¿Qué es la Osmosis Inversa?

Cualquier persona que haya pasado por una clase de ciencias en la escuela secundaria, probablemente estará familiarizada con el término de ósmosis.

El proceso fue descrito por primera vez por un científico francés en 1748, quien observó que el agua que se difundía espontáneamente a través de la membrana de la vejiga de un cerdo, se convirtió en alcohol.

Más de 200 años después, una modificación de este proceso conocido como ósmosis inversa, permite a las personas de todo el mundo, convertir de forma accesible el agua indeseable, en agua que está prácticamente libre de contaminantes, para usos de salud o estéticos.

Los sistemas de ósmosis inversa, se pueden encontrar en lugares tan diversos, como la cocinas de una residencia particular, hasta en instalaciones utilizadas en las naves espaciales tripuladas.

La ósmosis inversa es una tecnología que se encuentra prácticamente en cualquier lugar donde se necesite agua pura; los usos comunes incluyen:

Una membrana semipermeable, como la membrana de una pared celular o de una vejiga, es selectiva en cuanto a lo que permite pasar y lo que impide pasar.

Estas membranas en general pasan el agua muy fácilmente debido a su pequeño tamaño molecular; pero también atrapan muchos contaminantes evitando que pasen.

Típicamente, el agua estará presente en ambos lados de la membrana, y cada lado tendrá una concentración diferente de minerales disueltos.

Dado que el agua es la solución menos concentrada busca diluir la solución más concentrada, el agua pasará a través de la membrana desde el lado de menor concentración hasta el lado de mayor concentración.

Eventualmente, la presión osmótica (vista en el diagrama de abajo como la presión creada por la diferencia en los niveles de agua) contrarrestará exactamente el proceso de difusión, y se formará el equilibrio.

El proceso de ósmosis inversa fuerza al agua con una mayor concentración de contaminantes (la fuente de agua) a un tanque que contiene agua con una concentración extremadamente baja de contaminantes (el agua procesada).

La alta presión del agua en el lado de la fuente se utiliza para “revertir” el proceso osmótico natural, con una membrana semipermeable que permite el paso del agua y rechaza la mayoría de los demás contaminantes.

El proceso específico a través del cual esto ocurre, se llama exclusión de iones, en el cual una concentración de iones en la superficie de la membrana permite que otras moléculas de agua pasen a través de ella, desde una barrera que excluye otras sustancias.

Las membranas semipermeables han recorrido un largo camino desde las vejigas naturales de los cerdos utilizadas en los primeros experimentos de ósmosis. Antes de los años 60, estas membranas eran demasiado ineficientes, caras y poco fiables para aplicaciones prácticas fuera del laboratorio.

Los avances modernos en materiales sintéticos han resuelto estos problemas, permitiendo que las membranas se vuelvan altamente eficientes en el rechazo de contaminantes, y haciéndolas lo suficientemente resistentes para soportar las mayores presiones necesarias para una operación eficiente.

Incluso con estos avances, el agua “rechazada” o de rechazo en el lado de la fuente de un sistema de ósmosis inversa (OI), debe ser lavada periódicamente para evitar que se concentre tanto que forme una cascarilla en la membrana misma.

Los sistemas de osmosis inversa también requieren un prefiltro de carbono para la reducción del cloro, que puede dañar la membrana de osmosis inversa; y siempre se requiere un prefiltro de sedimentos, para asegurar que los materiales finos suspendidos en la fuente de agua no obstruyan permanentemente la membrana.

La reducción de la dureza, ya sea mediante el uso de ablandamiento de agua para unidades residenciales o el ablandamiento químico para uso industrial, también puede ser deseable en áreas de agua dura o pesada.

Los sistemas de osmosis inversa de baja presión, generalmente se refieren a aquellos sistemas con una presión de alimentación de agua de menos de 100 psi.

Estos son los típicos sistemas residenciales de mostrador o debajo del fregadero o tarja, que dependen principalmente de la presión natural del agua para hacer que el proceso de ósmosis inversa funcione; un sistema típico se muestra esquemáticamente a continuación.

Sistema típico de ósmosis inversa

Las unidades de uso no comercial o de mostrador, generalmente tienen un tanque de almacenamiento sin presurizar; las unidades debajo del fregadero generalmente tienen un tanque de almacenamiento de acumulador presurizado, donde la presión del agua tiende a aumentar a medida que el tanque se llena.

