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OSMOSIS INVERSA.

INTRODUCCIÓN La osmosis inversa es una tecnología relativamente moderna, ya que empezó a realizarse de manera industrial en el año 1965 en Estados Unidos. Sin embargo y debido a su gran desarrollo, se puede decir que es el tratamiento de aguas más utilizado a escala industrial en la desalinización de agua salobres y cada día esta teniendo mas arraigo en la utilización doméstica. Prueba de ello, es que es más frecuente atender a particulares, que piden información y presupuesto para la potabilización química de su agua por osmosis inversa, generalmente para hacer agua potable un agua de alta salinidad o con algún contaminante químico en particular. Por dicha causa acuden a profesionales con la seguridad que les atenderán correctamente, pero por desgracia no todos lo que se denominan profesionales del ramo, tienen los conocimientos y conceptos necesarios para asesorar al usuario de una forma objetiva y real. No debemos de perder de vista que la mejor y la más barata publicidad es la que nos realiza nuestros propios clientes cuando quedan satisfechos por el rendimiento y la calidad de la adquisición realizada, por dicho motivo, recomendamos al lector de este manual, que lo lea cuidadosamente y pregunte las dudas que le pudieran surgir. Vamos a tratar el tema de una forma sencilla y sin entrar sin tecnicismos, los conceptos teóricos y algunas reglas básicas para poder formarse una criterio sobre la OSMOSIS INVERSA. La gran ventaja de la osmosis inversa de otras tecnologías es a un coste constante podemos retirar el 95% de las sales que a él llegan, aunque las aguas sean totalmente salobres, igualmente elimina prácticamente el 100% de los virus y bacterias que se encuentran el agua de alimentación. Evidentemente, el primer cálculo para instalación de una osmosis inversa, y en este caso más que nunca, será obtener un ANALISIS DE AGUA COMPLETO. También será fundamental determinar claramente el uso que se le va a dar a éste agua. Es más fácil procesar agua de cultivos, que pueden tolerar hasta 1200 mg/l de sólidos disueltos que procesan agua ultrapura para calderas o para la industria de microelectrónica. Evidentemente, si parte del consumo va a ir destinado al consumo de agua potable, esto requiere precauciones adicionales como la cloración previa si esta no existe, la esterilización con UV o ozonización.

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PRINCIPIOS DE LA OSMOSIS INVERSA. OSMOSIS NATURAL O DIRECTA. La osmosis es un proceso natural que tienen lugar en todas las células vivas, y que permite obtener agua relativamente pura a partir del agua del medio natural, por la difusión y paso de las membranas de las células de carácter SEMIPERMEABLE (solamente pasa el agua de zonas de baja concentración en sales, el exterior de la célula, a zona de alta concentración, el interior de la célula), en resumen, puede resumirse por el fenómeno por el cual el disolvente, agua, en este caso, de una disolución diluida, pasa a través de una membrana permeable sólo el disolvente, y que no permite el paso de los solutos a su través. El proceso de paso de agua a través de esta membrana semipermeable continua hasta el punto de equilibrio, intentando igualar las concentraciones de solutos a ambos lados de la membrana. MEMBRANAS SEMIPERMEABLES. Se da el nombre de membrana semipermeable a cualquier membrana ya sea vegetal, animal o sintética, que deja pasar con más facilidad el agua que las sales contenidas en una disolución. Un ejemplo de la osmosis natural, es el hecho de como las plantas extraen el agua pura contenida en el suelo a través de las raíces, para diluir la alta concentración de sabia, que se va concentrando constantemente por la evaporación de agua por las hojas. En todos los procesos de osmosis natural el agua pura obtenida, se convierte en una disolución concentrada de sales y azúcares que conforman los fluidos vitales de los seres vivos. Este fenómeno realizado en la naturaleza, se puede reproducir en laboratorio, mediante el empleo de un tubo en forma de U y en cuya rama horizontal y a manera de pared divisoria, hemos colocado la membrana semipermeable como puede ser la piel de una patata (Fig. 1), llenamos las dos ramas verticales hasta el mismo nivel, una con agua salobre y otra con agua pura. Al cabo de unos minutos observaremos que el agua fluye de la zona de agua pura a la zona de agua salobre, ya que observaremos una diferencia de nivel hidroestático entre las dos ramas del tubo y cuya fuerza impulsora esta causada por la diferencia de concentraciones.

