Filtración por membrana: ¿dónde la encontramos y en qué consiste?

Hablar de filtración por membrana puede evocar procesos complejos y poco relacionados con nuestra vida cotidiana, pero en realidad tiene mucho más que ver con nuestro día a dia de lo que podamos imaginar. Los sistemas de aguas residuales de muchas de las principales ciudades europeas, por ejemplo, pasa por un sistema de purificación que incluye la filtración por membrana que usa la tecnología de vacío, para eliminar una alta cantidad de contaminantes, para lograr una agua de alta calidad que puede ser reutilizada o liberada al medio ambiente sin impacto y para consumir menos energía que otros sistemas.

La filtración por membrana, además, puede encontrarse en sistemas de clarificación de zumos procesados, para eliminar el alcohol de bebidas como la cerveza, licores, etc., para análisis de laboratorio y otros muchos de los que hablaremos en este post.

Un proceso de purificación y filtración de líquidos y gases

La filtración por membrana consiste en hacer pasar una mezcla líquida o gaseosa a través de una membrana semipermeable, es decir, una barrera (que podemos imaginar como un filtro muy fino) que permite el paso selectivo de ciertas moléculas de bajo peso mientras que bloquea otros, como ciertos contaminantes físicos, químicos y biológicos. El uso del vacío tiene por objetivo mejorar la eficiencia de la filtración, como veremos en breve.

Según el tamaño del poro de la membrana y de la presión que se aplique a la mezcla para hacerla pasar por ese poro, podemos hablar de procesos con distintos nombres, como ósmosis inversa, nanofiltración, ultrafiltración y microfiltración, que pueden tener diferentes aplicaciones.

• Ósmosis inversa: suele usarse en purificación de agua para uso industrial o médico, para desalinización de agua para consumo, etc., ya que permite filtrar iones y moléculas pequeñas por el pequeño tamaño de los poros de la membrana a una presión elevada.
• Nanofiltración: su uso, además de como pretratamiento para ósmosis inversa, incluye ablandamiento de aguas, entre otros, por poder filtrar moléculas pequeñas y algunos iones, al tener la membrana poros más grandes que los que caracterizan la ósmosis inversa.
• Ultrafitración: se trata de un proceso clave en la industria de bebidas, alimentaria y farmacéutica, por poder filtrar partículas coloidales, bacterias y virus.
• Microfiltración: suele usarse en clarificación de líquidos y esterilización, al filtrar partículas en suspensión, arena, arcilla, sedimentos, etc., con una membrana con poros mayores que las anteriores, 0.1 – 1 micras frente a 0.0001 – 0.001 micras de ósmosis inversa.

Estos procesos utilizan la presión en vez del vacío.

El proceso de filtración por membrana al vacío paso a paso

Como hemos visto, existen multitud de sistemas de filtración por membrana. Los que usan tecnología de vacío, que son los que se usan principalmente en el tratamiento de aguas, suelen seguir los pasos siguientes, aunque pueden variar según factores como el tipo de membrana, el tamaño de la planta, la calidad del agua residual y las regulaciones ambientales locales.

Pretratamiento

Antes de hacer pasar las aguas residuales por la membrana de filtración, éstas pasan por procesos de pretratamiento que eliminan los sólidos gruesos, arenas y grasas que podrían dañar la membrana, ensuciarla y/o reducir su efectividad.

Paso por un bioreactor

Una vez pretratadas, las aguas pasan por un bioreactor, es decir, como su nombre indica, un sistema que reacciona ante elementos biológicos, descomponiéndolos, transformándolos en biomasa y otros productos.

Filtración al vacío

Después de pasar por el bioreactor, el agua a tratar (influente), se lleva a un conjunto de membranas. Aquí los métodos tradicionales hacen presión sobre este influente para que pase a través de la membrana. Sin embargo, si se hace el vacío en el área de salida del influente (el lado permeado de las membranas), facilita el paso de este influente y a la vez retiene en la membrana las partículas, microorganismos y otros contaminantes. El resultado es una filtración con un flujo más constante y que requiere menos energía para llevar a cabo esa separación que la presión directa.

Recogida del permeado

El agua que ha pasado a través de las membranas pasa de llamarse influente a permeado, y se recoge en el lado en el que se ha hecho el vacío (el de salida). Este permeado pyede ya estar suficientemente purificado para ser vertido al medio ambiente, o ser reutilizado en aplicaciones como riego o procesos industriales como los de la industria química, farmacéutica, etc. De esta manera se contribuye a la economía circular.

Gestión del retenido

Lo que queda en la membrana se llama retenido. La biomasa activa, que es una parte de ese retenido, se puede reciclar de nuevo en el bioreactor para poder mantener el tratamiento biológico gracias a los microorganismos que contiene, aunque periódicamente se elimina una parte para evitar un exceso de microorganismos.

Ventajas del vacío en la filtración por membrana

Como ya hemos apuntado en este post, las ventajas de usar tecnología de vacío en la filtración por membrana son, principalmente:

• Alta eficiencia en la filtración: como ocurre con otros procesos en los que aplicamos vacío, la principal ventaja de éste radica en la eficiencia.
• Capacidad de producir un efluente de calidad, al retener efectivamente contaminantes y microorganismos sin requerir altas presiones.
• Facilidad en el proceso y la operación, ya que el sistema puede ser controlado y ajustado fácilmente para optimizar la filtración.
• Bajo consumo de energía y huella de carbono reducida, gracias a la menor necesidad de presión y la eficiencia del proceso.

Aplicaciones de la filtración por membrana al vacío

Las ventajas de la filtración por membrana al vacío hacen que este proceso tenga muchas aplicaciones, aunque las principales tienen que ver con el tratamiento de aguas resituales y de purificación de aguas industriales para que su vertido no perjudique al medio ambiente, como aguas coloreadas en la industria textil, aguas con metales en la industria metalúrgica, etc.

Otras aplicaciones de la filtración por membrana que usan la presión son:

• Industria alimentaria y de bebidas: para concentrar y clarificar zumos sin aplicar calor, que afectaría a su valor nutricional, se usa la filtración por membrana, así como para separar y concentrar proteínas en sueros y leches, para desalcoholizar bebidas, etc.
• Industria farmacéutica y biotecnológica: procesos como la ultrafiltración y nanofiltración permiten purificar productos de estas industrias, como vacunas, antibióticos o soluciones intravenosas.

Equipos de vacío para filtración por membrana

La mayoría de sistemas que usan la filtración por membrana, como los de aguas residuales, necesitan operar con caudales variables, no pararse nunca, y ser resistentes a los contaminantes del agua y, por supuesto, a la humedad. En Marpa Vacumm ofrecemos equipos de vacío adecuadas para este tipo de usos, como los que incluyen bombas de anillo líquido, de diafragma o de tornillo en seco y ofrecemos un completo asesoramiento y servicio 360º.