Este sistema presurizado proporciona suficiente presión para mover el agua desde el tanque de almacenamiento debajo del fregadero hasta el grifo. Desafortunadamente, esto también crea una contra-presión contra la membrana, lo que puede disminuir su eficiencia.

Algunas unidades superan esto usando una bomba de permeado que utiliza el agua de drenaje para bombear el agua de alimentación del producto al tanque eliminando la contra-presión de la membrana.

Las unidades de baja presión normalmente proporcionan entre 2 y 15 galones por día de agua, con una eficiencia de 2-4 galones de agua rechazada por galón de agua tratada.

La pureza del agua puede llegar al 95 por ciento. Estas unidades producen agua a un costo tan bajo como 2 pesos por galón una vez que se tienen en cuenta los costos de mantenimiento y agua.

El mantenimiento generalmente requiere reemplazar cualquier pre o post filtro (típicamente una o cuatro veces al año); y el cartucho de ósmosis inversa una vez cada dos o tres años, dependiendo del uso.

Los sistemas de alta presión operan típicamente a presiones entre 100 y 1000 psi, dependiendo de las membranas elegidas y del agua que se está tratando.

Estos sistemas se utilizan generalmente en aplicaciones industriales o comerciales donde se requieren grandes volúmenes de agua tratada con un alto nivel de pureza.

La mayoría de los sistemas comerciales e industriales utilizan múltiples membranas dispuestas en paralelo para proporcionar la cantidad de agua necesaria.

El agua procesada de la primera etapa del tratamiento puede entonces pasar a través de módulos de membrana adicionales para lograr mayores niveles de tratamiento para el agua terminada.

El agua rechazada también puede ser dirigida a módulos de membrana sucesivos para una mayor eficiencia (ver diagrama más abajo), aunque se requerirá un lavado cuando las concentraciones alcancen un nivel en el que es probable que ocurra el ensuciamiento.

Las unidades industriales de alta presión típicamente proveen de 10 galones a miles de galones por día de agua con una eficiencia de 1-9 galones de agua rechazada por galón de agua tratada.

La pureza del agua puede llegar al 95 por ciento. Estos sistemas tienden a ser más grandes y complicados que los sistemas de baja presión, y esto se refleja en sus costos, que van desde 1,000 dólares hasta decenas de miles de dólares por una unidad grande y multimodular capaz de suministrar agua potable desalinizada para un centro turístico o una planta embotelladora de agua.

La ósmosis inversa puede tratar una gran variedad de contaminantes estéticos y de salud.

Efectivamente diseñado, el equipo de osmosis inversa puede tratar una amplia variedad de contaminantes estéticos que causan problemas de sabor, color y olor desagradables como un sabor salado o sódico causado por cloruros o sulfatos.

El osmosis inversa también puede ser eficaz para tratar contaminantes de la salud como el arsénico, el asbesto y la atrazina (herbicidas/pesticidas). Fluoruro, plomo, mercurio, nitrato y radio.

Cuando se utiliza un prefiltro de carbono apropiado (comúnmente incluido en la mayoría de los sistemas de ósmosis inversa), también se puede proporcionar tratamiento adicional para contaminantes “volátiles” como el benceno, el tricloroetileno, los trihalometanos y el radón.

Algunos equipos de osmosis inversa también son capaces de tratar contaminantes biológicos como Cryptosporidium.

Cuando se busca un producto para tratar un determinado contaminante de la salud, se debe tener cuidado de encontrar productos que hayan sido probados con éxito para tales fines en un laboratorio de pruebas de calidad.

La ósmosis inversa es un procedimiento relativamente nuevo, pero muy efectivo, de un proceso científico establecido.

Ya sea que se utilice para satisfacer las necesidades de una familia típica de cuatro personas, o las necesidades de una operación industrial que requiere miles de galones por día, puede tener un costo efectivo para proporcionar la cantidad requerida de agua altamente purificada.

Con los continuos avances en el diseño de sistemas y membranas que aumentan la eficiencia y la confiabilidad, se puede esperar que la osmosis inversa desempeñe un papel importante en el tratamiento del agua y purificación de agua en los años venideros.