Membrana

Una membrana es una barrera selectiva; permite el paso de algunas cosas pero detiene otras. Estas cosas pueden ser moléculas , iones u otras partículas pequeñas. Las membranas se pueden clasificar generalmente en membranas sintéticas y membranas biológicas . ^{[ 1 ]} Las membranas biológicas incluyen las membranas celulares (cubiertas externas de las células u orgánulos que permiten el paso de ciertos componentes); ^{[ 2 ]} las membranas nucleares , que cubren el núcleo celular ; y las membranas tisulares, como las mucosas y las serosas . Las membranas sintéticas son fabricadas por humanos para su uso en laboratorios e industria (como plantas químicas ).

El concepto de membrana se conoce desde el siglo XVIII, pero su uso fuera del laboratorio fue escaso hasta el final de la Segunda Guerra Mundial. El suministro de agua potable en Europa se vio afectado por la guerra, y se utilizaron filtros de membrana para comprobar la seguridad del agua. Sin embargo, debido a su falta de fiabilidad, lentitud, selectividad reducida y elevados costes, las membranas no se generalizaron. El primer uso a gran escala de las membranas se dio con las tecnologías de microfiltración y ultrafiltración . Desde la década de 1980, estos procesos de separación, junto con la electrodiálisis , se emplean en grandes plantas y, en la actualidad, varias empresas con amplia experiencia abastecen el mercado. ^{[ 3 ]}

El grado de selectividad de una membrana depende del tamaño de sus poros. Según el tamaño de los poros, se pueden clasificar como membranas de microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF) y ósmosis inversa (RO). ^{[ 4 ]} Las membranas también pueden tener diversos espesores y estructuras homogéneas o heterogéneas. Pueden ser neutras o cargadas, y el transporte de partículas puede ser activo o pasivo . Este último puede facilitarse mediante gradientes de presión , concentración , químicos o eléctricos del proceso de membrana.

La microfiltración elimina partículas de tamaño superior a 0,08–2 μm y opera en un rango de 7–100 kPa. ^{[ 5 ]} La microfiltración se utiliza para eliminar sólidos suspendidos residuales (SS), para eliminar bacterias con el fin de acondicionar el agua para una desinfección eficaz y como paso de pretratamiento para la ósmosis inversa. ^{[ 6 ]}

Un desarrollo relativamente reciente son los biorreactores de membrana (MBR), que combinan la microfiltración y un biorreactor para el tratamiento biológico.

La ultrafiltración elimina partículas de tamaño superior a 0,005–2 μm y opera en un rango de 70–700 kPa. ^{[ 5 ]} La ultrafiltración se utiliza para muchas de las mismas aplicaciones que la microfiltración. Algunas membranas de ultrafiltración también se han utilizado para eliminar compuestos disueltos de alto peso molecular, como proteínas y carbohidratos. Además, pueden eliminar virus y algunas endotoxinas.

La nanofiltración, también conocida como ósmosis inversa de flujo libre, puede rechazar partículas menores de 0,002 μm. Se utiliza para la eliminación de determinados componentes disueltos en aguas residuales. La nanofiltración se desarrolló principalmente como un proceso de ablandamiento por membrana que ofrece una alternativa al ablandamiento químico.

Asimismo, la nanofiltración puede utilizarse como pretratamiento antes de la ósmosis inversa dirigida. Los principales objetivos del pretratamiento NF son: ^{[ 7 ]} (1) minimizar la obstrucción particulada y microbiana de las membranas de RO mediante la eliminación de turbidez y bacterias, (2) prevenir la incrustación mediante la eliminación de los iones de dureza, (3) reducir la presión de operación del proceso de RO mediante la reducción de la concentración de sólidos disueltos totales (TDS) del agua de alimentación .

