La microfiltración y la nanofiltración son tecnologías de membrana que permiten tratar el agua potable mediante mecanismos de separación física y selectiva. La microfiltración retiene principalmente sólidos suspendidos, bacterias, algas, protozoos y partículas relativamente grandes, mientras que la nanofiltración elimina con mayor eficacia la dureza, los compuestos orgánicos, los pesticidas, algunos metales pesados y los iones multivalentes.
La elección depende del origen y la composición del agua, del tipo de contaminante que se desea eliminar y de la finalidad del tratamiento. Para una eliminación básica de partículas se utiliza la microfiltración; cuando se necesita reducir la dureza y determinados contaminantes orgánicos sin desmineralizar completamente el agua, la nanofiltración resulta más adecuada.
Qué es la filtración por membranas
Antes de abordar el tema, hemos de tener en cuenta que dentro del mundo de la filtración, entendiendo como tal el proceso de separación física de unos solidos a través de una membrana semi-porosa, existen diferentes niveles dependiendo del diámetro de los poros que utilice la membrana. Cuantos más pequeños sean estos, mayor será la calidad resultante y más exhaustivo el proceso de filtración, ya que se descartarán todos los sólidos cuyo diámetro sea superior al de los poros de la membrana.
Las membranas de filtración se han convertido en tecnologías esenciales para garantizar agua de calidad en sectores industriales, municipales y residenciales. La diferencia entre microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa es clave para seleccionar la solución adecuada según el tipo de contaminante y la aplicación deseada.
| Proceso | Tamaño de poro indicado | Retención principal |
|---|---|---|
| Filtración multicapa | >100 | Partículas grandes |
| Filtración de cartuchos | >1 | Sólidos de mayor tamaño |
| Filtración sobre precapa | >0.5 | Partículas relativamente finas |
| Microfiltración | >0.1 | Sólidos suspendidos, bacterias y protozoos |
| Ultrafiltración | >0.01 | Virus, coloides, bacterias y macromoléculas |
| Nanofiltración | 0.001-0.01 | Dureza, materia orgánica e iones multivalentes |
| Ósmosis inversa | < 0.04 | Sales disueltas y contaminantes de tamaño molecular |
| Electrodiálisis | < 0.03 | Iones disueltos |
Microfiltración: funcionamiento y capacidad de eliminación
La microfiltración es un proceso de filtración por medio de una membrana microporosa que elimina los contaminantes de un fluido. El tamaño de poro de la membrana oscila desde 0.1 hasta 1 micras o micrones.
La microfiltración utiliza membranas con un tamaño de poro de 0.1 a 10 micras. Está diseñada para eliminar sólidos suspendidos, bacterias y algunas partículas grandes, pero no elimina sales disueltas ni virus.
Tanto la ultrafiltración como la microfiltración utilizan membranas porosas que permiten el paso de agua y partículas muy pequeñas, mientras que retienen sólidos, microorganismos y macromoléculas. La diferencia principal entre ambas tecnologías radica en el tamaño de los poros y en el tipo de contaminantes que pueden retener.
Los filtros pueden ser a presión atmosférica o un recipiente a presión. Pueden ser fibras huecas, hojas planas, tubulares, espirales, de fibra fina hueca o una superficie grabada.
Contaminantes que retiene la microfiltración
La MF se utiliza para eliminar partículas grandes, como sedimentos, algas, algunas bacterias y protozoos. No puede retener virus ni moléculas disueltas, como sales y compuestos orgánicos pequeños.
La microfiltración se puede utilizar en muchas aplicaciones, tales como la esterilización en frío de bebidas y productos farmacéuticos, la clarificación de zumos, vino y cerveza, la separación de las bacterias del agua, el tratamiento previo de la ósmosis inversa, la separación aceite-agua, tratamientos de efluentes, agua de uso médico, agua de laboratorio, o cualquier aplicación de agua de alta pureza.
Es común en aplicaciones de pretratamiento de agua, bebidas y alimentos, así como en la industria farmacéutica para clarificación de líquidos. Se usa en procesos donde el agua ya tiene un nivel de pureza aceptable pero requiere eliminación de partículas visibles y patógenos más grandes.
