Purificación de agua: Ultrafiltración para purificación de agua portátil

El Ejército de EE. UU. ha desplegado una nueva generación de tecnología de purificación de agua durante sus operaciones militares: un pretratamiento de ultrafiltración para una unidad portátil de purificación de agua. En este artículo, echamos un vistazo a la tecnología y cómo funciona.

El ejército de los Estados Unidos está utilizando tecnología de purificación de agua de membrana de última generación para apoyar operaciones militares y misiones humanitarias altamente móviles. The Mechanical Equipment Company Inc. (MECO), de Sugar Land, Texas, ha diseñado un purificador de agua ligero (LWP) que se puede transportar fácilmente a lugares remotos para producir agua potable segura a partir de casi cualquier agua cruda disponible, incluso superficies altamente turbias. agua, agua salobre y agua de mar. Además, el LWP también es capaz de purificar agua contaminada con agentes de guerra nuclear, biológica y química.

El nuevo LWP es lo suficientemente liviano para que lo transporten cuatro soldados y lo suficientemente simple para que dos operadores lo ensamblen y comiencen a producir agua en solo 45 minutos desde una fuente de agua como un río, lago, estanque u océano. Todo el sistema se puede transportar en el espacio de carga de un HMMWV y en un solo recorrido de un helicóptero utilitario o de asalto de carga media, como el UH-60 Black Hawk. En el pasado, los sistemas de desalinización se habían diseñado para concentraciones de sal de agua de mar convencional de 35 000 ppm; sin embargo, en Oriente Medio, la salinidad es mucho mayor. Es de 45.000 ppm en el Golfo Arábigo, y en "pozas de agua" en el desierto puede llegar a 60.000 ppm. MECO prueba específicamente cada LWP para verificar que cumpla con este requisito de 60,000 ppm, lo que permite que los sistemas traten cualquier agua, en cualquier parte del mundo.

La unidad LWP compacta producirá 125 galones por hora (gph) de agua dulce o salobre y 75 gph de agua de mar, niveles de producción suficientes para soportar unidades del tamaño de una compañía/batallón en el campo. El número exacto de personas que la unidad LWP puede sostener en el campo es proporcional al escenario de consumo de agua. Por ejemplo, si la unidad se usa únicamente para beber agua, podrá albergar a muchos más soldados que si se usa para fines generales, como cocinar, limpiar, ducharse o lavar la ropa.

Evolución del tratamiento de agua portátil

La tecnología de filtración de agua ha evolucionado significativamente desde que MECO comenzó a diseñar y fabricar sistemas de tratamiento de agua transportables para el ejército de EE. UU. hace más de sesenta años. De hecho, los sistemas originales de desalinización térmica utilizados por el Cuerpo de Marines en la invasión de Iwo Jima empleaban la tecnología de compresión de vapor patentada por MECO.

El nuevo LWP combina dos tipos de filtración por membrana: las membranas de ultrafiltración (UF) pretratan el agua antes del procesamiento mediante membranas de ósmosis inversa (RO). Este diseño reemplaza la generación anterior de equipos portátiles de procesamiento de agua del Ejército, que pretrataban el agua de alimentación de ósmosis inversa con filtros multimedia (MMF) y filtros de cartucho desechables.

Los filtros MMF y de cartucho plantearon varios problemas. Fundamentalmente, solo eran capaces de eliminar sólidos suspendidos entre aproximadamente 1 y 5 micrones, lo que permitía el paso de algunas partículas y provocaba un rápido ensuciamiento de las membranas de OI.

El otro problema era que los filtros de cartucho requerían un reemplazo frecuente, cada media hora en algunos casos. Este problema se extendía más allá de la mano de obra involucrada en el reemplazo de los filtros. Más importante aún, el reabastecimiento continuo de artículos consumibles puede ser un desafío logístico, y bastante peligroso, en ubicaciones remotas y en condiciones de combate.

Pretratamiento UF del agua de alimentación RO

El proceso de membrana UF en los nuevos LWP elimina la necesidad de reemplazar y reabastecer los filtros desechables. Cada sistema emplea tres cartuchos de ultrafiltración ROMICON® ROMIPURE® de Koch Membrane Systems, Inc. (KMS), de Wilmington, Massachusetts, EE. UU.

Los cartuchos de 5 pulgadas de diámetro contienen membranas de fibra hueca con un diámetro interno de 35 mil. Las membranas y la carcasa del cartucho están compuestas de polisulfona, un polímero termoplástico de alta resistencia que destaca por su excelente estabilidad química en una amplia gama de temperaturas.

Las membranas ROMIPURE UF tienen un límite de peso molecular nominal (MWCO) de 100 000 dalton que produce constantemente agua filtrada con una turbidez de menos de 0,1 NTU, una mejora de más de diez veces en comparación con los filtros MMF y de cartucho. Las membranas de UF eliminan la turbidez, los sólidos suspendidos, las bacterias y otros microorganismos del agua de alimentación que pueden ensuciar las membranas de RO aguas abajo. El agua filtrada de mayor calidad prolonga la vida útil de la membrana de RO y extiende el tiempo entre las limpiezas de RO, independientemente de las condiciones del agua de alimentación.

