SILT DENSITY INDEX (SDI)

SILT DENSITY INDEX (SDI)
SILT DENSITY INDEX (SDI)
Introducción
El SDI es un índice o parámetro que permite evaluar la capacidad de ensuciamiento de un
agua sobre membranas.
El agua de pozo, o el agua superficial que ha sido previamente tratada mediante procesos
tradicionales de clarificación y filtración, contienen pequeñas cantidades de sólidos en
suspensión constituidas por partículas muy pequeñas (f < de 5 ), que no son medibles
mediante parámetros tales como sólidos en suspensión o turbiedad, ya que los valores en
juego están por debajo de los valores mínimos medibles con estos métodos.
Estos sólidos en suspensión muy finos, que pasan normalmente a través de los filtros de
arena tradicionales, son muy escasos en el agua de pozo, pero habitualmente se
encuentran en mayor cantidad en el agua superficial. También se encuentra materia
orgánica, biológica, etc., que pueden producir el mismo fenómeno de ensuciamiento.
Estos sólidos, sin embargo, no pasan a través de las membranas de ósmosis inversa,
nanofiltración o ultrafiltración, sino que se depositan sobre ellas produciendo un
taponamiento o ensuciamiento de las membranas. Este ensuciamiento se traduce en un
mayor pasaje de sales (aumento de la concentración de sales en el permeado) y en una
disminución del caudal de permeado. Cuando estos parámetros se apartan por encima de
un cierto valor con respecto a los valores de diseño (cuando el caudal baja por debajo del
85 % del caudal de diseño, o la salinidad sube mas de un 15 % por encima de los valores de
diseño) es necesario sacar de servicio la unidad de ósmosis inversa y efectuar un lavado
químico de las membranas, para tratar de restablecer las condiciones de diseño.
Para poder evaluar la capacidad de ensuciamiento del agua a tratar, se desarrolló el método
del SDI. Este método es muy usado en ósmosis inversa, nano y ultrafiltración, y también en
electrodiálisis inversa.
También debemos considerar algunos aspectos microbiológicos. En efecto, muchas veces
los microorganismos se acoplan a estas micropartículas y pasan no solo a través de los
filtros, sino que resultan protegidas de la acción desinfectante del cloro. Luego, en un filtro
de carbón activado, encuentran un hábitat favorable para su desarrollo.
El SDI mide cuan rápidamente una muestra de agua bombeada a 30 psi de presión (2 bar)
ensucia un filtro Standard Millipore de 0,45 . El tiempo (Ti) que se tarda en colectar un
determinado volumen de muestra (habitualmente 500 ml) a través de un filtro limpio, es
comparado con el tiempo (Tf) necesario para obtener el mismo volumen de muestra un
cierto tiempo después (Te) (normalmente 15 minutos). Obviamente, cuando más “sucia”
sea el agua, mayor será el tiempo necesario para colectar el volumen final.
[01]
Se define un parámetro adimensional llamado “factor de ensuciamiento” (Plugging factor)
de la siguiente manera:
Pf = [1 – (Ti / Tf)] 100
El SDI se deriva del factor de ensuciamiento a través de la siguiente expresión:
SDI = Pf / Te
Donde Te está expresado en minutos.
Si el agua fuera muy limpia, Tf será apenas mayor que Ti, y el cociente Ti/Tf apenas menor
que uno, con lo que el Pf será muy bajo, al igual que el SDI.
Contrariamente, con agua sucia Tf es mucho mayor que Ti, con lo que el cociente Ti/Tf
tenderá al valor cero, y el Pf se acercará al 100 %. El SDI, si Te fue de 15 minutos, se
aproximará al valor límite de 6,67.
Muchas aguas superficiales, con un tratamiento insuficiente o inadecuado, tienen valores
de SDI tan altos que la medición a 15 minutos es imposible, o muy imprecisa. Si el filtro del
ensayo se tapa muy rápidamente se deben utilizar tiempos menores para Te (10 ó 5
minutos, e incluso en algunos casos tiempos de 2 ó 1 minuto). En la práctica, el ensayo
con Te = 5 minutos es el mas utilizado cuando el agua presenta características
ensuciantes importantes. Lamentablemente los valores de SDI con diferentes tiempos de
ensayo para una misma agua no dan valores coincidentes. Por ello es importante indicar
con que tiempo se efectuó el ensayo. Para ello se utiliza el subíndice que indica este
tiempo (SDI15, SDI10 ó SDI 5).
