¿Qué es la ultrafiltración de agua?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2024-01-02 13:53

Una forma efectiva de purificar el agua es forzarla a través de membranas semipermeables. Los procesos de filtración se clasifican según el tamaño de las partículas a separar:

• microfiltración a través de membranas con tamaño de poro de 0,05 a 10 micras;
• ultrafiltración - poros de 0,001 µm a 0,05 µm;
• ósmosis inversa y nanofiltración: poros de 1 nm y menos.

La ultrafiltración del agua está diseñada para eliminar los microorganismos y las inclusiones macroscópicas que no pasan a través de los poros de la membrana.

El mecanismo tradicional de los filtros de relleno se basa en la limpieza por gravedad. La ultrafiltración es similar a pasar por un tamiz poroso, donde se separan todas las partículas de mayor diámetro.

Tipos de membrana

Los elementos filtrantes son láminas planas o fibras con capilares. A través de las primeras se realiza principalmente ultrafiltración de aguas residuales, y las segundas están destinadas atratamiento de agua.

Las fibras se fabrican principalmente en un solo canal, con un diámetro interior de unos 0,8 mm. Están sujetos a estrés frecuente y pueden ser destruidos por lavado a contracorriente. Las fibras multicanal contienen múltiples capilares y son significativamente más fuertes.

Las membranas están hechas de polímeros como la poliéstersulfona. Sus parámetros se pueden cambiar agregando otros materiales sintéticos. El amplio rango de pH de los líquidos que se procesan permite limpiar eficazmente los elementos del filtro.

Las membranas poliméricas deben descontaminarse periódicamente, ya que a los microbios les encanta comer materia orgánica y formar colonias en ella.

Membrana cerámica de larga duración, que se lava bien con detergentes. Su precio es más alto, pero la vida útil alcanza los 10 años.

Métodos de filtración

El sistema de agua de ultrafiltración consta de módulos llenos de fibras porosas huecas. El líquido inicial ingresa a los capilares, luego de lo cual se produce la filtración a través de las paredes laterales. También es posible el avance inverso.

El lavado lo realiza el filtrado con su suministro en la dirección opuesta. La distribución uniforme de líquido fuera de las fibras asegura la eliminación de depósitos de los capilares. Aquí es importante elegir el modo de lavado correcto para que la capa contaminante sea más fácil de eliminar.

Los filtros funcionan en dos modos, uno de los cuales es a presión: el agua se suministra a la carcasa del dispositivo bajo presión. El método de inmersión se realiza utilizando membranas sumergidas en un recipiente abierto. Se crea un vacío en el lado de salida y el líquido se succiona a través del material del filtro.

Los módulos están dispuestos verticalmente. El agua entra en ellos por un extremo y sale por el otro. La cantidad de módulos en un filtro generalmente no excede las dos unidades. Debido a esto, se requieren menos juntas, lo que reduce la probabilidad de fugas. Los módulos verticales son convenientes para mantener y probar. Son fáciles de instalar y quitar.

Modos de filtro

Cuando se realiza la ultrafiltración de agua, los filtros pueden funcionar en modo sin salida y tangencial. En el primer caso, se depura toda el agua suministrada. Los depósitos de la membrana se eliminan periódicamente durante el proceso de lavado o con la corriente de drenaje. La membrana se ensucia rápidamente y la caída de presión a través de ella debe mantenerse baja, lo que reduce el rendimiento del aparato. El método se utiliza para el tratamiento de aguas, con una baja concentración de suspensiones.

En modo tangencial, el medio filtrado circula a lo largo de la superficie de la membrana y se forman pequeños depósitos sobre ella. La turbulencia del caudal en el canal de impulsión permite depurar aguas con una elevada concentración de materia en suspensión. Las desventajas de este método son el aumento de los costos de energía para crear un caudal elevado y la necesidad de instalar tuberías adicionales.

Parámetros de ultrafiltración

Los principales parámetros de la ultrafiltración son:

1. Selectividad - la proporción de concentraciones de impurezas enagua contaminada (C_in.) y en el filtrado (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100%. Para un proceso de ultrafiltración, es grande, lo que le permite atrapar las partículas más pequeñas, incluidas bacterias y virus.}
2. Consumo de filtrado - la cantidad de agua purificada por unidad de tiempo.
3. Consumo específico de filtrado: la cantidad de producto que pasa a través de 1 m2 del área de la membrana. Depende de las características del elemento filtrante y de la pureza de la fuente de agua.
4. Caída de presión de la membrana: la diferencia entre la presión en el lado de suministro y el lado de filtrado.
5. La permeabilidad es la relación entre el caudal específico del filtrado y la caída de presión a través de la membrana.
6. Eficiencia hidráulica: la relación entre el caudal del filtrado y la fuente de agua suministrada.

Ultrafiltración para desinfección de agua

Los métodos tradicionales para la eliminación de microorganismos incluyen tecnologías que utilizan reactivos. La ultrafiltración del agua consiste en la separación física de los microorganismos y coloides debido al pequeño tamaño de los poros de la membrana. La ventaja del método es la eliminación de los cadáveres de microorganismos, algas, materia orgánica y partículas mecánicas. Al mismo tiempo, no hay necesidad de un tratamiento especial del agua, que es obligatorio en otros casos. Todo lo que necesita hacer es pasarlo por un filtro mecánico de 30 micras.

