Osmosis Inversa

CONTROL Y CALIDA DEL AGUA

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OSMOSIS INVERSA.

INTRODUCCIN La osmosis inversa es una tecnologa relativamente moderna, ya que empez a realizarse de manera industrial en el ao 1965 en Estados Unidos. Sin embargo y debido a su gran desarrollo, se puede decir que es el tratamiento de aguas ms utilizado a escala industrial en la desalinizacin de agua salobres y cada da esta teniendo mas arraigo en la utilizacin domstica. Prueba de ello, es que es ms frecuente atender a particulares, que piden informacin y presupuesto para la potabilizacin qumica de su agua por osmosis inversa, generalmente para hacer agua potable un agua de alta salinidad o con algn contaminante qumico en particular. Por dicha causa acuden a profesionales con la seguridad que les atendern 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 ms barata publicidad es la que nos realiza nuestros propios clientes cuando quedan satisfechos por el rendimiento y la calidad de la adquisicin 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 tericos y algunas reglas bsicas para poder formarse una criterio sobre la OSMOSIS INVERSA. La gran ventaja de la osmosis inversa de otras tecnologas es a un coste constante podemos retirar el 95% de las sales que a l llegan, aunque las aguas sean totalmente salobres, igualmente elimina prcticamente el 100% de los virus y bacterias que se encuentran el agua de alimentacin. Evidentemente, el primer clculo para instalacin de una osmosis inversa, y en este caso ms que nunca, ser obtener un ANALISIS DE AGUA COMPLETO. Tambin ser fundamental determinar claramente el uso que se le va a dar a ste agua. Es ms fcil procesar agua de cultivos, que pueden tolerar hasta 1200 mg/l de slidos disueltos que procesan agua ultrapura para calderas o para la industria de microelectrnica. Evidentemente, si parte del consumo va a ir destinado al consumo de agua potable, esto requiere precauciones adicionales como la cloracin previa si esta no existe, la esterilizacin con UV o ozonizacin.


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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 clulas vivas, y que permite obtener agua relativamente pura a partir del agua del medio natural, por la difusin y paso de las membranas de las clulas de carcter SEMIPERMEABLE (solamente pasa el agua de zonas de baja concentracin en sales, el exterior de la clula, a zona de alta concentracin, el interior de la clula), en resumen, puede resumirse por el fenmeno por el cual el disolvente, agua, en este caso, de una disolucin diluida, pasa a travs de una membrana permeable slo el disolvente, y que no permite el paso de los solutos a su travs. El proceso de paso de agua a travs 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 sinttica, que deja pasar con ms facilidad el agua que las sales contenidas en una disolucin. Un ejemplo de la osmosis natural, es el hecho de como las plantas extraen el agua pura contenida en el suelo a travs de las races, para diluir la alta concentracin de sabia, que se va concentrando constantemente por la evaporacin de agua por las hojas. En todos los procesos de osmosis natural el agua pura obtenida, se convierte en una disolucin concentrada de sales y azcares que conforman los fluidos vitales de los seres vivos. Este fenmeno 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 hidroesttico 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 presin exterior hidrulica al agua con mayor concentracin de sales, de tal manera que creamos una corriente inversa de agua pura a travs de la membrana semipermeable (Fig. 2). La velocidad a la que se difunde el agua pura a travs de la membrana depender de la presin HIDRAULICA APLIACADA. La difusin a travs de la membrana, nicamente tiene lugar para el agua y no para las sales, por lo que dejar todos sus contaminantes esta purificacin 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 difusin a travs 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 presin osmtica de la solucin mas concentradas como la presin hidrulica ejercida por la columna lquida cuya altura es la diferencia de niveles entre los dos ramales del tubo en U.

