Los depósitos biológicos, también conocidos como biopelículas o bioincrustaciones, son acumulaciones de microorganismos como bacterias, algas, hongos y otros materiales biológicos en superficies en contacto con el agua. Estos depósitos se producen en muchos circuitos industriales de agua, como sistemas de agua de refrigeración, sistemas de membranas (ósmosis inversa) y tuberías, y suponen un reto para el funcionamiento eficaz y la fiabilidad a largo plazo de los sistemas de tratamiento de agua.
Índice
Formación de depósitos biológicos
La formación de biopelículas comienza con la adhesión de microorganismos a superficies que están en contacto continuo con el agua. Este proceso se caracteriza por los siguientes pasos:
Adhesión primaria: los microorganismos individuales, como las bacterias, se adhieren a la superficie. En ello influyen interacciones físicas como las fuerzas de Van der Waals, la atracción electroquímica y la estructura química de la superficie. Las superficies lisas e hidrófobas son menos propensas a la formación de biopelículas que los materiales rugosos e hidrófilos.
División celular y producción de EPS: Una vez que los microorganismos se han adherido a la superficie, comienzan a multiplicarse y a producir una sustancia polimérica extracelular (EPS) que estabiliza la biopelícula. Esta sustancia pegajosa forma una matriz protectora compuesta por polisacáridos, proteínas y otros materiales orgánicos. Mantiene unidos a los microorganismos y les proporciona protección frente a influencias externas, como productos químicos o limpieza mecánica.
Formación y crecimiento de la biopelícula: Con el tiempo, la biopelícula sigue creciendo a medida que más y más microorganismos colonizan y refuerzan la red de EPS. En los sistemas industriales, este proceso puede provocar un aumento significativo de la resistencia al flujo y una reducción de la transferencia de calor, sobre todo en intercambiadores de calor y circuitos de refrigeración. En sistemas de membrana como la ósmosis inversa, la bioincrustación puede bloquear los poros de la membrana y reducir el flujo transmembrana (TMP ), lo que perjudica la eficacia y la vida útil del sistema.
Foto: Crecimiento biológico en una superficie de transferencia de calor de un circuito de refrigeración
Antecedentes técnicos y efectos
Los depósitos biológicos pueden tener graves repercusiones en el funcionamiento de los sistemas industriales de agua y aguas residuales:
Reducción de la eficacia del sistema: En los circuitos de refrigeración, las biopelículas provocan una reducción de la eficacia de la transferencia de calor. La biopelícula actúa como aislante térmico, lo que significa que hay que emplear más energía para enfriar o calentar los procesos. En las tuberías, las bioincrustaciones aumentan la resistencia hidráulica y, por tanto, la energía necesaria para bombear el agua.
Mayor riesgo de corrosión: Los depósitos biológicos pueden acelerar la velocidad de corrosión de las superficies metálicas mediante la corrosión inducida por microbios (MIC). La causan microorganismos que promueven procesos de reducción de sulfato o azufre en condiciones de bajo oxígeno, lo que conduce a la formación de sustancias corrosivas como el sulfuro de hidrógeno (H₂S).
Deterioro de la calidad del agua: las biopelículas pueden actuar como reservorio de microorganismos patógenos que se distribuyen por el sistema de agua. Esto plantea un grave problema, sobre todo en la industria alimentaria y en el tratamiento del agua potable.
Ensuciamiento de las membranas: En los sistemas de membranas, como la ósmosis inversa, la formación de biopelículas provoca una reducción drástica del caudal y una mayor necesidad de ciclos de limpieza química. Esto reduce la vida útil de las membranas y aumenta los costes de funcionamiento.
Medidas de prevención y control
En la práctica se adoptan diversas medidas estratégicas para minimizar los efectos negativos de las bioincrustaciones:
1. tratamiento químico
- Biocidas: Los biocidas que matan microorganismos o inhiben su crecimiento se utilizan para evitar la formación de depósitos biológicos. Ejemplos de biocidas comunes son el cloro, el hipoclorito sódico o el ácido peracético. Sin embargo, deben utilizarse biocidas sin cloro en los sistemas en los que se utilizan membranas, ya que el cloro puede dañarlas.
