Tecnología de membranas: una alternativa para el tratamiento de agua residuales y purificación de agua.

Por: Kateryne Rocio Ccama Mamani

Febrero 23, 2021

Se sabe que el bienestar del hombre se ha visto beneficiado con la industrialización y urbanización. Estos eventos han contribuido con el desarrollo y crecimiento económico a nivel mundial; sin embargo, esto ha desencadenado una serie de problemas ambientales, principalmente relacionados al agua.

La mayor parte de las reservas globales de agua es salina, siendo solo un 2.5% agua dulce, y de este porcentaje solo el 0.007% se encuentra disponible para el uso del hombre. Parte de este pequeño porcentaje es contaminado a consecuencia de actividades industriales, minería, residuos de agroquímicos, entre otros, causando serios problemas ambientales (1). 

En cualquier proceso industrial, el agua viene a ser un importante elemento dentro de la cadena productiva, por lo que debe entenderse que la producción de aguas residuales es inevitable (2). Además de la generación de elevados volúmenes de aguas residuales, el acceso a agua limpia se presenta como una problemática adicional debido a que en los últimos años, su demanda ha aumentado a consecuencia del crecimiento poblacional, al consumo elevado de este recurso en actividades industriales, etc. (3). Es por ello que, para proteger el ambiente y mejorar la disponibilidad del agua, el desarrollo de tecnologías ambientales eficientes se hace muy necesaria, y entre estas se encuentran las membranas, las cuales se presentan como una alternativa muy versátil para el tratamiento y purificación de agua.

Fig.1 Getty Images/iStockphoto

La tecnología de membranas es un método de separación de alta eficiencia (4). Su característica principal es la capacidad de poder controlar la tasa de permeabilidad de especies químicas gracias a que funciona como una barrera selectiva entre dos medios donde se desea la separación de ciertos componentes, y cuyo rendimiento es medido considerando el flujo a través de la membrana, y su nivel de selectividad (5).

Su primera aplicación relevante fue en el análisis de agua potable al final de la segunda guerra mundial, esto debido a que los suministros de agua se vieron muy afectados por lo que se requerían de filtros (membranas) para comprobar si la calidad del agua era segura o no (6). Con el pasar del tiempo, su uso se ha convertido en una herramienta muy útil que ha sido implementada para lidiar con problemas de contaminación ambiental como es el caso de la elevada carga contaminante de efluentes industriales, o en el caso de la desalinización de agua para un mejor acceso a este recurso.

Existen tres mecanismos que son generalmente usados para la separación y remoción de contaminantes usando membranas, estos se basan en la exclusión por tamaño, interacción hidrofóbica entre membrana-contaminante y por interacción electrostática (7). Además de ellos, la aplicación de las membranas se da en una diversa gama de procesos, entre estos tenemos la microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF), ósmosis inversa (RO), separación de gases, per vaporación, etc. (8) Cada uno de ellos se diferencia del otro por el tamaño de poro de la membrana, la fuerza motriz (p. ej. gradiente de presión, gradiente de presión parcial de vapor, gradiente de potencial elétrico), y por el mecanismo de transporte (p. ej. filtrado, sorción preferencial-flujo capilar, por difusión, migración de iones) (8).

Fig.2 The University of Manchester/ Membrana inteligente de grafeno puede controlar el agua.

La forma en cómo se pueden clasificar a las membranas, es diversa. Desde su geometría hasta su material de composición, desde su morfología hasta el tipo de proceso en el cual es requerido: estos materiales varían dependiendo de la aplicación. Si se necesita su uso para un proceso de desalinización, se puede aplicar algún tipo de ósmosis o filtración y según ello, el material de este puede ser de acetato de celulosa, polieterimida, poliacrilonitrilo, entre otros (8). Si se busca remover residuos de colorantes provenientes de los efluentes de industrias textiles, puede aplicarse nanofiltración. Esta, junto con una buena elección del material de membrana, puede dar como resultado una alta eficiencia en la remoción de estos colorantes, al existir una compatibilidad entre el material de membrana con el tinte textil. Cada membrana tiene sus propias características y condiciones a las cuales debe someterse, lo mismo sucede con los procesos: de esto depende el éxito de la aplicación de esta nueva tecnología.

Bibliografía

  1. Roy S, Ragunath S. Emerging membrane technologies for water and energy sustainability: Future prospects, constraints and challenges. Energies. 2018;11(11). 

  2. Goh PS, Ismail AF. A review on inorganic membranes for desalination and wastewater treatment. Desalination [Internet]. 2018;434(August 2017):60–80. Available from: https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.07.023

  3. Yusuf A, Sodiq A, Giwa A, Eke J, Pikuda O, De Luca G, et al. A review of emerging trends in membrane science and technology for sustainable water treatment. J Clean Prod [Internet]. 2020;266:121867. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121867

  4. Zhang Zhien, Zhang Wenxiang LE. Membranes for Environmental Applications [Internet]. 2020. Available from: https://www.springer.com/gp/book/9783030339777

  5. Mulder M. Basic Principles of Membrane Technology [Internet]. Vol. 53, Journal of Chemical Information and Modeling. 1996. 21–25 p. Available from: http://www.elsevier.com/locate/scp

  6. Baker RW. Overview of Membrane Science and Technology. In: Membrane Technology and Applications. 2012. p. 1–14. 

  7. Kamali M, Suhas DP, Costa ME, Capela I, Aminabhavi TM. Sustainability considerations in membrane-based technologies for industrial effluents treatment. Chem Eng J [Internet]. 2019;368(February):474–94. Available from: https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.02.075

  8. Abdullah N, Rahman MA, Othman MHD, Jaafar J, Ismail AF. Membranes and Membrane Processes: Fundamentals [Internet]. Current Trends and Future Developments on (Bio-) Membranes: Photocatalytic Membranes and Photocatalytic Membrane Reactors. Elsevier Inc.; 2018. 45–70 p. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-813549-5.00002-5

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