Guía de Limpiezas de Membranas de Osmosis Inversa
En
funcionamiento normal, la membrana en los elementos de ósmosis inversa puede
ensuciarse con incrustaciones minerales, materia biológica, partículas
coloidales y componentes orgánicos insolubles. Los depósitos se acumulan en las
superficies de la membrana durante la operación hasta que causan una pérdida en
el flujo de permeado, pérdida del rechazo de sales o ambos.
Este problema es reversible siempre y cuando
una limpieza química o física se realice correctamente y a tiempo; y no lo es
en el caso contrario.
Desde su arranque Inicial de producción, un Control Diario, Mensual y Semestral de los parámetros del equipo de Osmosis Inversa, debe ser realizado por personal calificado para ello.
Con estos datos debe ser realizado un Gráfica de Tendencia de Comportamiento de las Membranas de Osmosis Inversa, esto es con el fin de poder programar el mantenimiento preventivo del equipo y así poder garantizar la vida útil de las Membranas de Ósmosis inversa y una producción óptima de Agua de Calidad.
Una falta de supervisión del equipo o una omisión en las rutinas de mantenimiento, puede acarrear un daño irreversible a las membranas en cuestiones de horas o días.
Parámetros de Medición:
Parámetros de Medición Diario:
- Conductividad
- Temperatura
- Rechazo
- pH
- Dureza Total (como CaCO3)
- Flujo de Permeado del Producto
- Flujo de Concentrado del Producto
- Flujo de Reciclo
- Presión de Entrada de las Membranas
- Presión de Concentrado
- Unidad Formadora de Colonia/ ml
- Unidad de Endotoxina/ml
- Carbono Total Orgánico mg/l
- Análisis Físico Químico
Las señales que indican que es necesaria
una limpieza o desinfección de las membranas son:
- Cuando disminuye el flujo de permeado un 10 a 15% desde su arranque inicial.
- El paso de sales aumenta entre un
5 y un 10%. Se mide en la Conductividad del Permeado o en el análisis Físico Químico.
- Cuando aumenta el diferencial de presión de 10 a 15% el diferencial de presión, calculado de la presión en el flujo de alimentación menos la presión en el flujo de rechazo.
- Cuando disminuye el rechazo de sales entre 1 y 2% (este se calcula con los flujos de alimentación y permeado, y con la concentración de sales totales disueltas en ambos).
- Cuando los Parámetros Físico Químicos y Micro biológicos, estén fuera de los parámetros indicados.
La frecuencia con la que se requiere efectuar la limpie de las membranas de ósmosis inversa OI, depende de: la concentración de sales en el agua de alimentación, el correcto pretratamiento de la misma y del porcentaje de rechazo con el que se opera el equipo. Una frecuencia de limpieza aceptable es cada 3 meses o cuando lo indique el fabricante de las mismas
Métodos de limpieza de membrana
Existen varios métodos diferentes de limpieza de membranas, tales
como:
Lavado por Flujo delantero
Cuando se aplica un flujo de agua (permeada) delantero, las
membranas son lavadas desde adelante siguiendo la misma dirección del flujo de operación.
El agua entrante, fluyen a través del sistema más rápidamente que durante la
fase de producción ya que se debe abrir completamente la llave de concentrado.
Debido a la mayor rapidez de flujo y a la turbulencia resultante, las
partículas que habían sido absorbidas por la membrana son liberadas y
descargadas.
Las partículas que habían sido absorbidas por los poros de la
membrana no son liberadas. Estas partículas solo pueden ser eliminadas por
medio del lavado con flujo de agua inverso.
Cuando se aplica un flujo desde adelante a una membrana, se abre
la barrera responsable del manejo de los “dead-end”. Al mismo tiempo la membrana
está realizando temporalmente una filtración tangencial, sin la producción de
permeado.
El
propósito del flujo de agua delantero es la eliminación de la capa de
contaminantes formada en la membrana por medio de la creación de turbulencias.
Durante el lavado con flujo de agua delantero se tiene alto gradiente de
presión hidráulica.
Lavado
por Flujo Inverso
El lavado con flujo de agua Inverso se hace fluir por la conexión de
permeado una presión a través de la
parte por donde sale el producto, aplicando el Doble del flujo durante
la producción normal.
Cuando se aplica un flujo inverso, los poros de
la membrana son lavados al contrario. La presión en la parte del permeado de la
membrana es mayor que la presión dentro de las membranas, haciendo que los
poros se limpien. El lavado con flujo inverso se realiza bajo una presión sobre
2.5 veces mayor que la presión de producción.
El permeado es lo que siempre se usa para lavar desde atrás, porque la
cámara del permeado siempre debe estar libre de contaminantes.