6 = H2 H1 La presin osmtica se designa por la letra griega pi, i depende entre otros factores de la concentracin de la misma de tal manera que a mayor concentracin mayor presin osmtica tendremos. A modo de calculo rpido, slo como regla mnemotecnia, se puede tomar la presin osmtica 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 travs de la membrana de la solucin ms concentrada a la ms diluida, deberemos aplicar una presin exterior superior a la solucin concentrada a la de su presin osmtica. La presin neta de trabajo la definiremos como la diferencia existente entre la presin exterior total aplicada menos la presin osmtica de la solucin.

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

Si trasladamos todos los conceptos definidos hasta ahora, a una instalacin real de osmosis inversa, la presin exterior total se obtiene por el bombeo del agua salobre y llevndola por tuberas adecuadas, hasta llevarlas a la membrana y all hacerlas pasar a travs de ellas. En todo este proceso existen unas prdidas de presin por la friccin del agua con las tuberas, por la configuracin hidrulica de las membranas y por la contrapresin propia que ejerce cada membrana, por lo tanto la presin neta real, vendr dada por la siguiente frmula:

Pn real = Pt. (6 + Dp) Dp = prdida total de presin del sistema Dado que el % de la concentracin est en funcin de la concentracin molecular de lo elementos disociados y el grado de disociacin en equilibrio, la presin osmtica es una caracterstica de la disolucin y aumenta conforme lo hace sta como lo hemos dicho antes. As por ejemplo, ensayos de laboratorio nos han permitido establecer, tomando, como base una disolucin acuosa de cloruro sdica, la presin osmtica aumenta, tericamente 0,7 bares por g/l de salinidad. Por su parte las molculas orgnicas de bajo peso molecular, originan disoluciones con presiones osmticas menores, del orden de 0,07 bar/g/l. En la siguiente tabla vamos a ver diferentes presiones osmticas en funcin de diversas disoluciones y su concentracin. Disolucin acuosa Concentracin mg/l Presin osmtica bar. Cloruro de sodio 35.000 27,86


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Cloruro sdico 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 teoras han intentado explicar el fenmeno por el cual el agua se separa de las sales minerales en la membrana algunos autores suponen una adsorcin 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 atravesara la membrana por los poros cuyo dimetro fuese del orden del espesor de la lamina de agua pura. Otros autores sostienen que se rige mediante un modelo de difusin o por repulsin entre iones prximos. PRODUCTIVIDAD DE LAS MEMBRANAS. Hasta ahora hemos visto como se efecta 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 presin neta pero hay otro factor que hasta ahora no hemos considerado pero tambin influye EL REA DE LA MEMBRANA. A mayor rea obtendremos mayor produccin de agua a la misma presin neta. A partir de ahora tendremos en cuenta diversos factores para disear una osmosis inversa: - La presin osmtica de la presin a tratar, ya que cuanto mayor esta sea,

mayor ser la presin a aplicar para obtener una misma produccin. - La presin neta real aplicada, pues cuanto mayor sea esta presin mayor

ser el paso de agua a travs de la membrana. - El rea de las membranas ya que si aumentamos el rea con una misma

