L'aigua neta s'ha convertit en un requisit essencial per a aplicacions residencials, comercials i industrials. A mesura que les fonts d'aigua es veuen cada cop més afectades per sals dissoltes, metalls pesants, microorganismes i contaminants químics, es necessiten tecnologies de purificació avançades per produir aigua segura i d'alta-qualitat.
Una de les tecnologies més utilitzades en el tractament modern d'aigua és l'osmosi inversa (RO). Al cor de cada sistema d'osmosi inversa hi ha la membrana RO, un component de filtració altament selectiu responsable d'eliminar contaminants i produir aigua purificada.
Una membrana d'osmosi inversa és una membrana semi-permeable que separa les molècules d'aigua de les impureses dissoltes mitjançant la pressió per forçar l'aigua a través d'una capa de membrana densa. A diferència dels filtres tradicionals que només eliminen partícules visibles, les membranes RO poden eliminar sals dissoltes, metalls pesants, bacteris, virus i molts altres contaminants microscòpics.
Avui, la tecnologia de membrana RO s'utilitza àmpliament en la purificació d'aigua potable, la producció industrial d'aigua pura, la dessalinització d'aigua de mar, la fabricació farmacèutica, el processament d'aliments i la reutilització d'aigües residuals.
Aquest article explica què és una membrana RO, com funciona, quins contaminants elimina, les seves aplicacions i com seleccionar la membrana RO adequada per a diferents necessitats de tractament d'aigua.
Què és una membrana RO?
Una membrana d'osmosi inversa (RO) és un material de filtració de membrana impulsat per pressió-dissenyat per separar l'aigua de les substàncies dissoltes. Funciona mitjançant un procés anomenat osmosi inversa, on s'aplica pressió externa per superar la pressió osmòtica natural i obligar les molècules d'aigua a moure's a través d'una membrana semi-permeable.
La membrana RO conté una capa selectiva molt prima, feta generalment de material compost de poliamida, que permet que les molècules d'aigua passin alhora que rebutgen la majoria de sals i contaminants dissolts.
A diferència dels mètodes de filtració convencionals, que depenen principalment de la separació de la mida física, la separació de la membrana RO es basa en el mecanisme de difusió-de la solució. Les molècules d'aigua es dissolen a la superfície de la membrana i es difonen a través de la membrana, mentre que els ions dissolts més grans i les substàncies no desitjades són rebutjats.
Les membranes RO modernes solen aconseguir una taxa de rebuig de sal superior al 95%, amb les membranes industrials d'alt rendiment-aconseguint nivells de rebuig superiors al 99% en condicions de funcionament adequades.
Com funciona una membrana d'osmosi inversa?
El principi de l'osmosi inversa
Per entendre l'osmosi inversa, primer és important entendre l'osmosi natural.
A la natura, quan dues solucions amb diferents concentracions de sal estan separades per una membrana semi-permeable, l'aigua es mou de manera natural del costat de concentració més baixa al costat de concentració més alta. Aquest moviment continua fins que ambdós costats arriben a l'equilibri. Aquest procés s'anomena osmosi.
L'osmosi inversa funciona aplicant una pressió superior a la pressió osmòtica natural al costat de l'aigua concentrada. Aquesta pressió externa obliga les molècules d'aigua a moure's en sentit contrari, passant per la membrana i deixant enrere els contaminants dissolts.
El resultat són dos corrents:
- Aigua impregnada:aigua purificada que travessa la membrana
- Aigua concentrada:aigua que conté sals i contaminants rebutjats
Aquest principi permet als sistemes RO aconseguir una purificació i dessalinització profunda.
L'estructura d'una membrana RO
Un element típic de membrana d'OI consta de diverses capes que treballen juntes per aconseguir una filtració d'alt rendiment-. Les capes principals inclouen:
Capa composta de-pel·lícula fina de poliamida
La capa de poliamida és la capa de separació activa de la membrana RO. Determina la capacitat de rebuig de sal de la membrana i la permeabilitat a l'aigua.
Com que aquesta capa té canals a escala molecular-extremadament reduïda, només les molècules d'aigua poden passar-hi de manera eficient, mentre que els ions dissolts i els contaminants són rebutjats.
Capa de suport porosa
La capa de suport proporciona resistència mecànica i manté l'estructura de la membrana. Permet que l'aigua flueixi alhora que suporta la fina capa de poliamida.
