Parlem de membranes? (IV)

FOULING

El fouling o embrutiment de les membranes és el factor clau a tenir en compte a l’hora d’obtenir un bon rendiment del procés de filtració. L’embrutiment depèn de les característiques físiques, químiques i biològiques de l’aigua, el tipus de membrana utilitzada i les condicions d’operació.

MBR Fouling
Efectes del fouling. Font: MDPI

En funció del tipus de fouling les membranes a instal-lar tindran un cost determinat, un pretractament específic i unes neteges programades per recuperar el seu rendiment original. El seguiment de l’embrutiment es fa a través del flux (LMH, litres per metre quadrat i hora filtrats) i l’augment de pressió en el sistema:

Fouling-flux
Font: The MBR Book

A la imatge anterior hem vist que un augment del flux provoca un major embrutiment de les membranes, a partir d’aquest resultats es recomamana de mantenir uns fluxos modestos per evitar la saturació precoç del sistema, és el que anomenem flux subcrític, si operem les membranes als voltants d’aquests valors recomanats mantindríem a ratlla el fouling, tot i que a la llarga acabarà formant-se i haurem d’acabar fent un rentat per recuperar-ne el rendiment inicial.

ETAPES DEL FOULING

Segons S. Judd, un dels majors experts en membranes, hi ha tres etapes en la formació del fouling:

  1. Acondicionament: quan interactuen unes substàncies presents en l’aigua d’alimentació anomenades EPS i SMP, polímers i substàncies sol·lubles d’origen microbià que facil·liten la interacció de la biomassa a la superfície de la membrana.
  2. Fouling lent: un cop s’han enllaçat els primers flocs de biomassa a la superfície, aquests segueixen cobrint-la de forma parcial sense, de moment, afectar els porus. És per això que en aquesta etapa el flux encara no es veu afectat pel procés d’embrutiment.
  3. Augment sobtat de la TMP: amb unes àrees més brutes que altres, el procés de filtració se centra en les zones menys obstruides, augmentant així el flux per sobre dels valors crítics. Això provoca un augment sobtat de la pressió transmembrana, símptoma de fouling avançat i senyal que en breu haurem de fer una neteja per tornar als valors inicials.
Fouling mechanisms
Les 3 etapes del fouling en membranes. Font: The MBR Book

I COM ES POT CONTROLAR?

Tot i que per ara queda molt recorregut per entendre el fenomen del fouling, podem trobar 5 estratègies per mirar de controlar-lo:

  1. Fent un pretractament adequat en l’aigua d’alimentació.
  2. Activant els protocols de neteja més adients.
  3. Reduint el flux fins a uns valors subcrítics.
  4. Augmentant l’aireació.
  5. Modificació a nivell biològic i/o químic del licor mixte.

D’aquestes, algunes són més viables que d’altres, per exemple l’augment de l’aireació pot arribar a tenir costos prohibitius i en canvi el control del flux pot actuar en sentit contrari.

TIPUS DE FOULING

En funció de les substàncies responsables de l’embrutiment trobem diferents tipus de fouling: per matèria particulada, per scaling, de tipus orgànic o biològic. Podeu aprofundir-hi en un article anterior meu sobre autòpsies de membranes que ho explica amb més detall.

I PER ACABAR… UN EXEMPLE VISUAL DE FOULING 

Continúa leyendo Parlem de membranes? (IV)

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 

Continúa leyendo Introducción a las membranas (IV): Fouling