Incrustación e anti-incrustadores

Incrustación significa la deposición de partículas en una membrana, causando su taponamiento. Si no existe remediación para la inhibición de procesos de incrustación, las membranas de osmosis inversa, debido al paso de flujos a través de los elementos de membrana, se incrustarán debido a la precipitación de gases solubles ligeros, como carbonato de calcio, sulfato de calcio, sulfato de bario y sulfatos de estroncio. La mayoría de las aguas naturales contienen relativamente altas concentraciones de calcio, sulfato y iones bicarbonato. 

En procesos de desalinización por membrana a altos rangos de recuperación, los limites de solubilidad de yeso y calcita exceden los niveles de saturación y dan lugar a la cristalización en la superficie de las membranas. La superficie bloqueada debido a incrustaciones, provoca disminución del flujo de permeado, reduciendo la eficiencia del proceso y aumentando los costes de operación.
Los efectos de incrustación en la velocidad de permeado de los sistemas de osmosis inversa se puede ver en la siguiente figura. Siguiendo un periodo de inducción, el flujo de la planta disminuye rápidamente. La longitud de este periodo puede variar dependiendo del tipo de incrustación y grado de súper saturación de las sales solubles ligeras.

Como se demuestra en el grafico, el periodo de inducción para la precipitación del carbonato de calcio es menor que las incrustaciones debido a sulfato., como sulfato de calcio. Es preferible desde el punto de vista económico prevenir la formación de incrustaciones, incluso existiendo limpiadores efectivos contra incrustaciones. Incrustadores normalmente taponan los elementos de osmosis inversa por donde pasa el flujo de entrada/ alimentación, haciendo la limpieza muy difícil y costoso desde le punto de vista de tiempo empleado para su limpieza. 

Existen tres métodos de control de incrustaciones que se emplea normalmente:

• acidificación
• ablandador, intercambiador iónico
• adición de anti-incrustradores.

Acidificación: la adición de acido destruye los iones de carbonato, de manera que se elimina uno de los reactivos causantes de la precipitación de carbonato calcico. Esto es muy efectivo en la prevención de carbonato calcico, pero ineficiente en la prevención de otro tipo de incrustaciones. Otras desventajas son la corrosividad de los ácidos, el coste de los tanques y equipos de monitoreo y el echo de que los ácidos disminuyen el PH del permeado de las osmosis inversa.

Ablandadores de intercambio iónico: este método se utiliza el sodio que se intercambia por iones de magnesio y calcio que se concentran en el agua de alimentación del sistema de osmosis inversa, siguiendo las siguientes ecuaciones quimicas:

Ca²⁺ + 2NaZ => 2Na⁺ + CaZ₂
Mg²⁺ + 2NaZ => 2Na⁺ + MgZ₂

(NaZ representa la resina de intercambio a base de sodio).
Cuando todos los iones de sodio se han intercambiado con calcio y magnesio, la resina se debe regenerar con una solución salina. Los ablandadores a base de intercambio iónico elimina la necesidad de alimentación continua de un acido o anti-incrustador.

Anti-incrustador: son materiales con superficie activa que interfiere con reacciones de precipitación en tres pasos:

• Inhibición del limite: es la habilidad de que un anti-incrustador de mantener soluciones supersaturadas de sales solubles ligeras.
• Modificación de cristal: Es la capacidad del anti-incrustador de distorsionar la forma cristalina, dando lugar a incrustación suave y no adherente. Cuando se empieza a formar un cristal a escala sub-microscopica, los grupos negativos de las moléculas de anti-incrustadores ataca las cargas positivas del núcleo interrumpiendo el balance electrónico necesario para la formación del cristal. Cuando se trata con modificadores de cristales, los cristales aparecen distorsionados, generalmente de forma mas ovalada y menos compactos.
• Dispersión: la dispersión es la habilidad de algunos anti-incrustrantes de absorber, por medio ce cristales o partículas coloidales y provocar una alta carga aniónica, que tiende a mantener los cristales separados. La alta carga aniónica también separa partículas de cargas aniónicas fijas presentes en la superficie de la membrana.

Mecanismo de limite

Dispersión

Existen procedimiento de calculo para predecir la tendencia a formar incrustaciones. El uso de estos predictores se basa en una análisis actualizado del agua y el conocimiento de los parámetros de diseño del sistema. Los iones presentes en el agua de alimentación se concentran a través del sistema de osmosis inversa. El punto de potencial de máxima incrustación es el flujo de concentrado. El tipo de anti-incrustador y dosis depende entonces en el análisis mineral en este punto.
Es importante encontrar la optimización entre tratamiento anti-incrustador con respecto al tipo y dosis, identificando el anti-incrustador mas apropiado para su uso y tipo relación dosis-induccion para el nivel extendido de super saturación.

Lenntech le puede ayudar en la elección del mejor anti-incrustador para su aplicación particular.

Análisis Económico

La adición de acido no es muy eficiente desde un punto de vista económico, debido al coste del acido, tanques y equipo de monitoreo. A no ser que se elimine por medio de de-gasificación, el exceso de dióxido de carbono contenido en el permeado de sistemas alimentados por acido, aumenta el coste de la regeneración de intercambio iónico.
Los anti-incrustrantes son relativamente productos baratos y no tienen costes adicionales. Cuando se compara con la técnica de adición de acido o adición de anti-incrustadores, el ablandamiento tiene como desventaja el coste de los equipos. Teniendo en cuenta un estudio comparativo, los ablandadores son mas caros.

La siguiente tabla muestra una comparación de costes entre ablandadores y sistemas de tratamiento mediante anti-incrustantes a niveles de dureza distintos. en base a un sistema de osmosis inversa diseñado para producir 75 gpm (17 m³/h) de permeado a un 75% de recuperación.

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