La òsmosi forçada (en anglès Forward Osmosis, o FO) és una tecnologia emergent de membranes que presenta una sèrie de característiques avantatjoses en relació amb l’òsmosi inversa. Tot i que actualment es presenta com una tecnologia complementària, té projecció suficient per arribar a ser l’opció de referència en nombroses aplicacions.
A nivell industrial, l’òsmosi forçada es basa en el fenomen natural en què un dissolvent flueix des d’una regió amb una baixa pressió osmòtica, a través d’una membrana semipermeable, fins a una altra regió amb una elevada pressió osmòtica. Aquest fenomen ocorre contínuament a la natura, a les plantes, als arbres, a les bacteris, a les cèl·lules animals, etc.
L’òsmosi forçada és un procés mitjançant el qual es produeix aigua de gran qualitat a partir d’un efluente aquós amb un grau més o menys alt de contaminació, utilitzant una membrana semipermeable i una solució amb una elevada pressió osmòtica. En el procés es consumeix molt poca energia, ja que es duu a terme a pressions molt baixes i a temperatura ambiental, essent aquesta una de les avantatges més destacades.
Per a l’explotació del fenomen natural en aplicacions concretes, es poden utilitzar dos fluids amb diferents pressions osmòtiques perquè, per exemple, aigua pura d’una solució d’aigua marina, flueixi a través de la membrana per diluir una solució amb una pressió osmòtica encara més gran. És important destacar que aquest fenomen natural es produeix a temperatura ambient i sense la necessitat d’aplicar una pressió important. L’única energia necessària externa és la que es requereix per superar la resistència a la fricció a ambdós costats de la membrana (normalment, 2-3 bar). La solució d’elevada pressió osmòtica es coneix com a «agent osmòtic» (draw solution en anglès) i ha de ser de manipulació senzilla i segura, de preparació senzilla i de separació fàcil del producte final (generalment aigua d’alta qualitat).
En comparació amb un sistema d’òsmosi inversa convencional, l’òsmosi forçada presenta una llarga llista d’avantatges. La principal resideix en el fet que l’òsmosi forçada es duu a terme a pressions reduïdes, amb el consegüent estalvi energètic que això representa. Així mateix, les membranes d’òsmosi forçada són més resistents a l’embrutiment i toleren millor el clor, per la qual cosa les neteges són menys necessàries i més efectives, allargant així la vida útil de les membranes. No obstant això, l’òsmosi forçada no produeix aigua d’alta qualitat apta per al seu ús en una única etapa, ja que després de l’etapa d’òsmosi forçada l’aigua està barrejada amb l’agent osmòtic i es precisa d’una segona etapa per separar l’agent osmòtic de l’aigua produïda. En la segona etapa, es regenera l’agent osmòtic alhora que es produeix l’aigua d’alta qualitat (figura 1).
Els dos processos, el d’òsmosi forçada i el de regeneració de l’agent osmòtic, estan units per la recirculació de la solució de l’agent osmòtic, la qual té una pressió osmòtica superior a la de l’aliment. L’agent osmòtic concentrat permet que es produeixi el flux d’aigua pura des de la solució aliment. Com a conseqüència, l’agent osmòtic es dilueix amb el flux d’aigua pura que travessa la membrana. L’agent osmòtic diluït, posteriorment, es concentra en separar-lo de l’aigua pura en el sistema de regeneració. La combinació de l’operació dels dos sistemes és un paràmetre clau en el disseny del sistema perquè l’operació del conjunt sigui senzilla, robusta i fiable.
Les avantatges més importants de l’òsmosi forçada en relació amb l’òsmosi inversa convencional són les següents:
- Consum energètic menor, especialment en el cas de solucions amb pressions osmòtiques elevades.
- Baixa propensió a l’embrutiment de la membrana.
- Neteja més fàcil i efectiva de la membrana.
- Major vida útil de la membrana.
- Costos d’operació més baixos.
L’òsmosi forçada pot ser utilitzada en una àmplia varietat d’aplicacions possibles, ja que permet el tractament d’aigües marines i salmorres, d’aigües amb sals minerals i metalls, d’efluents amb alta càrrega orgànica i d’efluents amb sílice entre altres tipus d’efluents, sent les més destacades les que es relacionen a continuació:
- Producció d’aigua en zones amb problemes d’escassetat.
- Tractament d’efluents quan la normativa obligui a la reutilització.
- Implantació d’un sistema de vessament zero.
- Tractament d’efluents complexos i difícils de tractar amb tecnologies convencionals.
- Alternativa viable quan es requereixi reduir el consum d’energia.
Així doncs, l’òsmosi forçada és una tecnologia emergent, totalment viable i fiable, que es presenta com una clara competidora de l’òsmosi inversa convencional i d’altres tecnologies de separació. A mode de resum, l’òsmosi forçada:
- És un procés alternatiu a l’òsmosi inversa, en què es redueix l’energia i es disminueix la proporció de rebuig produït.
- És una tecnologia que es presenta com una alternativa emergent als processos d’evaporació tèrmica convencionals.
- Permet una àmplia varietat d’aplicacions diferents.
- És una tecnologia emergent que es continuarà desenvolupant i encara s’obtindran millors rendiments.
- Redueix costos d’inversió i d’operació en les aplicacions de vessament zero en comparació amb altres tecnologies.
- Les properes millores serviran per reduir les necessitats del pretractament i incrementar encara més la seva eficiència.
Condorchem Envitech posa a l’abast dels seus clients el disseny i implantació de sistemes òptims d’òsmosi forçada. Concretament, disposa de tres opcions de tractament mitjançant aquesta tecnologia, en les quals l’agent osmòtic és una solució termolítica, capaces de satisfer les necessitats de molt diversos clients. Les opcions tecnològiques són les següents:
OPCIÓ 1
- Solució focalitzada en la membrana.
- Elevada recuperació d’aigua, fins i tot en el cas d’efluents que embruten considerablement la membrana.
- Tractament per a efluents amb sílice, contaminació orgànica i minerals.
OPCIÓ 2
- Tecnologia considerada el vaixell insígnia de l’òsmosi forçada.
- Màxima recuperació d’aigua d’alta qualitat.
- Tractament de salmorres de fins a 250.000 ppm de sòlids dissolts totals.
OPCIÓ 3
- Recuperació completa de l’aigua. Solució de vessament zero.
- Combina tecnologia MBC amb cristal·litzadors.
- Millora de l’eficiència en relació amb els processos d’evaporació multiefecte.