Ósmosis inversa

¿Que es la Ósmosis inversa?

La ósmosis inversa (o RO en resumen) es un proceso de membrana impulsado por presión con un rango de separación entre 0.1 y 1 nm. Por lo tanto, las membranas de ósmosis inversa tienen una alta retención de bacterias, virus y micropartículas. Los iones bivalentes y algunos iónicos también están bloqueados por la membrana.

Se crea una diferencia de presión osmótica en la membrana porque las membranas de ósmosis inversa son capaces de realizar altas retenciones. Se forma una alta concentración de sal en el lado de suministro y una baja concentración de sal en el otro lado de la membrana (lado de permeado). 

Las fuerzas naturales intentan crear un equilibrio termodinámico entre ambos fluidos separados por la membrana. En otras palabras, el agua con un bajo contenido de iones se difunde a través de la membrana y disminuye la concentración de iones en el otro lado. Este proceso se llama osmosis. Entonces habrá una diferencia de altura entre los dos líquidos. La diferencia de altura está relacionada con una presión: presión osmótica.

Si se aplica presión, que es más alta que la presión osmótica, al agua iónica altamente concentrada, el agua limpia se ve obligada a difundirse a través de la membrana hacia el lado con una baja concentración de iones. Este proceso se conoce como ósmosis inversa. El nivel de esta presión está determinado por la concentración de iones en el flujo de suministro.

Una membrana de ósmosis inversa consiste en capas de membrana de poliamida enrollada en espiral (ver figura a continuación). En el borde de la membrana, las capas de la herida se sellan con una tapa. Un tubo de recolección de permeado se encuentra en el centro del módulo de la herida. Toda el agua limpia pasa a través de los devanados en espiral y se acumula en este tubo. 

composición de una membrana de ósmosis inversa
Interior de una membrana de ósmosis inversa

Una instalación a gran escala es comparable con la nanofiltración, en la configuración típica de flujo cruzado. La instalación consiste en una o múltiples membranas de RO enrolladas en espiral en serie o en paralelo. La configuración en serie proporciona un permeado más puro pero da como resultado una mayor cantidad de concentrado. Una configuración paralela produce un permeado de menor calidad que la configuración en serie, pero aprovecha al máximo el concentrado para minimizar este volumen.

Ventajas y desventajas de la ósmosis inversa

Las ventajas y desventajas específicas de la ósmosis inversa se enumeran a continuación:

Ventajas de la ósmosis inversa:

  • Reducción del contenido de sal y contenido de materia disuelta en agua salobre.
  • Reducción en metales pesados.
  • Reducción de nitratos y sulfatos.
  • Reducción de color, taninos y turbidez.
  • Ablanda el agua dura.
  • «libre de químicos»  por ejemplo, no necesita sal ni productos químicos durante la operación.
  • Alta retención de sales e iones univalentes particulares (hasta> 99%).
  • Desinfección, incluidos los virus.

Desventajas de la ósmosis inversa

  • Mayores costos operativos.
  • Altos costos de energía.
  • Mayores volúmenes de descarga, mayor volumen de concentrado que NF.
  • Alta presión de operación que NF.
  • Requiere suministro de agua a tratar (prefiltración 0.1 – 20 micras).
  • La ósmosis inversa normalmente proporciona agua con un nivel de pH agresivo (en otras palabras, un pH bajo o alto en agua con pocos iones).
  • Membranas sensibles al cloro libre.

Aplicaciones de la ósmosis inversa

El uso principal de la ósmosis inversa es la eliminación de sal en agua salobre y agua de mar, en preparación para el agua potable. Las versiones a gran escala de esta técnica son particularmente populares en Oriente Medio. En el sector industrial, la ósmosis se utiliza para la producción de agua de proceso y agua de suministro de calderas de alta calidad.

La técnica se adoptó a partir de la purificación de aguas residuales y también se utiliza para el procesamiento de estiércol. En el procesamiento del estiércol, la ósmosis inversa se utiliza principalmente como el paso final de purificación en la fracción de estiércol delgado o en el condensado derivado de la evaporación o el secado. Las técnicas de membrana para separar el estiércol delgado (y el condensado de estiércol) ahora están tan bien desarrolladas que también es posible la implementación a pequeña escala.

Condiciones de operación

La ósmosis inversa tiene requisitos más estrictos para el suministro de agua. La calidad del suministro de agua debe cumplir con los requisitos del proveedor de membranas, de acuerdo con la hoja de información técnica adjunta. Aquí están algunos ejemplos:

  • Máximo 0.5 ppm Fe / Al / Zn / Mn;
  • Valor SDI del agua para SDI 15 500 <5;
  • No hay cloro libre presente en el agua de suministro (resistencia solo 1000 ppm por hora de cloro);
  • Temperatura máxima del agua de 40 – 50 ° C
  • Presión máxima de funcionamiento 45 bar;
  • Rango de pH 3-10, durante la limpieza pH transitorio 2-12 (siempre consulte las notas técnicas o al proveedor).

Eficacia

Se puede implementar RO para eliminar los siguientes parámetros (el rendimiento de eliminación se indica entre paréntesis):

  • Materia disuelta (> 95%);
  • Microorganismos nocivos, p. Ej. Bacterias, protozoos, algas, hongos (> 99%);
  • Materia orgánica persistente (75-99%);
  • Compuestos orgánicos (> 99%);
  • Nutrientes (incluidos fosfatos);
  • Metales (> 90%).
  • Sales inorgánicas (p. Ej. Sulfatos).

Cuestiones ambientales

En la ósmosis inversa, casi todos los iones se concentran en un flujo acuoso: el retenido. Este flujo es una versión engrosada del flujo de suministro. El engrosamiento está determinado por la calidad de permeado deseada, el diseño de la instalación y la retención de la membrana.

El flujo concentrado debe descargarse si no se puede usar bien en el proceso. Al descargar, las normas de descarga en el permiso deben compararse con la calidad del concentrado. Una alternativa puede ser evaporar el concentrado.

Costos

El precio de costo para una instalación típica de ósmosis inversa de 40 m³ / día, con los siguientes parámetros de proceso, oscila entre € 15,000 y € 20,000. Este costo excluye la instalación en el sitio. Las características del proceso para el caso anterior son:

  • Recuperación 75%.
  • Tanque CIP.
  • Consumo medio de energía 2.2 kW.
  • 6 membranas RO.
  • Configuración.
  • Presión de trabajo 12 bar.
  • Recuperación máxima 75%.
  • Retención nominal 90 -> 99%.
  • Temperatura de trabajo 13-30 ° C.
  • bomba de presión de entrada 3 -6 bar.
  • temperatura de diseño 15 ° C.

Comentarios

Se utilizan presiones muy altas (20-40 bar) en RO. Deben tomarse las medidas de seguridad necesarias (por ejemplo, seguridad en la máquina) para limitar el riesgo de trabajar con altas presiones.

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