos agrupados que están construidos con material de la membrana.

Las membranas para ósmosis inversa se usan para la eliminación de impurezas iónicas como: nitratos, fosfatos, sulfatos, iones metálicos, coloides, compuestos orgánicos y microorganismos.

Las instalaciones de ósmosis inversa se utilizan en: industria química, cosmética y farmacéutica, tratamiento de agua potable, de agua superficial, de agua de acuífero, de enjuagado electrónico, galvánico e industria del vidrio, en plantas de embotellado, para aguas de alimentación de caldera y sistemas de vapor, en hospitales y laboratorio, en desalinización, en desionización del agua de alimentación de calderas y en la producción de agua ultrapura para la industria electrónica.  

Las aplicaciones de la ósmosis inversa son: ablandamiento del agua, producción de agua potable, de agua procesada y de agua ultrapura (industrias electrónicas) así como concentración de solventes moleculares para industrias alimentarias y lácteas.

El porcentaje de efectividad de las membranas es el siguiente: de 90 a 99% remueven Fluor, Sodio, Calcio y metales pesados, es de un 99% para microorganismos de un peso molecular de más de 1,000 incluyendo bacterias, virus y pirógenos y de compuestos de un peso molecular de más de 200 incluyendo sucrosa y colorantes.

Generación de aguas ultrapuras para procesos industriales.

Desalinización de agua de mar.

Desalinización de agua salobre.

Tratamiento de aguas reusadas para generación de aguas con baja salinidad para  aplicaciones industriales.

Tratamiento terciario de efluentes con sales, químicos, DBO5 y bacterias.  

En cuanto a la calidad del agua y de las propiedades de las membranas pueden tener dos tipos de problemas:

Daño físico: al someter la membrana con productos químicos que destruyen su porosisdad, lo ideal es no exceder un pH de 3 a 10 o de cloro superiores a ppm.

Obstrucción por suciedad : cuando se acumulan sedimentos del agua obstruyendo su porosidad y se produce la incrustación de sales y de materia orgánica. Para evitarlo se puede hacer un lavado con algún químico (ácido especializado) cada 15 días para evitar este problema.

El pH del agua a tratar debe estar siempre ácida para evitar la hidrólisis de la membrana (de preferencia de 5 a 7).

El acetato de celulosa es muy susceptible a la hidrólisis microbial, la temperatura de proceso no debe exceder los 29 °C, la vida de la membrana es de uno a tres años dependiendo del pH y la presión.

No se recomienda el uso de esta técnica como tratamiento primario, las membranas para ósmosis inversa son muy eficientes para aguas con bajo contenido de elementos, por lo tanto para alargar la vida de estas membranas se recomienda que el agua pase primero por un sistema de tratamiento para remoción de sólidos suspendidos y ajuste de pH.

La única energía necesaria para operar la ósmosis inversa es la presión que puede ser producida por bombas de motores eléctricos o de combustible, aunque no se requiere de altos potenciales eléctricos como los usados en la electrodiálisis y con la excepción de estas bombas no hay partes móviles en el sistema de ósmosis inversa. El sistema corre continuamente con poco mantenimiento.

No se necesita del uso de químicos para la regeneración como sucede en el intercambio iónico.

Las membranas pueden ser diseñadas para separar compuestos orgánicos diferentes. No hay que suministrarle calor al sistema y no es necesario un cambio de fases para efectuar la separación, además los requerimientos de energía son muy bajos.