La vida de una membrana de ósmosis inversa, parte 1

Los nuevos elementos de membrana permiten que un sistema de ósmosis inversa (RO) funcione de manera óptima con la mayor eliminación de sales disueltas (también conocida como rechazo de sal) y la mayor producción de agua permeable a sus presiones de diseño. Con el tiempo, estas características de rendimiento disminuirán hasta el punto en que puede ser necesario reemplazar los elementos de la membrana de OI. Debido a que muchas instalaciones dependen de la ósmosis inversa para satisfacer sus necesidades de agua purificada, anticipar cuándo será necesario reemplazar las membranas puede ser fundamental para el funcionamiento de la planta.

Los fabricantes de membranas normalmente prorratean la garantía de su membrana a lo largo de tres años, aunque es raro que se produzca una falla en la membrana debido a su fabricación. Posiblemente relacionado con la duración de la garantía del fabricante, tres años de vida útil se han convertido en una expectativa común para el reemplazo de membranas.

Cabe señalar que un elemento de membrana de ósmosis inversa no es un filtro, lo que significa que no es un dispositivo desechable que se pueda estropear o desgastar debido a su uso. Si bien es cierto que la membrana de OI no durará para siempre, hay casos en los que las membranas han funcionado durante más de 10 años sin sufrir cambios significativos y permanentes en su desempeño.

Una membrana RO no funciona como un filtro. No toda el agua entrante es forzada a través de la membrana, por lo que los sólidos suspendidos siempre quedan como partículas adheridas a la superficie. Con un sistema de RO bien diseñado, la mayoría de los sólidos suspendidos en el agua de entrada pasarán a través de los elementos de la membrana y saldrán del sistema con su corriente de concentrado. Esto se puede verificar midiendo los sólidos suspendidos en la corriente de concentrado en relación con su concentración en la corriente de entrada y observando cómo su mayor concentración se correlaciona con la relación del factor de concentración del flujo de entrada dividido por el caudal de la corriente de concentrado.

Un sistema de RO bien diseñado es aquel cuyo equipo de pretratamiento elimina las partículas grandes y reduce la concentración de partículas más pequeñas lo suficiente como para mantener la tasa de contaminación de RO moderadamente baja. Puede que no sea económico eliminar las incrustaciones de RO diseñando el sistema de agua con un extenso equipo de filtración aguas arriba y una baja tasa de flujo de permeado de RO. Sin embargo, con una alta concentración de sólidos en suspensión en el agua cruda, suele ser práctico incluir al menos un filtro multimedia en su pretratamiento. Puede ser posible justificar la inclusión de un sistema de filtración por membrana, como un sistema de microfiltración o ultrafiltración, aguas arriba del RO, que luego permitirá una mayor tasa de flujo de permeado de RO y aún reducirá la tasa de contaminación de RO. Luego, el RO requerirá limpiezas químicas poco frecuentes para mantener su rendimiento.

Algunos de los sólidos suspendidos pueden ser de naturaleza biológica, originarse en la fuente de agua o crearse en el propio sistema de pretratamiento del agua. Si la bioactividad no se controla dentro de las tuberías y los componentes de tratamiento aguas arriba del RO, el pretratamiento del RO puede convertirse en una fuente de partículas de contaminación biológica. Estas partículas biológicas a menudo tienen afinidad por adherirse a la membrana de OI, lo que puede dificultar evitar que ensucien las membranas incluso con una tasa de permeación baja. Puede ser necesario emplear un método para controlar esta actividad, como tratamientos de choque con biocidas frecuentes o desinfección en la fuente de estas biopartículas.

Un método común para monitorear la efectividad de este pretratamiento es el índice de densidad del limo (SDI). El valor de SDI en el agua de entrada de RO a menudo se correlacionará con la frecuencia de limpieza de RO requerida. Un objetivo común de IDE es menos de cinco, lo que resulta en la necesidad de limpieza por ósmosis inversa menos de cinco veces al año.