El pretratamiento de UF no solo sirve para limitar el ensuciamiento de las membranas de OI, sino que los cartuchos ROMIPURE también tienen características importantes que limitan y contrarrestan su propio ensuciamiento. Los cartuchos de fibra hueca funcionan desde el interior hacia el exterior durante la filtración (consulte la Figura 1). El agua de alimentación (retenido) fluye a través del centro de la fibra hueca y el agua filtrada (permeado) pasa a través de la pared de la fibra hacia el exterior de la fibra de la membrana. El flujo tangencial del retenido barre la superficie de la membrana y actúa continuamente para limitar el ensuciamiento de la membrana.

Además, la integridad estructural y la construcción de los cartuchos de fibra hueca ROMIPURE les permiten resistir el retrolavado de permeado y la inversión del flujo de retenido. Estos procesos de limpieza son altamente efectivos para restaurar las tasas de flujo.

La geometría de fibra hueca ROMIPURE permite una gran cantidad de superficie de membrana en un módulo compacto. Esta alta densidad de empaquetamiento significa que se pueden filtrar grandes volúmenes de agua utilizando un espacio y energía mínimos, los cuales son ventajas críticas para la aplicación LWP.

Una bomba de alta presión impulsada por un motor diesel extrae agua de un tanque de filtrado de 40 galones en el módulo UF y alimenta el módulo RO bajo presiones de hasta 1200 psi. El propósito de este tanque de filtrado es proporcionar capacidades de retrolavado y lavado rápido para la membrana UF, mientras permite el funcionamiento continuo de la bomba de alta presión.

RO produce agua pura

El módulo RO consta de siete elementos FLUID SYSTEMS® TFC®spiral RO fabricados por KMS. Los elementos de la membrana cuentan con una poliamida compuesta de película delgada patentada diseñada para aumentar la eficiencia y reducir los costos. Los recipientes a presión están construidos de titanio.

General Atomics (GA) desarrolló y patentó el elemento de ósmosis inversa enrollado en espiral en 1968. GA vendió su división Fluid Systems en 1974 y finalmente se convirtió en parte de KMS. KMS continúa siendo un proveedor líder mundial de elementos de desalinización de agua de mar por ósmosis inversa, con instalaciones a gran escala en el Mar Rojo, el Golfo Arábigo, el Caribe, el Mediterráneo y todos los océanos del mundo. Los elementos compactos FLUID SYSTEMS TFC RO también se utilizan ampliamente a bordo de barcos y en plataformas de perforación.

Las membranas KMS RO eliminan materiales disueltos y suspendidos, incluidos compuestos orgánicos y sales. Solo las moléculas en el rango de 5 Angstroms (0.0005 micras) o 100 MWCO atravesarán la membrana. Aproximadamente el 30 por ciento del agua de alimentación de OI se recupera para su uso como agua potable y el resto del concentrado (o salmuera) se descarga como rechazo. El permeado del módulo de ósmosis inversa pasa a través de un módulo químico, donde se mide y se inyecta cloro para la desinfección residual.

Filtración confiable sin limpieza química

Antes del despliegue de campo, MECO y KMS construyeron siete prototipos de sistemas que fueron sometidos a pruebas rigurosas y exhaustivas por parte del Ejército de EE. UU., incluidas 5000 horas de funcionamiento y 1600 millas de pruebas de transporte a campo traviesa en la parte trasera de un HMMWV. El proceso de diseño y prueba condujo a importantes refinamientos y mejoras del sistema. Por ejemplo, MECO trabajó con KMS para enfrentar el desafío de diseñar un sistema que pueda soportar varios ciclos de congelación y descongelación, condiciones que van mucho más allá de los requisitos ambientales de la mayoría de los sistemas de purificación de agua.

"Las membranas KMS han sido notablemente resistentes al ensuciamiento", dijo John Klie, Gerente de Desarrollo de Negocios Gubernamentales de MECO. "Trabajamos en estrecha colaboración con los ingenieros de KMS para desarrollar y optimizar un método de retrolavado automatizado que prácticamente eliminó la necesidad de operaciones de limpieza química. De los diversos proveedores que investigamos y probamos, KMS proporcionó las únicas soluciones que no requerían el uso de aire auxiliar. equipo de fregado para limpiar las membranas".

Además de simplificar el proceso, menos productos químicos hacen que el agua sepa mejor. "El agua producida por el LWP es muy apetecible", dijo Klie. "Descubrimos que el desafío con los sistemas convencionales más antiguos ha sido la cloración excesiva, que en última instancia le da al agua un sabor a 'piscina'. El sistema de dosificación de cloro automatizado de LWP evita que esto ocurra y, por lo tanto, produce un sabor de agua potable que es muy similar al agua embotellada comercialmente disponible".

Una solución económica

El LWP ha demostrado ser una solución muy económica en Irak, donde el costo de suministrar agua embotellada a las tropas puede llegar a $5 por galón. El agua producida por los sistemas de purificación convencionales de primera generación cuesta aproximadamente $1 por galón, incluido el costo de los filtros desechables, los productos químicos y el combustible. El LWP puede producir agua a 7 centavos por galón, que es principalmente el costo del combustible diesel para operar el sistema y los productos químicos para una limpieza periódica mínima.

El MECO LWP, con membranas UF y RO de KMS, proporciona un método de purificación de agua autosuficiente para fuerzas especiales y otras misiones militares y humanitarias remotas que eliminan la necesidad de un reabastecimiento de agua difícil, costoso y peligroso.

Contacto:

John McArdle, Director de Desarrollo Comercial, Koch Membrane Systems Teléfono: 1-978-694-7000 Fax: +1-978-657-5208 Correo electrónico: [email protected]