USO DE MEMBRANAS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
USE OF MEMBRANES FOR THE WASTEWATER TREATMENT
Gloria Lucia Camargo Millán.
Escuela de Ingeniería Metalúrgica. Facultad de Ingeniería. Universidad
Pedagógica y Tecnológica de Colombia. U.P.T.C. Tunja, Boyacá.
Docente ocasional tiempo completo
e-mail:
[email protected]
RESUMEN
Es interesante considerar además de las tecnologías tradicionales para el
tratamiento de aguas residuales el uso de membranas, debido a que estas
ofrecen diversas ventajas tales como: La variedad tanto de los tipos de
membranas comerciales como de los procesos de tratamiento, los cuales
pueden solucionar problemas específicos de contaminación además brindan la
posibilidad de obtener un tratamiento muy completo del efluente incluyendo
control microbiológico con un mínimo equipo, lo que permite cumplir con la
normatividad ambiental vigente.
ABSTRACT
It is interesting to consider besides the traditional technologies for the
treatment of residual effluents the use of membranes, because these they
offer diverse such advantages as: The so much variety of the types of
commercial membranes as of the processes of treatment, which can solve
specific problems of contamination also offer the possibility to be
obtained a very complete treatment of the residual effluent including
microbiological control with a minimum team, what allows to fulfill the
effective environmental standards.
PALABRAS CLAVES
Membranas, Tratamiento, Aguas residuales.
KEYWORDS
Membranes, Treatment., Wastewater
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. AWWA, et al, 1998, ¨Tratamiento del agua por procesos de membrana:
principios, procesos y aplicaciones¨, McGraw-Hill, Madrid.
2. CAMARGO MILLÁN, Gloria, 2001, ¨Acople de una unidad de electrodiálisis
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Facultad de Ingeniería. Bogotá D.C.
3. FUNDACION MAPFRE, 1994, ¨Manual de Contaminación Ambiental¨, Editorial
MAPFRE S.A., Madrid.
4. METCALF Y EDDY, 1991, ¨Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and
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5. RITTMANN, B Y MCCARTY, P, 2001, ¨Biotecnología del medio ambiente:
Principios y aplicaciones¨, McGraw-Hill, Madrid.
6. VISVANATHAN, C, 2000, ¨Membrane separation bioreactors for wastewater
treatment¨, Critical Reviews an environmental science and technology,
30(1): 1-48.
Fig. 2.1 CONFIGURACION DE MARCO Y PLATO
Fig. 2.1 PLATE AND FRAME MODULE
Fig. 2.2 CONFIGURACION DE MEMBRANA EN ESPIRAL
Fig. 2.2 SPIRAL MODULE
Fig. 2.3 CONFIGURACION DE MEMBRANA TUBULAR
Fig. 2.3 TUBULAR MODULE
Fig. 2.4 CONFIGURACIÓN DE MEMBRANA DE FIBRA HUECA
Fig. 2.4 HOLLOW FIBER MODULE
1. INTRODUCCION
El uso de membranas para el tratamiento de efluentes residuales se ha
incrementado en los últimos años, debido a los siguientes factores: Su uso
permite mejorar notablemente la calidad ambiental de los efluentes
residuales y el segundo factor es la gran innovación de productos por parte
de los fabricantes. Entre las configuraciones de módulos de membranas
ofrecidas por los productores se encuentran: la de marco y plato, la
espiral, la tubular y la de fibra hueca. Los procesos de aplicación de
membranas se enuncian a continuación: Diálisis, Electrodiálisis,
Pervaporación, Nanofiltración, Ultrafiltración, Microfiltración y Osmosis
Inversa. En el presente escrito se describen las configuraciones de
membrana y los procesos de aplicación de las mismas, terminando con una
breve descripción de un caso práctico para el tratamiento de aguas
residuales industriales a nivel piloto utilizando procesos de membrana
realizado en Colombia.
2. CONFIGURACIONES DE MODULOS DE MEMBRANAS
2.1. MARCO Y PLATO
En la Fig. 2.1 se observa una configuración típica de membranas de marco y
plato la cual se caracteriza por que el flujo del agua residual o alimento
a tratar se divide en dos corrientes: El concentrado o retenido y el
permeado. El concentrado esta constituido por aquellas sustancias que son
retenidas o no pasan a través de la membrana y el permeado esta formado
por las sustancias que atraviesan la membrana.
2.2. ESPIRAL
En la Fig. 2.2 se puede observar la configuración de membrana de modulo en
espiral, la cual permite que el agua residual a filtrar o alimento
recorra toda la membrana, el permeado es recogido en un canal central y la
corriente de concentrado sale por la espiral de la configuración.
