La ósmosis inversa puede ser una parte integral de su sistema de tratamiento de agua, pero ¿conoce las primeras señales de advertencia de problemas que podrían afectar la eficiencia operativa de su unidad de ósmosis inversa? Una RO ignorada puede causar problemas de contaminación y escalamiento, lo que requiere limpiezas costosas o incluso reemplazos costosos y tiempo de inactividad.
Al operar y mantener unidades de ósmosis inversa en un sistema de pretratamiento, hay tres indicadores clave de desempeño (KPI) que debe tener en cuenta:
- Flujo de permeado normalizado
- Cambio de presión (ΔP)
- Pasaje de sal
Sin embargo, no todos los sistemas de ósmosis inversa se construyen de la misma manera. Cada fabricante tiene pautas específicas para administrar sus unidades de ósmosis inversa.
Pautas de la industria de limpieza de ósmosis inversa
Algunos operadores creen incorrectamente que sus unidades de ósmosis inversa deben limpiarse cada 3 a 4 meses, pero los fabricantes de ósmosis inversa tienen diferentes recomendaciones para sus sistemas. Los parámetros de limpieza se describen a continuación por fabricante.
- La tasa de flujo de permeado disminuye un 10 %
- El paso de flujo normalizado aumenta entre el 5 % y el 10 %
- La caída de presión normalizada aumenta entre el 10 % y el 15 %
- El flujo de permeado disminuye en un 10 %
- Disminuciones de la calidad del permeado del 10 %
- La presión normalizada disminuye un 15 %
- Los niveles altos de contaminación se producen al doble de las tasas anteriores
- El flujo de permeado disminuye un 10 % desde el inicio o la última limpieza
- El pasaje de sal aumenta un 10 % desde el inicio o la última limpieza
- La presión normalizada disminuye un 15 % desde el inicio o la última limpieza
- La presión diferencial normalizada aumenta en más del 20 %
- El flujo de permeado disminuye en más de un 10 %
- El pasaje de sal aumenta en más del 20 %
Todos los fabricantes mencionados anteriormente ofrecen manuales y boletines técnicos gratuitos y descargables en sus sitios web. Para obtener más detalles, consulte sus sitios web oficiales. Tenga en cuenta que esta lista de fabricantes no es exhaustiva.
A veces, estas pautas no se siguen porque los sistemas de pretratamiento y filtración aguas arriba no se mantienen correctamente, lo que resulta en la necesidad de limpiezas semanales de ósmosis inversa.
La importancia de los datos de tendencias
Cuando los parámetros de ósmosis inversa no se registran y se analizan en forma regular, el seguimiento de los problemas de rendimiento se vuelve difícil. Sin una tendencia de datos adecuada, el flujo de permeado solo se observa cuando comienza a caer o aumenta la conductividad.
Muchos operadores esperan hasta que experimenten un aumento de ΔP de 40 a 50 psid en una sola etapa antes de iniciar una limpieza. Un aumento de presión tan significativo a menudo conduce a la canalización, donde los espacios de sólidos suspendidos, coloidales y bacterias se acumulan en la RO. Estos espacios restringen el flujo a través de la unidad, creando un flujo de menor resistencia durante la limpieza.
Mejores prácticas de mantenimiento y tendencias de RO
Recomendamos usar las pautas del fabricante para establecer objetivos para el flujo de permeado normalizado, ΔP o aumentos de conductividad del permeado.
Cuando ΔP aumenta, es momento de comenzar a programar los procedimientos de mantenimiento y limpieza.
Parámetros clave para monitorear
Monitorear ΔP en cada etapa, no en toda la RO
Monitoree cuidadosamente la primera etapa si utiliza agua superficial como maquillaje. Los coloidales que pasan por el filtro del cartucho causarán un aumento de ΔP en la RO.
Si la primera etapa está experimentando acumulación, tome una almohadilla SDI y deje que funcione hasta que se enchufe.
Envíe la almohadilla de SDI con un par de gotas de agua de permeado a su proveedor de tratamiento de agua para un microscopio electrónico de escaneo e identificación de contaminantes para ayudar a identificar problemas previos al tratamiento.
Temperatura
- Las membranas se ajustan a medida que el agua se enfría, lo que reduce la conductividad del permeado.