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OSMOSIS INVERSA. Tal como hemos visto en la osmosis directa, a partir de agua pura obtenemos agua que se contamina o concentra en la OSMOSIS INVERSA. Tal como su nombre indica es el proceso desarrollado por el hombre, por el que tendemos a invertir la osmosis directa para obtener agua pura, partiendo de agua contaminada o salobre. Este proceso se realiza aplicando una presión exterior hidráulica al agua con mayor concentración de sales, de tal manera que creamos una corriente inversa de agua pura a través de la membrana semipermeable (Fig. 2). La velocidad a la que se difunde el agua pura a través de la membrana dependerá de la presión HIDRAULICA APLIACADA. La difusión a través de la membrana, únicamente tiene lugar para el agua y no para las sales, por lo que dejará todos sus contaminantes esta purificación de agua es lo que denominamos OSMOSIS INVERSA. PRINCIPIOS TEORICOS DE LA OSMOSIS INVERSA. Sin el tubo que hemos visto en la figura 1, tiramos agua pura en el ramal que hemos llenado con agua salobre, llegaremos a alcanzar un nivel en el cual no se produce difusión a través de la membrana, con lo que el sistema queda en equilibrio, no se produce caudal de agua pura ni en inverso ni en directo. Definiremos la presión osmótica de la solución mas concentradas como la presión hidráulica ejercida por la columna líquida cuya altura es la diferencia de niveles entre los dos ramales del tubo en U.

6 = H2 – H1 La presión osmótica se designa por la letra griega pi, i depende entre otros factores de la concentración de la misma de tal manera que a mayor concentración mayor presión osmótica tendremos. A modo de calculo rápido, sólo como regla mnemotecnia, se puede tomar la presión osmótica como

6 (en psi) = TDS / 100

6(en kg/cm2) = TDS / 1470 PRESION NETA DE TRABAJO.

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Sin el tubo de la figura 3, una vez estabilizado el sistema, queremos hacer que se produzca el paso inverso a través de la membrana de la solución más concentrada a la más diluida, deberemos aplicar una presión exterior superior a la solución concentrada a la de su presión osmótica. La presión neta de trabajo la definiremos como la diferencia existente entre la presión exterior total aplicada menos la presión osmótica de la solución.

Pn = Pt - 6 Presión neta de trabajo Fig. 4.

Si trasladamos todos los conceptos definidos hasta ahora, a una instalación real de osmosis inversa, la presión exterior total se obtiene por el bombeo del agua salobre y llevándola por tuberías adecuadas, hasta llevarlas a la membrana y allí hacerlas pasar a través de ellas. En todo este proceso existen unas pérdidas de presión por la fricción del agua con las tuberías, por la configuración hidráulica de las membranas y por la contrapresión propia que ejerce cada membrana, por lo tanto la presión neta real, vendrá dada por la siguiente fórmula:

Pn real = Pt. (6 + Dp) Dp = pérdida total de presión del sistema Dado que el % de la concentración está en función de la concentración molecular de lo elementos disociados y el grado de disociación en equilibrio, la presión osmótica es una característica de la disolución y aumenta conforme lo hace ésta como lo hemos dicho antes. Así por ejemplo, ensayos de laboratorio nos han permitido establecer, tomando, como base una disolución acuosa de cloruro sódica, la presión osmótica aumenta, teóricamente 0,7 bares por g/l de salinidad. Por su parte las moléculas orgánicas de bajo peso molecular, originan disoluciones con presiones osmóticas menores, del orden de 0,07 bar/g/l. En la siguiente tabla vamos a ver diferentes presiones osmóticas en función de diversas disoluciones y su concentración. Disolución acuosa Concentración mg/l Presión osmótica bar. Cloruro de sodio 35.000 27,86

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Cloruro sódico 1.000 0,79 Sulfato de sodio 1.000 0,42 Sulfato de magnesio 1.000 0,25 Bicarbonato de sodio 1.000 0,89 Cloruro de calcio 1.000 0,58 Cloruro de magnesio 1.000 0,67 Sacarosa 1.000 0,0725 Dextrosa 1.000 0,13976 Varias teorías han intentado explicar el fenómeno por el cual el agua se separa de las sales minerales en la membrana algunos autores suponen una adsorción negativa de las sales disueltas en el agua por la pared semipermeable de la membrana lo que lleva a la existencia de una lamina de agua pura de espesor muy fino. En este supuesto el agua atravesaría la membrana por los poros cuyo diámetro fuese del orden del espesor de la lamina de agua pura. Otros autores sostienen que se rige mediante un modelo de difusión o por repulsión entre iones próximos. PRODUCTIVIDAD DE LAS MEMBRANAS. Hasta ahora hemos visto como se efectúa el proceso de la osmosis inversa pero no hemos hablado del caudal de agua que se puede obtener por dicho proceso. Tal como hemos explicado en el apartado anterior, el flujo de agua depende de la presión neta pero hay otro factor que hasta ahora no hemos considerado pero también influye EL ÁREA DE LA MEMBRANA. A mayor área obtendremos mayor producción de agua a la misma presión neta. A partir de ahora tendremos en cuenta diversos factores para diseñar una osmosis inversa: - La presión osmótica de la presión a tratar, ya que cuanto mayor esta sea,

