Aditivos eficaces para procesos en sistemas de membranas y ósmosis inversa: protección, limpieza y garantía de rendimiento.

Las instalaciones de membrana, como la ósmosis inversa (RO), la nanofiltración (NF) o la ultrafiltración (UF), funcionan con altos rendimientos de retención. De este modo, los agentes endurecedores, sulfatos, silicatos y otras sales se concentran en gran medida en la corriente de concentrado. Sin las medidas adecuadas, se forman incrustaciones en la superficie de la membrana. Estas incrustaciones bloquean los poros, aumentan la presión diferencial y reducen el caudal de permeado.

Las consecuencias de un escalado incontrolado son:

• Mayor consumo de energía debido a presiones de bombeo más altas

• Disminución de la retención de sal y fluctuación en la calidad del permeado

• Aumento del esfuerzo de limpieza hasta daños irreversibles en la membrana.

• Reducción de la vida útil de los elementos de membrana y aumento de los gastos operativos (OPEX)

Los antiescalantes evitan estos efectos al interferir en el crecimiento de los cristales, bloquear los núcleos cristalinos y retrasar o impedir por completo la precipitación de sales duras. El resultado es un funcionamiento estable con:

• mayores tasas de recuperación (rendimiento),

• intervalos de limpieza prolongados,

• calidad constante del agua,

• Una vida útil significativamente más larga de la membrana.

Un programa antiscalante ajustado con precisión no solo es una protección técnica, sino también una herramienta fundamental para optimizar los costes y aumentar la eficiencia en el funcionamiento de las membranas.

Además de la acumulación de incrustaciones, la bioincrustación es una de las principales causas de la pérdida de rendimiento. Los microorganismos se acumulan en las superficies de las membranas, forman biopelículas y provocan una pérdida de rendimiento gradual y, a menudo, difícil de detectar. Estas capas aumentan las pérdidas de presión, reducen el flujo de agua y sirven de caldo de cultivo para gérmenes patógenos.

Las sustancias orgánicas (por ejemplo, las sustancias húmicas), los compuestos de hierro/manganeso o los silicatos también pueden formar incrustaciones que bloquean los poros de la membrana y dañan la estructura del material.

Medidas contra la bioincrustación y los depósitos orgánicos:

• Pretratamiento controlado (filtración, descalcificación, desferrización, filtro de carbón activo) para reducir la carga en la entrada.

• Programas biocidas con agentes oxidantes o no oxidantes, adaptados a los materiales de las membranas y a las homologaciones.

• Dispersantes que rompen las biopelículas y facilitan el transporte de partículas orgánicas.

• Limpieza CIP periódica (alcalina/enzimática) para eliminar capas orgánicas.

• Monitorización mediante pruebas microbiológicas (por ejemplo, HPC, ATP, qPCR), mediciones de diferencia de presión y flujo de permeado.

Solo una combinación de medidas preventivas, estrategias biocidas adaptadas y limpiezas específicas evita que las biopelículas y los depósitos orgánicos pongan en peligro la rentabilidad de la planta de membranas.

Incluso con una dosificación óptima de antiescalantes y biocidas, no es posible evitar por completo los depósitos. Por eso, la limpieza in situ (CIP) es obligatoria en todas las instalaciones de membranas. No se realiza a intervalos fijos, sino según parámetros de funcionamiento definidos:

• El rendimiento de permeado disminuye entre un 10 % y un 15 % con respecto al valor inicial.

• La presión diferencial aumenta a través de los niveles de la membrana.

• La retención de sal disminuye y la calidad del permeado empeora.

Tipos de productos de limpieza:

• Limpiadores ácidos: eliminan los depósitos de cal, sulfato y metales (calcio, bario, hierro, manganeso).

• Limpiadores alcalinos: eliminan depósitos orgánicos, biopelículas, aceites y grasas.

• Limpiadores especiales: disuelven los depósitos de silicato o los revestimientos mixtos.

Un proceso CIP consiste en enjuagar, hacer circular con productos químicos y temperatura adecuados, tiempos de actuación y, por último, aclarar. Es fundamental que los productos de limpieza sean adecuados para el material de la membrana, ya que, por ejemplo, los compuestos de cloro libre dañan irreparablemente muchas membranas de poliamida.

Un concepto CIP estructurado garantiza que las membranas recuperen su rendimiento original y se maximice su vida útil.

