Tecnologia De Las Membranas

INTRODUCCIÓN

La tecnología de membrana se ha convertido en una parte importante de la tecnología de la separación en los últimos decenios. La fuerza principal de la tecnología de membrana es el hecho de que trabaja sin la adición de productos químicos, con un uso relativamente bajo de la energía y conducciones de proceso fáciles y bien dispuestas. La tecnología de la membrana es un término genérico para una serie de procesos de separación diferentes y muy característicos. Estos procesos son del mismo tipo porque en todos ellos se utiliza una membrana. Las membranas se utilizan cada vez más a menudo para la creación de agua tratada procedente de aguas subterráneas, superficiales o residuales. Actualmente las membranas son competitivas para las técnicas convencionales. El proceso de la separación por membrana se basa en la utilización de membranas semi- permeables.

DEFINICIÓN DE MEMBRANA

Una membrana semipermeable es una lámina fina de material, capaz de separar sustancias en función de sus propiedades físicas y químicas, cuando se le aplica una fuerza directora.

La membrana actúa como un filtro muy específico que dejará pasar el agua, mientras que retiene los sólidos suspendidos y otras sustancias.

La membrana funciona como una pared de separación selectiva. Ciertas sustancias pueden atravesar la membrana, mientras que otras quedan atrapadas en ella.

La capacidad separadora de una membrana depende de las propiedades de transporte de los diferentes componentes. La fuerza motriz y su permeabilidad determinan la velocidad de trasporte de los componentes a través de ella. Las fuerzas impulsoras más importantes en los procesos de membranas son los gradientes de presión, potencial químico y eléctrico, dando origen a convección de masa, difusión de moléculas y transporte de iones, respectivamente.

PROCESOS A TRAVÉS DE MEMBRANAS

Los procesos que utilizan membranas se pueden clasificar también según la fuerza motriz utilizada, siendo los de mayor relevancia los impulsados por gradiente de presión, tales como la microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y osmosis inversa. También se tienen los procesos impulsados por gradiente de concentración como la diálisis, por gradiente de presión parcial como la pervaporación y por potencial eléctrico como la electrodiálisis.

Tabla 1: Clasificación de procesos de separación por membrana para sistemas líquidos (Coulson y Richardson, 2002).

MICROFILTRACIÓN:

Es un proceso de membranas de baja presión. La presión aplicada varía en el rango de 0,5-2 bares y el flujo de permeado varía entre 150 – 1500 L/h/m2.

La fuerza impulsora es la presión y el mecanismo de transporte está principalmente basado en efectos estéricos.

Las membranas usadas para la microfiltración tienen un tamaño de poro de 0.1 – 10 µm. Estas membranas de microfiltración retienen todas las bacterias, partículas coloidales y suspendidas mayores que el diámetro de poro de las membranas.

Parte de la contaminación viral es atrapada en el proceso, a pesar de que los virus son más pequeños que los poros de la membrana de microfiltración. Esto es porque los virus se pueden acoplar a las bacterias.

La microfiltración puede ser aplicada a muchos tipos diferentes de tratamientos de agua cuando se necesita retirar de un líquido las partículas de un diámetro superior a 0.1 mm.

Algunos ejemplos de aplicaciones de la microfiltración son:

• Esterilización por frío de bebidas y productos farmacéuticos.

• Aclaramiento de zumos de frutas, vinos y cerveza.

• Separación de bacterias del agua (tratamiento biológico de aguas residuales).

• Tratamiento de efluentes.

• Separación de emulsiones de agua y aceite.

• Pre-tratamiento del agua para nano filtración y ósmosis inversa.

• Separación sólido-líquido para farmacias e industrias alimentarias.

NANOFILTRACIÓN:

La nanofiltración es una tecnología de membrana de ultra/baja presión con el mismo fundamento que la osmosis inversa y difusión controlada. La diferencia principal es el grado de retención que logran estas membranas, operando en rangos más altos de corte de peso molecular (0,001 – 0,01 mm).

La nano-filtración se selecciona cuando la ósmosis inversa o ultrafiltración no son opciones factibles para una separación. Puede utilizarse en aplicaciones tales como desmineralizado, remoción de color, material orgánico y desalinización. En concentraciones de solutos orgánicos, sólidos en suspensión e iones polivalentes, el permeado contiene iones monovalentes y soluciones orgánicas de sustancias de bajo peso molecular, como alcohol.

• Aplicaciones de ultrafiltración:

 Industria Láctea: Reduce costos de transportación así como de recuperación de lactosa, eliminación de nitratos y sólidos de proteínas de suero.

 Industria de Alimentos y Bebidas: Desalinización de gelatina para mejores propiedades de batido y para mejorar la claridad de color.

 Industria Farmacéutica: Incrementa el valor de los productos farmacéuticos al obtenerlos más purificados.

 Industria: Desalinización de tintes para un producto de valor más alto. Reciclaje de aguas residuales en lavanderías.

 Agroindustria: La eliminación de pesticidas de las aguas subterráneas.

VENTAJAS DESVENTAJAS

• Alta eficiencia.

• Sistema compacto y de fácil operación.

• Genera aguas de alta calidad y posee un menor rechazo que la osmosis por ser un proceso de baja presión.

• Generación de bajos volúmenes de rechazo.

• Puede tratar grandes volúmenes de agua.

• Bajos costos de operación. • Requiere de pre-tratamiento, dependiendo del caso.

• Genera entre un 15 y 30 % de rechazo (lavado de la membrana) según el agua tratada que deben disponerse o tratarse.

• Usualmente el mantenimiento no es difícil, pero puede ser de alto costo si se requiere como primera acción el reemplazo de la membrana.

• Los problemas de mantenimiento tienden a involucrar membranas con fugas y contaminadas.

• El reemplazo de membranas debe ser realizado por personal especializado.

ULTRAFILTRACIÓN:

El principio de la ultrafiltración es la separación física. Es el tamaño de poro de la membrana lo que determina hasta qué punto son eliminados los sólidos disueltos, la turbidez y los microorganismos. Las sustancias de mayor tamaño que los poros de la membrana son retenidas totalmente. Las sustancias que

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