La obstrucción es una de las causas más comunes de pérdida de rendimiento en los sistemas de ósmosis inversa (RO) y ultrafiltración (UF). El término hace referencia a la obstrucción de la membrana: una acumulación de sustancias sobre la membrana o en su interior. La obstrucción afecta directamente a la eficiencia del sistema y casi siempre provoca una disminución de la capacidad, un aumento de la presión y de los diferenciales de presión, una reducción de las tasas de recuperación y un mayor consumo energético.
¿Qué es la incrustación?
Aunque «ensuciamiento» es un término general, existen varios tipos, cada uno de los cuales se desarrolla de forma diferente:
1. Bioincrustación
¿Qué es la bioincrustación?
La bioincrustación en tecnologías de membranas, como la ósmosis inversa (RO) y la ultrafiltración (UF), consiste en la acumulación de microorganismos —como bacterias, algas y hongos— que se adhieren a la membrana y continúan creciendo en ella. Esto crea una biopelícula pegajosa que reduce el caudal de agua y aumenta la presión, lo que a su vez eleva el consumo energético.
¿Cómo se forma la incrustación biológica?
La formación de bioincrustaciones depende de diversos factores. En primer lugar, debe haber microorganismos presentes en el agua. Además, deben darse las condiciones adecuadas para que los microorganismos crezcan, como la presencia de suficientes nutrientes orgánicos e inorgánicos, una temperatura elevada y oxígeno. Esto último depende de si las bacterias necesitan oxígeno para crecer (bacterias aeróbicas) o no lo necesitan (bacterias anaeróbicas). Factores como el caudal y el tipo de superficie de la membrana también influyen en la formación de biopelículas.
¿Dónde suele producirse la bioincrustación?
La bioincrustación en los sistemas de membranas es habitual en el tratamiento de agua de estanques, aguas superficiales o aguas residuales. El riesgo aumenta cuando el agua está caliente y estancada. Por ejemplo, en verano suelen producirse floraciones de algas en estanques de almacenamiento al aire libre o en aguas superficiales. Las aguas residuales contaminadas contienen numerosos microorganismos que también pueden provocar bioincrustación.
¿Cómo se puede prevenir la incrustación biológica?
La bioincrustación puede prevenirse de diversas formas. A menudo, esto se consigue mediante la prefiltración y la desinfección del agua antes de que pase a través de una membrana de ósmosis inversa (RO). La prefiltración puede consistir en una filtración por arena o en ultrafiltración (UF), que eliminan físicamente los microorganismos. La desinfección por rayos UV o la desinfección química eliminan los microorganismos, impidiendo que formen una biopelícula en la membrana de ósmosis inversa. Una combinación adecuada de filtración mecánica y desinfección reduce significativamente el riesgo de bioincrustación.
2. Incrustaciones orgánicas
¿Qué es?
La incrustación orgánica en los sistemas de ósmosis inversa (RO) y ultrafiltración (UF) se produce cuando sustancias orgánicas naturales, sintéticas o derivadas de microorganismos se adhieren a la superficie de la membrana. Entre ellas pueden encontrarse ácidos húmicos, azúcares, grasas, aceites, pesticidas u otras moléculas orgánicas. Esto da lugar a la formación de una capa orgánica que reduce el flujo de agua, aumenta la presión y eleva el consumo energético del sistema.
¿Cómo se produce?
La suciedad orgánica se produce porque tanto la superficie de la membrana como las sustancias orgánicas tienen una carga eléctrica específica, lo que hace que se atraigan entre sí. Este proceso también se conoce como adsorción. El riesgo de ensuciamiento orgánico depende del tipo de sustancia orgánica, del tipo de membrana y de la composición química del agua —como el valor del pH—, que influye en la carga tanto de la membrana como de las sustancias orgánicas.
¿Dónde suele producirse?
La incrustación orgánica se produce principalmente en el tratamiento de aguas superficiales y aguas de drenaje. Las aguas de drenaje suelen contener muchas sustancias orgánicas diferentes, como exudados de raíces, ácidos húmicos, fertilizantes orgánicos y pesticidas. Cuando se utilizan sustratos orgánicos, como la fibra de coco, el riesgo de incrustación es mayor. La contaminación orgánica también puede producirse en las aguas superficiales, por ejemplo, debido a vertidos industriales. La incrustación orgánica y la bioincrustación suelen reforzarse mutuamente: las capas orgánicas proporcionan nutrientes a los microorganismos, que a su vez forman biopelículas. Las algas, por ejemplo, también secretan sustancias orgánicas que se adhieren a la membrana.
¿Cómo se puede prevenir?