Sin embargo, esta correlación con el SDI sólo ocurrirá si la RO está diseñada con tasas de permeación moderadamente bajas en todo el sistema. La región más crítica del sistema de RO donde es más probable que se produzca contaminación por sólidos suspendidos es donde el agua ingresa por primera vez a las membranas de RO, ya que es aquí donde la tasa de permeación del agua es más alta. A medida que el agua de alimentación fluye a través de la superficie de la membrana y a través de los elementos de la membrana, la presión de la membrana disminuirá.

La elección de la membrana de ósmosis inversa puede afectar esta tasa de contaminación. Cuando se utilizan membranas de baja energía con una fuente de agua tibia y de baja salinidad, puede ser imposible evitar que los elementos de la membrana del extremo de entrada impregnen el agua a una velocidad mucho mayor que los elementos ubicados en el extremo concentrado del sistema de OI. Por ejemplo, la presión de alimentación de la membrana puede ser tan baja como 80 libras por pulgada cuadrada (psi), por lo que si hay 40 psi de pérdidas de presión cuando el agua pasa a través de las membranas de OI en su camino hacia la corriente de salida del concentrado, el concentrado- La presión final de la membrana puede ser solo de 40 psi, y los elementos de la membrana del extremo concentrado producirán menos de la mitad del caudal de permeado de los elementos de la membrana del extremo principal.1

Se encuentran disponibles membranas de OI con baja contaminación que son más resistentes a la adhesión inicial de partículas contaminantes a la superficie de la membrana. Esto puede retrasar el ensuciamiento inicial de las membranas de OI y se debe considerar su uso en muchas aplicaciones de ensuciamiento.2 También en aplicaciones de ensuciamiento, el modelo de membrana seleccionado debe usar un material espaciador de alimentación a concentrado de 34 mil (miles de pulgadas). , que es menos propenso a obstruir sus canales de flujo por partículas más grandes y se puede limpiar mejor.3

Incluso si el pretratamiento o el diseño de RO no son ideales, limpiar el RO antes de que los sólidos incrustantes se estabilicen demasiado es otro método para extender indefinidamente la vida útil de la membrana. Incluso las limpiezas frecuentes no dañarán la membrana si no es necesario utilizar agentes de limpieza agresivos para restaurar completamente el rendimiento original de RO.

Con una alta tasa de contaminación de RO, un error común es pasar demasiado tiempo antes de la limpieza. Si los sólidos incrustantes se comprimen demasiado contra la membrana, responderán menos a la solución limpiadora. La incapacidad de restaurar completamente el rendimiento original de la membrana significa que los sólidos incrustantes quedan atrás. Después de devolver el RO al servicio, estos sólidos restantes a menudo causarán que las membranas experimenten una mayor tasa de incrustación debido a canales de flujo bloqueados o posiblemente debido a que los sólidos suspendidos tienen una mayor atracción hacia los sólidos incrustantes compactados que recubren la superficie del polímero de la membrana.

A medida que el ensuciamiento se vuelve más severo, los sólidos del ensuciamiento impiden la capacidad de las sales disueltas para difundirse desde la superficie de la membrana, lo que resulta en un mayor paso de sal hacia la corriente de permeado. Un pobre rechazo de sal o una baja producción de permeado pueden resultar en la necesidad de reemplazar los elementos de la membrana. Cuando una contaminación severa ciega suficientes canales de flujo de la membrana, el resultado puede ser un alto diferencial de presión entre la alimentación y el concentrado (mayor a 60 psi de diferencial) a través de los elementos de la membrana, que puede ser suficiente para aplastar los elementos del extremo del concentrado.

Con agua de baja salinidad, la tasa de permeación del agua será aproximadamente proporcional a la presión de la membrana.

“Mejore el rendimiento del sistema de RO y reduzca los costos operativos con elementos FilmTec resistentes a la incrustación (FR)”, JA Redondo, Desalination, noviembre de 1999, págs. 249-259

"Efecto del espesor del espaciador de alimentación sobre el comportamiento de incrustación en el proceso de ósmosis inversa: un estudio a escala piloto". Hyung-Gyu Park, et al., Desalination, febrero de 2016, págs. 155-163

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.