Purificación de agua potable
En todo el mundo, los sistemas domésticos de purificación de agua potable, que incluyen una etapa de ósmosis inversa, se utilizan habitualmente para mejorar el agua para beber y cocinar.
Estos sistemas suelen incluir una serie de pasos:.
• - un filtro de sedimentos para atrapar partículas, entre ellas óxido y carbonato cálcico.
• - opcionalmente, un segundo filtro de sedimentos con poros más pequeños.
• - un filtro de carbón activado para atrapar productos químicos orgánicos y cloro, que atacan y degradan determinados tipos de membranas compuestas de película fina.
• - un filtro de ósmosis inversa, que es una membrana compuesta de película fina.
• - opcionalmente, una lámpara ultravioleta para esterilizar los microbios que puedan escapar al filtrado de la membrana de ósmosis inversa.
• - opcionalmente, un segundo filtro de carbono para capturar las sustancias químicas no eliminadas por la membrana de ósmosis inversa.
En algunos sistemas, se omite el prefiltro de carbono y se utiliza una membrana de triacetato de celulosa. El (triacetato de celulosa) es una membrana de subproducto de papel unida a una capa sintética y está fabricada para permitir el contacto con el cloro del agua. Éstas requieren una pequeña cantidad de cloro en la fuente de agua para evitar que se formen bacterias en ella. La tasa de rechazo típica de estas membranas es del 85-95%.
La membrana de triacetato de celulosa es propensa a pudrirse a menos que esté protegida por agua clorada, mientras que la membrana compuesta de película fina es propensa a romperse bajo la influencia del cloro. La membrana compuesta de película fina (TFC) está hecha de material sintético y requiere la eliminación del cloro antes de que el agua entre en la membrana. Para proteger los elementos de la membrana TFC del daño del cloro, se utilizan filtros de carbón como pretratamiento en todos los sistemas residenciales de ósmosis inversa. Las membranas TFC tienen un índice de rechazo superior, del 95-98%, y una vida útil más larga que las membranas de triacetato de celulosa.
Los procesadores portátiles de agua por ósmosis inversa se venden para la purificación personal del agua en diversos lugares. Para que funcionen con eficacia, el agua que alimenta a estas unidades debe estar bajo cierta presión (280 kPa (40 psi) o más es la norma).[9] Los procesadores portátiles de agua por ósmosis inversa pueden ser utilizados por personas que viven en zonas rurales sin agua potable, lejos de las tuberías de agua de la ciudad. Los habitantes de zonas rurales filtran ellos mismos el agua del río o del océano, ya que el aparato es fácil de usar (el agua salina puede necesitar membranas especiales). Algunos viajeros que realizan largos viajes en barco, pescan o acampan en islas, o en países donde el suministro local de agua está contaminado o es deficiente, utilizan procesadores de agua por ósmosis inversa combinados con uno o varios esterilizadores ultravioleta.
En la producción de agua mineral embotellada, el agua pasa por un procesador de agua de ósmosis inversa para eliminar contaminantes y microorganismos. Sin embargo, en los países europeos, este tipo de procesamiento del agua mineral natural (según la definición de una directiva europea[10]) no está permitido por la legislación europea. En la práctica, una fracción de las bacterias vivas puede atravesar, y de hecho atraviesa, las membranas de ósmosis inversa a través de pequeñas imperfecciones, o eludir la membrana por completo a través de pequeñas fugas en las juntas circundantes. Por ello, los sistemas completos de ósmosis inversa pueden incluir etapas adicionales de tratamiento del agua que utilizan luz ultravioleta u ozono para evitar la contaminación microbiológica.
El tamaño de los poros de las membranas puede variar de 0,1 a 5.000 nm según el tipo de filtro. La filtración de partículas elimina partículas de 1 µm "Micrómetro (unidad de longitud)") o más. La microfiltración elimina partículas de 50 nm o más. La ultrafiltración elimina partículas de aproximadamente 3 nm o más. La nanofiltración elimina partículas de 1 nm o más. La ósmosis inversa pertenece a la última categoría de filtración por membrana, la hiperfiltración, y elimina partículas de más de 0,1 nm.[11] Para la filtración de agua doméstica cuando no es necesario eliminar un exceso de minerales disueltos (ablandar el agua), la alternativa a la filtración por ósmosis inversa es un filtro de carbón activado con una membrana de microfiltración.
Una unidad de desalinización solar") produce agua potable a partir de agua salina mediante un sistema fotovoltaico que convierte la energía solar en la necesaria para la ósmosis inversa. Debido a la gran disponibilidad de luz solar en diferentes zonas geográficas, la ósmosis inversa solar se presta bien a la purificación de agua potable en lugares remotos que carecen de red eléctrica. Además, la energía solar supera los costes de funcionamiento y las emisiones de efecto invernadero de los sistemas convencionales de ósmosis inversa, lo que la convierte en una solución sostenible de agua dulce compatible con los contextos en desarrollo. Por ejemplo, en el Territorio del Norte de Australia se ha probado con éxito una unidad de desalinización por energía solar diseñada para comunidades remotas.[12].
