Ultrafiltración: Definición, Características, Ventajas y Desventajas.

¿Cómo se define?

Se trata de un tipo de filtración por membranas, que permite la reducción, retención y eliminación de los sólidos suspendidos tales como partículas, coloides, quistes, virus, endotoxinas y demás agentes indeseables, ejecutando la producción de agua de alta pureza con baja densidad de sedimentos.

La ultrafiltración también se define como un proceso de separación, cuyas membranas de uso realizan labores de depuración de tales sólidos suspendidos en función del tamaño del poro, el cual varía según el material, proceso de fabricación y aplicación o uso de la membrana especifica.

Tales membranas son más cerradas, que las utilizadas en el proceso de micro- filtración pero más abiertas que las de Nanofiltración y Osmosis Inversa.

Característica de la ultrafiltración:

• La ultrafiltración es capaz de concentrar sólidos suspendidos, bacterias, proteínas, colorantes y compuestos con un peso molecular mayor a 150.000 daltons.
• Su uso y aplicación se extiende al campo industrial e investigativo como método para purificar y concentrar soluciones macromoleculares                                                                                                                                     
• Utiliza baja presión para forzar el fluido a través de la membrana, lo cual resulta en bajos costos de operación.
• Posee eficacia comprobada como pre-tratamiento de agua, previo a otros procesos tales como la Osmosis Inversa                                                                                                                                                                       
• Las membranas poseen mayor vida útil debido a que poseen un sistema de auto-limpieza, mediante un retro-lavado

¿Cómo se desarrolla el proceso?

Este proceso se desarrolla a través del uso de la presión hidrostática para forzar el agua, mediante una membrana semipermeable. El tamaño de los poros generalmente es de 103-106 daltons.

La ultrafiltración permite utilizar membranas espirales que aplican la separación de flujo cruzado, membranas de fibra hueca como también el uso de un vacio para purificar el agua.

Este tipo de filtración a nivel técnico, impulsa el agua residual a presión mediante bombas, generando que tal recurso hídrico atraviese las membranas con una luz de paso de entre 0.1 y 0.01 micras, creando una separación de partículas realmente diminutas, del orden de compuestos orgánicos.

Asimismo, también puede configurarse según su funcionabilidad, en alguno de los 3 modos básicos de filtración, los cuales son los siguientes:

• Flujo cruzado: una parte del agua de alimentación recircula y/o fluye continuamente hacia los desechos para evitar que los sólidos retenidos se acumulen en la superficie de la membrana de ultrafiltración.
• Extremo muerto: no hay flujo residual desde el sistema, por lo tanto. cuando el filtro se conecta, se limpia o se remplaza.
• Extremo muerte con descarga periódica: no se genera flujo residual continuo y la membrana se descarga periódicamente para eliminar los sólidos retenidos desde la superficie hasta la membrana.

Ventajas y desventajas

Ventajas de la Ultrafiltración:

• Agua tratada con alta pureza
• Estabilidad y calidad del permeado estable con independencia de picos de carga
• Efluente desinfectado tras atravesar la membrana de ultrafiltración
• Compactibilidad debido al mínimo requerimiento de espacio
• Requiere mantenimiento mínimo debido a que sus sistemas de funcionamiento son automatizados
• Genera un ahorro de energía debido a que opera a bajas presiones
• Ofrece control en la contaminación, originando una “esterilización del frio” como consecuencia del corte del peso molecular nominal de membrana
• Requiere pocos trabajos manuales como también posee costes de operación aceptable
• No hay cambios en el agua al ser procesada debido a que no es un proceso térmico

Desventajas de la ultrafiltración:

• Genera entre un 30% y 60% de rechazo, según el agua tratada que debe disponerse o tratarse
• Las membranas de ultrafiltración son mas cerradas, que las utilizadas en el proceso de microfiltración
• Poca eficiencia para el tratamiento de aguas con altos contenidos de elementos
• Disminución lenta del flux de filtración con el tiempo
• Polarización de la concentración

Sistemas básicos de la ultrafiltración:

Ultrafiltración tubular:

Permite potabilizar recursos hídricos procedentes de pozos, lagos o ríos, donde se encuentra agua sin mucha carga, logrando con este tratamiento convertirla en apta para el consumo humano.

Ultrafiltración tangencial cerámica:

Reduce la carga de las aguas muy complejas de carácter industrial, para ser tratadas posteriormente con una depuración tradicional o mediante el uso de MBR (Bioreactores de membranas), los cuales se definen como un proceso fangos activados, en el cuál el agua depurada no se extrae por sedimentación en un decantador secundario, sino por filtración a través de membranas.

Configuraciones de módulos de ultrafiltración:

Configuración de sistema para recipientes a presión:

Se genera por una bomba de alimentación que aumenta la presión del agua que esta siendo alimentada, mientras que el permeado permanece a una presión atmosférica.

Por lo general, la presión de los recipientes está estandarizada, lo cual permite que el diseño de las membranas, se lleve a cabo de forma independiente sin consideración alguna, a las características de los elementos específicos de tales membranas.

