Modelado del desempeño de membranas regeneradas de osmosis inversa y su aplicación en el ordenamiento de vasijas multimembrana

Abstract

La osmosis inversa es la técnica más utilizada actualmente para la desalación de agua debido a sus ventajas comparativas sobre otros métodos, sin embargo, presenta el desafío del ensuciamiento de las membranas. Es posible emplear métodos de limpieza que regeneran estas membranas y logran restaurar parte de su desempeño inicial. Estas membranas se organizan típicamente en vasijas de 6 a 8 elementos, y hasta ahora no existían directrices claras para seleccionar y ordenar membranas regeneradas de manera efectiva, que cumplieran los requisitos de salida específicos de flujo de permeado y rechazo de sales. El objetivo de este trabajo fue desarrollar e implementar una metodología para seleccionar y ordenar membranas regeneradas de osmosis inversa en una vasija multimembrana, optimizando el uso de las membranas con bajo desempeño. Mediante la implementación del modelo de difusión de solución se predice el desempeño de membranas de tipo SWC5-LD y SWC6-LD de Hydranautics, con 4 niveles de ensuciamiento, y posteriormente se utiliza en un modelo de vasija para predecir los resultados de salida. Para la selección y ordenamiento se realizó la modelación de todas las combinaciones posibles de las membranas disponibles, generando una nube de puntos que permite seleccionar la configuración adecuada según los resultados requeridos. Se estudió la nube de puntos según la composición de cada vasija, en términos de ensuciamiento, tipo de membrana y orden de la configuración. A partir del trabajo realizado, se obtiene un método para generar configuraciones de vasija con membranas regeneradas alcanzando los requerimientos de salida. Se concluye de forma general que: las vasijas mejoran su rendimiento, tanto en flujo de permeado como en rechazo de sales, cuando aumenta el índice de ensuciamiento de la vasija; la relación entre el rechazo de sales y el flujo de permeado cambia según la mezcla de membranas SWC5 y SWC6, siendo las SWC6 más efectivas para obtener altos flujos de permeado, pero reduciendo el rechazo de sales; y, ubicar las membranas con mayor grado de ensuciamiento en las últimas posiciones mejora el flujo sin comprometer demasiado el rechazo de sales. Además, si el objetivo es reducir el ensuciamiento a lo largo del tiempo y extender la vida útil de las membranas, se recomienda usar una configuración de Internally Staged Design, ISD. De forma específica, para rangos porcentuales específicos de flujo de permeado se incluyen directrices que permiten alcanzar el rango deseado. Estas incluyen el índice de ensuciamiento límite que puede tener una vasija, el número de membranas regeneradas totales máximas, y número de membranas regeneradas de cada nivel de ensuciamiento. Finalmente, se ha comprobado que resulta factible la utilización de reglas generales y particulares en el armado de vasijas de membranas regeneradas logrando alcanzar flujos de permeado y rechazos de sales requeridos.