Durante el funcionamiento de un sistema de ósmosis inversa (RO), las condiciones operativas inadecuadas pueden causar daños a los elementos de la membrana de RO. Algunos tipos de daños se pueden restaurar mediante limpieza química, mientras que otros son permanentes y no se pueden reparar. Una vez que se produce un daño permanente, la única solución es reemplazar los elementos de la membrana de RO dañados.
Generalmente, estos tipos de daños se pueden clasificar en dos categorías: daños físicos y daños químicos.
1. ¿Qué es el daño físico?
El daño físico se refiere a la destrucción de la capa de desalinización de la membrana causada por fuerzas mecánicas o físicas. Una vez que ocurre, suele ser irreversible y el elemento de membrana dañado debe reemplazarse.
Los tipos comunes de daño físico incluyen los siguientes:
1. Arañazos causados por partículas sólidas
1.1 Daño por partículas causado por falla del filtro de cartucho
Cuando el filtro de cartucho (filtro de seguridad) no está sellado adecuadamente, o cuando el elemento filtrante funciona durante mucho tiempo bajo una presión diferencial alta y se daña, las partículas sólidas pueden pasar a través del filtro e ingresar al sistema de RO.
Después de ser presurizadas por la bomba de alta-presión, estas partículas pueden golpear la superficie de la membrana a alta velocidad. Este impacto puede rayar la capa de desalinización en la superficie del elemento de membrana de OI, lo que resulta en una disminución significativa en el rendimiento del rechazo de sal. En casos graves, el elemento de membrana puede quedar completamente inutilizable.
Solución:
Inspeccione periódicamente el estado de sellado de los elementos del filtro de cartucho y evite operarlos durante períodos prolongados bajo una presión diferencial excesiva.
1.2 Rayones de partículas durante la limpieza química
Durante el proceso de limpieza química de un sistema de RO, si el caudal de limpieza es demasiado alto, las partículas sólidas disueltas o desprendidas y los depósitos de sarro pueden circular dentro del sistema y rayar la superficie de la membrana.
Solución:
En la etapa inicial de la limpieza química, el sistema debe funcionar con un caudal de circulación bajo. Después de que los contaminantes se disuelvan gradualmente, el caudal se puede aumentar paso a paso para mejorar la eficiencia de la limpieza y al mismo tiempo minimizar el riesgo de daños a la superficie de la membrana.
2. Golpe de ariete
2.1 ¿Qué es el golpe de ariete?
El golpe de ariete es un fenómeno causado por cambios repentinos en la presión del fluido o fluctuaciones de presión dentro de una tubería. Cuando el agua fluye a través de una tubería larga y una válvula aguas abajo se cierra repentinamente, el agua que fluye continúa avanzando debido a la inercia. Esto da como resultado un rápido aumento de la presión dentro de la tubería, creando un impacto que impacta las tuberías y los equipos relacionados.
La intensidad del golpe de ariete está relacionada con el caudal en la tubería y la diferencia de carga (diferencia de presión entre los dos extremos de la tubería). Cuanto mayor sea el caudal y la diferencia de presión, más fuerte será la presión de impacto. En casos graves, esto puede provocar daños al equipo. Por esta razón, los sistemas suelen estar equipados con dispositivos de alivio de presión o sistemas de amortiguación para reducir los efectos del golpe de ariete.
El golpe de ariete no se limita a los sistemas de agua. Pueden ocurrir fenómenos similares en cualquier flujo de fluido, incluidos líquidos, gases y mezclas de gas y líquido, cuando la presión cambia rápidamente dentro de una tubería.
En los sistemas de ósmosis inversa, también se pueden producir golpes de ariete si la bomba de alta-presión arranca o se detiene demasiado rápido. La altura de una bomba de alta-presión RO suele ser de 1 MPa o más. Si la bomba no está equipada con un variador de frecuencia-variable (VFD) o un sistema de arranque suave-, los arranques o paradas repentinos-pueden causar cambios rápidos de presión. Estos choques de presión pueden afectar los elementos de la membrana de OI y los componentes de sellado, dañando potencialmente las membranas y provocando una disminución significativa en el rendimiento del rechazo de sal.
