TECNOLOGÍA DE MEMBRANAS Gallardo Benítez Maricela Mendoza Martínez Marisol

Tecnología de membranas Membrana: Barrera física entre dos fluidos que permite en forma selectiva el paso de ciertos componentes del fluido alimentado. Permeado: Fluido que pasa por la membrana. Retentado o retenido: El que queda retenido en el lado de la alimentación. Ventajas: Alto grado de purificación, eficiencia y selectividad .

Clasificación de membranas Material de fabricación Porosidad de la membrana Estructura Geometría Fuerza impulsora

Equipo de separación con membranas Por su geometría Sistema de platos y marcos Sistema de placas paralelas que están constituidas por láminas o membranas planas.

Membranas de espiral Las membranas de espiral consisten en dos capas de membrana, situadas en un tejido colector de permeados. El canal de entrada del agua se sitúa a una altura moderada, para prevenir la obstrucción de la unidad de membrana. Utilización: Nanofiltración y ósmosis inversa Permeación de gases Material de la membrana: acetato de celulosa poliamidas compuestas Membranas poliméricas espiraladas

Membranas de espiral

Membranas Tubulares Están situadas dentro de un tubo, hechas de un tipo especial de material. Este material es la capa que sostiene a la membrana Las membranas tubulares tienen un diámetro de 5 a 15 mm ventajas: Toleran trabajar con sólidos en suspensión. Poca posibilidad de obstrucción

MEMBRANAS DE FIBRA HUECA Utilizadas para micro y ultrafiltración Ventajas: Gran eficacia y rendimiento. Debido: Al tamaño de los poros. Mayor distribución. Área de superficie mayor. Desventajas: Mayor posibilidad de obstrucción Poliamidas compuestas, acetato de celulosa

Clasificación de procesos de membrana Gradiente de presión Gradiente de concentración Gradiente de voltaje Ultrafiltración Microfiltración Nanofiltración Ósmosis inversa Permeación de gas Diálisis Electrodiálisis

GRADIENTE DE PRESION MICROFILTRACIÓN (MF) Este tipo de filtración trabaja a baja presión para separar partículas de alto peso molecular, coloides en suspensión o bien sólidos disueltos.

ULTRAFILTRACIÓN (UF) Es un paso de separación selectiva usada tanto para concentrar como para purificar compuestos de medio y alto peso molecular como proteínas lácteas, carbohidratos, y enzimas.

NANOFILTRACIÓN (NF) Considerada como un proceso único entre la ultrafiltración y la ósmosis inversa, especialmente diseñada para conseguir separaciones específicas de compuestos de bajo peso molecular como azúcares, minerales disueltos y sales.

. ÓSMOSIS INVERSA (OI) . Aplicando una presión superior a la presión osmótica, el agua fluirá en sentido inverso; el agua fluye desde la columna con elevado contenido en sólidos disueltos hacia la columna con bajo contenido en sólidos disueltos. Aplicaciones: desalación de agua salobre, tratamiento de aguas residuales, concentrado de cítricos.

Elementos de membrana de ósmosis inversa Bomba de alimentación de alta presión Sistema de pretratamiento Post-tratamiento o acondicionamiento del agua Toma de agua del sistema

PERMEACION DE GASES La fuerza impulsora utilizada es la diferencia de presiones parciales de las especies que se transfieren por la membrana. El gas de alimentación es forzado por presión a entrar al módulo de membrana Utilizan membranas de fibra hueca o membranas de espiral. Aplicaciones: Purificación de helio hidrógeno (polisulfona de dióxido de carbono (acetato de celulosa), producción de nitrógeno a partir del aire (membranas compuestas).