La ósmosis inversa se utiliza comúnmente para la desalinización . Asimismo, se emplea habitualmente para la eliminación de componentes disueltos de las aguas residuales que quedan tras un tratamiento avanzado con microfiltración. La ósmosis inversa excluye los iones, pero requiere altas presiones para producir agua desionizada (850–7000 kPa). Es la tecnología de desalinización más utilizada debido a su sencillez y a sus costes energéticos relativamente bajos en comparación con la destilación, que emplea tecnología basada en procesos térmicos. Cabe destacar que las membranas de ósmosis inversa eliminan los componentes del agua a nivel iónico. Para ello, la mayoría de los sistemas de ósmosis inversa actuales utilizan un compuesto de película delgada (TFC), que consta principalmente de tres capas: una capa de poliamida , una capa de polisulfona y una capa de poliéster. ^{[ 8 ]}

Una nueva clase de membranas se basa en canales de nanoestructuras para separar materiales a escala molecular . Estas incluyen membranas de nanotubos de carbono , membranas de grafeno , membranas hechas de polímeros de microporosidad intrínseca (PIMS) y membranas que incorporan estructuras metalorgánicas (MOF). ^{[ 9 ]} Estas membranas se pueden usar para separaciones selectivas por tamaño, como nanofiltración y ósmosis inversa, pero también para separaciones selectivas por adsorción, como olefinas de parafinas y alcoholes del agua, que tradicionalmente han requerido una destilación costosa y de alto consumo energético .

En el campo de las membranas, el término módulo se utiliza para describir una unidad completa compuesta por las membranas, la estructura de soporte de presión, la entrada de alimentación, las corrientes de permeado y retenido de salida, y una estructura de soporte general. Los principales tipos de módulos de membrana son:

• En los sistemas tubulares , las membranas se colocan dentro de tubos porosos de soporte, y estos tubos se agrupan en una carcasa cilíndrica para formar el módulo. Los dispositivos tubulares se utilizan principalmente en aplicaciones de microfiltración y ultrafiltración debido a su capacidad para procesar flujos con alto contenido de sólidos y alta viscosidad, así como por su relativa facilidad de limpieza.

• La membrana de fibra hueca consta de un haz de cientos a miles de fibras huecas. El conjunto completo se introduce en un recipiente a presión . El fluido de alimentación puede aplicarse al interior de la fibra (flujo de dentro hacia fuera) o al exterior (flujo de fuera hacia dentro).

• Enrollado en espiral, se coloca un espaciador de permeado flexible entre dos láminas de membrana planas. Se añade un espaciador de alimentación flexible y las láminas planas se enrollan formando una configuración circular. En desarrollos recientes, las técnicas de modelado de superficies han permitido la integración de espaciadores de alimentación permeables directamente en la membrana, dando lugar al concepto de membrana integrada ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ].}

• El sistema de placas y bastidores consta de una serie de láminas de membrana planas y placas de soporte. El agua a tratar pasa entre las membranas de dos conjuntos de membranas adyacentes. La placa soporta las membranas y proporciona un canal para que el permeado salga del módulo.

• Membranas y módulos planos de cerámica y polímero . Las membranas planas suelen integrarse en sistemas de filtración sumergidos accionados por vacío, que constan de conjuntos de módulos, cada uno con varias membranas. El modo de filtración es de afuera hacia adentro, donde el agua atraviesa la membrana y se recoge en canales de permeado. La limpieza puede realizarse mediante aireación, retrolavado y limpieza in situ (CIP).

Los elementos clave de cualquier proceso de membrana se relacionan con la influencia de los siguientes parámetros en el flujo de permeado total:

• La permeabilidad de la membrana (k)
• La fuerza impulsora operativa por unidad de área de membrana (presión transmembrana, TMP)
• La obstrucción y posterior limpieza de la superficie de la membrana.

El flujo total de permeado de un sistema de membrana viene dado por la siguiente ecuación:

${\displaystyle Q_{p}=F_{w}\cdot A}$

Donde Qp es el caudal de la corriente permeada [kg·s ⁻¹ ], F _w es el caudal de agua [kg·m ⁻² ·s ⁻¹ ] y A es el área de la membrana [m ² ].

La permeabilidad (k) [m·s ⁻² ·bar ⁻¹ ] de una membrana viene dada por la siguiente ecuación:

${\displaystyle k={F_{w} \over P_{TMP}}}$

La presión transmembrana (PTM) viene dada por la siguiente expresión:

${\displaystyle P_{TMP}={(P_{f}+P_{c}) \over 2}-P_{p}}$

donde P _TMP es la presión transmembrana [kPa], P _f la presión de entrada de la corriente de alimentación [kPa]; P _c la presión de la corriente de concentrado [kPa]; P _p la presión de la corriente de permeado [kPa].

