La ósmosis inversa

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Esquema de un sistema de ósmosis inversa (desalinización) utilizando un intercambiador de presión .
1 : el aporte de agua del mar,
Dos : el flujo de agua fresca (40%),
3 : Flujo de concentrado (60%),
4 : el flujo de agua del mar (60%),
5 : Concentrado (drenaje),
A : La alta presión del flujo de la bomba (40%),
B : La bomba de circulación,
C : unidad de ósmosis con membrana,
D : Intercambiador de Presión

Inversa de ósmosis (RO) es una filtración método que elimina muchos tipos de grandes moléculas y iones a partir de soluciones mediante la aplicación de presión para la solución cuando se está en un lado de un selectivo de la membrana . El resultado es que el soluto se mantiene en el lado de presión de la membrana y el puro solvente se permite pasar al otro lado. Para ser "selectiva", esta membrana no debe permitir que las grandes moléculas o iones a través de los poros (agujeros), sino que debe permitir a las pequeñas componentes de la solución (por ejemplo, el disolvente) para pasar libremente.

La ósmosis inversa es más comúnmente conocido por su uso en el consumo de purificación de agua de mar , eliminando la sal y otras sustancias de las moléculas de agua. Esta es la inversa de la normal de ósmosis proceso, en el que la mueve naturalmente disolvente de un área de baja concentración de solutos, a través de una membrana, a un área de alta concentración de soluto. El movimiento de un disolvente puro a igualar las concentraciones de soluto en cada lado de una membrana genera una presión y esta es la "presión osmótica". La aplicación de una presión externa para revertir el flujo natural del disolvente puro, por lo tanto, es la ósmosis inversa.

El proceso es similar a la membrana de filtración . Sin embargo, hay diferencias clave entre la ósmosis inversa y filtración . El mecanismo de eliminación predominante en la filtración de membrana es el esfuerzo, o de exclusión por tamaño, por lo que el proceso teóricamente puede alcanzar la exclusión perfecta de las partículas, independientemente de los parámetros de funcionamiento como la presión y la concentración del afluente. La ósmosis inversa, sin embargo, implica un mecanismo difusivo por lo que la eficiencia de separación es dependiente de la concentración de solutos, la presión y flujo de canon del agua. [ 1 ] .

Contenido

  • 1 Historia
  • 2 Proceso
  • 3 Aplicaciones
    • 3.1 Purificación del agua potable
    • 3.2 El agua y la purificación de aguas residuales
    • 3.3 Industria de Alimentos
    • 3.4 Lavado de autos
    • 3.5 La producción de jarabe de arce
    • 3.6 Producción de hidrógeno
    • 3.7 acuarios de arrecife
  • 4 desalación
    • 4.1 Pretratamiento
    • 4.2 de alta presión de la bomba
    • 4.3 mebrana
    • 4.4 remineralización y el ajuste del pH
    • 4.5 Desinfección
  • 5 Desventajas
  • 6 Nuevos desarrollos
  • 7 Véase también
  • 8 Notas
  • 9 Referencias
  • 10 Enlaces externos

Historia

El proceso de ósmosis a través de membranas semipermeables se observó por primera vez en 1748 por Jean Antoine Nollet . Durante los siguientes 200 años, la ósmosis es un fenómeno observado en el laboratorio. En 1949, la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), investigó por primera vez la desalación de agua de mar mediante membranas semipermeables. Investigadores de ambas UCLA y la Universidad de Florida produjo con éxito el agua dulce del agua de mar a mediados de la década de 1950, pero el flujo era demasiado bajo para ser comercialmente viables [ 2 ] . A finales de 2001, unas 15.200 plantas de desalinización se encontraban en funcionamiento o en fase de planificación en todo el mundo. [ 1 ]

Proceso

Una bobina de membrana semipermeable utilizada en desalinización .

