TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Profesora: Judith Narváez Terán Máster en Toxicología Industrial y Ambiental TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

TECNOLOGÍA DE MENBRANAS ULTRAFILTRACIÓN, NANOFILTRACIÓN Y ÓSMOSIS INVERSA

INTRODUCCIÓN OSMOSIS: Osmosis es el proceso natural donde el solvente, principalmente el agua, fluye a través de una membrana semi permeable, dejando pasar las moléculas más sencillas del solvente, de una solución de baja concentración de sólidos disueltos a una solución de alta concentración de sólidos disueltos.  

ósmosis inversa ¿Qué es la ósmosis inversa? Proceso en el cual, se obliga al agua a pasar a través de una membrana semi permeable, desde una solución más concentrada en sales disueltas u otros contaminantes, a una solución menos concentrada.

La ósmosis inversa es el proceso en el cuál se aplica una mayor presión osmótica, esta presión es ejercida en el compartimiento que contiene la más alta concentración de sólidos disueltos.

Comparación osmosis directa e inversa

Esta presión obliga a pasar por una membrana semipermeable en dirección contraria al del proceso natural de la ósmosis. En un proceso de ósmosis, el solvente pasa espontáneamente de una solución menos concentrada a otra más concentrada, a través de una membrana semipermeable, pero al aplicar una presión mayor que la presión osmótica a la solución más concentrada, el solvente comenzará a fluir en sentido inverso.  

CONDICIONES PARA UN TRATAMIENTO CON MENBRANAS:

FILTRO DE SEDIMENTOS: partículas que pueden ser transportadas por un fluido y que se depositan en el fondo del agua o líquido. FILTRO DE ARENA: Son efectivos para retener sustancias orgánicas, pueden filtrar a través de toda la arena, acumulando grandes cantidades de contaminantes. FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO: Remueven olores sabores, cloro residual y materia orgánica. SUAVISADOR: El su avisador es también llamado descalcificadora o ablandador de agua, es un proceso que por medios mecánicos, químicos y o electrónicos trata el agua para minimizar o reducir, los contenidos de sales minerales (calcio y magnesio) para disminuir las incrustaciones en las tuberías y depósitos de agua potable.

Caracterización del agua de alimentación Caudal a tratar Condiciones para proyectar un equipo de ósmosis inversa es fundamental contar con: Caracterización del agua de alimentación Caudal a tratar Uso del agua del producto

Las tecnologías de separación con membranas han adquirido gran importancia gracias al amplio rango de aplicaciones que presentan, entre las que destaca su utilización en el tratamiento de aguas.   Por su alta selectividad y por tanto elevada eficacia para convertir un efluente de depuración en un agua de alta calidad, capaz de cumplir con los requisitos más exigentes de reutilización, como por ejemplo: estabilidad, facilidad de operación y modularidad.

Fundamentos de la tecnología de membranas aplicada a la purificación de agua La membrana actúa como una barrera de separación selectiva que divide la celda en dos partes, de forma que algunas sustancias son capaces de atravesarla mientras que otras quedan atrapadas en ella.

Definiciones básicas que caracterizan el funcionamiento de las operaciones de separación con membranas:

Flujo: es la cantidad de materia que atraviesa la unidad de área de membrana por unidad de tiempo. Las unidades en el SI son m3 m-2s 1, y habitualmente se expresa en Lm-2h-1 (LMH). Conversión y rechazo: En las operaciones con membranas hay tres posibles corrientes: la alimentación, el retenido y el permeado.  

Cuando no se obtiene corriente de retenido, la operación se denomina filtración total, e implica la formación de una torta de sólidos sobre la superficie de la membrana, por lo que es necesario realizar frecuentes. Ciclos de limpieza. En el caso de obtener una corriente de retenido concentrada, la operación se denomina filtración tangencial. La conversión es la cantidad de alimentación que se recupera como permeado, y se expresa en %. Por lo tanto, para una concentración C y un caudal

Los sistemas de separación con membranas basados en la creación de un gradiente de presión se diferencian en tres aspectos: En el tamaño de las partículas separadas debido a los diferentes tamaños de poro de las membranas.  

El rango de presión aplicada, que permite clasificarlos en dos tipos: sistemas de baja presión, que comprende la MF y la UF y sistemas de alta presión, que incluye la NF y la OI.  

