Este documento trata sobre los fundamentos de los procesos de separación por membranas y ósmosis inversa. Explica los principales procesos de separación como microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa, así como factores que afectan su rendimiento como la presión, temperatura y concentración de sales. También cubre temas como pretratamiento, control de incrustaciones y ensuciamiento biológico para optimizar el funcionamiento de estos procesos.

1. Fundamentos de los procesos de
separación por membranas y
ósmosis inversa
1

2. 50 10,000
Ion Exchange
FILMTEC BW30 Elements
Electrodialysis
Raw Water Salt Concentration (mg/l)
Distillation
FILMTEC TW30 Elements
20,000
FILMTEC SW30HR
FILMTEC SW30 Elements
600
10,000
50 1,000
Reverse Osmosis
300
50
50,000
40,000
10,000
2,000
50,000
10 100,000
5
Procesos más utilizados
2

3. Separación por membranas
1 2 3 5 8 10 100 1000 104 105 106 107
Pollens Beach Sand
Bacteria
Viruses
Colloids
Sugars
Aqueous
Salts
Particle Filtration
Microfiltration
Ultrafiltration
Nano-
Filtration
Angstrom
Reverse
Osmosis
3

4. Impurezas en el agua
 Iones
 Sustancias amorfas (sin carga)
 Partículas
 Microbiologia
 Gases
4

5. ¿Qué elimina la OI?
 Iones
 Sustancias amorfas
 Partículas
 Microbiologia
O sea todo menos los gases
5

6. Filtración a presión
No adecuada para procesos de ósmosis
A  aumenta hasta =  
B Pequeñas cantidades de soluto precipitan y
ensucian la membrana.
6

7. Filtración tangencial
Necesaria para la ósmosis y nanofiltración
A Menor posibilidad de ensuciamiento
B Reduce la concentración por polarización
(mantiene –  )
C Genera un flujo de Concentrado y un flujo de
Permeado.
7

8. Tipos de membranas
y
Configuración
8

9. Módulos de arrollamiento en
espiral
Canal del concentrado
Permeado
Membranas
Canal del permeado
Flujo de agua
Alimentación
Rechazo
Product
Water
Rechazo
Brine Seal
9

10. Propiedades típicas de las
membranas
Soluto Mem acetato Mem poliamida
Sodium 85 - 99 96 - 99
Chloride 85 - 99 96 - 99
Calcium 90 - 99+ 98 - 99+
Magnesium 90 - 99+ 98 - 99+
Sulphate 90 - 99+ 98 - 99+
Carbonate 90 - 99+ 98 - 99+
Conductivity 85 - 99 97 - 99
Silica 80 - 90 98+
Gases 0 0

11. Propiedades típicas de las
membranas
Atributo Mem acetato Mem PA
Carga superficial Neutra Negativa
Presion 21-42 kgm/cm2 10-28 kgm/cm2
Temperatura 45°C (113°F) 45°C (113°F)
pH de trabajo Desde 4 a 6 Desde 3 a 11
Presiones para aguas salobres

12. Comparación entre ambas
Propiedad Mem acetato Mem de PA
Ventajas Robustez Rechazo +
Consumo energ
Desventajas Presión + Tolerancia al Cl2
Consumo ener+ Ensuciamiento
Sensibilidad al pH

13. Presiones habituales de operación
Membrana Rango de trabajo (bar)
Omosis inversa
agua de mar 35 - 80
agua salobre 6 - 25
Nanofiltracion 3 - 15
Ultrafiltracion 2 - 73
Microfiltracion 0.2 - 3
13

14. Definición de la nanofiltración
 Tamaño mínimo de retención de partículas
del orden de un nanometro (10e9)
 Entre la OI y UF
 Opera a presiones muy bajas
 Se emplea para la retención selectiva de
iones y de solutos de tamaño pequeño.
 Por ejemplo: reducción de nitratos, fosfatos,
silice etc.
14