Formalmente, la ósmosis inversa es el proceso de forzar un disolvente de una región de alta concentración de solutos a través de una membrana semipermeable de una región de baja concentración de solutos mediante la aplicación de una presión en exceso de la presión osmótica .

Las membranas de ósmosis inversa utiliza para tener una densa capa de barrera en la matriz polimérica, donde la mayoría se produce una separación. En la mayoría de los casos, la membrana está diseñada para permitir que el agua sólo para pasar a través de esta densa capa, mientras que impidan el paso de solutos (por ejemplo, los iones de sal). Este proceso requiere que una alta presión se ejerce sobre la parte alta concentración de la membrana, por lo general 2.17 bar (30-250 psi ) de agua salobre y agua dulce, y 40 a 70 bar (600-1000 psi) para el agua de mar, que tiene alrededor de 24 bar (350 psi) la presión osmótica natural que debe ser superado. Este proceso es más conocido por su uso en la desalinización (eliminar la sal y otros minerales de agua de mar para obtener agua dulce ), pero desde la década de 1970 también ha sido utilizado para purificar el agua dulce para, industriales, domésticas y aplicaciones médicas.

Osmosis describe cómo se mueve disolvente entre dos soluciones separadas por una membrana semipermeable para reducir las diferencias de concentración entre las soluciones. Cuando dos soluciones con diferentes concentraciones de un soluto se mezclan, la cantidad total de solutos en las dos soluciones se distribuyen por igual en la cantidad total de disolvente de las dos soluciones. En lugar de mezclar las dos soluciones en conjunto, se puede poner en dos compartimentos en los que están separados entre sí por una membrana semipermeable . La membrana semipermeable que no permite que los solutos de pasar de un compartimiento a otro, pero permite que el solvente se mueva. Dado que el equilibrio no puede ser alcanzado por el movimiento de solutos desde el compartimiento con alta concentración de solutos a la que con la concentración de solutos baja, es lugar alcanzado por el movimiento del solvente de las zonas de baja concentración de solutos a áreas de alta concentración de soluto. Cuando el disolvente se mueve lejos de las áreas de baja concentración, hace que estas áreas a ser más concentrado. Por otro lado, cuando se mueve el disolvente en zonas de alta concentración, la concentración de solutos disminuirá. Este proceso se llama ósmosis. La tendencia para el solvente a flujo a través de la membrana se puede expresar como "presión osmótica", ya que es análogo al flujo causado por una diferencia de presión. La ósmosis es un ejemplo de la difusión.

En la ósmosis inversa, en una configuración similar a la de ósmosis, se aplica presión en el compartimiento con alta concentración. En este caso, hay dos fuerzas que influyen en el movimiento del agua: la presión causada por la diferencia en la concentración de soluto entre los dos compartimentos (la presión osmótica) y la presión aplicada externamente.

Aplicaciones

Purificación del agua potable

Infantes de Marina de Lucha contra la Batallón de Logística 31 operan ROWPUs a los esfuerzos de socorro tras el deslizamiento de tierra de Leyte del Sur 2006

En todo el mundo, los hogares de agua potable de purificación de sistemas, incluyendo un paso de ósmosis inversa, se utilizan comúnmente para mejorar el agua para beber y cocinar.

Estos sistemas suelen incluir una serie de pasos:

En algunos sistemas, el prefiltro de carbón se omite, y triacetato de celulosa membrana (CTA) se utiliza. La membrana de la CTA es propensa a la pudrición salvo que esté protegido por el agua tratada con cloro, mientras que la membrana TFC es propenso a romperse bajo la influencia del cloro. En los sistemas de la CTA, un post-filtro de carbono es necesaria para eliminar el cloro del agua del producto final.

