Causas de la contaminación de las membranas de ósmosis inversa

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　　Noticias de la red de información química 707: La contaminación de las membranas se refiere a las interacciones físicas y químicas que ocurren entre las partículas finas, las partículas coloidales o las macromoléculas disueltas que entran en contacto con la membrana, así como a la polarización por diferencias de concentración, lo cual hace que la concentración de ciertas sustancias disueltas en la superficie de la membrana supere su solubilidad. Además, los efectos mecánicos pueden causar la adsorción y deposición de estas sustancias en la superficie o dentro de los poros de la membrana, lo que reduce el diámetro de los poros o incluso los obstruye. Todo esto provoca cambios irreversibles en la capacidad de permeación y en las propiedades de separación de la membrana. 　　La disminución del flujo y la reducción de la capacidad de separación, causadas por la adsorción de contaminantes, en particular de macromoléculas como las proteínas, en la superficie de la membrana y dentro de sus poros, son las principales causas de la disminución del flujo a través de la membrana. Pero la disminución del flujo causada por la contaminación de las membranas a menudo se mezcla con la disminución reversible del flujo provocada por el fenómeno de polarización por gradiente de concentración, lo que reduce aún más la eficacia de la separación por membranas. 　　Causas de la contaminación de las membranas de ósmosis inversa. Durante el funcionamiento del sistema de ósmosis inversa, los iones metálicos, microorganismos, precipitados difíciles de disolver, contaminantes orgánicos, lodos biológicos, coloides y grasas presentes en las aguas residuales entran en contacto con las membranas durante mucho tiempo. Esto provoca su contaminación, lo que a su vez reduce significativamente el flujo de agua a través de las membranas y su capacidad de separación, además de aumentar la presión necesaria para su funcionamiento. Las causas principales son las siguientes: 1) Polarización por diferencia de concentración. En los sistemas de desalinización por ósmosis inversa, la selectividad de la membrana permite que las moléculas de agua pasen continuamente desde el lado de alta presión a través de la membrana, mientras que las moléculas de soluto permanecen en la solución original. Esto genera una diferencia de concentración entre la solución que está en la superficie de la membrana y la solución de entrada. En casos extremos, se puede crear un gradiente de concentración muy alto. Este fenómeno se denomina polarización por diferencia de concentración. La polarización por gradiente de concentración aumenta la presión osmótica del líquido a tratar, lo que disminuye la fuerza de empuje efectiva y, como consecuencia, disminuyen la velocidad de permeación y la tasa de desalinización. 　　2) Incrustación iónica: Sales como el CaCO3, CaSO4, BaSO4, SrSO4, CaF2 y SiO2, que tienen un producto de solubilidad bajo, pueden precipitarse durante el proceso de ósmosis inversa debido a la concentración excesiva, formando depósitos que se quedan en la superficie de la membrana y en los canales de entrada del agua, lo que genera incrustaciones. J.H. Bruus y colaboradores descubrieron que, al extraer el Ca2+ del lodo, aumenta la cantidad de partículas pequeñas y también la resistencia al filtrado. 　　3) Depósito de óxidos metálicos: Por lo general, las fuentes de agua de pozos que pertenecen al rango de agua salobre contienen iones de hierro y manganeso en estado de reducción. Estas fuentes de agua son la causa principal de la obstrucción de las membranas, ya que el hierro, el aluminio y el manganeso forman partículas coloidales que obstruyen la superficie de las membranas. El valor de pH necesario para que el hierro se oxide es bajo, lo que hace que los sistemas de ósmosis inversa sufran obstrucciones causadas por el hierro con mayor frecuencia. Las posibles fuentes de contaminantes que causan la deposición de hierro divalente y trivalente soluble en la superficie de las membranas son las siguientes: la entrada de oxígeno en el agua que contiene hierro divalente; la alta alcalinidad del agua, lo que genera FeCo3; la reacción entre el hierro y el silicio, lo que produce sílice férrica insoluble; la acción de bacterias reducidoras de hierro, lo cual favorece el crecimiento de biopelículas y la deposición de incrustaciones de hierro; además, los coagulantes que contienen hierro pueden generar hierro en forma coloidal. La presencia de metales como hierro, aluminio y manganeso provoca una disminución en la producción de agua y un aumento en la diferencia de presión. 　　