Membranas novedosas para un mejor tratamiento de aguas residuales

Una colaboración entre el Instituto de Tecnología de Singapur y la startup local SideStroem Water Technologies tiene como objetivo optimizar las membranas de ósmosis directa de tipo nanofiltración a escala de laboratorio para el reciclaje de agua industrial.

AsianScientist (1 de marzo de 2023) – Junto con el crecimiento de la población y la industrialización, la escasez de agua encabeza la lista de problemas globales. Una forma de aliviar este problema es mediante la recuperación de aguas residuales, siendo el proceso NEWater de Singapur un excelente ejemplo. Desafortunadamente, los procesos de reciclaje de aguas residuales a escala industrial son actualmente inadecuados cuando se considera el objetivo de la futura sostenibilidad del agua.

El método de tratamiento de aguas residuales más utilizado en las industrias textil y de curtiduría es la nanofiltración, que utiliza alta presión hidráulica para mover el agua a través de una membrana mientras retiene algunas sales valiosas.

Sin embargo, la alta presión del agua provoca una grave contaminación de la membrana o la deposición de partículas sobre la superficie de la membrana, lo que luego provoca el bloqueo de los poros de la membrana. Debido a la obstrucción, se necesitan ciclos de limpieza frecuentes y reemplazos de membrana. Como tal, el funcionamiento estable del sistema requiere técnicas de pretratamiento costosas y engorrosas.

El actual reciclaje de agua industrial no sólo es ineficiente, sino que también es perjudicial para el medio ambiente.

“La mayoría de los efluentes normalmente se envían a incineración. En teoría, necesitamos gastar alrededor de 620 kilovatios-hora de energía para incinerar una tonelada de aguas residuales, lo que equivale a 266 kilogramos de dióxido de carbono”, mencionó el profesor asociado Zuo Jian del Grupo de Alimentos, Química y Biotecnología del Instituto de Tecnología de Singapur. (SENTARSE).

Con el creciente costo de la energía y el impacto ecológico perjudicial de los métodos actuales, es imperativo encontrar una solución alternativa para el reciclaje de aguas residuales.

A través de la colaboración entre el profesor asociado Zuo y SideStroem Water Technologies (SideStroem), se ha desarrollado una novedosa tecnología de ósmosis directa (FO) para el tratamiento de aguas residuales y se está optimizando para su uso a escala industrial. El proyecto combina la destreza de investigación de SIT (la Universidad de Aprendizaje Aplicado del país) en filtración por membrana y el historial de SideStroem en procesos de FO.

“La ósmosis directa puede ayudar a aliviar los problemas asociados con la nanofiltración tradicional porque tiene una baja tendencia a la contaminación. Las membranas de FO pueden conservar la estabilidad operativa incluso cuando las aguas residuales tienen un alto contenido de contaminación por naturaleza. De este modo, podemos evitar costosos procesos de pretratamiento”, explicó el profesor asociado Zuo.

De hecho, la FO está ganando popularidad en el tratamiento de aguas residuales industriales, y con razón. A diferencia de la nanofiltración, la FO no requiere presión externa y, por tanto, consume menos energía. Además de su menor tendencia a la suciedad, también es adecuado para soluciones sensibles a la presión y al calor.

Además, SideStroem ha fabricado membranas especiales de FO de tipo nanofiltración (tipo NF), que pueden recuperar y reciclar selectivamente tanto agua como sales monovalentes de corrientes de aguas residuales.

La colaboración con el profesor asociado Zuo ha permitido lograr avances significativos con las membranas. Estos incluyen altas tasas de rechazo de iones divalentes (más del 99 por ciento) mientras se mantienen bajas tasas de rechazo de iones monovalentes, tasas de extracción 50 veces mayores de solutos monovalentes y una permeabilidad al agua pura tres veces mayor en comparación con las membranas comerciales de FO.

Dadas estas características, el profesor asociado Zuo destacó dos ventajas clave de la FO sobre las tecnologías tradicionales de nanofiltración:

"FO es capaz de lograr mayores tasas de recuperación de agua y demuestra una resiliencia de alto rendimiento y estabilidad operativa en aplicaciones desafiantes con alto contenido de incrustaciones, lo que reduce la necesidad de extensos procesos de pretratamiento".

Esta tecnología ofrece la enorme ventaja de disminuir los gastos operativos del tratamiento de aguas residuales y al mismo tiempo aumentar el rendimiento de los recursos recuperados, una gran mejora con respecto a los métodos de tratamiento actuales.

En la actualidad, la membrana FO de tipo NF se ha ampliado desde muestras de investigación básica de sólo unos pocos centímetros cuadrados hasta prototipos de tamaño de papel A4, un paso esencial para su posterior traducción a escalas comerciales aún mayores.

“El plan es tener el primer elemento de membrana a escala comercial (de cuatro a ocho pulgadas) en 2023, que pueda usarse para pruebas a escala piloto, recopilación de datos y generación de conocimiento. Después de eso, organizaremos pruebas de membrana a gran escala”, compartió el profesor asociado Zuo.

El impacto de esta tecnología es enorme. Debido a su capacidad para recuperar simultáneamente agua y solutos valiosos y al mismo tiempo tener un bajo costo de tratamiento, esta novedosa membrana de FO tipo NF tiene el potencial de revolucionar el tratamiento de aguas residuales industriales en Singapur y más allá. Además, al reducir las emisiones de carbono, es más ecológico.

La versatilidad de la tecnología también la hace relevante para otros métodos y campos. Una industria que puede beneficiarse de la membrana desarrollada es la industria de la fermentación. Gracias a la capacidad de la membrana para eliminar los subproductos inhibidores del caldo de fermentación, el proceso de fermentación puede realizarse de forma continua. Esto luego mejora la productividad de la industria y reduce los costos de capital.

“He estado activo en el campo de la investigación de membranas durante más de 10 años y veo el potencial de las tecnologías de membranas en el tratamiento de aguas residuales industriales. La tecnología FO es ventajosa, pero la falta de membranas adecuadas ha limitado su aplicación. Espero que nuestra nueva membrana pueda mejorar el tratamiento del agua basado en FO en diversas industrias”, dijo el profesor asociado Zuo.

Para leer más sobre esta tecnología, póngase en contacto con el profesor asociado Zuo Jian aquí y con SideStroem Water Technologies aquí.—

Fuente: SIT; Imágenes: Keng Photography/Tan Eng Keng, Shutterstock Este artículo no refleja necesariamente las opiniones de AsianScientist o su personal.

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Asian Scientist Magazine es una revista galardonada de ciencia y tecnología que destaca noticias de I+D de Asia para una audiencia global. La revista es publicada por Wildtype Media Group, con sede en Singapur.

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