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Membrana

Esquema de exclusión de membrana basada en el tamaño

Una membrana es una barrera selectiva; permite que algunas cosas pasen a través de ella pero impide el paso de otras. Estas cosas pueden ser moléculas , iones u otras partículas pequeñas. Las membranas se pueden clasificar generalmente en membranas sintéticas y membranas biológicas . [1] Las membranas biológicas incluyen membranas celulares (cubiertas externas de células u orgánulos que permiten el paso de ciertos constituyentes); [2] membranas nucleares , que cubren un núcleo celular; y membranas tisulares, como mucosas y serosas . Las membranas sintéticas son fabricadas por humanos para su uso en laboratorios e industrias (como plantas químicas ).

Este concepto de membrana se conoce desde el siglo XVIII, pero se utilizó poco fuera del laboratorio hasta el final de la Segunda Guerra Mundial. Los suministros de agua potable en Europa se habían visto comprometidos por la guerra y se utilizaban filtros de membrana para comprobar la seguridad del agua. Sin embargo, debido a la falta de fiabilidad, el funcionamiento lento, la selectividad reducida y los costes elevados, las membranas no se explotaron ampliamente. El primer uso de membranas a gran escala fue con tecnologías de microfiltración y ultrafiltración . Desde la década de 1980, estos procesos de separación, junto con la electrodiálisis , se emplean en grandes plantas y, en la actualidad, varias empresas experimentadas atienden el mercado. [3]

El grado de selectividad de una membrana depende del tamaño de poro de la misma. Dependiendo del tamaño de poro, se pueden clasificar como membranas de microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF) y de ósmosis inversa (RO). Las membranas también pueden ser de varios espesores, con estructura homogénea o heterogénea. Las membranas pueden ser neutras o cargadas, y el transporte de partículas puede ser activo o pasivo . Este último puede ser facilitado por gradientes de presión , concentración , químicos o eléctricos del proceso de membrana.

Clasificaciones de procesos de membrana

Microfiltración (MF)

La microfiltración elimina partículas de más de 0,08-2 μm y funciona en un rango de 7-100 kPa. [4] La microfiltración se utiliza para eliminar sólidos suspendidos residuales (SS), para eliminar bacterias con el fin de acondicionar el agua para una desinfección eficaz y como un paso de pretratamiento para la ósmosis inversa. [5]

Un desarrollo relativamente reciente son los biorreactores de membrana (MBR), que combinan la microfiltración y un biorreactor para el tratamiento biológico.

Ultrafiltración (UF)

La ultrafiltración elimina partículas de más de 0,005-2 μm y funciona en un rango de 70-700 kPa. [4] La ultrafiltración se utiliza para muchas de las mismas aplicaciones que la microfiltración. Algunas membranas de ultrafiltración también se han utilizado para eliminar compuestos disueltos con alto peso molecular, como proteínas y carbohidratos. Además, pueden eliminar virus y algunas endotoxinas.

La pared de una membrana de fibra hueca de ultrafiltración , con capas externas (superior) e internas (inferior) características de poros.

Nanofiltración (NF)

La nanofiltración también se conoce como ósmosis inversa "suelta" y puede rechazar partículas menores de 0,002 μm. La nanofiltración se utiliza para eliminar componentes disueltos seleccionados de las aguas residuales. La nanofiltración se desarrolló principalmente como un proceso de ablandamiento por membrana que ofrece una alternativa al ablandamiento químico.

Asimismo, la nanofiltración se puede utilizar como pretratamiento antes de la ósmosis inversa dirigida. Los principales objetivos del pretratamiento NF son: [6] (1) minimizar la contaminación microbiana y de partículas de las membranas de ósmosis inversa mediante la eliminación de la turbidez y las bacterias, (2) prevenir la formación de incrustaciones mediante la eliminación de los iones de dureza, (3) reducir la presión de funcionamiento del proceso de ósmosis inversa mediante la reducción de la concentración de sólidos disueltos totales (TDS) del agua de alimentación.