El rechazo (r) podría definirse como el número de partículas que se han eliminado del agua de alimentación.

${\displaystyle r={(C_{f}-C_{p}) \over C_{f}}\cdot 100}$

Las ecuaciones de balance de masa correspondientes son:

${\displaystyle Q_{f}=Q_{p}+Q_{c}}$

${\displaystyle Q_{f}\cdot C_{f}=Q_{p}\cdot C_{p}+Q_{c}\cdot C_{c}}$

Para controlar el funcionamiento de un proceso de membrana, se pueden utilizar dos modos, relacionados con el flujo y la presión transmembrana (PTM). Estos modos son: (1) PTM constante y (2) flujo constante.

Los modos de operación se verán afectados cuando los materiales y partículas rechazados en el retenido tiendan a acumularse en la membrana. A una presión transmembrana (PTM) determinada, el flujo de agua a través de la membrana disminuirá, y a un flujo dado, la PTM aumentará, reduciendo la permeabilidad (k). Este fenómeno se conoce como ensuciamiento y constituye la principal limitación para el funcionamiento del proceso de membrana.

Se pueden utilizar dos modos de funcionamiento para las membranas. Estos modos son:

• Filtración de extremo ciego donde todo el flujo aplicado a la membrana la atraviesa, obteniéndose un permeado. Dado que no hay flujo de concentrado, todas las partículas quedan retenidas en la membrana. En ocasiones, se utiliza agua de alimentación cruda para eliminar el material acumulado en la superficie de la membrana. ^{[ 13 ]}
• En la filtración de flujo cruzado, el agua de alimentación se bombea con un flujo transversal tangencial a la membrana, obteniéndose así un concentrado y un permeado. Este modelo implica que, para un flujo de agua de alimentación a través de la membrana, solo una fracción se convierte en producto permeado. Este parámetro se denomina "conversión" o "recuperación" (S). La recuperación se reduce si el permeado se utiliza posteriormente para el mantenimiento del proceso, generalmente para la limpieza de la membrana.

${\displaystyle S={Q_{permeate} \over Q_{feed}}=1-{Q_{concentrate} \over Q_{feed}}}$

La filtración conlleva un aumento de la resistencia al flujo. En el caso del proceso de filtración a presión, la resistencia aumenta en función del espesor de la torta formada en la membrana. Como consecuencia, la permeabilidad (k) y el flujo disminuyen rápidamente, proporcionalmente a la concentración de sólidos [1] , lo que requiere una limpieza periódica.

En los procesos de flujo cruzado, la deposición de material continuará hasta que las fuerzas de la torta de unión a la membrana se equilibren con las fuerzas del fluido. En este punto, la filtración de flujo cruzado alcanzará un estado estacionario [2] , y, por lo tanto, el flujo permanecerá constante en el tiempo. En consecuencia, esta configuración requerirá una limpieza periódica menos frecuente.

La incrustación se define como la posible deposición y acumulación de componentes del flujo de alimentación sobre la membrana. La pérdida de rendimiento de la ósmosis inversa puede deberse a la incrustación orgánica y/o inorgánica irreversible y a la degradación química de la capa activa de la membrana. La incrustación microbiológica, generalmente definida como la consecuencia de la adhesión y el crecimiento irreversibles de células bacterianas en la membrana, también es una causa común de descarte de membranas antiguas. En las plantas desalinizadoras se utilizan ampliamente diversas soluciones oxidantes, agentes de limpieza y antiincrustantes, y su exposición repetitiva e incidental puede afectar negativamente a las membranas, generalmente mediante la disminución de su eficiencia de rechazo. ^{[ 14 ]}

La incrustación puede producirse a través de diversos mecanismos fisicoquímicos y biológicos relacionados con el aumento de la deposición de material sólido sobre la superficie de la membrana. Los principales mecanismos por los que puede producirse la incrustación son:

• Acumulación de componentes del agua de alimentación en la membrana, lo que provoca resistencia al flujo. Esta acumulación se puede dividir en diferentes tipos:

Estrechamiento de los poros , que consiste en material sólido que se ha adherido a la superficie interior de los poros.

