Nanofiltración

¿Que es Nanofiltración?

La nanofiltración (NF) es un proceso de membrana impulsado por alta presión que en términos de nivel de separación, se encuentra entre la ultrafiltración y la ósmosis inversa. Se utiliza con aguas de bajos sólidos disueltos totales, su propósito es suavizar el agua y desinfectarla mediante la eliminación de la materia orgánica natural y materia orgánica sintética.

La ósmosis inversa (RO) y la nanofiltración (NF) son tecnologías de separación física que se utilizan para eliminar los contaminantes de las corrientes líquidas. En los últimos años, las tecnologías RO / NF se han vuelto más eficientes y accesibles para su uso en una variedad de aplicaciones industriales, incluida la generación de agua purificada y el tratamiento de agua salobre, agua de mar y aguas residuales.

Como la microfiltración y la ultrafiltración, el efecto de tamizado es uno de los principios de separación, al igual que la difusión de solventes y la repulsión electrostática. El efecto del tamiz se basa en la diferencia entre el tamaño de partícula y el diámetro de poro. El tamaño de poro de la membrana de nanofiltración se caracteriza por un valor de corte. Este valor de corte es consistente con el peso molecular de la molécula más pequeña que puede estar restringida en un 90% por la capa superior de la membrana (2 µm de espesor). El valor de corte se expresa en Dalton (Dalton = peso en gramos de mol de la molécula). Una membrana de nanofiltración típica se encuentra en el rango de 150-500 Dalton, dependiendo de la estructura molecular.

Las membranas de nanofiltración poseen poros con un tamaño de aproximadamente 1 nm. Las membranas de nanofiltración se caracterizan por su retención [1] de partículas cargadas y descargadas. La retención de una membrana de nanofiltración puede determinarse mediante pruebas de filtración experimentales con moléculas preseleccionadas. Se selecciona una solución salina simple (NaCl o Na ₂ SO ₄ ) para las partículas cargadas. Los polisacáridos (dextrinas) o los polietilenglicoles (PEG) con diversos pesos moleculares se seleccionan para partículas sin carga. La retención de sal de una membrana de nanofiltración típica es considerablemente menor que, por ejemplo, la ósmosis inversa, mientras que la retención de sal es cero para la ultrafiltración.

Una membrana de nanofiltración también es selectiva de iones. Esta es la capacidad de distinguir varios iones entre sí. Debido a que una membrana de nanofiltración recoge grupos cargados sólidos en su estructura de membrana, pueden producirse fuerzas de repulsión / atracción electrostática entre los componentes en el líquido y la superficie de la membrana (nanofiltración), lo que resulta en un cierto grado de selectividad iónica. Según el efecto de tamiz (tamaño de poro de 1 nm) y el tamaño molecular de los cloruros (tamaño de 0,12 nm) y los sulfatos (tamaño de 0,23 nm), se espera que estos iones se difundan a través de la membrana. A pesar de esto, la retención de cloruros es máxima del 90% y la de los sulfatos es mínima del 90% (ver también el párrafo de efectividad). 

Membrana de nanofiltración

Una membrana de nanofiltración puede ser tubular, espiral o de forma plana. Un módulo en espiral (ver figura a continuación) consiste en capas de membrana de poliamida enrolladas en forma de espiral. En el borde de la membrana, las capas de la herida se sellan con una tapa. Un tubo de recolección de permeado se encuentra en el centro del módulo de la herida. Toda el agua limpia pasa a través de los devanados en espiral y se acumula en este tubo. 

Ventajas y desventajas específicas

Algunas ventajas y desventajas específicas de nanofiltración:

Ventajas:

• Volúmenes de descarga más bajos, concentraciones de retenido más bajas que RO para sales de bajo valor;
• Reducción del contenido de sal y contenido de materia disuelta (TDS) en agua salobre;
• Reducción en metales pesados;
• Reducción de nitratos y sulfatos;
• Reducción de color, taninos y turbidez;
• Suaviza el agua dura cuando se utilizan membranas suavizantes específicas;
• «libre de químicos», por ejemplo, no necesita sal o productos químicos durante la operación;
• El pH del agua después de la nanofiltración normalmente no es agresivo;
• Desinfección.

Desventajas

• Mayor consumo de energía que UF y MF (0.3 a 1 kWh / m³);
• El tratamiento previo es necesario para algunas aguas muy contaminadas (prefiltración 0.1 – 20 micras). Este es siempre el caso con las membranas enrolladas en espiral.
• Retención limitada de sales e iones univalentes.
• Las membranas de nanofiltración son un poco más caras que las membranas de ósmosis inversa;
• Las membranas son sensibles al cloro libre (vida útil de 1000 ppmh). Se recomienda un filtro de carbón activo o un tratamiento con bi-sulfito para altas concentraciones de cloro.

Rangos de operación

La nanofiltración tiene requisitos de suministro de agua más estrictos que, por ejemplo, UF o MF, pero no tan estrictos como la ósmosis inversa. La calidad del suministro de agua debe cumplir con los requisitos del proveedor de membranas, de acuerdo con la hoja de información técnica adjunta. Aquí están algunos ejemplos:

• Máximo 0.5 ppm Fe / Al / Zn / Mn;
• Valor SDI del agua para SDI ¹⁵ ₅₀₀ <5;
• No hay cloro libre presente en el agua de suministro (resistencia solo 1000 ppm horas de cloro libre, o un máximo de 0.1 ppm de cloro libre);
• Temperatura máxima del agua de 40-50 ° C;
• Presión máxima de funcionamiento 45 bar;
• Rango de pH 3-10, durante la limpieza pH transitorio 2-12 (siempre consulte las notas técnicas o al proveedor).

Su eficacia

Los microcontaminantes como los herbicidas e insecticidas, así como los componentes de bajo peso molecular como los colorantes y azúcares pueden bloquearse con mucho éxito utilizando una membrana de nanofiltración.

La NF se puede implementar para eliminar los siguientes parámetros (el rendimiento de eliminación se indica entre paréntesis):

• Materia disuelta (> 75%);
• Microorganismos nocivos, p. Ej. Bacterias, protozoos, algas, hongos (> 90%).
• Materia orgánica persistente (50-75%);
• Compuestos orgánicos (50-90%);
• Nutrientes (incluidos fosfatos);
• Metales (50-90%).
• Sales inorgánicas (p. Ej. Sulfatos).

El rango operativo de la nanofiltración se encuentra entre el de la ósmosis inversa y la ultrafiltración, como se muestra en la figura a continuación.

Cuestiones ambientales

En la nanofiltración, ambos iones se concentran normalmente en un flujo acuoso: el retenido. Este flujo es una versión engrosada del flujo de suministro. El engrosamiento está determinado por la calidad de permeado deseada, el diseño de la instalación y la retención de la membrana.

El flujo concentrado debe descargarse (después de la purificación) si no se puede usar bien en el proceso. Al descargar, las normas de descarga en el permiso deben compararse con la calidad del concentrado.

Usos y aplicaciones de la nanofiltración

Los usos bien conocidos de NF incluyen el ablandamiento del agua y la eliminación de pesticidas de las aguas residuales.

Las membranas de nanofiltración pueden usarse principalmente para eliminar iones multivalentes y moléculas orgánicas más pequeñas del agua.

Aplicaciones:

• Fabricación de medicamentos
• Producción de productos lácteos
• Textiles
• Cocinas industriales
• Agua potable