Pregunta al Experto en Membranas

La  limpieza de membranas de OI deben realizarse con químicos limpiadores CIP de alto y bajo pH. La limpieza con alto pH debe realizarse siempre primero para penetrar y dispersar las incrustaciones biológicas u orgánicas. Los productos químicos de limpieza especiales de alto pH penetran de manera más eficaz las incrustaciones orgánicas y biológicas pesadas, lo que los hace más eficaces que los productos químicos CIP de uso común, como el hidróxido de sodio. Si bien muchos eligen los productos químicos CIP de menor costo, su costo anual terminará siendo significativamente más alto debido a la mayor frecuencia de limpieza; esto genera más costos laborales, costos químicos y tiempo de inactividad. Siempre es mejor realizar un estudio de limpieza para garantizar que el rendimiento de la membrana se restaure por completo después del CIP. Algunas empresas recomiendan el uso de ácido cítrico antes de la limpieza de pH alto, debido a sus propiedades quelantes. Recomendamos encarecidamente contra esta práctica: las incrustaciones orgánicas pierden su carga aniónica si se realiza primero una limpieza de pH bajo, y dado que casi siempre se produce algo de permeado durante el CIP, las incrustaciones se compactarán en la membrana y serán más difíciles de penetrar.

¿Cuál es el mejor método para limpiar membranas de ósmosis inversa?

Los resultados de CIP de membrana serán mejores si cada etapa se limpia individualmente. Esto permitirá la máxima velocidad de flujo durante la limpieza. Si ambas etapas de un sistema con una matriz 2: 1 se limpian simultáneamente, cada recipiente a presión en la segunda etapa recibirá el doble de velocidad de flujo que la primera etapa. Esto provocaría que la membrana se telescópica en la segunda etapa si los elementos de la primera etapa se limpian a una velocidad de flujo óptima. Alternativamente, al basar la velocidad del flujo en la segunda etapa, las membranas de la primera etapa no recibirían suficiente limpieza superficial.

Realización de la limpieza de la membrana RO

Siempre se debe considerar el volumen total del sistema al determinar la cantidad de productos químicos CIP que se deben agregar. Puede utilizar la calculadora AWC RO CIP  para ayudarle a calcular la cantidad correcta de producto químico.

Cuando se realiza una limpieza de un sistema de ósmosis inversa, el primer 20% de la solución limpiadora pasa a través de las membranas directamente para drenar, en lugar de circular. Esto evitará la contaminación de la solución limpiadora con incrustaciones sueltas y la suspensión sólidos.

La solución restante se hace circular a través del sistema mientras se monitorea cuidadosamente el diferencial de presión (dP). La dP no debe exceder los 10 PSI (0,69 bar) por elemento de membrana. Cada 30 a 60 minutos, se puede detener la circulación para permitir que las membranas se “empapen” durante aproximadamente 30 a 60 minutos. A continuación, se debe iniciar de nuevo la circulación para eliminar la suciedad desintegrada y llevar el producto químico de limpieza fresco a la superficie de la membrana. El pH debe controlarse cada 15 a 30 minutos durante la circulación. Si el pH de la solución de limpieza ha cambiado, se debe agregar más producto químico de limpieza para ajustar el pH nuevamente al rango objetivo.

El remojo y la circulación se pueden repetir alternativamente hasta que se complete la limpieza. Se determina que la limpieza con pH bajo está completa cuando el pH se estabiliza, pero la duración de una limpieza con pH alto debe basarse en un tiempo predeterminado. El tiempo requerido o los resultados óptimos de CIP pueden obtenerse mediante prueba y error o realizando un estudio de limpieza.

Una limpieza de pH alto generalmente se realiza a un pH de 11 a 12 usando un químico de limpieza como AWC C-236 para sílice,  AWC C-237 para bio-incrustaciones o AWC C-227 para incrustaciones orgánicas pesadas. Se agrega más químico durante la limpieza cada vez que el pH cae por debajo de 11. Si la solución se vuelve muy oscura o turbia, debe drenarse y debe prepararse una nueva solución de limpieza. Se debe realizar una limpieza de pH bajo a un pH de 2 a 3 utilizando productos químicos CIP como  AWC C-234AWC C-235 (sin fósforo). Si el pH de la solución de limpieza aumenta por encima de 3 en cualquier momento durante la limpieza, se debe agregar más producto químico de limpieza para reducir el pH a su rango objetivo de 2 - 3.