mayor será la presión a aplicar para obtener una misma producción. - La presión neta real aplicada, pues cuanto mayor sea esta presión mayor

será el paso de agua a través de la membrana. - El área de las membranas ya que si aumentamos el área con una misma

presión. Todo lo anteriormente expuesto lo expresaremos por las siguientes ecuaciones: Qp = A . S. Pn Qp = A . S . (Pt - 6 - Dp) Lo cual nos dice que el caudal de producto de agua depurada esta en función directa de la superficie de la membrana de la presión neta y de un factor que

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denominaremos CONSTANTE DE PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA. Posteriormente entraremos con mayor detalle en la productividad de la membrana y en los factores que le afectan, ya que es necesario definir otros conceptos y definir como son las membranas en la practica. LA OSMOSIS INVERSA EN LA PRACTICA. Tal como hemos indicado anteriormente, al producirse la osmosis inversa, las sales contenidas son retenidas por la membrana. Si consideramos la OI como un filtro este se colmataria muy rápidamente si no efectuaremos una purga continuada de los elementos contenidos, en la practica la OI deja pasar solamente el agua pura y las sales concentradas son arrastradas por un caudal continuo de aguas denominado CONCENTRADO O RECHAZO, a la vez que a l agua pura obtenida se le denomina permeada. Es por lo tanto un proceso continuo de separación o concentración y como tal puede emplearse dependiendo del liquido que nos interesa recuperar ya sea el permeado o el concentrado. En el caso de tratamientos de agua, el fluido que nos interesa recuperar es el permeado y, o utilizamos para la eliminación entre el 80 y el 99% de las sales disueltas y el 99,99 % de bacterias y virus, con lo cual logramos la desalacion y potabilización de aguas salobres y marinas. Un tratamiento donde la OI actúa como concentrador y nos interesa obtener el concentrado es en la concentración de zumos de frutas ya que al ser un proceso físico-mecánico no se destruyen los aromas cosa que ocurre con tratamientos térmicos. MEMBRANAS Y MODULOS DE OSMOSIS INVERSA. Como deducción de todo lo que hemos visto hasta ahora, es lógico pensar que la parte fundamental de una instalación de hoy son la membranas. Los avances de la tecnología a logrado membranas de permeabilidad controlada, lo cual permite la separación de moléculas de peso molecular muy próximos, uno de los primeros materiales empleados fueron acetato de celulosa (CA) muy poco utilizado actualmente ya que se han encontrado materiales mucho más resistentes como son las poliamidas, (PA). En el grupo de las poliamidas, las que han tenido mas éxito son las denominadas TFC (Thin Film Composite) o de película delgada la cual se fabrica en forma de sabana mediante la unión química de enlaces cruzados de la poliamida depositada sobre un soporte de polisulfona, es importante que todas las membranas denominadas como TFC se fabrican como lo anteriormente descrito, ya que muchos fabricantes se limitan a pegar la membrana sobre el soporte no ofreciendo las mismas garantías. La capa semipermeable oscila entre una anchura de 0,25 a 0,5 micras. Los materiales de fabricación de las membranas se resumen en los siguientes: Diacetato de celulosa. Diacetato de celulosa

