La limpieza de membranas se programa por presión, no por calendario
La limpieza de membranas en MBR mantiene una propiedad hidráulica. Una membrana no está sucia en el sentido en que lo está un filtro; ha acumulado resistencia, y la limpieza es la forma de retirar esa resistencia. El intervalo entre limpiezas no es, por tanto, una fecha, sino una respuesta a la tendencia de la presión transmembrana, el mismo registro que nombra el mecanismo de ensuciamiento en el artículo complementario sobre los cuatro mecanismos del ensuciamiento de membranas.
Un régimen de calendario es cómodo y equivocado en ambas direcciones. Limpie con demasiada frecuencia y la planta gastará vida útil de la membrana, porque cada limpieza química consume parte de la tolerancia que tiene el módulo; limpie con demasiada poca frecuencia y un depósito que una limpieza ligera habría levantado se habrá compactado hasta uno que solo una limpieza de recuperación puede alcanzar, lo que cuesta aún más vida útil. Ninguno de los dos errores aparece en el registro de limpieza. Ambos aparecen en la fecha de reemplazo.
Dos tipos de limpieza: mantenimiento y recuperación
Un programa de limpieza de membranas tiene dos capas químicas, y hacen trabajos distintos. La limpieza física corre entre ellas y no es en absoluto un paso químico.
- Limpieza de mantenimiento — una limpieza ligera a baja concentración química, aplicada con frecuencia y mantenida breve. Contiene la velocidad de ensuciamiento y pospone la limpieza más pesada en lugar de reemplazarla.
- Limpieza de recuperación — una limpieza más pesada a mayor concentración, aplicada cuando el rendimiento hidráulico ha caído lo suficiente para justificarla. Su tarea es devolver la permeabilidad hacia la línea base limpia, y es la limpieza cuyo resultado se mide.
- Limpieza física intermedia — relajamiento, contralavado o barrido con aire. En un tren de membranas sumergidas el paso rutinario suele ser un relajamiento, en el que la producción de permeado se detiene mientras continúa el barrido con aire, y no un contralavado inverso verdadero. Donde se usa un contralavado, este corre durante menos tiempo a un múltiplo moderado del flujo de filtración. Cuál de los dos admite el módulo es una propiedad del módulo, no una preferencia.
Las dos capas se confunden a menudo, y la confusión es costosa. Una limpieza de mantenimiento aplicada a concentración de recuperación quema exposición a oxidante por un resultado que el intervalo de mantenimiento no necesitaba; una limpieza de recuperación aplicada a concentración de mantenimiento devuelve poca permeabilidad y luego se registra como una limpieza fallida, cuando lo que falló fue la dosis. La capa de mantenimiento existe para proteger la capa de recuperación, y la capa de recuperación existe para reajustar la línea base desde la que trabaja la capa de mantenimiento.
Los productos químicos de limpieza de membranas, en tres familias
Casi todo régimen se construye con tres familias, y la mayoría de las plantas usa más de una.
- Oxidantes — el hipoclorito de sodio es la opción habitual. Ataca los depósitos orgánicos y biológicos: oxida los polímeros extracelulares que mantienen unido una biopelícula y desorganiza las células que hay dentro. Es también la familia con más consecuencias, porque el oxidante ataca la membrana además del depósito, y cada módulo tiene una exposición acumulada para la que está especificado.
- Ácidos — el ácido cítrico es la opción común, con ácido clorhídrico o fosfórico donde la incrustación es pesada. Disuelven la incrustación carbonatada, los depósitos de hidróxidos y los óxidos de hierro y manganeso. No atacan el sulfato de calcio ni la sílice, que necesitan un secuestrante y no un ácido.
- Álcalis y tensoactivos — sosa cáustica, a menudo con un tensoactivo o un agente quelante. Una limpieza alcalina saponifica las grasas, dispersa el gel orgánico y levanta lo que un oxidante ya ha fragmentado. Es un paso separado de la limpieza con oxidante y no un sustituto de ella.
Los valores que suelen citarse para estas limpiezas —del orden de 0.05 a 0.5 por ciento de cloro activo para una limpieza de mantenimiento y hasta alrededor del 1 por ciento para una limpieza de recuperación, del orden del uno por ciento para una limpieza con ácido cítrico, tiempos de contacto del orden de una hora o más, y soluciones calentadas a alrededor de 30 a 40 °C— deben leerse como un método de partida y no como una especificación. La banda útil depende del depósito, del módulo y del agua, y las concentraciones y tiempos de contacto que convienen a su módulo de membrana se confirman con la fábrica para su módulo de membrana y su depósito.
Dos reglas quedan fuera de esa flexibilidad. Un oxidante y un ácido nunca se mezclan en el mismo tanque, porque la mezcla libera gas cloro; y ninguna limpieza excede la exposición química para la que está especificado el módulo, porque esa exposición se consume de forma permanente, funcione o no la limpieza.
Limpieza in situ: qué hace la secuencia
Una secuencia de limpieza in situ en un tren de membranas tiene la misma forma cualquiera sea la química, y los pasos que se omiten suelen ser los que deciden el resultado.
- Aísle y drene el módulo o el tanque, para que la solución de limpieza no se diluya con el agua de proceso que lo rodea.
- Prepare la solución a la concentración y temperatura que el módulo admite, en agua que no vaya a incrustar la membrana por sí misma.
- Remoje o recircule durante el tiempo de contacto, manteniendo la solución en contacto con toda el área de membrana; algunos diseños recirculan a través del módulo y otros llenan el tanque y remojan.