Al comprar filtros, debe determinar el tamaño de los poros de las membranas. Para eliminar completamente los virus, los diámetros de los orificios deben estar al nivel de 0,005 µm. Para tamaños de poro grandes, la función de desinfecciónno se ejecutará.

Además, la tecnología de ultrafiltración proporciona clarificación del agua. Todos los sólidos en suspensión se eliminan por completo.

La instalación de agua de ultrafiltración contiene dispositivos conectados en paralelo, lo que proporciona el rendimiento necesario del proceso y la posibilidad de reemplazarlos durante la operación.

Purificación del agua antes de los filtros de intercambio iónico

La resina es eficaz para retener partículas coloidales de 0,1-1,0 µm, pero obstruyen rápidamente los gránulos. El lavado y la regeneración son de poca ayuda aquí. Es especialmente difícil eliminar partículas de SiO_{2, que son especialmente abundantes en pozos y agua de río. Después de la obstrucción, la resina comienza a desarrollar microorganismos en lugares que no se lavaron con soluciones de limpieza.}

Los intercambiadores de iones también se obstruyen activamente con aceites emulsionados que no se pueden eliminar. La obstrucción es tan grave que es más fácil cambiar el filtro que separar el aceite del mismo.

Los gránulos filtrantes de las resinas se obstruyen activamente con compuestos de alto peso molecular. El carbón activado los elimina bien, pero tiene una vida útil corta.

Las resinas de intercambio iónico son eficaces junto con la ultrafiltración para eliminar más del 95 % de los coloides.

Tratamiento de agua - ultrafiltración antes de la ósmosis inversa

Los costes operativos se reducen mediante la instalación escalonada de filtros con una reducción sucesiva del tamaño de las partículas retenidas. Si se instala una limpieza más gruesa antes del módulo de ultrafiltración, entonces aumenta la eficiencia de los sistemas de ósmosis inversa. Estos últimos son sensibles a los floculantes aniónicos y no iónicos si la coagulación de los contaminantes se realiza en la etapa preliminar.

La materia orgánica molecular grande obstruye rápidamente los poros de las membranas de ósmosis inversa. Rápidamente se llenan de microorganismos. El prefiltrado del agua resuelve todos los problemas y es rentable cuando se utiliza con ósmosis inversa.

Tratamiento de aguas residuales

El tratamiento de aguas residuales por ultrafiltración permite reutilizarlas en la industria. Son adecuados para su uso en ingeniería y se reduce la carga tecnogénica en cuerpos de agua abiertos para beber.

Las tecnologías de membrana se utilizan para tratar las aguas residuales de la producción galvánica y textil, en la industria alimentaria, los sistemas de eliminación de hierro, al eliminar de las soluciones urea, electrolitos, compuestos de metales pesados, productos derivados del petróleo, etc.. Esto aumenta la eficiencia de tratamiento y simplifica la tecnología.

Con impurezas de bajo peso molecular, la ultrafiltración puede producir concentrados de productos puros.

Especialmente importante es el problema de separar los aceites emulsionados del agua. La ventaja de la tecnología de membrana es la simplicidad del proceso, el bajo consumo de energía y la ausencia de productos químicos.

Tratamiento de aguas superficiales

La precipitación y la filtración han sido anteriormente formas efectivas de purificar el agua. Aquí se eliminan efectivamente las impurezas de origen natural, pero ahora han aparecido contaminantes tecnogénicos, para cuya eliminaciónse requieren otros métodos de limpieza. Especialmente muchos problemas son creados por la cloración primaria del agua, que forma compuestos organoclorados. El uso de etapas de purificación adicionales con carbón activado y ozonización aumenta el costo del agua.

La ultrafiltración permite obtener agua potable directamente de fuentes superficiales: se eliminan algas, microorganismos, partículas en suspensión y otros compuestos. El método es efectivo con coagulación preliminar. Al mismo tiempo, no se requiere una sedimentación prolongada, ya que no es necesaria la formación de copos grandes.

La instalación de ultrafiltración de agua (foto a continuación) le permite lograr una buena calidad constante de agua purificada sin el uso de equipos y reactivos complejos.

El uso de métodos de coagulación se está volviendo ineficaz porque muchos compuestos orgánicos en el agua no se detectan mediante el método tradicional de oxidación con permanganato de potasio. Además, el contenido orgánico varía mucho, lo que dificulta la selección de la concentración necesaria de reactivos.

Conclusión

La ultrafiltración de agua a través de membranas permite alcanzar la pureza requerida con un mínimo consumo de reactivos. Las aguas residuales después del tratamiento se pueden utilizar con fines industriales.

La ultrafiltración no siempre es eficaz. El método no permite eliminar algunas sustancias, por ejemplo, compuestos organoclorados y algunos ácidos húmicos. En tales casos, se aplica una limpieza en varias etapas.