La tasa de recuperación describe la relación entre el permeado y el agua de entrada y es un parámetro decisivo para la rentabilidad de las plantas de ósmosis inversa. Una tasa de recuperación elevada ahorra agua, energía y costes de eliminación de aguas residuales. Al mismo tiempo, sin embargo, a medida que aumenta la retención, también lo hace la concentración de sales y agentes endurecedores en el flujo de concentrado, y con ello el riesgo de formación de incrustaciones.

La optimización se lleva a cabo mediante una combinación de control de procesos y uso de aditivos:

• Antiescalantes: permiten factores de concentración más elevados al suprimir los procesos de cristalización.

• Monitorización en línea: control de la conductividad, el pH y la diferencia de presión para detectar a tiempo situaciones críticas.

• Ajuste según la calidad del agua bruta: el valor máximo de recuperación permitido depende en gran medida del calcio, el sulfato, el silicato, el hierro y el bario.

• Etapas e hidráulica: los diseños de plantas de varias etapas permiten una mayor recuperación total al tiempo que se alivia la carga de las etapas de membrana individuales.

• Herramientas de simulación: los modelos de software (por ejemplo, de fabricantes de membranas) calculan el riesgo de incrustaciones en función de la composición química del agua y la recuperación.

Solo con estas medidas se puede aumentar la tasa de recuperación hasta alcanzar valores económicamente óptimos (por ejemplo, entre el 75 % y el 85 % en el sector industrial) sin poner en peligro las membranas.

El índice de densidad de sedimentos (SDI) es el parámetro más importante para evaluar la calidad del agua bruta antes de pasar por una planta de membranas. Mide la tendencia del agua a obstruir filtros o membranas con partículas coloidales y sedimentos finos en suspensión.

Valores límite típicos:

• SDI ≤ 5: necesario para el funcionamiento seguro de las instalaciones RO

• SDI 5-20: tratamiento previo obligatorio (por ejemplo, filtro de arena, ultrafiltración, coagulación/floculación)

• SDI > 20: no es posible el uso directo de membranas RO

Importancia en la empresa:

• Un SDI demasiado alto provoca la formación de incrustaciones y un aumento de la presión en la membrana.

• Influye en la frecuencia de las limpiezas CIP y, por lo tanto, en los costes operativos.

• Las mediciones periódicas de SDI son una parte integral del control operativo y, a menudo, las autoridades o los clientes las exigen como prueba.

ALMA AQUA garantiza que las instalaciones de membranas funcionen con un pretratamiento adecuado (filtración, floculación, UF) y una supervisión continua del SDI. De este modo se minimizan los riesgos de ensuciamiento, se reduce la frecuencia de CIP y se prolonga la vida útil de los elementos de membrana.

La elección de la estrategia biocida adecuada es fundamental para controlar de forma duradera la bioincrustación en los sistemas de membranas. Dado que las membranas, en especial las de poliamida, son sensibles a determinados productos químicos, su uso debe coordinarse con mucho cuidado.

Biocidas oxidantes (por ejemplo, hipoclorito de sodio, dióxido de cloro, ozono):

• Actúan de forma amplia y muy rápida contra bacterias, algas y hongos.

• Elimina las biopelículas mediante la destrucción oxidativa de las estructuras celulares.

• Solo se pueden utilizar de forma muy limitada en membranas RO y NF, ya que el cloro libre o el ozono dañan irreversiblemente la poliamida.

• A menudo adecuado para tratamientos previos (por ejemplo, en sistemas UF, etapas previas de agua de refrigeración o tanques de almacenamiento abiertos).

Biocidas no oxidantes (por ejemplo, isotiazolinonas, compuestos de amonio cuaternario, glutaraldehído):

• Intervienen de forma específica en el metabolismo de los microorganismos y destruyen las paredes celulares.

• Compatible con membranas, ya que no provoca descomposición oxidativa.

• También actúan en biopelículas, aunque más lentamente y, a menudo, dependiendo del tiempo de exposición y la concentración.

• Se utilizan normalmente en el funcionamiento continuo de instalaciones RO y NF.

Estrategia práctica:

• Combinación de desinfección oxidativa en el tratamiento del agua bruta y uso no oxidativo de biocidas en el funcionamiento continuo de la membrana.

• Complementado con limpiezas CIP periódicas para eliminar el biomaterial muerto.

• Cumplimiento estricto de las especificaciones del fabricante en cuanto a cantidades de dosificación, tiempos de contacto y ciclos de enjuague, a fin de evitar daños en la membrana.