Ósmosis inversa (OI)

La ósmosis inversa se utiliza habitualmente para la desalinización. Asimismo, la ósmosis inversa se utiliza habitualmente para la eliminación de los componentes disueltos de las aguas residuales que quedan después del tratamiento avanzado con microfiltración. La ósmosis inversa excluye los iones, pero requiere altas presiones para producir agua desionizada (850–7000 kPa). La ósmosis inversa es la tecnología de desalinización más utilizada debido a su simplicidad de uso y a los costes energéticos relativamente bajos en comparación con la destilación, que utiliza una tecnología basada en procesos térmicos. Cabe señalar que las membranas de ósmosis inversa eliminan los componentes del agua a nivel iónico. Para ello, la mayoría de los sistemas de ósmosis inversa actuales utilizan un compuesto de película fina (TFC), que consta principalmente de tres capas: una capa de poliamida, una capa de polisulfona y una capa de poliéster. [7]

Membranas nanoestructuradas

Una clase emergente de membranas se basa en canales de nanoestructura para separar materiales a escala molecular . Entre ellas se incluyen las membranas de nanotubos de carbono , las membranas de grafeno , las membranas fabricadas a partir de polímeros de microporosidad intrínseca (PIMS) y las membranas que incorporan estructuras metalorgánicas (MOF). Estas membranas se pueden utilizar para separaciones selectivas por tamaño, como la nanofiltración y la ósmosis inversa, pero también para separaciones selectivas por adsorción, como la separación de olefinas de parafinas y alcoholes de agua, que tradicionalmente han requerido una destilación costosa y que consume mucha energía .

Configuraciones de membrana

En el campo de las membranas, el término módulo se utiliza para describir una unidad completa compuesta por las membranas, la estructura de soporte de presión, la entrada de alimentación, las corrientes de permeado y retenido de salida y una estructura de soporte general. Los principales tipos de módulos de membrana son:

  • Tubular, en el que las membranas se colocan dentro de tubos porosos de soporte, y estos tubos se colocan juntos en una carcasa cilíndrica para formar el módulo unitario. Los dispositivos tubulares se utilizan principalmente en aplicaciones de microfiltración y ultrafiltración debido a su capacidad para manejar corrientes de proceso con alto contenido de sólidos y propiedades de alta viscosidad, así como por su relativa facilidad de limpieza.
  • La membrana de fibra hueca está formada por un haz de cientos a miles de fibras huecas. Todo el conjunto se introduce en un recipiente a presión . La alimentación se puede aplicar al interior de la fibra (flujo de dentro a fuera) o al exterior de la fibra (flujo de fuera a dentro).
  • Enrollado en espiral, en el que se coloca un espaciador de permeado flexible entre dos láminas de membrana planas. Se añade un espaciador de alimentación flexible y las láminas planas se enrollan en una configuración circular. En desarrollos recientes, las técnicas de modelado de superficies han permitido la integración de espaciadores de alimentación permeables directamente en la membrana, lo que dio lugar al concepto de membrana integrada [8] [9] [10]
  • La placa y el marco están formados por una serie de láminas de membrana planas y placas de soporte. El agua que se va a tratar pasa entre las membranas de dos conjuntos de membranas adyacentes. La placa sostiene las membranas y proporciona un canal para que el permeado fluya fuera del módulo de la unidad.
  • Membranas y módulos de láminas planas de cerámica y polímeros. Las membranas de láminas planas suelen estar integradas en sistemas de filtración sumergidos accionados por vacío que constan de pilas de módulos, cada uno con varias láminas. El modo de filtración es de afuera hacia adentro, donde el agua pasa a través de la membrana y se recoge en canales de permeado. La limpieza se puede realizar mediante aireación, retrolavado y CIP.

Funcionamiento del proceso de membrana

Los elementos clave de cualquier proceso de membrana se relacionan con la influencia de los siguientes parámetros en el flujo de permeado general:

Flujo, presión, permeabilidad.

El flujo total de permeado de un sistema de membrana se da mediante la siguiente ecuación:

Donde Qp es el caudal de la corriente de permeado [kg·s −1 ], F w es el caudal de agua [kg·m −2 ·s −1 ] y A es el área de la membrana [m 2 ]

La permeabilidad (k) [m·s −2 ·bar −1 ] de una membrana viene dada por la siguiente ecuación:

La presión transmembrana (PTM) viene dada por la siguiente expresión:

donde P TMP es la presión transmembrana [kPa], P f la presión de entrada de la corriente de alimentación [kPa]; P c la presión de la corriente de concentrado [kPa]; P p la presión de la corriente de permeado [kPa].

El rechazo (r) podría definirse como el número de partículas que se han eliminado del agua de alimentación.

Las ecuaciones de balance de masa correspondientes son:

Para controlar el funcionamiento de un proceso de membrana, se pueden utilizar dos modos, relativos al flujo y a la TMP. Estos modos son (1) TMP constante y (2) flujo constante.