Solución:
Al abrir o cerrar válvulas, evite su funcionamiento rápido. La velocidad del flujo en la tubería no debe cambiar abruptamente para minimizar el riesgo de golpe de ariete.
3. Membrana telescópica
3.1 Formación del efecto telescópico
El telescopado de membrana se refiere a una deformación estructural de un elemento de membrana de ósmosis inversa causada por una diferencia de presión excesiva entre el lado de alimentación y el lado de concentrado. Cuando la presión diferencial excede el límite de diseño del elemento de membrana, puede ocurrir deslizamiento entre las láminas de membrana o entre las láminas de membrana y el tubo de permeado central. Esto conduce al desplazamiento axial de las capas de membrana dentro del elemento.
Cuando una membrana de OI funciona durante un período prolongado bajo-diferencias de presión entre etapas que superan los 0,35 MPa, el elemento de la membrana experimenta una fuerte presión a lo largo de la dirección del flujo (desde el lado de alimentación hasta el lado de concentrado). Como resultado, un extremo del elemento de membrana puede comprimirse hacia dentro mientras que el otro extremo sobresale hacia fuera.
La apariencia general se asemeja a la de un telescopio extendido, con un extremo cóncavo y el otro convexo, como se muestra en la siguiente figura.
En condiciones normales, los extremos de un elemento de membrana RO 8040 estándar permanecen planos y estructuralmente estables, como se muestra en la siguiente figura.
La siguiente figura muestra un elemento de membrana YIME de ultra-presión de baja presión en el tamaño 8040. Como se muestra, ambos extremos del elemento son planos y no sobresalen, lo que indica un elemento de membrana en condiciones normales. Esta imagen muestra la vista lateral de un producto de membrana fabricado correctamente.
3.2 Diferencia de presión durante el inicio-y el apagado del sistema
Durante el inicio-de un sistema de RO, si la válvula de descarga de concentrado se abre mientras la bomba de alta-presión ya está funcionando, la presión en el lado del concentrado puede caer cerca de cero mientras que el lado de alimentación aún mantiene una presión relativamente alta. Esta situación puede crear una gran diferencia de presión instantánea a través del elemento de membrana.
De manera similar, antes de apagar el sistema, si la válvula de descarga de concentrado se abre con anticipación mientras la bomba de alta-presión todavía está funcionando, puede ocurrir un choque de presión similar. El funcionamiento-a largo plazo en tales condiciones puede provocar fácilmente que la membrana se telescope.
Solución:
Siga los procedimientos operativos estándar al iniciar o apagar el sistema de RO y aumentar la presión de alimentación gradualmente para minimizar el impacto de las diferencias repentinas de presión en los elementos de la membrana.
4. Contrapresión
La contrapresión se refiere a la presión inversa generada en la salida o en la sección aguas abajo de un sistema. Por lo general, describe una presión que actúa en sentido opuesto a la dirección del flujo de fluido en una tubería cerrada debido a obstáculos o cambios estructurales en el sistema de tuberías. También puede referirse a una condición de presión en la salida del sistema que es superior a la presión atmosférica local.
4.1 Contrapresión causada por el flujo cruzado-entre sistemas
Cuando dos o más sistemas de RO comparten el mismo cabezal de permeado o cabezal de concentrado, puede ocurrir-flujo cruzado si un sistema no está equipado con una válvula de retención o si la válvula de retención no sella correctamente.
Si se produce-flujo cruzado en la tubería de permeado, la unidad de RO que no está operativa puede experimentar contrapresión en el lado del permeado. En esta situación, la presión en el lado del permeado puede llegar a ser mayor que la del lado del concentrado. El funcionamiento-a largo plazo en tales condiciones puede causar delaminación de la capa de desalinización de la membrana.