2.3. TUBULAR
La Fig. 2.3 muestra una configuración de membrana del tipo tubular, se
fabrican de diámetros entre ½ pulgada a 1 pulgada. Son básicamente hojas
enrolladas sobre sí. Tienen la ventaja de soportar bien temperaturas altas
y amplios rangos de pH. Su operación es sencilla, la corriente de agua a
tratar entra por un extremo, por un canal inferior se recoge el permeado y
por una serie de tubos internos de la membrana se obtiene el concentrado.
2.4. FIBRA HUECA
En la Fig. 2.4 se observa un modulo de membrana del tipo fibra hueca, esta
configuración se caracteriza por tener una gran área de filtración si se
compara con el mínimo espacio que ocupa, se puede considerar como un tubo
lleno de microfibras huecas. El principio de operación es el siguiente: el
alimento entra por un extremo el permeado sale tangencialmente de la
membrana y el concentrado queda retenido dentro de la membrana (AWWA, et
al, 1998).
3. PROCESOS DE APLICACIÓN DE MEMBRANAS
3.1. DIALISIS
El soluto pasa a través de una membrana debido a una diferencia de
concentración de las soluciones, en este proceso se retienen
macromoléculas. La principal aplicación de este proceso de membrana es la
hemodiálisis.
3.2. ELECTRODIALISIS
La Electrodiálisis utiliza una diferencia de potencial eléctrico para
permitir el paso de iones a través de una membrana cargada selectivamente
(permite el paso de unos iones y de otros no) a partir de una solución rica
en los iones de interés a una solución en principio diluida. Las
principales aplicaciones de este proceso son la desalinación de agua de mar
de gran aplicación en el Japón, la remoción de iones metálicos, ácidos y
bases de aguas residuales y desmineralización del agua.
Un inconveniente encontrado en el proceso de electrodiálisis es el
ensuciamiento de las membranas, debido a la precipitación química de
algunas sales de baja solubilidad las cuales se depositan sobre las mismas,
así como también la presencia de materiales coloidales. El uso de un
pretratamiento con carbón activado seguido de precipitación química y
filtración reduce el ensuciamiento.
3.3. PERVAPORACION
Este proceso permite la remoción de sustancias orgánicas volátiles a partir
de un cambio de fase de líquido a vapor. La membrana es hidrofóbica es
decir no permite el paso del agua pero si de los compuestos volátiles
presentes en esta.
La aplicación es la remoción de compuestos orgánicos volátiles de efluentes
residuales.
Los procesos de membrana que se describen a continuación requieren la
aplicación de una diferencia o gradiente de presión.
3.4. MICROFILTRACION
Mediante la Microfiltración es posible remover partículas en el intervalo
de 0.1 a 1 micrón. En general, son rechazadas las partículas en suspensión
y los coloides grandes, mientras que las macromoléculas y los sólidos
disueltos pasan a través de la membrana. La Microfiltración se aplica en
la remoción de bacterias, material floculado y sólidos totales disueltos en
aguas de enfriamiento. Las presiones de trabajo típicas están entre 50 –
500 Kpa.
3.5. Ultrafiltración
La Ultrafiltración permite la separación macromolecular de partículas en
el intervalo de 20 a 100 A. De nuevo, todas las sales disueltas y las
moléculas más pequeñas pasan a través de la membrana. Mediante
ultrafiltración es posible separar coloides, proteínas, contaminantes
microbiológicos y moléculas orgánicas grandes (peso moléculas entre 1000 y
100.000). La presión a través de la membrana es del orden de 50 a 500 KPa.
Entre las aplicaciones a nivel industrial se encuentran el tratamiento de
aguas de lavado de cabinas de pintura por electrofóresis (recirculación de
pigmentos y resinas de pinturas) y tratamiento de aceites solubles usados.
La ultrafiltración también puede ser utilizada en la remoción de nutrientes
causantes de la Eutroficación de cuerpos de agua, específicamente el
fósforo.
3.6. Nanofiltración
Se refiere a procesos de membranas especiales que separan partícula en el
intervalo de 1 nm, de ahí el nombre de Nanofiltración. La Nanofiltración
opera en el intervalo entre Ultrafiltración y ósmosis reversa. Las
moléculas orgánicas con pesos moleculares mayores a 200 g/mol son
separadas, así como las sales disueltas en el intervalo de 10-98%. Las
sales con aniones monovalentes (NaCl, CaCl2 ) son rechazadas en un 20-
80%,mientras que las sales que tengan aniones divalentes (MgSO4 ) logran
separaciones mayores del 90-98%. Las aplicaciones típicas son: en remoción
de color y compuestos orgánicos en aguas superficiales, remoción de dureza
de aguas de pozo, reducción de sólidos disueltos totales y en aplicaciones
de alimentos. La presión típica a través de la membrana se encuentra entre
0.5 y 15 Mpa.