Los modos de operación se verán afectados cuando los materiales rechazados y las partículas en el retentado tiendan a acumularse en la membrana. A una TMP dada, el flujo de agua a través de la membrana disminuirá y a un flujo dado, la TMP aumentará, reduciendo la permeabilidad (k). Este fenómeno se conoce como ensuciamiento y es la principal limitación para la operación del proceso de membrana.

Operaciones con TMP constante y flujo constante

Modos de operación de callejón sin salida y flujo cruzado

Se pueden utilizar dos modos de funcionamiento para las membranas. Estos modos son:

Proceso esquemático de filtración de flujo cruzado y de punto muerto

La filtración produce un aumento de la resistencia al flujo. En el caso del proceso de filtración sin salida, la resistencia aumenta en función del espesor de la capa formada sobre la membrana. Como consecuencia, la permeabilidad (k) y el flujo disminuyen rápidamente, proporcionalmente a la concentración de sólidos [1] y, por lo tanto, se requiere una limpieza periódica.

En los procesos de flujo cruzado, la deposición de material continuará hasta que las fuerzas de la torta de unión a la membrana se equilibren con las fuerzas del fluido. En este punto, la filtración de flujo cruzado alcanzará una condición de estado estable [2] y, por lo tanto, el flujo permanecerá constante con el tiempo. Por lo tanto, esta configuración exigirá una limpieza menos periódica.

Abordaje

El ensuciamiento puede definirse como la posible deposición y acumulación de componentes en la corriente de alimentación sobre la membrana. La pérdida de rendimiento de la ósmosis inversa puede ser resultado del ensuciamiento orgánico y/o inorgánico irreversible y la degradación química de la capa de membrana activa. El ensuciamiento microbiológico, generalmente definido como la consecuencia de la adhesión y el crecimiento irreversibles de células bacterianas sobre la membrana, también es una razón común para descartar membranas viejas. En las plantas de desalinización se utilizan ampliamente diversas soluciones oxidativas, agentes de limpieza y antiincrustantes, y su exposición repetida e incidental puede afectar negativamente a las membranas, generalmente a través de la disminución de sus eficiencias de rechazo. [12]

El ensuciamiento puede producirse a través de varios mecanismos fisicoquímicos y biológicos que están relacionados con el aumento de la deposición de material sólido sobre la superficie de la membrana. Los principales mecanismos por los que puede producirse el ensuciamiento son:

Estrechamiento de los poros , que consiste en material sólido que se ha adherido a la superficie interior de los poros.
El bloqueo de los poros se produce cuando las partículas del agua de alimentación quedan atrapadas en los poros de la membrana.
La formación de una capa de gel/torta se produce cuando la materia sólida en el alimento es más grande que el tamaño de los poros de la membrana.

Control y mitigación de incrustaciones

Dado que la formación de incrustaciones es un factor importante en el diseño y el funcionamiento de los sistemas de membranas, ya que afecta a las necesidades de pretratamiento, los requisitos de limpieza, las condiciones de funcionamiento, el coste y el rendimiento, es necesario prevenirlas y, si es necesario, eliminarlas. Para evitar la formación de incrustaciones es importante optimizar las condiciones de funcionamiento. Sin embargo, si ya se han producido, se deben eliminar mediante una limpieza física o química.

Las técnicas de limpieza física de la membrana incluyen la relajación de la membrana y el retrolavado de la membrana .

  • El retrolavado o lavado a contracorriente consiste en bombear el permeado en sentido inverso a través de la membrana. El retrolavado elimina con éxito la mayor parte de las incrustaciones reversibles causadas por el bloqueo de los poros. El retrolavado también se puede mejorar haciendo pasar aire a través de la membrana. [14] El retrolavado aumenta los costos operativos, ya que se requiere energía para lograr una presión adecuada para la reversión del flujo del permeado.
  • La relajación de la membrana consiste en pausar la filtración durante un tiempo, por lo que no es necesario revertir el flujo de permeado. La relajación permite mantener la filtración durante un período más prolongado antes de realizar la limpieza química de la membrana.
  • Retropulsación de alta frecuencia que permite eliminar eficazmente la capa de suciedad. Este método se utiliza con mayor frecuencia en membranas cerámicas [3]
Estudios recientes han evaluado la combinación de relajación y retrolavado para obtener resultados óptimos. [15] [16]

Limpieza química . La eficacia de la relajación y el retrolavado disminuirán con el tiempo de funcionamiento a medida que se acumulen más incrustaciones irreversibles en la superficie de la membrana. Por lo tanto, además de la limpieza física, también se puede recomendar la limpieza química. Incluye:

  • Retrolavado mejorado químicamente , es decir, se agrega una baja concentración de agente de limpieza químico durante el período de retrolavado.
  • Limpieza química , en la que los principales agentes de limpieza son el hipoclorito de sodio (para suciedad orgánica) y el ácido cítrico (para suciedad inorgánica). Cada proveedor de membranas propone sus propias recetas de limpieza química, que difieren principalmente en términos de concentración y métodos. [17]

Optimización de las condiciones de funcionamiento . Se pueden llevar a cabo varios mecanismos para optimizar las condiciones de funcionamiento de la membrana para evitar su ensuciamiento, por ejemplo:

  • Reducción del flujo . El flujo siempre reduce el ensuciamiento pero impacta en el costo de capital ya que demanda mayor área de membrana. Consiste en trabajar a un flujo sustentable que puede definirse como aquel para el cual la TMP aumenta gradualmente a un ritmo aceptable, de tal forma que no es necesaria la limpieza química.
  • Utilización de la filtración de flujo cruzado en lugar de la filtración sin salida. En la filtración de flujo cruzado, solo se deposita una fina capa sobre la membrana, ya que no todas las partículas quedan retenidas en la membrana, sino que el concentrado las elimina.
  • El pretratamiento del agua de alimentación se utiliza para reducir los sólidos suspendidos y el contenido bacteriano del agua de alimentación. También se utilizan floculantes y coagulantes, como el cloruro férrico y el sulfato de aluminio que, una vez disueltos en el agua, adsorben materiales como sólidos suspendidos, coloides y compuestos orgánicos solubles. [18] Se han introducido modelos numéricos metafísicos para optimizar los fenómenos de transporte [19]

Alteración de la membrana . Los esfuerzos recientes se han centrado en eliminar la suciedad de la membrana alterando la química de la superficie del material de la membrana para reducir la probabilidad de que los contaminantes se adhieran a la superficie de la membrana. La estrategia química exacta utilizada depende de la química de la solución que se está filtrando. Por ejemplo, las membranas utilizadas en la desalinización pueden hacerse hidrófobas para resistir la suciedad a través de la acumulación de minerales, mientras que las membranas utilizadas para productos biológicos pueden hacerse hidrófilas para reducir la acumulación de proteínas/orgánicos. La modificación de la química de la superficie a través de la deposición de una película delgada puede reducir en gran medida la suciedad. Una desventaja de utilizar técnicas de modificación es que, en algunos casos, la tasa de flujo y la selectividad del proceso de membrana pueden verse afectadas negativamente. [20]

Reciclaje de membranas de ósmosis inversa

Prevención de residuos

Una vez que la membrana alcanza un descenso significativo en su rendimiento, se desecha. Los módulos de membrana de ósmosis inversa desechados se clasifican actualmente en todo el mundo como residuos sólidos inertes y, a menudo, se eliminan en vertederos; aunque también se pueden recuperar energéticamente. Sin embargo, en las últimas décadas se han realizado diversos esfuerzos para evitar esto, como la prevención de residuos, la reaplicación directa y las formas de reciclaje. En este sentido, las membranas también siguen la jerarquía de gestión de residuos. Esto significa que la acción más preferible es actualizar el diseño de la membrana, lo que conduce a una reducción en el uso en la misma aplicación, y la acción menos preferida es la eliminación y el vertido [21].

Las membranas de ósmosis inversa presentan algunos desafíos ambientales que deben resolverse para cumplir con los principios de la economía circular. Principalmente, tienen una vida útil corta de 5 a 10 años. En las últimas dos décadas, el número de plantas de desalinización por ósmosis inversa ha aumentado en un 70%. El tamaño de estas plantas de ósmosis inversa también ha aumentado significativamente, y algunas alcanzan una capacidad de producción que supera los 600.000 m3 de agua por día. Esto significa una generación de 14.000 toneladas de residuos de membranas que se depositan en vertederos cada año. Para aumentar la vida útil de una membrana, se desarrollan diferentes métodos de prevención: combinando el proceso de ósmosis inversa con el proceso de pretratamiento para mejorar la eficiencia; desarrollando técnicas antiincrustantes; y desarrollando procedimientos adecuados para la limpieza de las membranas. Los procesos de pretratamiento reducen los costos operativos debido a menores cantidades de aditivos químicos en la alimentación de agua salada y al menor mantenimiento operativo requerido para el sistema de ósmosis inversa. [22]

En las membranas de ósmosis inversa se encuentran cuatro tipos de incrustaciones: (i) inorgánicas (precipitación de sal), (ii) orgánicas, (iii) coloidales (deposición de partículas en la suspensión) y (iv) microbiológicas (bacterias y hongos). Por lo tanto, una combinación adecuada de procedimientos de pretratamiento y dosificación de productos químicos, así como un plan de limpieza eficiente que aborde estos tipos de incrustaciones, deberían permitir el desarrollo de una técnica antiincrustación eficaz.