15. Nanofiltration
Alimentación
Macromoleculas
Monovalentes Iones
Producto
Concentrado
Flujo del agua
Polivalentes Iones
15

16. Características de la microfiltración
 El mecanismo de separación es función del
tamaño de poro entre 0.1 y 1 micron.
 La presión de trabajo es independiente de la
presión osmótica.
 Se emplea “flujo total” como preferencia al
flujo tangencial
16

17. Microfiltracion
Alimentación
Flujo de agua
Macromoleculas
Iones
Producto
Concentrado
Sólidos en suspensión
17

18. Características de la Ultrafiltration
 El mecanismo de separación es función del
tamaño de poro entre 0.1 y 1 micron.
 La presión de trabajo es independiente de la
presión osmótica.
 El flujo tangencial evita el ensuciamiento de
la membrana.
18

19. Ultrafiltracion
Alimentación
Macromoleculas Iones
Producto
Concentrado
Flujo del agua
19

20. PRINCIPIOS BASICOS
DE LA OSMOSIS INVERSA
2109

21. Principio de la osmosis inversa
Presión
Concentrated
Solution
Pure
Water
Osmosis Inversa
21

22. Osmosis Inversa
Alimentación
Iones
Producto
Concentrado
Flujo de agua
22

23. Osmosis Inversa:
Qué puede hacer?
 Producir agua pura a partir del agua aportada
(permeado).
 Concentrar sales del agua de aporte
(rechazo).
 Separación selectiva de iones y pequeñas
partículas.
23

24. Osmosis Inversa:
Que no puede hacer
 Concentrar el 100% de las sales.
 Separar el 100% de las sales.
 Eliminar gases
Y a veces
No siempre es la mejor solución coste-efectiva:
Especialmente cuando la salinidad en el agua
de aporte es inferior a 750 mgr/litro.
24

25. Reglas memotécnicas
 100 ppm TDS ~ 1 psi osmotic pressure
 1,000 ppm TDS ~10 psi osmotic pressure
 35,000 ppm TDS ~350 psi osmotic pressure
 1 bar= 14,3 psi
25

26. Ecuaciones básicas en la
ósmosis inversa
2267

27. Balance de masas
Qf = Qp + Qr
QfCf = QpCp + QrCr
Donde:
Qf = Caudal de aporte, l/min
Qp = Caudal de permeado, l/min
Qr = Caudal de rechazo, l/min
Cf = concentración de sales en el aporte, mg/l
Cp = concentración de sales en el permeado, mg/l
Cr = concentración de sales en el rechazo, mg/l
Qf, Cf
Qp, Cp
Qr, Cr
27

28. Ecuaciones básicas
Conversión (%) =
Qpermeado
Qaporte
Paso de sales(%) =
x 100
Salinidad en el permeado
Salinidad en aporte
Rechazo de sales(%) = 100 – Paso de sales
x 100
28

29. Normalización de los datos de
operación
 Presión de la alimentación
 Temperatura
 Concentración de iones (conductividad)
 Conversión del sistema
29

30. Factores que afectan las
prestaciones de las membranas
 Presión de la alimentación
 Temperatura de la alimentación
 Concentración de sales en el aporte
 Incremento de % de conversión.
30

31. Rendimientos de la membrana
Aporte Permeado
Rechazo
(salmuera)
100 m3/hr
100 mg/l Ca
25 m3/hr
370 mg/l Ca
75 m3/hr
10 mg/l Ca
75%
Conversión
90% Rechazo
Conc.
Factor
=
Q aporte
Q rechazo
31

32. Opciones de pretratamiento
 Eliminación de sólidos en suspensión
Clarificacion
Filtracion
Membranas UF/MF/EDR
 Control de la actividad biológica
Cloración/decloración
Cloraminas
Biocidas no oxidantes (DBNPA)
Lámparas de ultravioleta
32

33. Opciones de pretratamiento
 Control de la incrustación y ajuste de pH
Antincrustantes-dispersantes
Ácido-control de pH
Intercambio iónico
33

