La vida de una membrana de ósmosis inversa, parte 2

La parte 1 se publicó en la edición de mayo de 2023 de Pumps & Systems.

Los fabricantes de membranas de ósmosis inversa (RO) proporcionan pautas sobre cuándo realizar una limpieza que se basan en el caudal de permeado normalizado (el caudal de permeado corregido por cambios en las presiones, la concentración de sal y la temperatura del agua) y el diferencial de presión normalizado (la entrada de la membrana). diferencial de presión entre concentrado y corregido por cambios en el caudal y la temperatura del agua).

Generalmente coinciden en que la OI debe limpiarse si el caudal de permeado normalizado disminuye con respecto a su valor de referencia limpio en un 15 % o si el diferencial de presión normalizado aumenta en un 25 % con respecto a su valor de referencia. Debido a que la capacidad de restaurar completamente el rendimiento original de RO se verá afectada por el tipo de sólidos incrustantes y otras variables, estas son solo pautas, pero sirven como una forma conservadora de operar el sistema de RO que mejora la probabilidad de que el rendimiento se restaure completamente usando el sistema normal. procedimientos de limpieza con la mayoría de los tipos de sólidos incrustantes.

Muchos fabricantes de membranas y fabricantes de sistemas de ósmosis inversa ofrecen programas de hojas de cálculo que ayudarán a realizar estos cálculos. También puede permitirle graficar estas variables, lo que ofrecerá una excelente información sobre el estado de las membranas de ósmosis inversa, así como si se debe programar una limpieza debido a la suciedad acumulada. Algunas de estas empresas ofrecen programas de gráficos y monitoreo en línea para determinar las tendencias del rendimiento de RO durante períodos prolongados.

Si después de las limpiezas continúa habiendo una tendencia a la baja en el caudal de permeado normalizado o en el porcentaje de rechazo de sales disueltas (generalmente medido usando la conductividad del agua) o una tendencia ascendente en el diferencial de presión normalizado, entonces las membranas están sufriendo una disminución. salud y se debe considerar otro curso de acción.

Por ejemplo, las limpiezas ineficaces en el sitio pueden deberse a un tiempo de inactividad insuficiente por ósmosis inversa o limitaciones químicas de la planta. Entonces se debe considerar la limpieza fuera del sitio por parte de un tercero. Si la limpieza fuera del sitio tampoco es efectiva para restaurar el desempeño original de elementos específicos de la membrana, entonces se deben hacer planes para reemplazar las membranas con mal desempeño.

En muchos casos, el reemplazo de membranas puede ser quirúrgico. En el caso de incrustaciones permanentes, es posible que la limpieza haya sido ineficaz solo con las membranas más sucias, como las membranas del extremo de entrada, y solo esas necesitarán ser reemplazadas.

Cuando la formación de incrustaciones provoca un aumento en el diferencial de presión de la última etapa de RO que no se restablece mediante la limpieza, solo será necesario reemplazar los elementos de la membrana del extremo del concentrado para restaurar el rendimiento original.

La formación de incrustaciones puede ocurrir rápidamente si hay una falla en los medios utilizados para prevenir esas incrustaciones o si las condiciones del agua cambian. Las causas comunes incluyen la falla de una bomba de inyección de químicos o la mala regeneración de un ablandador aguas arriba. Muchos tipos de incrustaciones harán que aumente el diferencial de presión de la última etapa. La limpieza ácida in situ a menudo tendrá éxito si las incrustaciones están compuestas principalmente de carbonato de calcio, lo que será evidente cuando haya un aumento sustancial en la conductividad del permeado de los vasos de membrana afectados. Las incrustaciones de sulfato y sílice son mucho menos solubles que los carbonatos y su presencia puede resultar en la necesidad de reemplazar las membranas del extremo del concentrado.

La membrana de película delgada de poliamida que se usa comúnmente para la ósmosis inversa puede tolerar muchos químicos agresivos, pero tiene una tolerancia mínima a la presencia de agentes oxidantes químicos fuertes en el agua de alimentación; la preocupación más común es el cloro libre. Incluso concentraciones tan bajas como 0,05 miligramos por litro (mg/L) de cloro libre dañarán el polímero de la membrana con el tiempo. Este daño oxidativo es acumulativo, ya que cada exposición produce más roturas de los enlaces poliméricos a medida que los átomos de cloro se unen dentro del polímero. Un caudal de permeado normalizado creciente, seguido de una disminución del rechazo de sal, generalmente significa que se ha producido oxidación de la membrana.

El ozono es otro oxidante preocupante si ingresa al agua de alimentación de ósmosis inversa. Incluso concentraciones mínimas reaccionarán rápidamente con la membrana. Pero si bien las membranas del extremo de entrada se destruirán rápidamente y requerirán reemplazo, el ozono se agotará por completo antes de llegar a las membranas del extremo del concentrado.

Debido a que el cloro libre es menos agresivo, su degradación de las membranas de RO tiende a ser más uniforme en todo el sistema de RO y será necesario reemplazar todas las membranas de RO si el problema no se corrige rápidamente. Las membranas del extremo de entrada pueden ser más propensas a la oxidación por una baja concentración de cloro libre o cloraminas si hay hierro u otros metales de transición en el agua de entrada, que tienden a depositarse en esas membranas y catalizarán la oxidación.

