Procesos Avanzados en el Tratamiento de Aguas y Ósmosis Inversa

Tratamiento de Aguas Residuales

El tratamiento de aguas residuales se divide en varias etapas:

Tratamiento Previo

Se realiza un desbaste (filtración por gravedad) para eliminar grasas y sólidos gruesos. Se utilizan agentes floculantes para facilitar la separación.

Tratamiento Primario

Consiste en la decantación para eliminar sólidos pequeños en suspensión.

Tratamiento Secundario

Involucra procesos biológicos para eliminar sólidos disueltos, principalmente orgánicos. Se utilizan bacterias en un proceso aeróbico, con adición de nutrientes (fosfatos, nitratos) para oxidar la materia orgánica. Luego, se realiza una fase anaeróbica con agentes químicos. Se obtienen lodos y agua clasificada.

Los lodos del tratamiento primario se unen a los lodos del tratamiento secundario (lodos activados) que contienen metales pesados. Para su uso como abono, se desactivan mediante fermentación anaeróbica, obteniendo lodos estabilizados (inertes) y biogás (CH4).

Tratamiento Terciario

Generalmente, se añade Ca(OH)2 (óxido de calcio) en un proceso fisicoquímico. El óxido de calcio reacciona con el agua formando hidróxido de calcio, que eleva el pH. Luego, se precipitan los carbonatos. Estos se calcinan en un horno para obtener CO2, que se utiliza para bajar el pH del agua residual. Después de la precipitación, se realiza una cloración para eliminar microorganismos, seguida de un filtro de arena para retener los sólidos formados. Para mejorar la calidad del agua, se utiliza un filtro de carbón activo, que puede regenerarse. Una alternativa a la cloración y el filtro de carbón activo es la ósmosis inversa.

Este proceso elimina la dureza del agua, los carbonatos y los gérmenes, permitiendo su uso como agua de proceso industrial.

Conservación de Alimentos y Ósmosis

¿Por qué la mermelada con suficiente azúcar se conserva?

El agua de la mermelada pasa a la fase del azúcar, deshidratando la mermelada y matando las bacterias por ósmosis.

¿Le ocurre lo mismo que a las conservas en salazón?

Sí.

¿Qué le ocurre a un pez de agua dulce cuando llega al mar?

Sufre deshidratación debido a la presión osmótica, ya que sus células liberan agua al medio más concentrado, lo que provoca su muerte.

Ósmosis Inversa

¿Qué tipo de sustancias se eliminan con los equipos de ósmosis inversa?

Se eliminan sales, metales pesados, organismos, pesticidas y elementos que causan la dureza del agua. Es un proceso caro.

¿Cómo se llama la sustancia que deja pasar la membrana? ¿Y la que es rechazada?

Permeado (solvente) y soluto (rechazado).

¿Cómo se llama el fenómeno inverso a la ósmosis natural? Establece todas las diferencias posibles.

Ósmosis inversa. La ósmosis natural mueve el disolvente de la fase diluida a la concentrada, mientras que la ósmosis inversa lo hace al revés, de la concentrada a la diluida, requiriendo una presión exterior mayor a la presión osmótica y un aporte de energía.

¿De qué material eran las primeras membranas usadas industrialmente? ¿A qué se llama contenedor?

Las primeras membranas eran de acetato de celulosa, luego se usaron membranas orgánicas de poliamida. El contenedor es el depósito donde se agrupan las membranas de ósmosis inversa, generalmente cilíndricas.

¿Se puede considerar la ósmosis inversa como una filtración? Razona.

No, porque divide las direcciones.

Procesos de Destilación y Evaporación

Indica el significado de las siglas: MSF, MED, TVC y PTC.

• MED = Evaporación por múltiple efecto
• TVC = Compresión térmica del vapor
• PTC = Termistor con coeficiente de temperatura positiva
• MSF = Destilación flash
• CV = Compresión mecánica del vapor
• ED = Electrodiálisis

En la destilación flash se hace la evaporación a 300 ºC ¿para qué se utiliza una tª tan elevada?

Para una destilación súbita, asegurando la vaporización de todas las sales, que luego se condensan en una zona de rechazo, separando el agua pura.

¿Cómo se puede conseguir abaratar los costes de funcionamiento en la destilación flash?

Bajando la presión a unos 150 mmHg con un sistema de vacío.

En la termocompresión ¿qué parte consume más energía?

El termocompresor, que aumenta la presión del vapor de baja presión para reutilizarlo en el evaporador, es donde se consume la mayor energía.

¿Qué transformaciones tiene el vapor en la compresión mecánica del vapor?

El vapor pasa por un compresor, se recalienta por el aumento de presión, luego se condensa y se obtiene vapor saturado que puede usarse como vapor vivo.

¿A qué se debe el flujo de soluto a través de una membrana de O.I?

El flujo de soluto (Js) se debe a la difusión molecular (BAC) y al arrastre del disolvente (MJdCm). Js = BAC + M·JdCm, donde B es el coeficiente de permeabilidad, AC es la diferencia de concentración del soluto, Jd es el flujo de disolvente y M es el factor de acoplamiento.

Componentes de una Membrana

Elementos de una membrana y tipos según su composición química:

• Parte activa: En contacto con la disolución de aporte, con poros de 0.25 micras.
• Lecho poroso: En la zona de alta presión, con poros de 99.75 micras.
• Capa inferior: En la zona de baja presión, en contacto con el permeado.

La parte activa es la que frena el paso del soluto por su menor tamaño de poro.

Las membranas pueden ser planas, tubulares o en espiral. Según su composición química, pueden ser orgánicas (polímeros, copolímeros, acetato de celulosa, poliamidas) o inorgánicas (cerámicas, vidrio, carbones).