presin. 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 funcin directa de la superficie de la membrana de la presin 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 rpidamente 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 separacin o concentracin 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 eliminacin 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 potabilizacin de aguas salobres y marinas. Un tratamiento donde la OI acta como concentrador y nos interesa obtener el concentrado es en la concentracin de zumos de frutas ya que al ser un proceso fsico-mecnico no se destruyen los aromas cosa que ocurre con tratamientos trmicos. MEMBRANAS Y MODULOS DE OSMOSIS INVERSA. Como deduccin de todo lo que hemos visto hasta ahora, es lgico pensar que la parte fundamental de una instalacin de hoy son la membranas. Los avances de la tecnologa a logrado membranas de permeabilidad controlada, lo cual permite la separacin de molculas de peso molecular muy prximos, uno de los primeros materiales empleados fueron acetato de celulosa (CA) muy poco utilizado actualmente ya que se han encontrado materiales mucho ms resistentes como son las poliamidas, (PA). En el grupo de las poliamidas, las que han tenido mas xito son las denominadas TFC (Thin Film Composite) o de pelcula delgada la cual se fabrica en forma de sabana mediante la unin qumica 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 garantas. La capa semipermeable oscila entre una anchura de 0,25 a 0,5 micras. Los materiales de fabricacin 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 cilndricos denominados PORTA MEMBRANAS, diseados mecnicamente para resistir presiones de trabajo y ser qumicamente resistentes a las aguas a tratar, el rango de las presiones utilizadas es muy variable dependiendo de las aplicaciones: - Uso domestico o pequeos 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 construccin 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 mxima contiene 6 membranas. Lgicamente cada modulo tendr una entrada de agua de alimentacin 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 concntricamente un tubo dentro del otro recogindose el producto en la pared exterior de la membrana o bien por pequeos 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 utilizndose sobretodo en la industria alimentaria ya que permite la circulacin de lquidos 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 pequeos 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 farmacutica 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. Estn constituidos por millones de capilares huecos , como cabellos, cuyos extremos se insertan en un soporte de resina epoxi. El agua de alimentacin circula por el exterior de las fibras mientras que el agua de permeado se recoge en el interior del capilar vertiendo en una cmara de recogida. Generalmente operan a una presin de 28 kg./cm2 y se comercializan en dimetros de 4 y 8 pulgadas con longitudes de 20 y 40. Tiene la ventaja de tener una mayor productividad por su gran rea en poco espacio ocupado, pero presentan unos problemas serios de ensuciamiento y un elevado costo de reposicin. Hace unos aos era el tipo que predominaba y a quedado relevada prcticamente a la desalinizacin 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 alimentacin. Sobre las membranas se dispone un tejido poroso que acta como canal del producto, todo este conjunto se enrolla sobre un tubo perforado de PVC que acta como colector final, se fabrican en dimetros 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 ms econmicas. - Muy resistentes al ensuciamiento lo que permite trabajar con aguas ms

cargadas. - Fcil reposicin. - Mayor facilidad y efectividad de lavado. - Mejor control de la calidad de fabricacin. 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 fenmeno de la hidrlisis y su gama de trabajo de pH es entre 5 y 8, siendo el pH ptimo 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 rpidamente la membrana. El acetato resiste la accin 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 fcilmente atacada por ellas. TEMPERATURA. El acetato trabaja entre 4 y 40 C, mientras que la poliamida y el TFC pueden llegar hasta 50 y 70 C respectivamente. RESISTENCIA QUIMICA. La poliamida y el TFC tienen buena resistencia a detergentes y disolventes de lavado siendo un poco ms 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 habr llegado a los odos que instalaciones compradas por usuarios a profesionales con falta de experiencia, hacen que al poco tiempo de entrar en funcionamiento bajen su rendimiento rpidamente o empeoren la calidad del permeado. Normalmente para la realizacin de una instalacin 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 encontraramos con los casos explicados anteriormente. Al preguntarse el porque de esta incongruencia, la respuesta normalmente dada es que existen mltiples factores que invalidan la garanta dada a las membranas y que fcilmente son imputables al usuario, las explicaciones posteriores tienen finalidad dar solucin al mayor nmero de estos factores y dar una idea de la complejidad que puede tener el diseo de una instalacin por pequeo que este sea. TEMPERATURA. Es un factor importantsimo ya que afecta a la productividad de las membranas a su degradacin fsica y qumica al mismo tiempo que afecta a la solubilidad de determinadas sales. La temperatura y al presin afectan a determinadas propiedades del agua y en particular a su viscosidad. Esta determina una mayor o menor facilidad de fluir y permear a travs de las membranas. Cuanto mayor sea la temperatura de diseo mayor la temperatura de membranas. La presin de operacin disminuye un 4% por cada C 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 25 mantenindose constantes las otras variables. Para temperaturas mayores de 25 se aplicar la formula :

TCF = PT/P 25C = 103(T-25)