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Blend (membranas compuestas). Poliamida. Thin Film Composite. Las membranas se encuentran en el mercado en diferentes configuraciones y se montan dentro de contenedores normalmente cilíndricos denominados PORTA MEMBRANAS, diseñados mecánicamente para resistir presiones de trabajo y ser químicamente resistentes a las aguas a tratar, el rango de las presiones utilizadas es muy variable dependiendo de las aplicaciones: - Uso domestico o pequeños equipos de 3 a 8 kg/cm2. - Aguas de salinidad media de 8 a 21 kg/cm2. - Aguas salobres de 21 a 40 kg/cm2 - Agua de mar de 50 a 78 kg/cm2. Los materiales de construcción empleados son normalmente PVC o polietileno de alta densidad para presiones inferiores a 8 kg. y para presiones superiores acero inoxidable y poliester reforzado con fibra de vidrio. Al conjunto de la membrana y el portamembrana se le denomina MODULO DE OSMISIS INVERSA y como máxima contiene 6 membranas. Lógicamente cada modulo tendrá una entrada de agua de alimentación y dos salidas una para permeado y otra para rechazo. CONFIGURACIONES MEMBRANAS TUBULARES. Como su nombre indica consisten en tubos de 1,5 a 3 metros de longitud y de 1/2 pulgada a 1, cuya pared exterior es la membrana y se montan concéntricamente un tubo dentro del otro recogiéndose el producto en la pared exterior de la membrana o bien por pequeños orificios practicados en la pared de l contenedor por los cuales gotea el producto. Actualmente esta en desuso en el tratamiento de aguas por su escasa superficie y productividad utilizándose sobretodo en la industria alimentaria ya que permite la circulación de líquidos muy cargados y se limpian con gran facilidad. MEMBRANAS PLANAS. Generalmente de formato cuadrado, rectangular o circular que se montan sobre bastidores os cuales se agrupan de la misma forma que las placas en un filtro prensa. El agua de rechazo y permeado salen por unos pequeños tubos desmontables lateralmente y si unimos esto a que las placas son separables entre si tenemos un sistema perfectamente lavable, esto hace que su utilidad se de fundamentalmente en la industria farmacéutica y alimentaria ya que son perfectamente esterilizables y permite recuperar fluidos a tratar como los

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productos generalmente muy valiosos. No se suelen utilizar en el tratamiento de aguas. MEMBRANAS DE FIBRA HUECA. Están constituidos por millones de capilares huecos , como cabellos, cuyos extremos se insertan en un soporte de resina epoxi. El agua de alimentación circula por el exterior de las fibras mientras que el agua de permeado se recoge en el interior del capilar vertiendo en una cámara de recogida. Generalmente operan a una presión de 28 kg./cm2 y se comercializan en diámetros de 4 y 8 pulgadas con longitudes de 20 y 40”. Tiene la ventaja de tener una mayor productividad por su gran área en poco espacio ocupado, pero presentan unos problemas serios de ensuciamiento y un elevado costo de reposición. Hace unos años era el tipo que predominaba y a quedado relevada prácticamente a la desalinización del agua de mar. MEMBRANAS ESPIRALES. Son las mas utilizadas en el tratamiento del agua. Consisten en membranas dobladas en forma de sobre y en cuyo interior se coloca un material espaciador que forma el canal de alimentación. Sobre las membranas se dispone un tejido poroso que actúa como canal del producto, todo este conjunto se enrolla sobre un tubo perforado de PVC que actúa como colector final, se fabrican en diámetros de 1.5, 1.8, 2, 2.5, 4 y 8 “ y en longitudes de 12, 14, 21 y 40”, presentan una productividad que las de fibra hueca, pero esta desventaja queda ampliamente compensada por las siguientes ventajas: - Mucho más económicas. - Muy resistentes al ensuciamiento lo que permite trabajar con aguas más

cargadas. - Fácil reposición. - Mayor facilidad y efectividad de lavado. - Mejor control de la calidad de fabricación. RESISTENCIA QUIMICA Y BACTERIOLOGICA. pH. La poliamida es estable en pH entre 3 y 12 pudiendo resistir durante 30 min. pH comprendidos entre 1 y 13. El acetato esta sometido al fenómeno de la hidrólisis y su gama de trabajo de pH es entre 5 y 8, siendo el pH óptimo 5,5 durante periodos cortos puede trabajar entre 4 y 9. OXIDANTES. Las membranas de poliamida son muy sensibles a los oxidantes por lo que tienen que trabajar en aguas decloradas ya que cloro superiores a 0,1 ppm destruye rápidamente la membrana. El acetato resiste la acción de los oxidantes, pudiendo soportar cantidades de cloro libre de hasta 2 ppm. ATAQUE BACTERIANO.

