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El agua. Desalación (3/4)

Autor: ANTONIO ROS MORENO
Curso:
10/10 (1 opinión) |176 alumnos|Fecha publicación: 13/06/2011
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Capítulo 8:

 Limpieza de las membranas

Durante la operación normal de los módulos de ósmosis inversa se puede presentar la acumulación de material en la superficie de las membranas. Este material puede ser de naturaleza inorgánica y orgánica y es lo suficientemente fino como para atravesar los filtros de cartucho del pretratamiento. La acumulación de este material provoca la obturación gradual de las membranas y reduce el desempeño de la ósmosis. Esta situación queda en evidencia cuando se requiere la aplicación de mayor presión para mantener el mismo porcentaje de rendimiento, se incrementa el consumo de energía y el costo de operación.

Cuando las membranas se ensucian y sobre todo si dicho ensuciamiento tiene lugar en un corto período de tiempo, las posibilidades de recuperación dependen fundamentalmente de la rapidez con que se actúe en remover el material de riesgo mediante la aplicación del adecuado proceso de limpieza. Si una membrana sucia continua operando, su deterioro puede ser irreversible, con problemas tan difíciles de resolver como el ensuciamiento en el interior de los poros, dificultando la recuperación total de la membrana a pesar de que se use agentes químicos a elevadas temperaturas.

A modo de resumen, es necesario realizar una limpieza si ocurre cualquiera de las situaciones siguiente:

·   El paso de sales se incrementa en más de un 15%

·   La producción aumenta o disminuye más de un 10%

·   El caudal de rechazo varía en más de un 10%

·   La pérdida de carga de los módulos se incrementa en más de un 20%

·   La presión de alimentación se incrementa en más de un 10%

·   Ante largos períodos de parada (más de una semana)

·   Antes de aplicar cualquier reactivo de regeneración de las membranas

·   Antes de una parada de más de 24 horas, tras haber operado con un producto orgánico susceptible de favorecer los desarrollos biológicos (ácido cítrico por ejemplo).

Consecuentemente, lo primero que hay que conocer es el origen y el tipo de ensuciamiento producido para, por un lado tratar de eliminarlo de las membranas, y por otro, evitar que se vuelva a producir en el futuro.

El ensuciamiento se debe a las interacciones soluto-soluto y soluto –membrana, pero para cada aplicación tiene un origen determinado, de acuerdo con el material de la membrana y la solución a tratar:

-         Físico-químicos: adsorción de moléculas sobre la superficie de la membrana o su interior.

-         Químicos: poca solubilidad en la capa de polarización o insolubilización por cambio de condiciones. Precipitación sobre la superficie de la membrana de sales minerales y óxidos metálicos.

-         Mecánicos: depósitos en los poros de la membrana, bloqueándolos.

-         Hidrodinámicos: irregularidad en el reparto del flujo, que acelera la concentración por polarización y el ensuciamiento en zonas de la membrana que trabajan con conversiones elevadas, y la existencia de zonas muertas, que tienen muy poco flujo.

-         Otros: ensuciamientos extraños, como el de azufre coloidal, cuando en un pozo de captación de agua, hay H2S, y se inyecta cloro o entra aire en el pozo, se puede llegar a formar azufre coloidal por oxidación del H2S por parte del oxígeno o del cloro. Este azufre coloidal es muy difícil de eliminar.

Los agentes causantes del ensuciamiento  en las membranas se dividen en cinco categorías:

- Metales: suelen ser hierro, manganeso y aluminio. A veces también se encuentran zinc, cobre y níquel. El hierro y el manganeso suelen encontrarse en aguas subterráneas como iones divalentes solubles. Si se exponen estos iones al aire o al cloro precipitan sobre la membrana en forma de hidróxidos (insolubles). El ensuciamiento por hierro también puede ser debido a la corrosión en las tuberías o equipos. Otra fuente pueden ser los coagulantes que se usan antes de los filtros, que suelen ser sales de hierro (FeCl3 es el más común). El ensuciamiento por hidróxido de aluminio también es frecuente y suele ocurrir por un exceso en la utilización de coagulantes basados en aluminio.

- Sales: la sobresaturación de algunas sales poco solubles puede incrustar la superficie de las membranas. Las más frecuentes son carbonato cálcico, sulfatos de calcio, estroncio y bario. Menos comunes son la sílice y el fluoruro de calcio. La sílice es difícil de eliminar una vez depositada.

- Coloides y sólidos en suspensión: son los agentes de ensuciamiento más comunes y pueden ser arcillas, sílice coloidal y/o bacterias. Los coloides son partículas cuyo diámetro es inferior a una micra y no se decantan de forma natural, permaneciendo en suspensión. Las partículas sólidas en suspensión suelen tener un tamaño superior a una micra y suelen decantarse de forma natural con el tiempo.

- Compuestos orgánicos: los ácidos húmicos y fúlvicos resultan de la degradación de hojas y otras plantas que ocurre en aguas superficiales. Pueden causar graves problemas de ensuciamiento dependiendo de la naturaleza del agua y suelen ensuciar más a la poliamida que al acetato de celulosa. Los ácidos de elevado peso molecular son más problemáticos. Los iones calcio y magnesio pueden contribuir a este tipo de ensuciamiento al servir de nexo entre las membranas aniónicas y estos ácidos.

Dentro de este apartado también se incluye el ensuciamiento biológico. Cuando la solución de aporte contiene suficientes elementos nutritivos se favorece el rápido desarrollo de microorganismos en el interior de los módulos. Dichos desarrollos pueden afectar al rendimiento de la instalación de tres formas distintas:

·   Destruyendo la capa activa de las membranas, ya que pueden digerir enzimáticamente el acetato de celulosa.

·   Ensuciando las membranas: produce los mismos efectos que el ensuciamiento por coloides.

·   Apareciendo bacterias en el permeado: las membranas, por sí mismas, no permiten el paso de ninguna bacteria, virus, etc., desde la solución de aporte al permeado, el permeado está separado del rechazo mediante juntas tóricas. Algún pequeño fallo en estas juntas permitiría el paso de algunas bacterias al permeado, contaminándolo.

- Agentes químicos: suelen proceder de reacciones químicas entre dos o más compuestos químicos incompatibles. El ejemplo más común es la reacción entre un antiincrustante polimérico (suelen ser poliacrilatos) y un coagulante orgánico.

El control del ensuciamiento de membranas tiene un vacío grande en la práctica de la ósmosis inversa desde hace mucho tiempo. Cada planta tiene que encontrar su solución de lavado óptima, ya que, literalmente no existen dos aguas con condiciones idénticas, y la disponibilidad de reactivos varía en cada caso. La selección de un método específico depende del agente que provoca el ensuciamiento, pero en principio se hace un enjuague con agua para que la suciedad no se quede adherida a su superficie. Luego se hacen unos tratamientos, hasta que recupere sus condiciones iniciales. Sin embargo, la experiencia establece ciertas reglas generales que pueden acortar la búsqueda de la solución óptima:

a.- Limpiaremos las membranas lo menos posible. Si estamos lavando más de 4 veces al año, trataremos de mejorar el pretratamiento, para evitar tantas sucesivas limpiezas. Los lavados cuestan dinero, irrumpen la producción, y pueden acortar la vida útil de las membranas.

b.- Seguiremos las recomendaciones de los fabricantes de las membranas. Los reactivos que ellos recomiendan son los más adecuados para cada tipo de membrana.

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