AWC proporciona a la comunidad de membranas soluciones químicas para optimizar el funcionamiento del sistema de ósmosis inversa. Asegúrese de comunicarse con nosotros hoy mismo al (813) 246-5448 para obtener más información sobre nuestros productos químicos CIP de membrana especiales.

Sí, los virus son sustancialmente removidos por membranas de ósmosis inversa. Sin embargo, estudios realizados han mostrado una eficacia variable de la eliminación viral, variando desde LRV (Log Removal Value) de 2 (rechazo 99%) hasta un LRV de 5.9 (rechazo 99.99987%). Esto se cree que es el resultado de imperfecciones en las membranas. También puede ser provocado por daños mecánicos o químicos los cuales pueden resultar en una pérdida de rechazo de sales.

En un artículo titulado "Eliminación de sustitutos virales biológicos y no-biológicos por elementos de membrana en espiral de ósmosis inversa con integridad intacta y comprometida", los autores encontraron una correlación entre el rechazo de los virus y el rechazo del cloruro de sodio, donde un aumento en el paso de sales indicaría un incremento en el paso de virus a través de la membrana. El documento se puede encontrar en el siguiente enlace:

http://people.ce.gatech.edu/~jkim/documents/WR%202004%20%5BVirus%20Transport%20through%20RO%5D

A-102 Plus puede manejar hasta un 300% de saturación de sulfato de calcio en el lado de la salmuera. La saturación de CaSO4 variará de acuerdo con las concentraciones de calcio y sulfatos disueltos, temperatura y salinidad.

Si ya tiene altos niveles de sulfato, evite o minimice la dosificación de ácido sulfúrico porque éste agregará a los iones disueltos de SO4= en su agua de alimentación.

Para las saturaciones de sulfato de calcio> 300%, debe usarse un anti-incrustante especializado para CaSO4. El AWC A-104 puede controlar el sulfato de calcio a saturaciones tan altas como 600%.

Cuando se calcula la dosificación anti-incrustante, se debe considerar la inhibición de todas las incrustaciones. Los potenciales de incrustación que pueden formarse son:

Carbonato de Calcio
Fosfato de Calcio
Fluoruro de Calcio
Sulfato de Calcio
Sulfato de Bario
Sulfato de Estroncio
Hidróxidos metálicos (hierro, aluminio)
Incrustaciones de silicato

La dureza cálcica por sí sola no puede usarse para determinar la tendencia de incrustación, ya que tiene que combinarse con un anión para formar una incrustación. Con el fin de calcular la dosificación de anti-incrustante, tiene que realizarse un completo análisis de agua que contenga los siguientes parámetros:

Cationes:
Ca, Mg, Ba, Sr, Fe, Al, Mn, Na

Aniones:
Alcalinidad, SO4, F, PO4, SiO2

Otra Información requerida:
pH del agua de alimentación (medido en la recolección en el sitio), temperatura del agua de alimentación (medida en la recolección en el sitio), % de recuperación, rechazo de sales de la membrana (disponible en la hoja de especificación de la membrana) y configuración del sistema (# de etapas, # vasos de presión/etapa).

Una vez que toda la información anterior está disponible, el potencial de incrustación puede ser calculado por su proveedor de anti-incrustantes, y el apropiado anti-incrustante puede ser seleccionado con una correspondiente dosificación.

El cloro dañará irreversiblemente una membrana OI de poliamida, y como tal, no se puede permitir que cloro residual entre en contacto con la membrana. Esto significa que una vez que declorine, las bacterias sobrevivientes una vez más florecerán, y las bacterias muertas estarán disponibles como fuentes de carbón asimilable para las sobrevivientes. Muchos de los componentes del existente TOC también se desglosarán en AOC (carbono orgánico Asimilable). Estos también se convertirán en una fuente de carbono para el aumento de las poblaciones biológicas y una biomasa resultante. Esto es especialmente un problema con agua de mar la cual tiene un muy alto contenido de orgánicos. Además, las bacterias muertas son sólidos suspendidos y son tan propensas a ensuciar las membranas de agua de mar como cualquier otro orgánico insoluble.

