Osmosis Inversa

¿Qué es la Osmosis inversa?

La ósmosis es un proceso natural que ocurre en plantas y animales. Cuando dos soluciones con diferentes concentraciones separadas por una membrana semipermeable (es decir, permite el paso de agua pero no de sales), existe un flujo natural de agua de la parte menos concentrada a la parte mas concentrada para igualar las concentraciones finales. El paso del agua crea una presión denominada presión osmótica.

Este proceso lo podemos invertir aplicando una presión externa mayor a la presión osmótica haciendo circular el agua de la solución más concentrada a la menos concentrada.

Como resultado conseguiremos de un lado las sales y por el otro lado el agua purificada con bajo contenido en sales.

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¿Que es la Difusión?

Agarra un vaso de agua tibia del grifo y vierte una pizca o dos de sal (cloruro de sodio). Incluso sin revolver, la sal comenzará a disolverse en el agua tibia. Los átomos de sodio y los de cloruro se separan de la estructura de los granos sólidos de sal y se mezclan con las moléculas de agua. El sodio y el cloruro se encuentran en una condición cargada. El sodio es positivo y el cloruro negativo, y en esta condición, hablando estrictamente, se llaman iones y no átomos. El sodio se encuentra en la forma de ión de sodio, y el cloruro en la forma de ión de cloruro. En este estado separado y cargado, los iones tienden a dispersarse uniformemente a través del vaso de agua.

Funcionamiento general de una planta por Ósmosis Inversa
  • Toma de agua al sistema
  • Sistema de pre-tratamiento.

La ósmosis inversa al ser una técnica de hiperfiltración donde el agua pasa a través de la membrana, exige que los niveles de sólidos en suspensión y materia viva (materias, algas, etc.) sean lo más pequeños posibles para evitar un rápido ensuciamiento de la membrana.

El sistema de pre-tratamiento es básicamente el mismo utilizado en plantas de tratamiento y producción de agua potable. Esto significa procesos de filtración y micro-filtración y complementariamente la adición de compuestos químicos (coagulantes, antioxidantes, acidificador e inhibidores de incrustaciones). Además a esto hay que incluir métodos de desinfección mediante cloración, UV o aplicación de ozono. Para más información sobre productos químicos para el tratamiento del agua.

  • Bomba de alimentación de alta presión.

Esto es necesario para aplicar la presión necesaria para separar las sales como se ha descrito anteriormente.

Esto incluye el tanque construido con fibra de vidrio, válvulas automáticas, bomba para membranas de inyección y sistema de limpieza

  • Elementos de membrana de osmosis inversa
  • Post-tratamiento o acondicionamiento del agua. Básicamente consiste en la neutralización del PH y desinfección (UV, ozonización, etc.).
Membranas para osmosis inversa

Una membrana para osmosis inversa debe ser adecuada para resistir presiones mucho mayores a la diferencia de presiones osmóticas de ambas soluciones. En general para aguas salobre de menor concentración en sales se debe aplicar una presión de 5-25 bar. En el caso del agua del mar esta presión puede ascender a 50-90 bar. Por ejemplo un agua bruta de 35.000 ppm de TDS a 25ºC tiene una presión osmótica de alrededor de 25 bar, pero son necesarios 70 bar para obtener permeado.

Hasta hace poco las membranas más utilizadas eran de acetato de celulosa que podían trabajar de manera continua con cloro, aunque en contrapartida debían trabajar en medio acido para evitar su hidrólisis. Actualmente se ha pasado a utilizar membranas de poliamida aromática que tienen una menor presión de operación y por consiguiente, disminución de la energía. Además se obtiene una mejor calidad de producto y no esta condicionada por PH especifico. Las membranas que se fabrican actualmente se montan dentro de tubos horizontales de diámetros normalizados llamados módulos que mejoran su rendimiento y limpieza, minimiza la polarización, son más compactos y facilita su sustitución.

Existen dos tipos de membranas contenidas en estos módulos: de fibra hueca y de arrollamiento en espiral. En el caso de membrana de fibra hueca, el agua salada presurizada circula por fuera de las fibras mientras el filtrado circula por el interior de las mismas hacia el final de la fibra donde se recoge el permeado de los miles de fibras; contienen más superficie por unidad de volumen que las espirales, por lo que suelen ser más usadas.

Nanotecnologia en las Membranas

Los científicos creen que este recurso podría ser más y mejor explotado, con técnicas de desalinización más eficientes y menos costosas. Dos investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han dado un interesante paso en ese camino. En simulaciones, dicen haber demostrado que los nanoporos de grafeno pueden filtrar la sal del agua a una velocidad de 2 a 3 veces mayor que la mejor tecnología de desalinización comercial que existe en la actualidad (la ósmosis inversa).

Los investigadores creen que la superior permeabilidad al agua del grafeno podría conducir a técnicas de desalinización que requieren menos energía y equipos. Los investigadores creen que este material permite el flujo real de agua, evita por completo que se filtre la sal y tiene una permeabilidad 20 veces mayor en comparación a la ósmosis inversa. Y todo ello mucho más rápido que con las técnicas actuales.

Una sola capa de grafeno, que tiene un átomo de carbono de espesor, resulta muy delgada, por lo que es ventajoso para la desalinización del agua. En la eficacia de la deslinización participan el tamaño de los poros del material y la presión aplicada. Claro que esto tiene un pequeño inconveniente: hace falta que la humanidad consiga fabricar grafeno de forma sencilla y barata.

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