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

TCF = 035 + (026 x T) En la tabla siguiente se dan los TFC para las siguientes temperaturas : C TCF C TCF 25 1 14 064 24 096 13 062 23 0925 12 059 22 09 11 056 21 086 10 0529 20 084 9 05 19 08 8 0473 18 0775 7 045 17 0746 6 042 16 0719 5 038 15 0680 4 034

La temperatura excesiva puede ocasionar daos a la membrana. Todas las membranas sufren el fenmeno conocido como compactacin el cual esta influenciado por la temperatura y presin y consiste en la compactacin de los lechos porosos soporte de la membrana, los cuales van disminuyendo el tamao de poros causando una disminucin de flujo de permeado.

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


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Agua residual 8 10 326 407 litros/m2/da 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 til conocer el GPD de una instalacin y para su calculo basta dividir los galones por da por el rea total de membrana instalada en pie cuadrado. Algunos ejemplos son los siguientes : Membrana 25 x 21 12 FT2 111 m2 Membrana 25 x 40 26 FT2 2.41 m2 Membrana 40 40 80 FT2 742 m2 Membrana 8 40 330 FT2 306 m2 Por ejemplo en una instalacin cuya produccin es de 60 m3/da y que dispongamos de 12 membranas del tipo 4 40 el GPD ser : Produccin en galones = 60 x 1000 x 0264 = 15.873 galones por da. Area de la membrana = 12 x 80 = 960 FT2 GPD = 15873 / 960 = 165 instalacin sin problemas. Si sobrepasamos el GPD de diseo es como si un automvil funcionar a tope de su potencia por lo tanto su vida media ser mucho ms corta. En el ejemplo anterior si aumentramos la presin de 18 kg. A 36 kg. En vez de producir 60 m3/da produciramos 120, pero su GPD se doblara hasta el valor de 33, con lo cual tendramos que lavar muy a menudo la membrana ya que el ensuciamiento de la misma no guarda relacin directa sino que es exponencial. Al realizar muchsimos ms lavados acortaremos la vida de la membrana y si no lo realizamos el flujo de permeado puede caer muy rpidamente. RECUPERACION O PORCENTAJE DE CONVERSION Se define la recuperacin de una instalacin como el porcentaje del agua de alimentacin que se obtiene como producto. Recuperacin = Permeado / alimentacin x 100 = QP/QA x 100 = RC El rechazo lo definiremos como QA QP. Si cerrramos la vlvula de rechazo tendramos una planta que trabajara al 100% de recuperacin, pero todas las sales se quedaran en la membrana y rpidamente se deteriorara. Es


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necesario pues realizar esa purga o rechazo. Al igual que el GPD depende del agua a tratar , as 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 tambin un proceso concentrador de sales es importante que no se alcance el limite de solubilidad de las mismas, sino precipitaran sobre la membrana. El riesgo de precipitacin va en aumento cuando mayor sea el factor de recuperacin. El factor de concentracin a aplicar al agua de alimentacin se calcula por la siguiente formula : FC = 1/1-RC RC igual a recuperacin En la tabla siguiente se da la concentracin en el rechazo designada por CC, suponiendo que la concentracin de alimentacin sea CA. RECUPERACION CC 33% 15 CA 41% 17 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 recuperacin el TDS del rechazo ser de 8000 ppm. DISPOSICION DE LOS MODULOS Hay que hacer una distincin importante entre la recuperacin de trabajo de cada membrana que es lo que hemos visto anteriormente, y la recuperacin total de la instalacin, 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 mdulos de membranas en varios pasos o etapas y en diferentes disposiciones serie paralelo. Como la recuperacin media de una membrana es del 15% y la disposicin mxima en un mismo contenedor es de 6 membranas en serie la recuperacin mxima de cada contenedor equipada con diferentes nmeros de membrana es la siguiente : N 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 recuperacin del 25% se dispone de una etapa hasta el 75% en dos etapas en relacin 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 recuperacin elevada hay que instalar el numero suficiente de membranas y en la disposicin 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 precipitacin de sales. Esta concentracin es ms elevada cuanto mayor sea la recuperacin en la membrana. La concentracin de polarizacin viene expresada por la formula : PP = e07 x RE Indicaremos algunos valores de concentracin de polarizacin para distintos valores de recuperacin : Recuperacin Concentracin de polarizacin 5% 1035 10% 1072 15% 1110 20% 1150 25% 1191 30% 1233 40% 1323 50% 1420


