Introducción
El rendimiento y éxito operativo de un sistema de ósmosis inversa depende directamente de la calidad del agua que la alimenta. La naturaleza de los componentes del agua de alimentación pueden influir en el rendimiento de la membrana causando incrustaciones, ensuciamiento o degradación de la membrana.
La tabla siguiente enumera las directrices de calidad de agua contra el cual debe contrastarse el agua de alimentación (y concentrado), para determinar si el ensuciamiento, la incrustación o la degradación de la membrana es posible. Este resumen detalla diversos constituyentes del agua de alimentación que afectan al rendimiento de las membranas de ósmosis inversa.
Sólidos en suspensión
Los sólidos en suspensión se miden por Turbidez. La turbidez mide la capacidad de dispersión de luz por partículas en el agua. Las guías de calidad del agua exigen una turbiedad afluente de menos de 1 unidad nefelométricas de turbidez (NTU), que también pasa a ser un requisito de garantía de los fabricantes de membranas. Exceder en 1 NTU anulará la garantía de la membrana. Cuanto menor sea la turbidez, es menos probable que las membranas se ensucien con sólidos en suspensión. Las buenas prácticas de ósmosis inversa requieren una turbidez del agua de alimentación inferior a 0,5 NTU.
El SDI (Indice de ensuciamiento) mide los sólidos en suspensión, especialmente coloides, tales como alúmina o silicatos de hierro, arcilla, productos de corrosión del hierro y microbios, que tienen un gran potencial para ensuciar las membranas de ósmosis inversa. El SDI debe ser tan bajo como sea posible para minimizar el ensuciamiento de las membranas, pero debe ser inferior a 5 para satisfacer los requerimientos de garantía establecidos por los fabricantes de membranas (las buenas prácticas sugieren un SDI en el agua de alimentación inferior a 3). Tenga en cuenta que no existe una correlación directa de la turbidez con el SDI, a pesar que alta turbidez suele significar alta SDI (lo contrario no siempre es cierto).
* Puede ser hasta 2.0 - 2.5, dependiendo del tipo de antiincrustante usado.
** En la línea de rechazo.
*** En la línea de rechazo. Varía en función de la temperatura, el pH y el tipo de antiincrustante usado.
Las membranas sucias con sólidos en suspensión exhibirán una menor productividad y un aumento de la caída de presión. A veces también hay una disminución en el rechazo de sal.
Los sólidos en suspensión pueden ser eliminados o reducidas en agua de RO con coagulación, clarificación y filtración, o ultrafiltración.
Microbios
El ensuciamiento microbiano de las membranas de ósmosis inversa es un problema importante. Las colonias de bacterias crecen en cualquier parte del módulo de membrana donde las condiciones son favorables. El agua de rechazo proporciona un entorno próximo a la superficie de la membrana que está enriquecido en nutrientes para los microbios. Además, colonias satélite pueden desprenderse y comenzar a crecer en otra parte del módulo de membrana, lo que aumenta la superficie de la membrana que se cubre con los microbios, generando su biofilm asociado.
El ensuciamiento microbiano bajará la productividad membrana, aumentará la presión de operación y aumentará la caída de presión. El potencial de ensuciamiento biológico de una membrana se puede determinar teniendo en cuenta el carbono orgánico asimilable (AOC). Esta prueba es un bioensayo que mide el potencial de crecimiento de microorganismos en una muestra. El procedimiento de ensayo se describe en la parte 9217of la Norma SM. Un valor de 10 microgramos por litro es una norma propuesta para reducir al mínimo la contaminación biológica, pero en algunos casos, el ensuciamiento todavía puede ocurrir incluso a este bajo valor 3. Los mejores fabricantes recomiendan un valor de AOC de menos de 5,4.
Los microbios pueden ser destruidos con cloro, ozono, radiación ultravioleta, o algunos biocidas no oxidantes. Un método eficaz para controlar el crecimiento de bacterias y la biopelícula por lo general implica una combinación de estas medidas. Específicamente, la cloración o la ozonización del sistema de pretratamiento, seguido de decloración para proteger a las membranas; o destrucción UV seguida de una sanitización periódica con un biocida no oxidante se utiliza directamente en las membranas.
Compuestos Orgánicos
Los compuestos orgánicos se adsorben en la superficie de la membrana, lo que resulta en una pérdida de flujo que puede ser permanente en algunos casos. La adsorción se ve favorecida a pH inferior a 9, donde los compuestos orgánicos están cargados positivamente.
Particularmente problemáticos son los orgánicos emulsionados, que pueden formar una película orgánica sobre la superficie de la membrana. El ensuciamiento orgánico exacerba el ensuciamiento microbiano, ya que muchos orgánicos son nutrientes para los microbios. Se recomienda que la concentración orgánica, tal como se mide por el carbono orgánico total (TOC) sea menos de 3 ppm para minimizar el potencial de contaminación. El ensuciamiento orgánico de la membrana disminuirá la productividad de la membrana.
La concentración de los aceites (tanto de hidrocarburos y a base de silicona) y grasas debe ser inferior a 0,1 ppm en el agua de alimentación. Estos materiales van a adsorber fácilmente en las membranas de poliamida y resultar en una disminución en el rendimiento de la membrana. Sin embargo, pueden ser retirados de la membrana utilizando limpiadores alcalinos si el flujo no ha disminuido en más del 15% a partir de la puesta en marcha.
