El proyecto DECEMEM reutiliza membranas de ósmosis inversa para tratar agua residual urbana e industrial

El proyecto DECEMEM liderado por el grupo LEQUIA de la Universidad de Girona (UdG) lucha por evitar el envío de membranas a vertedero. El objetivo principal es evaluar la viabilidad de la tecnología para su transferencia al mercado. Este proyecto, de la convocatoria de INNOVADORS19 con referencia 2019-INNOV-0027, está financiado por la AGAUR y fondos europeos FEDER.   

Las membranas de ósmosis inversa son filtros que se utilizan en procesos de tratamiento de agua industriales. El más conocido y el que más número de filtros emplea es la desalación de agua de mar para conseguir, principalmente, calidad de agua potable y riego. Pasado unos años de funcionamiento, las grandes desaladoras desechan anualmente alrededor del 10% de dichos filtros.  Nuestros esfuerzos se dirigen a evitar su envío a vertedero y alargar su vida útil en la misma instalación de origen o en otro tipo de tratamiento de agua industrial.

¿Por qué es necesario evitar su deposición en vertedero?

Actualmente, en el mundo cada año se desechan alrededor de 1 millón de membranas, correspondiente a 17.000 Toneladas de residuos plásticos inertes. Las membranas están compuestas por plásticos inertes no peligrosos, que tardan entre 400 y 5000 años en descomponerse. La cantidad de residuos va en aumento de forma proporcional al crecimiento de la tecnología, por lo que en 2025, se espera que aumente a más de 1,5 millones de membranas desechadas y 25.500 Toneladas de plástico (alrededor del 15% de las membranas instaladas) [1].

La cantidad de residuos de membranas va en aumento de forma proporcional al crecimiento de la tecnología. En 2025 se esperan más 1,5 millones de membranas desechadas y 25.500 toneladas de plástico.

Las membranas desechadas acaban generalmente en vertederos o incineradoras. Esto ocurre de manera indiscriminada sin atender al estado de las membranas. Sin embargo, de acuerdo con la Directiva 2008/98/EC sobre residuos, estas deberían ser las últimas opciones de gestión. Así la jerarquía en orden preferente decreciente es: prevención, reutilización, reciclado, valoración energética y finalmente eliminación en vertedero.

Tras más de 10 años de investigación, se ha corroborado que más del 70% de las membranas que se tiran siguen teniendo utilidad y son reciclables [1]. Lo que no vale para un proceso no significa que sea un residuo, sigue siendo un producto muy válido para otros procesos menos exigentes. Por ejemplo es posible tratar membranas de ósmosis inversa destinadas a la potabilización de agua de mar y adaptarlas para la producción de agua para regadío, agua para la industria o para el tratamiento de agua residual (urbana e industrial) [2,3].

¿Cuál es la solución propuesta?

Las membranas se exponen de forma controlada a una solución oxidante, aprovechando la sensibilidad de la capa selectiva de poliamida ante ciertos compuestos químicos.

El proceso de recuperación y reciclaje requiere el conocimiento técnico y la adaptación de las dosis de exposición para cada modelo de membrana.

A diferencia de otros casos de reciclaje, para el tratamiento de membranas empleamos el portamembranas (Rend-caps) (Solicitud de Patente Europea, EP20382065.9 recientemente publicada) y cuya propiedad pertenece a la Universidad de Girona y al Instituto Catalán del Agua (ICRA). Dicho portamembranas permite detectar y descartar membranas que tengan fallos físicos; permite optimizar el tiempo total del tratamiento químico, empleando hasta 10 veces menos cantidad de agua y de reactivos químicos (en comparación con otros estudios de reciclaje). Además, permite una puesta en marcha rápida, sencilla y portátil e incluso la reutilización de las membranas recicladas a través de sistemas compactos de filtración por gravedad [4].

Una vez recicladas las membranas, se caracteriza su capacidad de producción de agua y de separación de compuestos tales como sales, materia orgánica y bacterias. Esta caracterización permite comparar las membranas recicladas con las membranas convencionales del mercado y decidir el orden de instalación en los tubos de presión estándar de las instalaciones industriales.

¿En qué se diferencian las membranas de ósmosis inversa recuperadas?

Son membranas sostenibles.

1. Evitan la deposición de membranas usadas en vertedero y la fabricación de nuevas.

2. La recuperación de membranas tiene menor impacto ambiental que la producción de membranas nuevas. Según Senán-Salinas [5] el proceso de reciclaje en comparación con el de producción de nuevas membranas, consume menos recursos fósiles (hasta 25-veces menos) y tienen menor impacto en el calentamiento global (hasta 50-veces menos).

3. Están recuperadas en España. El fabricante de este tipo de membranas de ósmosis inversa más cercano está en Alemania.

Permiten mejorar la eficiencia del proceso donde se instalan.

1. Como ocurre con las membranas estándar de ósmosis inversa, cada modelo ofrece un rendimiento diferente. Las membranas recuperadas y recicladas en general permiten tratar más agua empleando menos energía sin comprometer los estándares de calidad requeridos en cada proceso.

2. Permiten abaratar los costes de remplazo.

3. Ayudan a las empresas del sector del agua a alinearse con la economía circular.

Tras más de 10 años de investigación, se ha corroborado que más del 70% de las membranas que se tiran siguen teniendo utilidad y son reciclables.

¿Quién confía en nuestra tecnología?

Ininitum

Infinitum cuenta con un sistema de regeneración de agua residual con tecnología de ósmosis inversa. Reciben agua residual tratada de las ciudades de Vila-Seca, La Pineda y Salou. Tratan el agua en ese sistema para mejorar su calidad y hacer posible su reutilización en el riego del campo de golf y alrededores del resort.