Para que el ensayo tenga una cierta precisión se considera que el Pf no debe superar el
valor de 75 %. Según el agua a ensayar, se deberá seleccionar el Te para que el Pf no
supere el valor indicado.
En la siguiente tabla se indican los valores máximos (teóricos) y aceptables del SDI a
distintos valores de Te
Te (minutos)
Máximo matemático
SDI máximo confiable (*)
15
10
5
6,67
10
20
5
7,5
15
(*) Esto significa que valores de SDI superiores no resultan confiables. Se han calculado
para un valor de Pf = 75 %.
[02]
En la siguiente tabla se muestran valores de SDI con distintos Te en función de los valores
de Pf.
Pf (%)
SDI15
SDI10
SDI5
40
50
60
70
75
2,67
3,33
4
4,67
5
4
5
6
7
7,5
8
10
12
14
15
Como puede verse, los valores del SDI a distintos Te no son coincidentes.
Debe tratar de utilizarse el mayor valor de Te que dé valores lógicos (Pf 75 %). Solo
cuando a 15 minutos no puedan obtenerse valores confiables se deber bajar a 10 minutos,
y eventualmente a 5 minutos.
Con agua de pozo es normal que el SDI 15 no supere el valor de 3. En algunos casos el SDI 15
es menor que uno.
Con aguas superficiales muy bien tratadas es posible trabajar con valores de SDI15 de
alrededor de 5.
Existe una correlación cualitativa entre el valor del SDI del agua de alimentación a un
proceso de membranas y la frecuencia de limpiezas necesarias. En general, cuanto mas
alto sea el SDI, mayor es la frecuencia de limpiezas requeridas para recobrar la
performance de las membranas.
Es importante considerar que cada limpieza química que se efectúa a la membrana, por
más que se efectúe con los productos químicos apropiados y en forma controlada, implica
un ataque químico a la misma que le va quitando parte de sus propiedades. Por lo tanto,
cuanto mayor sea la frecuencia de limpiezas, mas corta será la duración de las
membranas. Muchas veces un pretratamiento más complejo y costoso es compensado con
una menor frecuencia de recambio de membranas. Esto no siempre es comprendido por
los usuarios, que muchas veces valoran solo la inversión inicial.
El SDI está lejos de ser un indicador perfecto del potencial de ensuciamiento de un agua,
pero no habiendo otro parámetro es ampliamente utilizado en todo lo que sea tecnología de
membranas. Este parámetro constituye una herramienta muy útil para especificar,
controlar, diagnosticar problemas y efectuar el seguimiento de la performance de las
membranas de ósmosis inversa.
Procedimiento para efectuar el ensayo
Para efectuar el ensayo del SDI se requiere contar con un dispositivo portafiltro provisto de
una válvula autorreguladora de presión. Se requiere que el agua a ensayar esté disponible
con una presión de al menos 2,5 bar, aprox. Esta presión puede estar disponible en una
cañería de la instalación, o bien disponerse de una bomba presurizadora ad-hoc.
[03]
En la figura se muestra un esquema del equipo necesario para el ensayo.
Los elementos que forman parte del equipo son:
Pos. Cant.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
REFERENCIAS
Descripción
Media cupla _”, 316 SS, 150#
Niple o entrerrosca, _”, 316 SS
Unión doble, _”, 316 SS, 150#
Niple _”, 316 SS, largo 4”
Codo _”, 316 SS
Válvula esférica, 316 SS, _”
Válvula autorreguladora de presión, 3-50 psi, _”, bronce
Niple _”, 316 SS, largo 3”
Codo _”, 316 SS
Manómetro 0 – 100 psi, conexión _”
Buje reducción, 316 SS, _” x _”
Niple _”, 316 SS, largo 2”
Portafiltro Millipore XX4304700
(Nota: Los elementos de 316 SS pueden reemplazarse por materiales plásticos)
[04]
Esquema del equipo
[05]
Para efectuar el ensayo debe conectarse el equipo a la cañería o al dispositivo de
suministro del agua a ensayar. El procedimiento es el siguiente:
1. Colocar un disco filtrante Millipore de 0,45 (triacetato de celulosa) en el
portafiltros.