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Las membranas de poliamida no son atacadas por las bacterias, mientras que las de acetato son fácilmente atacada por ellas. TEMPERATURA. El acetato trabaja entre 4 y 40 ºC, mientras que la poliamida y el TFC pueden llegar hasta 50 y 70 ºC respectivamente. RESISTENCIA QUIMICA. La poliamida y el TFC tienen buena resistencia a detergentes y disolventes de lavado siendo un poco más delicados el TFC, utilizando los recomendado por el fabricante. El acetato de celulosa tiene una buena resistencia a los detergentes pero muy mala a los disolventes. CONCEPTOS A TENER EN CUENTA EN UNA PLANTA DE OI. En muchos casos os habrá llegado a los oídos que instalaciones compradas por usuarios a profesionales con falta de experiencia, hacen que al poco tiempo de entrar en funcionamiento bajen su rendimiento rápidamente o empeoren la calidad del permeado. Normalmente para la realización de una instalación concreta la propiedad pide varios presupuestos a varios especialistas y cada uno oferta instalaciones muy diferentes con precios muy dispares. Muy frecuentemente se eligen las instalaciones de menor costo, puesto que todos los ofertantes garantizan los resultados, cosa no cierta ya que no nos encontraríamos con los casos explicados anteriormente. Al preguntarse el porque de esta incongruencia, la respuesta normalmente dada es que existen múltiples factores que invalidan la garantía dada a las membranas y que fácilmente son imputables al usuario, las explicaciones posteriores tienen finalidad dar solución al mayor número de estos factores y dar una idea de la complejidad que puede tener el diseño de una instalación por pequeño que este sea. TEMPERATURA. Es un factor importantísimo ya que afecta a la productividad de las membranas a su degradación física y química al mismo tiempo que afecta a la solubilidad de determinadas sales. La temperatura y al presión afectan a determinadas propiedades del agua y en particular a su viscosidad. Esta determina una mayor o menor facilidad de fluir y permear a través de las membranas. Cuanto mayor sea la temperatura de diseño mayor la temperatura de membranas. La presión de operación disminuye un 4% por cada ºC que aumenta la temperatura y viceversa. CORRECION DE LA PRODUCTIVIDAD POR TEMPERATURA

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Se define el coeficiente corrector por temperatura como el coeficiente de la productividad a la temperatura de trabajo y la productividad a 25º manteniéndose constantes las otras variables. Para temperaturas mayores de 25º se aplicará la formula :

TCF = PT/P 25ºC = 1’03(T-25)

Para temperaturas menores de 20º y presiones menores de 23 kgs./cm2 utilizaremos la formula :

TCF = 0’35 + (0’26 x T) En la tabla siguiente se dan los TFC para las siguientes temperaturas : ºC TCF ºC TCF 25 1 14 0’64 24 0’96 13 0’62 23 0’925 12 0’59 22 0’9 11 0’56 21 0’86 10 0’529 20 0’84 9 0’5 19 0’8 8 0’473 18 0’775 7 0’45 17 0’746 6 0’42 16 0’719 5 0’38 15 0’680 4 0’34

La temperatura excesiva puede ocasionar daños a la membrana. Todas las membranas sufren el fenómeno conocido como compactación el cual esta influenciado por la temperatura y presión y consiste en la compactación de los lechos porosos soporte de la membrana, los cuales van disminuyendo el tamaño de poros causando una disminución de flujo de permeado.

AREA DE LA MEMBRANA INSTALADA La superficie de la membrana instalada para la obtención de una determinada producción es el factor fundamental para diseñar una instalación, este factor se conoce como GPD e indica la cantidad de agua permeada en galones que pasa por cada pie cuadrado de membrana. El único hecho real demostrado es que si se aumenta los GPD de una instalación por aumento de temperatura o por aumento de presión de trabajo, la vida de las membranas disminuye y necesitan limpiezas mucho más frecuente. Los valores GPD son los siguientes :

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Agua residual 8 – 10 326 – 407 litros/m2/día Agua de mar 10 – 20 407 – 814 Agua salobre de superficie 20 814 Agua salobre de pozo 20 – 25 814 – 1017 Agua ultrafiltrada 25 – 30 1017 – 1221 Agua osmotizada 30 –35 1221- 1424 Es muy útil conocer el GPD de una instalación y para su calculo basta dividir los galones por día por el área total de membrana instalada en pie cuadrado. Algunos ejemplos son los siguientes : Membrana 2’5 x 21 12 FT2 1’11 m2 Membrana 2’5 x 40 26 FT2 2.41 m2 Membrana 40 40 80 FT2 7’42 m2 Membrana 8 40 330 FT2 30’6 m2 Por ejemplo en una instalación cuya producción es de 60 m3/día y que dispongamos de 12 membranas del tipo 4 40 el GPD será : Producción en galones = 60 x 1000 x 0’264 = 15.873 galones por día. Area de la membrana = 12 x 80 = 960 FT2 GPD = 15873 / 960 = 16’5 instalación sin problemas. Si sobrepasamos el GPD de diseño es como si un automóvil funcionará a tope de su potencia por lo tanto su vida media será mucho más corta. En el ejemplo anterior si aumentáramos la presión de 18 kg. A 36 kg. En vez de producir 60 m3/día produciríamos 120, pero su GPD se doblaría hasta el valor de 33, con lo cual tendríamos que lavar muy a menudo la membrana ya que el ensuciamiento de la misma no guarda relación directa sino que es exponencial. Al realizar muchísimos más lavados acortaremos la vida de la membrana y si no lo realizamos el flujo de permeado puede caer muy rápidamente. RECUPERACION O PORCENTAJE DE CONVERSION Se define la recuperación de una instalación como el porcentaje del agua de alimentación que se obtiene como producto. Recuperación = Permeado / alimentación x 100 = QP/QA x 100 = RC El rechazo lo definiremos como QA – QP. Si cerráramos la válvula de rechazo tendríamos una planta que trabajaría al 100% de recuperación, pero todas las sales se quedarían en la membrana y rápidamente se deterioraría. Es