Limitaciones de la microfiltración
La microfiltración es diferente de la ósmosis inversa y la nanofiltración, ya que no requiere presión y no elimina los contaminantes sólidos disueltos.
Los filtros son porosos y permiten que el agua pase a través de ellos, así como elementos monovalentes, materia orgánica disuelta, pequeños coloides, bacterias y virus.
Sistemas de microfiltro debe tener un tratamiento previo adecuado para prevenir frecuente y / o irreversible ensuciamiento de la membrana.
Nanofiltración: separación selectiva para agua potable
La nanofiltración es un proceso de filtración de membrana que se utiliza con aguas de bajos sólidos disueltos totales. El propósito es suavizar el agua y desinfectar mediante la eliminación de la materia orgánica natural y materia orgánica sintética.
Las membranas de nanofiltración trabajan en un rango de 0.001 micras. Su principal ventaja es que eliminan dureza, causada principalmente por calcio y magnesio, pesticidas, compuestos orgánicos y algunos metales pesados, mientras permiten pasar parte de las sales.
La nanofiltración es un proceso de membrana de presión en el que se fuerza el agua a pasar a través de una membrana semipermeable con poros de tamaño nanométrico, de 1-10 nm. La nanofiltración es una tecnología de filtración de flujo cruzado.
Los poros son lo suficientemente pequeños para rechazar moléculas y iones de tamaño medio, como iones divalentes, calcio y magnesio, y moléculas orgánicas grandes, pero más grandes que los poros de las membranas de ósmosis inversa, lo que permite el paso de más solutos de menor tamaño, como iones monovalentes, sodio y cloruro.
Qué contaminantes elimina la nanofiltración
La técnica es principalmente aplicada para la eliminación de sustancias orgánicas, tales como micro contaminantes e iones multivalentes. Las membranas de nanofiltración retienen moderadamente las sales univalentes.
Las membranas de nanofiltración pueden eliminar moléculas orgánicas relativamente grandes, como pesticidas, herbicidas y compuestos orgánicos volátiles. Esto es útil para purificar el agua en industrias como la alimentaria o para el tratamiento de aguas residuales.
La nanofiltración puede ser utilizada para eliminar metales pesados, colorantes y otros compuestos en industrias como la textil, la química y la de procesamiento de alimentos, donde se requiere la remoción selectiva de ciertas sustancias sin alterar la composición del agua o del producto.
La nanofiltración permite el paso de algunos iones monovalentes, como sodio y cloruro, lo que resulta en una desalación parcial. Esto es útil cuando no se requiere la eliminación completa de sales, por ejemplo, en la producción de agua potable con bajos niveles de salinidad.
Aplicaciones de la nanofiltración
La nanofiltración se aplica en pasos de purificación de agua potable, tales como ablandamiento del agua, decoloración y eliminación de micro contaminantes. Durante los procesos industriales la nanofiltración se aplica para la eliminación de sustancias orgánicas, tales como agentes colorantes.
La nanofiltración puede ser utilizada en muchas aplicaciones tales como la fabricación de medicamentos, productos lácteos, textiles, panaderías, agua, agua de laboratorio médico, o cualquier aplicación de agua de alta pureza.
- La eliminación de pesticidas de las aguas subterráneas.
- La eliminación de metales pesados de las aguas residuales.
- Reciclaje de aguas residuales en lavanderías.
- Ablandamiento del agua.
- Eliminación de nitratos.
La nanofiltración es muy efectiva para eliminar iones divalentes como el calcio y el magnesio, lo que la hace ideal para el ablandamiento de agua. Este proceso es particularmente útil en aplicaciones donde se necesita agua menos dura para prevenir depósitos de sarro en equipos o instalaciones.
Debido a su capacidad para eliminar iones que causan incrustaciones, la nanofiltración se utiliza a menudo como paso de pretratamiento en procesos industriales, protegiendo equipos sensibles a la acumulación de minerales.