3.7. Osmosis INVersa
Con el proceso de osmosis inversa (OI) se obtiene el nivel más fino de
filtración posible. Las membranas de OI actúan como barreras a todas las
sales disueltas y moléculas inorgánicas con un peso molécular mayor de 100
g/mol. Las moléculas de agua pasan libremente a través de la corriente
generando una corriente purificada. El rechazo de sales disueltas de una
membrana de OI es típicamente del orden de 95-99% Las aplicaciones son
numerosas y variadas, siendo las más comunes: desalinización del agua de
mar y agua salada para consumo humano, recuperación de aguas de desecho,
procesamiento de bebidas y alimentos, tratamiento de agua residual de
procesos industriales, separaciones biomédicas, tratamiento de agua para la
industria electrónica y para la producción de energía. También es muy común
el uso de OI antes de un sistema de intercambio iónico, con el fin de
lograr una reducción importante en los costos de regeneración de resinas.
La presión a través de una membrana de OI para desalinización de agua de
mar esta entre 5 y 8 MPa. Otro factor importante a controlar en el proceso
OI es el pH del agua de alimentación al proceso el cual debe estar entre
4.0 y 7.5.
4. TRATAMIENTO CON MEMBRANAS A NIVEL BIOLOGICO
Los tres tipos de aplicaciones para membranas en tratamiento biológico son:
Separación de Biosólidos, Aireación de la biomasa y Extracción selectiva de
contaminantes. Estas tres aplicaciones no solo se utilizan de manera
aislada, también pueden usarse combinadas sumándose las ventajas de estos
procesos. El reactor biológico de membrana (MBR) ofrece ventajas
adicionales sobre los procesos de tratamiento anaerobios convencionales,
entre estas se encuentran: Excelente calidad de agua tratada, disminución
del volumen de los equipos necesarios, disminución de la cantidad de lodos
producidos, altos tiempos de retención celular y de retención hidráulico y
la posibilidad de aplicar altas cargas orgánicas (VISVANATHAN, C, 2000).
El principal inconveniente del bioreactor de membrana es el costo adicional
debido a los costos de instalación de la membrana, a los costos
energéticos para el bombeo del agua residual hacia y a través de la
membrana y a los costos de mantenimiento y sustitución de la membrana.
5. CASO PRÁCTICO DE APLICACIÓN DE LOS PROCESOS DE MEMBRANA A NIVEL PILOTO
EN COLOMBIA
En Colombia se han realizado algunos trabajos para la evaluación del
comportamiento de las membranas en el tratamiento de aguas residuales
verificándose las ventajas de las mismas. Uno de estos trabajos utilizo la
electrodiálisis acoplada a un reactor biológico de membrana para tratar un
efluente de una industria de gaseosas a nivel piloto como una alternativa
respecto a la adición de químicos para arrancar un reactor anaerobio
encontrándose que la electrodiálisis permite controlar el pH del reactor en
valores cercanos a neutro (pH=7) al remover los Ácidos grasos volátiles
(AGV´s) generados en el proceso de tratamiento del agua residual (CAMARGO,
2001)
CONCLUSIONES
El uso de membranas es una aplicación muy versátil para el tratamiento
de efluentes residuales si se consideran los diferentes tipos de
módulos de configuraciones de membranas y los diferentes procesos,
lográndose abarcar un rango muy amplio de contaminantes.
En Colombia en el campo de las membranas y su aplicación en la
recuperación del medio ambiente esta prácticamente todo por hacerse,
las pocas experiencias con procesos de membrana han sido solamente a
nivel piloto. Invito a los lectores interesados en el área ambiental a
considerar esta interesante alternativa.
Tunja, 16 de diciembre de 2004.
Señores
CENTRO DE INVESTIGACIONES Y EXTENSIÓN DE LA FACULTAD DE CIENCIAS C.I.E.C.
U.P.T.C.
Respetados señores:
Por medio de la presente entrego el artículo informativo corregido de la
convocatoria para la presentación de escritos Revista "CIENCIA EN
DESARROLLO" 2004, puedo ser contactada en la Escuela de Ingeniería
Metalúrgica o en la dirección electrónica
[email protected].
Agradezco de antemano la atención prestada.
Cordialmente,
Gloria Lucia Camargo Millán
Ing. Química. Magíster en Ing. Civil. Área de ambiental.
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PERMEADO
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