Si bien el tratamiento previo desempeña un papel vital para garantizar la eficiencia del sistema de ósmosis inversa (OI), la química y los componentes que se encuentran en el agua de aporte son igualmente importantes para la salud general del sistema.
Este artículo analiza las características de diversas fuentes de aporte y describe los procesos para analizar el agua de aporte de ósmosis inversa.
Continúe leyendo para:
- Examine los diversos tipos de fuentes de agua de aporte.
- Explorar el impacto de minerales, orgánicos, crecimiento microbiológico y otros componentes en los sistemas de ósmosis inversa.
- Conozca algunas de las mejores prácticas para mantener la eficiencia del sistema de ósmosis inversa.
Fuentes de agua de maquillaje: ¿De dónde viene el agua?
Para comprender las posibles vulnerabilidades de un sistema de ósmosis inversa, es importante conocer su fuente de agua de reposición.
Los fabricantes de ósmosis inversa generalmente sugieren sistemas de limpieza cada 3 a 4 meses; sin embargo, en muchos casos, los sistemas de ósmosis inversa requieren limpiezas más frecuentes. Esto se debe, en parte, a las diferencias en el agua que provienen de diversas fuentes de aporte y, lo que es más importante, al rendimiento del equipo de filtración aguas arriba. El pretratamiento es un componente clave de la RO confiable y eficiente.
La calidad del agua de reposición es muy importante. Cualquier imperfección en el agua puede provocar contaminación, incrustación y corrosión si no se trata correctamente.
Agua superficial
El agua superficial se extrae de fuentes como:
- Ríos
- Lagos
- Depósitos
- Canales
Típicamente, todas las aguas superficiales contienen niveles fluctuantes de partículas coloidales y suspendidas, orgánicos, actividad microbiológica y turbidez. Si la fuente de maquillaje es un río, por ejemplo, la claridad o turbidez cambiará en función de las lluvias y la escorrentía de la tierra.
El agua superficial contiene partículas suspendidas y coloidales, que pasarán a través de un filtro de cartucho de 5 micras en la OI, aumentando los cambios de presión (ΔP). Esto puede provocar contaminación por RO durante la primera etapa. En esta etapa se recomienda realizar un análisis del tamaño de las partículas del agua de aporte y la salida del alojamiento del filtro del cartucho.
Agua de pozo
Otra fuente de maquillaje es el agua de pozo.
- Los pozos poco profundos suelen ubicarse a una distancia de 40 a 150 pies por debajo de la superficie.
- Los pozos profundos se pueden encontrar entre 600 y 1.000 pies por debajo de la superficie.
Por lo general, cuanto más profundo sea el pozo, más limpio será el agua. Los pozos profundos tienen temperaturas más uniformes, y el agua extraída de estos pozos a menudo contiene niveles más bajos de bacterias, coloidales, orgánicos y partículas suspendidas.
Agua gris
El agua gris generalmente se refiere a las aguas residuales terciarias destinadas a la reutilización municipal e industrial.
En los últimos años, la escasez de agua ha hecho que el agua gris sea una fuente más popular de maquillaje. En lugar de usar agua superficial, muchos municipios ahora usan agua gris de plantas de energía, plantas químicas y refinerías para sus procesos.
Aunque el uso del agua gris ha ganado popularidad, viene con desafíos de tratamiento únicos. El agua gris generalmente tiene una gran cantidad de carga orgánica, amoníaco y fosfatos, mientras que su residuo bajo en cloro rara vez es suficiente para eliminar microbios.
Cómo mantener la eficiencia de la ósmosis inversa con el análisis del agua de reposición
La prueba del índice de densidad de sedimentos (SDI) es una mejor práctica para analizar la composición de la ósmosis inversa, ya que mide la capacidad de contaminación del agua utilizada en la ósmosis inversa.
Las pruebas de SDI se realizan en el centro con un kit de SDI. La prueba requiere un flujo de aporte constante a 30 psi. Esta corriente pasa a través de una almohadilla de filtro de 0,45 micras a un volumen conocido durante 15 minutos para calcular la SDI.
Por lo general, los fabricantes de ósmosis inversa recomiendan una SDI de 5 o menos, pero muchos ahora indican que se necesitan 3 o menos para un buen rendimiento de ósmosis inversa.
En la mayoría de los casos, cuanto más bajo sea el SDI, mejor funcionará el sistema. Es una buena idea guardar las almohadillas de SDI para referencia histórica.
Adición química corriente arriba al maquillaje de agua superficial
Utilizar agua superficial como fuente de aporte requiere que las instalaciones implementen un proceso de aclaración para eliminar la turbidez o un proceso de ablandamiento con cal fría para reducir la dureza, la alcalinidad y la turbidez.