34. Diseño de un sistema de OI
 Módulo (Elemento): Contiene la membrana
 Tubo: Modulos en Series (1 - 6)
 Etapas: Conjunto de tubos en paralelo
 Diseño: Nº de Etapas, Tubos/Etapa
 Tren: Conjunto de todo lo anterior
34

35. Diagrama de flujo de OI
APORTE
PERMEADO
50% CONVERSION MAX POR ETAPA
13 mg/L
20 mg/L
RECHAZO
4:2 DISEÑO
20 m3/hr
ETAPA 1 ETAPA 2
TREN 1
40 m3/hr
20
m3/hr
10 m3/hr
10 m3/hr
10 mg/L
100 mg/L
200 mg/L
370-400 mg/L
35

36. Prestaciones por elemento
 El sistema es dinámico por naturaleza.
Caudal de permeado, presión de la
alimentación, presión osmótica cambian a
través del sistema.
36

37. Pérdida de carga en los tubos
Pérdida de carga total= 1.2 bar
0.2-0.4 bar Pérdida de carga por membrana
25
psi
23.8
psi
395 psi 390 psi 385 psi
37

38. Factores que afectan las
prestaciones de las membranas
 Presión en la alimentación
 Temperatura en la alimentación
 Salinidad en la alimentación
 Incremento de conversión
38

39. Otros factores a tener en cuenta
 SDI o Factor de ensuciamiento
 Avisa sobre el potencial ensuciamiento del
sistema.
 El caudal de permeado baja y el paso de sal se
incrementa cuando existe un ensuciamiento
irreversible de la membrana.
39

40. ALGUNOS EJEMPLOS DE
INSTALACIONES
40

41. DESALADORA DE AGUA DE MAR
41

42. DESALADORA DE AGUA DE MAR
42

43. CENTRAL NUCLEAR- BFW
43

44. PRETRATAMIENTO DEL AGUA
44

45. Objetivos del pretratamiento
 Eliminación de partículas en suspensión y
coloides
 Evitar las incrustaciones
 Evitar el biofouling
45

46. Eliminación de SS y coloides
 Silt Density Index ( Fouling Index)
 Max 5
 Objetivo <3
 Turbidez
 Máx 1 NTU
 Objetivo < 0.2NTU
46

47. Silt Density Index (SDI)
 Se usa papel Millipore 0.45u
 Se mide el tiempo necesario para recojer un
volumen de 500 ml filtrado a los 5, 10 y 15
minutos
 Standard industrial
 No es suficientemente representativo para
confirmar el NO ensuciamiento de las
membranas
47

48. Eliminación de los SS y coloides
 Sistemas convencionales
 Coagulación / Floculación
 Clarificación / Filtración sobre arena / antracita
 Sistemas avanzados
 Microfiltración
 Ultrafiltración
 (en especial para aguas superficiales)
48

49. Eliminación de los SS y coloides
 Filtros de arena / antracita ( multicapa)
 Velocidad de filtración < 10 m3/m2/h
 Granulometría inferior a 1 mm y homogénea.
 Utilizar boquillas con falso fondo en lugar de
colector ramificado.
 Sistema de lavado con agua y aire.
 Atención a la frecuencia de lavado: mejor por
tiempo que por pérdida de carga.
 Respetar el tiempo de maduración del filtro hasta
obtener la calidad deseada en el efluente.
49

50. Consideraciones a tener en cuenta con
los coagulantes
 Compatibilidad del coagulante con la
membrana.
 Compatibilidad del coagulante con el anti-incrustante.
 Ensuciamiento de la membrana con hierro.
 Ensuciamiento de la membrana con
aluminio.
 No utilizar floculante en ningún caso!!!.
 Recomendar poliaminas y PDMAC
50

51. CONTROL DE LA INCRUSTACION
/ DEPOSICION
51

52. Control de la incrustación
 Limitar la conversión
 Descalcificación previa por resinas
 Dosificar ácido: Control de pH
 Agentes químicos: Fosfonatos, polimaleatos,
fosfincarboxilatos, etc
52

