Microfiltración: ¿Cómo se Compara ?

El mayor enfoque en las tecnologías que cumplen con los requisitos reglamentarios más estrictos y el aumento de la presión pública ha motivado a los municipios a considerar seriamente las membranas de microfiltración (MF) como una opción de tratamiento viable. Este artículo está destinado a familiarizarlo con los conceptos básicos y discutir cómo se compara con las alternativas convencionales.

¿Qué es la microfiltración?

La microfiltración es uno de varios procesos de membrana. El agua cruda se filtra a través de un material plástico o polimérico que contiene millones de poros pequeños (véase la Figura 1). El filtrado se produce porque los poros de la membrana son lo suficientemente grandes como para permitir el paso del agua, pero lo suficientemente pequeños como para restringir el paso de materiales indeseables, como partículas y organismos patógenos.

Debido a que esta filtración forma parte de una «familia» de membranas, es útil compararla con otras tecnologías de membranas, quizás más familiares, como la ósmosis inversa (RO), la nanofiltración (NF) y la ultrafiltración (UF). La principal diferencia entre los tipos de membranas es el tamaño de los poros en el material de la membrana: cuanto más pequeños son los orificios, más pequeños son los materiales que elimina la membrana. Cada membrana tiene una gama particular de aplicaciones para las que es más adecuada (ver Tabla 1).

Esta membrana tiene un tamaño de poro típico de 0,2 µm. Es el más adecuado para la eliminación de partículas, turbidez, sólidos en suspensión y patógenos como Criptosporidio y Giardia. Un típico ooquistes de Cryptosporidium es de aproximadamente 3p;5µm de tamaño, que es 15p;25 veces más grandes que los poros. Esta membrana funciona a bajas presiones de aproximadamente 3 p;15 TMP.

Cómo funciona la microfiltración

La configuración de membrana puede variar entre los fabricantes, pero el tipo de «fibra hueca» es el más utilizado. Las membranas en el tipo de fibra hueca se funden en tubos de diámetro pequeño o pajitas, nominalmente de un metro de longitud. Miles de estas pajitas se agrupan y los extremos se unen en un mamparo de epoxi o «maceta».»Los extremos del encapsulado se cortan para permitir el acceso al interior de las fibras desde el extremo del encapsulado. Los paquetes se sellan en una carcasa que generalmente es de PVC o acero inoxidable. El encapsulado sellado crea un espacio separado y sellado en el módulo que aísla el acceso al interior de las fibras del acceso al exterior. Esta combinación de membrana y carcasa se denomina módulo. Permite que el agua sea forzada a través de las paredes de fibra sin cortocircuitos.

El diseño del sistema se realiza una vez que se conocen el caudal deseado y las condiciones del agua y se ha realizado un piloto para determinar el número requerido de módulos. A continuación, los módulos se unen por tuberías de manera que se pueda forzar el agua de un lado de las fibras a través de la pared de la membrana y recogerla del lado filtrado de los módulos.

Normalmente, el agua es bombeada desde el exterior de las fibras, y el agua limpia se recoge desde el interior de las fibras. Esto se denomina flujo «de afuera hacia adentro» (ver Figura 2). Esta dirección de flujo a veces se invierte dependiendo del fabricante y la configuración de la membrana.

Las membranas de microfiltración utilizadas en aplicaciones de agua potable generalmente funcionan en el régimen de flujo de «callejón sin salida». En el flujo sin salida, toda el agua que se alimenta a la membrana se filtra a través de la membrana (ver Figura 3). Se forma una torta de filtro que debe lavarse periódicamente de la superficie de la membrana. Las tasas de recuperación son normalmente superiores al 90 por ciento en fuentes que tienen alimentaciones de turbidez baja y de calidad bastante alta.

Retrolavado

El retrolavado periódico se realiza para eliminar los materiales filtrados de la superficie de la membrana. Un retrolavado solo con agua retrolava una oleada de agua filtrada a través de la membrana para levantar el sedimento de la superficie y eliminarlo a los desechos. Algunos fabricantes utilizan lavado a contracorriente químico o lavado a contracorriente a alta presión «air-ram». Sin embargo, el objetivo es el mismo independientemente del método: eliminar los sólidos de la membrana levantando la suciedad. El lavado a contracorriente se realiza una vez cada 10 p;20 minutos y normalmente se realiza de forma cronometrada para evitar incrustaciones graves que podrían ocurrir si se permitiera que se acumulara una presión significativa entre los lavados a contracorriente.

