Mucha gente no comprende completamente las diferencias entre las distintas tecnologías de filtración por membrana. En este artículo, proporcionaremos una explicación detallada.
Además de eliminar cationes y aniones (es decir, desalinización), la ósmosis inversa (RO) también puede eliminar una amplia gama de contaminantes, por lo que se considera un tipo de filtración. Los rangos de impurezas eliminadas por RO, nanofiltración (NF), ultrafiltración (UF), microfiltración (MF) y filtración convencional (CF) se muestran en la Figura 1, mientras que los tamaños de sustancias comunes se pueden encontrar en la Tabla 2.
La ósmosis inversa (RO), la nanofiltración (NF), la microfiltración (MF) y la ultrafiltración (UF) son tipos de filtración de flujo cruzado. Durante el proceso, el agua de alimentación se divide en una corriente de permeado (agua producto) y una corriente de concentrado que contiene solutos concentrados o partículas suspendidas, y la mayoría de los solutos e impurezas se eliminan en el concentrado (consulte la figura siguiente).
Por el contrario, la filtración convencional permite que el agua fluya directamente a través del medio filtrante (como lechos filtrantes o membranas), donde las impurezas quedan retenidas sobre o dentro del medio (consulte la figura a continuación).
Con base en la información de las figuras anteriores, podemos resumir las características de las diferentes tecnologías de filtración por membrana:
1.Microfiltración (MF)
Elimina partículas de aproximadamente 0,1 a 1 μm de tamaño. Se utiliza principalmente para eliminar bacterias, sólidos en suspensión y materia coloidal. Pueden pasar sólidos disueltos y moléculas grandes. La presión de funcionamiento suele ser de alrededor de 0,07 MPa.
2.Ultrafiltración (UF)
Elimina partículas de tamaño superior a aproximadamente 0,002–0,1 μm. Se utiliza principalmente para eliminar coloides, proteínas, sólidos suspendidos y microorganismos. Capaz de rechazar sustancias con un peso molecular (MWCO) superior a 1.000-100.000 y al mismo tiempo permitir el paso de sólidos disueltos y moléculas pequeñas. La presión de funcionamiento generalmente oscila entre 0,1 y 0,7 MPa.
3.Nanofiltración (NF)
Llamado así por su capacidad para eliminar partículas de alrededor de 1 nm (0,001 μm). Normalmente elimina sustancias orgánicas con pesos moleculares superiores a 200-400, con una tasa de desalinización del 20%-98%. La eliminación de iones monovalentes oscila entre el 20% y el 98%, mientras que los iones divalentes se pueden eliminar en tasas más altas, entre el 90% y el 98%. Adecuado para eliminar colorantes, carbono orgánico total (TOC) y dureza. La presión de funcionamiento suele oscilar entre 0,35 y 1,6 MPa.
4.Ósmosis inversa (RO)
Elimina partículas tan pequeñas como 0,0001 μm y sustancias orgánicas con pesos moleculares superiores a 150-200. Las tasas de desalinización pueden superar el 95%, lo que la convierte en un método de pretratamiento primario para agua de alta-salinidad y una de las tecnologías de tratamiento de agua más avanzadas en la actualidad. Sus aplicaciones son cada vez más amplias. La presión de funcionamiento generalmente oscila entre 1,4 y 6,0 MPa.
Las membranas de ósmosis inversa (RO) no sólo ofrecen altas tasas de desalinización sino que también funcionan como filtros de alta precisión. Su tamaño de poro efectivo puede ser inferior a 0,001 μm (el diámetro del cabello humano es superior a 30 μm), lo que permite que los sistemas de ósmosis inversa eliminen sólidos finos en suspensión, bacterias, endotoxinas y otros contaminantes. Sin embargo, cabe señalar que los poros en el sentido físico en realidad no existen en las membranas de OI; Estos poros nunca se han observado, ni siquiera con microscopios de gran-aumento. Esto hace que la filtración por OI sea fundamentalmente diferente de los procesos con verdaderos poros de membrana, como la ultrafiltración.
La figura ilustra cómo pasa el agua a través de una membrana de ósmosis inversa. Muestra que durante la filtración, el agua fluye a través de casi toda la superficie de la membrana, y la velocidad del flujo principal cerca de la superficie de la membrana es esencialmente la misma que el flujo de permeado real a través de la membrana.
Cuando el agua pasa a través de los poros de una membrana de ultrafiltración (UF), el área de la sección transversal total-de los poros es mucho más pequeña que la superficie total de la membrana. Como resultado, el agua cerca de la superficie de la membrana de UF es forzada a través de los poros bajo presión, lo que hace que la velocidad del flujo a través de cada poro sea significativamente mayor que la velocidad del flujo principal cerca de la superficie de la membrana.
Tanto para los procesos de OI como para los de UF, a medida que el agua atraviesa la superficie de la membrana, las partículas suspendidas y otras impurezas en el agua de alimentación quedan retenidas en la superficie de la membrana. El flujo continuo de permeado ejerce una fuerza sobre estos contaminantes, impidiéndoles volver a ingresar al flujo principal que se mueve paralelo a la superficie de la membrana. Para que los contaminantes regresen al flujo principal, la fuerza de corte del flujo paralelo a lo largo de la superficie de la membrana debe superar la fuerza de corte del agua que permea. Esto explica por qué mantener un determinado caudal de agua de alimentación es fundamental para los sistemas de ósmosis inversa. Sin embargo, en las membranas de UF, la velocidad local a través de los poros es muy alta y el corte del flujo paralelo cerca de la superficie de la membrana es insuficiente para evitar que los contaminantes retenidos permanezcan en la membrana.
