Producción de agua de pureza constante en aplicaciones de la industria de bebidas

Producción de agua de pureza constante en aplicaciones de la industria de bebidas

La pureza constante del agua de aporte es una necesidad absoluta en la industria de bebidas. Los consumidores exigen uniformidad y, sin ella, una empresa puede sufrir una caída en las ventas y los ingresos.

Un método cada vez más popular para producir un aporte de calidad constante es la microfiltración (MF) o ultrafiltración (UF) del agua de servicio entrante de la planta, seguida por ósmosis inversa (reverse osmosis, RO). Con la moderna tecnología de membrana, incluso la ósmosis inversa más básica puede eliminar el 99 % o más de los iones disueltos en el agua. La ósmosis inversa es un proceso maduro, pero el pretratamiento de ósmosis inversa para evitar el ensuciamiento microbiológico y por partículas y la formación de incrustaciones es muy importante para la confiabilidad del sistema. 

La posible aplicación de ósmosis inversa como método de tratamiento de agua de aporte se extendió durante el siglo pasado y adquirió popularidad gracias al desarrollo y las mejoras de la tecnología de membranas en espiral. 

Figura 1.  Corte de una membrana en espiral para ósmosis inversa. Esta fotografía de autor desconocido es utilizada con licencia conforme a CC BY-NC

Una hoja de membrana plana tiene una columna vertebral de varias capas, todas las cuales se envuelven alrededor de un núcleo central de plástico perforado. El agua de alimentación entra por el extremo delantero de cada elemento y fluye por el portador de agua de alimentación, mientras la presión empuja el agua a través de la membrana. El agua purificada, conocida como permeado, fluye al núcleo central y el agua de alimentación cada vez más concentrada (rechazo) sale del elemento.

Cada recipiente de presión de ósmosis inversa por lo general tiene varios elementos dispuestos en serie. El sistema básico de ósmosis inversa es de dos etapas y una pasada.

Figura 2.  Diagrama esquemático general de un sistema de ósmosis inversa de dos etapas y una pasada.

En este diagrama se ilustra una característica esencial de la ósmosis inversa. Con aguas de alimentación “normales”, aproximadamente el 50 % del afluente se convierte en permeado en la primera etapa. Esto significa que, sin procesamiento adicional, se desperdiciaría el 50 % del agua de alimentación. En el diseño común de dos etapas, el rechazo de la primera etapa se dirige a través de recipientes de presión adicionales en la segunda etapa, incrementando la recuperación total del agua a un 75 %.

Las membranas de ósmosis inversa, en particular los elementos iniciales, son susceptibles a ensuciamiento por partículas. Por lo general, se colocan filtros de 5 micras de profundidad antes de la ósmosis inversa para minimizar el potencial de ensuciamiento por partículas; sin embargo, el pretratamiento del agua de alimentación de ósmosis inversa mediante microfiltración o ultrafiltración es cada vez más común. La microfiltración o ultrafiltración pueden eliminar partículas de 0.1 micras o menos.

La formación de incrustaciones es otro problema que debe considerarse. Cuando el agua fluye por un recipiente a presión de ósmosis inversa, la concentración de sólidos disueltos aumenta de la entrada a la salida y podría alcanzar el punto de saturación de sal. Los posibles depósitos son carbonato de calcio, sulfato, sílice y silicatos de metales alcalinos, sulfato de estroncio, sulfato de bario y fluoruro de calcio. Por lo tanto, la alimentación de un antiincrustante es un tratamiento típico para los sistemas de ósmosis inversa. Algunos antiincrustantes comunes son poliacrilatos y fosfonatos. 

Los productos químicos de pretratamiento pueden afectar el desempeño de la membrana. Los agentes coagulantes de tipo catiónico, en especial los compuestos de aluminio, son particularmente problemáticos para las membranas de ósmosis inversa. El cloro (usualmente alimentado en forma de lejía) inyectado en el aporte primario de la planta para controlar el ensuciamiento microbiológico reaccionará con el enlace nitrógeno-carbono de la membrana de ósmosis inversa y le causará daños irreversibles. Este es un ataque oxidante. El cloro debe eliminarse flujo arriba de la ósmosis inversa, pero la ausencia de biocidas deja las membranas en peligro de un ataque microbiológico.

Figura 4.  Ensuciamiento microbiológico grave evidente en el extremo de entrada de una membrana de ósmosis inversa. Fotografía de Brad Buecker, ChemTreat.

El ensuciamiento biológico puede causar daños irreversibles a las membranas, ya que los métodos de limpieza estándares no pueden eliminar los depósitos por completo. Una técnica para minimizar el ensuciamiento es el tratamiento periódico (el tratamiento depende del potencial de ensuciamiento) con un biocida no oxidante. Una opción popular es dibromo-nitrilopropionamida (DBNPA).

Un sistema típico de ósmosis inversa de dos etapas y una pasada recupera aproximadamente el 75 % de la alimentación de entrada y produce un flujo de desperdicio (rechazo) del 25 % restante. Es necesario eliminar este flujo. Para plantas con torres de enfriamiento, la cuenca de la torre con frecuencia es un lugar ideal para el rechazo. Sin embargo, la purga de la torre aún representa un caudal de agua residual que podría requerir tratamiento antes de la descarga. Este es un ejemplo más que ilustra la manera en que deben considerarse el uso de agua y la descarga de agua residual de manera holística en las operaciones de plantas de bebidas.

Comuníquese con ChemTreat para obtener ayuda en el diseño de un programa de tratamiento personalizado para su aplicación. Al igual que con otras tecnologías, se requiere debida diligencia para determinar la viabilidad de utilización de los métodos. Siempre consulte los manuales y las guías del equipo.

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