4) Formación de lodo biológico: Cuando la superficie de la membrana está cubierta por un lodo microbiano muy activo, las sales que la membrana elimina quedan atrapadas en esa capa pegajosa, lo que dificulta que sean arrastradas por el agua. Esto proporciona nutrientes abundantes para el crecimiento de los microorganismos. Además, los agentes inhibidores de incrustaciones (como la polimaleína o el aminotrimetilfosfato), así como los agentes suavizantes de agua, que se añaden durante el pretratamiento del agua antes de su paso a través de la membrana, también contribuyen al crecimiento de los microorganismos. Las sustancias solubles orgánicas e inorgánicas, así como las partículas sólidas, pueden ser eliminadas mediante un tratamiento previo adecuado. Sin embargo, las partículas microbianas capaces de reproducirse, incluso si quedan solo el 0,01% después del tratamiento, pueden seguir reproduciéndose utilizando las sustancias biodegradables presentes en el agua. Esta es una de las principales causas por las cuales el lodo biológico provoca contaminación en cualquier sistema. 　　5) Contaminación coloidal: Tanto las aguas subterráneas como las superficiales contienen sustancias como hierro, aluminio, silicio y materia orgánica. Estas sustancias, junto con los coagulantes, agentes auxiliares de coagulación y agentes antical para los que se añaden durante el pretratamiento, forman depósitos coloidales en la superficie de la membrana, lo que provoca contaminación coloidal. Los coloides de silicato, en agua, se hidrolizan para formar Si(OH)4. Bajo ciertas condiciones, tienen lugar reacciones de polimerización: mSi(OH)4-(SiO2)m + 2mH2O, lo que genera núcleos de SiO2. Estos núcleos se ionizan gradualmente, liberando H+, lo que hace que el coloide adquiera carga negativa. 　　La contaminación por coloides es difícil de tratar, ya que poseen la misma carga eléctrica, lo que los hace bastante estables. No se depositan fácilmente y pueden contaminar las membranas, lo que a su vez reduce el flujo de agua. Por lo general, esta tendencia se evalúa mediante el índice de contaminación (SDI). Por lo general, cuando es SDI3, se produce obstrucción. 　　6) Fenómeno del “martillo hidráulico”. En los sistemas de ósmosis inversa, debido a un diseño inadecuado y a la presencia de una gran cantidad de aire dentro de las cámaras donde se encuentran las membranas durante la fase de puesta en marcha, cuando el líquido a tratar entra repentinamente en esas cámaras, el aire, al ser compresible, no puede ser eliminado por completo de inmediato. Cuando la presión del aire dentro de las cámaras alcanza un nivel determinado, este explota repentinamente, lo que provoca que las membranas chocen entre sí, se compriman y se muevan bruscamente. Esto genera el fenómeno del “martillo hidráulico”. En los sistemas de ósmosis inversa, el peligro del golpe de ariete radica en que provoca daños irreversibles en los elementos de la membrana de ósmosis inversa. 　　7) Contaminación por partículas en suspensión: Cuando el filtro de seguridad presenta algún defecto o falla que provoca la fuga del material filtrante, fragmentos corrosivos y sustancias extrañas (como hilos finos), o cuando no se realiza un lavado adecuado al inicio del uso de la ósmosis inversa, esto puede causar que los elementos de la membrana se contaminen. Esto a su vez puede provocar obstrucciones en los canales de entrada de agua y la formación de depósitos amorfos sobre la superficie de la membrana. Esta situación se da con poca frecuencia. 　　8) Contaminación causada por otros factores: Los hidrocarburos y los aceites y grasas a base de silicio pueden cubrir la superficie de la membrana, lo que provoca su contaminación. La hidrólisis de la membrana, así como la acción de solventes orgánicos y sustancias oxidantes, también pueden causar cambios en las propiedades del material de la membrana