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Reutilización de lodos extraidos en aguas residuales como fertilizantes

lodos fertilizantesLa depuración de aguas consiste en extraer las sustancias contaminantes, con el fin de obtener agua en condiciones aptas para su consumo (potabilización), o en el caso de aguas residuales para adecuarla a la normativa de vertido vigente. Durante este proceso, que se realiza en plantas depuradoras de aguas residuales, también se generan unos lodos que son reguladas bajo una legislación específica. Estos lodos, a su vez, también pueden ser depurados, lo que permite su reutilización en actividades agrícolas, ya sea como abono o para compostaje.

Su uso está regulado por la Unión Europea a través de una directiva cada vez más restrictiva. Ante un posible endurecimiento, la industria busca alternativas compatibles con los usos actuales, es decir, que permitan seguir dando salida comercial a este subproducto. Pero, hay que tener en cuenta que los lodos provenientes de la depuración de aguas residuales pueden contener gérmenes patógenos y parásitos peligrosos para el ser humano como es el caso de la salmonella, la Escherichia coli , el áscaris, etc. Por ésta razón es imprescindible tratar el lodo antes de ser usado.

Se han publicado estudios que han demostrado que la incorporación de cal viva a estos lodos elimina los patógenos. La adición de cal al lodo reduce olores y el nivel de patógenos al crear un pH alto que es hostil a la actividad biológica. Los gases que se desprenden durante la descomposición anaeróbica de la materia orgánica contienen nitrógeno y azufre y son la fuente principal de malos olores de lodo. Cuando se añade la cal los microorganismos que intervienen en la descomposición son fuertemente inhibidos o destruidos en ese medio fuertemente alcalino. Los patógenos pasan por un proceso similar.

Durante el proceso de tratamiento de lodos mediante cal viva es necesario mantener el pH por arriba de 12, por un tiempo mínimo de 2 horas, para asegurarse la destrucción de los patógenos y proporcionar la suficiente alcalinidad residual para que el pH no descienda a menos de 11. Permitiendo, así, el tiempo suficiente para almacenamiento o disposición del lodo estabilizado. La cantidad de cal necesaria para estabilizar el lodo está determinada por el tiempo del mismo, su composición química y la concentración de sólidos. A grosso modo, el rango va desde el 6 hasta el 51%. Teniendo en cuenta que los lodos primarios son los que menos cantidad de cal requieren y los lodos activados los que mayor cantidad emplean.

Existen otros métodos de tratamiento de lodos, como: la digestión aeróbica y anaeróbica, pero el tratamiento con cal proporciona mayores ventajas a la hora de reutilizarlo, ya que nos da mayor volumen de producto aprovechable además de proporcionarles los terrenos ácidos la neutralización necesaria sin costo extra.

La alta dosificación de cal también afecta a las características físicas y químicas del lodo. Estas reacciones provocan una disminución del nitrógeno, que actúa como limitante para la cantidad de lodo que puede aplicarse al terreno, por lo que permite una mayor cantidad de lodo por unidad de superficie, al mismo tiempo mejora la capacidad de perder humedad y el carácter de los fluidos de líquido secundarios.

Otra ventaja de este sistema es que puede ser una buena alternativa cuando se necesita un respaldo para otro método de tratamiento de lodos, ya que el sistema de estabilización por cal puede iniciarse y finalizarse rápidamente. Por lo que, puede suplementar instalaciones ya existentes cuando el volumen de lodos excede los niveles de diseño, para reemplazar la incineración cuando hay escasez de combustible o cuando se estén llevando a cabo labores de mantenimiento.

Para resumir, este método de tratamiento de lodos es más económico que otros métodos, también constituye un medio eficaz y seguro para eliminación final de los lodos, evitando los riesgos para la salud humana y los daños ambientales. Una vez los lodos han sido tratados y estabilizados pueden ser descargados con toda seguridad. Resultan ideales para la agricultura, ya que su fuerte contenido en cal hace de él un abono de calidad ideal para suelos ácidos, que contiene materias orgánicas y fertilizantes.

Biorreactores de membranas (MBRS) para el tratamiento de aguas residuales

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Definición

Los biorreactores de membranas (MBRS) son una buena alternativa a los sistemas convencionales de depuración biológica por fangos activos para el tratamiento de aguas residuales.

Este sistema consiste en una modificación del sistema convencional de fangos, ya que se reemplazan los tanques secundarios de sedimentación, propios del sistema convencional, por unidades de membranas.

