Equilibrio Osmótico y Presión Osmótica

ÓSMOSIS

Comenzaremos definiendo el concepto de ósmosis, el cual se entiende como fenómeno físico relacionado con el movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable. Tal comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana, sin gasto de energía.

La osmosis más común es la del agua, en un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos.

Se denomina membrana semipermeable a aquella estructura que contiene poros, al igual que cualquier filtro, de tamaño molecular. El tamaño de los poros es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes, normalmente del tamaño de micrómetros.

PRESIÓN OSMÓTICA

La presión osmótica (π) puede definirse como la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable. La presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones (dependen del número de partículas en disolución, sin importar su naturaleza).Esta propiedad resulta importante en la comprensión de la relación existente entre los líquidos que forman parte de los seres vivos.

La membrana semipermeable nombrada anteriormente permite al paso de moléculas de disolvente impidiendo el paso de las moléculas de soluto. Cuando entre las distintas porciones de una misma disolución, no existe un intercambio neto de soluto, se dice que existe una presión osmótica de equilibrio

El equilibrio osmótico es cuando la concentración de ambos lados de la membrana semipermeable es la misma, es decir que ya no hay más paso de líquido a través de la membrana.

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA

Purificación del agua a través de la osmosis inversa:

Para comprender este proceso de purificación es necesario explicar el termino de osmosis inversa, el cual deriva de la osmosis, se define como un proceso en el cual se fuerza el paso del agua a través de una membrana semi-permeable, desde una solución de mayor concentración, a una de menor, mediante la aplicación de presión.

El proceso de purificación del agua se inicia cuando una membrana con permeabilidad permeable selectiva al agua, separa dos soluciones salinas acuosas de diferentes concentraciones, que se encuentran a una misma presión y temperatura; de forma natural el agua se mueve de la solución con menor concentración a la de mayor, esta actividad finaliza cuando el aumento de presión hidrostática, en la sección de la solución más concentrada, ejerce una resistencia lo suficientemente fuerte para impedir el paso del agua proveniente de la sección de solución diluida .Una vez sucedido este fenómeno, se aplica una presión en la sección concentrada de la solución, que provoque una diferencia de presión transmembrana (Dp) superior a la presión osmótica, generando la inversión del flujo generado por el proceso explicado anteriormente.

Diagrama del proceso de desalación de agua de mar a través de osmosis inversa.

Las membranas semi-permeables logran una separación del 95% de sales disueltas lo que nos permite la desalinización de agua salubres y de mares. Las primeras membranas semipermeables fueron fabricadas con acetato de celulosa sin embargo hoy se utilizan las de poliamidas ya que con estas se puede controlar la dimensión del poro y su permeabilidad. Estas son poco permeables a los iones y a moléculas con cargas electrostáticas, mientras mayor sea la carga mayor será la retención, en contraste con los gases disueltos los cuales tienen una buena permeabilidad junto con moléculas orgánicas neutras de bajo peso molecular. Una de las desventajas de las membranas es que se puede producir estancamiento en su superficie. Estos se pueden producir con escamas o costras de carbonato de calcio, sulfato cálcico, silicatos complejos, etc. Estas acumulaciones tienen como consecuencia un aumento en la concentración de sales la cual puede sobrepasar su producto de solubilidad. El estancamiento de partículas como coloides o precipitado de hidróxido de hierro provocan el crecimiento de microorganismos en la superficie de la membrana. Otro factor que produce esta acumulación en los poros de la membrana, puede suceder por compuestos orgánicos como aceites o grasas presentes en aguas residuales. Una solución viable es utilizar agentes quelantes como el EDTA para la eliminación de sedimentos salinos, álcalis combinados con surfactantes para eliminar microorganismos y compuestos orgánicos. También se puede proceder a la esterilización de la membrana con soluciones de cloro para eliminar microorganismos.

La vida útil de estas membranas es de uno a dos años en promedio y con un buen programa de limpieza se puede extender hasta cinco años.

ANÁLISIS DEL IMPACTO AMBIENTAL

Para el análisis del impacto ambiental de este procedimiento se tomaran de estudios realizados por la Comisión Costanera de California USA. El impacto ambiental de este tipo de empresas se da en varios procesos:

Construcción de la planta: Las actividades de construcción podrían generar impactos en zonas costeras tales como emisiones de polvo, disturbios de Dunas, áreas de oleaje, alteración del hábitat de especies marinas, terrestres y aéreas del lugar. Además durante la duración la operación de la planta se ocasionarían problemas en los mantos acuíferos cercanos a la costa y daños al entorno marítimo debido al gradiente de succión de las bombas.

Consumo de energía: Las empresas desaladoras consumen una gran cantidad de energía eléctrica para su funcionamiento; Sin embargo la desalación del agua de mar por osmosis inversa consume menos energía que por destilación.

Calidad de Aire: En general las emisiones al aire de esta operación se debe al elevado consumo energético, sus descaras consisten en emisiones de CO₂, SO_X y descargas desgasificadoras.

Medioambiente marino: Este medio es el que se ve afectado en gran manera en comparación a los anteriormente nombrados, debido a los vertidos de salmuera con una alta concentración salina.

Constituyentes de las aguas rechazadas: El tipo de constituyentes de estas aguas depende de la tecnología usada, calidad de la toma de agua, calidad del agua producida, pre-tratamientos, limpieza y el almacenamiento de las membranas de osmosis inversa.

En general pueden tener los siguientes constituyentes químicos de pre-tratamientos: compuestos orgánicos y metálicos químicos utilizados en la limpieza de tuberías, incremento en los niveles de turbidez con respecto al agua salobre o de mar, niveles de oxígeno que están por debajo de los parámetros establecidos y un incremento en la concentración de sal referente al agua de mar.

Otros: Impactos en la comercialización de pescado y navegación, riesgos geológicos y actividades sísmicas, ruido de las bombas durante la operación, incremento de cloro en las aguas y suelos.

Aplicaciones que derivan de la desalinización del agua

Las aplicaciones industriales de esta tecnología son tan variadas como:

§ Industria alimentaria, farmacéutica, etc.: En las industrias alimentaria, farmacéutica, médica, cosmética, etc. se utiliza agua osmotizada puesto que en una gran variedad de procesos se precisa agua de gran calidad si no agua ultra-pura. El agua osmotizada es el punto de partido para la obtención de agua ultra-pura.

§ Reutilización de aguas residuales: Existen numerosos casos en los que los efluentes de los procesos de tratamiento de las aguas residuales deben ser tratados para mejorar su calidad hasta que puedan ser reutilizados. Es el caso de aquellos procesos en los que se consume un gran caudal de agua, como en la industria textil, o cuando se vierte el efluente al medio natural para recargar un acuífero.