Autores: Elena Campos, Patricia Terrero, Domingo Zarzo (Valoriza Agua)
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Según datos de la Asociación Internacional de desalación (IDA, 2017), en el mundo hay instaladas más de 17.000 plantas de desalación de ósmosis inversa en más de 150 países, que suman una capacidad de agua desalada de más de 65 Hm3/día (66% del total de la capacidad de desalación mundial). En España, la Asociación Española de Desalación y Reutilización (AEDYR) tiene registradas 711 plantas de desalación con una capacidad total instalada de 5,4 Hm3/día (3.8 Hm3/día corresponden a agua de mar). Sin embargo, existen también pequeñas plantas privadas (con una capacidad inferior a 500 m3/día) que incrementan la cifra total a aproximadamente 950 instalaciones. A partir estos datos, el número de módulos de membrana desechadas anualmente en nuestro país se estima en más de 80,000 y a nivel mundial la cifra podría ascender a más de 800,000 unidades. La tendencia es a que este número se incremente dado que la desalación se está consolidando como una importante alternativa de producción de agua dulce en un contexto con necesidades crecientes de agua y fruto del cambio climático, crecimiento de zonas expuestas a sequías.
La gestión de los módulos de membranas de ósmosis inversa desechados es un reto a afrontar para cumplir con los términos de desarrollo sostenible. De acuerdo con la Directiva 2008/98/EC sobre residuos, la eliminación vía vertedero debería ser la última de las opciones de gestión, de acuerdo a la jerarquía básica de gestión (prevención, reutilización, reciclado, valoración energética y finalmente eliminación).
Las membranas están constituidas por una serie de materiales plásticos muy duraderos, en su mayoría polímeros como poliamida, polisulfona, polipropileno, poliéster, fibra de vidrio, etc. Sin embargo, la vida útil de las membranas depende de diversos factores principalmente relacionados con la calidad del agua a tratar, las sustancias químicas empleadas en el pretratamiento, limpieza y las condiciones de proceso de filtración. Desafortunadamente, a día de hoy estos materiales una vez se declaran inservibles para el proceso industrial son derivados a vertederos.
Por otra parte, las membranas de ósmosis inversa, nano y ultrafiltración tienen un elevado coste lo que en ocasiones las descarta para determinadas aplicaciones de bajo valor añadido.
Desde 2014, VALORIZA Agua junto con IMDEA Agua y SADYT está llevando a cabo el proyecto Life-Transfomem, cuyo objetivo es demostrar la viabilidad técnica de la transformación de membranas desechadas de ósmosis inversa a membranas de nanofiltración y ultrafiltración, a escala piloto, mediante dos metodologías de transformación, activa y pasiva. Se están estudiando diferentes aplicaciones de las membranas reutilizadas: nanofiltración de aguas salobres, y ultrafiltración con dos usos principales: pre-tratamientos al proceso de ósmosis inversa en agua de mar y tratamiento terciario para reutilización mediante ultrafiltración de aguas residuales tratadas.
TRANSFORMACIÓN
Aprovechando la sensibilidad de la poliamida al cloro libre, se emplea hipoclorito de sodio para degradar de forma controlada la capa selectiva de las membranas de ósmosis deterioradas. Se combinaron pares de membranas limpias y sucias de varios modelos y plantas para estudiar si el ensuciamiento sobre la membrana afecta al proceso de transformación. Se escogieron dos niveles de exposición en base a la experiencia de los autores a escala laboratorio. El nivel moderado se usó para la transformación a nanofiltración y el nivel alto para la transformación a ultrafiltración.
Esquema del proceso de transformación
En el caso de la transformación pasiva, se ponen en contacto las membranas en un depósito con disolución de hipoclorito de sodio el tiempo requerido para cumplir el nivel de exposición fijado (ppm·h). En el caso de la transformación activa, se hace circular la solución de hipoclorito de sodio a través de las membranas a temperatura ambiente, con una presión máxima de 2 bar y con un caudal de recirculación de 6000 L/h (similar al que suele realizarse en las limpiezas).
Plantas piloto de transformación de membranas (izquierda: planta de transformación activa, derecha: planta de transformación pasiva).
Una vez transformadas las membranas se realiza una caracterización de la superficie de las mismas mediante diferentes técnicas, como autopsia de membranas, Análisis termogravimétrico (TGA), Espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo (ICP Masas) y Caracterización de la superficie de membranas transformadas a ultrafiltración. Mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y se compara con la caracterización de la membranas desechadas y las equivalentes comerciales.