- Por el contrario, las membranas de ósmosis inversa se aflojan a medida que el agua se calienta. Las temperaturas más cálidas aumentan la conductividad del permeado. Los niveles orgánicos también aumentarán, lo que aumentará posteriormente la presencia de bacterias en el sistema.
Cloro libre
- Los niveles de cloro libre deben mantenerse a 0,0 ppm para un funcionamiento adecuado. Al agregar una almohada en polvo DPD, la muestra resultante siempre debe ser transparente sin color rosa.
- Si utiliza un monitor ORP, el manual FilmTec de DuPont recomienda menos de 200 milivoltios de cloro libre. Si se utilizan aguas residuales o aguas grises, los niveles recomendados son inferiores a 300 milivoltios. Sin embargo, siempre que se utilice ORP, la sonda debe calibrarse semanal o quincenalmente.
Ensuciamiento microbiológico
- El ensuciamiento microbiológico puede aumentar la presión de RO. Los límites son 100 UFC/ml en la composición o 1.000 UFC/ml en el rechazo. Si se exceden estos límites, se recomienda un programa de biocidas.
Conductividad y turbidez del agua de alimentación
Muchas composiciones de ósmosis inversa tienen dos o más corrientes con diferente conductividad del afluente. El uso de un medidor de conductividad en línea le permite monitorear la conductividad entrante para predecir mejor el impacto en el permeado. Recomendamos la conductividad de la ósmosis inversa como una mejor práctica para mantener su ósmosis inversa.
Monitoreo de un sistema de ósmosis inversa
El monitoreo adecuado de un sistema de ósmosis inversa permite a los operadores saber dónde ocurrirá la contaminación y qué limpiador usar.
Los fabricantes de ósmosis inversa ofrecen software de tendencias descargable gratuito, pero también se puede utilizar una hoja de cálculo para registrar y determinar tendencias de datos.
Un medidor de flujo en el permeado, entre la primera y la segunda etapa, permite la tendencia individual y la limpieza dirigida de las dos etapas.
Una primera etapa ΔP es indicativa de bioincrustación, coloidales, sólidos suspendidos u orgánicos. Un aumento de ΔP en la segunda etapa indica principalmente la formación de sarro.
Se recomiendan limpiadores de pH alto para ΔP de primera etapa alta. Cualquier cosa que no se trate adecuadamente en la primera etapa se empujará a la segunda etapa de la RO. Sin embargo, si se selecciona el antisarro correcto para que coincida con la química entrante y la tasa de recuperación no cambia, por lo general no debe ocurrir el escalamiento.
La importancia de inspeccionar los filtros de cartucho
Monitorear los filtros de cartucho y cambiarlos regularmente son pasos importantes que a menudo se pasan por alto. Si se encuentra arena, partículas o granos en el exterior de los elementos del filtro del cartucho, se ha roto algo corriente arriba de uno de los laterales inferiores o de una brida del recipiente que debe corregirse.
Al abrir membranas de OI, se pueden encontrar contaminantes del suavizante, antracita o multimedia en el elemento principal. Estos no se pueden retirar con limpiadores y deben enjuagarse a través de los drenajes inferiores de la carcasa del filtro del cartucho.
Ambas válvulas de drenaje del filtro del cartucho (como se muestra a continuación) deben abrirse al cambiar los filtros del cartucho.
La válvula de drenaje inferior debe instalarse en un lugar de fácil acceso. Si no se enjuagan, los contaminantes se enviarán al compartimento inferior y a la membrana del electrodo.
Caso de estudio: La contaminación del filtro del cartucho causa problemas de ósmosis inversa
Una planta experimentaba ΔP constantemente alto. En la siguiente foto, hay residuos marrones acumulados en la base de las varillas de retención, alrededor de los orificios destinados al agua filtrada. Cualquier residuo que no salga del alojamiento del filtro del cartucho se empujará hacia el interior del compartimento inferior y el elemento principal. Cuando esto sucede, es muy difícil, si no imposible, eliminar lo que se aloja en la cara de la membrana de plomo con productos químicos de limpieza de ósmosis inversa.
Observe los espacios anchos en las membranas a continuación. Estos fueron causados por contaminación coloidal y por partículas. Una vez que se desarrolla un espacio de cualquier tamaño, se crea un flujo de menor resistencia, lo que evita la filtración o limpieza adecuadas.
