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Investigación

LIFE+13 TRANSFOMEM: Transformación de membranas desechadas de ósmosis inversa en membranas recicladas de ultrafiltración y nanofiltración

Raquel García Pacheco, investigadora de IMDEA Agua y responsable técnico del proyecto LIFE TRANSFOMEM04/02/2016

LIFE TRANSFOMEM es un proyecto co-financiado por la Comunidad Europea a través del instrumento financiero LIFE+, con el contrato n. LIFE13 ENV/ES/000751. El proyecto dio comienzo el pasado junio de 2014 y se prolongará hasta septiembre de 2018. Está liderado por el instituto IMDEA Agua (coordinador) y se desarrolla en colaboración con las empresas socias Sadyt y Valoriza Agua, ambas pertenecientes al grupo Sacyr. Cuenta con redes sociales (Facebook, Twitter y Linkedin) y una página web www.life-transfomem.eu donde están disponible toda la información de divulgación y resultados generados a lo largo de la ejecución del proyecto.

Membranas de ósmosis inversa desechadas: preocupación medioambiental

Según datos de la Asociación Internacional de desalación (IDA), en el mundo hay instaladas más de 17.000 plantas de desalación en más de 150 países, que suman una capacidad de agua desalada de más de 86 Hm3/día [1]. 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 [2]. Además, la marca España es líder en desalación a nivel mundial. Dentro de las 20 principales empresas que construyen plantas desaladoras en el mundo, 8 son españolas.

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Foto 1. Reunión anual de seguimiento del proyecto LIFE+13 TRANSFOMEM.

Las membranas están constituidas por una serie de materiales 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 muchos factores principalmente relacionados con la calidad del agua a tratar, las sustancias químicas empleadas en el pretratamiento y las condiciones de proceso de filtración. Desafortunadamente, a día de hoy estos materiales una vez se declaran inservibles para el proceso industrial perecen en vertederos. Algunos estudios estiman que en España anualmente el número de membranas de ósmosis inversa desechadas ascendería a más de 80.000 y a nivel mundial la cifra podría ascender a cerca del millón de unidades. En definitiva, grandes toneladas de plásticos (>12.000 Toneladas a nivel mundial) con un gran potencial para posibles usos son desechadas anualmente [3].

España, país puntero en desalación ¿por qué no también en el reciclaje de membranas?

Dentro de la consolidada tecnología de las membranas de ósmosis inversa, la gestión de los módulos agotados es a día de hoy un reto muy importante que hay que afrontar si queremos cumplir con los términos de desarrollo sostenible. ¿Por qué desechar materiales con un gran potencial de reutilización? ¿Podría ser el reciclaje una alternativa viable para aumentar la vida útil de los materiales que constituyen las membranas? ¿Qué ahorro en términos económicos (teniendo en cuenta el medio ambiente) y financieros supondría el reciclaje?

A nivel internacional existen iniciativas de reciclaje tanto de los materiales constituyentes de las membranas como las membranas en sí (Australia, EE UU y Brasil son ejemplos de ello). La idea está calando y a día de hoy, España empieza a ofrecer alternativas de reciclaje. En el 2002, empezaron los primeros estudios de reciclaje (pioneros en el mundo) de mano de la Universidad de las Palmas de Gran Canaria [4,5]. Una década más tarde, en 2011, la empresa española Aqualia lideró el proyecto de demostración piloto Life-Remembrane, para recuperación de membranas de ósmosis inversa desechadas (sin perder sus propiedades de alta capacidad de rechazo) [6]. Actualmente, en el proyecto LIFE 13 ENV/ES/000751 TRANSFOMEM se investigan distintas formas de reciclaje de membranas desechadas (en varios pilotos) para su transformación en membranas de nanofiltración y ultrafiltración empleando hipoclorito de sodio. El objetivo no es solo reciclar sino habilitar dichas membranas para que sean reutilizables en el tratamiento de agua de mar, en el tratamiento de agua salobre o en el tratamiento terciario del agua residual. El reciclaje directo (sin cambiar la estructura del enrollamiento en espiral de la membrana de ósmosis inversa) podría permitir que las membranas recicladas se emplearan en bastidores similares a los de la ósmosis inversa e incluso posibilitar que membranas recicladas se emplearan como membranas de sacrificio en los mismos procesos de desalación.

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Foto 2. Desaladora Cuevas del Almanzora.

Resultados del proyecto LIFE TRANSFOMEM: 2014-2015

LIFE TRANSFOMEM podría suponer el inicio del cambio de gestión de este residuo sólido de la desalación. En el proyecto se pretende generar membranas recicladas competitivas con respecto a las membranas comerciales, en términos de permeabilidad, rechazo, tiempo de vida y ciclos de limpieza. Además, como cada membrana desechada tiene un ensuciamiento específico y cada membrana tiene una composición orgánica diferente (de poliamida y polisulfona) en función de la casa comercial, se pretende identificar cuáles son las más apropiadas para usar en el proceso de transformación.