¿Cómo colabora INFINITUM?

La planta desalinizadora para la regeneración de agua residual de Infinitum cuenta con más de 200 membranas instaladas en 4 bastidores. Gracias a esta colaboración, el grupo de investigación LEQUIA de la UdG está verificando, desde julio de 2021, el  uso de 14 membranas recuperadas de ósmosis inversa (y esperan incrementar el número) en condiciones de operación real (Figura 2).

“De momento esta prueba permite ver qué impacto tienen las membranas recuperadas en el tratamiento de regeneración de agua residual. Comparamos la calidad de agua, la producción y la frecuencia de limpieza, con el proceso estándar”, comenta la investigadora Raquel García Pacheco.

El proyecto DECEMEM de INNOVADORS busca realizar pruebas de larga duración en ambiente real. “Llevamos muchos años investigando y controlamos muy bien la fase de laboratorio y piloto, pero a fin de cuentas, nadie mejor que los futuros usuarios para valorar nuestro producto”, afirma.

¿Qué resultados hemos obtenido con INFINITUM?

Las membranas instaladas en Infinitum para esta colaboración son membranas recuperadas. Provienen de instalaciones que, por distintas razones, deciden remplazar sus membranas antiguas por otras nuevas.

En LEQUIA se clasifican, se aplica un tratamiento químico sostenible, y se determina en qué posición y para qué proceso es más conveniente su reutilización.

Concretamente, la colaboración con Infinitum permite trabajar dos casos de economía circular.

Por un lado, 7 membranas recuperadas e instaladas en la primera posición de 7 tubos de un bastidor provienen de la donación que Volskwagen Navarra hizo al grupo LEQUIA en el primer trimestre de 2021. Gracias a la estandarización de la tecnología de ósmosis inversa es posible emplear distintos modelos de membrana dentro de un mismo tubo de presión. En este caso, el cambio impacta positivamente en la producción de agua del bastidor donde fueron instaladas pero aumenta la salinidad del agua tratada.

Por otro lado, Infinitum propuso recuperar alguna de sus membranas desechadas. Se ajustó el tratamiento y se re-instalaron en otro bastidor, también en la primera posición. En este caso la instalación de las membranas regeneradas permiten operar empleando la misma energía y mejoran la calidad de agua tratada del bastidor donde fueron instaladas.

Telwesa

TELWESA es una empresa del sector de tratamiento de aguas industriales y de matriz compleja con alta experiencia en tratamiento biológico para la eliminación de nutrientes (materia orgánica, nitrógeno, fósforo, sales…), así como procesos de tratamiento terciario mediante membranas de ultrafiltración, osmosis inversa o nanofiltración.

¿Cómo colabora TELWESA?

TELWESA fue la primera empresa en depositar su confianza en la tecnología desarrollada en el grupo LEQUIA de la UdG. Desde noviembre de 2019 una de sus plantas de tratamiento de aguas de lixiviado opera con un 50% de membranas de segunda mano. Concretamente se instalaron 3 membranas desechadas sin dar ningún tipo de tratamiento (reutilización directa) y 3 membranas regeneradas (tratadas).

¿Qué resultados hemos obtenido con TELWESA?

La comparativa de datos históricos antes y después de la instalación de membranas de segunda mano ha permitido validar que la reutilización de membranas permiten mejorar el rendimiento del proceso.

Además, hemos podido comprobar que la segunda vida útil de la mitad de las membranas instaladas han llegado a superar los 2 años de funcionamiento, siendo muy similar a la vida útil de las membranas convencionales. Con esto TELWESA ha evitado la producción de membranas nuevas, alargando la vida útil de membranas que fueron desechadas en la industria de la desalación.

Más información sobre membranas recuperadas de ósmosis inversa en www.recycledmembranes.com.

La solución propuesta expone las membranas a una solución oxidante de forma controlada, aprovechando la sensibilidad de la capa selectiva de poliamida ante ciertos compuestos químicos.

Bibliografía

[1] J. Senán-Salinas, A. Blanco, R. García-Pacheco, J. Landaburu-Aguirre, E. García-Calvo, Prospective Life Cycle Assessment and economic analysis of direct recycling of end-of-life reverse osmosis membranes based on Geographic Information Systems, J. Clean. Prod. (2020). doi:10.1016/j.jclepro.2020.124400.

[2] R. García-Pacheco, J. Landaburu-Aguirre, P. Terrero-Rodríguez, E. Campos, F. Molina-Serrano, J. Rabadán, D. Zarzo, E. García-Calvo, Validation of recycled membranes for treating brackish water at pilot scale, Desalination. 433 (2018) 199–208.

[3] R. García-Pacheco, J. Landaburu-Aguirre, S. Molina, L. Rodríguez-Sáez, S.B. Teli, E. García-Calvo, Transformation of end-of-life RO membranes into NF and UF membranes: Evaluation of membrane performance, J. Memb. Sci. 495 (2015) 305–3015.

[4] R. García-Pacheco, Q. Li, J. Comas, R.A. Taylor, P. Le-Clech, Novel housing designs for nanofiltration and ultrafiltration gravity-driven recycled membrane-based systems, Sci. Total Environ. 767 (2021) 144181. doi:10.1016/j.scitotenv.2020.144181.

[5] J. Senán-Salinas, R. García-Pacheco, J. Landaburu-Aguirre, E. García-Calvo, Recycling of end-of-life reverse osmosis membranes: Comparative LCA and cost-effectiveness analysis at pilot scale, Resour. Conserv. Recycl. 150 (2019). doi:10.1016/j.resconrec.2019.104423.