Inspección de la carcasa del filtro del cartucho
Los filtros de cartucho ofrecen una ventana hacia las operaciones de OI y son el último medio de defensa contra los problemas de filtración. Deje que sus ojos y su nariz sean su guía. Si algo no parece correcto, infórmelo. Si observa un olor, siente algo de slime o nota granos, comience a buscar la fuente del problema y corríjalo.
Pautas de monitoreo para sistemas de ósmosis inversa
Monitoree la conductividad en la alimentación, permeado, concentrado o rechazo.
Tome muestras de todos los iones con frecuencia. Lo que entra, debe salir o ser rechazado. Por ejemplo, si se ejecuta a una recuperación del 75 %, todo lo que entra debe estar aumentando cuatro veces; si entra 100 ppm de calcio, debería salir 400 ppm.
Mida y registre el flujo de alimentación, permeado y concentrado o rechazo.
Monitoree la presión en la alimentación, entre las etapas, el concentrado y el permeado.
Si no hay un manómetro en la etapa intermedia, vea si es factible tener uno instalado. Esto actuará como un indicador para la primera etapa, donde se produce la mayor parte de la contaminación por ósmosis inversa.
Mida la presión en el concentrado.
Esté atento a la temperatura de alimentación, el pH y el ORP.
Comprender las condiciones de todos los flujos de la etapa de ósmosis inversa y ΔP permite una selección más limpia y una limpieza dirigida adecuadas.
Lecturas de RO
Ingrese todas las lecturas de ósmosis inversa en una hoja de cálculo para fines de tendencias o descargue el software de tendencias de su fabricante de ósmosis inversa.
Primera etapa
La primera etapa experimenta el caudal más alto y la conductividad entrante más baja. Como resultado del alto caudal, la primera etapa es propensa a bacterias, coloidales, sólidos suspendidos y orgánicos. También puede producirse una contaminación coagulante. En esta etapa se utilizan limpiadores de alto pH para mitigar estos problemas.
Segunda etapa
La segunda etapa tiene la conductividad más alta. El carbonato, sulfato, hidróxido y sarro de fosfato pueden ocurrir en la segunda etapa. Los limpiadores de pH bajo se combinan con el antiescalante adecuado para la limpieza de segunda etapa. La excepción es la escala de sílice, que requiere un limpiador de alto pH.
La importancia de la normalización de los datos
Hay dos líneas de tendencia en el siguiente gráfico.
La línea azul indica el flujo normalizado, que es una línea relativamente recta. Los picos y valles se denominan “dedos grasos”, causados por los operadores que escriben incorrectamente puntos de datos y crean valores atípicos.
Las tendencias de la línea superior impregnan el flujo. Si bien el flujo de permeado fluctúa durante el funcionamiento normal, puede indicar la necesidad de limpieza.
Al considerar la línea normalizada, observe si el flujo permanece dentro de sus límites estándar. Si lo hace, no es necesario limpiar la ósmosis inversa. La tendencia normalizada también tiene en cuenta las fluctuaciones de temperatura.
En el siguiente gráfico, la línea roja indica la temperatura del agua de alimentación y la línea verde indica la presión de la bomba.
A medida que la temperatura del agua de alimentación disminuye, la presión de RO aumenta debido al aumento de la viscosidad del agua. Lo que es más importante, los poros de la membrana comienzan a ajustarse a temperaturas más frías, lo que hace que la presión de bombeo aumente y que la conductividad de penetración disminuya ligeramente.
Las consecuencias de no determinar tendencias y normalizar los datos de RO
Según el manual de ósmosis inversa de DuPont FilmTec, página 130, “si espera demasiado tiempo, la limpieza puede no restaurar el rendimiento del elemento de membrana correctamente. Además, el tiempo entre limpiezas se acorta a medida que los elementos de la membrana se ensucian o se incrustan más rápidamente”.
Si una RO no se retira de servicio y se limpia de manera oportuna, se pueden desarrollar canales o brechas, y la limpieza puede ya no restaurar la línea base de la unidad. Es muy importante monitorear las tendencias y limpiar las ósmosis inversa cuando sea necesario.
Lo anterior muestra un muy buen ejemplo de flujo normalizado frente a flujo de permeado. Las líneas de tendencia parecen bastante ocupadas; sin embargo, la línea azul oscura del flujo de permeado normalizado está bajando lentamente y nunca regresa a la línea de base. Esto indica que el operador ha esperado demasiado para limpiar la orden de reparación.