Microfiltración y nanofiltración en la producción de agua potable
En los sistemas de agua potable, la MF se usa para eliminar contaminantes visibles y patógenos grandes, como Giardia y Cryptosporidium. La UF puede ser el paso final de purificación para asegurar la eliminación de virus y macromoléculas orgánicas, dejando el agua apta para el consumo humano, especialmente en áreas con agua contaminada o en aplicaciones de emergencia.
La nanofiltración se utiliza en sistemas de agua potable donde se requiere suavización sin desmineralización completa. La microfiltración, por su parte, se emplea cuando el objetivo principal es reducir la carga de partículas y microorganismos de mayor tamaño.
En el tratamiento de aguas y otros fluidos, la combinación de la ultrafiltración y la microfiltración se puede emplear en un enfoque de tratamiento en etapas o de pretratamiento, donde ambas tecnologías juegan un papel clave en la clarificación, la desinfección y la purificación de líquidos.
Tratamiento en etapas
Microfiltración: Se usa comúnmente como un paso inicial para eliminar partículas grandes, sólidos suspendidos y microorganismos como bacterias y protozoos. Esta etapa es útil como pretratamiento para procesos más avanzados, como la ultrafiltración o la ósmosis inversa.
Ultrafiltración: Después de la microfiltración, la ultrafiltración puede eliminar virus, proteínas y macromoléculas que no fueron retenidas por la microfiltración. Esto deja el agua en un estado casi libre de contaminantes biológicos, pero sin afectar las sales y otros solutos disueltos.
La combinación de etapas permite que cada membrana trabaje sobre una fracción diferente de los contaminantes. La microfiltración reduce la carga de partículas de mayor tamaño y la nanofiltración actúa posteriormente sobre la dureza, los compuestos orgánicos y determinados iones.
Diferencias entre microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa
La ultrafiltración cuenta con poros mucho más finos, entre 0.01 y 0.1 micras, lo que permite retener virus, coloides y proteínas, además de bacterias y sólidos. Se utiliza ampliamente en la producción de agua potable, procesos industriales y como pretratamiento para ósmosis inversa, prolongando la vida útil de las membranas RO.
Las membranas de ultrafiltración son más cerradas que las de microfiltración, pero más abiertas que las de nanofiltración y ósmosis inversa. Utiliza baja presión para forzar el fluido a través de la membrana, lo que resulta en menores costos de operación.
| Tecnología | Contaminantes retenidos principalmente | Sales disueltas | Aplicación característica |
|---|---|---|---|
| Microfiltración | Sedimentos, sólidos suspendidos, algas, bacterias y protozoos | No las elimina | Clarificación y pretratamiento |
| Ultrafiltración | Virus, coloides, bacterias, proteínas y macromoléculas | No elimina iones pequeños | Agua potable y pretratamiento de OI |
| Nanofiltración | Calcio, magnesio, pesticidas, materia orgánica y algunos metales pesados | Permite pasar parte de las sales | Ablandamiento y desalación parcial |
| Ósmosis inversa | Sales, metales pesados, virus, bacterias y contaminantes químicos | Retiene hasta el 99% de las sales disueltas | Desalinización y agua ultrapura |
Nanofiltración frente a ósmosis inversa
La principal diferencia entre los sistemas de ósmosis inversa y la nanofiltración es que la membrana nano no es tan cerrada y funciona a una presión de agua de alimentación inferior. Además, no elimina iones monovalentes del agua tan eficazmente como la membrana de ósmosis inversa.
Nanofiltros también eliminan menos iones monovalentes que ósmosis RO, aproximadamente el 50-90%. Esto permite a la membrana eliminar la dureza del agua y reduce un poco el contenido total de sólidos disueltos.
La nanofiltración requiere presiones más bajas, lo que implica un menor consumo energético y menores costos operativos. Las membranas de nanofiltración son eficaces para eliminar selectivamente contaminantes específicos, como iones multivalentes y moléculas orgánicas grandes, permitiendo el paso de algunos iones pequeños o monovalentes, como el sodio y el cloruro.
Mientras que la ósmosis inversa se usa principalmente para desalinización y purificación de agua, la nanofiltración se emplea en aplicaciones más específicas, como el ablandamiento de agua y la eliminación de compuestos orgánicos o selectos iones.