Con una estrategia biocida coordinada, se puede controlar de forma sostenible la contaminación microbiológica, mantener bajas las pérdidas de presión y prolongar considerablemente la vida útil de las membranas.

La selección y dosificación adecuadas de los antiescalantes determinan si una instalación de membranas puede funcionar de forma estable, eficiente y duradera. Las soluciones estándar a menudo no son suficientes, ya que cada composición del agua conlleva riesgos individuales de formación de incrustaciones.

Por ello, ALMA AQUA apuesta por herramientas de cálculo especializadas que, basándose en análisis del agua, realizan predicciones precisas sobre posibles precipitaciones. Para ello se tienen en cuenta parámetros como el calcio, el magnesio, el bario, el estroncio, el silicato, el hierro, el sulfato y la dureza carbonatada.

La herramienta de cálculo proporciona:

• Previsiones sobre índices de sobresaturación para diferentes agentes endurecedores (por ejemplo, índices de Langelier, Stiff & Davis o silicato).

• Cálculo de los límites de solubilidad para carbonato cálcico, sulfato cálcico, sulfato de bario, sulfato de estroncio y silicatos.

• Recomendaciones para la dosificación óptima de antiescalante en mg/L, adaptada a la tasa de recuperación deseada.

• Escenarios para diferentes condiciones de funcionamiento (temperatura, presión, recuperación) con el fin de garantizar también los cambios de carga y las fluctuaciones del agua bruta.

Mediante este procedimiento basado en simulaciones, garantizamos que:

• se seleccione el antiescalante adecuado para la composición química del agua en cuestión,

• la instalación puede funcionar con la máxima recuperación posible,

• Se evita de forma fiable la formación de incrustaciones y se prolongan los intervalos de limpieza.

De este modo, combinamos cálculos con base científica con la seguridad operativa práctica y ofrecemos a los operadores una solución a medida para la gestión eficiente de sus instalaciones de membranas.

Las instalaciones de membranas están sometidas a diferentes cargas durante su funcionamiento. Los depósitos pueden ser de origen mineral, orgánico o biológico, a menudo también en combinación. Por lo tanto, una estrategia CIP (limpieza in situ) eficaz debe adaptarse exactamente al tipo de depósitos para eliminarlos sin dañar las membranas.

Tipos típicos de depósitos y su limpieza:

• Recubrimientos minerales (incrustaciones): entre ellos se incluyen el carbonato cálcico, el sulfato cálcico, el sulfato de bario, el sulfato de estroncio o los silicatos. → Tratamiento con limpiadores ácidos (por ejemplo, ácido cítrico, ácido fosfórico o agentes complejantes orgánicos), que disuelven las sales y liberan la superficie de la membrana.

• Depósitos metálicos (hierro, manganeso, aluminio): se forman por productos de corrosión o por un tratamiento previo insuficiente. → Eliminación mediante agentes complejantes especiales o agentes reductores que disuelven los productos de oxidación.

• Depósitos orgánicos: las sustancias húmicas, los aceites, las grasas o los tensioactivos pueden bloquear los poros de la membrana. → Limpieza con limpiadores alcalinos que contengan tensioactivos y dispersen las sustancias orgánicas.

• Bioincrustaciones (recubrimientos microbiológicos): las colonias de bacterias y las biopelículas provocan pérdidas de presión y riesgos para la higiene. → Eliminación mediante limpiadores alcalinos con enzimas o dispersantes, seguida, si es necesario, de una desinfección con biocidas no oxidantes.

Puntos estratégicos en la planificación del CIP:

• Combinación de limpiadores: a menudo es necesario alternar la limpieza ácida y alcalina para eliminar los residuos mixtos.

• Orden: Por regla general, primero se limpia con productos alcalinos (contra los depósitos orgánicos y las biopelículas) y después con productos ácidos (contra los depósitos minerales).

• Parámetros de funcionamiento: la temperatura, el pH y el tiempo de contacto deben respetarse con exactitud para lograr el máximo efecto con la mínima carga de la membrana.

• Monitorización: control del éxito mediante la presión diferencial, el flujo de permeado y la retención de sal; solo cuando estos parámetros se estabilizan, el CIP se considera exitoso.

Con esta estrategia de limpieza basada en los depósitos, los operadores pueden garantizar la eliminación específica de los depósitos, la protección de las membranas y el restablecimiento del rendimiento original de la planta.