Aunque el carácter intermitente de la luz solar y su intensidad variable a lo largo del día dificultan la predicción de la eficiencia fotovoltaica y la desalinización durante la noche, existen varias soluciones. Por ejemplo, las baterías, que proporcionan la energía necesaria para la desalinización en horas no soleadas, pueden utilizarse para almacenar energía solar durante el día. Aparte del uso de baterías convencionales, existen métodos alternativos para almacenar la energía solar. Por ejemplo, los sistemas de almacenamiento de energía térmica resuelven este problema de almacenamiento y garantizan un rendimiento constante incluso durante las horas sin luz solar y los días nublados, mejorando la eficiencia global.[13].
Una unidad de purificación de agua por ósmosis inversa (ROWPU) es una planta de tratamiento de agua portátil y autónoma. Diseñada para uso militar, puede proporcionar agua potable a partir de casi cualquier fuente de agua. Las fuerzas armadas algunos estados utilizan muchos modelos. Algunos modelos son contenedores, otros son remolques y otros son vehículos en sí mismos.
Cada rama de las fuerzas armadas tiene su propia serie de modelos de unidades de purificación de agua por ósmosis inversa, pero todas son similares. El agua se bombea desde su fuente bruta hasta el módulo de la unidad de purificación de agua por ósmosis inversa, donde se trata con un polímero para iniciar la coagulación. A continuación, pasa por un filtro multimedios donde se somete a un tratamiento primario para eliminar la turbidez. A continuación, se bombea a través de un filtro de cartucho que suele ser de algodón enrollado en espiral. Este proceso clarifica el agua de cualquier partícula mayor de 5 µm y elimina casi toda la turbidez.
A continuación, el agua clarificada se introduce a través de una bomba de pistón de alta presión en una serie de recipientes donde se somete a ósmosis inversa. El agua producida está libre del 90,00-99,98% de los sólidos disueltos totales del agua bruta y, según las normas militares, no debe tener más de 1000-1500 partes por millón según la medida de conductividad eléctrica. A continuación, se desinfecta con cloro y se almacena para su uso posterior.
Depuración de agua y aguas residuales
El agua de lluvia recogida de los desagües pluviales se purifica con procesadores de agua por ósmosis inversa y se utiliza para el riego de jardines y la refrigeración industrial en Los Ángeles y otras ciudades, como solución al problema de la escasez de agua.
En la industria, la ósmosis inversa elimina los minerales del agua de las calderas de las centrales eléctricas.[14] El agua se destila varias veces. Debe ser lo más pura posible para que no deje depósitos en la maquinaria ni provoque corrosión. Los depósitos en el interior o el exterior de los tubos de la caldera pueden provocar un bajo rendimiento de la caldera, reduciendo su eficiencia y dando lugar a una producción de vapor deficiente y, por tanto, a una producción de energía deficiente en la turbina.
También se utiliza para limpiar efluentes y aguas subterráneas salobres. Los efluentes de mayor volumen (más de 500 m/día) deben tratarse primero en una planta de tratamiento de efluentes y, a continuación, el efluente limpio se somete al sistema de ósmosis inversa. El coste del tratamiento se reduce considerablemente y aumenta la vida útil de la membrana del sistema de ósmosis inversa.
El proceso de ósmosis inversa puede utilizarse para la producción de agua desionizada.[15].
El proceso de ósmosis inversa para la purificación del agua no requiere energía térmica. Los sistemas de ósmosis inversa de flujo continuo pueden regularse mediante bombas de alta presión. La recuperación de agua purificada depende de varios factores, como el tamaño de la membrana, el tamaño de los poros de la membrana, la temperatura, la presión de funcionamiento y la superficie de la membrana.
En 2002, Singapur anunció que un proceso denominado NEWater sería una parte importante de sus futuros planes hídricos. Consiste en utilizar la ósmosis inversa para tratar las aguas residuales domésticas antes de verter el NEWater de nuevo a los embalses.
Industria alimentaria
Además de la desalinización, la ósmosis inversa es una operación más económica para concentrar líquidos alimentarios (como zumos de frutas) que los procesos convencionales de tratamiento térmico. Se han realizado investigaciones sobre la concentración de zumo de naranja y de tomate. Sus ventajas incluyen un menor coste de funcionamiento y la posibilidad de evitar los procesos de tratamiento térmico, lo que la hace adecuada para sustancias sensibles al calor, como las proteínas y las enzimas que se encuentran en la mayoría de los productos alimentarios.
La ósmosis inversa se utiliza ampliamente en la industria láctea para la producción de proteína de suero en polvo y para la concentración de leche con el fin de reducir los costes de envío. En las aplicaciones del lactosuero, el lactosuero (líquido que queda tras la fabricación del queso) se concentra con ósmosis inversa desde un 6% de sólidos totales hasta un 10-20% de sólidos totales antes del procesamiento por ultrafiltración. El retentado de la ultrafiltración puede utilizarse después para fabricar diversos sueros en polvo, incluido el aislado de proteína de suero. Además, el permeado de ultrafiltración, que contiene lactosa, se concentra por ósmosis inversa desde un 5% de sólidos totales hasta un 18-22% de sólidos totales para reducir los costes de cristalización y secado de la lactosa en polvo.
Aunque el uso de este proceso se evitó en su día en la industria vinícola, ahora se conoce y utiliza ampliamente. Se calcula que en 2002 había 60 máquinas de ósmosis inversa en Burdeos (Francia). Entre los usuarios conocidos figuran muchos de los vinos de élite (Kramer), como el Château Léoville-Las Cases de Burdeos.