de ósmosis inversa portátil (RO) procesadores de agua se venden para purificar el agua personal en diversos lugares. Para trabajar con eficacia, el agua que abastece a estas unidades mejores deben estar bajo una cierta presión (40 psi o mayor es la norma). Procesadores portátiles de agua RO puede ser utilizado por personas que viven en las zonas rurales carecen de agua limpia, lejos de las tuberías de agua de la ciudad. La población rural río filtro o agua de mar sí mismos, como el dispositivo es fácil de usar (el agua salina puede ser necesario membranas especiales). Algunos viajeros, la pesca, o la isla de viajes de campamento navegación de largo, o en países donde el suministro local de agua está contaminada o de mala calidad, el uso del agua del RO procesadores, junto con uno o varios esterilizadores UV. sistemas de osmosis inversa son ahora ampliamente utilizado por los aficionados de acuarios marinos. En la producción de agua mineral embotellada, el agua pasa a través de un procesador de agua de ósmosis inversa para remover los contaminantes y microorganismos. En los países europeos, sin embargo, dicho tratamiento de agua mineral natural (según la definición de una directiva europea [ 3 ] ) no está permitido por la legislación europea. En la práctica, una fracción de las bacterias que viven y pueden pasar a través de membranas de ósmosis inversa a través de pequeñas imperfecciones, o evitar por completo la membrana a través de filtraciones pequeñas en los alrededores de las focas. Por lo tanto, RO sistemas completos pueden incluir etapas adicionales de tratamiento de agua que usan la luz ultravioleta o el ozono para evitar la contaminación microbiológica.

tamaños de poros de membrana puede variar de 0,1 nanómetros (3,9 × 10 -9 en) a 5.000 nanómetros (0,00020 pulgadas) dependiendo del tipo de filtro. "Filtración de partículas" elimina las partículas de 1 micra (3.9 × 10 -5 en) o mayor. microfiltración elimina las partículas de 50 nm o mayores. "Ultrafiltración" elimina las partículas de aproximadamente 3 nm o más. "Nanofiltración" elimina las partículas de 1 nm o mayores. La ósmosis inversa es en la última categoría de filtración por membrana, "hiperfiltración", y elimina las partículas mayores de 0,1 nm.

En la militar de los Estados Unidos, unidades de ósmosis inversa de agua de purificación se utilizan en el campo de batalla y en la formación. Sus capacidades van de 1,500 a 150,000 galones imperiales (6.800 a 680.000 litros) por día, dependiendo de la necesidad. Los más comunes de estos son los galones y 3.000 unidades de 600 por hora, ambos son capaces de purificar el agua salada y el agua contaminada con químicos, biológicos, radiológicos y nucleares agentes del agua. Durante el período de 24 horas, en los parámetros normales de funcionamiento, una unidad puede producir entre 12.000 y 60.000 galones imperiales (55.000 a 270.000 litros) de agua, con una hora de mantenimiento ventana 4 que permitan comprobar que los sistemas, bombas, elementos de OI y el generador de motor. Un ROWPU solo puede sostener una fuerza del tamaño de un batallón , o 1.000 a 6.000 miembros del Servicio o menos.

El agua y la purificación de aguas residuales

El agua de lluvia recogida de los desagües pluviales se purifica con la ósmosis inversa procesadores de agua y se utiliza para el riego de jardines y de refrigeración industrial en Los Ángeles y otras ciudades, como una solución al problema de la escasez de agua.

En la industria, la ósmosis inversa elimina los minerales del agua de la caldera en centrales eléctricas . El agua se hierve y se condensa en varias ocasiones. Debe ser lo más puro posible para que no deja depósitos en la máquina o causar corrosión. Los depósitos dentro o fuera de los tubos de la caldera puede resultar en bajo rendimiento de la caldera, reduciendo su eficiencia y que resulta en la producción de vapor pobres, por lo tanto, la producción de energía a los pobres de la turbina.

También se utiliza para limpiar las aguas subterráneas de efluentes y aguas salobres. El efluente en grandes volúmenes (más de 500 pies cúbicos. Metros por día) deben ser tratados en una planta de tratamiento de efluentes, y luego el claro efluente está sujeto a sistema de ósmosis inversa. coste del tratamiento se reduce considerablemente y la vida de la membrana del sistema RO se aumenta.