El uso de productos químicos de decloración como el bisulfito también es complicado, porque la sobredosificación eliminará el oxígeno disuelto, dando como resultado un ambiente anaeróbico que puede estimular el crecimiento de ciertos formadores de slime tales como las bacterias sulfato reductoras. Los filtros de carbón no son mucho mejores, ya que se convierten en un criadero por adsorber orgánicos y proporcionar un suministro de AOC a las bacterias sobrevivientes en el agua declorada.

Muchos sistemas OI de aguas residuales de reúso inyectan cloro en su agua de alimentación que ya contiene altos niveles de amoníaco. Esto produce cloraminas que son seguras para el contacto directo con la membrana hasta 5 ppm como cloro combinado. Esto da la ventaja de mantener un entorno bioestático en todo el sistema de membrana. Sin embargo, si usted no tiene ya el amoníaco en el agua, esto sería arriesgado - cualquier avería que conduce a una pérdida de la dosificación del sulfato de amonio daría lugar a daño irreversible a sus membranas. El uso de cloraminas en sistemas de agua de mar no es viable debido a que las sales de bromuro en el agua de mar formarán bromaminas que pueden dañar membranas de poliamida.

En la mayoría de los casos, es mejor evitar la cloración, ya que es más probable que aumente los problemas de biofouling. La dosificación de los biocidas no oxidantes tales como DBNPA es generalmente una mejor solución para desinfectar las membranas sobre una base periódica para extender los tiempos entre las limpiezas. El lavado con permeado antes de cada apagado y / o cada 12 horas también puede ayudar a reducir la frecuencia de limpieza.

En primer lugar, el ácido cítrico es un ácido orgánico altamente asimilable, lo que significa que actuaría como fuente de carbono para el crecimiento de microorganismos. En los pocos casos en los que nos hemos encontrado en los que se dosificaba continuamente ácido cítrico en la alimentación de RO, las autopsias de las membranas encontraron crecimientos fúngicos graves que provocaban una disminución extrema de la permeabilidad.

Si la fuente de agua contiene oxígeno (agua superficial, aguas residuales), ha estado expuesta a oxidantes o se han utilizado coagulantes de base férrica, el hierro estará en estado férrico y, por lo general, puede controlarse dosificando antiincrustante hasta cierto punto. Si el agua no contiene oxígeno disuelto, la mayor parte del hierro estará en estado ferroso. Los iones ferrosos son extremadamente solubles y se controlan fácilmente con la mayoría de los antiincrustantes sin ácido.

Sin embargo, en muchos casos, estará presente algo de oxígeno soluble. Solo se necesitan 0.1 ppm de oxígeno disuelto para oxidar 0.7 ppm de iones ferrosos al estado férrico.

Fe2+ +14O2 + H+ = Fe3+ +12H2O

Cuando la fuente de agua proviene de un acuífero profundo, asumimos condiciones anaeróbicas en las que todo el hierro estará en estado ferroso (siempre y cuando el agua vaya directamente a la RO sin tanques de retención y sin dosificación de cloro u otros oxidantes). Cuando la fuente de agua proviene de un acuífero superficial, puede haber oxígeno presente y se puede suponer que el hierro está en estado férrico.

El hierro férrico puede controlarse hasta cierto punto usando antiincrustantes especiales como AWC A-119 o Megaflux AF, pero la demanda de anti-incrustantes se vuelve significativa. Los anti-incrustantes tienen una mayor afinidad por los hidróxidos de metales trivalentes que otras superficies. Por lo tanto, se adsorberán preferentemente en hidróxido férrico coloidal mientras permiten que el carbonato de calcio y otras sales escasamente solubles precipiten y formen incrustaciones en la superficie de la membrana. En tales casos, se requerirían dosis muy altas de anti-incrustante para controlar el hierro, mientras que se necesitaría un exceso para controlar otras incrustaciones. En algunos casos, la dosis requerida sería tan alta que podría ocurrir una sobredosis de antiincrustante. Por lo general, esto se puede abordar usando una dosis más baja de antiincrustante en combinación con una reducción del pH.

