Las membranas de microfiltración (MF) proporcionan una filtración excelente con una turbiedad final baja del agua (normalmente inferior a 0,1 NTU) y altos niveles de eliminación de quistes/ ooquistes de protozoos patógenos, Giardia y Cryptosporidium y bacterias. Como paso final del tratamiento se puede utilizar la cloración T.6 o la ultrafiltración T.10 , así como la nanofiltración/ósmosis inversa T.15 . La MF es aplicable en todas las fases de la emergencia y a diferentes escalas (ver H.4 para la escala doméstica).

La MF utiliza membranas para filtrar el agua. Se fuerza el agua cruda a atravesar la membrana mediante una diferencia de presión y los componentes del agua se retienen en función del tamaño de los poros de la membrana. Cuanto más pequeños son los poros, mayor es la presión que debe ejercerse. Las membranas MF utilizadas para el tratamiento de agua tienen poros de 0,1 a 0,5 μm. Estas membranas eliminan partículas y protozoos y pueden eliminar una cantidad igual o superior a 4 log (99,99 %) de Giardia/ Cryptosporidium y bacterias, aunque suelen eliminar menos de 1 log de virus. El postratamiento suele incluir la desinfección, como la cloración T.6 . Las plantas de MF suelen prefabricarse y montarse sobre patines, aunque también existen módulos de una sola membrana. La mayoría de los módulos de membrana de MF de los sistemas montados sobre patines están formados por pequeñas fibras huecas en forma de cordón que se montan en recipientes o tanques cilíndricos (en forma de tubo) debido a la extremadamente alta densidad de empaquetamiento (de 2.000 a 15.000 m^²/m^³), según el tipo de sistema.

Consideraciones de diseño

Los filtros de membrana tienen dos diferencias fundamentales de diseño con respecto a la filtración sin membrana: la filtración sin salida (la alimentación se empuja completamente a través de la membrana) y la filtración de caudal cruzado (la alimentación fluye sobre la membrana, pero no se filtra toda la alimentación). Las membranas de MF típicas funcionan como filtros sin salida. El pretratamiento siempre incluye un precribado de protección (normalmente del tipo de retrolavado automático a unas 300 micras). Un pretratamiento adicional (por ejemplo, sedimentación asistida, T.4 ) puede aumentar la eliminación de materiales disueltos o reducir el potencial de ensuciamiento del agua con un alto contenido de materia orgánica. La coagulación automática en línea seguida de la MF directa se utiliza para aguas con un alto potencial de ensuciamiento para reducir la obstrucción de la membrana. Por lo general, se prefieren los coagulantes que no dañan las membranas, como el cloruro de polialuminio o el clorhidrato de aluminio. Los sistemas de MF prefabricados y montados sobre patines suelen incluir un sistema de control para regular las condiciones de funcionamiento durante los ciclos, incluida la filtración por bombeo, la frecuencia de retrolavado, la limpieza con productos químicos (normalmente una vez al mes) y las pruebas de integridad (para garantizar que las membranas no están dañadas).

Normalmente, los sistemas realizan un proceso de retrolavado automático con agua filtrada cada 20 a 30 minutos dependiendo de la calidad del agua cruda. Una unidad de MF no produce filtrado durante el periodo de retrolavado automático de aproximadamente 3 minutos, por lo que se necesita un tanque de separación para almacenar el filtrado. Alrededor del 85 % al 95 % del agua de alimentación se convierte en filtrado utilizable, y el resto se vierte como retrolavado gastado o residuos de limpieza con productos químicos. Uno de los principales parámetros de diseño es el flujo, que indica el caudal de filtrado por área de membrana. Si el flujo se ajusta demasiado alto para una aplicación, puede hacer que la membrana se ensucie. El ensuciamiento reversible puede aumentar la presión de funcionamiento, aunque puede controlarse mediante un retrolavado regular y una limpieza con productos químicos (normalmente 1 día/mes). El ensuciamiento irreversible requerirá una limpieza con productos químicos avanzada y puede dañar permanentemente la membrana. Si se dejan secar algunas membranas de MF también se pueden provocar daños permanentes. Existen sistemas de MF que funcionan a flujo o presión constante. La mayoría de los proyectos realizan pruebas piloto in situ antes del diseño, aunque si esto no es posible, se aconseja la experimentación de prueba y error.