Limpieza química

Incluso con lavado a contracorriente, las membranas MF se ensuciarán lentamente. Esto se indica por un aumento gradual de la presión de funcionamiento. Para mantener el rendimiento del sistema durante un período de tiempo prolongado, se emplea limpieza química. Generalmente preformados cada una a cuatro semanas, se utiliza para limpiar y esterilizar la membrana. Se pueden emplear varias técnicas de limpieza química, incluida la limpieza con cloro (solo ciertas membranas pueden soportar este método), la limpieza ácida, la limpieza cáustica o una serie de soluciones patentadas.

Microfiltración vs Las membranas convencionales

MF tienen muchas características que se comparan con los sistemas convencionales, como la competitividad de costos. En la primera revisión, parece que el costo de un paquete de membrana es más alto que el equipo para filtros convencionales. Sin embargo, el sistema MF es más un paquete completo que filtros solos. Una planta de MF de agua de fuente es esencialmente completa. No hay equipos de prealimentación o controles de alimentación de productos químicos, mezcladores flash, floculadores y trabajos de hormigón complicados, como depósitos de sedimentación y filtros. Como resultado, el costo total de un sistema MF a menudo se compara favorablemente con su contraparte convencional.

Los sistemas MF son fáciles de operar, ya que la filtración, el lavado a contracorriente y la limpieza se realizan automáticamente. Además, debido a que se filtra a través de un mecanismo de esfuerzo físico, MF generalmente no requiere prealimentación de productos químicos y el uso de productos químicos se mantiene al mínimo. No hay sistemas de alimentación de productos químicos complicados para monitorear y optimizar. Además, dado que casi todas las bacterias, turbidez y patógenos se eliminan del agua, la cantidad de postcloración necesaria también puede reducirse. Por último, la ausencia de prealimentación química significa que no se requiere conocimiento de la mezcla química y la floculación.<

Con el mecanismo de colado, la calidad del agua filtrada no cambia con picos en la calidad del agua cruda. Dado que la membrana excluye todas las partículas mayores que su tamaño de poro, la membrana eliminará las partículas de manera consistente, independientemente de la cantidad presente. El resultado es que un pico en la turbidez de alimentación no se mostrará en la turbidez del efluente. Los sistemas convencionales, por otro lado, requieren una estrecha supervisión y operación por parte del operador de la planta, lo que no siempre es posible con sistemas más pequeños donde los operadores solo pueden estar en el sitio de forma intermitente.

Las figuras 4 y 5 muestran datos operativos típicos tomados de un estudio realizado para una comunidad pequeña. La fuente de agua de suministro es una que experimenta picos de turbidez relativamente altos durante los eventos de tormenta. Los gráficos son para turbidez cruda y filtrada y conteos de partículas. Ilustran la consistencia de la calidad del agua filtrada a lo largo de la duración del estudio.

Las membranas actúan como una barrera física a patógenos como Criptosporidio y Giardia, así como a bacterias. Un tamaño de poro típico de MF es de 0,2 µm, y un criptosporidio está entre 3 p; 5 µm. Como se ve en los gráficos, incluso el ovocisto de criptosporidio más pequeño es 15 veces más grande que el poro de la membrana. Con una mayor preocupación pública por la eliminación de patógenos en el agua potable, esta característica es un beneficio primario.

Ósmosis inversa / Nanofiltración

Las membranas de OI son capaces de realizar las separaciones más finas y se utilizan para ablandamiento, recuperación química, desalinización, eliminación de nitratos y sulfatos y eliminación de radio. La NF, a veces llamada «ósmosis inversa con fugas», está estrechamente relacionada, es capaz de suavizar y eliminar el color, los precursores/orgánicos de THM, los pesticidas, los metales y los virus. La «estanqueidad» de la membrana se describe en términos de Corte de Peso Molecular (MWCO) y porcentaje de rechazo de ciertas sustancias iónicas como la sal. En muchos casos, la prealimentación química y el pretratamiento adecuado son críticos para mantener el funcionamiento de la planta al minimizar las incrustaciones. Las membranas de RO funcionan en el rango de presión de membrana trans (TMP) de 200p;500 psi para la mayoría de las aplicaciones municipales. Las membranas NF normalmente operan en el rango de 60p;200 psi TMP. TMP es la pérdida de presión a través de la membrana.

Ultrafiltración

Esta membrana tiene un tamaño de poro típico de aproximadamente 0.002 p; 0.05 µm (micrón, 10-6 m, 1/25,000 pulgadas). La ultrafiltración se usa a menudo para eliminar macromoléculas, coloides, virus y proteínas en la industria biomédica y farmacéutica. La ultrafiltración a veces se aplica al tratamiento de aguas superficiales o subterráneas para uso potable cuando el agua de la fuente es consistentemente baja en turbidez con pocas probabilidades de picos. Generalmente operan en el rango de 20p; 50 psi TMP.

Conclusión

La microfiltración es una tecnología en auge que puede satisfacer las necesidades de presiones normativas y públicas cada vez más estrictas.

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