Factores que se oponen a la fuerza impulsora La resistencia global al flujo de agua a través de la membrana depende de un conjunto de factores, siendo los más relevantes: Los fenómenos interfaciales de polarización de la concentración, en particular el aumento de la concentración de sales en el retenido de la OI y el aumento de la concentración de iones en el permeado de la ED.   Los fenómenos de ensuciamiento asociados a la precipitación de sales (en OI) y especies macromoleculares (en UF). La acumulación de tortas de sólidos sobre la superficie de la membrana (en operaciones de MF/UF en modo filtración total).

Procesos con membranas basados en gradiente de presión

Microfiltración y ultrafiltración La micro filtración se refiere a todos aquellos procesos de filtración que utilizan membranas porosas, generalmente simétricas, para separar turbidez, partículas en suspensión y algunos microorganismos patógenos y bacterias, con diámetros de poro comprendidos entre 0.1 μm y 10 μm, mediante un mecanismo de criba. La diferencia de presión hidrostática aplicada es baja, normalmente hasta un máximo de 2 bar. La UF utiliza membranas porosas con un tamaño medio de poro en el rango de 0.001-0.1 μm para separar agua y micro solutos de virus, materia coloidal y macromoléculas. La caída de presión impuesta es mayor que en la MF y normalmente está comprendida en el rango 1-5. La mayoría de las membranas de UF son asimétricas y la mayor parte de la resistencia hidrodinámica se genera en una capa muy delgada de un espesor aproximado de 1 μm en contacto con el agua de alimentación.

El desarrollo comercial de los procesos de MF/UF comenzó en los años 1980, inicialmente con instalaciones dedicadas a la depuración de aguas limpias, por ejemplo, aguas subterráneas. Hoy en día se han desarrollado nuevas membranas con capacidad para manejar los fenómenos de ensuciamiento, y las operaciones de MF/UF proliferan en el mercado del tratamiento de aguas potables a partir de aguas superficiales y en el tratamiento de aguas residuales mediante los biorreactores con membranas sumergidas (MBRs). Las membranas de MF/UF se fabrican en una diversidad de materiales, cuyas características es necesario conocer para hacer una selección compatible con la calidad del agua bruta, los requisitos de pretratamiento y otras condiciones de operación:  

Polipropileno (PP): Ofrece resistencia química en una amplio rango de pH (2-14), buena resistencia mecánica y tolera una cierta concentración de cloraminas.   Mezclas de Polieter sulfona (PES)/ polivinilpirrolidona (PVP): Alta resistencia a ambientes oxidantes (cloro, ozono); su alta hidrofilicidad aporta resistencia al ensuciamiento por materia orgánica. Son poco resistentes a la presencia de disolventes orgánicos.

  • Polisulfona (PS): Alta tolerancia a cambios de pH (1- 13), buena resistencia a oxidantes. • Poli (fluoruro de vinilideno) (PVDF), muy tolerantes a ambientes oxidantes, el rango de pH es más limitado (2-10,5), buena resistencia mecánica y pobre resistencia a temperaturas elevadas. También se fabrican membranas cerámicas de MF/UF, aunque su utilización en procesos de tratamiento de agua no es habitual, siendo su campo de aplicación principal la industria alimentaria

Nano filtración y osmosis inversa

Las tecnologías de NF y la OI se utilizan principalmente en procesos de purificación de agua, bien por desalación de agua de mar o de agua salobre. También se aplican en tratamientos terciarios de aguas depuradas, cuando el objetivo es obtener un agua de baja conductividad, para riego cuando el agua depurada presenta concentraciones de sales intolerables para los cultivos, o bien en aplicaciones industriales donde es frecuente el estándar de calidad del agua desionizada.

Ambos procesos están basados en el mismo principio: se fuerza al agua a difundir a través de la estructura molecular de la membrana no porosa, que impide el paso de sales disueltas y otras impurezas de bajo peso molecular como pesticidas, fármacos, disruptores endocrinos, etc. El agua pasa desde la cara de la membrana en contacto con la disolución concentrada en sales a la más diluida en virtud de la aplicación de un nivel de presión hidrostática que compense la presión osmótica natural de la disolución concentrada. Como resultado del proceso se genera una corriente de permeado formada casi en su totalidad por agua y otra corriente de concentrado con una alta concentración de sales y otros solutos.   La calidad del agua de entrada (concentración de sales, contenido en materia orgánica, etc.) tiene una influencia específica sobre los parámetros de operación de los sistemas NF/OI, el flujo, la presión de operación y el porcentaje recuperación (productividad).

Las membranas de NF y OI son muy similares, excepto que estas últimas tienen una estructura más densa.