Es importante ser proactivo al observar una tendencia descendente. En este ejemplo, los operadores deben configurar la limpieza en el lugar (clean-in-place, CIP) y programar una limpieza. De lo contrario, eventualmente será necesario reemplazar las membranas.
Esperar demasiado tiempo para limpiar una ósmosis inversa
En el esquema a continuación, la barra azul representa la lámina de membrana y los círculos marrones representan el espaciador de alimentación. A medida que el agua de alimentación fluye a través de la ósmosis inversa, los coloidales y las bacterias se envasan en los espaciadores de alimentación. Las bacterias excretan polisacáridos, que atraerán y atraparán coloidales y partículas suspendidas que son difíciles de limpiar.
Estos contaminantes atrapados requieren un tratamiento de limpieza más agresivo o un limpiador de pH muy alto para tratar. Cuanto más se permita aumentar el ΔP, más difícil se volverá la limpieza.
Observe los dos espacios estrechos en forma de media luna en la membrana anterior. Una vez que se forma una brecha, son permanentes y no se pueden deshacer. El flujo de servicio y los productos químicos de limpieza seguirán el camino de menor resistencia a través de estos espacios, lo que dificultará la limpieza.
En algunos casos, los espacios se agrandan tanto que el ΔP aumentará y luego se estabilizará, por lo que no hay más acumulación de ΔP en esa membrana. Cuando esto ocurre, las áreas sin agua que pasan se estancarán, causando una zona muerta virtual.
Seis conclusiones clave
Se recomiendan las siguientes mejores prácticas para mantener la eficiencia de la ósmosis inversa.
- Monitoree atentamente la primera etapa ΔP, especialmente si utiliza agua superficial. Haga que sea un hábito escanear la primera etapa ΔP y la temperatura.
Si la temperatura disminuye, el ΔP y la presión de la bomba aumentarán porque los poros de la membrana se ajustarán. Eso no significa que se requiera limpieza en este caso. Observe los datos normalizados.
- Cumplir con los puntos de ajuste objetivo para la limpieza de ósmosis inversa. La mayoría de las veces, la contaminación se producirá en la primera etapa, especialmente si se utiliza agua superficial.
Si la química del agua está siendo monitoreada y analizada en tendencias, la eliminación de ósmosis inversa será evidente. Cuando se utiliza un antisarro adecuado y la tasa de recuperación no cambia, la escala de la última etapa no suele ser una preocupación.
- Monitoree la actividad microbiológica en la alimentación, el rechazo y la carcasa del filtro del cartucho. Incluso con los niveles de química objetivo, 3 ppm de carbono orgánico total (TOC) o superior proporcionarán alimentos para las bacterias.
- Observe la carcasa del filtro del cartucho. Huele y siente la presencia de slime. Verifique el estado de las superficies internas: busque chips.
- Monitoree la conductividad del permeado. Si la conductividad del permeado aumenta, determine si la temperatura ha cambiado o si la conductividad entrante ha aumentado.
- Esté atento a la entrada de cloro libre en la membrana de OI. 0,0 ppm y un color claro en la prueba DPD indica la ausencia de cloro libre.
Cuantos más datos se recopilen y se establezcan tendencias, más fácil será resolver problemas de RO. La recopilación y normalización de datos permite a los operadores programar limpiezas y garantizar la disponibilidad de la mano de obra, los productos químicos, los equipos, etc. necesarios.
El monitoreo de estas seis áreas clave de la OI proporciona a los operadores la comprensión necesaria de la tendencia de los tres KPI, indica las condiciones que afectan la OI y ayuda a evitar las autopsias de OI.
Al igual que con todas las tecnologías, la diligencia debida es necesaria para determinar la viabilidad de utilizar estos métodos. Siempre consulte los manuales y guías de su equipo y busque orientación de su proveedor de tratamiento de agua para abordar sus necesidades específicas del sistema.
Referencias
DuPont. 2023 de febrero, versión 16. Manual técnico de las membranas de ósmosis inversa FilmTec. Recuperado de: https://www.dupont.com/content/dam/dupont/amer/us/en/water-solutions/public/documents/en/RO-NF-FilmTec-Manual-45-D01504-en.pdf.