Una consecuencia del lavado con flujo inverso
es un decrecimiento en la recuperación del proceso. Debido a esto, el lavado
con flujo inverso debe realizarse en el menor tiempo posible.
Sin
embargo, el flujo debe ser mantenido el tiempo suficiente para lavar el volumen
de un módulo por lo menos una vez.
Lavado
por Flujo de Aire
El así llamado lavado con flujo de aire, un concepto desarrollado
por Nuon en cooperación con DVH y X-flow, ha demostrado ser muy útil para la
realización de este proceso. El uso de un flujo de aire significa lavar el
interior de las membranas con una mezcla de aire y agua.
Durante
el lavado con aire, se añade aire al flujo de agua delantero, provocando la
formación de burbujas, que producen una mayor turbulencia. Debido a esta
turbulencia la suciedad se desprende de la superficie de la membrana.
La
ventaja del lavado con flujo de aire frente al lavado con flujo de agua
delantero es que usa una menor capacidad de bombeo durante el proceso de
limpieza.
Limpieza Química:
Durante
la limpieza química, productos químicos como el cloruro de hidrógeno (HCl) y el
ácido nítrico (HNO3),
o agentes desinfectantes, como el peróxido de hidrógeno (H2O2) son añadidos para la preparación del Líquido de Limpieza o Desinfección.
A menudo se combinan los métodos de limpieza. Por ejemplo, uno puede usar un
flujo inverso para la eliminación de la suciedad de los poros, seguido de un
lavado de flujo de líquido desinfectante y de aire en el método de flujos
delanteros.
El método o estrategia de limpieza utilizado depende de muchos factores, un Análisis Físico Químico del Agua de Permeado es un buen indicador para seleccionar el Método o Producto Químico a elegir.
Recomendaciones Generales:
Cada situación de limpieza es diferente; por lo tanto, las recomendaciones de limpieza específicas dependen del tipo de suciedad. Consulte las instrucciones generales de limpieza para obtener información común a todos los tipos de limpieza, como el equipo sugerido, los límites de pH y temperatura y las velocidades de flujo recomendadas; luego aplique la recomendación específica según sea necesario.
Las siguientes son recomendaciones generales para limpiar de los elementos DOW FILMTEC ™ FT30. Los procedimientos más detallados para limpiar un sistema de ósmosis inversa (RO) generalmente se incluyen en el manual de funcionamiento proporcionado por el proveedor del sistema.
Se debe enfatizar que no se requiere una limpieza frecuente para un sistema de ósmosis inversa diseñado y operado adecuadamente; sin embargo, debido a la combinación distintiva de la membrana FT30 de rango de pH y resistencia a la temperatura, la limpieza se puede lograr de manera muy efectiva.
Siga y aplique para cada caso del tipo de Membranas, las recomendaciones del fabricante de los elementos y/o equipos, expresado en el manual de mantenimiento o servicio. El químico y cantidades especifico y el tiempo entre mantenimiento.
Si espera demasiado, es posible que la limpieza no restaure correctamente el rendimiento del elemento de membrana. Además, el tiempo entre limpiezas se acorta ya que los elementos de la membrana se ensucian o se incrustan más rápidamente.
La presión diferencial (ΔP) debe medirse y registrarse en cada etapa del conjunto de recipientes con presión aplicada. Si los canales de alimentación dentro del elemento se obstruyen, el ΔP aumentará. Cabe señalar que el flujo de permeado disminuirá, si la temperatura del agua de alimentación disminuye. Esto es normal y no indica ensuciamiento de la membrana.
Un mal funcionamiento en el pretratamiento, control de presión o aumento en la recuperación puede resultar en una producción reducida de agua o un aumento en el paso de las sales. Si se observa un problema, estas causas deben considerarse primero. Es posible que los elementos no requieran limpieza.
2. Al preparar soluciones de limpieza, asegúrese de que todos los productos químicos estén disueltos y bien mezclados antes de hacer circular las soluciones a través de los elementos.
3. Se recomienda lavar los elementos con agua sin cloro de buena calidad (temperatura mínima de 20°C) después de la limpieza. Se recomienda agua permeada o agua desionizada. Se debe tener cuidado de operar inicialmente a flujo y presión reducidos para eliminar la mayor parte de la solución de limpieza de los elementos antes de reanudar las presiones y flujos de operación normales. A pesar de esta precaución, habrá productos químicos de limpieza en el lado del permeado después de la limpieza. Por lo tanto, el permeado debe desviarse para drenar durante al menos 30 minutos o hasta que el agua esté clara al comenzar después de la limpieza.
