Aguas Residuales Por Osmosis Inversa

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA MAESTRÍA EN CIENCIAS MENCIÓN EN SALUD LÍNEA: SALUD PÚBLICA “MEDIO AMBIENTE Y SALUD”

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR OSMOSIS INVERSA Edwin Omar Leiva Sánchez

Cajamarca. Julio 2012

I.

INTRODUCCION

Con el crecimiento de la población mundial la demanda de agua dulce ha aumentado, si sumamos a esto el crecimiento industrial, el tratamiento de aguas residuales y efluentes, se ha transformado en algo importantísimo para el desarrollo de esta sociedad. Es por esta razón que se ha declarado al agua como un recurso escaso, de acuerdo a la ubicación y recursos económicos de los distintos países, estos adoptan distintas técnicas de tratamientos de efluentes y aguas residuales. Por ejemplo, en países donde la energía es barata, se opta por tratamientos como la evaporación de aguas salobres, en otros países ricos en aguas subterráneas se opta por el tratamiento de intercambio iónico. Con el desarrollo de la tecnología actual, se han creado nuevas alternativas para el tratamiento de aguas residuales y efluentes, esta alternativa es la osmosis inversa la cual ha tenido un desarrollo masivo, sobre todo en el campo industrial, reemplazando o complementando a los métodos anteriores, ya que es un método no excluyente de los otros. Y en algunos países se ha transformado en la única opción factible. El empleo de la ósmosis inversa para la regeneración del agua residual ha tenido un gran éxito en los proyectos donde se ha utilizado, consiguiéndose agua de elevada calidad (Asano et al., 1995; Schoeman et al., 1996). Cuando se emplea la ósmosis inversa, y especialmente tras el tratamiento convencional de fangos activos, además de la deposición de sólidos en suspensión que existen en el agua, se corre el peligro de que las membranas sean colonizadas por los microorganismos si no se cuenta con un sistema fiable de desinfección. Esto puede ser especialmente grave en el caso de las membranas de acetato de celulosa, dado que la colonización microbiana las puede dañar de forma irreversible (Ridgway, 1987, 1988 y 1990, Sinclair, 1982). Por este motivo, la regeneración de los efluentes con este tipo de tecnología de membranas requiere un pretratamiento como medida de precaución. (Asano et al, 1991; Geselbracht et al, 1995). Este pretratamiento debe eliminar del agua la mayoría de los microorganismos, sólidos en suspensión y materia coloidal, de tal forma, que prácticamente, las membranas sólo reciban agua con materia disuelta. Por tanto, es necesario encontrar las condiciones óptimas de funcionamiento con cada tipo de efluente y unidad de tratamiento físicoquímica empleada (Asano y Mills, 1990; D’Angelo, 1993; Paret y Elsner, 1993; Newnham, 1993).

II. MARCO TEORICO Para comprender bien el fenómeno de Osmosis Inversa es importante conocer primero el proceso de la osmosis natural. 1. OSMOSIS En el fenómeno de Osmosis, el agua se mueve a través de una membrana semipermeable desde una zona de baja concentración hacia una zona más concentrada, hasta un punto en que se alcanza un equilibrio de fuerzas. Está basado en la búsqueda del equilibrio. Cuando se ponen en contacto dos fluidos con diferentes concentraciones de sólidos disueltos se mezclarán hasta que la concentración sea uniforme. Si estos fluidos están separados por una membrana permeable (la cual permite el paso a su través de uno de los fluidos), el fluido que se moverá a través de la membrana será el de menor concentración de tal forma que pasa al fluido de mayor concentración. (Binnie et. al. 2002). Al cabo de un tiempo el contenido en agua será mayor en uno de los lados de la membrana. La diferencia de altura entre ambos fluidos se conoce como Presión Osmótica. 2. OSMOSIS INVERSA La Osmosis Inversa es un proceso físico en el cual se hace pasar el agua a través de una membrana semipermeable desde una solución más concentrada a una solución menos concentrada, mediante la aplicación de presión con el objetivo de filtrar pequeñas partículas, metales pesados, sustancias tóxicas, microorganismos, exceso de sales, etc. El agua que resulta de este proceso es un agua de muy alta calidad.

2.1. Principio de la Osmosis Inversa La Osmosis Inversa consiste en separar un componente de otro en una solución, mediante las fuerzas ejercidas sobre una membrana semi-permeable. Su nombre proviene de "osmosis", el fenómeno natural por el cual se proveen de agua las células vegetales y animales para mantener la vida. En el caso de la Osmosis, el solvente pasa espontáneamente de una solución menos concentrada a otra más concentrada, a través de una membrana semi-permeable. Entre ambas soluciones existe una diferencia de energía, originada en la diferencia de concentraciones. El solvente pasará en el sentido indicado hasta alcanzar el equilibrio. Si se agrega a la solución más concentrada, energía en forma de presión, el flujo de solvente se detendrá cuando la presión aplicada sea igual a la Presión Osmótica Aparente entre las 2 soluciones. Esta presión Osmótica Aparente es una medida de la diferencia de energía potencial entre ambas soluciones. Si se aplica una presión mayor a la solución más concentrada, el solvente comenzará a fluir en el sentido inverso. Se trata de la Osmosis Inversa. El flujo de solvente es una función de la presión aplicada, de la presión osmótica aparente y del área de la membrana presurizada. Los componentes básicos de una instalación típica de osmosis inversa consisten en un tubo de presión conteniendo la membrana, aunque normalmente se utilizan varios de estos tubos, ordenados en serie o paralelo. Una bomba suministra en forma continua el fluido a tratar a los tubos de presión, y, además, es la encargada en la práctica de suministrar la presión necesaria para producir el proceso. Una válvula reguladora en la corriente de concentrado, es la encargada de controlar la misma dentro de los elementos (se denominan así a las membranas convenientemente dispuestas). Hoy en día, hay 3 configuraciones posibles de la membrana: el elemento tubular, el elemento espiral y el elemento de fibras huecas. Más del 60% de los sistemas instalados en el mundo trabajan con elementos en espiral debido a 2 ventajas apreciables: 

Buena relación área de membrana/volumen del elemento.