Está formado por una combinación de:

  • Biorreactor: en el que una suspensión concentrada de microorganismos degrada los contaminantes presentes en el agua.
  • Unidad de Filtración por Membranas (0.01- 0.04 µm): que separan la biomasa del agua purificada.

Los biorreactores de membranas constan de varias membranas y un birreactor. El módulo de filtración puede ser externo o interno al biorreactor. La diferencia es que le consumo energético en el sistema MBR externo es diez veces superior al interno.

Aun así, los MBR externos presentan algunas ventajas respecto a los internos, como por ejemplo la posibilidad de limpiar in situ las membranas, el fácil acceso a los módulos, permite modificar el número de módulos y da la oportunidad de optimizar la aireación del biorreactor para obtener coeficientes de transferencia de oxígeno máximos.

También existe una novedosa configuración de MBRS denominada Air lift MBR, que consiste en un MBR externo, por lo que consta de un fácil acceso a las membranas y trabaja con flujos latos. Pero, por otra parte, también consta de las ventajas de un sistema interno, es decir que representa un consumo energético bajo (0,5 kwh/m3).

En definitiva, el sistema de biorreactores de membrana es una tecnología capaz de competir con los sistemas convencionales de fangos, ya que permiten obtener un efluente de calidad y presentan una gran versatilidad de diseño.

Biorreactor MBR

Ventajas

Este sistema es adecuado tanto para el tratamiento de aguas residuales urbanas como para las aguas residuales industriales biodegradables. La mayor parte de aplicaciones de este sistema los encontramos en el sector alimentario, farmacéutico, cosmético y en vertederos.

Las principales ventajas del sistema MBRS respecto a los fangos activos son que:

  • Efluente de alta calidad con baja producción de lodos: opera con una concentración de biomasa alta.
  • Instalaciones relativamente pequeñas: debido a la ausencia de sedimentos.

Otras ventajas para tener en cuenta son:

  • Libertad para controlar el proceso: permite la manipulación de los tiempos de residencia hidráulicos y de biomasa.
  • Aumento de la separación: asociada a la tecnología de membranas.

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Inconvenientes

El sistema MBRS presenta un inconveniente principal respecto a los fangos activos:

  • Altos Costes de Prevención y Eliminación del Ensuciamiento de las membranas: genera más ensuciamiento que otros sistemas debido a que el medio está sometido a una mayor agitación respecto al sistema convencional de fangos, lo que produce una mayor producción de SPE.

Tipos de Ensuciamiento

La permeabilidad de las membranas está influenciada por las características del lodo. Las células presentes en el lodo pueden formar una capa en torno a la membrana durante la filtración y crear una biopelícula que reduce la permeabilidad, problema que puede verse acrecentado por el depósito de partículas y la adsorción de materiales coloidales.

Factores biológicos, como la presencia de nutrientes, la edad del lodo y el nivel de agitación afectan a la producción sustancias poliméricas extracelulares que son las responsables del ensuciamiento.

Cualquier tipo de ensuciamiento se da en las distintas etapas del tiempo. Durante la filtración, el aumento de presión transmembrana es debido principalmente a la formación de la torta que obstruye la membrana. En función del momento en que se da el ensuciamiento se pueden distinguir los siguientes tipos:

  1. Reversible: El ensuciamiento producido por la torta que obstruye la membrana, puede ser eliminado con una limpieza física.

  2. Irreversible: Dependerá de la tenacidad con la que la suciedad se une a la membrana. A largo plazo la limpieza física no puede resistir la presión transmembrana inicial y para eliminar el ensuciamiento es necesaria una limpieza química.

  3. Irrecuperable: El ensuciamiento ya no puede eliminarse mediante limpieza química y tampoco puede evitarse el aumento gradual de la presión transmembrana a lo largo de un periodo de años, por lo que define la vida útil de la membrana.

Factores de Ensuciamiento

Conocer los principales factores del ensuciamiento de las membranas es clave para poder realizar una estrategia de operación eficiente. Los factores que intervienen en el ensuciamiento los podemos clasificar en:

  1. Características de la membrana
  2. Condiciones de operación
  3. Propiedades de la biomasa

Tener en cuenta la velocidad y el tipo de ensuciamiento que experimentan los biorreactores de membranas es crucial a la hora de decidirse por este sistema para el tratamiento de aguas residuales.

Estos factores son de gran importancia, ya que condicionan los costes de operación y mantenimiento. Por lo que conocerlos nos puede ser útil para minimizar sus efectos.

