Elucidando el papel de la salinidad en la regulación de la incrustación de yeso en ósmosis inversa y nanofiltración

Por qué importan el agua salada y los cristales ocultos

A medida que las comunidades recurren al agua de mar y a corrientes residuales salinas para obtener agua potable y reutilización, las membranas avanzadas ayudan a eliminar la sal con un consumo energético relativamente bajo. Sin embargo, estos filtros pueden obstruirse silenciosamente cuando minerales invisibles cristalizan en sus superficies, reduciendo la producción de agua y aumentando los costes. Este estudio plantea una pregunta aparentemente sencilla con grandes implicaciones prácticas: ¿cómo cambia la salinidad general del agua la forma en que los problemáticos cristales de yeso se forman y crecen sobre membranas de ósmosis inversa y nanofiltración?

Sal, membranas e incrustación persistente de yeso

La ósmosis inversa y la nanofiltración hacen pasar agua a través de films poliméricos delgados que retienen la mayor parte de las sales disueltas. Cuando las concentraciones de calcio y sulfato aumentan demasiado, se combinan para formar cristales de yeso que se adhieren a la membrana, un proceso conocido como incrustación. Trabajos previos mostraron que añadir sal de fondo como el cloruro de sodio podía retrasar la formación de yeso en vasos sencillos, pero no estaba claro si esto se debía a cambios en la química de formación de cristales, en la velocidad de crecimiento de los cristales, o en ambos, ni cómo se manifestaría en la superficie activa de una membrana de desalación en funcionamiento.

Vigilar la aparición de cristales en aguas tranquilamente saladas

Los investigadores exploraron primero la formación de yeso en soluciones quietas y bien mezcladas con distintos niveles de cloruro de sodio. Registraron el tiempo hasta que los cristales comenzaron a formarse, usando cambios en la conductividad eléctrica como señal simple. A medida que aumentó la salinidad, la espera para la aparición de cristales se alargó, mostrando que una mayor salinidad ralentiza los primeros pasos de la formación de yeso. La microscopía y las pruebas por rayos X revelaron que los cristales que finalmente se formaron eran, en apariencia y comportamiento, muy similares en todos los niveles de sal, lo que sugiere que las formas y estructuras internas de los cristales no cambiaron sustancialmente. Un análisis cuidadoso usando la teoría clásica de formación de cristales mostró que la barrera energética y la tasa básica de colisiones para formar nuevos cristales no variaron con la salinidad. En cambio, la sal adicional redujo la “fuerza efectiva” del calcio y el sulfato en solución, disminuyendo la tendencia de estos iones a unirse en primer lugar.

Incrustación en membranas en funcionamiento bajo flujo de agua

El equipo pasó después de vasos estáticos a celdas de membrana en flujo que imitan mejor las plantas desaladoras reales. Alimentaron los sistemas con agua que contenía ingredientes formadores de yeso, con y sin cloruro de sodio añadido, y observaron cómo disminuía el caudal a través de las membranas a lo largo de muchas horas. En todos los casos el caudal disminuyó conforme se acumulaba yeso, pero la caída fue mucho más lenta cuando el nivel de sal de fondo era mayor. Imágenes de las membranas usadas confirmaron una menor cobertura de cristales a mayor salinidad. Es importante que este patrón se mantuvo en varias membranas comerciales que permitían el paso de agua y distintos iones a distintas tasas, y también en versiones modificadas de una membrana cuya permeabilidad había sido ajustada manteniendo una textura superficial similar.

Cómo interactúan las características de la membrana y la salinidad

Para conectar estas observaciones, los autores calcularon un “nivel de saturación en la superficie de la membrana” que refleja cuánto se concentran los iones formadores de yeso justo donde el agua entra en la membrana. Este valor depende de cuánta rechazo ejerce la membrana sobre cada ion, de cuánto sal de fondo está presente y de cuánto el flujo concentra solutos cerca de la superficie. En todas las pruebas, desde distintos niveles de sal hasta distintos tipos de membrana, esta única medida de saturación superficial mostró una fuerte relación lineal con la magnitud de la caída del caudal. Las membranas que permitían pasar más sal de fondo podían reducir la salinidad local, lo que podría favorecer la incrustación, pero si además dejaban pasar más calcio y sulfato, la acumulación de iones formadores de yeso en la superficie disminuía y la incrustación se mitigaba. La rugosidad superficial introdujo giros adicionales al afectar la facilidad con que los cristales se adherían o desprendían, pero el nivel de saturación en la superficie siguió siendo un indicador fiable de la severidad global de la incrustación.

Qué significa esto para obtener agua más limpia

Para el público general, el mensaje clave es que no solo importa cuán salada es el agua entrante, sino cómo esa salinidad remodela la química microscópica justo en la superficie de la membrana. Una mayor sal de fondo puede en realidad ayudar a ralentizar la acumulación de yeso al debilitar la fuerza impulsora para formar nuevos cristales, siempre que las propiedades de la membrana y las condiciones de operación mantengan bajo control la saturación superficial. Centrándose en el nivel de saturación en la interfaz agua-membrana, los ingenieros pueden predecir mejor cuándo y dónde el yeso obstruirá los sistemas de desalación y diseñar membranas y estrategias de operación que mantengan el flujo de agua limpia por más tiempo entre limpiezas.

Cita: Park, S., Tian, Y., Lee, H.K. et al. Elucidating the role of salinity in regulating gypsum scaling in reverse osmosis and nanofiltration. npj Clean Water 9, 43 (2026). https://doi.org/10.1038/s41545-026-00575-6

Palabras clave: desalinización, ósmosis inversa, incrustación en membranas, yeso, salinidad