La mayoría de las plantas limpian sus membranas cada semana (CEB – Chemically Enhanced Backwash). Además de esta limpieza de mantenimiento, se recomienda una limpieza intensiva (CIP) de dos a cuatro veces al año.

Reutilizar

La reutilización de membranas de ósmosis inversa incluye la reaplicación directa de módulos en otros procesos de separación con especificaciones menos estrictas. La conversión de la membrana TFC de ósmosis inversa a una membrana porosa es posible degradando la capa densa de poliamida. La conversión de membranas de ósmosis inversa mediante tratamiento químico con diferentes soluciones oxidantes tiene como objetivo eliminar la capa activa de la membrana de poliamida, destinada a su reutilización en aplicaciones como MF o UF. Esto provoca una mayor vida útil de aproximadamente dos años. [23] Un número muy limitado de informes ha mencionado el potencial de la reutilización directa de ósmosis inversa. Los estudios muestran que la permeabilidad hidráulica, el rechazo de sal, las características morfológicas y topográficas y la microscopía electrónica de barrido por emisión de campo y de fuerza atómica se utilizaron en una investigación de autopsia realizada. El rendimiento del antiguo elemento de ósmosis inversa se parecía al de las membranas de nanofiltración (NF), por lo que no fue sorprendente ver que la permeabilidad aumentaba de 1,0 a 2,1 L m-2 h-1 bar-1 y la caída en el rechazo de NaCl de >90% a 35-50%. [24]

Por otra parte, para maximizar la eficiencia general del proceso, últimamente se ha convertido en una práctica común combinar elementos de ósmosis inversa de diferentes rendimientos dentro del mismo recipiente a presión, lo que se denomina diseño de recipiente multimembrana. En principio, este innovador sistema híbrido recomienda utilizar membranas de alto rechazo y baja productividad en el segmento aguas arriba del tren de filtración, seguidas de membranas de alta productividad y bajo consumo energético en la sección aguas abajo. Hay dos formas en las que este diseño puede ayudar: ya sea disminuyendo el uso de energía debido a la disminución de las necesidades de presión o aumentando la producción. Dado que este concepto reduciría la cantidad de módulos y recipientes a presión necesarios para una aplicación determinada, tiene el potencial de reducir significativamente los costos de inversión inicial. Se propone adaptar este concepto original, reutilizando internamente membranas de ósmosis inversa más antiguas dentro del mismo recipiente a presión. [25]

Reciclar

El reciclaje de materiales es un término general que implica la transformación física del material o sus componentes para que puedan regenerarse en otros productos útiles. Los módulos de membrana son estructuras complejas, que constan de varios componentes poliméricos diferentes y, potencialmente, los componentes individuales pueden recuperarse para otros fines. El tratamiento y reciclaje de residuos sólidos plásticos se puede dividir en reciclaje mecánico, reciclaje químico y recuperación de energía.

Técnicas de reciclaje

Características del reciclaje mecánico:

  • Es necesaria una primera separación de los componentes de interés.
  • Lavado previo para evitar el deterioro de las propiedades durante el proceso.
  • Molienda de los materiales poliméricos hasta obtener un tamaño adecuado (pérdida del 5% del material).
  • Posible lavado posterior.
  • Proceso de fusión y extrusión (pérdida del 10% de material).
  • Componentes de membrana reciclables (termoplásticos): PP, poliéster, etc.
  • Láminas de membrana: están construidas a partir de varios polímeros y aditivos diferentes y, por lo tanto, son inherentemente difíciles de separar de manera precisa y eficiente.
  • Principal ventaja: desplaza la producción de plástico virgen. • Principales desventajas: necesidad de separar todos los componentes, cantidad suficiente de componentes para que sea viable. [26]

Características del reciclaje químico:

  • Descomponer los polímeros en moléculas más pequeñas, utilizando técnicas de despolimerización y degradación.
  • No se puede utilizar con materiales contaminados.
  • Los procesos de reciclaje químico están adaptados a materiales específicos.
  • Ventaja: se pueden procesar polímeros heterogéneos con un uso limitado de pretratamiento.
  • Desventaja: más costoso y complejo que el reciclaje mecánico.
  • Los materiales de poliéster (como los del espaciador de permeado y los componentes de la lámina de membrana) son adecuados para procesos de reciclaje químico, y se utiliza la hidrólisis para revertir la reacción de policondensación utilizada para fabricar el polímero, con la adición de agua para provocar la descomposición.