Independientemente de qué proceso se implemente, el tratamiento incluirá sustancias químicas coagulantes y/o floculantes.
Coagulantes
Los coagulantes tienen una de tres bases:
- Aluminio
- Hierro
- Orgánico
La cantidad de coagulante que se alimenta al sistema varía en gran medida según la fuente de agua superficial.
Un buen ejemplo de esto es el río Mississippi, que fluye de norte a sur. En la parte superior del río en Minnesota, el nivel de turbidez del agua es bajo, por lo que la alimentación de coagulantes estará en un rango bajo de partes por millón (ppm).
A medida que se mueve hacia el sur, el Misisipi se encuentra con los ríos Misuri, Illinois y Ohio. Estas confluencias conducen a la formación de turbidez, por lo que las plantas de tratamiento de agua a lo largo del río alimentan mayores cantidades de coagulante en su sistema para ajustarse a una mayor turbidez.
Floculantes
Los floculantes también desempeñan un papel importante en la reducción de la turbidez. Pueden ser catiónicos, aniónicos o no iónicos. Por lo general, los floculantes se dosifican a menos de 2 ppm, por lo que es importante controlar cómo se agregan los floculantes a su sistema.
Los desafíos del tratamiento con coagulantes y floculantes
Aunque los coagulantes y los floculantes son beneficiosos para producir la calidad deseada del agua terminada, aún pueden ser perjudiciales para la salud general de la membrana de ósmosis inversa.
A diferencia de las membranas de ósmosis inversa ligeramente cargadas negativamente, los coagulantes se cargan catiónicamente, lo que puede causar cambios de presión. Si hay un pico rápido en ΔP durante la primera etapa, es prudente buscar un problema coagulante. Es posible que los niveles de coagulante no se hayan ajustado para que coincidan con los cambios en la turbidez, lo que puede provocar una sobrealimentación del coagulante.
En estos casos, el coagulante comienza a acostarse sobre la membrana y a tomar microbios, partículas y coloidales. Cuando las bacterias con carga negativa se encuentran con el coagulante con carga positiva, el coagulante continúa adquiriendo cada vez más microbios.
En algunos casos, los niveles extremos de polisacáridos en microbios pueden causar un efecto de “papel volado”, lo que lleva a que la materia microbiológica tome sólidos suspendidos y coloidales del agua. Esto puede provocar la contaminación de la membrana.
Si la membrana de ósmosis inversa no se limpia correctamente, los problemas de coagulación pueden provocar la formación de espacios.
Una vez que se forman espacios dentro de una membrana de ósmosis inversa, son muy difíciles de eliminar. Por lo tanto, es importante monitorear los niveles de microbios dentro del agua de aporte a medida que ingresa al sistema.
Además, si una planta utiliza agua de la ciudad para el aporte, se recomienda que el personal de la instalación se comunique con el municipio y pregunte qué tipo de coagulante se ha utilizado aguas arriba.
El impacto de los minerales en el agua de aporte
También es importante conocer el contenido mineral del agua de aporte.
Los minerales pueden dividirse en dos subgrupos separados: cationes y aniones.
A continuación se incluyen ejemplos de cada uno:
| Cations | Aniones |
|---|---|
| Calcio | Alcalinidad total |
| Magnesio | Cloruros |
| Sodio | Sulfatos |
| Potasio | Nitratos |
| Bario | Fluoruro |
| Estroncio | Ortofosfato |
| Aluminio | Sílice |
| Hierro | |
| Manganeso |
Probar el contenido mineral del agua de aporte es un paso esencial para determinar el tipo de antiescalante de ósmosis inversa que se debe usar y el porcentaje de tasa de recuperación de ósmosis inversa.
De los cationes, el bario, el aluminio, el hierro y el manganeso son particularmente importantes para monitorear. Los niveles de cada uno generalmente no deben exceder las 0,05 ppm (50 ppb).
El aluminio puede ser especialmente problemático. Normalmente se alimenta como coagulante para reducir la turbidez, pero el exceso de aluminio puede provocar contaminación por RO, que puede ser difícil de tratar con un antiescalante.
Los siguientes aniones: la alcalinidad total, el ortofosfato, el fluoruro y la sílice también pueden necesitar ser monitoreados de cerca. El agua gris es particularmente propensa a suministrar exceso de fosfatos.