A su vez, todos los parámetros implicados en el diseño y la operación de un biorreactor de membranas tienen efecto sobre el ensuciamiento. Es más, los tres factores antes mencionados están interrelacionados entre sí.

A continuación, haremos un análisis de cada uno de ellos con el fin de reducir el ensuciamiento.

Diagrama Biorreactores

Características de las membranas

  • Material: Los distintos materiales de los que se fabrican las membranas presentan diferentes tendencias de ensuciamiento. Las membranas orgánicas se ensucian más fácilmente que las compuestas de materiales inorgánicos. Aunque estas últimas sean más resistentes y menos propensas al ensuciamiento, debido a su precio son poco usadas.

  • Tamaño y distribución de los poros: Si el tamaño de la partícula es menor que el tamaño del poro, hay que tener en cuenta el ensuciamiento por estrechamiento del poro. Por eso, el ensuciamiento es más rápido en membranas de microfiltración que en las de ultrafiltración.

  • Configuración: La configuración de la membrana afecta a las condiciones hidrodinámicas, pero no a la filtrabilidad del lodo. Las membranas de fibras huecas que suelen usarse en MBR internos son más propensas al ensuciamiento que las tubulares o las planas, y también presentan un mayor ensuciamiento si están instaladas horizontalmente en vez de verticalmente.

Condiciones de operación

Cuando los bioreactores de membrana operan a un flujo constante la velocidad de ensuciamiento es más baja que cuando se trabaja con presión transmembrana constante. Aunque el flujo constante provoca un ensuciamiento irreversible que favorece al estrechamiento de los poros.

  • Flujo de permeado: Este es el principal parámetro operacional que condiciona el ensuciamiento, ya que cuando se trabaja con un flujo por encima del valor especifico o crítico se observa un ensuciamiento rápido y también irreversible.

  • Flujo cruzado: El aumento del grado de turbulencia provocado por el flujo cruzado reduce el ensuciamiento. Pero una velocidad de flujo cruzado demasiado alta puede dañar la estructura del flóculo y promueve la liberación de productos microbianos solubles al medio. Con velocidades bajas las partículas se depositan con mayor facilidad en los poros más grandes de la membrana de microfiltración.

  • Aireación: En los biorreactores de membrana la aireación; aparte de subministrar oxígeno a la biomasa y mantener en suspensión el lodo activo, también reduce el ensuciamiento mediante el rozamiento continuado de las burbujas con la superficie de la membrana. Hay que tener en cuenta que una aireación demasiado intensa podría dañar la estructura del flóculo y favorecer la liberación de productos microbianos solubles al medio.

  • Tiempo de retención celular (TRH): TRH altos implican flujos de permeado bajos y poco ensuciamiento, en cambio, TRH bajos conllevan un aumento del flujo de permeado y de concentración de materia disuelta en el medio. Lo que provoca un ensuciamiento mayor. La alteración de este parámetro provoca variaciones en el ensuciamiento, ya que está ligado a otros paramentaros.

    • Tiempos de retención celular (TRC): También está ligado a otros parámetros lo que hace difícil determinar su efecto sobre el ensuciamiento, ya que no es causa directa de ello. Tanto el TRH como el TRC afectan a sobre otros factores que sí se relacionan directamente con el ensuciamiento. Igual que con el TRH, contra más bajo sea el TRC más ensuciamiento se provoca. Aunque un TRC muy elevado también provoca un aumento del ensuciamiento, por lo que se calcula un TRC optimo desde 20 – 50 días.

    • Alteraciones del estado estacionario: Los cambios como variaciones del caudal, composición del agua a tratar y cambios en la temperatura son un factor que condicionan el ensuciamiento de la membrana. En definitiva, todo estado no estacionario aumenta el ensuciamiento.

Características del medio

  • Distribución de tamaños: El tamaño de las partículas presentes en el líquido juega un papel importante en el ensuciamiento. Los sólidos suspendidos (flóculos y material polimérico extracelular ligado) tienen menor importancia en el ensuciamiento que los coloides y material disuelto (productos microbianos solubles).

  • Viscosidad: La viscosidad, que está ligada a la temperatura y a la concentración de sólidos, también afecta al ensuciamiento de la membrana, y modifica la hidrodinámica del medio y la aireación. Si la concentración de sólidos aumenta hasta un valor crítico, la viscosidad aumenta exponencialmente y el ensuciamiento también aumenta.

