separacion
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SEPARACION POR MEMBRANASSEPARACION POR MEMBRANASOSMOSIS INVERSAOSMOSIS INVERSA
JUANA DE LA CRUZ BARRIOSJUANA DE LA CRUZ BARRIOSFRANCISCO JAVIER VICTORIO CINCOFRANCISCO JAVIER VICTORIO CINCO
PROCESOS DE SEPARACION IPROCESOS DE SEPARACION I
LA MEMBRANA COMO ELEMENTO SEPARADOR:
La tecnología de membranas se ha convertido en una parte importante de la tecnología de la separación en los últimos decenios.
La fuerza principal de la tecnología de membrana es el hecho de que trabaja sin la adición de productos químicos, con un uso relativamente bajo de la energía y conducciones de proceso fáciles y bien dispuestas.
El principio de funcionamiento es bastante simple: la membrana actúa como un filtro muy específico que dejará pasar el agua, mientras que retiene los sólidos suspendidos y otras sustancias.
¡La membrana funciona como una pared de separación selectiva. Ciertas sustancias pueden atravesar la membrana mientras que otras quedan atrapadas en ella!.
En función de los parámetros del agua a tratar y de los tipos de membranas existe una amplia gama de aplicaciones.
Microfiltración
- Clarificación de soluciones coloidales y turbias. - Eliminación de partículas, bacterias, etc. de aguas de proceso para industria química, alimentaria y farmacéutica.
Ultrafiltración
- Eliminación de virus, bacterias, pirógenos, etc. de aguas de proceso para las industrias.
Osmosis inversa
- Esterilización y desionización de las aguas para la industria química y farmacéutica. - Desionización del agua de alimentación de calderas, industria galvánica, electrónica, etc. - Producción de agua ultrapura para la industria electrónica. - Desalación de salmueras y agua de mar.
-Factores que determinan el transporte a través de la membrana: La finalidad de la membrana es:
- O bien evitar o al menos reducir la transferencia de masa de determinado componente.
- O más frecuentemente actuar como barrera selectiva, o sea permitir el paso de diferentes especies a diferente velocidad.
Por tanto ¿Qué 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.
-Membrana homogénea transferencia por difusión-Membrana porosa transferencia a través de los
espacios vacíos
Se presenta como una acumulación de la especie más lenta sobre la superficie de la membrana.
-Diferencia de concentración entre las dos fases que separa la membrana.-Una diferencia de potencial eléctrico irá acompañada de separación, cuando las diferentes especies cargadas presentan diferentes movilidades en el interior de la membrana.
Tecnología de Tecnología de MembranasMembranas
Tipos de membranas más utilizadas
ORGANICAS MINERALES
Tecnología de Tecnología de MembranasMembranas
Según la composición de la membrana (orgánica o mineral), se trata de membranas asimétricas o composit.
Membrana asimétrica Membrana composit
Diferencias de estructura
Operaciones de separación con membrana
Operaciones con membranas basadas en un potencial de presión
Osmosis inversa o hiperfiltración (OI)La ósmosis inversa está basada en la búsqueda fundamental del equilibrio. Si dos fluidos que contienen diferente concentración de sólidos disueltos son puestos en contacto, estos se mezclarán hasta que la concentración se uniformice. La aplicación más típica de este proceso es la desalación de agua salada.
La diferencia en altura se denomina presión osmótica.
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
El agua fluye desde una columna con bajo contenido en sólidos disueltos a una columna con alto contenido en sólidos disueltos.
Las aplicaciones de la ósmosis inversa son:
- Ablandamiento del agua - Producción de agua potable - Producción de agua procesada - Producción de agua ultrapura (industrias electrónicas) - Concentración de solventes moleculares para industrias alimentarias y lácteas
Operaciones con membranas basadas en un potencial de presión
Nanofiltración (NF)La NF tiene como principales características su capacidad para fraccionar compuestos orgánicos, además de poder realizar el efecto de exclusión de Donnan con respecto a aniones de diferente carga.La tecnica es principalmente aplicada para la eliminación de sustancias orgánicas con diferente peso molecular, tales como micro contaminantes e iones multivalentes.Otras aplicaciones de la nanofiltración son:
- La eliminación de pesticidas de las aguas subterráneas - La eliminación de metales pesados de las aguas residuales - Reciclaje de aguas residuales en lavanderías - Ablandamiento del agua - Eliminación de nitratos
Nanofiltración de aguas residuales:
La nanofiltración es un proceso de filtración por membranas operadas bajo presión de trabajo entre 3.5 Kg./cm2 y 25 Kg./cm2.
Las membranas empleadas en estos tratamientos son capas de hojas muy delgadas micro porosas sujetas a una estructura de soporte más gruesa y porosa, generalmente fabricada en polipropileno o poliéster. Funcionan como filtros asimétricos, variando la resistencia al flujo y la caída de presión según el lado de la membrana que de al flujo de proceso
Estas técnicas de filtrado están más asentadas en el campo del suministro de aguas potables, tanto en la desalación como paso final de potabilizadoras.
