Introducción a las membranas (II): Composición y configuración

COMPOSICIÓN

Podemos clasificar las membranas en dos grupos según el tipo de material de fabricación:

  • Membranas orgánicas: compuestas de polímeros naturales o sintéticos. La celulosa, la lana o el caucho serían del primer grupo y el PVDF o PTFE estarían en el de los sintéticos.
  • Membranas inorgánicas: de origen metálico, cerámico o de zeolita.

Las de origen orgánico son mas habituales puesto que tienen menor coste por rendimiento, aunque las inorgánicas tienen mayor resistencia mecánica y química y una gran tolerancia a las temperaturas elevadas. Estas últimas se utilizan en aguas complejas como son los lixiviados.

En las imágenes de abajo (de la web de Advantec) y de izquierda a derecha, podemos ver diferentes polímeros a nivel microscópico: acetato de celulosa, nilón y PTFE.

CONFIGURACIÓN

Este es un término lo bastante confuso como para tener en cuenta varios aspectos. The MBR Book nos propone este esquema:

Membrane config
Fuente: The MBR Book

Cómo se puede observar, hay diferentes configuraciones según el tipo de proceso, la geometría de la membrana, el sentido de paso del agua, etc. Debajo os pongo dos fotos de posibles configuraciones de la marca Pentair:

Las 4 configuraciones más habituales a nivel comercial son:

  • Tubular: cada membrana es introducida en un tubo de soporte e insertado en una estructura más grande que es capaz de aguantar la presión de trabajo correspondiente.
Tubular Membrane
Fuente: Synder Filtration
  • Fibra Hueca: es una agrupación de centares a miles de fibras que se insertan directamente en un receptáculo o carcasa de presión. Se utilizan habitualmente en MBR.
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Fuente: Eclipse Membranes
  • Enrollada en espiral: composición típica de las membranas de osmosis inversa.

  • Placas: son membranas planas que tienen de soporte una serie de placas. Estas generan los canales de circulación por donde pasará el permeado. Un ejemplo en un vídeo de Alfa Laval:

Y hasta aquí la segunda parte de la introducción a membranas. En la tercera hablaremos de membranas externas y sumergidas, ventajas e inconvenientes y alguna cosa más…

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Introducción a las membranas (I): Tipos de filtración

UF Membranes
Fuente: WEHRLE Umwelt

Un mundo aparte en la depuración, purificación y desinfección de aguas es el de las membranas. Desde el siglo pasado que no se ha dejado de avanzar en diferentes configuraciones, tipos de materiales, etc.

En función de la medida del poro conseguiremos diferentes calidades de agua filtrada, así podremos eliminar sólidos en suspensión, virus y bacterias o compuestos de tipo orgánico y/o mineral dependiendo de nuestro objetivo de calidad final. E

En el esquema de abajo podemos ver como del agua residual de entrada se obtienen dos productos: el permeado y el concentrado o rechazo. El primero es el agua que ha pasado a través de los poros de la membrana y el segundo es el que no lo ha hecho y que por lo tanto se ha ido concentrando a medida que iba circulando por el sistema. En este vídeo se puede ver los elementos que quedan al concentrado en función del diámetro de poro.

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Esquema del proceso de filtración por membranas. Metcalf & Eddy

 TIPOS DE FILTRACIÓN

En función del diámetro del poro nos permite operar en un rango de tamaño de partícula determinada:

Microfiltración: entre 0,07-2 micras (1 micra equivale a 0,000001 milímetro). En el concentrado quedarían retenidos sólidos en suspensión, la mayoría de bacterias y protozoos y huevos de helmintos. En las aplicaciones encontraríamos la esterilización de la leche en la industria alimentaria o purificación de enzimas en la química-farmacéutica.

Ultrafiltración: entre 0,008-0,2 micras. Quedan retenidos algunos contaminantes orgánicos además de la práctica totalidad de bacterias y virus. En este caso la ultrafiltración es el ejemplo básico en reutilización de agua; dependiendo del uso final tendremos que añadir algún paso más como ósmosis inversa, cloración, carbón activo, etc.

Nanofiltración: entre 0,0009-0,01 micras. En este tipo de filtración aparece el fenómeno de la difusión combinado con la filtración. Podríamos decir que es un proceso mixto y que consigue eliminar sólidos disueltos, nitratos, metales pesados y moléculas de carbonato cálcico, estas últimas responsables de la dureza presente en el agua. Con este proceso se consigue agua de una gran calidad partiendo de agua residual compleja como los lixiviados.

Ósmosis Inversa: entre 0,0001-0,002 micras. La difusión es el fenómeno exclusivo del proceso y en función de la temperatura, pH y presión aplicada puede llegar a retenerlo todo menos el Boro. Es el proceso principal en las desaladoras.

Tabla representativa del radio de acción de las membranas:

Cut-offs_of_different_liquid_filtration_techniques
Wikimedia

Y hasta aquí la parte de tipos de filtración, próximamente escribiré sobre materiales y posibles configuraciones.

Stay tuned!

Continúa leyendo Introducción a las membranas (I): Tipos de filtración

La utilidad de las autopsias en membranas

Principals grups embrutiment
Fuente: Genesys International

No hace mucho el concepto de autopsias en membranas era un completo desconocido para mi, pero leyendo un artículo sobre evaluación del impacto del ensuciamiento en membranas ha despertado mi curiosidad.

Por los que habitualmente trabajáis en este campo, desde ultrafiltración a ósmosis inversa, seguramente os habréis encontrado con bajadas de rendimiento. Este fenómeno no lo provoca una sola causa, sino que puede tener varias:

  • Formación de biofilms: provocado por la acumulación en la superficie de la membrana de bacterias y biopolímeros que actúan de capa reduciendo la difusión del permeado.
  • Deposición de coloides: provenientes de silicatos y consecuencia de un mal pretratamiento.
  • Precipitación de sales: con formación de cristales por saturación.
  • Ensuciamiento orgánico: debido a ácidos presentes en las aguas superficiales.
  • Acumulación de metales: como hierro o aluminio, provenientes de una dosificación en exceso en el pretratamiento.
Principal embrutiment OI
Fuente: Genesys International

En definitiva, hay diferentes causas para el mismo problema final: la disminución de rendimiento del proceso de filtración por membranas. Y aquí es cuando las autopsias entran en acción, para determinar qué causa ha producido el ensuciamiento.

Fallos de mebrana
Fuente: Genesys International

Si queréis profundizar en el tema podeis leer este interesante artículo de donde he sacado algunos gráficos para ilustrar el post:

EVALUACION DEL IMPACTO DEL ENSUCIAMIENTO EN MEMBRANAS DE OSMOSIS INVERSA (F. del Vigo, N. Peña, J. Sepúlveda. Genesys Membrane Products).