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necesario pues realizar esa purga o rechazo. Al igual que el GPD depende del agua a tratar , así tenemos las siguientes recomendaciones : Agua de mar 10% Aguas negras y residuales 10% Aguas salobres superficiales 15% Aguas superficiales descalcificadas 17% Agua de pozo descalcificada 19% Aguas ultrafiltradas 25% Aguas osmotizadas 40% Esto por membrana. Ya que la osmosis inversa es también un proceso concentrador de sales es importante que no se alcance el limite de solubilidad de las mismas, sino precipitarían sobre la membrana. El riesgo de precipitación va en aumento cuando mayor sea el factor de recuperación. El factor de concentración a aplicar al agua de alimentación se calcula por la siguiente formula : FC = 1/1-RC RC igual a recuperación En la tabla siguiente se da la concentración en el rechazo designada por CC, suponiendo que la concentración de alimentación sea CA. RECUPERACION CC 33% 1’5 CA 41% 1’7 Ca 50% 2 CA 67% 3 CA 75% 4 CA 80% 5 CA 88% 8 CA 90% 10 CA 95% 10 CA Como ejemplo una agua alimentada con 2000 ppm trabajando a 75% de recuperación el TDS del rechazo será de 8000 ppm. DISPOSICION DE LOS MODULOS Hay que hacer una distinción importante entre la recuperación de trabajo de cada membrana que es lo que hemos visto anteriormente, y la recuperación total de la instalación, ya que puede ser muy diferentes de acuerdo con el numero de membranas instaladas.

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En la practica, para poder trabajar en concentraciones comprendidas entre el 30 – 90% se hace necesario colocar los módulos de membranas en varios pasos o etapas y en diferentes disposiciones serie paralelo. Como la recuperación media de una membrana es del 15% y la disposición máxima en un mismo contenedor es de 6 membranas en serie la recuperación máxima de cada contenedor equipada con diferentes números de membrana es la siguiente : Nº de membranas en serie 1 2 3 4 5 6 AGUA DE MAR 16 30 35 38 40 45 AGUA SALOBRE 17 29 38 44 49 55 En la practica para trabajar a una recuperación del 25% se dispone de una etapa hasta el 75% en dos etapas en relación 2 a 1 y hasta el 90% en tres etapas 4, 2, 1. Lo anteriormente expuesto se puede resumir diciendo que para poder trabajar a una recuperación elevada hay que instalar el numero suficiente de membranas y en la disposición correcta. CONCENTRACION DE POLIRIZACION Sobre la superficie de la membrana, siempre se crea una tapa con altas concentraciones de sales que no se elimina correctamente por el arrastre de la corriente que circula y que puede producir precipitación de sales. Esta concentración es más elevada cuanto mayor sea la recuperación en la membrana. La concentración de polarización viene expresada por la formula : PP = e07 x RE Indicaremos algunos valores de concentración de polarización para distintos valores de recuperación : Recuperación Concentración de polarización 5% 1’035 10% 1’072 15% 1’110 20% 1’150 25% 1’191 30% 1’233 40% 1’323 50% 1’420