- Dispersantes: Estos productos químicos ayudan a disolver las biopelículas ya formadas y a desestabilizar la matriz de EPS para que la biopelícula pueda eliminarse mecánicamente con mayor facilidad.
Foto: Vista general de nuestros biocidas para circuitos de refrigeración. Si desea más información sobre nuestros fluidos operativos para sistemas de agua de refrigeración, visite nuestra página web: Agua de refrigeración ALMA AQUA
2. procedimientos físicos
- Aclarado y limpieza mecánica: El lavado regular con agua a alta presión o mezclas de aire y agua puede ayudar a reducir la acumulación de microorganismos. El uso de sistemas de limpieza mecánica, como cepillos o sistemas de limpieza por bolas, puede ser eficaz en intercambiadores de calor y tuberías.
- Ultrasonidos o luz UV: En algunas aplicaciones, los ultrasonidos o la irradiación UV se utiliza para destruir microorganismos directamente o para evitar que se adhieran a las superficies. La luz UV es un método habitual en los sistemas de agua potable para desinfectar y evitar la bioincrustación.
Foto: Reactor UV para la desinfección e higienización de aguas residuales y aguas de proceso(ALMA OXI UV)
3. diseño y optimización del sistema
- Selección de materiales: El uso de materiales resistentes a la corrosión y lisos puede reducir la formación de biopelículas, ya que a los microorganismos les resulta más difícil adherirse a este tipo de superficies.
- Optimización de las condiciones de flujo: Las biopelículas prefieren formarse en zonas con poco caudal. La formación de depósitos puede reducirse optimizando la velocidad del flujo o evitando zonas muertas en las tuberías.
4. pretratamiento biológico
Biofiltración: Un método especialmente eficaz para reducir las incrustaciones biológicas en los sistemas de tratamiento de agua corriente abajo es el uso de sistemas de filtración biológica. ALMAWATECH ofrece la solución para ello ALMA BioFil Compact de ALMA. Este sistema es especialmente adecuado para caudales de aguas residuales de hasta 50 m³/h y puede utilizarse aguas arriba de sistemas de membrana como la ósmosis inversa para eliminar pequeñas cargas residuales de sustancias orgánicas. Esto reduce significativamente el potencial de bioincrustación y garantiza un funcionamiento más eficaz y económico de la ósmosis inversa.
El ALMA BioFil Compact es especialmente útil en el tratamiento de aguas residuales, como los condensados de vapor de la industria alimentaria (especialmente las lecherías). Al reducir las sustancias orgánicas antes de que entren en los sistemas de membrana, se prolonga la vida útil de las membranas y se reduce significativamente el esfuerzo de limpieza. Se trata de un enfoque sostenible para evitar la bioincrustación a largo plazo y minimizar los costes de explotación.
Foto: Diseño en 3D de nuestro sistema de biofiltración ALMA BioFil Compact para la eliminación de contaminantes orgánicos.
Pertinencia en la práctica
En la práctica industrial, los depósitos biológicos son una causa frecuente de averías y pérdidas de eficiencia. En los sistemas de agua de refrigeración, las biopelículas pueden reducir la eficacia de la transferencia de calor hasta un 20 %, mientras que en los sistemas de ósmosis inversa, los costes de funcionamiento pueden aumentar drásticamente debido al incremento de los ciclos de limpieza y al desgaste prematuro de las membranas. La vigilancia y el tratamiento continuos de las bioincrustaciones son, por tanto, una parte esencial de la gestión de las plantas de tratamiento de aguas.
Conclusión
Los depósitos biológicos plantean un complejo reto en el tratamiento de aguas industriales. La formación de biopelículas puede provocar pérdidas considerables de eficacia, un aumento de los costes de mantenimiento y un deterioro de la calidad del agua. Mediante el uso de medidas específicas, como el tratamiento químico con biocidas, técnicas de limpieza física (como el tratamiento OXI UV de ALMA), sistemas de biofiltración y un diseño bien pensado del sistema, se pueden controlar y minimizar los efectos negativos de las bioincrustaciones. Un conocimiento profundo de los procesos biológicos y de su impacto en la tecnología del sistema es esencial para garantizar un tratamiento del agua eficaz y rentable.