Materiales

Por lo general, todo el sistema de MF se compra junto, ya que los equipos auxiliares, incluidos los bastidores de soporte, las bombas, las válvulas, los precribadores, los compresores de aire y el sistema informático (para el retrolavado y la supervisión de la calidad del agua), son tan importantes como las membranas. Los consumibles incluyen elementos de membrana (de 5 a 10 años de vida útil si se utilizan correctamente), kits de reparación de membranas, electricidad y productos químicos (por ejemplo, ácido cítrico e hipoclorito sódico para la limpieza y la desinfección; soda cáustica \[hidróxido sódico y bisulfuro sódico] para la neutralización).

Aplicabilidad

En comparación con la ultrafiltración T.10 , la MF se utiliza más a menudo como pretratamiento para la nanofiltración/ósmosis inversa T.15 o para reducir la turbiedad para la desinfección posterior mediante otros métodos. En estos casos, la MF suele aplicarse cuando se requiere una automatización eficaz y rentable. Estos sistemas pueden instalarse muy rápidamente (sistemas automatizados montados sobre patines). La MF puede aplicarse en lugares remotos y en zonas urbanas, ya que es fácilmente escalable y puede utilizarse en todas las fases de una emergencia, incluida la respuesta inmediata.

Operación y mantenimiento

Se aconseja contar con operarios bien capacitados para lograr una vida útil larga y confiable. Aunque los sistemas suelen estar automatizados o semiautomatizados, los errores de funcionamiento pueden provocar daños importantes en los elementos de la membrana (rotura de fibras, ensuciamiento). Las tareas regulares incluyen la verificación diaria de la precisión de los instrumentos y las pruebas de integridad, una comprobación diaria de los niveles de los químicos, una calibración semanal de las bombas de alimentación de químicos y la limpieza de los instrumentos, así como una revisión semanal de los datos, la cual incluye considerar revisiones de cualquier parámetro de funcionamiento como el flujo, la frecuencia de limpieza química y una comprobación de voltios-amperios en los motores eléctricos.

Salud y seguridad

Las membranas de MF retienen altos niveles de bacterias y protozoos (también quistes) de hasta el 99,9 % al 99,9999 % (valores de reducción de 3 log a 6 log, \[LRV, por sus siglas en inglés]), mientras que la eliminación de virus suele ser inferior a 1 log. La eliminación de los materiales retenidos debe considerarse cuidadosamente, ya que contiene los contaminantes encontrados en el agua de alimentación. Según los componentes y la normativa local, los materiales retenidos pueden devolverse a la fuente de agua, como un río, verterse en el alcantarillado municipal, diluirse y utilizarse para la irrigación o tratarse in situ antes de su eliminación. Se recomienda el tratamiento previo a la eliminación y la reutilización cuando no sea posible la eliminación en el alcantarillado municipal. Los productos químicos de limpieza pueden ser corrosivos y deben manipularlos operarios capacitados con equipos de protección personal.

Costos

Los costos de adquisición iniciales son comparativamente altos debido a los altos costos de los módulos de membrana y a la necesidad de equipos axilares avanzados. Mientras que la membrana de MF por sí sola es relativamente barata (de USD 10 a USD 20/m² de la membrana), los costos de los módulos completos varían entre USD 70 y USD 120/m². Si se cuida el sistema mediante limpiezas frecuentes y adecuadas, el filtro tendrá una vida útil (dependiendo del fabricante) de hasta 10 años, lo que se traduce en costos por usuario relativamente bajos a lo largo del tiempo.

Consideraciones medioambientales y sociales

Los filtros de MF son bien aceptados por usuarios e instituciones, ya que la turbiedad del agua mejora visiblemente. Establecerla como nueva tecnología requiere formación, desarrollo de la capacidad de O&M y voluntad del personal local. Los requisitos energéticos para el funcionamiento de los sistemas de MF son comparables con los de los sistemas convencionales de tratamiento de agua.