Configuración de sistemas pasteurizados:

Las membranas se suspenden en cubetas que contienen agua de alimentación y se encuentran abiertas a la atmosfera, por lo que la presión en el lado influente se limita a la presión proporcionada por la columna de agua.

Tipos de membranas de ultrafiltración:

Modulo enrollado en espiral:

Consiste en varias capas consecutivas de membranas y material de soporte enrollado alrededor de un tubo, lo cual maximiza el área de filtrado. Son mas baratas pero a su vez, mas sensibles a la polución.

Membrana tubular:

Son aquellas con tubos mas grandes (0.5” a 1” ID), su utilidad se extiende desde las aguas residuales hasta líquidos viscosos o de muy mala calidad, siendo configuradas para una filtración de flujo cruzado con una recirculación de flujo residual continuo.

Este sistema no resulta muy compacto y posee un elevado costo por unidad de área instalada.

Membrana de fibra hueca:

Se forman en fibras huecas, configurándose en módulos que contienen múltiples fibras. Funcionan comúnmente en modo de extremo muerto. El flujo puede ser desde el ducto de la fibra hasta el exterior o desde el exterior de la fibra hasta el ducto, la solución a filtrar fluye a través de los núcleos abiertos de fibras y el líquido percolado es recogido por un cartucho que rodea tales fibras.

Los módulos contienen varios tubos o fibras de pequeño diámetro (de 0.6 a 2.2 mm)

Membrana de fibra hueca de múltiples conductos:

Aunque posee similitudes con la membrana de fibra hueca, se diferencia por sus fibras debido a que son más grandes y cada una de estas, contienen múltiples ductos, siendo normalmente entre 4 a 7 ductos.

Membrana de lámina plana:

Se forman con láminas planas y se configuran en pilas de membrana de placa y estructura o cartuchos enrollados de espiral. Comúnmente, su uso es para suministros de agua que no tienen una probabilidad alta de ensuciamiento.

Campos de Aplicación en materia industrial:

La industria de productos lácteos:

• Diálisis de la leche
• Concentración de la leche antes de procesarla para queso
• Clarificación del zumo de frutas

La industria médico-farmacéutica:

• Procesos médicos de concentración de derivados biotecnológicos tales como concentración de proteínas
• Recuperación de antibióticos
• Purificación del agua en laboratorio

 La industria del metal:

• Separación de emulsiones como agua/aceite
• Tratamiento de pinturas

En los procesos de tratamiento de agua potable y agua residual posee diversas aplicaciones y usos, siempre orientadas a la producción de agua potable con altos estándares de calidad.

Las aplicaciones más comunes en el tratamiento de aguas son las siguientes:

• Tratamiento del agua de la superficie:

Se utiliza como parte de un tratamiento de agua de superficie de múltiples barreras para la reducción de la turbiedad, quistes y légamo fino que no son filtrados tan fácilmente con medios de filtración convencionales o que no se desactivan con el cloro.

El carbono oxidable total (TOC) asociado con sustancias orgánicas de peso altamente moleculares, también es reducido de las cuencas hídricas superficiales.

• Tratamiento de agua de pozo bajo la influencia del agua de superficie:

Permite la reducción mecánica de la turbiedad en pozos poco profundos de elementos indeseables tales como el légamo fino y los quistes, que no se filtran tan fácilmente con los medios convencionales o que no se desactivan con el cloro.

• Tratamiento previo del agua de alimentación de la Osmosis Inversa:

El pre-tratamiento del agua de alimentación de la Osmosis Inversa a través de la Ultrafiltración, permite la prolongación de la vida útil de la membrana debido a que al incremento del tiempo de utilidad del cartucho de esta.

Además, reduce el índice de la densidad del légamo del agua de alimentación durante la eliminación de la turbiedad y coloides presentes, los sólidos suspendidos que irrumpen en los filtros de presión convencionales, también son eliminados, como también el bioensuciamiento al disminuir el Carbono oxidable total (TOC) y las bacterias por medios totales.

• Filtración previa de los equipos sensibles a la alimentación del agua:

La membrana de ultrafiltración se puede instalar antes de los filtros especializados de un uso, y otros equipos sensibles para reducir los costos de operatividad.

En los servicios de alimentación, permite la filtración previa del sabor y olor e incrementa considerablemente la vida útil del servicio, a través de los filtros de quistes.

• Filtración posterior del agua de alta pureza en instalaciones especiales:

Se puede instalar como un sistema de post-tratamiento de la Osmosis Inversa y agua desionizada para mejorar la calidad del agua ultra pura.

La instalación en el bucle de recirculación de agua pura permite la reducción de las bacterias y el TOC como también prolonga la vida útil de los filtros de punto de uso descartable.

• Filtración de punto de entrada para instalaciones comerciales y residenciales:

La ultrafiltración ofrece “tranquilidad” al proporcionar una barrera adicional en los suministros de agua potable sobre los compromisos del sistema de agua, reduciendo aquellos agentes contaminantes indeseables que atentan contra la salud tales como quistes, turbiedad, bacterias y virus.