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Al disponer los mdulos en etapas lo que logramos es trabajar a un alto flujo y bajar recuperacin por membrana, por lo que la concentracin de sales disminuye. Normalmente en el diseo de las instalaciones se tiende a no sobrepasar el CP por encima de 11. CAUDAL MINIMO DE RECHAZO El caudal mnimo de rechazo de una membrana debe ser tal que el agua circule por su interior creando turbulencias y no ser inferior al recomendado, ya que en caso contrario el rgimen de circulacin puede convertirse en laminar con lo que se incrementa el riesgo de ensuciamiento y polarizacin CAUDAL MINIMO DE RECHAZO Membrana 25 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 alimentacin ni la de salida de concentrado, ya que a lo largo de la membrana el flujo de alimentacin va disminuyendo conforme se va produciendo permeado. Esta concentracin est influenciada por la recuperacin la salinidad de agua de alimentacin y el numero de orden que ocupe la membrana dentro de un mismo tubo. Sirva como ejemplo, una instalacin constituido por 6 elementos y trabajando a una recuperacin al 50%, alimentada con agua de 4000 ppm. La primera ser la nica que estar expuesta ha esta concentracin, las dems recibirn concentraciones cada vez mayores hasta que la salida de la ultima presentara una concentracin de 8000 ppm. La salinidad promedio ser de 6000 ppm. Dado que la concentracin de sales en el interior de la membrana, determina la presin osmtica, y esta a su vez la presin de trabajo, cuanto mayor concentracin mayor presin de operacin requeriremos. PROCEDIMIENTOS PARA AUMENTAR LA RECUPERACION El hecho de que para aumentar la recuperacin tengamos que poner muchas membranas solas se cumple en instalaciones grandes. Por lo tanto en instalaciones pequeas para aumentar la recuperacin 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 presin osmtica 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 90 998 de estas sales. RECHAZO DE SALES El rechazo de sales es el inverso del paso de las sales. A continuacin 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 diseas tienen en cuenta los factores anteriormente descritos y se calculan para producir el caudal y la calidad diseadas a tres aos de su instalacin. A ttulo de resumen indicaremos las reglas y conceptos ms importantes que afectaran a su diseo y a su manejo. - A mayor temperatura de diseo ms flujo de permeado y menor calidad.

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

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

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

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

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

- La recuperacin de cada elemento no debe ser superior a la de diseo. - Si se trabaja a recuperacin 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 mnimo recomendado.

- La calidad de permeado empeora con el aumento de la recuperacin. PRETRATAMIENTO EN LA O.I. El pretratamiento es la instalacin de los procesos qumicos y fsicos que deben sufrir el agua de alimentacin de las membranas, al objeto de obtener el mximo rendimiento de las mismas.


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

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

temperatura mnima a la que trabajara, la temperatura mxima y la temperatura de diseo.

- Cloracin : es preciso saber si el agua de alimentacin lleva cloro - Dureza : determinara si el agua tiene un carcter incrustante para las

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

hidrxidos y nos dar una idea tambin de su poder incrustante. - Sulfatos : el sulfato de calcio y magnesio normalmente determina la mxima

recuperacin del equipo, ya que sus precipitados son muy difciles de determinar.