Algunas plantas más pequeñas usan filtros de arena verde para la eliminación de hierro y son muy efectivos siempre que tengan el tamaño correcto y estén bien mantenidos; las concentraciones de hierro se reducen típicamente por debajo de 0.1 ppm. Pero son un gasto de capital significativo, requieren una gran huella y, debido a que requieren una dosificación continua con un oxidante fuerte, corren el riesgo de dañar las membranas de RO.

El metabisulfito de sodio (SMBS) no es un desinfectante. SMBS disuelto en agua se convierte en bisulfito de sodio. Cuando se dosifica en línea en dosis altas, es un captador de oxígeno y muchas bacterias formadoras de biopelículas son anaeróbicas, lo que hace que la captación de oxígeno sea inútil. En muchos casos, estas altas dosis se han asociado con un mayor crecimiento biológico, especialmente cuando el agua contiene altos niveles de TOC. Sin embargo, SMBS previene el crecimiento de hongos en las membranas cuando se usa como solución de almacenamiento, porque la mayoría de los hongos no pueden crecer sin oxígeno. No hace falta decir que el crecimiento de bacterias aeróbicas también se inhibe en estas condiciones de almacenamiento. Los hongos requieren nitrógeno para crecer, lo que hace que las membranas de poliamida sean especialmente susceptibles al deterioro si no se evita el crecimiento de hongos. Los hongos y las bacterias heterótrofas obtienen su energía de compuestos orgánicos, por lo que es importante limpiar bien las membranas y eliminar todas las incrustaciones orgánicas de la superficie de la membrana antes del almacenamiento a largo plazo en una solución de bisulfito.

Este es un problema muy común y no hay una sola solución. Algunos sólidos suspendidos consisten en materia orgánica natural (NOM) o bacterias muertas, y pueden ser eliminadas realizando una limpieza de alto pH. Otros sólidos suspendidos (tales como piedra caliza, dolomita, fosforita, hidróxidos metálicos) son solubles en ácido y pueden eliminarse mediante limpieza a pH bajo.

Los sólidos suspendidos que están hechos de aluminosilicatos cristalinos tales como sedimentos y arcillas son insolubles en agua. El uso de un eficaz limpiador químico de alto pH con dispersantes puede ayudar a eliminar sedimentos y arcillas, siempre y cuando sean lo suficientemente pequeños para pasar a través de los canales de alimentación. Sin embargo, si son partículas grandes que están alojadas en los canales de alimentación, entonces puede ser necesaria la limpieza usando flujo inverso (es decir, circular en la dirección del concentrado a la alimentación). Cuando limpie usando flujo inverso, nunca exceda 2/3 del flujo máximo permitido recomendado por su fabricante de membrana.

Un químico limpiador que ha demostrado ser extremadamente eficaz en la dispersión de sedimentos y arcillas en sistemas OI de agua salobre es el AWC C-237. Para las plantas de agua de mar donde el ensuciamiento de la membrana tiende a consistir en una combinación de ensuciamiento biológico y orgánico pesado, además de limos y arcillas, recomendamos el AWC C-227.

Q: Estamos preocupad os por los niveles de oxígeno disuelto en el concentrado que se deposita nuevamente en el mar ...

El sulfito de sodio y el meta-bisulfito de sodio funcionan muy bien para la decloración a una relación estequiométrica de 1: 1

SO32- + HOCl → SO42- + Cl- + H+

HSO3- + HOCl → SO42- + Cl- + 2H+

Esto funciona en aproximadamente 1.5 ppm de bisulfito de sodio - a 1 ppm de hipoclorito (activo) en masa, y típicamente un ligero exceso es usado para aumentar la velocidad de reacción. Si utiliza meta-bisulfito de sodio, la proporción es de aproximadamente 1,35 ppm a 1 ppm de hipoclorito activo en masa (cuando se calcula la cantidad requerida como polvo) - el polvo de meta-bisulfito sódico se hidroliza hasta bisulfito cuando se disuelve en agua:

Na2S2O5 + H2O → 2HSO3- + 2Na+

El exceso de sulfito eliminará el oxígeno disuelto - sin embargo, la solubilidad del oxígeno es inversamente proporcional a la temperatura, por lo que habrá poco impacto en el agua fría si usted sobredosifica ligeramente el sulfito.

