Estudio comparativo entre membranas de nanofiltración y de ósmosis inversa para el tratamiento eficiente del agua

Resumen

Motivación de la tesis: Disponer de agua de buena calidad y en cantidad es un aspecto crítico para cualquier región o país. La OI (ósmosis inversa) es un proceso que se emplea cuando se desea eliminar todas las sales del agua y la materia orgánica para obtener agua de elevada calidad. La NF (nanofiltración) se emplea, principalmente, para la eliminación de los iones calcio y magnesio, sulfatos y materia orgánica. Estas tecnologías se ven perjudicadas por el ensuciamiento de las membranas que limitan el rendimiento de las instalaciones. Objetivo principal: El propósito de esta tesis consistió en estudiar y caracterizar, de forma comparativa, el funcionamiento de tres tipos membranas de NF (2) y OI (1), cerámicas y polimérica respectivamente, ante distintos tipos de ensuciamiento y condiciones de operación. Para ello, fue preciso hacer una caracterización de las membranas y modificar distintas variables de operación. Las membranas cerámicas empleadas eran unos prototipos creados a partir de un proyecto Europepo del 7º Programa Marco (CERAWATER). Para lograr el objetivo se utilizaron los siguientes tipos de membranas: membrana cerámica de NF; membrana cerámica de NF modificada superficialmente y membrana polímerica de OI. Se usaron tres plantas pilotos, entre ellas una célula de flujo. Para evaluar el tipo de ensuciamiento y la resistencia de las membranas al mismo se emplearon agentes ensuciantes (ácidos húmicos, peptona, calcio, etc), un equipo de espectroscopía de fluorescencia de matriz de excitación-emisión para la evaluación del ensuciamiento y análisis de imagen para analziar la deposición de materiales. , Conclusiones: Las principales conclusiones derivadas de los resultados obtenidos y expuestos en la presente tesis doctoral son: - Los estudios realizados con las membranas cerámicas de NF han demostrado que poseen una elevada permeabilidad, varias veces mayor que las membranas poliméricas de OI. - Las membranas cerámicas, especialmente la modificada en su superficie, han mostrado un buen funcionamiento en términos de caudal y rechazo, incluso en condiciones de ensuciamiento severo. - El uso de agentes ensuciantes y el efecto de las condiciones de operación (pH, presión y velocidad tangencial) sobre las distintas membranas estudiadas han permitido evaluar el grado de ensuciamiento de estas de forma satisfactoria y rápida. - En el caso de las membranas de NF los valores altos de velocidad tangencial son muy importantes para minimizar la deposición de materiales sobre la membrana y el desarrollo del ensuciamiento. - La membrana de OI posee una elevada capacidad de rechazo, mayor que las membranas de NF, pero sus flujos y resistencia al ensuciamiento son inferiores. - La espectroscopía de fluorescencia de excitación-emisión es una herramienta comparativa muy útil y rápida para evaluar el ensuciamiento de las membranas cuando se emplean ácidos húmicos como agentes modelo de ensuciamiento. - Mediante técnicas de filmación se ha podido apreciar la deposición de los materiales sobre las membranas y se ha evaluado el ensuciamiento usando software de tratamiento de imágenes. Bibliografía Consultada: 1. García-Vaquero N., Lee E.N., Jiménez Castañeda R., Cho J., López-Ramírez J.A., Comparison of drinking water pollutant removal using a nanofiltration pilot plant powered by renewable energy and a conventional treatment facility, Desalination, 347, 2014, 94–102. 2. Chen Li, Yu Yang, Ye Liu, Li-an Hou, Removal of PhACs and their impacts on membrane fouling in NF/RO membrane filtration of various matrices, Journal of Membrane Science 548, 439–448, 2018.