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Al disponer los módulos en etapas lo que logramos es trabajar a un alto flujo y bajar recuperación por membrana, por lo que la concentración de sales disminuye. Normalmente en el diseño de las instalaciones se tiende a no sobrepasar el CP por encima de 1’1. CAUDAL MINIMO DE RECHAZO El caudal mínimo de rechazo de una membrana debe ser tal que el agua circule por su interior creando turbulencias y no será inferior al recomendado, ya que en caso contrario el régimen de circulación puede convertirse en laminar con lo que se incrementa el riesgo de ensuciamiento y polarización CAUDAL MINIMO DE RECHAZO Membrana 2’5 x 21 400 l/h Membrana 25 x 40 400 l/h Membrana 4 x 40 900 l/h Membrana 8 x 40 4500 l/h SALINIDAD PROMEDIO EN EL INTERIOR DE LA MEMBRANA La salinidad en el interior de la membrana no es la de la alimentación ni la de salida de concentrado, ya que a lo largo de la membrana el flujo de alimentación va disminuyendo conforme se va produciendo permeado. Esta concentración está influenciada por la recuperación la salinidad de agua de alimentación y el numero de orden que ocupe la membrana dentro de un mismo tubo. Sirva como ejemplo, una instalación constituido por 6 elementos y trabajando a una recuperación al 50%, alimentada con agua de 4000 ppm. La primera será la única que estará expuesta ha esta concentración, las demás recibirán concentraciones cada vez mayores hasta que la salida de la ultima presentara una concentración de 8000 ppm. La salinidad promedio será de 6000 ppm. Dado que la concentración de sales en el interior de la membrana, determina la presión osmótica, y esta a su vez la presión de trabajo, cuanto mayor concentración mayor presión de operación requeriremos. PROCEDIMIENTOS PARA AUMENTAR LA RECUPERACION El hecho de que para aumentar la recuperación tengamos que poner muchas membranas solas se cumple en instalaciones grandes. Por lo tanto en instalaciones pequeñas para aumentar la recuperación sin aumentar el numero de membranas, recurrimos a lo que denominamos RECIRCULACION. Pero ello presenta una serie de factores limitantes, en principio necesitamos mayor caudal de bombeo de caudal a la membrana, mayor presión osmótica del agua a tratar y mayor fuga de sales en el permeado, o sea peor calidad de agua producto. PASO DE SALES

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No existe una membrana perfecta que elimine el 100% de las sales. Las membranas actuales rechazan entre el 90 – 99’8 de estas sales. RECHAZO DE SALES El rechazo de sales es el inverso del paso de las sales. A continuación se dan los valores de rechazo de los iones presentes en el agua para membranas de poliamida : Sodio 98% Calcio 99% Magnesio 98% Potasio 98% Cloruro 98% Bicarbonato 98% Sulfatos 99% Nitratos 92% TEORIA DE LA OSMOSIS APLICADA A LA PRACTICA En instalaciones correctamente diseñas tienen en cuenta los factores anteriormente descritos y se calculan para producir el caudal y la calidad diseñadas a tres años de su instalación. A título de resumen indicaremos las reglas y conceptos más importantes que afectaran a su diseño y a su manejo. - A mayor temperatura de diseño más flujo de permeado y menor calidad.

Diseñar a temperaturas muy elevadas puede acortar la vida de las membranas.

- Cada membrana tiene una producción determinada, la cual no se debe sobrepasar.

- No se debe sobrepasar nunca los GPD de diseño de las membranas, haciendolas trabajar a mayor presión.

- Doblar el GPD a corta su vida en el orden de 4 veces. - Trabajar a recuperaciones altas, repercute la precipitación de sales

haciendo que se laven más frecuentemente y acortando la vida de las membranas.

- La recuperación de cada elemento no debe ser superior a la de diseño. - Si se trabaja a recuperación alta hay que instalar el numero adecuado de

membranas dispuestas en etapas, y el caudal de salida del ultimo elemento de cada etapa no debe ser inferior al mínimo recomendado.

- La calidad de permeado empeora con el aumento de la recuperación. PRETRATAMIENTO EN LA O.I. El pretratamiento es la instalación de los procesos químicos y físicos que deben sufrir el agua de alimentación de las membranas, al objeto de obtener el máximo rendimiento de las mismas.

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Un análisis muy detallado y reiterativo es muy importante para el diseño de una planta. Tenemos que determinar : - Muestreo : si hay variaciones importantes hay que recoger varias muestras

y en épocas diferentes - Origen : hay que señalar si el agua es de pozo o superficial - Temperatura : hay que indicar cual es la temperatura media de la planta, la

temperatura mínima a la que trabajara, la temperatura máxima y la temperatura de diseño.

- Cloración : es preciso saber si el agua de alimentación lleva cloro - Dureza : determinara si el agua tiene un carácter incrustante para las

membranas - Alcalinidad total : expresa el contenido de carbonatos, bicarbonatos e

hidróxidos y nos dará una idea también de su poder incrustante. - Sulfatos : el sulfato de calcio y magnesio normalmente determina la máxima

recuperación del equipo, ya que sus precipitados son muy difíciles de determinar.

