Como ingenieros de plantas de tratamiento de aguas residuales industriales, a menudo nos enfrentamos a complejos retos químicos. Una de las sustancias más problemáticas en la planificación y el funcionamiento de los sistemas de ósmosis inversa es el silicio, sobre todo en forma de dióxido de silicio (SiO₂) o sílice (H₄SiO₄). Estos compuestos se presentan en diversas formas y concentraciones en el agua bruta y de proceso y pueden causar problemas importantes en el tratamiento del agua.
Índice
El problema del silicio y sus compuestos
El silicio está presente en las aguas superficiales, las aguas urbanas, las aguas subterráneas, las aguas de proceso y las aguas residuales en diversas formas, entre ellas:
- Dióxido de silicio coloidal: Partículas finamente dispersas que son difíciles de separar y provocan el bloqueo de la superficie de la membrana.
- Ácido silícico disuelto: Puede formar silicatos poco solubles, que pueden precipitar químicamente en la concentración de la ósmosis inversa.
- Compuestos complejos de silicio: En combinación con otros iones, como el calcio o el magnesio, se forman silicatos poco solubles, que se depositan en las membranas en determinadas condiciones.
- Silicio polimerizado: En concentraciones más elevadas y con fluctuaciones del pH, el silicio puede polimerizarse, lo que dificulta aún más su eliminación.
Origen del silicio en las aguas residuales y de proceso
La concentración y la forma del silicio en el agua dependen en gran medida del origen del agua:
- Aguas subterráneas: A menudo contienen ácido silícico disuelto, que entra en el agua a través del contacto con rocas ricas en silicatos, como el cuarzo.
- Aguas superficiales: Pueden contener sílice tanto coloidal como disuelta, especialmente en regiones con un elevado aporte mineral.
- Aguas residuales industriales: Procesos como la producción de vidrio, la fabricación de productos electrónicos o la producción de productos químicos suelen provocar un aumento de las concentraciones de silicio. Los residuos de los procesos de limpieza y los tratamientos químicos son especialmente críticos.
- Agua de refrigeración y aclarado: el silicio se acumula aquí a partir de las aguas subterráneas, fluviales o urbanas mediante procesos de evaporación y reciclado.
¿Por qué es tan problemático el silicio?
La precipitación de compuestos de silicio depende en gran medida de condiciones específicas como el valor de pH, la temperatura y la fuerza iónica. Esto dificulta la definición de un límite de precipitación exacto. Además, los distintos compuestos de silicio pueden formar diversos productos de precipitación, entre ellos
- Silicatos amorfos
- Depósitos cristalinos como el cuarzo
- Productos complejos mezclados con calcio, magnesio o aluminio
Estos depósitos son extremadamente resistentes y químicamente estables, por lo que son difíciles de eliminar.
Foto: Nuestro sistema de ósmosis inversa ALMA OSMO Process para la producción de agua de proceso a partir de aguas residuales (reciclaje del agua).
Efectos del silicio en los sistemas de ósmosis inversa
La concentración de silicio presente puede tener un efecto negativo en el funcionamiento de un sistema de ósmosis inversa de varias maneras:
1. incrustaciones (depósitos)
El silicio puede formar silicatos insolubles en concentraciones elevadas o valores de pH desfavorables. Estos silicatos se depositan en la superficie de la membrana y reducen el flujo de agua, así como la tasa de retención de sales. Esto es especialmente crítico en el tratamiento de agua salobre o de mar, donde las concentraciones de silicio son más elevadas.
2. daños en la estructura de la membrana
Una vez que los compuestos de silicio se han precipitado, no sólo pueden perjudicar el rendimiento de filtración de la membrana, sino también causar daños mecánicos. Los depósitos actúan como una barrera que perjudica el funcionamiento de la membrana y provoca pérdidas de presión.
3. aumento de los costes de explotación
Los depósitos provocan una mayor pérdida de presión a través de los módulos de membrana. Esto requiere más energía para conseguir la producción de permeado deseada. Además, la limpieza química frecuente (CIP) aumenta los costes de funcionamiento.
4. problemas imprevisibles debidos a conexiones complejas
El gran número de posibles compuestos de silicio y su comportamiento en el agua dificultan la predicción exacta de los problemas. Las incrustaciones suelen producirse de forma inesperada, lo que provoca intervalos de mantenimiento imprevistos y averías.
Soluciones al problema del silicio
El tratamiento eficaz del silicio en los sistemas de ósmosis inversa requiere una combinación de medidas preventivas y reactivas. Las siguientes estrategias han demostrado su eficacia en la práctica:
1. optimización del pretratamiento
El pretratamiento del agua bruta es crucial para eliminar o reducir el silicio antes de la ósmosis inversa:
- Ultrafiltración (UF): Eficaz para eliminar el silicio coloidal.
- Floculación y sedimentación en sistemas CP: Los precipitantes químicos como las sales de aluminio o el cloruro férrico pueden agregar silicio coloidal en partículas más grandes que son más fáciles de separar.
- Intercambiadores de iones : Los intercambiadores de iones pueden contribuir a la reducción del silicio disuelto.
Foto: Nuestros intercambiadores de aniones ALMA ION fuertemente básicos para eliminar el dióxido de silicio con filtros multicapa ALMA FIL aguas arriba.
2. antiincrustantes para el silicio
Los antiincrustantes especialmente desarrollados pueden inhibir eficazmente la formación de depósitos de silicato. Estas sustancias químicas se unen a los compuestos de silicio disueltos y evitan que precipiten. Los últimos avances en este campo muestran resultados prometedores en la inhibición incluso de compuestos de silicato complejos.
3. optimizar los parámetros de funcionamiento
Los depósitos de silicona pueden minimizarse ajustando las condiciones de funcionamiento:
- Reducción de la tasa de recuperación: Una menor tasa de recuperación reduce la concentración de silicio en el flujo de concentrado y, por tanto, el riesgo de incrustación.
- Control del pH: Un pH ligeramente ácido puede inhibir la precipitación de silicatos.
- Gestión de la temperatura: controlar la temperatura de funcionamiento puede reducir la tendencia del silicio a polimerizarse.
4. limpieza periódica (CIP)
Un proceso optimizado de limpieza in situ (CIP) es crucial para eliminar los depósitos existentes y proteger las membranas de daños permanentes. Para ello pueden utilizarse agentes de limpieza altamente alcalinos o disolventes de silicona especialmente desarrollados.
5. supervisión en línea
La moderna tecnología de sensores permite controlar continuamente la concentración de silicio en el flujo de alimentación y concentrado. Esto permite detectar posibles problemas en una fase temprana e iniciar contramedidas.
Importancia del control del silicio
El control del silicio en los sistemas de ósmosis inversa no es sólo una cuestión técnica, sino también económica y ecológica. Medidas eficaces para reducir el silicio:
- Prolongar la vida útil de las membranas.
- Reduzca los costes de explotación gracias a la disminución de los costes energéticos y del consumo de productos químicos.
- Contribuir a la seguridad operativa y a la eficacia de todo el sistema.
Conclusión
El silicio y sus diversos compuestos plantean un reto importante para el funcionamiento de los sistemas de ósmosis inversa. La dificultad de definir claramente los límites de precipitación hace que sea esencial una buena planificación y una supervisión cuidadosa. Sin embargo, con una combinación bien pensada de pretratamiento, parámetros de funcionamiento personalizados, antiincrustantes y una supervisión moderna, estos problemas pueden superarse con éxito.
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