Capa de tela no teixida
La capa de suport inferior proporciona estabilitat i protecció, la qual cosa permet que la membrana suporti la pressió durant el funcionament-a llarg termini.
Aquestes capes es combinen en un element de membrana-espiral, que proporciona una gran àrea de filtració en un disseny compacte.
Què elimina una membrana RO?
La funció principal d'una membrana RO és la dessalinització, la qual cosa la fa molt eficaç per reduir els sòlids dissolts totals (TDS). Elimina una àmplia gamma de sals dissoltes, com ara sodi, clorur, calci, magnesi, sulfat i altres ions que contribueixen a la duresa de l'aigua i a l'alta salinitat. Aquesta capacitat fa que les membranes RO siguin la solució preferida per tractar l'aigua de l'aixeta, les aigües subterrànies, les aigües salobres i l'aigua de mar, així com la producció d'aigua purificada per a aplicacions comercials i industrials.
Més enllà de l'eliminació de sal, les membranes RO també són molt eficients per reduir metalls pesants com el plom, l'arsènic, el mercuri, el cadmi i el crom. Aquests contaminants poden originar-se de descàrregues industrials, sistemes de distribució d'aigua envellits o formacions geològiques naturals. Mitjançant l'eliminació d'aquestes substàncies nocives, els sistemes RO ajuden a millorar la seguretat de l'aigua tant per als processos industrials com per a la beguda.
La densa capa de membrana de poliamida també proporciona una barrera eficaç contra microorganismes, inclosos bacteris, virus i molts altres patògens. Tot i que les membranes RO poden aconseguir un rebuig microbià extremadament alt, la majoria dels sistemes de tractament d'aigua encara incorporen processos de pretractament i post{1}}desinfecció per protegir la membrana de l'encrassement i garantir un rendiment constant-a llarg termini.
A més, les membranes d'osmosi inversa poden reduir significativament molts compostos orgànics i contaminants químics, inclosos pesticides, herbicides, dissolvents orgànics i diversos productes químics industrials. L'eficiència del rebuig depèn de factors com ara la mida molecular, la càrrega elèctrica, les característiques de la membrana i les condicions de funcionament, però la tecnologia RO generalment proporciona una taxa d'eliminació molt més alta que els mètodes de filtració convencionals.
En general, una membrana RO pot eliminar simultàniament sals dissoltes, metalls pesants, microorganismes, contaminants orgànics i molts contaminants emergents, cosa que la converteix en una de les tecnologies de purificació d'aigua més completes disponibles.
Membrana RO vs altres tecnologies de membrana
Les membranes d'OI sovint es comparen amb la ultrafiltració (UF) i la nanofiltració (NF) perquè les tres tecnologies utilitzen la separació de membrana impulsada per pressió{0}}. Tanmateix, les seves capacitats de filtració són diferents.
| Característica | Membrana UF | Membrana NF | Membrana RO |
|---|---|---|---|
| Nivell de filtració | Micropartícules | Petites molècules i ions | Sals dissoltes i contaminants |
| Mida típica dels porus | Al voltant dels 10 nm | Al voltant d'1 nm | Al voltant de 0,1 nm |
| Mètode de separació principal | Exclusió de talla | Talla + efecte de càrrega | Difusió de la solució |
| Elimina els sòlids en suspensió | Excel·lent | Excel·lent | Excel·lent |
| Elimina els bacteris | Excel·lent | Excel·lent | Excel·lent |
| Elimina les sals dissoltes | No | Parcial | Excel·lent |
| Pressió de funcionament | Baixa | Mitjana | Alt |
| Aplicació principal | Pretractament | Suavització i separació selectiva | Dessalinització i aigua d'alta{0}}puresa |
Les membranes UF s'utilitzen principalment per eliminar sòlids en suspensió, bacteris i molècules grans. Les membranes NF proporcionen l'eliminació selectiva d'ions de duresa i compostos orgànics. Les membranes RO ofereixen el nivell de purificació més alt eliminant la majoria de substàncies dissoltes.
Per a molts sistemes de tractament d'aigües industrials, UF, NF i RO no són tecnologies competidores sinó processos complementaris. Un sistema típic pot utilitzar UF com a pretractament seguit de RO per a la purificació final.