53. Disminución de la conversión
 Pérdida de rendimiento energético.
 Mayores costes de inversión.
 Mayor volumen de agua de rechazo.
53

54. Ablandamiento/ descalcificación
 Costes de inversión más elevados
 Vertido de salmuera debido a las
regeneraciones.
 Consumo de sal en exceso
 Modifica la calidad final del agua producida
54

55. Dosificación de ácido
 Solo es efectivo para el carbonato de cálcio
 Genera dióxido de carbono
 Costes de inversión adicionales
 Imprescindible para lasmembranas de
acetato de celulosa.
55

56. Antiincrustantes/ dispersantes
 No modifican la calidad del permeado
 No generan gases (dióxido de carbono)
 No generan vertidos adicionales
 Favorecen el incremento de la conversión.
 Dosis de empleo entre las 5-10 ppm en
aporte que equivalen a 20-40 ppm en el
rechazo.
56

57. ENSUCIAMIENTO BIOLOGICO
57

58. Ensuciamiento biológico
 Las membranas de poliamida son sensibles al
uso de oxidantes.
 Los procesos más comunes son:
 Cloración + Decloración
 Desinfección por UV
 Biocidas no oxidantes
 Se desaconseja el uso de filtros de carbón activo.
58

59. Límites en el agua de aporte
Parámetro Límite
SDI15 ≤ 3 para CIP cada 3 meses.
≤ 5 para CIP mínimo 30 días.
Turbidez <0,2 UNF
Hierro +Manganeso <0,2 ppm
Aluminio <0,1 ppm
DBO5 y DQO <20 ppm
SiO2 <150 ppm sin antiincrustante
especifico o <240 con antiinc.
TOC <5 ppm
LSI <+2,5 no aplicable para
TDS>15000 en el rechazo.
59

60. GAMA DE PRODUCTOS
DISPONIBLES EN ODYL
60

61. PROGRAMA OSMODYL DE GESTION TOTAL
Coagulantes
Floculantes
OSMODYL
Antiincrustantes
y Dispersantes
ACUAFOS
Reductor de Cl2
Ajuste de pH
OSMODYL
Limpieza
OSMODYL
Biocidas
Membranas y
filtros
Test de
evaluación del
proceso de
limpieza
Servicios analíticos
61

62. OSMODYL*325 (OI industrial)
 Antiincrustante/ dispersante para carbonatos y
sulfatos alcalinotérreos.
 CaCO3 hasta LSI de +2.5
 CaSO4 hasta +2.5 veces saturación
 BaSO4 hasta 80 veces saturación
 CaF2 hasta 100 veces saturación
 Fe hasta +0.5ppm en el rechazo
 Producto compatible con coagulantes catiónicos
usados en el pretratamiento.
 Dosis comprendida entre 3-15 ppm en aporte
62

63. OSMODYL*345/346 AP(potables)
 OSMODYL*345 AP (ácido) / *346 AP (neutro)
 CaCO3 hasta LSI +2.0
 CaSO4 hasta +2.0 veces la saturación
 BaSO4 hasta 60 veces la saturación
 CaF2 hasta 80 veces la saturación
 Fe hasta +0.2ppm en el rechazo
 Fosfonato calidad potable. Formulación líquida.
 Dosis comprendida entre 3-10 ppm
63

64. Gama de productos OSMODYL
 Efectivos como antincrustantes y dispersantes
Especialmente eficaces contra:
 Sulfatos, carbonatos y silicatos alcalinotérreos
 Sulfatos de bario y estroncio.
 Sales de aluminio, hierro y manganeso.
 Silice y silicatos
 Principios activos aceptados por la mayoría de
fabricantes.
64