  • Temperatura: El empleo de temperaturas bajas provoca un mayor ensuciamiento, debido a que aumenta la viscosidad, intensifica la de floculación y se reduce la biodegradación.

  • Oxígeno disuelto: Las concentraciones de oxígeno altas suelen estar asociadas con menores tendencias al ensuciamiento.

  • Propiedades del Flóculo: Los flóculos menos hidrofóbicos suelen provocar menos ensuciamiento sobre la superficie de la membrana. Sin embargo, los flóculos poco hidrofóbicos son más propensos a deteriorarse, lo que aumenta la resistencia de filtración de la torta.

  • Sustancias poliméricas extracelulares ligadas (SPEL): Las SPEL (materiales de construcción de agregados microbianos) representan los principales componentes del flóculo y juegan un papel crucial en el ensuciamiento. Existe una relación directa entre las SPEL y la resistencia especifica de la torta de filtración, aunque no puede considerarse individualmente como una causa de ensuciamiento, ya que está relacionada con gran cantidad de factores. Este factor no se puede controlar directamente, por lo que hay que regular otros factores para minimizar el ensuciamiento. Hay que destacar el TRC, el cual presenta un valor óptimo para la producción mínima de SPEL i mitigar el ensuciamiento.

  • Productos microbianos solubles (PMS): En este grupo se encuentran los biopolimeros solubles o coloidales de origen celular. Durante la filtración los PMS se adsorben en el interior de las membranas, bloqueando los poros y formando una estructura gelatinosa en la superficie de la membrana. Los PMS y el tamaño de los flóculos son los dos aspectos que más condicionan el ensuciamiento. Actualmente no existe un método fijo para determinar su concentración. Como con el SPEL, El TRC juega un papel fundamental respecto al ensuciamiento. Al aumentar el TRC; el SPEL, el SPE y el PMS decrecen. También se ha visto que el PMS disminuye minimizando las concentraciones de oxígeno disuelto y nitrato en el medio.

Técnicas de control del Ensuciamiento

El ensuciamiento de las membranas es un fenómeno que condiciona la operación y el mantenimiento de los sistemas de filtración, ya que limitan la vida útil de las membranas. Las técnicas para minimizar el ensuciamiento también tratan de optimizar las propiedades de la membrana, las condiciones de la operación y las características de la biomasa. Pero, por otro lado, estas técnicas no acaban con la necesidad de limpiezas físicas y químicas periódicas de la membrana.

Por ello, dar respuesta al control del ensuciamiento es un aspecto vital en el diseño y la utilización de los biorreactores de membrana. Las acciones necesarias para mantener controlada la velocidad del ensuciamiento son las siguientes:

  • Realizar limpiezas periódicas de la membrana.
  • Modificar las características de la biomasa.
  • Optimizar los parámetros de operación.

La limpieza de la membrana es el método más sencillo para controlar el ensuciamiento. La limpieza puede ser física (se basa en métodos mecánicos) o química (se utiliza un agente oxidante). La limpieza física es más sencilla que la química, y al no introducir sustancias químicas la membrana no se daña. Sin embargo, este tipo de limpieza física es menos eficaz, ya que sólo actúan sobre el ensuciamiento reversible, mientras la limpieza química también elimina el ensuciamiento irreversible.

Por un lado, la limpieza física de las membranas se puede realizar de dos maneras distintas: cesando el flujo de permeado (relajación) o invirtiendo el sentido del flujo de permeado (contralavado). La opción del contralavado está incorporada en el diseño de nuestros MBR como estrategia para remediar el ensuciamiento.

Esta opción permite eliminar la mayor parte del ensuciamiento debido al bloqueo de los poros y una parte del ensuciamiento causada por la torta de filtración. Con el fin de minimiza el ensuciamiento, ahorrando el máximo de energía posible, hay que tener en cuenta la importancia de la frecuencia, la duración y la intensidad del contralavado. Los contralavados más escasos, pero más largos son más eficientes que los contralavado más cortos y frecuentes.

También se puede usar aire en el contralavado para así aumentar el permeado, pero requieres periodos más largos y frecuentes, y puede menoscabar la integridad de la membrana. La relajación de la membrana, es decir, la filtración discontinua. Aunque la velocidad de ensuciamiento es más alta durante la filtración continua, la relajación permite alargar el periodo de filtración y posponer la necesidad de la limpieza.

Actualmente se apuesta por combinar la filtración discontinua con el contralavado con el fin de optimizar resultados. La relajación sin retrolavado incrementa la acumulación lenta de la suciedad, pero conserva la biopelícula de la membrana. Esta biopelícula es más selectiva que la membrana, por lo que puede ser beneficiosa siempre que la resistencia no sea excesiva.