El peróxido de hidrógeno reacciona con cloro libre a un pH> 7 y típicamente requiere una relación de masa de 0,5 ppm: 1 ppm para la decloración, pero aumentará sustancialmente el DO. Dado que usted está utilizando esto con el agua de mar, el peróxido será consumido substancialmente por los productos orgánicos y un exceso substancial será requerido. El peróxido no parecería un método eficiente para su aplicación.

Otra cuestión que viene a la mente es que el agua de mar contiene sales de bromuro, algunas de las cuales reaccionarán para formar ácido hipo bromoso con la adición de hipoclorito. Los sulfitos reducen tanto el cloro como el bromo, desactivándolos así. Por el contrario, las sales de bromuro sin reaccionar reaccionarían con el peróxido para formar ácido hipo bromoso, de modo que incluso si el peróxido fuera un declorador efectivo en el agua de mar, su uso podría crear un nuevo problema.n nuevo problema.

Hay dos síntomas principales que normalmente asociamos con daño a la membrana:

1. Aumento de la conductividad del permeado acoplado sin una pérdida de productividad, o en casos extremos, con un aumento de la productividad - esto podría indicar delaminación o daño químico. El sondeo de membrana puede determinar si este aumento de la conductividad del permeado es simplemente debido a fugas en los inter-conectores del tubo de permeado (O-ring dañado).

2. Aumento de la presión diferencial (ΔP) en ambas etapas sin una pérdida de productividad - esto indica típicamente la formación de un "globo" o una “bolsa” en la membrana que ocurre durante el apagado del sistema como resultado de una excesiva contrapresión de permeado. Esto causa que la membrana se estire fuera de forma y la membrana ahora deformada se introduce en los canales de alimentación, impidiendo el flujo y creando pérdidas de presión.

Si el aumento de ΔP es sólo en la segunda etapa, y una autopsia de membrana determina que la “bolsa” formada en la membrana está solamente en el último elemento, por lo general es una indicación que una válvula de permeado fue cerrada durante la limpieza de la membrana. En tal caso, se encontrará que la peor deformación de la membrana es cerca del extremo del concentrado.

Una prueba de colorante presurizado en la membrana seguida por la autopsia de membrana puede determinar adicionalmente la causa del daño mediante la coloración del lado del permeado en áreas de la membrana donde un daño se ha producido. La ubicación y el patrón de las manchas ofrecen pistas sobre la naturaleza y la causa del daño de la membrana.

Para ejemplos, por favor vea el blog titulado Autopsia de Membrana: Daño por Contrapresión de Permeado en https://www.membranechemicals.com/membrane-autopsy-damage-from-permeate-backpressure/

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Casos de Estudio

Una granja de arándanos en Sur América utilizaba agua salobre tratada por ósmosis inversa para irrigación. Todos los pozos locales tenían concentraciones

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Una planta de agua residual de 8 MGD en el norte de California emplea 4 trenes de ósmosis inversa. Cada

El  zoológico  de  Cincinnati  utiliza  un  sistema  de  ultrafiltración (UF) para tratar el agua de lluvia.

Una planta municipal de agua potable de ósmosis inversa ubicada en el noroeste de Ohio tiene una capacidad de diseño de 2 MGD. Recibe
agua de pozos de salobre.

Una planta de energía en el sur de Florida solicitó la ayuda de AWC para encontrar una solución para revertir el ensuciamiento en sus elementos UF.

La Planta de RO de agua potable municipal tiene una capacidad de 640 GPM. La planta
consta de dos trenes, cada uno operando al 75% de recuperación. La configuración del tren es
(4X6) → (2X6) con membranas Hydranautics ESPA-1 en la primera etapa y ESPA-2
membranas en la segunda etapa.

La planta de ósmosis inversa de agua potable municipal se encuentra en la costa oeste de Florida y tiene una capacidad de diseño de 20 MGD. Recibe agua de pozos salobres suministrados por el Acuífero Hawthorne. Hay un total de 10 trenes. Cuatro trenes tienen membranas Dow Filmtec BW30-400 con una configuración (40X6) → (20X6) funcionando al 75% de recuperación. Los otros 6 trenes tienen membranas Toray TM720-400 con una configuración (42X6) → (18X6) funcionando al 75% de recuperación.