Cuando los metales no están presentes de manera apreciable en el agua de entrada de RO, puede ser factible obtener una vida útil razonable de la membrana, incluso permitiendo que haya cloraminas presentes en el agua de entrada de RO. Dependiendo del pH del agua, las cloraminas pueden ser estables y sólo mínimamente oxidativas para la membrana. Si aún no están presentes en la fuente de agua, se pueden agregar cloraminas al agua de entrada de RO para control biológico. Con agua que tiene un alto potencial de actividad biológica, permitir las cloraminas evita una alta tasa de contaminación de la RO que, de otro modo, podría resultar en la necesidad de limpiezas frecuentes de la RO.

Un método común utilizado para descomponer el cloro en el agua de entrada de ósmosis inversa es bombear un agente reductor químico, como el bisulfito de sodio. Una falla en el funcionamiento de la bomba de inyección, o simplemente quedarse sin solución de bisulfito, puede provocar pérdidas significativas en el rendimiento de RO en cuestión de horas si no se detecta y resuelve antes. La mezcla incompleta del bisulfito en la corriente de entrada, o no ajustar adecuadamente la velocidad de inyección de la bomba para la concentración de cloro entrante, puede provocar pérdidas de rendimiento acumuladas durante un período prolongado.

La preocupación por el daño del cloro puede llevar a que el personal operativo tienda a configurar la bomba de inyección de bisulfito para una concentración de inyección excesivamente alta para asegurarse de que el cloro se descomponga por completo. Es probable que se produzca una sobreinyección si el objetivo de control para la configuración de la bomba de inyección de bisulfito se basa en tratar de lograr un resultado analítico de 0,00 de cloro libre, especialmente teniendo en cuenta que la mejor sensibilidad analítica para muchos de estos métodos de prueba es 0,02 mg/L. Apuntar a una medición de potencial de oxidación-reducción (ORP) baja para la configuración de inyección también puede llevar a una sobreinyección, ya que una mayor inyección de bisulfito puede reducir el pH del agua de alimentación y hará que la lectura de ORP aumente. La mejor práctica sería configurar la inyección de bisulfito basándose en un sulfito residual que garantice la destrucción completa del bisulfito sin excesos innecesarios. Si la concentración de cloro entrante es constante, así como la concentración de la solución de bisulfito de sodio, podría ser seguro mantener una concentración objetivo de bisulfito de sodio de 2 mg/L para el residuo1 sin peligro de que esta concentración de bisulfito disminuya a cero.

La sobreinyección de bisulfito de sodio puede resultar en una reducción en la concentración de oxígeno disuelto en el agua de ósmosis inversa, lo que luego hará que el agua sea más propicia para el crecimiento intenso de especies bacterianas productoras de limo, que pueden contaminar rápidamente el sistema de ósmosis inversa con sustancias biológicas estables. Materiales que serán difíciles de eliminar con limpieza química. El ensuciamiento biológico es uno de los problemas de ensuciamiento más comunes que pueden reducir la vida útil de la membrana. Si la fuente de materiales biológicos está aguas arriba de la OI, los elementos de la membrana del extremo de entrada se verán más afectados y pueden requerir reemplazo.

Cuando hay una disminución en el rechazo de sal de OI, el aumento en la conductividad del permeado a menudo se puede aislar en una ubicación particular dentro del sistema de OI midiendo primero la conductividad del agua del permeado de cada recipiente a presión, un método llamado perfilado. Si hay una alta conductividad del permeado en un solo recipiente, el problema puede ser una junta tórica dañada.

Sondear los recipientes de mala calidad aislará aún más las regiones donde entra exceso de sal en la corriente de permeado. Esto implica insertar tubos en las interconexiones de permeado dentro del recipiente a presión para desviar el agua de la corriente masiva y medir la conductancia del agua proveniente de ubicaciones específicas dentro del recipiente. Al probar el agua permeada proveniente de diferentes distancias dentro del recipiente a presión sospechoso, puede ser posible aislar el problema en un interconector particular o en un elemento de membrana específico dentro de ese recipiente. La sustitución de las juntas tóricas de interconexión, o de un elemento de membrana sospechoso, puede ser suficiente para restablecer el rendimiento original.

Intentar maximizar la vida útil de la membrana de RO es un objetivo razonable para la mayoría de los sistemas de RO. Esto se logra más fácilmente con sistemas de RO bien diseñados que tengan un tratamiento previo adecuado para que puedan funcionar con una frecuencia de limpieza manejable que restaure completamente el rendimiento original. Se puede determinar cuándo es mejor limpiar mediante un programa de monitoreo de RO que incluya el cálculo y la tendencia del caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el rechazo de sal. Lograr la máxima vida útil de la membrana también significa que la membrana de OI debe protegerse de oxidantes, como el cloro libre, pero no mediante una sobreinyección de bisulfito de sodio. Finalmente, si surgiera un problema de rendimiento, sus efectos deberían aislarse en las membranas específicas responsables perfilando las conductividades del permeado del vaso y sondeando los vasos sospechosos para que las membranas específicamente responsables del mal rendimiento puedan ser reemplazadas quirúrgicamente.

1. es decir, la concentración después de que el bisulfito de sodio reacciona completamente con el cloro en el agua.

Wes Byrne, consultor de Kurita America, tiene más de 43 años de experiencia en el diseño, operación y mantenimiento de sistemas de ósmosis inversa y es autor de Reverse Osmosis, A Practical Guide for Industrial Users, 2nd Edition (Tall Oaks Publishing). Ha trabajado con miles de sistemas de ósmosis inversa en todo el mundo y ha capacitado a miles de personal operativo.