OSMOSIS INVERSA

¿Qué es Osmosis Inversa?
La ósmosis inversa, como una forma de tratamiento de agua, es una tecnología nueva y de rápido crecimiento. La primera membrana fue desarrollada en 1958.

La membrana de ósmosis inversa es utilizada en varias aplicaciones; incluyendo metales preciosos, química, recuperación de desperdicios nucleares, procesamiento de alimentos, purificación de agua de laboratorio y otros. Nuestra discusión se limitará a la ósmosis inversa cuando esta se relacione con la purificación de agua en aplicaciones de laboratorio.


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Para entender completamente la tecnología de ósmosis inversa, se debe entender primero el concepto de ósmosis normal. En ósmosis normal, el agua fluye a través de una membrana semipermeable, de una solución menos concentrada hacia una más concentrada (ver figura 1). La ósmosis inversa, utiliza presión para invertir el flujo osmótico normal. En esta forma, la presión empuja el agua a través de la membrana semipermeable del lado más concentrado (contaminado), hacia el lado menos concentrado (agua pura), (vea las figuras 2 y 3).

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Sobre la superficie de la membrana hay una capa porosa delgada, la cual contiene una multitud de microporos. Debido a la interacción física  química entre la solución y la membrana, la mayoría de las sales son rechazadas y solo el agua de baja concentración iónica para a través de la membrana. La mayoría de los componentes orgánicos son removidos, dependiendo de su peso molecular.

El agua que alimenta al sistema de ósmosis inversa fluye sobre la superficie de la membrana.La presión forza un porcentaje del agua a través de la membrana, mientras que el agua remanente, alta en contaminantes, es enviada hacia el drenaje. El movimiento de agua sobre la membrana la mantiene limpia, previniendo la acumulación de contaminantes que potencialmente pudiesen dañarla.

La ósmosis inversa es una tecnología de remoción porcentual. Un sistema típico de ósmosis inversa, rechaza hasta el 98% de las impurezas encontradas en la mayoría de las fuentes de agua potable. Si se usa un suavizador de agua antes del tratamiento con el sistema de ósmosis inversa, la tasa de reducción de sales será aún mayor. Debido a que solo un porcentaje de los contaminantes son removidos de una fuente de agua determinada, es impráctico predecir la pureza del agua con esta tecnología. Cuando se utiliza ósmosis inversa, ciertos contaminantes son removidos más efectivamente que otros:

En vista de la limitada capacidad de remoción de esta tecnología, su uso principal es el pretatramiento del agua utilizada para alimentar un sistema de desionización que produzca agua de calidad reactiva Tipo I. La ósmosis inversa es también apropiada en aplicaciones que requieran agua para laboratorio Tipo II o III.

Dependiendo del material de la membrana, ciertos factores afectarán la calidad y la cantidad del agua producida a través de esta tecnología. En la actualidad hay tres tipos de materiales para membrana que son usados en sistemas de ósmosis inversa, para crear agua pura en el laboratorio: ACETATO DE CELULOSA, POLIAMIDAS Y MEMBRANA DE PELICULA DELGADA (TFM).

Cada uno de los materiales de las membranas exige ciertos requisitos sobre el agua de entrada, los cuales deben cumplirse si se aspira a lograr la vida normal de la membrana.Los factores que más afectan el material de la membrana; son la temperatura, el pH, las bacterias, el cloro libre y el Indice de Saturación de Langlier.

Casi todos estos factores son normalmente entendidos, con excepción del Indice de Saturación  de Langlier. Este Indice, es la medida de la tendencia del agua  a formar incrustaciones sobre las superficies por donde pasa. En la mayoría de los casos, el Indice de Langlier es calculado y considerado, bien sea positivo o negativo.

Cuando se calcula el Indice de Langlier, se deben medir algunas características del agua de entrada Estas son: temperatura del agua, sólidos totales ionizados, dureza del calcio, alcalinidad y pH. Si el índice es positivo, se considera que el agua de alimentación muestra un alto potencial a formar incrustaciones y pude dañar la membrana. Si este es el caso, se requiere de un pretratamiento del agua antes de entrar al sistema de ósmosis inversa. La tabla 1 muestra los cinco factores que más afectan las membranas y las limitaciones que estos imponen en cada uno de los tipos de materiales para membrana.