4. Durante la recirculación de las soluciones de limpieza, no se debe exceder la temperatura máxima. La temperatura máxima permitida depende del pH y el tipo de membrana. La Tabla 1 contiene información sobre las temperaturas máximas permitidas.
5. Para elementos de más de seis pulgadas de diámetro, la dirección del flujo durante la limpieza debe ser la misma que durante la operación normal para evitar que el elemento (membrana) se mueva telescópicamente (se desenrolle), porque el anillo de empuje del recipiente se instala solo en el extremo de rechazo del recipiente. Esto también se recomienda para elementos más pequeños. El equipo para la limpieza se ilustra a continuación.
El tanque de mezcla debe estar construido de polipropileno o plástico reforzado con fibra de vidrio (FRP). El tanque debe estar provisto de una tapa extraíble y un medidor de temperatura.
El procedimiento de limpieza es más efectivo cuando se realiza a una temperatura cálida, y se recomienda que la solución se mantenga de acuerdo con las pautas de pH y temperatura. No se recomienda usar una temperatura de limpieza por debajo de 20°C debido a la cinética química muy lenta a bajas temperaturas.
Además, los productos químicos como el lauril sulfato de sodio pueden precipitar a bajas temperaturas. La refrigeración también puede ser necesaria en determinadas regiones geográficas, por lo que tanto los requisitos de calefacción como de refrigeración deben considerarse durante el diseño.
Una regla general para dimensionar un tanque de limpieza es usar aproximadamente el volumen de los recipientes a presión vacíos y luego agregar el volumen de las mangueras o tuberías de alimentación y retorno. Por ejemplo, para limpiar diez recipientes a presión de 8 pulgadas de diámetro con seis elementos por recipiente, se aplicarían los siguientes
A.
Volumen de los recipientes
B.
Volumen de las Tuberías, suponga 50 ft. Largo total de la tubería 4" Sch
80
Vp = π.r2.L
Vct = V10 + Vp = 520 + 30 = 550 gal.
Por
lo tanto, el tanque de limpieza debe ser de aproximadamente 550 gal. (2.1 m3).
2. Bombeo de caudal bajo. Bombee solución
limpiadora mezclada y precalentada al recipiente en condiciones de caudal bajo
(aproximadamente la mitad del que se muestra en la Tabla 2) y presión baja para
desplazar el agua del proceso. Use solo la presión suficiente para compensar la
caída de presión de la alimentación al concentrado. La presión debe ser lo
suficientemente baja como para que se produzca poco o nada de permeado. Una
presión baja minimiza la re deposición de suciedad en la membrana. Vacíe el
concentrado, según sea necesario, para evitar la dilución de la solución
limpiadora.
3. Reciclar. Después de que el agua de
proceso se desplaza, la solución de limpieza estará presente en la corriente de
concentrado. Luego, recicle el concentrado y permee al tanque de la solución de
limpieza y deje que la temperatura se estabilice. Mida el pH de la solución y
ajuste el pH si es necesario.
4. Permanencia. Apague la bomba y deje que los elementos reposen en la solución. En algunos casos, un período de reposo de aproximadamente 1 hora es suficiente. Para incrustaciones difíciles, es beneficioso un período prolongado de reposo; Deje los elementos durante la noche de 10-15 horas. Para mantener una temperatura alta durante un período prolongado de remojo, use una tasa de recirculación lenta (aproximadamente el 10 por ciento de la que se muestra en la Tabla 2).
5. Bombeo de alto caudal. Alimente la
solución de limpieza a las velocidades que se muestran en la Tabla 2 durante
30-60 minutos. El alto caudal elimina las incrustaciones eliminadas de la
superficie de la membrana por la limpieza. Si los elementos están muy sucios,
una tasa de flujo 50 por ciento más alta que la que se muestra en la Tabla 2
puede ayudar a limpiar. A velocidades de flujo más altas, la caída de presión
excesiva puede ser un problema. Las caídas de presión máximas recomendadas son
15 psi por elemento o 50 psi por recipiente de elementos múltiples, el valor
que sea más limitante. Tenga en cuenta que los 15 psi por elemento o los 50 psi
por recipiente de elementos múltiples NO deben utilizarse como criterio de
limpieza. Se recomienda la limpieza cuando la caída de presión aumenta un 15%.
La caída de presión por encima de 50 psi en una sola etapa puede causar daños
importantes en la membrana.
6. Enjuague. Se recomienda permeado de
ósmosis inversa o agua desionizada para enjuagar la solución de limpieza. Se
debe evitar el agua cruda prefiltrada o el agua de alimentación ya que sus
componentes pueden reaccionar con la solución de limpieza: puede producirse la
precipitación de incrustaciones en los elementos de la membrana. La temperatura
mínima de descarga es de 20 ° C.