65. Guía de selección del producto
 A tener muy en cuenta:
 Origen del agua.
 Sistema de pretratamiento y producto utilizados.
 Temperatura del agua de alimentación.
 Análisis del agua de aporte ( COMPLETO).
 Tipo de Membrana utilizada.
 Diseño del sistema.
 Calidad y cantidad de agua producida.
 Limites del vertido en la planta.
65

66. GAMA DE PRODUCTOS ODYL
Tratamiento de biocontrol
Gama OSMODYL
66

67. Gama de productos BIOCIDAS
 Tratamientos con biocidas no oxidantes dirigidos a reducir el
incremento de la presión diferencial asociada a la actividad
biológica (bio actividad) en el interior de la membrana.
 Pueden dosificarse en continuo o de forma discontinua en
función del producto y de la problemática existente.
 No incrementan la TOC deforma significativa en el rechazo.
 Aceptables desde el punto de vista medioambiental.
67

68. OSMODYL*107
 Formulado basado en la isotiazolona
 Aprobado por la mayoría de fabricantes de membranas.
 Efectivo a dosis bajas.
 No aporta TOC al efluente.
 Efectivo en dosificaciones en continuo, a choques o en
procesos de CIP con la planta parada.
 Muy efectivo como tratamiento preventivo después de
una limpieza química.
 Se controla mediante el test de bacterias totales en el
permeado y rechazo y con el seguimiento de los
parámetros de operación NORMALIZADOS.
68

69. OSMODYL*119
 Formulado a base de compuestos
organobromados
 Biocida de acción rápida.
 Se degrada en compuestos medioambientalmente
aceptables.
 Aprobado por los principales fabricantes de membranas.
 Suministrado al 20% de materia activa.
 Dosis normales de empleo:
OSMODYL*119 a 50 - 100 mg/l DURANTE 30 minutos
en proporción al caudal de alimentación con el permeado
vertido a drenaje.
69

70. GAMA DE PRODUCTOS ODYL
Productos de limpieza
70

71. Productos de limpieza
 Formulados a pH ácido para eliminar óxidos e incrustaciones
inorgánicas.
 Formulaciones a pH alcalino para eliminar biomasa, biofouling y
materia orgánica
 pH neutro para membranas de acetato de celulosa.
 Conservantes.
 Aceptados por la mayoría de fabricantes de membranas.
 Compatibles para sistemas de producción de agua potable.
71

72. OSMODYL*539
 OSMODYL *539 pH de utilización~2.5
 Producto específico para eliminar incrustaciones y óxidos
depositados en la superficie de la membrana.
 Apto para todo tipo de membranas: poliamina y acetato.
 Compuesto a base de ácido orgánico.
 Dosis de uso entre 1-5% respecto al volumen del CIP .
 Aumenta su efectividad a mayor temperatura (<35ºC).
 Aprobado por la mayoría de fabricantes.
72

73. OSMODYL*540
 OSMODYL*540 pH de utilización ~10.5
 Producto básico recomendado para eliminar contaminantes
orgánicos y materia coloidal depositada en la superficie de la
membrana.
 Especialmente recomendado para membranas de
poliamina aromática.
 Formulación compuesta a base de productos
tamponantes, secuestrantes y tensioactivos
 .Concentración de utilización comprendida entre 0,5-2%
con respecto al volumen del CIP.
 Aumenta su efectividad a mayor temperatura (<35ºC).
 Aprobado por la mayoría de fabricantes.
73

74. OSMODYL*543
 OSMODYL*543 pH ~2.5
 Mezcla de ácidos inorgánicos concentrado (nítrico y
fosfórico)
 Específico para sistemas altamente incrustados por sales
inorgánicas (sulfatos y carbonatos alcalinotérreos).
 Dosis de uso comprendida entre 0,5-2 % en proporción al
volumen total del CIP.
 Control de temperatura necesaria (<30ºC).
 Consultar antes de aplicar o recomendar.
 Manejar con precaución.
74