La suciedad orgánica puede prevenirse mediante un pretratamiento eficaz del agua. Entre los métodos más habituales se encuentran la coagulación, los filtros de carbón activo, la ultrafiltración o la nanofiltración para la eliminación (parcial) de sustancias orgánicas. El pretratamiento también puede consistir en la oxidación mediante ozono, peróxido de hidrógeno o cloro libre, que descomponen las sustancias orgánicas antes de que se adhieran a la membrana. Se recomienda precaución en este caso, ya que estos oxidantes también pueden dañar la membrana.
3. Incrustaciones coloidales
¿Qué es la obstrucción coloidal?
La obstrucción coloidal y la obstrucción por sólidos implican la formación de una capa compacta en la superficie de la membrana debido a la acumulación de sólidos en suspensión, como arcilla, arena, sílice coloidal y partículas de hierro. Los sólidos obstruyen la membrana, lo que reduce el flujo de agua, aumenta la presión y eleva el consumo energético del sistema. En las membranas de ósmosis inversa, la exposición prolongada a la suciedad coloidal también puede reducir la eliminación de sales disueltas, lo que provoca un aumento de la conductividad eléctrica (CE) en el permeado.
¿Cómo se produce?
La obstrucción coloidal se produce cuando sólidos no disueltos y en suspensión penetran en el sistema de membranas. Estas sustancias suelen ser demasiado pequeñas y ligeras para sedimentarse y, además, están cargadas eléctricamente. Cuando las partículas coloidales y sólidas se acumulan, pueden volverse inestables, lo que provoca que se aglomeren y se adhieran a la membrana. Esto crea una capa de sedimento en la superficie de la membrana y puede bloquear sus poros. Entre los factores que influyen en este proceso se encuentran la carga de la partícula coloidal, el pH del agua y la presencia de iones multivalentes, como el calcio y el magnesio.
¿Dónde suele producirse?
La obstrucción coloidal es habitual en el tratamiento de aguas de drenaje y aguas superficiales, pero también puede producirse en aguas subterráneas y aguas pluviales almacenadas en depósitos abiertos. Por ejemplo, las aguas de drenaje contienen partículas finas que se filtran del sustrato o fertilizantes mal disueltos. Las aguas de drenaje procedentes de sustratos orgánicos, como la fibra de coco, suelen contener más sólidos en suspensión. Las aguas superficiales y el agua de pozo pueden contener partículas de arcilla y/o arena. Durante episodios de viento fuerte o lluvia intensa, las partículas de arcilla o arena pueden acabar en un depósito abierto.
¿Cómo se previene la obstrucción coloidal?
La prefiltración es esencial para prevenir la obstrucción coloidal. Entre las técnicas de prefiltración más utilizadas para eliminar partículas coloidales y sólidas se encuentran la filtración en arena o multimedia, los filtros de cinta de papel, los filtros de rejilla automáticos, los filtros de disco y los filtros de cartucho. Además, se puede recurrir a la coagulación para provocar que las partículas coloidales se aglomeren. La ultrafiltración también puede utilizarse para eliminar partículas coloidales.
Formación de incrustaciones
Además de la incrustación, también existe la formación de sarro. A veces se confunden estos términos entre sí. La formación de sarro se debe a la cristalización de minerales, mientras que la incrustación es el resultado de una contaminación biológica, orgánica o coloidal. Dado que el enfoque varía en función del tipo de problema, es importante comprender claramente la distinción; en el artículo «¿Qué es la formación de incrustaciones y cómo se produce?», lo explicamos con más detalle. Explicamos esa diferencia entre ensuciamiento y formación de incrustaciones con más detalle en el artículo «¿Cuál es la diferencia entre ensuciamiento y formación de incrustaciones?».
¿Cómo se reconoce la incrustación?
La incrustación biológica, la incrustación orgánica y la incrustación coloidal tienen efectos similares, aunque distintos, sobre el rendimiento de un sistema de membranas. Esto también depende del tipo de tecnología de membranas que se utilice.
En la ultrafiltración (UF), los tres tipos de ensuciamiento provocan un aumento de la resistencia de la membrana. Esto da lugar a una mayor presión y a una menor producción de agua. La diferencia de presión a través de la membrana también aumenta.
En la ósmosis inversa (RO), las incrustaciones orgánicas y coloidales provocan una disminución de la producción de agua. Las incrustaciones coloidales también provocan un aumento de la diferencia de presión a través de la membrana y, en casos de incrustación grave, pueden aumentar la conductividad eléctrica (CE) del permeado. En el caso de la bioincrustación, la diferencia de presión a través de la membrana aumenta principalmente, pero la producción de permeado también puede disminuir. I
Cómo detectar la incrustación: la monitorización es esencial
La supervisión periódica del rendimiento del sistema ayuda a detectar rápidamente las primeras señales de ensuciamiento. Una plataforma como HydroPatrol proporciona información en tiempo real sobre la presión, el caudal, la calidad del agua y las tendencias, lo que permite detectar precozmente el ensuciamiento y realizar el mantenimiento en el momento preciso.