Ósmosis inversa Nanofiltración Ultrafiltración Microfiltración Tipos de membrana   Ósmosis inversa Nanofiltración Ultrafiltración Microfiltración Membrana Asimétrica Simétrica/ Asimétrica Grosor Película 150 µm 1 µm 150-250 µm 1 µm 10- 150 µm Tamaño de poro <0.002 µm 0.2-0.02 µm 4-0.02 µm Rechazo Componentes de alto y bajo peso molecular. (sales, glucosa, aminoácidos) Componentes de alto peso molecular. (oligosacáridos glucosa, aminoácidos) Macromoléculas, proteínas, polisacáridos, virus Partículas, bacteria, barro Material Polimérico Polimétrico Cerámico, polimérico. Módulos de membrana Tubulares (espirales y planas) Tubulares (espirales, fibra hueca y planas) Tubulares (fibra hueca) Presión de operación 15-150 bar 5-35 bar 1-10 bar <2bar

Aplicación Permeado Concentrado R O Textil Agua limpia DQO, sales, productos químicos, residuos Agua (desalinización) Agua de baja salinidad Agua salada Suero Permeado de bajo DQO Suero concentrado                                                                                                                                                                                                                                                  N F Antibióticos Sales Antibióticos desalinizados Agua decolorada Colorante, DQO Agua Agua descalcificada Agua residual Suero desalinizado U F Medio clarificado de fermentación microbios enzimas residuo Producto de alto valor leche Emulsiones de aceite Agua sin aceite (<10ppm) Emulsión agua/aceite agua Agua clarificada suero Solución de lactosa WPC

Diálisis Potencial de concentración Técnica empleada para purificar disoluciones en las cuales impurezas de pequeño tamaño contaminan a un soluto macromolecular. Una membrana semipermeable separa la disolución a purificar de un disolvente-agua o disolución salina- que actúa como agente captador de impurezas Aplicaciones: La diálisis de lubricantes donde al final del proceso de diálisis, el aceite queda en óptimas condiciones para ser utilizado en la misma aplicación donde se venía utilizando y con un porcentaje de vida igual ó mayor al que tenía al iniciar el proceso de diálisis.

Electrodiálisis Tipos de separaciones producción de agua potable. Desalación del agua y producción de sal producción de agua potable. En las industrias de: Alimentos Medicamentos Procesos químicos Biotecnología Tratamiento de aguas residuales

Basadas en un potencial eléctrico ELECTRODIÁLISIS Principio: La electrodiálisis es un proceso en el cual los iones son transportados a través de una membrana permeable a determinados iones desde una disolución a otra bajo la influencia de una diferencia de potencial.

ELECTRODIÁLISIS El cambio iónico es un fenómeno de permeado de iones, en el caso de una membrana de intercambio iónico, mientras que es un fenómeno de cambio adsortivo de iones, en el caso de una resina de intercambio iónico

Factores determinan el transporte a través de la membrana - La estructura de la membrana. - El tamaño de las partículas de soluto. - Adsorción en la interfase membrana. - Disolución. - Polarización por concentración. - Fuerzas generalizadas para el transporte. - Fouling.

Concentración por polarización El soluto es retenido mientras el disolvente pasa a través de la membrana, esto hace que dependiendo de la movilidad del soluto tienda a acumularse en la superficie. Consecuencias Decrecimiento de flujo de permeado •Retención de moléculas grandes aumenta pero disminuye la de moléculas pequeñas •Hace menos efectivo el proceso económicamente

Filtración tangencial Evita la concentración por polarización. Se caracteriza por una circulación rápida del líquido a filtrar tangencialmente a una membrana. Así al tiempo que se efectúa la filtración, se auto limpia la membrana, lo que permite trabajar en continuo.

Modos de filtración Filtración Frontal Filtración tangencial

Fouling o ensuciamiento Se denomina a todos los fenómenos relacionados con el ensuciamiento de las membranas. Causas: •Deposición de coloides y suspensiones retenidas •Precipitación en la superficie de la membrana debida a la elevada concentración en la interfase •Adsorción de macromoléculas sobre la membrana Consecuencias: Decrecimiento de flujo de permeado: Bloqueo de poros Formación de una torta en la superficie de la membrana

Prevención del fouling Pretratamiento de la corriente alimentación: Para bajar la concentración de las especies responsables del fouling. Químicos: ajuste del pH, adición de aditivos. Físicos: Prefiltración. Retrolavado (sólo en MF). La dirección de la filtración es invertida para eliminar todos los elementos que obstruyen la membrana. Lavado químico: ácidos, bases, detergentes, desinfectantes.

Gracias por su atención