Una tesis del LEQUIA aborda los retos de los sistemas integrados de membrana para producir agua regenerada

La combinación de dos membranas en serie es una tecnología estándar para producir agua de alta calidad, potable o para aplicaciones industriales. Se conoce como “sistemas integrados de membrana” (en inglés, integrated membrane systems o IMS). A pesar de la actual proliferación de los IMS, aún se precisa de más investigación en aspectos como el destino final de los contaminantes emergentes (en inglés, compounds of emerging concern), el control de la N-nitrosodimetilamina (NDMA), la demanda de energía y el coste total de producción de agua regenerada, y la monitorización de la integridad de la membrana en ósmosis inversa (RO). La tesis doctoral de Julian Mamo ha investigado un elemento de cada uno de estos aspectos en un proceso de MBR-RO/NF, es decir, un bioreactor de membrana acoplado con un proceso de ósmosis inversa o nanofiltración, obteniendo resultados relevantes. También ha estudiado si un sistema a de ayuda a la decisión (DSS) para la monitorización en línea de la operación de esta tecnología mejoraría el actual estado del arte de los IMS.

El destino de los productos farmacéuticos y sus productos de transformación – Los productos farmacéuticos son excretados del cuerpo humano a concentraciones mucho más altas que su compuesto madre permaneciendo farmacológicamente activos. Por ello, la tesis se ha centrado en el destino de distintos productos farmacéuticos así como en los principales metabolitos humanos en el proceso IMS. Los resultados muestran que dos procesos de membranas consecutivos, considerados globalmente, son mucho más eficaces para eliminar estos compuestos. Si comparamos las eficiencias de alimentación de las membranas de RO y NF, las de RO presentan un ratio de eliminación casi total (>99%), mientras que el de las membranas de nanofiltración es superior al 90%.

El control de la formación de N-Nitrosodimetilamina (NDMA) – La eliminación de nitrosaminas por membranas de RO y NF es muy limitada. La aplicación de rayos ultravioletas en la última fase del tratamiento es también muy costosa a causa de la gran demanda energética que conlleva. Esta tesis se ha focalizado, pues, en la eliminación del potencial de formación de NDMA y de sus precursores individuales en condiciones nitrificantes y no-nitrificantes (logradas al canviar las condiciones de aeración del bioreactor). También ha estudiado la eliminación del potencial de formación de NDMA y de sus precursores individuales por medio de una membrana NF con el fin de valorar si esta podría aportar un ratio de rechazo suficiente de NDMA para alcanzar los estándares de calidad que se exigen al agua regenerada. Los resultados indican que durante la operación anaerobia normal, con un sistema totalmente nitrificante, la planta piloto de MBR puede reducir el potencial de formación de NDMA por debajo del 94%; no obstante, el porcentaje de eliminación decrece hasta el 72% al cambiar las condiciones para evitar la nitrificación. Ello demuestra que un sistema MBR totalmente nitrificante favorece una mejor eliminación de los precursores de NDMA durante el proceso de regeneración de agua residual.

La reducción de los costes operacionales – A diferencia de los sistemas RO de desalinización, en que la temperatura y la salinidad se mantienen más o menos constantes, el agua residual muestra variaciones diurnas claramente dependientes de la captación. Julian Mamo ha investigado si estas variaciones, en cuanto a constituyentes inorgánicos y temperatura se refiere, justificarían la modificación de condiciones de un proceso RO (en concreto, la recuperación del sistema y la dosificación en el pre-tratamiento) con el fin de minimizar el coste operacional considerando el control del fouling de la membrana. A pesar de que hay limitaciones en el uso de la conductividad eléctrica (EC) como parámetro principal para deducir los constituyentes iónicos individuales en aguas residuales, con las asunciones correctas es posible obtener un perfil útil de EC que podría ser utilizado en un sistema de optimización a tiempo real. A través de la presentación de un estudio de casos considerando el coste energético y de los productos químicos de pre-tratamiento, la tesis demuestra que hay espacio para desarrollar una herramienta de optimización en línea que asocie un coste a las distintas condiciones de operación del proceso y después cuestione si hay una forma más eficiente de ajustar el sistema.

Mejor monitorización y caracterización de membranas – La forma en que los sensores EC, que se hallan en cualquier sistema RO/NF, se están utilizando actualmente, no aporta mucha información en cuanto a la monitorización de la integridad de la membrana. Esta tesis investiga los límites de detección de la integridad de la membrana utilizando sensores EC y nos ofrece estrategias para mejorar la caracterización de la integridad de la membrana.

Sistemas de Ayuda a la Decisión – Todos los resultados se han incorporado a una discusión sobre un DSS para el control integrado de IMS de regeneración de agua residual.

En suma, la tesis doctoral “Assessment and optimization of the operation of integrated membrane systems for wastewater reclamation” constituye un paso adelante para avanzar hacia una mejor comprensión de los mecanismos físicos y químicos implicados en el tratamiento de aguas residuales con un sistema MBR-RO/NF y optimizar así su operación. Dirigida por los Dres. Joaquim Comas, Ignasi Rodriguez-Roda y Hèctor Monclús, impulsa las líneas de investigación del grupo LEQUIA en tecnología de membranas y DSS para el tratamiento de agua residual. La defensa, que está abierta al público, tendrá lugar el próximo martes 11 de diciembre a las 9:30h en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Girona, en la Sala de Grados (Campus Montilivi, carrer Maria Aurèlia Capmany 69, Girona).