2. Purgar el aire dentro del filtro abriendo y cerrando la válvula esférica. Luego cerrar la
válvula y ajustar los tornillos del portafiltros. Verificar que la válvula autorreguladora
esté seteada a 30 psi (2 bar)
3. Abrir la válvula esférica, y con un cronómetro medir inmediatamente el tiempo
requerido para colectar 500 ml de agua filtrada. Este tiempo (minutos) lo
llamaremos Ti.
4. A los 5 minutos de iniciada la prueba, medir el tiempo requerido para colectar 500
ml de agua filtrada. Este tiempo lo llamaremos Tf5.
5. A los 10 minutos de iniciada la prueba, medir el tiempo requerido para colectar 500
ml de agua filtrada. Este tiempo lo llamaremos Tf10.
6. A los 15 minutos de iniciada la prueba, medir el tiempo requerido para colectar 500
ml de agua filtrada. Este tiempo lo llamaremos Tf15.
7. Procedemos a calcular los valores del SDI:
SDI 5 = [1 – Ti/Tf 5] . 100 / 5
SDI 10 = [1 – Ti/Tf 10] . 100 / 10
SDI 15 = [1 – Ti/Tf 15] . 100 / 15
Se deberá utilizar preferentemente el SDI 15, excepto que este de valores mayores a 5, en
cuyo caso se deberá considerar el SDI10. Si este último diera valores mayores a 7,5 se
deberá desechar y utilizar el SDI 5. Si este último muestra valores superiores a 15 el agua es
demasiado ensuciante y se sale del rango de validez del método.
Recordemos que para trabajar con cierta comodidad en equipos de ósmosis inversa se
requieren valores de SDI 15 no superiores a 3. Aún con valores de alrededor de 5 es posible
trabajar sin demasiados problemas.
[06]
Valores de SDI15 menores a 2 por lo general implican la necesidad de dos a cuatro
limpiezas químicas anuales de las membranas. Esto puede considerarse un
ensuciamiento mínimo.
Valores de SDI15 de 3 por lo general implican la necesidad de cuatro a 12 limpiezas
químicas anuales de las membranas. Esto puede considerarse un ensuciamiento
moderado.
Valores de SDI15 mayores a 5 por lo general implican la necesidad de una o dos limpiezas
químicas mensuales de las membranas, o aún una frecuencia mayor. Esto puede
considerarse un ensuciamiento severo.
Ejemplo de cálculo:
Supongamos que se ha efectuado la prueba y se han obtenido los siguientes valores:
Ti = 11 Sec
Tf5 = 13 Sec
Tf10 = 15 Sec
Tf15 = 17 Sec
Los cálculos a efectuar son:
Pf15 = [1 – 11/17].100 = 35,29 %
SDI 15 = Pf15 / 15 = 35,29 / 15 = 2,35
Pf10 = [1 – 11/15].100 = 26,67 %
SDI 10 = Pf10 / 10 = 26,67 / 10 = 2,67
Pf5 = [1 – 11/13].100 = 15,38 %
SDI 5 = Pf5 / 5 = 15,38 / 5 = 3,08
Con valores del Pf 15 menores del 45 % se puede trabajar con frecuencias de lavado de
membranas aceptables, pero cuando el valor supera el 45 % la frecuencia de lavado se
incrementa drásticamente.
Método modificado
Millipore propone un método modificado para determinar el SDI en aguas que muestran
valores altos de este parámetro.
El método consiste en colocar el filtro y hacer pasar el agua (igual que en el caso anterior)
hasta que el flujo se interrumpe (por taponamiento del filtro), midiendo el tiempo (T) que
tarda en filtro en taparse. Se considera que el filtro se ha tapado cuando el flujo de agua
deja de ser continuo.
En estas condiciones se considera que el Pf es del 100 %, y el SDI se calcula como:
SDI = 100 / T
[07]
Ejemplo: En el ensayo el flujo deja de ser continuo a los 4 minutos.
SDI = 100 / 4 = 25
Otro ejemplo: En el ensayo el flujo deja de ser continuo a los 17 minutos.
SDI = 100 / 17 = 5,88
[08]