 

TABLA 1
ACETATO DE CELULOSA TMD2730/ TMD2731 POLIAMIDA TMD2732 MEMBRANA DE PELÍCULA DELGADA TMD2734 MEMBRANA TRI ACETATO DE  CELULOSA TMD6317 MEMBRANA TFM (MEMBRANA DE PELÍCULA DELGADA ) TMD6318
pH 4 -8 1 - 11 4 - 11 4 - 8 4 - 11
ÍNDICE LANGLIER Negativo Negativo Negativo Negativo Negativo
CLORO LIBRE 0.2 - 1.0 ppm de cloro libre 0.0 0.0 0.2 - 1.0 ppm de cloro libre 0.1 ppm
BACTERIA Afectado por bacteria, requiere cloro No lo afecta No lo afecta Afectado por bactería, requiere cloro No lo afecta
TEMPERATURA 4 -30ºC 4 - 30ºC 4-50ºC 4- 31ºC 4-31ºC
Nota: Los volúmenes de agua producidos, son afectados por la temperatura del agua de entrada. Por cada grado C por debajo de 25ºC se disminuirá en un 3% el volumen de agua producida.
*Días ppm = En el agua de entrada con 1 ppm de cloro libre, la membrana funcionará 500 días antes de que se presenten dificultades.

Puesto que los materiales de las membranas pueden ser afectados por algunos contaminantes existentes en el agua, muchos sistemas de ósmosis inversa requieren de algún tipo de pretratamiento para maximizar la vida útil de la membrana. La suavización, es una de las formas más usadas de pretratar el agua para corregir un Índice de Langlier positivo. A través del proceso de suavización, los iones que producen dureza son reemplazados con iones de sodio, los cuales reducen la tendencia de incrustación en la membrana.

Si la modificación del pH requiere ser ajustada para corregir un alto nivel de pH del agua de alimentación, posiblemente será necesaria la injección de ácido. Normalmente el ácido sulfúrico es inyectado al agua de entrada en una cantidad limitada para obtener un nivel de pH aceptable.Esto se logra convirtiendo la alcalinidad a dióxido de carbono.

Las membranas de acetato de celulosa pueden ser afectadas por la presencia de bacterias. Si el agua de suministro no se encuentra suficientemente cloratada, será necesario un pretratamiento con inyección de cloro para evitar daños causados por bacterias.

Por otro lado, las membranas poliamidas, no son afectadas por bacterias, pero pueden ser destruidas por el cloro y otros agentes oxidantes. En este caso, el agua de entrada debe ser pretratada para removerle el cloro y otros componentes dañinos. El carbón puede ser efectivo para remover el cloro, mientras que la inyección de bisulfato de sodio puede ser utilizada para remover otros agentes oxidantes.

La temperatura y la presión pueden afectar también la operación de un sistema de ósmosis inversa. La temperatura del agua de entrada, tiene un efecto marcado en la cantidad de agua que una determinada membrana es capaz de producir. Las características de funcionamiento de esta membrana se basan en una temperatura de agua de entrada de 25ºC. Por cada grado C que ésta disminuya por debajo de 25ºC, habrá una reducción del 3% en la cantidad de agua producida. Por esta razón, en algunos casos   se recomienda ajustar la temperatura del agua de entrada. Aquellas temperaturas que sean superiores a 35ºC, causarán daños en la mayoría de las membranas. Por consiguiente, al seleccionar la membrana que proporcione la cantidad adecuada de agua, se debe medir la temperatura del agua de entrada.

La presión del agua de entrada puede afectar tanto la cantidad como la calidad del agua producida por un sistema de ósmosis inversa. Presiones tan altas como hasta de 400 psig (27.2 bar), no causarán daños en las membranas; por otro lado, la efectividad de la membrana para remover impurezas se verá reducida por las bajas presiones de operación. Un sistema de ósmosis inversa, operando a 200 psig (13.6 bar), mejorará la calidad de un 5 a 10%, si se compara con su operación a 60 psig (4.1 bar). Por debajo de 50 psig (3.4 bar), la calidad es afectada más drásticamente. La cantidad de agua producida puede ser también afectada por la presión. Generalmente, entre más baja sea la presión, menor será la cantidad de agua pura producida.

En resumen, la ósmosis inversa como tecnología; es una fuente sencilla y económica de agua pretratada para sistemas de desionización. Como usted puede ver, es indispensable conocer la composición del agua de entrada, para así poder seleccionar el mejor material que debe usarse en la membrana para el sistema de ósmosis inversa.

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