- Conductividad : nos da una idea razonable de la salinidad del agua a tratar. PRECIPITACION DE SALES Las sales ms frecuentes que se precipitan son las de carbonato clcico, sulfato clcico y slice. Tendremos que poseer un agua con ndice de Langhelier negativo o con un ndice de Reiznar no incrustante para evitar la precipitacin de sales sobre las membranas. Normalmente en instalaciones pequeas se realiza una descalcificacin previa por intercambio inico, eliminando los cationes alcalinoterreos susceptibles de precipitar. En instalaciones mayores para bajar el ndice de Langhelier y evitar la incrustacin se puede disminuir el pH mediante la dosificacin de un producto cido normalmente el cido clorhdrico ya que el sulfrico incrementara el nivel de sulfatos. En otros casos se realiza la dosificacin de secuestrantes y dispersantes que forman complejos con la cal retardando su precipitacin como los poliacrilatos. Siempre que se produzca la dosificacin de inhibidores se deber dotar la instalacin con un sistema automtico de membranas denominado FLUSHING que acta cuando la instalacin para al objeto de desplazar el agua concentrada que est en contacto con las membranas.


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

de slice insoluble. Estudios exhaustivos indican que en ausencia de xidos metlicos podemos trabajar hasta 150 ppm de slice en el rechazo, para evitar su precipitacin 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 captulos anteriores. Tambin tendremos que eliminar todos los oxidantes ya que afectan muy negativamente a las membranas por lo que si el agua lleva cloro se proceder a la decloracin previa de la misma. Esta la realizaremos por filtro de carbn activo en instalaciones pequeas y medianas y por dosificacin de un reductor que normalmente es el de bisulfito sdico, el cual reaccin con el cloro formando cido clorhdrico y bisulfato sdico, lo que provoca una disminucin del pH del agua. La dosis practica de 3 gr. De bisulfito por cada gramo de cloro. La dosificacin de bisulfito exige emplear un sistema de medicin de cloro, para el caso de producirse un fallo en la dosificacin se pare automticamente 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 ms barato utilizar filtros que hacer utilizas las membranas como filtros. Si hay mucha materia en suspensin previamente se realizar una prefiltracin en un filtro dual y posteriormente una filtracin por cartucho no superior a 5 micras. En caso de que aparezca materia coloidal se tendrn que realizar procesos de coagulacin y posterior filtracin o colocar tras el filtro dual filtros de diatomeas. Tambin se puede producir el ensuciamiento por materia orgnica por lo que si detectamos un elevado ndice de sta, se tendr que realizar una cloracin previa de 05 a 1 mg/l y posteriormente realizar una decloracin como hemos explicado anteriormente.


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Tambin se puede producir una contaminacin por microorganismos que en el acetato producira su deterioro y en la poliamida pueden producir atascos siendo necesaria su limpieza. LIMPIEZA DE MEMBRANAS Durante la operacin normal las membranas se van ensuciando ya sean por precipitaciones salinas, materia coloidal, contaminacin bacteriolgica, etc. Por lo que peridicamente habr que recurrir a limpiezas qumicas de las mismas. Sin embargo se debe considerar la norma de que sean las mnimas posibles, porque dichas limpiezas siempre producen el deterioro de las membranas. Tambin 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 inversin se recupera rpidamente. APLICACIONES DE LA OSMOSIS INVERSA Produccin de agua ultra pura para calderas de alta presin. Osmosis como pretratamiento para intercambio ionizo Para produccin de agua ultra pura para circuitos. Produccin de agua pura para pintura electroforetica Para fabricacin de productos cosmticos Para fabricacin de productos farmacuticos Para fabricacin de hielo Para elaboracin de cerveza Para elaboracin de refrescos Produccin de agua para riego Para potabilizacin de agua de mar Para produccin de escarchados y glaseados en la industria del pescado Para salinizacin y potabilizacin de agua de mar Para potabilizaron de agua de consumo humano Instalaciones domesticas para conseguir agua de alta calidad Y otras muchas ms que no describiremos aqu y que irn surgiendo.

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Osmosis Inversa