VALIDACIÓN DE MEMBRANAS TRANSFORMADAS
Como se ha comentado hay previstos diferentes usos potenciales de las membranas recicladas y para su demostración se están desarrollando diversos estudios a escala piloto.
Validación de membranas recicladas de Nanofiltración para el tratamiento de agua salobre
El uso como nanofiltración está siendo monitorizado en la desaladora de agua salobre de Cuevas de Almanzora en la que 2 tubos de presión de 6 membranas cada uno (con dos tipos diferentes de membranas transformadas) llevan 8 meses trabajando de manera continua.
Tubos de presión adaptados para la validación de las membranas recicladas de nanofiltración.
La permeabilidad de las membranas se está manteniendo constante, mientras que el rechazo está tendiendo a disminuir, aunque principalmente se está produciendo un incremento paulatino de monovalentes (principalmente cloruros e iones sodio) en el agua de alimentación.
El comportamiento de las membranas recicladas de agua de mar (RSWM, verde) tienen un comportamiento similar al de las membranas de ósmosis inversa de agua salobre (BWRO, azul). Por su parte, las membranas recicladas de agua salobre (RBWM, rojo) presentan un rechazo selectivo muy alto a iones divalentes, principalmente sulfatos (>98%), calcio y magnesio (>80%).
Resultados de permeabilidad y coeficientes de rechazo de las membranas recicladas de nanofiltración tras 8 meses de operación.
Evolución del rechazo de sales divalentes en los dos tubos con membranas de nanofiltración recicladas y en los tubos con membranas de ósmosis
Validación de membranas recicladas de Ultrafiltración como pretratamiento a la ósmosis inversa de agua de mar
La validación de las membranas recicladas de ultrafiltración para el pretratamiento de agua de mar se ha realizado en la desaladora de Mutxamel-El Campello.
Se han testeado diversos tipos de membranas transformadas tanto de agua de mar como de salobre, determinando los procedimientos de operación, limpieza y el rendimiento que es posible obtener con cada membrana, habiendo obtenido resultados muy prometedores.
Planta piloto utilizada para la validación de las membranas recicladas de ultrafiltración para el pretratamiento de la ósmosis inversa de agua de mar.
Evolución de la Presión Transmembrana de una membrana reciclada de ultrafiltración a distintos flujos.
Con los procedimientos de limpieza ensayados la membrana consigue recuperarse, aunque a mayores flujos de filtración la frecuencia necesaria de lavado es mayor.
El pretratamiento con membranas recicladas de ultrafiltration reduce la concentración de sólidos en el agua de mar un 67-76% y la turbidez un 77-84%, alcanzando además un SDI < 3. [/av_textblock] [/av_one_half] [av_one_half min_height='' vertical_alignment='' space='' custom_margin='' margin='0px' padding='0px' border='' border_color='' radius='0px' background_color='' src='' background_position='top left' background_repeat='no-repeat' animation='' mobile_breaking='' mobile_display=''] [av_image src='http://www.jornadasesamur.com/wp-content/uploads/2017/11/solidos.jpg' attachment='3458' attachment_size='full' align='center' styling='' hover='' link='' target='' caption='' font_size='' appearance='' overlay_opacity='0.4' overlay_color='#000000' overlay_text_color='#ffffff' animation='no-animation' admin_preview_bg=''][/av_image] [av_textblock size='' font_color='' color='' av-medium-font-size='' av-small-font-size='' av-mini-font-size='' admin_preview_bg='']
Sólidos en suspensión en el agua de mar bruta (izquierda) y en el agua ultrafiltrada con membranas recicladas (derecha).
Validación de membranas recicladas de Ultrafiltración como tratamiento terciario de aguas residuales
Finalmente se están validando las membranas recicladas de ultrafiltración como tratamiento terciario de aguas residuales, con el objetivo de mejorar la calidad del agua para reutilización. Para ello se ha instalado una nueva planta piloto en la EDAR de Guadalajara. Esta experimentación ha comenzado en el mes de octubre y no se dispone aún de suficientes datos experimentales para valorar la aplicación, aunque parecen prometedores.
Planta piloto para validación de las membranas recicladas de ultrafiltración con tratamiento terciario de aguas residuales
DEPURACIÓN Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES. ¿QUÉ ES UNA EDAR Y CÓMO...