Tips de Limpiezas:
Para los sistemas de varias etapas, aunque cada etapa debe limpiarse por separado, las operaciones de lavado y remojo se pueden realizar simultáneamente en todas las etapas. Es necesario preparar una solución limpiadora nueva cuando la solución limpiadora se vuelve turbia y / o decolora. Sin embargo, la recirculación de alto flujo debe realizarse por separado para cada etapa, de modo que el caudal no sea demasiado bajo en la primera etapa ni demasiado alto en la última. Esto se puede lograr usando una bomba de limpieza y operando una etapa a la vez, o usando una bomba de limpieza separada para cada etapa.
2) La incrustación o incrustación de elementos típicamente consiste en una combinación de incrustaciones, por ejemplo, una mezcla de incrustaciones orgánicas, incrustaciones coloidales y bioincrustaciones. Por lo tanto, es muy importante que el primer paso de limpieza se elija sabiamente. FilmTec recomienda encarecidamente la limpieza alcalina como primer paso de limpieza. La limpieza con ácido solo debe aplicarse como primer paso de limpieza si se sabe que solo hay carbonato de calcio u óxido / hidróxido de hierro en los elementos de la membrana.
3) Los limpiadores ácidos normalmente reaccionan con sílice, sustancias orgánicas (por ejemplo, ácidos húmicos) y biopelículas presentes en la superficie de la membrana, lo que puede causar una mayor disminución del rendimiento de la membrana. A veces, una limpieza alcalina puede restaurar este deterioro causado por el limpiador ácido, pero a menudo será necesaria una limpieza extrema. Se realiza una limpieza extrema en condiciones de pH y temperatura que están fuera de las pautas del fabricante de la membrana o mediante el uso de productos químicos de limpieza que no son compatibles con los elementos de la membrana. Una limpieza extrema solo debe realizarse como último recurso, ya que puede dañar la membrana.
4) Si el sistema de ósmosis inversa sufre incrustaciones orgánicas coloidales o bioincrustaciones en combinación con carbonato de calcio, será necesario un programa de limpieza de dos pasos: limpieza alcalina seguida de una limpieza con ácido. La limpieza con ácido puede realizarse cuando la limpieza alcalina haya eliminado eficazmente la suciedad orgánica, la suciedad coloidal y la bioincrustación.
Mida siempre el pH durante la limpieza. Si el pH aumenta más de 0,5 unidades de pH durante la limpieza con ácido, es necesario agregar más ácido. Si el pH disminuye más de 0.5 unidades de pH durante la limpieza alcalina, es necesario agregar más cáustico.
5) Tiempos de remojo prolongados. Es posible que la solución esté completamente saturada y las incrustaciones puedan precipitar de nuevo sobre la superficie de la membrana. Además, la temperatura bajará durante este período, por lo que el remojo se vuelve menos efectivo. Se recomienda hacer circular la solución con regularidad para mantener la temperatura (la temperatura no debe bajar más de 5 ° C) y agregar productos químicos si es necesario ajustar el pH.
6) Se deben reemplazar las soluciones de limpieza turbias o de colores fuertes. La limpieza se repite con una nueva solución limpiadora.
Si el sistema debe apagarse durante más de 24 horas, los elementos deben almacenarse en una solución de metabisulfito de sodio al 1% p / p.
Además de aplicar la secuencia de limpieza correcta (primero el paso de limpieza alcalina), seleccionar el pH correcto es muy importante para una eliminación óptima de las incrustaciones. Si la suciedad no se elimina con éxito, el rendimiento del sistema de membrana disminuirá más rápido ya que es más fácil que la suciedad se deposite en el área de la superficie de la membrana.
La limpieza más eficaz permite un mayor tiempo de funcionamiento del sistema entre limpiezas y resulta en los costes operativos más bajos.
Las figuras 1 y 2 a continuación muestran la importancia de seleccionar el pH correcto para una limpieza exitosa.
Notas:
1. (W) indica el porcentaje en peso de ingrediente activo.
2. Símbolos químicos de incrustaciones en el orden de uso:
· CaCO3 es carbonato de calcio
· NaOH es hidróxido de sodio
5. El ácido cítrico es otra alternativa de limpieza para óxidos metálicos e incrustaciones de carbonato de calcio. Es menos eficaz (consulte también la figura 1 de este documento). Puede contribuir a la contaminación biológica, especialmente cuando no se enjuaga correctamente.
Bibliografía:
https://www.lenntech.es
https://www.dow.com/en-us
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