Por otro lado, la limpieza química se ha de llevar a cabo periódicamente para complementar la limpieza física y así eliminar el ensuciamiento irreversible. Se pueden diferenciar distintos tipos según su intensidad:

  • Contralavado químico (diario)
  • Limpieza de mantenimiento (semanal)
  • Limpieza intensiva (semestral)

Acciones Preventivas:

  • Mejorar las propiedades anti-suciedad de la membrana: muy porosas y con carácter hidrofílico.

  • Optimizar las condiciones de operación: mantener las variables de operación (TRH, TRC, Flujo de permeado, Aireación, flujo cruzado) controladas para limitar el ensuciamiento, mediante los siguientes métodos: sistemas de control de la retroalimentación, reducción del flujo de permeado, aumento de la aireación (sin llegar al valor crítico), pretratamiento del agua a tratar.

  • Preparar la biomasa para reducir la capacidad de ensuciamiento: las características de la biomasa bioquímicamente a través del control del Tiempo de Retención Celular (TRC) o químicamente (con la adición de floculantes, coagulante y adsorbentes).

  • En definitiva, el control del ensuciamiento es clave para el funcionamiento óptimo de los biorreactores de membranas, por lo que resulta necesario llevar a cabo limpiezas periódicamente.

Conclusiones

Teniendo en cuenta los 3 factores principales de los cuales depende el ensuciamiento de MBR, la membrana más adecuada debe tener una superficie hidrofílica con un tamaño de poro pequeño y uniforme. Debe operar a flujos de permeado moderados, con aireación y una velocidad de flujo cruzado de 0,5 a 3 m/s.

También son necesarios TRH altos y TRC de 20 a 50 días. Hay que procurar temperaturas de 25 a 30 º C y concentraciones de oxígeno disuelto de 1 -2 ppm. En resumen, hay que evitar situaciones de estrés para la biomasa que provoquen concentraciones elevadas de SPEL y PMS en el medio.

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La ósmosis inversa y sus diferentes aplicaciones

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Definición

La ósmosis (O) y la ósmosis inversa (RO) son dos fenómenos que se producen de forma natural en el interior de los seres vivos.

Por ejemplo, mediante la ósmosis las células de nuestro organismo, que están envueltas por una membrana semipermeable, permiten el paso de nutrientes dentro y fuera de la célula, favoreciendo así tanto la incorporación de nutrientes necesarios para el metabolismo celular, como la expulsión de los deshechos del mismo.

En este artículo nos centraremos en el proceso de Ósmosis Inversa (RO), que de manera global consiste en generar, mediante una membrana permeable al agua, una solución acuosa con bajo contenido en sal a partir de otra con alto contenido en sal y que en ningún caso se trata de un proceso de filtración a través de la membrana, como sería el caso de la microfiltración o de la ultrafiltración, sino que el solvente difunde a través de la membrana.

Características del proceso

La técnica de RO ha evolucionado ampliamente en las últimas décadas y ha pasado de ser una tecnología emergente a ser un proceso consolidado, eficiente y competitivo. No obstante, ¿en qué consiste exactamente la ósmosis inversa? Para contestar a esta cuestión, primero analizaremos en qué consiste el proceso de ósmosis.

Teniendo en cuenta estas premisas podemos decir que la ósmosis (O) es una operación de equilibrio en la que moléculas de un solvente son capaces de atravesar una membrana permeable para diluir una solución más concentrada. Si se dispone de un equipo como el de la figura (a) en el que dos soluciones de diferente concentración de sal y que se encuentran a presión atmosférica están separadas por una barrera física, en el momento en que se retira la barrera que las separa, se produce una difusión de forma natural y se igualan las concentraciones de ambas soluciones, momento en el que se llega al equilibrio. Al principio, habrá un flujo que será mayoritario e irá de la solución más diluida a la más concentrada, pero a medida que las concentraciones se vayan igualando, los flujos también se irán emparejando y el flujo neto será cero.

diágrama ósmosis inversa

En la figura (b) se dispone del mismo montaje experimental, pero ahora las dos soluciones están separadas por una membrana semipermeable, la cual deja pasar a través suyo el solvente, pero no los iones ni moléculas de mayor tamaño. En este caso se vuelve a producir el fenómeno de la ósmosis, el solvente de la solución más diluida atraviesa la membrana hacia la solución más concentrada.