La frecuencia de prueba recomendada para los minerales en el maquillaje es:
- Cada dos meses para fuentes de agua superficial
- Trimestralmente para agua de pozo
- Mensualmente para agua gris
En general, el fosfato de calcio, el sulfato de calcio y el sulfato de bario pueden tratarse con un antiescalante, mientras que el aluminio, el hierro y el manganeso pueden ser un poco más difíciles de tratar.
Otros parámetros de prueba importantes
pH
Una vez que se conocen el pH y la alcalinidad total, se puede calcular la cantidad de dióxido de carbono libre (CO2).
Debido a que es un gas, el CO2 pasa a través de la membrana de ósmosis inversa, lo que puede provocar una reducción del pH en el permeado.
Dado que el CO2 no es detectado por un medidor de conductividad, puede fluir corriente abajo al lecho mixto y provocar una gran cantidad de carga oculta. Esto podría requerir un reemplazo más frecuente del lecho mixto.
Conductividad
Calcular la conductividad proporciona una idea de la cantidad de iones presentes en el agua. Por ejemplo, la alta conductividad (300–500 μS) puede indicar que los niveles de dureza y alcalinidad están dentro del rango, pero aún puede haber un alto número de cloruros o sulfatos en el agua. La alta conductividad también puede sugerir que más permeado se desplaza corriente abajo hacia el suavizador u otra unidad de intercambio de iones.
Carbono orgánico total (orgánicos)
Las aguas superficiales son famosas por tener altos niveles de materia orgánica, que se mide como carbono orgánico total (TOC). Para el agua de alimentación de ósmosis inversa, el límite de TOC es de 3 ppm.
- La TOC puede ser natural o sintética:
- Productos orgánicos naturales
- Tanino, lignina, humor, etc.
- Típicamente de color amarillento a amarronado
- Gran fuente de nutrientes para las bacterias
- Productos orgánicos sintéticos
- A menudo provienen de productos químicos de escorrentía agrícola
- Puede tener un mayor efecto de contaminación en las membranas de OI en comparación con los orgánicos naturales
- Productos orgánicos naturales
Los compuestos orgánicos con un peso molecular de 150 a 200 ppm y superior son rechazados por el RO; sin embargo, un cierto porcentaje de compuestos orgánicos por debajo de ese peso molecular pasará a través del RO al permeado.
Temperatura
La temperatura afecta la tasa de flujo para la permeación. Las temperaturas más frías hacen que los poros de la membrana se aprieten, lo que disminuye el caudal. El agua más caliente afloja los poros, lo que permite que pasen más sólidos disueltos totales (TDS) o iones.
Los ortofosfatos en agua gris o el calcio en corrientes de maquillaje de reutilización industrial pueden formar fosfato de calcio (un depósito similar al lodo) en la última etapa de la OI a medida que el agua se calienta.
La solubilidad de la sílice y el flujo, por otro lado, disminuyen a medida que baja la temperatura del agua, y viceversa.
Cloro
El cloro degrada las membranas de ósmosis inversa y debe eliminarse con bisulfito de sodio sin catalizar o con un sistema de filtración de carbono activo. Si un metal de transición, como hierro, manganeso o cobalto, está presente en un sistema que contiene cloro, se acelera la velocidad de degradación de la membrana.
A menudo, los lechos de carbono activos se combinan con un programa de biocidas. Los dos más comúnmente utilizados en la industria son DBNPA e isotiazolina. Estos biocidas ayudan a aliviar la actividad microbiológica en las superficies de la membrana y el espaciador del agua de alimentación, donde las bacterias se unen fácilmente, reduciendo así el potencial de que las bacterias ingresen al sistema y se alimenten de los orgánicos.
El cloro generalmente se mide con un medidor en línea ORP o un analizador de cloro antes de ingresar en la RO. Es una buena práctica realizar una prueba de cloro en húmedo, además de usar instrumentación en línea.
Turbidez
La turbidez por debajo de 0,5 Ntu es un buen objetivo para el agua de aporte, pero la baja turbidez no indica necesariamente la reducción del potencial de contaminación; las pruebas de SDI proporcionan una visión más confiable.
Si se sospecha que las partículas coloidales están entrando en la RO, haga funcionar una almohadilla SDI hasta que esté enchufada y envíe la almohadilla al laboratorio para un análisis de microscopio electrónico de exploración. Esta prueba indicará las características de los elementos atómicos en la almohadilla de SDI, proporcionando información sobre lo que está ensuciando la RO.
Demanda de oxígeno químico (COD)
La COD se encuentra en el agua gris o en la reutilización industrial y puede ser una fuente importante de nutrientes para el microbio.
