Las empresas farmacéuticas (así como los fabricantes de semiconductores y las centrales eléctricas generadoras de vapor de alta presión) requieren agua de aporte de alta pureza para sus procesos. Las concentraciones de impurezas tienen que estar en el rango muy bajo de partes por mil millón (ppb) o incluso más bajo. La producción confiable y eficiente de agua de alta pureza es parte integral en estos esfuerzos.
En el siglo pasado, el desarrollo de resinas sintéticas de intercambio iónico fue un paso importante para la producción de agua de alta pureza. Las resinas para eliminar cationes disueltos como calcio, magnesio, sodio, etc. y aniones, cloruro, sulfato e incluso sílice débilmente ionizado se convirtieron en un elemento confiable para los sistemas de tratamiento. Sin embargo, se hizo evidente que, cuando se utilizan como técnica de purificación primaria para el agua de aporte, las resinas de intercambio iónico pueden agotarse rápidamente debido a la concentración sustancial de iones en el suministro de aporte, incluso de fuentes de agua dulce. Estos sistemas a menudo requerían regeneraciones diarias de las resinas de intercambio con ácido fuerte para resinas catiónicas y cáusticas para resinas aniónicas.
El desarrollo de tecnologías de membrana alteró significativamente este proceso. A continuación, se describe una configuración fundamental común para la preparación de agua de aporte de alta pureza en la industria moderna.
Las membranas de ósmosis inversa (OI) modernas pueden eliminar más del 99 % de los sólidos disueltos, lo que requiere pulir el permeado de ósmosis inversa mediante intercambio iónico o electrodesionización (EDI), o a veces ambas en serie, para producir un aporte de alta pureza.
El pretratamiento es un aspecto crítico del funcionamiento confiable de la unidad de ósmosis inversa, en particular para minimizar el arrastre de partículas finas a las membranas de ósmosis inversa. Muchos sistemas de tratamiento de agua del siglo XX se diseñaron con clarificadores, seguidos de filtros multimedia, para eliminar la mayoría de los sólidos en suspensión del flujo de aporte entrante de la planta. Al igual que otras tecnologías, la clarificación se ha mejorado mucho con el tiempo, y los clarificadores modernos ahora pueden operar a tasas de aumento 10 a 20 veces mayores que los clarificadores circulares grandes convencionales que se usaban en el pasado. Sin embargo, las partículas finas todavía pueden escapar con el efluente del clarificador o el filtro y ensuciar las membranas de ósmosis inversa, en especial los elementos principales. La microfiltración (MF) o la ultrafiltración (UF) a menudo se recomienda para los nuevos sistemas de agua de aporte para proporcionar un canal de ósmosis inversa con bajo contenido de sólidos en suspensión. La microfiltración o la ultrafiltración pueden colocarse aguas abajo de un clarificador o, a veces, pueden servir como dispositivos de filtración independientes.
A diferencia de los elementos de ósmosis inversa que utilizan membranas enrolladas en espiral (como se mostrará en la parte 2 de esta serie), las membranas de microfiltración y ultrafiltración suelen tener una configuración de fibra hueca, en la que las membranas se asemejan a largas fibras o tiras de espagueti, normalmente llamadas lúmenes. Los sistemas de presión son comunes.
En este tipo de unidad de microfiltración, las fibras se alojan en recipientes a presión conectados en paralelo.
La unidad que se muestra en la Figura 2 se eligió como reemplazo de un clarificador viejo cuya función principal era eliminar los sólidos en suspensión de un suministro de agua de lago. Los resultados del cambio fueron inmediatos y, en algunos casos, fácilmente observables. Por ejemplo, la turbidez de la corriente de entrada a la unidad de ósmosis inversa se redujo de un rango típico de 0,5 a 1,0unidades de turbidez nefelométrica (NTU) a menos de 0,05 NTU. El tiempo entre cambios del filtro de cartucho de ósmosis inversa aumentó de semanas a meses. Además, la microfiltración o la ultrafiltración flujo arriba mejora el rendimiento de la ósmosis inversa, normalmente reduce la frecuencia de las limpiezas de la membrana y amplía la vida útil de la membrana.
La ultrafiltración es muy común hoy en día y ofrece una filtración aún más fina que la microfiltración. La Tabla 1 describe los tamaños de poros generales para las cuatro tecnologías principales de membranas.
Tabla 1: Tamaños generales de poros de membranas
| Tamaños de poros de membrana según la regla general |
| Microfiltración: 0,1 µm |
| Ultrafiltración: 0,01 µm |
| Nanofiltración: 0,001 µm |
| Ósmosis inversa: 0,0001 µm |
Un punto importante para recordar es que la microfiltración y la ultrafiltración están diseñadas únicamente para la eliminación de partículas, mientras que la nanofiltración y la ósmosis inversa eliminan los iones disueltos. Las funciones no se pueden intercambiar.
ChemTreat tiene experiencia en ayudar a los clientes con sus desafíos de tratamiento de agua de aporte de alta pureza. Eche un vistazo a publicaciones futuras sobre este tema y comuníquese con nosotros si requiere asistencia para diseñar un programa de tratamiento personalizado para su aplicación.
Al igual que con otras tecnologías, se requiere un análisis detallado para determinar la factibilidad para utilizar los métodos. Siempre consulte los manuales y las guías de su equipo.
