Osmosis inversa (RO)
La ósmosis inversa (RO) es una tecnología de purificación de agua que utiliza una membrana semipermeable para eliminar las partículas más grandes del agua potable. En la ósmosis inversa, se usa una presión aplicada para vencer la presión osmótica, una propiedad coligativa, que está impulsada por el potencial químico, un parámetro termodinámico. La ósmosis inversa puede eliminar muchos tipos de moléculas e iones de las soluciones, incluidas las bacterias, y se utiliza tanto en procesos industriales como en la producción de agua potable. El resultado es que el soluto se retiene en el lado presurizado de la membrana y el disolvente puro puede pasar al otro lado. Para ser “selectivo”, esta membrana no debe permitir moléculas grandes o iones a través de los poros (agujeros), pero debe permitir que los componentes más pequeños de la solución (como el disolvente) pasen libremente.
En el proceso de ósmosis normal, el solvente se mueve naturalmente desde un área de baja concentración de soluto (alto potencial de agua), a través de una membrana, a un área de alta concentración de soluto (bajo potencial de agua). El movimiento de un disolvente puro se dirige a reducir la energía libre del sistema igualando las concentraciones de solutos en cada lado de la membrana, generando presión osmótica. La aplicación de una presión externa para revertir el flujo natural de solvente puro, por lo tanto, es la ósmosis inversa. El proceso es similar a otras aplicaciones de tecnología de membrana. Sin embargo, las diferencias clave se encuentran entre la ósmosis inversa y la filtración. El mecanismo de eliminación predominante en la filtración de membrana es el estiramiento, o la exclusión de tamaño, por lo que el proceso teóricamente puede lograr la exclusión perfecta de partículas independientemente de los parámetros operativos, como la presión y la concentración del influente. Además, la ósmosis inversa implica un mecanismo difusivo, por lo que la eficacia de la separación depende de la concentración de soluto, la presión y la tasa de flujo de agua. La ósmosis inversa es más comúnmente conocida por su uso en la purificación de agua potable a partir del agua de mar, eliminando la sal y otros materiales efluentes de las moléculas de agua.
Historia
El proceso de ósmosis a través de membranas semipermeables fue observado por primera vez en 1748 por Jean-Antoine Nollet. Durante los siguientes 200 años, la ósmosis fue solo un fenómeno observado en el laboratorio. En 1949, la Universidad de California en Los Angeles investigó por primera vez la desalinización del agua de mar utilizando membranas semipermeables. Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles y la Universidad de Florida produjeron agua dulce a partir de agua de mar a mediados de la década de 1950, pero el flujo era demasiado bajo para ser comercialmente viable hasta el descubrimiento en la Universidad de California en Los Ángeles por Sidney Loeb y Srinivasa Sourirajan en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, Ottawa, de técnicas para hacer membranas asimétricas caracterizadas por una capa de “piel” efectivamente delgada soportada sobre una región de sustrato altamente porosa y mucho más gruesa de la membrana. John Cadotte, de FilmTec Corporation, descubrió que las membranas con un flujo particularmente alto y un bajo paso de sal podían fabricarse por polimerización interfacial de m-fenilendiamina y cloruro de trimesoilo. La patente de Cadotte sobre este proceso fue objeto de un litigio y desde entonces ha expirado. Casi todas las membranas comerciales de ósmosis inversa se fabrican ahora con este método. A fines de 2001, alrededor de 15.200 plantas de desalinización estaban en operación o en las etapas de planificación, en todo el mundo.] Tren de producción de OI, Planta de Coral O del Cabo Norte
Proceso
La ósmosis es un proceso natural. Cuando dos líquidos con diferentes concentraciones de un soluto están separados por una membrana semipermeable, el fluido tiene una tendencia a moverse de concentraciones bajas a altas de soluto para el equilibrio del potencial químico.
Formalmente, la ósmosis inversa es el proceso de forzar un solvente desde una región de alta concentración de soluto a través de una membrana semipermeable a una región de baja concentración de soluto aplicando una presión que excede la presión osmótica. La aplicación más grande y más importante de la ósmosis inversa es la separación del agua pura del agua de mar y las aguas salobres; el agua de mar o salobre se presuriza contra una superficie de la membrana, causando el transporte de agua empobrecida a través de la membrana y la aparición de agua potable desde el lado de baja presión.
Las membranas utilizadas para la ósmosis inversa tienen una capa densa en la matriz del polímero, ya sea la piel de una membrana asimétrica o una capa polimerizada interfacialmente dentro de una membrana de material compuesto de película delgada, donde se produce la separación. En la mayoría de los casos, la membrana está diseñada para permitir que solo el agua pase a través de esta capa densa, mientras que previene el paso de solutos (como los iones de sal). Este proceso requiere que se ejerza una alta presión en el lado de alta concentración de la membrana, generalmente 2-17 bar (30-250 psi) para agua dulce y salobre, y 40-82 bar (600-1200 psi) para agua de mar, que tiene alrededor de 27 bar (390 psi) de presión osmótica natural que debe superarse. Este proceso es mejor conocido por su uso en la desalinización (eliminación de la sal y otras mineras
COMO TRABAJA LA OSMOSIS INVERSA
Purificación de agua y aguas residuales
El agua de lluvia recogida de los desagües pluviales se purifica con procesadores de agua de ósmosis inversa y se utiliza para irrigación de jardines y refrigeración industrial en Los Ángeles y otras ciudades, como una solución al problema de la escasez de agua. En la industria, la ósmosis inversa elimina los minerales del agua de la caldera en las centrales eléctricas. [10] El agua se destila varias veces. Debe ser lo más puro posible para que no deje depósitos en la maquinaria ni cause corrosión. Los depósitos dentro o fuera de los tubos de la caldera pueden dar como resultado un bajo rendimiento de la caldera, reduciendo su eficiencia y dando como resultado una producción pobre de vapor, por lo tanto, una producción pobre de energía en la turbina. También se usa para limpiar efluentes y aguas subterráneas salobres.
El efluente en volúmenes mayores (más de 500 m3 / d) debe tratarse primero en una planta de tratamiento de efluentes, y luego el efluente transparente se somete al sistema de ósmosis inversa. El costo del tratamiento se reduce significativamente y la vida de la membrana del sistema de ósmosis inversa aumenta. El proceso de ósmosis inversa se puede utilizar para la producción de agua desionizada.
El proceso de ósmosis inversa para la purificación del agua no requiere energía térmica. Los sistemas de ósmosis inversa de flujo continuo se pueden regular con bombas de alta presión.
La recuperación de agua purificada depende de varios factores, incluidos los tamaños de membrana, el tamaño de poro de la membrana, la temperatura, la presión de funcionamiento y el área de superficie de la membrana.
En 2002, Singapur anunció que un proceso llamado NEWater sería una parte importante de sus futuros planes de agua. Implica el uso de ósmosis inversa para tratar las aguas residuales domésticas antes de descargar el NEWater de nuevo en los depósitos.
Limpieza de ventanas
Un método cada vez más popular de limpieza de ventanas es el llamado sistema de “polo alimentado con agua”.
En lugar de lavar las ventanas con detergente, un método cada vez más popular para limpiar ventanas es el llamado sistema de “polo alimentado con agua”. En lugar de lavar las ventanas con detergente de la manera convencional, se frotan con agua altamente purificada, que típicamente contiene menos de 10 ppm de sólidos disueltos, usando un cepillo en el extremo de un poste largo que se maneja desde el nivel del suelo. La ósmosis inversa se usa comúnmente para purificar el agua.