El proceso de ósmosis inversa se puede utilizar para la producción de agua desionizada .

En 2002, México anunció que un proceso llamado NeWater sería una parte importante de sus planes de agua en el futuro. Esto implica el uso de ósmosis inversa para el tratamiento de aguas residuales domésticas antes de descargar el NeWater de nuevo en los embalses.

Industria de Alimentos

Además de la desalación, la ósmosis inversa es una operación más económica para la concentración de líquidos alimenticios (tales como los zumos de frutas) que los procesos de tratamiento térmico convencional. La investigación ha sido realizada sobre la concentración de jugo de naranja y jugo de tomate. Sus ventajas incluyen un menor coste de explotación y la capacidad de evitar los procesos de tratamiento de calor, lo que lo hace adecuado para las sustancias sensibles al calor como la de proteínas y enzimas que se encuentran en los alimentos mayoría de los productos.

La ósmosis inversa es ampliamente utilizado en la industria láctea para la producción de polvos de proteína de suero y de la concentración de la leche para reducir los costos de envío. En las aplicaciones de suero de leche, el suero (líquido que queda después de la fabricación de queso) se concentra con el RO% del total de sólidos de 6 a 10 a 20% el total de sólidos antes de UF (ultrafiltración) el tratamiento. El retenido de UF se puede utilizar para hacer diversas suero en polvo, incluyendo proteína de suero utilizado en el culturismo formulaciones. Además, el permeado de UF, que contiene lactosa, se concentra por RO de 5% del total de sólidos de 18 a 22% el total de sólidos para reducir los costos de secado y cristalización de la lactosa en polvo.

Aunque el uso del proceso se evitó una vez en la industria del vino, ahora es ampliamente reconocido y utilizado. Se estima que 60 máquinas de osmosis inversa se utiliza en Burdeos , Francia en 2002. usuarios conocidos incluyen muchos de los clasificados crecimientos de élite (Kramer), tales como Château Léoville-Las Cases en Burdeos .

Lavado de autos

Debido a su menor contenido mineral, agua de ósmosis inversa se utiliza a menudo cuando se lava el coche durante el enjuague final del vehículo para evitar las manchas de agua en el vehículo. ósmosis inversa se utiliza a menudo para conservar y reciclar el agua en el lavado de los ciclos de enjuague, especialmente en las zonas afectadas por la sequía en la conservación del agua es importante. Agua de ósmosis inversa también permite a los operadores de lavado de automóviles para reducir las demandas sobre el equipo del vehículo de secado, tales como sopladores de aire.

La producción de jarabe de arce

En 1946, algunos de jarabe de arce productores comenzaron a utilizar la ósmosis inversa para eliminar el agua de la savia antes de ser aún más reducido a jarabe . El uso de la ósmosis inversa permite aproximadamente 54-42% del agua que se elimina de la savia, la reducción del consumo de energía y la exposición de la miel a altas temperaturas. La contaminación microbiana y la degradación de las membranas que tiene que ser controlada.

La producción de hidrógeno

Para pequeña escala de producción de hidrógeno , ósmosis inversa se utiliza a veces para evitar la formación de los minerales en la superficie de los electrodos .

acuarios de arrecife

Muchos encargados del acuario de arrecife utilizar sistemas de ósmosis inversa para su mezcla artificial de agua de mar. El agua corriente puede a menudo contienen un exceso de cloro, las cloraminas, cobre, nitrógeno, fosfatos, silicatos, o muchos otros productos químicos perjudiciales para los organismos sensibles en un ambiente de arrecife. Contaminantes como los compuestos de nitrógeno y de fosfatos puede conducir a un exceso, y el crecimiento de algas indeseables. Una efectiva combinación de ambos de ósmosis inversa y desionización (RO / DI) es el más popular entre los encargados del acuario de arrecife, y es preferible por encima de otros procesos de purificación de agua debido al bajo costo de propiedad y los costos de operación mínimos. En caso de cloro y cloraminas se encuentran en el agua, la filtración de carbono es necesaria antes de la membrana, como la residencial membrana común utilizado por los encargados de arrecife no hacer frente a estos compuestos.

