Introducción a las membranas (IV): Fouling

FOULING

El control del fouling o ensuciamiento de las membranas es el factor clave para conseguir un buen rendimiento del proceso de filtración. Este ensuciamiento depende de las características físicas, químicas y biológicas del agua, el tipo de membrana utilizada y las condiciones de operación.

MBR Fouling
Efectos del fouling. Fuente: MDPI

En función del tipo de fouling las membranas que se van a montar tendrán un coste determinado, un pretratamiento específico y unas limpiezas programadas para recuperar su rendimiento original. La supervisión y control del ensuciamiento se hace a través del flujo (LMH, litros por metro cuadrado y hora filtrados) y el aumento de presión en el sistema:

Fouling-flux
Fuente: The MBR Book

En la imagen anterior hemos visto que un aumento del flujo provoca un mayor ensuciamiento, a partir de este resultado se recomienda mantener unos flujos modestos para evitar la saturación precoz del sistema; es lo que denominamos flujo subcrítico. Si operamos las membranas cerca de estos valores podremos evitar el fouling en las primeras etapas de funcionamiento, aunque no podremos evitar su formación a la larga y tendremos que recurrir al lavado de la membrana para recuperar el rendimiento inicial.

ETAPAS DEL FOULING

Según Simon Judd, uno de los mayores expertos en membranas, hay tres etapas en la formación del fouling:

  1. Acondicionamiento: cuando interactúan unas sustancias presentes en el agua de alimentación llamadas EPS y SMP, polímeros y sustancias solubles de origen microbiano que facilitan la interacción de la biomasa en la superficie de la membrana.
  2. Fouling lento: una vez se han unido los primeros flóculos de biomasa en la superficie, estos siguen cubriéndola de forma parcial sin, de momento, afectar los poros. En esta etapa el flujo todavía no se ve afectado por el proceso de ensuciamiento.
  3. Aumento repentino de la TMP: con unas áreas más sucias que otras, el proceso de filtración se produce en las zonas menos obstruidas, aumentando el flujo por encima de los valores críticos. Esto provoca un aumento repentino de la presión transmembrana, síntoma de fouling avanzado y señal que en breve tendremos que hacer una limpieza para volver a los valores iniciales.
Fouling mechanisms
Las 3 etapas del fouling en membranas. Fuente: The MBR Book

COMO SE PUEDE CONTROLAR?

A pesar de que aún queda bastante para entender el fenómeno del fouling, tenemos cinco estrategias para controlarlo:

  • Diseñando un pretratamiento adecuado del agua de alimentación.
  • Activando los protocolos de limpieza más adecuadas.
  • Reduciendo el flujo hasta unos valores subcríticos.
  • Aumentando la aireación.
  • Modificando a nivel biológico y/o químico el licor mixto.

De estas, algunas son más viables que otras, por ejemplo el aumento de la aireación puede tener costes prohibitivos y en cambio el control del flujo puede actuar en sentido contrario.

TIPOS

Hay diferentes tipos de fouling en función de las sustancias responsables del ensuciamiento: por scaling, de tipo orgánico, de carácter biológico, etc. Podéis profundizar en un artículo anterior mío sobre autopsias de membranas aquí.

UN EJEMPLO VISUAL DE FOULING 

Bibliografia

· Judd, Simon. The MBR Book: Principles ansd Applications of Membrane Bioreactors in Water and Wastewater Treatment. Elsevier. 2006.

· Metcalf & Eddy. Wastewater Enginnering. Treatment and Resource Recovery. McGraw-Hill International Edition. 2014.

· The MBR Site

· Membrane Bioreactor (MBR) Technology for Wastewater Treatment and Reclamation: Membrane Fouling

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