Un rango de COD de 8 a 10 mg/l es una buena indicación de que la fuente de aporte tendrá un bajo potencial de contaminación por COD.
Materia microbiológica
Dos tipos de bacterias pueden estar presentes en las ósmosis inversa: aeróbico y anaeróbico.
Bacterias aeróbicas
Clasificado por dos tipos: planctónico y sésil
- Planctónico: nadar gratis
- Sesil: slime biológico maduro
Las bacterias sésiles se desarrollan cuando se permite que las bacterias aeróbicas se multipliquen y comiencen a adherirse a las superficies de las tuberías y las membranas. Esto da como resultado el efecto de “papel” mencionado anteriormente.
La mejor práctica es mantener el microbio a 100 UFC/ml en el agua de alimentación y a 1.000 UFC/ml en el rechazo de RO.
Bacterias anaeróbicas
- Generalmente se encuentra en las ósmosis inversa utilizando maquillaje gris o de reutilización industrial.
- Las bacterias reductoras de hierro, desnitrificantes y sulfatos son fuertes indicaciones de que la biopelícula madura se ha desarrollado completamente y el control microbiológico se ha visto comprometido.
Gases
Sulfuro de hidrógeno (H 2S)
Normalmente, el H2S se encuentra en los pozos y es notable por su fuerte olor a huevo podrido. Si se oxida o se expone al aire, el H2S puede formar azufre elemental en la membrana de plomo, lo que puede provocar un posible bloqueo. Para mantener la eficiencia del sistema, el nivel máximo de H2S en el agua de alimentación de RO es <0,1 ppm.
El sulfuro de hidrógeno debe probarse en el sitio.
Para probar el H2S, llene una botella de agua hasta la mitad con agua de aporte, agregue un par de gotas de ácido clorhídrico en la botella, agite, quite la tapa y huela. Si el sulfuro de hidrógeno está presente en el agua, el olor será evidente.
Dióxido de carbono (CO 2)
Como se mencionó anteriormente, cuanto menor sea la alcalinidad, mayor será el contenido de CO2. Afortunadamente, el CO2 no desempeña un papel activo en la eliminación de ósmosis inversa o ensuciamiento. Pasa directamente a través del permeado.
Es importante monitorear el pH y la alcalinidad porque proporcionan una indicación de cuánto CO2 fluye a través de la membrana de ósmosis inversa. Las altas cantidades de CO2 pueden colocar una gran carga en el anión base fuerte y el lecho mezclado.
Amoníaco (NH 3)
El amoníaco generalmente se encuentra en las corrientes de maquillaje grises o de reutilización industrial.
A un pH inferior a 8,5, el 90 % o más del amoníaco se encuentra en su forma iónica como NH4, y se rechazará en la RO como un ion monovalente. Por encima del pH 9,5, el amoníaco se vuelve gaseoso.
Cuando se mezcla con TOC o fosfatos, el amoníaco se convierte en alimento adecuado para las bacterias.
Para analizar el amoníaco, tome una muestra de agua, agregue unas gotas de cáustico al 50 % y agite la muestra. Si el amoníaco está presente en el agua, el fuerte olor será evidente.
Resumen de las fuentes de agua de reposición de ósmosis inversa y técnicas de análisis
Agua superficial
Cuando se utiliza agua superficial para maquillaje, se recomienda realizar pruebas de microbios, orgánicos, sólidos suspendidos y coloidales. Los cambios de estación y los cambios en las condiciones climáticas pueden causar fluctuaciones rápidas en los niveles de estos componentes, por lo que es importante realizar pruebas con frecuencia.
Agua de pozo
Aunque la calidad del agua de pozo generalmente se considera consistente, se recomienda realizar pruebas semestrales, ya que puede tener altos niveles de minerales y sulfuro de hidrógeno, así como algunas bacterias.
Agua gris
Varios contaminantes en aguas grises pueden causar problemas en los sistemas de ósmosis inversa, por lo que se recomienda realizar pruebas frecuentes. Es importante realizar pruebas para detectar bacterias y lavar el alojamiento del filtro del cartucho con regularidad.
La importancia de probar el agua de reposición de ósmosis inversa
Independientemente de la fuente de agua de aporte, recomendamos establecer tendencias de química del agua y otros componentes y mantener las tendencias en archivo. Estos datos pueden ayudar en la resolución de problemas si surgen problemas de ósmosis inversa.
Al igual que con toda la tecnología, la diligencia debida es importante para determinar la viabilidad de utilizar los métodos descritos aquí. Consulte siempre los manuales de su equipo y solicite orientación a su representante de tratamiento de agua para abordar las necesidades específicas de la planta.