En cambio, los iones de la solución más concentrada, al no poder atravesar la membrana, quedan confinados. Como resultado de esta transferencia de solvente de un lado al otro de la membrana, en la parte superior de los tanques se observa como el nivel de ambas soluciones ha variado. Mientras que el nivel de la solución más diluida ha disminuido, el nivel de la solución más concentrada ha aumentado.

Una vez el flujo se ha parado – figura (c) – y el nivel de los dos tanques ya no varía más en relación con el tiempo, el sistema ha llegado al equilibrio.

La diferencia de niveles de líquido entre los dos tanques genera una presión hidrostática que equivale exactamente a la presión osmótica. De hecho, la presión osmótica se define como la presión hidrostática necesaria para detener el flujo de solvente a través de una membrana semipermeable que separa dos soluciones de diferente concentración.

Si cuando el solvente está fluyendo de la solución más diluida a la solución más concentrada, con el objetivo de igualar las dos concentraciones, se ejerce una ligera presión en la solución de mayor concentración, el flujo a través de la membrana disminuye.

Si se aumenta paulatinamente la presión ejercida, se llega a un punto en el que el flujo a través de la membrana es cero, es decir, el solvente deja de atravesar la membrana. La presión que se está ejerciendo en ese momento es igual a la presión osmótica. Y si se incrementa la presión ejercida, el flujo se invierte y el solvente atraviesa la membrana en la dirección contraria, es decir, pasa del lado de la solución más concentrada al lado donde se encuentra la solución más diluida. Este proceso recibe el nombre de ósmosis inversa.

Así pues, la ósmosis inversa consiste en separar el solvente de una solución concentrada, que pasa a través de una membrana semipermeable, mediante la aplicación de una presión, la cual deberá ser, como mínimo, superior a la presión osmótica. Cuanto mayor sea la presión aplicada, mayor será el flujo de permeado a través de la membrana.

Este proceso es especialmente atractivo por la elevada selectividad de las membranas, las cuales permiten el paso del solvente, pero apenas pueden pasar los iones y moléculas de pequeño tamaño disueltas en la solución.

Selectividad de la membrana

La ósmosis inversa es una técnica muy eficiente y competitiva para separar un solvente de los solutos que lleva disueltos, puesto que, aplicada al agua, la membrana permite la separación del 95% de las sales disueltas, lo cual permite la desalinización de aguas salobres o de aguas de mar.

Las membranas semipermeables, que dejan pasar selectivamente el solvente e impiden el paso a los solutos, desempeñan un papel clave en el proceso. Las primeras estaban fabricadas con acetato de celulosa, pero después las de poliamida han desplazado a las primeras, al permitir controlar el tamaño de poro y la permeabilidad.

Las membranas son poco permeables a los iones y a las moléculas con cargas electroestáticas; a mayor carga, mayor será la retención. Por el contrario, los gases disueltos (oxigeno, dióxido de carbono, cloro, etc.) tienen una buena permeabilidad, igual que las moléculas orgánicas neutras de bajo peso molecular.

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Problemas específicos de ensuciamiento

El factor principal que amenaza la productividad de la membrana es su gradual ensuciamiento.

Este se puede producir por diversos motivos, siendo los más comunes:

  1. Los depósitos en la superficie de la membrana de escamas o costras de carbonato cálcico, sulfato cálcico, silicatos complejos, sulfato de bario, sulfato de estroncio, fluoruro cálcico, etc., dependiendo de la composición de la alimentación y como consecuencia de que las concentraciones de sal en el concentrado puedan sobrepasar el producto de solubilidad de la sal.

  2. Los sedimentos de partículas como coloides, productos de la corrosión del hierro de las conducciones, precipitados de hidróxido de hierro, algas, etc.

  3. El bioensuciamiento debido al crecimiento de microorganismos en la superficie de la membrana, ya que algunos materiales de las membranas, como el acetato de celulosa o las poliamidas, pueden ser un sustrato utilizable por los microorganismos.

  4. El ensuciamiento debido a compuestos orgánicos como aceites o grasas presenten en las aguas residuales industriales.

La forma de limpieza de las membranas depende de las características del agua de alimentación, del tipo de membrana y de la naturaleza del ensuciamiento. Como pauta general se puede proceder a alternar periodos de enjuagado de las membranas, haciendo circular las soluciones limpiadoras a alta velocidad por la superficie de las membranas, con periodos donde las membranas queden sumergidas en las soluciones limpiadoras.