Las láminas filtrantes de los módulos de membranas de ósmosis inversa que existen en el mercado están formadas generalmente por tres capas: una capa de poliamida aromática que está en contacto con el agua y actúa como barrera selectiva, soportada por una lámina microporosa de polisulfona que es habitualmente una membrana de ultrafiltración y un soporte estructural de poliéster. La poliamida es un polímero altamente sensible a la exposición de agentes oxidantes como el hipoclorito de sodio. Aprovechando esta sensibilidad, este agente químico se emplea para degradar de forma controlada la capa de poliamida. Si esta degradación se produce de forma parcial, se obtienen membranas con propiedades típicas de las membranas de nanofiltración. Sin embargo una degradación total de la poliamida da lugar a membranas de polisulfona con propiedades típicas de las membranas de ultrafiltración (Figura 1).

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Figura 1. Esquema conceptual del proceso de transformación de membranas de ósmosis inversa a membranas de nanofiltración y ultrafiltración.

A día de hoy la fase de laboratorio del proyecto ha concluido, exceptuando estudios puntuales que se seguirán realizando para dar soporte técnico al proyecto de demostración. La investigación realizada por IMDEA Agua ha permitido establecer los protocolos de caracterización de membranas a través de autopsias (Figura 2) y medidas de permeabilidad y rechazo de soluciones con compuestos orgánicos, inorgánicos y microbiológicos. Además, se han establecido los criterios de transformación empleando el hipoclorito de sodio. De momento, los resultados obtenidos se han difundido tanto en revistas de divulgación como en revistas científicas como Journal of Membrane Science [7] y Desalination. Además se han atendido a los congresos internacionales IDAWC2015 [8] y RecyclingExpo 2015. Todos estos resultados están accesibles en la web del proyecto.

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Figura 2. Imágenes de la apertura de un módulo comercial de ósmosis inversa. 1) Módulo recibido de una desaladora. 2) Módulo sin carcasa de fibra de vidrio y colocado en la mesa de autopsias. 3) Toma de muestras de láminas filtrantes para identificación del ensuciamiento y testeo de las propiedades filtrantes de las membranas. 5) Conservación del resto de las membranas en bisulfito de sodio. https://www.youtube.com/watch?v=aweeQ22FX5A.

Por otro lado, los resultados preliminares de reciclaje obtenidos a escala piloto son muy esperanzadores y atiende satisfactoriamente a las previsiones dictadas en el laboratorio. Hasta ahora se han transformado positivamente tres tipos de membranas procedentes de distintas desaladoras (agua de mar y salobre) con distinto tipo de ensuciamiento (orgánico e inorgánico). Aunque queda mucho camino por recorrer en el proyecto y muchas consideraciones para hacer de estos ensayos de transformación un proceso de reciclaje industrial, el cambio y la alternativa parecen estar cada vez más cerca.

Conclusiones

A pesar de que la mayor parte de las experiencias de reciclaje de membranas están en fase de investigación, algunas, son iniciativa de los propios gestores de la desalación (como es el proyecto LIFE TRANSFOMEM). Este hecho no es poco significativo, pues puede suponer una revolución dentro de la actual gestión de las membranas residuo siendo los mismos gestores quien en un futuro reciclen sus propias membranas y las reutilicen en sus propias instalaciones, disminuyendo así costes ambientales y financieros.

Bibliografía

[1] Water Desalination report, IDA Desalination Yearbook 2015-2016. ISBN:978-I-907467-40-0.

[2] M. Torres, Desalación y Planificación Hidrológica hoy, Rev. Ing. Y Territ. n.72 Desalación. (2005) 8–16.

[3] W. Lawler, Z. Bradford-Hartke, M.J. Cran, M. Duke, G. Leslie, B.P. Ladewig, et al., Towards new opportunities for reuse, recycling and disposal of used reverse osmosis membranes, Desalination. 299 (2012) 103–112.

[4] J.J. Rodríguez, V. Jiménez, O. Trujillo, J.M. Veza, Reuse of reverse osmosis membranes in advanced wastewater treatment, 150 (2002) 219–225.

[5] J.M. Veza, J.J. Rodriguez-Gonzalez, Second use for old reverse osmosis membranes: wastewater treatment, Desalination. 157 (2003) 65–72.

[6] S. Muñoz, R. Frank, I. Pilar, C. Pérez, F. Xavier Simón, Life+ Remembrane: End-of-life recovery of reverse osmosis, FuturEnviro. Noviembre (2014) 25–29.

[7] 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. Membr. Sci. 495 (2015) 305–315.

[8] S. Molina, R. García-Pacheco, L. Rodríguez-Sáez, E. García-Calvo, E. Campos, D. Zarzo, et al., Transformation of end-of-life RO membranes into recycled NF and UF membranes, surface characterization, in: IDA World Congr., San Diego, California, 2015.

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