Desalinización

Las áreas que tienen ya sea nula o limitada de agua superficiales o subterráneas puede optar por desalar agua de mar o agua salobre para obtener agua potable . La ósmosis inversa es el método más común de la desalinización, aunque el 85 por ciento del agua desalada se produce en varias etapas de flash plantas. [ 4 ]

ósmosis inversa grandes y en varias etapas de flash plantas de desalinización se utilizan en el Oriente Medio , especialmente Arabia Saudita . Las necesidades energéticas de las plantas son grandes, pero la electricidad puede ser producida de forma relativamente barata con la abundante aceite de reservas en la región. Las plantas de desalinización se han situado junto a la plantas de energía , lo que reduce las pérdidas de energía en la transmisión y permite que el calor residual para ser utilizado en el proceso de desalinización de las plantas de flash de varias etapas, reduciendo la cantidad de energía necesaria para desalinizar el agua y la refrigeración por el que el poder planta.

Agua de mar de ósmosis inversa (SWRO) es una de desalinización por ósmosis inversa proceso de membrana que ha sido utilizado comercialmente desde principios de 1970. Su uso práctico primer caso se demostró por Sidney Loeb y Srinivasa Sourirajan de UCLA en Coalinga, California . Debido a que no o cambios de fase de calentamiento son necesarios, los requisitos de energía son bajos en comparación con otros procesos de desalación, pero siguen siendo mucho mayores que los requeridos para otras formas de suministro de agua (incluyendo el tratamiento de ósmosis inversa de aguas residuales). [ cita requerida ]

El Ashkelon ósmosis inversa de agua de mar (IDAM) de plantas de desalinización en Israel es el más grande del mundo. [ 5 ] [ 6 ] El proyecto fue desarrollado como un BOT (Build-Operate-Transfer) por un consorcio de tres empresas internacionales: Veolia agua, IDE Technologies y Elran. [ 7 ]

El sistema típico de un solo paso SWRO consta de los siguientes componentes:

El tratamiento previo

El tratamiento previo es importante cuando se trabaja con el RO y nanofiltración (NF) membranas, debido a la naturaleza de su diseño en espiral. El material está diseñado de tal manera como para permitir sólo el flujo de una vía a través del sistema. Como tal, el diseño en espiral no permite backpulsing con la agitación del agua o el aire que buscar en su superficie y quitar los sólidos. Dado que el material acumulado no se puede quitar de los sistemas de superficie de la membrana, que son altamente susceptibles a la suciedad (pérdida de la capacidad de producción). Por lo tanto, el tratamiento previo es una necesidad para cualquier sistema de RO o NF. Tratamiento previo en los sistemas SWRO tiene cuatro componentes principales:

CO 3 -2 + H 3 O + = HCO 3 - + H 2 O
HCO 3 - + H 3 O + = H 2 CO 3 + H 2 O

Bomba de alta presión

La bomba suministra la presión necesaria para empujar el agua a través de la membrana, así como la membrana rechaza el paso de la sal a través de él. presiones típicas de aguas salobres rango 225 a 375 psi (15.5 a 26 bar, o al 2,6 MPa 1.6). En el caso del agua de mar, que van desde 800 a 1180 psi (55 a 81,5 bar o a 8 MPa 6). Esto requiere una gran cantidad de energía.

ensamblaje membrana

Las capas de una membrana.