Características de recuperación energética:

  • Reducción del volumen entre un 90 y un 99 %, lo que reduce la presión sobre los vertederos.
  • Los incineradores de residuos generalmente pueden funcionar a temperaturas entre 760 °C y 1100 °C y, por lo tanto, serían capaces de eliminar todo el material combustible, con excepción del relleno inorgánico residual en la carcasa de fibra de vidrio. [26]
  • La energía térmica se puede recuperar y utilizar para generar electricidad u otros procesos relacionados con el calor, y también puede compensar las emisiones de gases de efecto invernadero de la energía tradicional.
  • Si no se controla adecuadamente, puede emitir gases de efecto invernadero y otros productos nocivos.

Post-tratamiento

  • Después de aplicar la técnica elegida, es necesario realizar un proceso de postratamiento para garantizar que la membrana pueda volver a funcionar con normalidad.
  • El primer paso del postratamiento consiste en retirar todos los residuos residuales del equipo, con lo que se garantiza que no queden contaminantes que puedan afectar el rendimiento de la membrana.
  • Las técnicas de separación se utilizan para recuperar materiales valiosos de las membranas de ósmosis inversa, como la poliamida o la polisulfona, que pueden reciclarse y reutilizarse en la producción de nuevas membranas u otros productos. Durante la etapa de recuperación de materiales se realizan procesos de separación física o química para aislar y purificar estos materiales, asegurando su calidad y facilitando su reintroducción en la cadena de producción.
  • Tras la eliminación de los residuos, la membrana se prueba en un sistema piloto. Durante esta fase, se analiza cuidadosamente su rendimiento para determinar si el resultado cumple con los parámetros y límites definidos. Este paso es crucial para verificar que la membrana funciona de manera eficiente y eficaz después del tratamiento.

Ventajas del reciclaje de membranas de ósmosis inversa

  • La implementación de un proceso de reciclaje de membranas de ósmosis inversa puede generar costos adicionales que muchas empresas u organizaciones pueden dudar en aceptar. Además, las membranas recicladas suelen presentar un menor rendimiento y eficiencia. Sin embargo, una ventaja significativa del reciclaje es la reducción del impacto ambiental asociado con la producción de nuevas membranas a partir de materias primas. Las membranas de ósmosis inversa contienen polímeros derivados del petróleo, una fuente importante de gases de efecto invernadero (GEI) que contribuyen al cambio climático. Además, estos polímeros no son biodegradables, lo que dificulta su reciclaje.
  • Al reciclar las membranas de ósmosis inversa, reducimos la necesidad de nuevos materiales, lo que disminuye el impacto ambiental. La producción de nuevas membranas a partir de polímeros derivados del petróleo aumenta las emisiones de GEI. El reciclaje de las membranas existentes ayuda a mitigar este impacto al reutilizar materiales que, de otro modo, contribuirían a la degradación ambiental.
  • La demanda de membranas de ósmosis inversa ha aumentado debido a las normas más estrictas sobre el vertido de aguas residuales. Esta demanda podría superar la oferta, lo que hace que el reciclaje de las membranas de ósmosis inversa actuales sea una solución viable para abordar este desafío.
  • La creciente demanda de membranas de ósmosis inversa ha provocado un aumento de los precios. Por el contrario, el proceso de reciclaje suele ser más rentable que la compra de membranas nuevas. Esta ventaja de costes puede ayudar a compensar la inversión inicial necesaria para establecer operaciones de reciclaje.

Aplicaciones

Las características distintivas de las membranas son responsables del interés en usarlas como unidad operativa adicional para procesos de separación en procesos de fluidos. Algunas ventajas señaladas incluyen: [3]

Las membranas se utilizan con presión como proceso impulsor en la filtración de solutos por membrana y en la ósmosis inversa . En la diálisis y la pervaporación, el potencial químico a lo largo de un gradiente de concentración es la fuerza impulsora. También la perstracción como proceso de extracción asistida por membrana se basa en el gradiente del potencial químico. Un rompeolas flexible sumergido como un tipo de membrana utilizada se puede emplear para el control de olas en aguas poco profundas como una alternativa avanzada a los diseños sumergidos rígidos convencionales. [27]