Los agentes de limpieza habitualmente utilizados son:

  1. Ácidos clorhídrico, fosfórico o cítrico y agentes quelantes como EDTA, para eliminar las costras de precipitados salinos, y ácido oxálico para eliminar los sedimentos de hierro.
  2. Álcalis combinados con surfactantes para eliminar microorganismos, sedimentos y compuestos orgánicos
  3. Esterilización de las membranas con soluciones de cloro para eliminar los microorganismos.

Las sucesivas limpiezas terminan por degradar las membranas. Dependiendo de la aplicación, el periodo de vida garantizado por el fabricante suele ser de 1 – 2 años. Con un buen programa de limpieza la vida de las membranas se puede prolongar hasta 3 años, siendo improbables períodos de vida de 5 años.

Generalmente, para alargar la vida de las membranas se suele pretratar el agua de alimentación. Es habitual que, como pasos previos a la ósmosis inversa, primero se lleve a cabo una filtración y después una ultrafiltración, siempre dependiendo de la cantidad de sólidos en suspensión que lleven las aguas a tratar.

Ósmosis inversa

Aplicaciones generales

El objetivo de las plantas de RO instaladas se distribuye de la siguiente forma:

Desalinización de aguas salobres

La salinidad de este tipo de aguas es de 2000 mg/L – 10000 mg/L. En su tratamiento se utilizan presiones de 14 bar – 21 bar para conseguir coeficientes de rechazo superiores al 90 % y obtener aguas con concentraciones salinas menores de 500 mg/L, que son los valores recomendados por WHO como condición de potabilidad. 

Las plantas de tratamiento de aguas salobres utilizan módulos de membranas enrolladas en espiral. Se estima que los costes de capital de este tipo de plantas son del orden de 0.25 $US/L de agua tratada/día, siendo los costes de operación del mismo orden.

Desalinización de agua de mar

Dependiendo de la zona geográfica, la salinidad de este tipo de aguas es de 30000 mg/L – 40000 mg/L. Para conseguir condiciones de potabilidad se utilizan membranas de poliamida de tipo fibra hueca que permiten conseguir coeficientes de rechazo superiores al 99.3 % con presiones de trabajo de 50 bar – 70 bar.

Los costes de operación de este tipo de plantas de tratamiento se estiman en 1 – 1.25$US/L de agua tratada/día, lo que hace que este sistema de tratamiento no sea competitivo, frente a otros sistemas como los procesos de evaporación multietapa, si las necesidades de agua superan los 40000 m3 de agua tratada/día.

Producción de agua ultrapura

La RO permite obtener a partir del agua de consumo (concentración de sólidos disueltos < 200 mg/L) agua de la calidad exigida en la industria electrónica.

El principal problema en este tipo de instalaciones es el bioensuciamiento de las membranas, por lo que es necesaria la instalación de sistemas de esterilización mediante radiación UV.

Tratamiento de aguas residuales

Esta aplicación de la RO está limitada por los altos costes de operación debido a los problemas de ensuciamiento de las membranas. 

En el caso de las aguas residuales industriales, la RO se utiliza en aquellas industrias donde es posible mejorar la economía del proceso mediante la recuperación de componentes valiosos que puedan volver a reciclarse en el proceso de producción: industrias de galvanoplástia y de pintura de estructuras metálicas, o donde la reutilización del agua tratada signifique una reducción importante del consumo de agua, como en la industria textil. 

En el caso de las aguas urbanas, la RO es un tratamiento que estaría indicado como tratamiento terciario, siendo posible obtener agua con una calidad que la hiciese apta para el consumo, con un coste de 0.5 – 0.75 $US/m3.

El principal problema para la consolidación de este tipo de tratamiento es la contestación social. Sin embargo, en zonas de Japón y California, donde existen limitaciones extremas de agua, se están utilizando plantas de RO para tratar el agua procedente del tratamiento biológico de las aguas domésticas, empleándose el agua tratada por RO para la recarga de acuíferos.

Aplicaciones industriales

Las aplicaciones industriales de esta tecnología son tan variadas como indispensables. Entre los usos y aplicaciones más utilizadas se encuentran las siguientes:

Industria alimentaria, farmacéutica y similares

En las industrias alimentaria, farmacéutica, médica, cosmética, química, electrónica, biotecnológica, etc. se utiliza agua osmotizada puesto que en una gran variedad de procesos se precisa agua de gran calidad si no agua ultrapura. El agua osmotizada es el punto de partido para la obtención de agua ultrapura.