El bloqueo de los poros se produce cuando las partículas del agua de alimentación quedan atrapadas en los poros de la membrana.

La formación de la capa de gel o torta se produce cuando la materia sólida en la alimentación es de mayor tamaño que los poros de la membrana.

• Formación de precipitados químicos conocidos como incrustaciones
• La colonización de la membrana o bioincrustación se produce cuando los microorganismos crecen en la superficie de la membrana. ^{[ 15 ]}

Dado que la obstrucción es un factor importante en el diseño y la operación de los sistemas de membranas, ya que afecta las necesidades de pretratamiento, los requisitos de limpieza, las condiciones de operación, el costo y el rendimiento, debe prevenirse y, de ser necesario, eliminarse. Optimizar las condiciones de operación es fundamental para prevenir la obstrucción. Sin embargo, si ya se ha producido, debe eliminarse mediante limpieza física o química.

Las técnicas de limpieza física de la membrana incluyen la relajación de la membrana y el retrolavado de la membrana .

• El retrolavado consiste en bombear el permeado en sentido inverso a través de la membrana. El retrolavado elimina eficazmente la mayor parte de la obstrucción reversible causada por el bloqueo de los poros. El retrolavado también puede mejorarse haciendo pasar aire a través de la membrana. [ ^{16 ] El} retrolavado incrementa los costos operativos, ya que se requiere energía para alcanzar una presión adecuada para la inversión del flujo del permeado.

• La relajación de la membrana consiste en interrumpir la filtración durante un periodo determinado, por lo que no es necesario revertir el flujo del permeado. Esta relajación permite mantener la filtración durante un periodo más prolongado antes de la limpieza química de la membrana.

• La pulsación inversa de alta frecuencia produce una eliminación eficiente de la capa de suciedad. Este método se utiliza con mayor frecuencia para membranas cerámicas [3].

Estudios recientes han evaluado la combinación de relajación y retrolavado para obtener resultados óptimos. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Limpieza química . La eficacia de la relajación y el retrolavado disminuirá con el tiempo de operación a medida que se acumule más suciedad irreversible en la superficie de la membrana. Por lo tanto, además de la limpieza física, también se puede recomendar la limpieza química. Esta incluye:

• El retrolavado con refuerzo químico consiste en añadir una baja concentración de agente de limpieza químico durante el proceso de retrolavado.
• Limpieza química , donde los principales agentes de limpieza son el hipoclorito de sodio (para la incrustación orgánica) y el ácido cítrico (para la incrustación inorgánica). Cada proveedor de membranas propone sus propias fórmulas de limpieza química, que difieren principalmente en cuanto a concentración y métodos. ^{[ 19 ]}

Optimización de las condiciones de operación . Se pueden llevar a cabo varios mecanismos para optimizar las condiciones de operación de la membrana y prevenir la obstrucción, por ejemplo:

• Reducción del flujo . El flujo siempre reduce la obstrucción, pero repercute en el coste de capital, ya que requiere una mayor superficie de membrana. Consiste en trabajar con un flujo sostenible, que se define como aquel para el cual la presión transmembrana (TMP) aumenta gradualmente a un ritmo aceptable, de modo que no sea necesaria la limpieza química.
• En lugar de filtración a flujo tangencial, se utiliza la filtración de flujo cruzado . En la filtración de flujo cruzado, solo se deposita una capa delgada sobre la membrana, ya que no todas las partículas quedan retenidas en ella, sino que el concentrado las elimina.
• El pretratamiento del agua de alimentación se utiliza para reducir los sólidos en suspensión y el contenido bacteriano. También se emplean floculantes y coagulantes, como el cloruro férrico y el sulfato de aluminio, que, una vez disueltos en el agua, adsorben materiales como sólidos en suspensión, coloides y materia orgánica soluble. ^{[ 20 ]} Se han introducido modelos numéricos metafísicos para optimizar los fenómenos de transporte. ^{[ 21 ]}