Operaciones con membranas basadas en un potencial de presión
Ultrafiltración (UF)
Es una técnica basada en el principio de exclusión por tamaño de las especies a separar. Su umbral de corte está comprendido entre 0,001 y 0,02 m
Existen varios tipos de membranas de Ultrafiltración para aplicaciones diferentes
Operaciones con membranas basadas en un potencial de presión
Microfiltración (MF)
Esta técnica se utiliza para el tratamiento de suspensiones -no de disoluciones- de partículas finas o coloidales con tamaños lineales comprendidos entre 0,02 y 10 m.
Operaciones con membranas basadas en un potencial de concentración
DiálisisEs una 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
Operaciones con membranas basadas en un potencial eléctrico
Electrodiálisis (ED)La electrodiálisis es un proceso electroquímico de separación que utiliza membranas eléctricamente cargadas y un potencial eléctrico para separar especies iónicas presentes en una disolución que puede contener también especies no cargadas.
La tecnología de membranas en el tratamiento de agua y de aguas residuales
En la actualidad las técnicas con membranas que poseen interés para el tratamiento de agua y de aguas residuales son aquellas basadas en un potencial de presión (OI, NF, UF, MF) o eléctrico (ED).
Ventas de membranas y de módulos para tratamiento de agua y de aguas residuales.
La Tabla resume la importancia económica de las mismas.
Aplicación Proceso
(106 $ EEUU)
MF UF OI ED Total
Desalación de agua de mar - - 30 - 3
Desalación de salmueras - - 40 4 8
Agua para calderas 5 - 30 2 5
Agua estéril y ultrapura 35 50 30 - 4
Aguas residuales industriales 10 25 20 2 7
Total 36 75 150 8 6
Aplicaciones de la OI en el tratamiento de aguas residuales:
La OI posee aplicaciones importantes tanto en el tratamiento de agua como de aguas residuales.
Industria textil:Mediante OI se puede, en este tipo de industria:- Purificar y reutilizar parte de las aguas residuales producidas y aprovechar su energía calorífica.- Recuperar componentes de interés, fundamentalmente colorantes.
Industria papelera:
Produce volúmenes muy elevados de aguas residuales con temperaturas superiores a 60ºC y valores de pH superiores a 9 y elevado contenido de sólidos. El objetivo inicial de la utilización de la ósmosis inversa fue reducir el volumen de agua residual enviado a los evaporadores para concentración y reutilización posterior de productos.
Aplicaciones de la OI en el tratamiento de aguas residuales:
Industria de electro deposición:Las aguas residuales de este tipo de industrias contienen metales
pesados que han de ser eliminados o recuperados por razones medioambientales y/o económicas. La 0I es hoy una técnica aceptada para el tratamiento de las aguas de aclarado de este tipo de industrias.Aguas municipales:
La OI se utiliza para separar sólidos disueltos presentes en estas aguas y que no son eliminados por los métodos tradicionales de tratamiento. Utilizando OI se pueden reducir los sólidos disueltos en un 93%, la turbidez, color y sólidos en suspensión en un 100%, nitratos en un 75% y DQO en más del 65%. Otras aplicaciones:
-Tratamiento de residuos peligrosos.
-Industria petroquímica.
Aguas contaminadas con herbicidas, existiendo también estudios sobre efluentes contaminados con benceno, amidas, aminas, fenol, cloruro de metileno, etc..
La OI constituye una alternativa a los tradicionales métodos de tratamiento en estas industrias, como son los lodos activos y la flotación.
La tecnología de la desalación:
¿ Qué es la desalación?
La desalación consiste en separar la sal del agua. Por ejemplo el agua del mar que antes no se podía explotar se puede hacer potable mediante técnicas de desalación y utilizarse para el abastecimiento humano, agrícola o industrial.
¿ Por que es necesario desalar el agua?Es necesario desalar el agua porque el hombre no puede consumir
agua que tenga mas de 0.5 gramos por litro de sales disueltas. Por otro lado, tampoco es recomendable que tenga menos de esta cantidad (agua destilada o totalmente desmineralizada).
La tecnología de la desalación:
¿Como se consigue separar la sal del agua?
La desalación se consigue por medio de procesos de tecnología termal y tecnología de membrana. Los procesos termales abarcan la destilación multi-stage flash (MSF), destilación multiefecto (MED) y compresión de vapor (VC). Los procesos de membrana incluyen la electro diálisis (ED) y osmosis inversa (OI).
Ambos métodos obtienen como resultado dos caudales; Un caudal de agua limpia con baja concentración de sales y un caudal con alta concentración de sales. Ambos métodos requieren energía para su operación.
Tecnología de la desalación:
Normalmente una planta desaladora incluye los siguientes elementos:
Toma de agua del sistema
Sistema de pretratamiento
Bomba de alimentación de alta presión
Elementos de membrana de osmosis inversa
Post-tratamiento o acondicionamientodel agua
CONCLUSIÓN
La cada vez más aprenúante legislación y la ya conocida escasez de agua en toda la cuenca mediterránea, así como el nivel inquietante de la contaminación de los ríos y acuíferos, obligan a incluir en el ciclo de vida del agua, procesos tecnológicos cada vez más potentes y avanzados.
La utilización de técnicas con membranas, clásicas o emergentes, supone una herramienta útil para llevar a cabo el tratamiento de efluentes industriales o municipales.