Ósmosis inversa como tecnología de mayor retención
La ósmosis inversa es el proceso más avanzado, capaz de retener hasta el 99% de sales disueltas, metales pesados, virus, bacterias y contaminantes químicos. Con un tamaño de poro cercano a 0.0001 micras, se emplea en desalación de agua de mar, generación de agua ultrapura para farmacéutica y electrónica, así como en reutilización de aguas residuales.
La ósmosis inversa invierte el proceso natural de ósmosis. En la ósmosis natural, el agua fluye de una solución con baja concentración de solutos, agua pura, a una solución de alta concentración a través de una membrana semipermeable para equilibrar la concentración de solutos a ambos lados de la membrana.
En la ósmosis inversa, una bomba de alta presión empuja el agua a través de una membrana que bloquea los solutos, permitiendo que el agua pura, o con una muy baja concentración de solutos, pase, mientras que los solutos y contaminantes son retenidos en el lado de alta concentración.
En el tratamiento de agua los sólidos disueltos al generar esta presión quedan retenidos en la membrana y sólo pasa el agua, a esto se le llama ósmosis inversa. Para lograr este efecto del paso del agua es necesario presurizar el agua a un valor superior al de la presión osmótica.
Aplicaciones de la ósmosis inversa
La ósmosis inversa se utiliza para transformar agua salada, del mar o salobre, en agua dulce. Es una de las tecnologías más usadas para generar agua potable en regiones con escasez de agua.
Se utiliza para eliminar impurezas, metales pesados, pesticidas, microorganismos y productos químicos. Este tipo de purificación es muy común en el agua para consumo humano, en la industria alimentaria, farmacéutica y para la fabricación de microchips.
La ósmosis inversa es usada en muchas industrias para el tratamiento de efluentes y aguas residuales, permitiendo la recuperación de agua y la reducción de contaminantes antes de su descarga.
También se aplica para la producción de agua ultrapura y de agua de abastecimiento de calderas, en la concentración de zumos de frutas, azúcar y café, en la concentración de aguas residuales de la industria de galvanizados y en la concentración de leche para la producción de queso.
Agua de rechazo y mantenimiento
Las membranas de ósmosis inversa tienen la característica de hacer una limpieza continua mientras trabajan, porque de no ser así, sufrirían una acumulación de contaminantes y una saturación en poco tiempo, por lo que parte del flujo de agua de entrada arrastra los contaminantes, sales y minerales.
A esto se le conoce como agua de rechazo, que comúnmente es 40% de agua producto y 60% de agua de rechazo, en equipos con agua de calidad relativamente buena, puede ser 50% / 50% o en aguas con sólidos disueltos totales, TDS, bajos hasta 60% / 40%.
Una membrana de ósmosis inversa en un equipo correctamente diseñado puede durar entre 3 y 5 años. Es importante hacer los mantenimientos periódicos con químicos para limpieza de membranas, siguiendo los consejos del fabricante.
En membranas de uso doméstico el tiempo de vida es más corto, de 2 a 3 años, debido a que no es posible realizar los mantenimientos antes mencionados.
Pretratamiento del agua antes de la nanofiltración y la ósmosis inversa
El pre-tratamiento del agua de abastecimiento para las instalaciones de nanofiltración y de ósmosis inversa influye mucho en la eficacia de la instalación. La forma de pre-tratamiento requerida depende de la calidad del agua entrante.
El propósito del pre-tratamiento es reducir el contenido en materia orgánica y la cantidad de bacterias, así como reducir el MFI. El contenido en materia orgánica y las cantidades de bacterias deben ser tan bajas como sea posible para prevenir la llamada bioobstrucción de membranas.
- Las membranas tienen un mayor límite de vida cuando se realizan pre-tratamientos.
- Se extiende el tiempo de producción de la instalación.
- Las tareas de mantenimiento se simplifican.
- Los costes de empleo son menores.