Alteración de la membrana . Los esfuerzos recientes se han centrado en eliminar la obstrucción de la membrana alterando la química superficial del material para reducir la probabilidad de que los contaminantes se adhieran a su superficie. La estrategia química exacta utilizada depende de la química de la solución que se filtra. Por ejemplo, las membranas utilizadas en la desalinización pueden hacerse hidrofóbicas para resistir la obstrucción por acumulación de minerales, mientras que las membranas utilizadas para productos biológicos pueden hacerse hidrofílicas para reducir la acumulación de proteínas y materia orgánica. La modificación de la química superficial mediante la deposición de películas delgadas puede, por lo tanto, reducir considerablemente la obstrucción. Una desventaja de las técnicas de modificación es que, en algunos casos, el caudal y la selectividad del proceso de membrana pueden verse afectados negativamente. ^{[ 22 ]}

Una vez que la membrana experimenta una disminución significativa en su rendimiento, se desecha. Los módulos de membrana de ósmosis inversa desechados se clasifican actualmente en todo el mundo como residuos sólidos inertes y suelen depositarse en vertederos; si bien también pueden recuperarse energéticamente. Sin embargo, en las últimas décadas se han realizado diversos esfuerzos para evitarlo, como la prevención de residuos, la reutilización directa y el reciclaje. En este sentido, las membranas también siguen la jerarquía de gestión de residuos. Esto significa que la acción más recomendable es mejorar el diseño de la membrana, lo que conlleva una reducción de su uso en la misma aplicación, y la acción menos recomendable es su eliminación y vertido. ^{[ 23 ]}

Las membranas de ósmosis inversa (OI) presentan algunos desafíos ambientales que deben resolverse para cumplir con los principios de la economía circular. Principalmente, tienen una vida útil corta de 5 a 10 años. En las últimas dos décadas, el número de plantas desalinizadoras de OI ha aumentado un 70 %. El tamaño de estas plantas también ha aumentado significativamente, alcanzando algunas una capacidad de producción superior a 600 000 m³ ^de agua por día. Esto implica la generación de 14 000 toneladas de residuos de membrana que se depositan en vertederos cada año. Para incrementar la vida útil de una membrana, se desarrollan diferentes métodos de prevención: combinar el proceso de OI con el proceso de pretratamiento para mejorar la eficiencia; desarrollar técnicas antiincrustantes; y desarrollar procedimientos adecuados para la limpieza de las membranas. Los procesos de pretratamiento reducen los costos operativos debido a la menor cantidad de aditivos químicos en la alimentación de agua salada y al menor mantenimiento operativo requerido para el sistema de OI. ^{[ 24 ]}

En las membranas de ósmosis inversa se encuentran cuatro tipos de incrustaciones: (i) inorgánicas (precipitación de sales), (ii) orgánicas, (iii) coloidales (deposición de partículas en la suspensión) y (iv) microbiológicas (bacterias y hongos). ^{[ 25 ]} Por lo tanto, una combinación adecuada de procedimientos de pretratamiento y dosificación de productos químicos, así como un plan de limpieza eficiente que aborde estos tipos de incrustaciones, debería permitir el desarrollo de una técnica antiincrustante eficaz.

La mayoría de las plantas limpian sus membranas semanalmente (CEB – Retrolavado con Mejora Química). Además de esta limpieza de mantenimiento, se recomienda una limpieza intensiva (CIP) de dos a cuatro veces al año.

La reutilización de membranas de ósmosis inversa (OI) incluye la reaplicación directa de módulos en otros procesos de separación con especificaciones menos estrictas. La conversión de la membrana de OI TFC a una membrana porosa es posible mediante la degradación de la capa densa de poliamida. La conversión de membranas de OI mediante tratamiento químico con diferentes soluciones oxidantes tiene como objetivo eliminar la capa activa de la membrana de poliamida, destinada a la reutilización en aplicaciones como MF o UF. Esto provoca una vida útil extendida de aproximadamente dos años. ^{[ 26 ]} Un número muy limitado de informes ha mencionado el potencial de la reutilización directa de OI. Los estudios muestran que la permeabilidad hidráulica, el rechazo de sales, las características morfológicas y topográficas, y la microscopía electrónica de barrido de emisión de campo y la microscopía de fuerza atómica se utilizaron en una investigación de autopsia realizada. El rendimiento del antiguo elemento de OI se asemejó al de las membranas de nanofiltración (NF), por lo que no fue sorprendente ver el aumento de la permeabilidad de 1,0 a 2,1 L m ⁻² h ⁻¹ bar ⁻¹ y la caída en el rechazo de NaCl de >90% a 35–50%. ^{[ 27 ]}