Si se produce-flujo cruzado en la tubería de concentrado, la unidad de RO que no está funcionando puede permanecer en una condición presurizada, lo que también puede afectar negativamente a los elementos de la membrana.
Solución:
Instale válvulas de retención confiables en tuberías de permeado y concentrado para evitar el flujo inverso entre sistemas. Inspeccione periódicamente el estado de sellado de las válvulas de retención para garantizar un funcionamiento adecuado.
4.2 Ósmosis directa
En sistemas con alta salinidad del agua de alimentación, como sistemas de tratamiento de lixiviados de vertederos, sistemas de reutilización de salmuera o sistemas de recuperación de aguas residuales, si la unidad de RO se apaga sin realizar un lavado de baja-presión, es posible que el agua de alta-salinidad del lado del concentrado no se desplace por completo.
En tales condiciones, no sólo se puede depositar materia orgánica y sales inorgánicas en la superficie de la membrana, sino que también puede producirse ósmosis directa.
Después del apagado, debido a que la salinidad en el lado del permeado es relativamente baja, el agua del permeado puede retroceder hacia el lado del concentrado de alta-salinidad debido a la presión osmótica. Esta dirección del flujo es opuesta a la dirección normal de producción de permeado de un sistema de ósmosis inversa. La ósmosis directa-a largo plazo puede dañar la estructura de la capa de desalinización de la membrana e incluso puede provocar delaminación.
Solución:
Después de apagar el sistema de RO, realice un lavado de baja-presión con agua limpia o agua de alimentación pretratada para reemplazar el agua de alta-salinidad en el lado del concentrado. Esto ayuda a prevenir la contaminación de la membrana y reduce el riesgo de ósmosis directa.
5. Secado y agrietamiento de membranas
5.1 Efecto Sifón
Si la tubería de concentrado o de permeado no está equipada con protección anti-sifón, puede producirse un efecto sifón durante el drenaje del sistema. Este fenómeno puede drenar parcial o completamente el agua dentro del sistema de membrana RO.
Cuando los elementos de la membrana permanecen sin agua-durante un período prolongado, la superficie de la membrana puede secarse y agrietarse, lo que provoca daños permanentes a la capa de desalinización.
Solución:
Instale dispositivos anti-sifón o protección-contra roturas de aire en las tuberías de permeado y concentrado para evitar el sifón. Además, evite drenar completamente los elementos de la membrana durante el apagado de rutina del sistema siempre que sea posible.
5.2 Error humano o falla del sistema de control
El secado de la membrana también puede ocurrir debido a un error del operador o un mal funcionamiento del sistema de control. Por ejemplo, si la válvula de descarga de concentrado y la válvula de descarga de permeado se abren pero no se cierran a tiempo, los elementos de la membrana pueden permanecer sin agua durante un período prolongado, lo que puede provocar secado y agrietamiento.
Vale la pena señalar que algunos elementos de membrana de OI se suministran secos desde la fábrica y, en este caso, no se producirán daños por secado antes de la operación inicial. Sin embargo, después de que la membrana haya sido hidratada y operada por primera vez, la deshidratación prolongada aún puede causar grietas y daños estructurales.
En la operación práctica del sistema de RO, muchas fallas de las membranas no son causadas por el producto de la membrana en sí, sino más bien por un diseño inadecuado del sistema o procedimientos operativos incorrectos.
Al controlar adecuadamente los diferenciales de presión del sistema, seguir los procedimientos estándar-de encendido y apagado, mejorar el rendimiento del pretratamiento e inspeccionar periódicamente los equipos críticos, es posible reducir significativamente el daño físico a las membranas de ósmosis inversa y extender la vida útil de los elementos de las membranas.
Teniendo en cuenta estos desafíos operativos prácticos, YIME integra sistemas de control inteligentes al diseñar soluciones de sistemas de RO para reducir el riesgo de errores operativos. Además, cuando los clientes compran productos de membrana YIME RO, nuestro equipo también brinda orientación técnica profesional para ayudar a garantizar una instalación y operación adecuadas.