- Drene y enjuague hasta el punto en que el permeado sea químicamente neutro y esté libre de residuos, porque el oxidante residual sigue actuando sobre la membrana después de terminada la limpieza.
- Vuelva a servicio y mida la permeabilidad recuperada, que es el número que decide si la limpieza se repite, se cambia o se registra como fallida.
Algunos diseños realizan en cambio la limpieza de recuperación fuera de su sitio, retirando el casete y limpiándolo en un recipiente que la planta puede calentar y dosificar correctamente. La ruta que admite el módulo es una propiedad del módulo, y la limpieza de recuperación es la que vale la pena hacer bien, porque es la única que reajusta la línea base.
Cómo se fija la frecuencia de limpieza de membranas a partir de la tendencia de la presión transmembrana
La frecuencia sale del registro de presión, y fijarla es una secuencia y no una conjetura.
- Establezca una línea base limpia. Después de la primera limpieza de recuperación, registre la permeabilidad que alcanza la membrana y úsela como referencia; una línea base tomada en una membrana nueva que nunca se ha limpiado es optimista.
- Elija un disparador como desviación respecto de la línea base. Una caída del orden del 20 al 40 por ciento en la permeabilidad, o una subida hasta el techo de presión que permite el diseño, es la banda que se usa habitualmente para convocar una limpieza de recuperación.
- Dispare por la pendiente además del nivel. Una velocidad de ensuciamiento acelerada pide mirar aguas arriba y no simplemente una limpieza más temprana.
- Deje que el intervalo de mantenimiento siga el mismo registro: cuando sube la velocidad de ensuciamiento entre limpiezas de recuperación, acorte el intervalo en lugar de añadir una segunda química.
- Exija un resultado de cada limpieza. Una limpieza que no devuelve permeabilidad ha consumido exposición y solo le ha enseñado a la planta que la química era equivocada.
Un tren de membranas sumergidas se diseña normalmente para operar dentro de unas décimas de bar de presión transmembrana, y ese techo es una decisión de diseño y no una cifra universal. La permeabilidad que cuenta como limpia, el techo que aplica y el intervalo que se deriva de ellos se confirman con la fábrica para su módulo de membrana y su agua.
Lo que la química de limpieza no tolera
Cada módulo de membrana está especificado para una banda de pH, una temperatura máxima y una exposición acumulada a oxidante, que suele expresarse como concentración multiplicada por tiempo. Las dos primeras son recuperables si se exceden brevemente; la tercera no. La exposición a oxidante se consume de forma permanente, y por eso un procedimiento de limpieza que funciona no es automáticamente un procedimiento para repetir indefinidamente, y por eso una limpieza que tiene que aplicarse cada vez a mayor concentración le está diciendo a la planta algo sobre el depósito y no sobre la dosis.
La banda de pH, el límite de temperatura y la exposición acumulada se publican para cada módulo, y vale la pena leerlos junto con el registro de limpieza y no una sola vez en la puesta en marcha, porque el registro es lo que dice cuánto de la tolerancia se ha gastado.
Errores comunes
- Limpiar según calendario mientras el registro de presión no está corregido por temperatura. Una subida invernal que una corrección por viscosidad explica no es razón para una limpieza química.
- Elegir la química por costumbre y no por el depósito. Una limpieza ácida sobre un gel orgánico, o una limpieza con oxidante sobre una incrustación carbonatada, dejan el depósito donde estaba y le cobran el intento a la membrana.
- Mezclar un oxidante y un ácido en un mismo tanque, o en una misma secuencia sin un enjuague intermedio.
- Responder a una limpieza que no funcionó con una versión más fuerte de la misma limpieza, en lugar de con una familia distinta.
- Esperar al techo de presión antes de la primera limpieza de recuperación, cuando para entonces el depósito ha tenido meses para compactarse.
- Juzgar una limpieza por la presión leída en el momento en que termina. La permeabilidad necesita un día de operación para estabilizarse, y una limpieza evaluada demasiado pronto suele juzgarse como fallida.
Autoverificación antes de fijar el régimen de limpieza
- ¿Se calcula la permeabilidad a partir de la presión y el caudal juntos, y se corrige por temperatura?
- ¿Hay una línea base limpia registrada después de una limpieza de recuperación y no después de la puesta en marcha?
- ¿El disparador de recuperación es una desviación respecto de esa línea base, y está escrito?
- ¿Se identifica el depósito —orgánico, biológico, carbonatado, sulfatado— antes de elegir la química?
- ¿Se registra el procedimiento de limpieza de membranas con concentración, temperatura y tiempo de contacto, de modo que un cambio de operador no cambie la dosis?
- ¿Se contabiliza la exposición a oxidante gastada hasta ahora frente a aquello para lo que está especificado el módulo?
De un régimen de limpieza al servicio de la membrana
Un régimen de limpieza es la mitad operativa de una planta de membranas y la mitad de limpieza de su costo de operación. El artículo complementario sobre los cuatro mecanismos del ensuciamiento de membranas explica qué está mostrando la tendencia de presión y a qué mecanismo pertenece cada forma. La página de equipos MBR integrados expone cómo se empaquetan juntos la membrana, la biología y el barrido con aire, y la secuencia, la concentración y la frecuencia que convienen a su módulo de membrana se confirman con la fábrica para su módulo de membrana y su agua, en lugar de copiarse de una tabla general.