Por otro lado, para maximizar la eficiencia general del proceso, últimamente se ha vuelto común combinar elementos de ósmosis inversa (OI) de diferentes rendimientos dentro del mismo recipiente a presión, lo que se conoce como diseño de recipiente multimembrana. En principio, este innovador sistema híbrido recomienda utilizar membranas de alta retención y baja productividad en el segmento inicial del tren de filtración, seguidas de membranas de alta productividad y bajo consumo energético en el segmento final. Este diseño puede ser útil de dos maneras: disminuyendo el consumo de energía debido a la menor presión requerida o aumentando la producción. Dado que este concepto reduciría la cantidad de módulos y recipientes a presión necesarios para una aplicación determinada, tiene el potencial de reducir significativamente los costos de inversión inicial. Se propone adaptar este concepto original, reutilizando internamente membranas de OI antiguas dentro del mismo recipiente a presión. ^{[ 28 ]}

El reciclaje de materiales es un término general que implica la transformación física del material o sus componentes para que puedan regenerarse en otros productos útiles. Los módulos de membrana son estructuras complejas, compuestas por diversos componentes poliméricos, los cuales pueden recuperarse para otros fines. El tratamiento y reciclaje de residuos plásticos sólidos se divide en reciclaje mecánico, reciclaje químico y recuperación de energía.

Características del reciclaje mecánico:

• Es necesaria una primera separación de los componentes de interés.
• Lavado previo para evitar el deterioro de la propiedad durante el proceso.
• Molienda de los materiales poliméricos hasta obtener un tamaño adecuado (pérdida del 5% del material).
• Posible lavado posterior.
• Proceso de fusión y extrusión (pérdida del 10 % del material).
• Componentes de membrana reciclables (termoplásticos): PP, poliéster, etc.
• Láminas de membrana: están construidas a partir de diversos polímeros y aditivos, por lo que su separación precisa y eficiente resulta intrínsecamente difícil.
• Ventaja principal: sustituye la producción de plástico virgen. • Desventajas principales: es necesario separar todos los componentes, se requiere una cantidad suficientemente grande de componentes para que sea viable. ^{[ 29 ]}

Características del reciclaje químico:

• Descomponer los polímeros en moléculas más pequeñas, utilizando técnicas de despolimerización y degradación.
• No puede utilizarse con materiales contaminados.
• Los procesos de reciclaje químico se adaptan a materiales específicos.
• Ventaja: permite procesar polímeros heterogéneos con un uso limitado de pretratamiento.
• Desventaja: es más caro y complejo que el reciclaje mecánico.
• Los materiales de poliéster (como los que se encuentran en el espaciador de permeado y en los componentes de la lámina de membrana) son aptos para procesos de reciclaje químico, y la hidrólisis se utiliza para revertir la reacción de policondensación empleada para fabricar el polímero, con la adición de agua para provocar su descomposición.

Características de recuperación energética:

• Reducción del volumen entre un 90 % y un 99 %, lo que disminuye la presión sobre los vertederos.
• Los incineradores de residuos generalmente pueden operar entre 760 °C y 1100 °C y, por lo tanto, serían capaces de eliminar todo el material combustible, con la excepción del relleno inorgánico residual en la carcasa de fibra de vidrio. ^{[ 29 ]}
• La energía térmica puede recuperarse y utilizarse para la generación de electricidad u otros procesos relacionados con el calor, y también puede compensar las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de las energías tradicionales.
• Si no se controlan adecuadamente, pueden emitir gases de efecto invernadero, así como otros productos nocivos.

Tratamiento posterior

• Tras aplicar la técnica elegida, es necesario llevar a cabo un proceso de postratamiento para asegurar que la membrana pueda volver a funcionar con normalidad.
• El primer paso del postratamiento consiste en eliminar todos los residuos del equipo. Esto garantiza que no queden contaminantes que puedan afectar el rendimiento de la membrana.
• Se emplean técnicas de separación para recuperar materiales valiosos de las membranas de ósmosis inversa, como la poliamida o la polisulfona, que pueden reciclarse y reutilizarse en la producción de nuevas membranas u otros productos. Durante la etapa de recuperación, se realizan procesos de separación física o química para aislar y purificar estos materiales, garantizando su calidad y facilitando su reincorporación a la cadena de producción.
• Tras la eliminación de los residuos, la membrana se prueba en un sistema piloto. Durante esta fase, se analiza minuciosamente su rendimiento para determinar si el resultado cumple con los parámetros y límites definidos. Este paso es crucial para verificar que la membrana funcione de manera eficiente y eficaz después del tratamiento.