Diseño que le permite ser usado sin dificultades de operación en la mayoría de las aplicaciones, ya que admite un fluido con una turbiedad más de 3 veces mayor que los elementos de fibra hueca.

Este elemento fue desarrollado a mediados de la década del 60, bajo contrato de la oficina de aguas salinas. En la actualidad estos elementos se fabrican con membranas de acetato de celulosa o poliamidas y con distinto grados de rechazo y producción.

Principios de las Osmosis Normal e Inversa.

2.2. Aplicaciones de la Osmosis Inversa Entre 1950 y 1970, se llevaron a cabo innumerables trabajos a fin de implementar el uso de la osmosis inversa en la desalación de aguas salobres y agua de mar. A partir de 1970, esta técnica comenzó a ser competitiva, y en muchos casos superior a algunos de los procesos y operaciones unitarios usados en concentración, separación y purificación de fluidos. Hay razones para justificar esta creciente supremacía, ya que la osmosis inversa reúne características de excepción, como: 

Permite remover la mayoría de los sólidos (inorgánicos u orgánicos) disueltos en el agua (hasta el 99%).



Remueve los materiales suspendidos y microorganismos.



Realiza el proceso de purificación en una sola etapa y en forma continua.



Es una tecnología extremadamente simple, que no requiere de mucho mantenimiento y puede operarse con personal no especializado.



El proceso se realiza sin cambio de fase, con el consiguiente ahorro de energía.



Es modular y necesita poco espacio, lo que le confiere una versatilidad excepcional en cuanto al tamaño de las plantas: desde 1 m3/día, a 1.000.000 m3/día.

La osmosis inversa puede aplicarse en un campo muy vasto y entre sus diversos usos podemos mencionar: 

Abastecimiento de aguas para usos industriales y consumo de poblaciones.



Tratamiento de efluentes municipales e industriales para el control de la contaminación y/o recuperación de compuestos valiosos reutilizables.



En la industria de la alimentación, para la concentración de alimentos (jugo de frutas, tomate, leche, etc.).



En la industria farmacéutica, para la separación de proteínas, eliminación de virus, etc. Esquema básico de un sistema de ósmosis inversa

2.3. Rechazo de Membranas  Nombre Sodio Calcio Magnesio Potasio Hierro Manganeso Aluminio Amonio Cobre Níquel Estroncio Cadmio Plata Arsénico

Inorgánicos

CATIONES Símbolo Na+ Ca++ Mg++ K+ Fe++ Mn++ Al+++ NH4+ Cu++ Ni++ Sr++ Cd++ Ag+ As+++

%Rechazo 94-96 96-98 96-98 94-96 98-99 98-99 99+ 88-95 96-99 97-99 96-99 95-98 94-96 90-95

Nombre Cloruro Bicarbonato Sulfato Nitrato Fluoruro Silicato Fosfato Bromuro Borato Cromato Cianuro Sulfito Tiosulfato Ferrocianuro

ANIONES Símbolo ClHCO3SO4NO3FSiO2PO4BrB4O7CrO4CNSO3S2O3Fe(CN)6-

%Rechazo 94-95 95-96 99+ 93-96 94-96 95-97 99+ 94-96 35-70** 90-98 90-95** 98-99 99+ 99+



Orgánicos Nombre

Sucrosa Lactosa Proteínas Glucosa Fenol Acido Acético Tinturas Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) Demanda química de oxígeno (COD) Urea Bacterias y Virus Pirógenos

Peso Molecular 342 360 Mayor 10.000 198 94 60 400 a 900 --------60 5.000-100.000 1.000 - 5.000

%Rechazo 100 100 100 99,9 93-99** 65-70 100 90-99 80-95 40-60 100 100

** Depende del pH.

2.4. Ventajas de la osmosis inversa  Agua de calidad sin olores ni sabores  Muy saludable para nuestro organismo  Elimina las sustancias más nocivas tales como los metales pesados, nitratos, detergentes, insecticidas, pesticidas, etc.  Fácil instalación y mantenimiento  Dieta más sana. Se puede utilizar el agua para: beber, elaborar dietas sanas y equilibradas, hacer hielo transparente...  Cuida de los electrodomésticos

III. CONCLUSIONES 



El principio de funcionamiento de la ósmosis inversa consiste en la aplicación de una alta presión en la entrada de los tubos de presión que contienen las membranas. Estas membranas separan el agua de entrada en dos flujos: permeado y rechazo. La clave del éxito de este proceso está en la calidad de la membrana permeable: cuanta mayor precisión se consiga, mayor pureza tendrá el agua resultante.

IV. BIBLIOGRAFIA  

http://www.textoscientificos.com/quimica/osmosis/inversa

 

http://www.hidrotec.cl/PDF/ficha4.pdf

  

http://www.plantas-embotelladoras.info/filtros-industriales/osmosis-inversa-industrial-ymuncipales/

http://www.lenntech.es/biblioteca/osmosis-inversa/que-es-osmosisinversa.htm#ixzz20crTUcTw http://www.soliclima.es/aplicaciones/4-tratamiento-de-aguas/99-osmosis-inversa.html http://upcommons.upc.edu/revistes/bitstream/2099/2837/1/72article5.pdf http://memoria2008.acciona.es/media/33377/acciona_agua(pdf).pdf