Sin embargo, su éxito abrumador en los sistemas biológicos no se corresponde con su aplicación. [28] Las principales razones de esto son:

Véase también

Referencias

  1. ^ Mulder, Marcel (1996). Principios básicos de la tecnología de membranas (2.ª edición). Kluwer Academic: Springer. ISBN 978-0-7923-4248-9.
  2. ^ Cheryan, M (1998). Manual de ultrafiltración y microfiltración . Lancaster, PA.: Economic Publishing Co., Inc.
  3. ^ ab Membranas en plantas de poliolefinas. Recuperación de respiraderos. Programa de mejora económica. Intratec. 2012. ISBN 978-0615678917. Archivado desde el original el 13 de mayo de 2013.
  4. ^ ab Crites y Tchobangiglous (1998). Sistemas de gestión de aguas residuales pequeños y descentralizados . Nueva York: McGraw-Hill Book Company.
  5. ^ Chadha, Utkarsh; Selvaraj, Senthil Kumaran; Vishak Thanu, S.; Cholapadath, Vishnu; Abraham, Ashesh Mateo; Zaiyan, Mahoma; Manikandan, M; Paramasivam, Velmurugan (6 de enero de 2022). "Una revisión de la función del uso de nanomateriales de carbono en la filtración por membrana para la eliminación de contaminantes de las aguas residuales". Expreso de investigación de materiales . 9 (1): 012003. Código bibliográfico : 2022MRE.....9a2003C. doi : 10.1088/2053-1591/ac48b8 . S2CID  245810763.
  6. ^ Adam S, Cheng RC, Vuong DX, Wattier KL (2003). "La NF de dos etapas de Long Beach supera a la SWRO de una sola etapa". Desalación y reutilización del agua . 13 : 18–21.
  7. ^ Alfonsín C, Lebrero R, Estrada JM, et al. (2015) Selección de tecnologías de eliminación de olores en plantas de tratamiento de aguas residuales: una guía basada en la evaluación del ciclo de vida. Journal of Environmental Management 149: 77–84.
  8. ^ Ibrahim, Yazan; Hilal, Nidal (2023). "Mejora de la permeabilidad de la membrana de ultrafiltración y del rendimiento antiincrustante mediante el modelado de superficies con características que se asemejan a los espaciadores de alimentación". npj Clean Water . 6 (1): 60. Bibcode :2023npjCW...6...60I. doi : 10.1038/s41545-023-00277-3 .
  9. ^ Ibrahim, Yazan; Hilal, Nidal (2023). "Una evaluación crítica de las membranas con patrones de superficie y su papel en el avance de las tecnologías de membrana". ACS ES&T Water . 3 (12): 3807–3834. doi : 10.1021/acsestwater.3c00564 .
  10. ^ Ibrahim, Yazan; Hilal, Nidal (2024). "Integración de espaciador de alimentación de poli(éter sulfona) poroso y permeable en superficies de membrana mediante impresión 3D directa". ACS Applied Engineering Materials . 2 (4): 1094–1109. doi : 10.1021/acsaenm.4c00086 .
  11. ^ Metcalf y Eddy (2004) Ingeniería, tratamiento y reutilización de aguas residuales, McGraw-Hill Book Company, Nueva York. Cuarta edición.
  12. ^ Harold G. Fravel, Jr. (28 de abril de 2014). "Entender la relación crítica entre las tasas de recuperación de ósmosis inversa y los factores de concentración". Asociación Estadounidense de Tecnología de Membranas (AMTA) . Consultado el 15 de mayo de 2015 .
  13. ^ Mata GK, Bagchi S, Zhang K, Oerther DB, Saikaly PE (octubre de 2017). "Las comunidades de biopelículas de membrana en biorreactores de membrana a gran escala no se ensamblan aleatoriamente y consisten en un microbioma central". Investigación del agua . 123 (1): 124–133. Bibcode :2017WatRe.123..124M. doi :10.1016/j.watres.2017.06.052. hdl : 10754/625148 . PMID  28658633.
  14. ^ Sun, Y; Huang, X.; Chen, E; Wen, X. (2004). "Biorreactor de membrana de doble función de filtración/aireación para el tratamiento de aguas residuales domésticas". Actas de Water Environment- Membrane Technology .
