La ultrafiltración (UF) forma parte de la familia de sistemas de filtración por membranas a presión que pueden purificar el agua de sustancias no disueltas y de la mayoría de las disueltas. La UF se utiliza como último paso del tratamiento y puede aplicarse tanto en la fase de respuesta inmediata como en las de estabilización y recuperación de las emergencias.

La UF utiliza membranas para filtrar agua a presión y funciona igual que la microfiltración T.3 . Las unidades de UF pueden ser prefabricadas y montadas sobre patines o estar disponibles como módulos de una sola membrana. La mayoría de los módulos de membrana de UF en sistemas montados sobre patines están hechos de pequeñas fibras huecas en forma de cordón (materiales poliméricos) que se montan en recipientes o tanques cilíndricos (en forma de tubo) debido a la alta densidad de empaquetamiento (2.000 a 15.000 m²/m³ según el tipo de sistema). La principal diferencia entre el MF y el UF es el tamaño de exclusión, que para el UF es de 0,1 a 0,01 μm y para el MF es de 0,5 a 0,1 μm. Esto conduce a resultados de filtración similares para partículas, protozoos y bacterias (de 3 log a 6 log) y a una eliminación significativamente mejor de los virus (de 1 log a 5 log) con las membranas de UF. Las proteínas y los polisacáridos adicionales se eliminan en un 80 % aproximadamente y las sustancias húmicas entre un 40 % y un 60 %. El postratamiento suele incluir la desinfección, como la cloración T.6 , que proporciona una protección residual.

Consideraciones de diseño

Los filtros de membrana pueden funcionar como filtros sin salida (la alimentación se empuja completamente a través de la membrana) o como filtros de caudal cruzado (la alimentación fluye sobre la membrana, pero no toda la alimentación se filtra).
Las membranas de UF típicas funcionan como filtros sin salida. Según la calidad del agua de captación, en particular de la turbiedad (superior a 500 NTU), debe considerarse la posibilidad de realizar una prefiltración T.2 o T.3 o un pretratamiento T.5 para evitar la obstrucción de la membrana. El pretratamiento incluye siempre un precribado de protección (normalmente de tipo retrolavado a unas 300 micras). Un pretratamiento adicional, como la sedimentación asistida T.4 , puede mejorar la eliminación de materiales disueltos y reducir el potencial de ensuciamiento del agua. La coagulación automática en línea seguida de la microfiltración directa también se utiliza para el agua con un alto potencial de ensuciamiento. El retrolavado periódico elimina las partículas acumuladas en la superficie de la membrana. Los sistemas de UF prefabricados y montados sobre patines suelen incluir un sistema de control para regular las condiciones de funcionamiento, 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 se realizan el retrolavado con agua filtrada cada 20-30 minutos, dependiendo de la calidad del agua cruda. Durante los 2 o 3 minutos de retrolavado, la unidad no produce filtrado. En total, alrededor del 85-95 % del agua de alimentación se convierte en filtrado utilizable, y el resto se vierte como retrolavado gastado o residuos de limpieza química. Normalmente, los sistemas de UF que utilizan el principio de filtración sin salida funcionan en un modo de caudal constante con una presión transmembrana comprendida entre 0,5 y 1 bar. Algunos sistemas están diseñados para funcionar con gravedad S.7 , por lo que están sometidos a presión constante y caudal variable. Para evitar el ensuciamiento reversible o irreversible, debe realizarse una limpieza con productos químicos periódica. Para evitar daños, las membranas UF nunca deben funcionar en seco. Es posible almacenar algunas membranas de UF después de un proceso de conservación, y no hay necesidad de un paso de filtro a residuo después del retrolavado.

Materiales

Normalmente, en situaciones de emergencia, el sistema de UF se compra como una unidad, no solo los elementos de membrana. Los equipos auxiliares, incluidos los bastidores de soporte, las bombas, las válvulas, los precribadores y un sistema informático de control (para el retrolavado y la supervisión de la calidad del agua) son tan importantes como las propias membranas. Los consumibles incluyen elementos de membrana (8-10 años de vida útil si se utilizan correctamente), kits de reparación de membranas, electricidad y productos químicos (por ejemplo, ácido cítrico, hipoclorito sódico para la limpieza y desinfección; hidróxido sódico cáustico y bisulfuro sódico para la neutralización).

Aplicabilidad

La tecnología UF puede utilizarse en una amplia variedad de contextos gracias a su funcionalidad modular, que le confiere un rendimiento de filtrado flexible. Puede ser un tratamiento de un solo paso, ya que tiene una excelente filtración, aunque también se puede utilizar como un paso de pretratamiento para reducir la turbiedad para la ósmosis inversa T.15 . Existen sistemas automatizados a pequeña escala montados sobre patines que pueden instalarse en pocas horas. La UF se aplica a veces en ubicaciones remotas, aunque suele reservarse para un pueblo o una ciudad. La filtración por membrana de UF puede utilizarse en la fase de respuesta inmediata (como unidades más pequeñas) y en las fases de estabilización y recuperación de las emergencias. Los elementos de membrana de UF son modulares, aunque adaptar el número de módulos en sistemas montados sobre patines no es fácil debido a las limitaciones de los equipos auxiliares (bombas, sistemas de control).

Operación y mantenimiento

Se requieren operarios capacitados adecuadamente para lograr una vida útil larga y fiable. Aunque los sistemas suelen estar automatizados o semiautomatizados, los errores de manejo pueden provocar daños importantes en los elementos de la membrana (rotura de fibras, ensuciamiento). Las tareas regulares de O&M incluyen la verificación diaria de la precisión de los instrumentos y una prueba de integridad, una comprobación diaria de los niveles de productos químicos, una calibración semanal de las bombas de alimentación de productos químicos, la limpieza de los instrumentos, la revisión semanal de los datos y la consideración de revisiones de los parámetros de funcionamiento como el caudal, la limpieza mensual (o a veces con mayor frecuencia) con productos químicos y una comprobación voltaje y amperaje de los motores eléctricos. Los sistemas por conducción de gravedad suelen requerir un retrolavado manual regular (diario o semanal) y la supervisión del caudal.

Salud y seguridad

La eliminación del material retenido debe considerarse cuidadosamente, ya que contiene los contaminantes encontrados en el agua de alimentación. En función de la composición y la normativa local, el material retenido puede devolverse a la fuente, desecharse en el alcantarillado municipal, diluirse y utilizarse para la irrigación o tratarse in situ antes de desecharlo. 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, para su manipulación, se requieren operarios capacitados y equipos de protección personal.

Costos

Los costos de inversión inicial son comparativamente elevados debido al coste de los módulos de membrana y a la necesidad de equipos auxiliares avanzados. Mientras que la membrana de UF por sí sola es relativamente barata (USD 10-20/m² de la membrana), el costo del módulo completo varía entre USD 70-120/m² de la membrana, según el productor y el tipo de membrana. Un mantenimiento regular garantizará una vida útil de hasta 10 años según el fabricante), lo que se traduce en unos costos por usuario relativamente bajos a lo largo del tiempo. Es necesaria una inversión constante en productos de limpieza, reparaciones y personal capacitado, que varía según el país y la región.

Consideraciones medioambientales y sociales

La aceptación es alta, ya que el agua producida es segura y clara, el color se elimina parcialmente y no hay cambios en el sabor.