El montaje de la membrana se compone de un recipiente a presión con una membrana que permite que el agua de alimentación a ser presionado en su contra. La membrana debe ser lo suficientemente fuerte como para resistir cualquier presión se aplica en su contra. membranas de ósmosis inversa se hacen en una variedad de configuraciones, con las dos configuraciones más comunes están en espiral y fibra hueca- .

remineralización y el ajuste del pH

El agua desalada es muy corrosivo y está "estabilizado" para proteger tuberías de aguas abajo y almacenes, por lo general mediante la adición de cal o soda cáustica para evitar la corrosión de superficies de hormigón revestidos. material de encalado se utiliza para ajustar el pH entre 6.8 y 8.1 para satisfacer las especificaciones de agua potable, principalmente para la desinfección efectiva y para el control de la corrosión.

Desinfección

Después del tratamiento consiste en la estabilización del agua y prepararla para su distribución. los procesos de desalinización son efectivas barreras muy a organismos patógenos, sin embargo, la desinfección se utiliza para asegurar un lugar "seguro" de suministro de agua. Desinfección (a veces llamada germicidas y bactericidas) se emplea para esterilizar las bacterias, protozoarios y virus que han pasado por alto el proceso de desalinización en el agua producto. La desinfección puede ser por medio de la radiación ultravioleta , el uso de lámparas UV directamente en el producto, o por cloración o cloración (cloro y amoníaco). En muchos países, ya sea de cloración o cloración se utiliza para proporcionar un "residual" agente de desinfección en el sistema de abastecimiento de agua para proteger contra la infección del suministro de agua por la contaminación en el sistema.

Desventajas

unidades de ósmosis inversa para uso doméstico mucha agua porque no tienen la presión de la espalda baja. Como resultado, se recuperan sólo del 5 al 15 por ciento del agua que entra en el sistema. El resto se descarga como agua residual. Debido a que las aguas residuales lleva consigo los contaminantes rechazados, los métodos para recuperar esta agua no son prácticos para los sistemas del hogar. Las aguas residuales son normalmente vinculado a la casa de los desagües y se sumará a la carga en el sistema séptico del hogar. Una unidad de RO entrega de 5 galones de agua tratada por día podrán cumplir con 40-90 galones de aguas residuales por día para el sistema séptico. [ 8 ]

Industrial a gran escala los sistemas municipales tienen una eficiencia de la producción más cerca de un 48%, ya que pueden generar la alta presión necesaria para una filtración más eficiente RO.

Las novedades

Prefiltración ensuciamiento de las aguas de alta con otro, la membrana de poro más grande con el requisito de menos de energía hidráulica, ha sido evaluado y se utiliza a veces, desde la década de 1970. Sin embargo, esto significa que el agua pasa a través de dos membranas y es a menudo represurizada, que requieren más energía de entrada en el sistema, aumentando el coste.

Otros recientes trabajos de desarrollo se ha centrado en la integración de Rumanía con la electrodiálisis para mejorar la recuperación de valiosos productos desionizada o minimizar el volumen de concentrado que requieren la descarga o eliminación.

Véase también

Notas

  1. ^ un b Crittenden [, Juan; Trussell, Rodas, a mano, David Howe, Kerry y Tchobanoglous, George. Principios de Tratamiento de Agua y Diseño, Edición 2. John Wiley and Sons. Nueva Jersey. 2005.]
  2. ^ Glater, J. (1998). "La historia temprana de la membrana de ósmosis inversa de desarrollo". Desalinización 117 : 297-309. 
  3. ^ http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CONSLEG:1980L0777:19961213:EN:PDF
  4. ^ Tecnología del Agua - Planta Desaladora de Shuaiba
  5. ^ Israel es el número 5 en la lista de los 10 mejores tecnologías limpias en 21 quater Israel enfoque más allá de un Consultado el 21/12/2009
  6. ^ desalinizadora de ósmosis inversa de agua de mar (IDAM) Planta
  7. ^ desaladora de Ashkelon - Un desafío con éxito
  8. ^ los sistemas de depuración para las fuentes de agua del hogar

Referencias

Enlaces externos