El pretratamiento por coagulación podría empeorar el ensuciamiento de membranas de ósmosis inversa

Por qué el agua más limpia no siempre es algo sencillo

Las industrias modernas afrontan una presión creciente para reutilizar el agua y no verter prácticamente residuos líquidos. Una tecnología clave para este enfoque de “descarga líquida cero” es la ósmosis inversa, en la que el agua se fuerza a pasar por una membrana delgada que bloquea sales y contaminantes. Para proteger estas membranas delicadas, los ingenieros suelen añadir productos químicos que aglomeran partículas muy finas antes de la filtración. Este estudio muestra que ese pretratamiento, que durante largo tiempo se asumió beneficioso, puede sorprendentemente empeorar el ensuciamiento de las membranas y debilitar el rendimiento global del sistema.

Cómo las fábricas tratan de exprimir hasta la última gota

Muchas centrales eléctricas y plantas químicas dependen hoy de líneas de tratamiento en varios pasos para limpiar aguas residuales salinas y sucias. Tras eliminar los restos gruesos, un paso común es la coagulación, donde se mezclan sales a base de hierro o aluminio para que partículas finas y materia orgánica natural se agrupen y puedan filtrarse. El agua restante pasa luego por filtros de baja presión y, finalmente, por unidades de ósmosis inversa de alta presión que separan agua limpia de una salmuera concentrada. En la desalación tradicional de agua de mar esta estrategia funciona bien. Pero en sistemas industriales que emplean membranas en lugar de filtros de arena en etapas previas, algunos coagulantes metálicos se escapan y los operadores han observado un ensuciamiento de las membranas de ósmosis inversa más rápido y sorprendente.

Probando distintas opciones de pretratamiento lado a lado

Los investigadores construyeron una planta piloto con agua real de desulfuración procedente de una central térmica de carbón. Compararon tres configuraciones: una sin coagulante, otra con una sal de aluminio y otra con una sal de hierro, manteniendo constantes la presión, el flujo y el rendimiento inicial. Durante 20 días, todas las membranas perdieron eficiencia gradualmente, pero la pérdida fue mucho más severa cuando se usaron coagulantes. El sistema de control sin coagulación perdió alrededor de una cuarta parte de su caudal, el tratado con aluminio perdió aproximadamente la mitad y el tratado con hierro perdió más de dos tercios. Imágenes microscópicas revelaron que las capas de ensuciamiento eran más delgadas y abiertas en el caso de control, más gruesas con tratamiento de aluminio y las más gruesas y compactas con tratamiento de hierro.

Qué ocurre en la superficie de la membrana

Combinando microscopía electrónica, análisis químicos y técnicas de fluorescencia, el equipo analizó qué se acumulaba en las membranas. El pretratamiento con aluminio favoreció principalmente la formación de incrustaciones inorgánicas, con metales como cobre depositándose junto al aluminio y otros minerales. Esto creó una capa relativamente quebradiza donde la actividad microbiana quedó parcialmente suprimida. En contraste, el pretratamiento con hierro produjo una mezcla rica de partículas inorgánicas, materia orgánica y un crecimiento biológico denso. El hierro se acumuló fuertemente en la superficie y existió en formas que los microorganismos podían usar activamente. Esto les incentiva a secretar grandes cantidades de polímeros pegajosos, formando una mucosidad espesa y entrecruzada que atrapa más partículas y hace que la capa sea cada vez más repelente al agua.

Microbios y metales trabajando juntos

La secuenciación genética mostró que la composición microbiana de la capa de ensuciamiento cambió notablemente según el pretratamiento. En el caso de control, unas pocas bacterias familiares dominaban, produciendo suficiente mucosidad para ensuciar la membrana pero sin formar una comunidad extremadamente compleja. Bajo condiciones ricas en hierro, sin embargo, prosperó una gama más amplia de especies que destacan por unir hierro, resistir el cobre y producir polímeros tipo baba. Su red de interacciones era más estable y estrechamente conectada, favoreciendo un vigoroso crecimiento de biopelículas. Los investigadores también encontraron que los genes vinculados a la captación de hierro, al uso de carbohidratos y aminoácidos, y a la producción de polímeros protectores estaban fuertemente aumentados. En condiciones ricas en aluminio, los microbios sufrían un mayor estrés oxidativo inducido por el cobre, con niveles más altos de daño interno y sistemas protectores más débiles, lo que limitaba pero no evitaba el ensuciamiento.

Repensar cómo preparamos el agua para membranas exigentes

En conjunto, el estudio explica por qué un paso de pretratamiento que parece útil a primera vista puede en realidad volverse contraproducente en sistemas industriales modernos. El hierro residual, en particular, convierte la superficie de la membrana en un terreno fértil para microbios resistentes y productores de mucosidad que crean capas de ensuciamiento gruesas y persistentes, mientras que el aluminio desplaza el equilibrio hacia costras minerales y comunidades estresadas. Para los ingenieros, esto significa que añadir más coagulante no es una vía segura para mantener las membranas limpias. En su lugar, los diseños deberían limitar la cantidad de metal que llega a la etapa de ósmosis inversa —por ejemplo usando filtros más finos o lechos de arena tras la coagulación—, monitorizar cuidadosamente los metales residuales y la materia orgánica, y considerar coagulantes alternativos. En términos claros, el trabajo muestra que proteger membranas de alto rendimiento requiere entender el pretratamiento, la química y la microbiología como un sistema interconectado.

Cita: Ding, H., Liang, S., Lin, W. et al. Coagulation pretreatment could deteriorate reverse osmosis membrane fouling. Nat Commun 17, 4168 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70892-4

Palabras clave: ósmosis inversa, ensuciamiento de membranas, descarga líquida cero, aguas residuales industriales, coagulación