Industria productora de agua para consumo humano

En muchos lugares del planeta no existe suficiente agua dulce o con la calidad necesaria para poder abastecer a la población.

Tanto si el problema es de calidad (aguas salobres, aguas contaminadas con nitratos, metales, pesticidas, etc.) como de cantidad (se recurre a la desalinización de agua de mar) la opción más económica para la obtención de agua apta para el consumo humano es la ósmosis inversa.

Reutilización de aguas residuales

Existen numerosos casos en los que los efluentes de los procesos de tratamiento de las aguas residuales deben ser tratados para mejorar su calidad hasta que puedan ser reutilizados.

Es el caso de aquellos procesos en los que se consume un gran caudal de agua, como en la industria textil, o cuando se vierte el efluente al medio natural para recargar un acuífero.

También es el caso de los procesos en los que se persigue no generar ningún vertido líquido (vertido cero) y la totalidad de los efluentes son tratados y recuperados para ser utilizados de nuevo.

Todas las áreas mencionadas para el uso de la ósmosis inversa y sus aplicaciones son cubiertas por Condorchem Envitech.

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Adsorción en carbón activado para el tratamiento de aguas residuales

Adsorción en carbón activadoEl proceso de adsorción consiste en la captación de sustancias solubles en la superficie de un sólido. Un parámetro fundamental es este caso será la superficie específica del sólido, dado que el compuesto soluble a eliminar se ha de concentrar en la superficie del mismo. La necesidad de una mayor calidad de las aguas está haciendo que este tratamiento esté en auge. Es considerado como un tratamiento de refino, y por lo tanto al final de los sistemas de tratamientos más usuales, especialmente con posterioridad a un tratamiento biológico.

Factores que afectan a la adsorción:

• Solubilidad: Menor solubilidad, mejor adsorción.
• Estructura molecular: Más ramificada, mejor adsorción.
• Peso molecular: Grandes moléculas, mejor adsorción.
• Problemas de difusión interna, pueden alterar la norma.
• Polaridad: Menor polaridad, mejor adsorción.
• Grado de saturación: Insaturados, mejor adsorción.

El sólido universalmente utilizado en el tratamiento de aguas es el carbón activo, aunque en los últimos años se han desarrollado diversos materiales sólidos que mejoran, en ciertas aplicaciones, las propiedades del carbón activo.

Hay dos formas clásicas de utilización de carbón activo, con propiedades diferentes y utilizándolo en diferentes aplicaciones:

Carbón activado granular (GAC). Se suele utilizar una columna como medio de contacto entre el agua a tratar y el carbón activado, en la que el agua entra por la parte inferior y asciende hacia la superior. El tamaño de partícula en este caso es mayor que en el otro. Se suele utilizar para eliminar elementos traza, especialmente orgánicos, que pueden estar presentes en el agua, y que habitualmente han resistido un tratamiento biológico. Son elementos, que a pesar de su pequeña concentración, en muchas ocasiones proporcionan mal olor, color o sabor al agua.

Carbón activo en polvo (CAP). Este tipo de carbón se suele utilizar en procesos biológicos, cuando el agua contiene elementos orgánicos que pueden resultar tóxicos. También se suele añadir al agua a tratar, y pasado un tiempo de contacto, normalmente con agitación, se deja sedimentar las partículas para su separación previa. Suelen ser operaciones llevadas a cabo en discontinuo.

La viabilidad económica de este proceso depende de la existencia de un medio eficaz de regeneración del sólido una vez agotada su capacidad de adsorción. El GAC se regenera fácilmente por oxidación de la materia orgánica y posterior eliminación de la superficie del sólido en un horno. Las propiedades del carbón activo se deterioran, por lo que es necesario reponer parte del mismo por carbón virgen en cada ciclo. Por otro lado el CAP es más difícil de regenerar, pero también es cierto que es más fácil de producir.

El coste es un parámetro importante a la hora de la elección del adsorbente. Alternativas al carbón activo son las zeolitas, arcillas (montmorillonita, sepiolita, bentonita, etc.), los denominados adsorbentes de bajo coste, procedentes en su mayor parte de residuos sólidos orgánicos. Recientemente se están desarrollando derivados de polisacáridos (biopolímeros derivados del almidón).

La aplicaciones de la operación de adsorción es amplia, desde un amplio abanico de sustancias orgánicas (colorantes, fenol, mercaptanos, etc) hasta metales pesados en todos sus estados de oxidación.