El ensuciamiento de la membrana es un proceso mediante el cual una solución o una partícula se deposita en la superficie de una membrana o en los poros de la membrana en procesos como un biorreactor de membrana , [1] ósmosis inversa , [2] ósmosis directa , [3] destilación por membrana , [ 4] ultrafiltración , microfiltración o nanofiltración [5] de manera que se degrada el rendimiento de la membrana. Es un gran obstáculo para el uso generalizado de esta tecnología . El ensuciamiento de la membrana puede causar un flujo severodisminuyen y afectan la calidad del agua producida. Las incrustaciones severas pueden requerir una limpieza química intensa o el reemplazo de la membrana. Esto aumenta los costos operativos de una planta de tratamiento . Existen varios tipos de incrustantes: coloidales (arcillas, flóculos ), biológicos ( bacterias , hongos ), orgánicos ( aceites , polielectrolitos , húmicos ) y escamosos (precipitados minerales). [6]
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El ensuciamiento se puede dividir en ensuciamiento reversible e irreversible según la fuerza de unión de las partículas a la superficie de la membrana. Las incrustaciones reversibles se pueden eliminar mediante una fuerte fuerza de corte o mediante un lavado a contracorriente . La formación de una matriz fuerte de capa de ensuciamiento con el soluto durante un proceso de filtración continuo dará como resultado que el ensuciamiento reversible se transforme en una capa de ensuciamiento irreversible. El ensuciamiento irreversible es la fuerte adhesión de partículas que no pueden eliminarse mediante una limpieza física. [7]
Factores influyentes
Factores que afectan el ensuciamiento de la membrana:
Estudios fundamentales recientes indican que el ensuciamiento de la membrana está influenciado por numerosos factores como la hidrodinámica del sistema, las condiciones de funcionamiento, [8] las propiedades de la membrana y las propiedades del material (soluto). A baja presión, baja concentración de alimentación y alta velocidad de alimentación, los efectos de polarización de la concentración son mínimos y el flujo es casi proporcional a la diferencia de presión transmembrana. Sin embargo, en el rango de alta presión, el flujo se vuelve casi independiente de la presión aplicada. [9] La desviación de la relación lineal de flujo-presión se debe a la polarización de la concentración . Con un caudal de alimentación bajo o con una concentración de alimentación alta, la situación de flujo límite se observa incluso a presiones relativamente bajas.
Medición
El flujo, la presión transmembrana [3] (TMP), la permeabilidad y la resistencia son los mejores indicadores del ensuciamiento de la membrana. En funcionamiento de flujo constante, el TMP aumenta para compensar el ensuciamiento. Por otro lado, bajo una operación de presión constante, el flujo disminuye debido al ensuciamiento de la membrana. En algunas tecnologías, como la destilación por membrana , el ensuciamiento reduce el rechazo de la membrana y, por lo tanto, la calidad del permeado (por ejemplo, medida por la conductividad eléctrica) es una medida principal del ensuciamiento. [8]
Control de incrustaciones
Aunque el ensuciamiento de la membrana es un fenómeno inevitable durante la filtración por membrana , puede minimizarse mediante estrategias como la limpieza, la selección adecuada de la membrana y la elección de las condiciones de funcionamiento.
Las membranas se pueden limpiar física, biológica o químicamente. La limpieza física incluye fregado con gas, esponjas, chorros de agua o retrolavado con permeado [10] o aire presurizado. [11] La limpieza biológica utiliza biocidas para eliminar todos los microorganismos viables , mientras que la limpieza química implica el uso de ácidos y bases para eliminar las incrustaciones e impurezas.
Otra estrategia para minimizar el ensuciamiento de la membrana es el uso de la membrana adecuada para una operación específica. Primero debe conocerse la naturaleza del agua de alimentación; luego se elige una membrana que sea menos propensa a ensuciarse con esa solución. Para la filtración acuosa , se prefiere una membrana hidrófila . [12] Para la destilación por membrana , se prefiere una membrana hidrófoba. [13]
Las condiciones de operación durante la filtración por membrana también son vitales, ya que pueden afectar las condiciones de ensuciamiento durante la filtración. Por ejemplo, a menudo se prefiere la filtración de flujo cruzado a la filtración sin salida , porque la turbulencia generada durante la filtración implica una capa de depósito más delgada y, por lo tanto, minimiza el ensuciamiento (por ejemplo, el efecto de pellizco tubular ). En algunas aplicaciones, como en muchas aplicaciones de MBR, la socavación por aire se utiliza para promover turbulencias en la superficie de la membrana.
Ver también
- Purificación del agua
Referencias
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