• La implementación de un proceso de reciclaje para las membranas de ósmosis inversa (OI) puede generar costos adicionales que muchas empresas u organizaciones podrían mostrarse reacias a asumir. Además, las membranas recicladas suelen presentar un rendimiento y una eficiencia inferiores. Sin embargo, una ventaja significativa del reciclaje es la reducción del impacto ambiental asociado a la producción de nuevas membranas a partir de materias primas. Las membranas de OI contienen polímeros derivados del petróleo, una importante fuente de gases de efecto invernadero (GEI) que contribuyen al cambio climático. Adicionalmente, estos polímeros no son biodegradables, lo que dificulta su reciclaje.
• Al reciclar las membranas de ósmosis inversa, reducimos la necesidad de nuevos materiales, disminuyendo así el impacto ambiental. La producción de nuevas membranas a partir de polímeros derivados del petróleo aumenta las emisiones de gases de efecto invernadero. El reciclaje de las membranas existentes ayuda a mitigar este impacto al reutilizar materiales que, de otro modo, contribuirían a la degradación ambiental.
• La demanda de membranas de ósmosis inversa (OI) se ha disparado debido a las normativas más estrictas sobre la descarga de aguas residuales. Esta demanda podría superar la oferta, lo que convierte el reciclaje de las membranas de OI actuales en una solución viable para afrontar este reto.
• La creciente demanda de membranas de ósmosis inversa ha provocado un aumento de los precios. En cambio, el proceso de reciclaje suele ser más rentable que la compra de membranas nuevas. Esta ventaja económica puede ayudar a compensar la inversión inicial necesaria para la puesta en marcha de las operaciones de reciclaje.

Las características distintivas de las membranas son responsables del interés en utilizarlas como operación unitaria adicional para procesos de separación en procesos de fluidos. Algunas ventajas señaladas incluyen: ^{[ 3 ]}

• Son menos intensivos en energía, ya que no requieren cambios de fase importantes.
• No exija adsorbentes ni disolventes, ya que pueden ser caros o difíciles de manejar.
• Sencillez y modularidad del equipo, lo que facilita la incorporación de membranas más eficientes.

Las membranas se utilizan con la presión como proceso impulsor en la filtración de solutos y en la ósmosis inversa . En la diálisis y la pervaporación, el potencial químico a lo largo de un gradiente de concentración es la fuerza impulsora. Asimismo, la perstracción, como proceso de extracción asistida por membrana, se basa en el gradiente de potencial químico. Un rompeolas de montículo flexible sumergido, como tipo de membrana, puede emplearse para el control de olas en aguas poco profundas como una alternativa avanzada a los diseños sumergidos rígidos convencionales. ^{[ 30 ]}

Sin embargo, su rotundo éxito en sistemas biológicos no se corresponde con su aplicación. ^{[ 31 ]} Las principales razones de esto son:

• Incrustaciones : disminución de la función con el uso
• Coste prohibitivo por área de membrana
• Falta de materiales resistentes a los disolventes
• Riesgos de escalado

• Bolsa de colodión
• Interfaz (materia)

• Metcalf y Eddy. Ingeniería, tratamiento y reutilización de aguas residuales . McGraw-Hill Book Company, Nueva York. Cuarta edición, 2004.
• Paula van den Brink, Frank Vergeldt, Henk Van As, Arie Zwijnenburg, Hardy Temmink, Mark CMvan Loosdrecht . "Potencial de limpieza mecánica de membranas de un biorreactor de membranas". Revista de ciencia de membranas . 429 , 2013. 259–267.
• Simon Judd. El libro de los biorreactores de membrana: Principios y aplicaciones de los biorreactores de membrana para el tratamiento de agua y aguas residuales . Elsevier, 2010.