Color
El color también se adsorbe sobre la superficie de la membrana. El color se compone generalmente de sustancias húmicas que se forman cuando otras sustancias orgánicas, tales como las hojas, se degradan. Las sustancias húmicas se componen en sí mismos de tres tipos diferentes de compuestos orgánicos. El ácido húmico es el color que precipita durante la acidificación; estos compuestos orgánicos son de color marrón oscuro a negro. El ácido fúlvico no precipita durante la acidificación, estas sustancias son de color amarillo a amarillo-marrón. Por último, la humina no es soluble a cualquier pH y es de color negro.
La adsorción de color sobre una membrana de RO se ve favorecida cuando los compuestos son hidrófobos o cargados positivamente. Al igual que con otros compuestos orgánicos, un pH alto (> 9) ayuda a minimizar el ensuciamiento con el color, pero causa otros problemas, incluyendo incrustaciones de carbonato de calcio. El color verdadero debe ser inferior a 3 (APHA) para minimizar el ensuciamiento debido a la adsorción de color. La adsorción de color sobre la membrana disminuirá la productividad de la membrana.
El color puede ser reducido en el agua de alimentación de RO utilizando la coagulación / aclaración con floculantes hidróxido, ultrafiltración y nanofiltración, adsorción por carbón activado, y la radiación ultravioleta.
Metales
Las membranas de RO se ensucian fácilmente con los metales precipitados, incluyendo el hierro, el manganeso y el aluminio. Sales solubles de hierro y de manganeso (y cobalto presente en algunas soluciones de bisulfito utilizados para la decloración) son también un problema para las membranas de ósmosis inversa. Estos metales catalizan la oxidación de la membrana RO dando como resultado una degradación de la membrana. Al caer el pH y la reducción de la concentración de oxígeno, concentraciones más altas de hierro soluble se pueden tolerar. Incrustaciones de metales aumentan la caída de presión y disminuyen la productividad. La oxidación de la membrana con metales solubles se traducirá en un menor rechazo de sales y una mayor caudal.
Hierro y Manganeso pueden ser removidos del agua de alimentación utilizando ablandamiento o filtros de hierro. En algunos casos, puede ser deseable operar con el hierro soluble y/o manganeso a través del sistema de ósmosis inversa, si todo el sistema se puede mantener hermético al aire para evitar la oxidación de los metales en sólidos en suspensión.
Sílice
La Sílice, como silicatos insolubles y como sílice soluble o "reactiva", puede causar problemas para un sistema de ósmosis inversa. Silicatos insolubles se forman cuando la sílice precipita. Cuando el hierro y el aluminio están presentes, los silicatos de estos metales se pueden formar rápidamente y a una concentración de sílice menor a la de saturación. La saturación de sílice soluble es una función de la temperatura y el pH. La sílice es más soluble a temperatura superior y a un pH por debajo de 7,0 y por encima de 7,8. La Sílice soluble a menudo limita la recuperación de un sistema de ósmosis inversa, debido al potencial incrustante. Antiincrustantes específicos para sílice que pueden manejar hasta aproximadamente 200 ppm de sílice (dependiendo de las condiciones y el fabricante antiincrustante).
Carbonatos de calcio
Las incrustaciones de carbonato de calcio son quizás el tipo más común de problema, con la posible excepción de ensuciamiento microbiano, que las membranas de RO experimentan. Afortunadamente, es bastante fácil de detectar y manejar.
Básicamente, si el producto de solubilidad de carbonato de calcio en el rechazo de RO es mayor que la constante de solubilidad bajo las condiciones de rechazo, se formarán incrustaciones de carbonato de calcio.
El Índice de saturación de Langelier (LSI) se utiliza para determinar el potencial de incrustaciones de carbonato de calcio. (Tenga en cuenta que LSI se utiliza hasta aproximadamente 4000 ppm TDS; para mayores salinidades se utiliza el índice de saturación Stiff-Davis)
Un LSI positivo significa que la incrustación se ve favorecida; un LSI negativo significa que la corrosión se ve favorecida. Es deseable mantener el LSI cerca de cero (o por debajo) en el concentrado de RO para minimizar incrustaciones de carbonato de calcio. Esto se logra mediante el ablandamiento, la dosificación de ácido para bajar el pH o la dosificación de un anti-incrustante.
Las membranas incrustadas presentan una menor productividad y menor rechazo de sal.
Cloro libre
Las membranas son muy sensibles al cloro libre. La degradación de la membrana de material compuesto de poliamida se produce casi inmediatamente después de la exposición, y puede resultar en una reducción significativa en el rechazo después de 200 y 1000 ppm-horas de exposición al cloro libre.
El cloro se puede quitar de agua de alimentación de RO utilizando bisulfito de sodio o filtración por carbón activado. Los filtros de carbón puedan ayudar al crecimiento de los microbios. Por lo general, no se recomienda la filtración por carbón activado para la decloración de agua de alimentación de RO a menos que las concentraciones de compuestos orgánicos es lo suficientemente alta como para justificar su uso, o si la dosis de bisulfito de sodio es demasiado baja para un control preciso.
Exposición a otras sustancias químicas
La exposición de una membrana a una variedad de compuestos orgánicos puede resultar en inflamación o disolución de la capa de soporte microporosa de polisulfona.
Los productos químicos sospechosos incluyen:
· Disolventes: dimetil formamida, dimetil acdimide, n-metil pirrolidona, dimetil sulfóxido, etc
· Los compuestos aromáticos: benceno, tolueno, xileno, fenol, combustible diesel, gasolina
· Otros: cetonas, aldehídos, ésteres, éteres fuertes.
Tenga en cuenta que sólo los disolventes de bajo peso molecular, tales como alcoholes (isopropanol y más pequeños) son aceptables.
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