La membrana de ósmosis inversa funciona como barrera para evitar el paso de sustancias indeseadas en un flujo de agua. Hay otros tipos que cumplen la misma función y son usados para el tratamiento de aguas. Todas las membranas funcionan de forma similar a las paredes celulares, ya que filtran impurezas, sales, virus y otras partículas disueltas en el líquido. Para elegir la más conveniente es importante conocer los tipos existentes y los criterios usados para clasificarlos, que mencionaremos en esta publicación.
TIPOS DE MEMBRANAS PARA TRATAR AGUAS
El uso de membranas es reciente e inició en la década de 1970, pero fue hasta la década siguiente que se usaron ampliamente para desalinizar el agua. Se diversificaron y mejoraron con el paso del tiempo y actualmente son cuatro los tipos que se utilizan para el tratamiento de agua: membrana de ósmosis inversa, ósmosis directa, ultrafiltración y microfiltración.
Para cada proceso se requieren distintas membranas, ya sea para separar impurezas a nivel molecular o usarlas como tamiz. Están conformadas por películas basadas en polímeros, cerámica y otros materiales, aunque actualmente se efectúan estudios sobre la efectividad de otros materiales como grafeno, nanotubos de carbono y óxido de aluminio. Los grados de permeabilidad de las membranas varían según el tipo:
- Las membranas de microfiltración poseen poros grandes y varían de 0.1 a 10 micrones.
- Los ejemplares de ultrafiltración poseen poros de 0.1 a 0.01 micrones.
- Las membranas de ósmosis inversa poseen 0.0001 micrones, por tal motivos son ampliamente usadas para aplicaciones generales e industriales.
1. MEMBRANAS DE ÓSMOSIS DIRECTA
Es ampliamente usada para la purificación del agua y consiste en un proceso físico donde un solvente es desplazado a través de una membrana semipermeable. El líquido se encuentra en sus dos lados con variados niveles de minerales disueltos y el agua con más solutos se disuelve naturalmente. Cabe añadir un dato histórico: la ósmosis fue descubierta en 1748 por Jean-Antoine Nollet y acuñó el nombre con base en los términos griegos exosmose y endosmose.
2. MEMBRANAS DE ÓSMOSIS INVERSA
Se trata de una herramienta para darle la vuelta al mundo. Este tipo de membrana depende de la presión para que el agua pase a través de ella. Separa así las impurezas, aunque las últimas se acumulan, por lo que es necesaria la limpieza constante. Muchos la consideran como la más confiable, lo que puede corroborarse en una encuesta realizada en el 2018 por expertos en la industria del reuso del agua.
La membrana de ósmosis inversa se usa comúnmente para desalinizar líquidos, sin embargo es usada también para el reúso de agua, tratamiento de efluentes y para eliminar trazas de calcio, fosfatos, metales pesados, entre otras partículas.
3. UITRAFILTRACIÓN Y MICROFILTRACIÓN
Se trata de membranas basadas en partículas de bloqueo. En ellas son importantes las dimensiones del poro, ya que determinan el tamaño de microorganismos y partículas que pueden atravesarlas. Son útiles para bloquear ácidos grasos, macromoléculas, proteínas, virus, bacterias, protozoos y sólidos en suspensión.
CLASIFICACIONES DE LAS MEMBRANAS
Son diversos los criterios usados para clasificar a las membranas según sus propiedades y características, lo que impide hablar de una clasificación única, sin embargo, los criterios más comunes son estructura y naturaleza. El criterio de naturaleza abarca membranas sintéticas y naturales. Dentro de las últimas se encuentran ejemplares biológicos y no biológicos y las primeras comprenden membranas inorgánicas (cerámicas o metálicas), compuestas (por inclusión, capas o mezcla de polímeros) y poliméricas líquidas.
El criterio de estructura abarca lo microscópico y macroscópico. La estructura microscópica comprende subgrupos según su configuración (asimétricas o simétricas) o su porosidad (porosas o no porosas. En cambio, la estructura macroscópica abarca subgrupos tubulares, laminares, de fibras huecas, de lámina plana y arrollamiento en espiral.
Según lo dicho en los párrafos anteriores, las membranas para tratamiento de aguas se clasifican de la siguiente manera:
MEMBRANAS POROSAS
Poseen una función y estructura similar a los filtros convencionales. Son ligeras y rígidas y poseen una distribución aleatoria, además, sus poros están interconectados, por lo que la separación se da en función de la distribución del tamaño del poro y del tamaño molecular. Las membranas de microfiltración y ultrafiltración son ejemplos de membranas porosas. Impiden mediante exclusión el paso a través de ellas de solutos más grandes que el diámetro del poro.
Todas las partículas mayores que los poros son rechazados por completo por ambas membranas. En cambio, las partículas menores que los poros mayores, pero mayores que los poros más pequeños, son rechazadas de forma parcial. Las partículas más pequeñas que los poros más pequeños si pueden pasar a través de ellas. En las membranas porosas la diferencia de presión es la fuerza responsable del flujo de permeado.
MEMBRANAS DENSAS NO POROSAS
Se trata de estructuras no porosas y conformadas por una capa densa. A través de la última se transportan los elementos permeantes mediante difusión bajo un gradiente electrónico, de presión o concentración. La separación de los componentes de una mezcla depende de su velocidad de transporte relativa en el interior de la membrana.
Tal velocidad está determinada por un modelo de solución-difusión donde los componentes de la mezcla son disueltos en la membrana y después son difundidos a través de ella. Las membranas de ósmosis inversa son el ejemplo más notable. Si bien son muy efectivas, pueden llenarse de varias incrustaciones, por lo que es importante el mantenimiento periódico y el uso de antiincrustante.
MEMBRANAS ANISÓTROPICAS
Son conocidas también como asimétricas y están conformadas por estructuras tubulares y laminares donde factores como porosidad, tamaños del poro y composición de la membrana varían a lo largo de su espesor. Poseen la ventaja de proporcionar mayores flujos, por tal motivo son ampliamente usados en procesos comerciales. Poseen una capa delgada y porosa, que es soportada en otra capa de mayor porosidad y grosor. La primera se encarga del proceso de separación y la segunda brinda resistencia mecánica al sistema para resistir las condiciones operativas.
Las capas pueden fabricarse con un único material o con diversos materiales. Las primeras son conocidas como membranas de Loeb-Sourirajan y las segundas son membranas compuestas. La fabricación de membranas anisótropicas permite espesores menores que 200 micrómetros, que son los usados en membranas convencionales.
MEMBRANAS ISOTRÓPICAS
Son conocidas también como simétricas y poseen estructura física y composición uniformes en el corte transversal. Se distinguen porque ponen resistencia igual al flujo a lo largo de sí mismas. Estas membranas pueden ser densas, porosas o estar cargadas eléctricamente.
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