  15. ^ Vallero, MVG; Lettinga, G.; Lens, PNL (2005). "Reducción de sulfato a alta velocidad en un biorreactor de membrana anaeróbico sumergido (sambar) a alta salinidad". Journal of Membrane Science . 253 (1–2): 217–232. doi :10.1016/j.memsci.2004.12.032.
  16. ^ I.-J. Kang; C.-H. Lee; K.-J. Kim (2003). "Características de las membranas de microfiltración en un sistema de reactor discontinuo de secuenciación acoplado a membrana". Water Res . 37 (5): 1192–1197. Bibcode :2003WatRe..37.1192K. CiteSeerX 10.1.1.464.9473 . doi :10.1016/s0043-1354(02)00534-1. PMID  12553996. .
  17. ^ Le-Clech, P.; Fane, A.; Leslie, G.; Childress, A. (junio de 2005). "Enfoque de MBR: la perspectiva del operador". Filtración y separación . 42 (5): 20–23. doi :10.1016/S0015-1882(05)70556-5.
  18. ^ Le-Clech, Pierre; Chen, Vicki ; Fane, Tony AG (2006). "Ensuciamiento en biorreactores de membrana utilizados en el tratamiento de aguas residuales". Journal of Membrane Science . 284 (1–2): 17–53. doi :10.1016/j.memsci.2006.08.019.
  19. ^ De Nápoles, Ilaria E.; Zanetti, Elisabetta M.; Fragomeni, Gionata; Giuzio, Ermenegildo; Audenino, Alberto L.; Catapano, Gerardo (2014). "Modelado de transporte de biorreactores de membrana de fibra hueca mejorados por convección para aplicaciones terapéuticas". Revista de ciencia de membranas . 471 : 347–361. doi :10.1016/j.memsci.2014.08.026.
  20. ^ Musthafa O. Mavukkandy; Samantha McBride; David Warsinger; Nadir Dizge; Shadi Hasan; Hassan Arafat (2020). "Técnicas de deposición de película delgada para membranas poliméricas: una revisión". Revista de ciencia de membranas . 610 (1–2): 118258. doi :10.1016/j.memsci.2020.118258. S2CID  219428325.
  21. ^ Lawler, Will; Bradford-Hartke, Zenah; Cran, Marlene J.; Duke, Mikel; Leslie, Greg; Ladewig, Bradley P.; Le-Clech, Pierre (1 de agosto de 2012). "Hacia nuevas oportunidades de reutilización, reciclaje y eliminación de membranas de ósmosis inversa usadas". Desalación . 299 : 103–112. Bibcode :2012Desal.299..103L. doi :10.1016/j.desal.2012.05.030.
  22. ^ Rattanakul S (2012) Gestión de concentrados y residuos sólidos en plantas de ósmosis inversa. Tesis de maestría, Ingeniería en Ingeniería y Gestión Ambiental, Instituto Asiático de Tecnología, Escuela de Medio Ambiente, Recursos y Desarrollo, Tailandia.
  23. ^ Coutinho de Paula, E. y Amaral, MCS (2017). Ampliación del ciclo de vida de las membranas: una revisión. Waste Management & Research, 35(5), 456-470. doi: 10.1177/
  24. ^ Ould Mohamedou, E.; Penate Suarez, DB; Vince, F.; Jaouen, P.; Pontie, M. (1 de abril de 2010). "Nuevas vidas para las antiguas membranas de ósmosis inversa (OI)". Desalación . 253 (1–3): 62–70. Bibcode :2010Desal.253...62O. doi :10.1016/j.desal.2009.11.032.
  25. ^ Peñate, Baltasar; García-Rodríguez, Lourdes (4 de enero de 2012). "Tendencias actuales y perspectivas futuras en el diseño de tecnologías de desalación por ósmosis inversa de agua de mar". Desalination . 284 : 1–8. Bibcode :2012Desal.284....1P. doi :10.1016/j.desal.2011.09.010.
  26. ^ ab Coutinho de Paula, E. y Amaral, MCS (ya referenciado) y Lawler, W., Bradford-Hartke, Z., Cran, MJ, Duke, M., Leslie, G., Ladewig, BP y Le-Chen, P. (ya referenciado).
  27. ^ Jafarzadeh, E., Kabiri-Samani, A., Mansourzadeh, S. y Bohluly, A. (2021). Modelado experimental de la interacción entre olas y rompeolas flexibles sumergidos. Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte M: Revista de Ingeniería para el Entorno Marítimo, 235(1), 127-141.
  28. ^ Chmiel, Horst (2006). Bioprozesstechnik: Einführung in die Bioverfahrenstechnik (2ª ed.). Múnich: Elsevier, Spektrum Akad. Verl. pag. 279.ISBN​ 978-3827416070.

Bibliografía