75. Proceso de limpieza (general)
 No superar la temperaturamáxima
recomendada por el fabricante de la
membrana: Consultar (aprox 30-40ºC)
 No lavar dos etapas al mismo tiempo.
 Utilizar un filtro de 10 micras pre o post del
sistema de limpieza (CIP).
 Mantener el caudal recomendado por tubo
incluso si ello significa limpiar menos tubos a
la vez.
75

76. Proceso de limpieza (general)
 Nunca supere los 4 bars de presión en el
proceso de limpieza ya que el contaminante
será retenido por la membrana.
 No utilice productos standard para limpiar el
ensuciamiento biológico. Biofouling debe ser
limpiado con productos específicos
diseñados para este propósito.
76

77. Proceso de limpieza
(general)
Tamaño Minimo
Caudal
Optimo
Caudal
Maximo
Caudal
4 “
diametro
23 lpm
(1.4 m3/hr)
38 lpm
(2.3 m3/hr)
45 lpm
(2.7 m3/hr)
8 “
diametro
91 lpm
(5.5 m3/hr)
151 lpm
(9.0 m3/hr)
227 lpm
(14 m3/hr)
77

78. Proceso de limpieza (general)
 Con excepción de aguas con alto contenido
en sílice, se debe limpiar primero a pH bajo.
Frecuentemente el ensuciamiento coloidal
esta recubierto por incrustación que debe
eliminarse primero con el limpiador ácido
seguida de una limpieza a pH alcalino para
eliminar el depósito orgánico.
78

79. Proceso de limpieza (general)
 Si la solución de limpieza se enturbia, purgar
como mínimo el 15% al drenaje. Debe
evitarse la recirculación de la suciedad en las
membranas.
 Use el limpiador a la concentración
recomendada por el fabricante. Tenga en
cuenta el volumen de tuberías y filtros.
 Para sistemas muy sucios efectúe un doble
lavado.
79

80. LINEA DE PRODUCTOS
80

81. Otros productos
 ACUAFOS REDUCTOR AP
 Reductor de cloro y derivados con el fin de evitar el
daño de las membranas de poliamida.
 ACUAFOS ACID AP
 Disminuye el pH y la alcalinidad en el agua de aporte a la
osmosis, reduciendo el riesgo de precipitación de
carbonatos y bicarbonatos en el interior de las
membranas.
81

82. Otros productos
 Coagulantes orgánicos y PMAC
 Coadyuvantes poliméricos para la retención en línea de la
materia coloidal y color.
 Inhibidor de corrosión para sistemas de distribución de
agua potable.
 Hipoclorito sódico.
82

83. Guía de resolución
de problemas
83

84. Problemas Guía 1
Caudal
Permeado
paso Diferencial
Sales
Presión
Causa
directa
Causa
indirecta
Medida
correctora
Daño por
oxidación
Cloro
ozone
Sustituir
elemento
Membrana
Fugas en
Contrapresión
en el perme-ado
o Abrasion
Sustituir
Elemento
“O” anillo
fugas
Defecto de
montaje
Montar de nuevo
“O” anillo
Fugas
Tubos
Daños
durante
el montaje
Sustituir
elemento
84

85. Caudal
Permeado
paso Diferencial
Sales
Presion
Causa
directa
Causa
indirecta
Medida
correctora
Incrustación Deficiente
Control
incrustación
Limpieza
Chequear
antiincrustante
Colloidal
Fouling
Deficiente
pretratatmiento
Limpieza
Mejorar el
pretratamiento
Biofouling Contaminación
Agua bruta
Limpieza y
desinfección
mejorar el
pretratamiento
Problemas Guía 2
85

86. Caudal
Permeado
paso Diferencial
Sales
presion
Causa
directa
Causa
indirecta
Medidas
correctoras
Orgánico
fouling
Aceites y
grasas
Polímeros
Limpieza
Mejora del
pretratamiento
Compactación Golpes de
ariete
Sustituir
Elemento o
añadir
elementos
Problemas Guía 3
86

87. 87
GRACIAS POR VUESTRA
DEDICADA ATENCION Y BUENAS
VENTAS