- Conductividad : nos da una idea razonable de la salinidad del agua a tratar. PRECIPITACION DE SALES Las sales más frecuentes que se precipitan son las de carbonato cálcico, sulfato cálcico y sílice. Tendremos que poseer un agua con índice de Langhelier negativo o con un índice de Reiznar no incrustante para evitar la precipitación de sales sobre las membranas. Normalmente en instalaciones pequeñas se realiza una descalcificación previa por intercambio iónico, eliminando los cationes alcalinoterreos susceptibles de precipitar. En instalaciones mayores para bajar el índice de Langhelier y evitar la incrustación se puede disminuir el pH mediante la dosificación de un producto ácido normalmente el ácido clorhídrico ya que el sulfúrico incrementara el nivel de sulfatos. En otros casos se realiza la dosificación de secuestrantes y dispersantes que forman complejos con la cal retardando su precipitación como los poliacrilatos. Siempre que se produzca la dosificación de inhibidores se deberá dotar la instalación con un sistema automático de membranas denominado FLUSHING que actúa cuando la instalación para al objeto de desplazar el agua concentrada que está en contacto con las membranas.

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La sílice se haya presente en aguas antiguas o fósiles y es el enemigo numero uno junto con sulfatos para la osmosis, ya que forma depósitos gelatinosos en las ultimas membranas. Esta se presenta en dos formas : - sílice coloidal que afecta poco a las membranas espirales. - Sílice reactiva que en soluciones super saturadas puede polimerizar en gel

de sílice insoluble. Estudios exhaustivos indican que en ausencia de óxidos metálicos podemos trabajar hasta 150 ppm de sílice en el rechazo, para evitar su precipitación podemos aumentar la temperatura ya que aumenta su solubilidad o aumentar el pH hasta 8, pero en este caso pueden precipitar los carbonatos. El hierro y otros metales presentes en el agua como hierro disuelto da problemas a las membranas. Hay que tratar el agua para eliminar el hierro y lo realizaremos mediante los tratamientos explicados en capítulos anteriores. También tendremos que eliminar todos los oxidantes ya que afectan muy negativamente a las membranas por lo que si el agua lleva cloro se procederá a la decloración previa de la misma. Esta la realizaremos por filtro de carbón activo en instalaciones pequeñas y medianas y por dosificación de un reductor que normalmente es el de bisulfito sódico, el cual reacción con el cloro formando ácido clorhídrico y bisulfato sódico, lo que provoca una disminución del pH del agua. La dosis practica de 3 gr. De bisulfito por cada gramo de cloro. La dosificación de bisulfito exige emplear un sistema de medición de cloro, para el caso de producirse un fallo en la dosificación se pare automáticamente el equipo y no se oxiden las membranas. ENSUCIAMIENTO POR MATERIAL EN SUSPENSION Otro punto muy importante es controlar la turbidez del agua, ya que es mucho más barato utilizar filtros que hacer utilizas las membranas como filtros. Si hay mucha materia en suspensión previamente se realizará una prefiltración en un filtro dual y posteriormente una filtración por cartucho no superior a 5 micras. En caso de que aparezca materia coloidal se tendrán que realizar procesos de coagulación y posterior filtración o colocar tras el filtro dual filtros de diatomeas. También se puede producir el ensuciamiento por materia orgánica por lo que si detectamos un elevado índice de ésta, se tendrá que realizar una cloración previa de 0’5 a 1 mg/l y posteriormente realizar una decloración como hemos explicado anteriormente.

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También se puede producir una contaminación por microorganismos que en el acetato produciría su deterioro y en la poliamida pueden producir atascos siendo necesaria su limpieza. LIMPIEZA DE MEMBRANAS Durante la operación normal las membranas se van ensuciando ya sean por precipitaciones salinas, materia coloidal, contaminación bacteriológica, etc. Por lo que periódicamente habrá que recurrir a limpiezas químicas de las mismas. Sin embargo se debe considerar la norma de que sean las mínimas posibles, porque dichas limpiezas siempre producen el deterioro de las membranas. También es muy importante realizar en todos los proyectos y presupuestos un estudio sobre el coste de m3 de agua tratada, ya que muchas veces el cliente es desconocedor de que la inversión se recupera rápidamente. APLICACIONES DE LA OSMOSIS INVERSA Producción de agua ultra pura para calderas de alta presión. Osmosis como pretratamiento para intercambio ionizo Para producción de agua ultra pura para circuitos. Producción de agua pura para pintura electroforetica Para fabricación de productos cosméticos Para fabricación de productos farmacéuticos Para fabricación de hielo Para elaboración de cerveza Para elaboración de refrescos Producción de agua para riego Para potabilización de agua de mar Para producción de escarchados y glaseados en la industria del pescado Para salinización y potabilización de agua de mar Para potabilizaron de agua de consumo humano Instalaciones domesticas para conseguir agua de alta calidad Y otras muchas más que no describiremos aquí y que irán surgiendo.