Los sistemas de ultrafiltración (UF ) son tecnologías de filtración que funcionan a presión, de forma similar a las membranas de ósmosis inversa, para separar partículas con mayor peso molecular que el agua misma. Estos sistemas son muy eficaces para eliminar los sólidos en suspensión y las partículas del agua. Los sistemas de ultrafiltración pueden alcanzar un rendimiento de filtración de hasta 5 nanómetros, lo que los hace más precisos que los sistemas de microfiltración. Por esta razón, su presión de funcionamiento es ligeramente superior a la de la microfiltración, oscilando normalmente entre 2 y 4 bares. La capacidad media de caudal es de unos 40 a 120 litros por metro cuadrado de superficie de membrana. Suelen utilizarse en proyectos de tratamiento de aguas industriales en lugar de los filtros de arena multimedia.

Una unidad de ultrafiltración puede filtrar todos los sólidos en suspensión a nivel microscópico. Las membranas de ultrafiltración utilizan una técnica especial de membrana conocida como fibra hueca, que les permite eliminar partículas sólidas de hasta 0,025 micras. Teniendo en cuenta que un cabello humano tiene un grosor de 70-80 micras, es fácil ver lo eficaces que son los dispositivos de ultrafiltración para la filtración de agua a nivel microscópico.

En los sistemas de UF, el rendimiento se mide utilizando un parámetro denominado MWCO (Molecular Weight Cut Off). Este parámetro viene determinado por el tiempo que una membrana de UF puede retener al menos el 90% de las sustancias cuyo peso molecular es superior al del agua (como proteínas o glicoles). Por ejemplo, si una membrana de UF puede impedir el paso de al menos el 90% de estas sustancias durante dos días, pero esta retención desciende al 89% al cabo de dos días, se considera que el MWCO de esta membrana es 2. Dado que el MWCO no es una norma internacional, no es un principio de medición universalmente reconocido, pero se utiliza con frecuencia en las evaluaciones técnicas.

Entre las aplicaciones más comunes de los sistemas de ultrafiltración se incluyen:

- Recuperar proteínas de sustancias como la leche o el suero, concentrar azúcares en zumos de fruta, eliminar bacterias, sólidos en suspensión y sustancias orgánicas del agua potable embotellada.

- Desengrasado en sistemas de aguas residuales.

- Eliminación de bacterias y virus en el agua municipal, producción de agua utilizable a partir de aguas residuales.

- Sirve como paso previo al tratamiento en los sistemas de ósmosis inversa para eliminar los sólidos en suspensión.

Diferencias entre los sistemas UF y RO

Los sistemas de UF se utilizan generalmente para separar los sólidos en suspensión, lo que puede no ser suficiente para eliminar las sustancias disueltas en el agua. En cambio, los sistemas de ósmosis inversa filtran a nivel molecular, incluidas las sustancias disueltas. El rendimiento de la UF suele situarse entre la microfiltración y la nanofiltración.

¿Cómo funciona?

Los sistemas de ultrafiltración funcionan según el mismo principio que los filtros de sedimentos estándar. Los sólidos en suspensión quedan atrapados por la estructura porosa de las membranas de ultrafiltración. Esencialmente, el agua presurizada es forzada a través de las membranas, permitiendo el paso del agua de menor peso molecular. A continuación se muestra un diagrama típico de un sistema de UF:

Ventajas

Los sistemas de membrana de UF ofrecen capacidades avanzadas de filtración con un bajo consumo energético, lo que los hace muy eficaces como etapa de pretratamiento. Además de reducir la turbidez, un sistema de UF filtra patógenos como bacterias y virus, lo que lo diferencia de los filtros multimedia basados en arena. En resumen, los sistemas de UF proporcionan:

- Alta eficacia de filtración con caudales elevados.

- Filtración avanzada de patógenos (bacterias, virus, etc.).

- Larga vida útil y alto rendimiento gracias a la capacidad de contralavado.

- Opciones de diseño compacto gracias a las configuraciones modulares.

- Gran resistencia química y térmica.

Membranas de ultrafiltración

Las membranas de UF pueden fabricarse con polímeros orgánicos o materiales inorgánicos. La elección depende de parámetros específicos como el peso molecular de las sustancias a filtrar y su interacción con las cadenas poliméricas. En la industria de tratamiento de aguas se utilizan sobre todo membranas de fibra hueca. El tipo de material de la membrana es importante para la estabilidad química, térmica y mecánica, aunque no suele causar diferencias significativas en el flujo o el rendimiento de la filtración.

Diseño del sistema de ultrafiltración

La ultrafiltración suele funcionar a bajas presiones, generalmente entre 0,5 y 5 bares. Estas presiones de funcionamiento tan bajas permiten que el proceso funcione con bombas de baja potencia o incluso sin bombas en algunos casos, lo que ofrece un funcionamiento rentable.

Las membranas de UF se fabrican en forma modular sobre una capa de soporte porosa, y cada unidad de membrana se denomina "módulo". Cada módulo tiene una entrada para el agua de alimentación, una salida para el concentrado y una salida para el permeado. Existen dos tipos principales de módulos en el mercado: las membranas enrolladas en espiral y las membranas de fibra hueca. Otros tipos de módulos, como los módulos giratorios, los módulos vibratorios o los módulos de vórtice Dean, se diseñan a medida para procesos específicos.

Cada diseño de módulo presenta ventajas y desventajas únicas en términos de limpieza, funcionamiento, caída de presión y rendimiento de la filtración. En comparación con otros tipos de módulos, los de fibra hueca son ventajosos por su facilidad de limpieza y eficacia operativa; las membranas enrolladas en espiral también ofrecen ventajas similares. Otros tipos de membranas especializadas tienen costes de funcionamiento y propiedad más elevados, pero pueden ser preferibles para aplicaciones industriales específicas.