Una membrana tolerante al cloro permite acelerar la desalación del agua de mar

El agua de mar o salobre puede purificarse mediante el procedimiento de Osmosis Inversa utilizando membranas semipermeables. Sin embargo cuando se desinfecta previamente el agua por cloración, el cloro no sólo elimina los microorganismos del agua sino que además, destruye la membrana. La cloración previa es imprescindible para evitar el crecimiento de algas y microorganismos por lo que es necesario eliminar el cloro antes de filtrar el agua para que no dañe la membrana, y volverlo a añadirlo después del filtrado. Recientemente se ha fabricado una nueva membrana de un material polisulfonado resistente al cloro que puede mejorar la eficiencia energética de las plantas desaladoras.

[CyPS-UCM-Grupo de Catálisis y Procesos de Separación]

         Uno de los procesos más comunes de desalación del agua de mar es la ósmosis inversa, que consiste en el filtrado del agua con una membrana.  Esta operación  fue desarrollada a mediados de la década del 60 llevándose a cabo innumerables trabajos a fin de implementar el uso de la osmosis inversa en la desalación de aguas salobres y agua de mar. A partir de 1970, esta técnica comenzó a ser competitiva, y en muchos casos superior a algunos de los procesos y operaciones unitarias utilizadas en la concentración, separación y purificación de fluidos.

Hay razones para justificar esta creciente supremacía, ya que la osmosis inversa reúne características de excepción, como:

·          Permite separar la mayoría de los sólidos (inorgánicos u orgánicos) disueltos en el agua (hasta el 99%), así como los materiales suspendidos y microorganismos.

·          Realiza el proceso de purificación en una sola etapa y en forma continua.

·          Es una tecnología extremadamente simple, que no requiere de mucho mantenimiento y puede operarse con personal no especializado.

·      El proceso se realiza sin cambio de fase, con el consiguiente ahorro de energía.

·      Es modular y necesita poco espacio, lo que le confiere una versatilidad excepcional en cuanto al tamaño de las plantas: desde 1 m³/día, a 1.000.000 m³/día.

La osmosis inversa puede aplicarse en campos muy diversos entre los que cabe  destacar:

Abastecimiento de aguas para usos industriales y consumo de poblaciones, tratamiento de efluentes municipales e industriales para el control de la contaminación y/o recuperación de compuestos valiosos reutilizables. En la industria de la alimentación, para la concentración de alimentos (jugo de frutas, tomate, leche, etc.) y en la industria farmacéutica, para la separación de proteínas, eliminación de virus, etc.

El fenómeno de la Ósmosis está basado en la búsqueda del equilibrio. Cuando se ponen en contacto dos fluidos con diferentes concentraciones de sólidos disueltos se mezclarán hasta que la concentración sea uniforme. Si estos fluidos están separados por una membrana semipermeable (la cual permite el paso a su través de uno de los fluidos), el fluido que se moverá a través de la membrana será el de menor concentración de tal forma que pasa al fluido de mayor concentración.

Al cabo de un tiempo el contenido en agua será mayor en uno de los lados de la membrana. La diferencia de altura entre ambos fluidos se conoce como Presión Osmótica.

Para poder purificar el agua se necesita llevar a cabo el proceso contrario al de la ósmosis convencional, lo que se conoce como Ósmosis Inversa. Para poder forzar el paso del agua que se encuentra en la corriente de salmuera a la corriente de agua con baja concentración de sal, es necesario comunicar una presión al agua a un valor superior al de la presión osmótica. Los flujos de salida se conocen como rechazo salino y flujo de permeado y sus valores dependerán de la presión de entrada impuesta al sistema.

Mediante este procedimiento es posible obtener agua desalinizada (menos de 5.000 microsiemens/cm de conductividad eléctrica) partiendo de una fuente de agua salobre o agua de mar, que en condiciones normales puede tener entre 20.000 y 55.000 microsiemens/cm de conductividad.

La medida de la conductividad del agua da una idea de la cantidad de sales disueltas que contiene, dado que el agua pura no es un buen conductor de la electricidad (su potencial de disociación es menor de 0.00001).

La ósmosis inversa o reversa (RO) se ha convertido hoy en día en uno de los sistemas más eficientes para desalinizar y potabilizar el agua, siendo utilizada en barcos, aviones, industrias, hospitales y domicilios.

Mediante ósmosis inversa se consigue que el agua que llega a la desaladora se convierta por un lado en un 40% de agua producto y un 55-60% de agua salobre.

La clave del proceso no obstante reside en la membrana. Por lo general es factible encontrar membranas fabricadas con poliamida o acetato de celulosa (este último material está en desaparición) con un rechazo salino de entre 96.5-99.8%. Existen membranas especializadas para cada tipo de agua, desde agua de mar hasta aguas salobres.

Sin embargo cuando se desinfecta el agua por cloración el cloro no sólo elimina los microorganismos del agua sino que además, destruye la membrana. Hay que tener en cuenta que la cloración previa es imprescindible para evitar el crecimiento de algas y microorganismos que obstruirían la membrana. Así pues, es necesario eliminar el cloro antes de filtrar el agua para que no dañe la membrana, y volverlo a añadir después del filtrado. La consecuencia obvia es un proceso de desalación más lento y más costoso.

Recientemente, investigadores de la Universidad de Texas (EEUU) y de la Universidad de Ulsan (Corea del Sur) (Angewandte Chemie International Edition, 2008, 47, 6019), en un esfuerzo conjunto, han solucionado el problema cambiando la estructura de los polímeros. La nueva membrana fabricada es de un material polisulfonado más resistente al cloro. Las polisulfonas ya se habían utilizado con anterioridad en la desalación del agua y se espera que la membrana desarrollada, mejore la eficiencia energética de las plantas desaladoras, disminuya sus costes y en último término, contribuya a garantizar el acceso al agua potable a millones de personas en todo el mundo.

Las mejoras introducidas permiten eliminar diversas etapas en el proceso de desalación, lo que redunda en una mayor rapidez y menores costes, además de un considerable ahorro energético. La nueva membrana ya está patentada, y su lanzamiento al mercado se prevé en los próximos tres años.