En aguas con concentraciones altas de sólidos disueltos, dureza o presencia de sílice es recomendable dosificar un anti-incrustante mediante una bomba. También es importante el pre-tratamiento que incorpora el equipo: eliminación de partículas en suspensión mediante cartuchos de sedimentos o equipos de lecho profundo, equipos de carbón activado y suavizadores, si es necesario.
Además del pre-tratamiento se puede añadir una dosis química, ácido o anti-escamante, para prevenir la descamación y precipitación de sólidos insolubles, tales como carbonato de calcio y sulfato de bario en la superficie de la membrana.
Aparte de los métodos mencionados también hay otras formas de purificar el agua entrante, tales como desinfección y filtración con carbón activo.
Ensuciamiento, incrustaciones y limpieza
La nanofiltración es especialmente sensible a la formación de incrustaciones y fouling. El fouling puede ser causado por sustancias orgánicas, coloides o biofilms que se adhieren a la superficie de la membrana, lo que requiere limpiezas periódicas.
En los sistemas de ósmosis inversa, el fouling es un problema común. Ocurre cuando los contaminantes quedan atrapados en la superficie o en los poros de la membrana, lo que reduce su eficiencia.
Para combatir esto, se aplican pretratamientos del agua y métodos de limpieza como el uso de detergentes especiales, limpieza con productos químicos o mediante técnicas físicas, como el backwashing.
La microfiltración y la ultrafiltración también requieren control de partículas y microorganismos. La reducción de la acumulación de sólidos suspendidos y materia orgánica prolonga los ciclos de filtración y disminuye el consumo energético.
Cómo elegir la membrana adecuada
A la hora de pensar en el mejor sistema para tratar el agua de nuestro hogar tendremos que pensar en varios factores.
Origen del agua
No es lo mismo que estemos hablando de un agua potable del grifo, un agua de pozo o agua que captemos en una acequia.
Composición del agua
Para un buen tratamiento deberíamos acudir a un análisis físico-químico del agua y bacteriológico del agua.
Finalidad del agua tratada
No es lo mismo usarla para beber que para regar por razones obvias, ya que en el primer caso las características serán diferentes.
Selección según el objetivo
- Para un filtrado básico se recomienda la MF.
- Si se necesita una barrera contra virus y coloides, la UF es la opción.
- La NF es ideal para reducir dureza y contaminantes orgánicos.
- La RO es indispensable cuando se requiere agua ultrapura o desmineralizada.
Una vez dilucidados estos tres puntos podremos optar por el sistema de microfiltración si es el que más se ajusta a nuestras necesidades.
Uso combinado de microfiltración y nanofiltración
La microfiltración puede utilizarse como una etapa inicial para retirar sólidos suspendidos, bacterias y partículas que podrían obstruir una membrana de nanofiltración. La nanofiltración puede actuar después sobre la dureza, los pesticidas, la materia orgánica y los metales pesados que atraviesan la microfiltración.
En sistemas más completos, la microfiltración y la ultrafiltración se usan como pretratamiento para la ósmosis inversa, protegiendo sus membranas de obstrucciones y fouling. La MF elimina partículas más grandes, mientras que la UF proporciona una filtración más profunda, asegurando que la mayoría de los sólidos suspendidos, virus y bacterias se hayan eliminado antes de que el agua llegue a las membranas de ósmosis inversa.
La nanofiltración puede elegirse cuando se busca una separación más selectiva que la microfiltración o la ultrafiltración, pero no se requiere la alta presión ni la selectividad de la ósmosis inversa.
La eficacia del sistema depende de que el tamaño de poro, la presión de operación, el pretratamiento y el objetivo de calidad estén correctamente relacionados con la composición del agua.
Membrana Nanofiltracion
tags: #microfiltracion #y #nanofiltracion #en #el #area
Publicaciones populares:
- Aldeamayor de San Martín: planta de aguas residuales
- Todo sobre la retirada de la obligatoriedad de las mascarillas y las recomendaciones actuales
- Cómo desinfectar mascarillas de manera segura
- Funcionamiento de Ósmosis Hidrowater Tiber Plus
- Diferencias entre mascarillas de acetato y pantallas faciales