Anar al contingut (clic a Intro)
UdG Home UdG Home
UdG 30 anys
Tancar
Menú

Transport massiu i embrutament de noves membranes compostes de pel·lícula fina d’osmosi directa

Tesi doctoral de Marc Sauchelli Toran: "Mass Transport and Fouling of Novel Forward Osmosis Thin-Film Composite Membranes". Direcció: Dr. Wolganga Gernjak i Dr. Ignasi Rodriguez-Roda. Institut Català de Recerca de l'Aigua

L'osmosi directa (OD) és especialment eficaç per tractar aigües residuals amb un alt potencial de contaminació i embrutiment. En el context de la reutilització de l'aigua, la OD s'està mostrant com un procés de tractament robust, generalment abans d'una etapa d'osmosi inversa (OI). No obstant això, la comercialització de la OD depèn del desenvolupament de membranes de major permeabilitat. Un avanç significatiu recent es va produir amb l'aparició de membranes thin-film composite (TFC). Tot i que les membranes de TFC s'han fabricat i provat amb èxit a escala pilot, el seu rendiment en OD encara no s'ha determinat mitjançant una caracterització completa sota condicions de flux d'aigua elevat. Tot i l'aparent menor propensió a l'embrutiment de la OD en comparació de la OI, l'embrutiment de la membrana segueix sent una restricció important, limitant l'eficàcia del procés a llarg termini. S'han realitzat nombrosos estudis per determinar els factors i mecanismes complexos que regeixen el comportament de l'embrutiment de les membranes d'OD. No obstant això, atès que la majoria dels estudis d'embrutiment s'han realitzat amb la mateixa membrana de tri-acetat de cel·lulosa (CTA) de referència, hi ha la necessitat d'investigar els fenòmens d'embrutiment en les condicions operatives modificades amb les noves membranes de TFC. Un altre desafiament associat amb la recuperació d'aigua residual per a ús potable és la presència de microcontaminants orgànics emergents (Troc). Un benefici principal de la OD és l'alt rebuig d'una sèrie de contaminants orgànics. Per tant, la OD ha rebut molta atenció com a procés d'eliminació d'aquests compostos. Referent a això, els mecanismes d'eliminació dels compostos orgànics encara no es coneixen del tot. En particular pel que fa al paper de la difusió de sal inversa i la influència de saturació de sal en el rebuig dels TrOCs a les membranes de TFC.
En aquesta tesi, el transport de massa a través de les noves membranes de TFC s'ha estudiat i modelat inicialment utilitzant dos mètodes de caracterització d'OD. Les millores en la permeabilitat d'aigua de la membrana es van observar clarament per a les dues membranes TFC seleccionades. Els fluxos d'aigua de les noves membranes de TFC van excedir els 20 L m-2 h-1, fins i tot a baixes concentracions de sal a la solució d'extracció. Això es va atribuir a una major grandària de porus de la capa activa i a que les capes de suport són més primes. Tot i que els mètodes de caracterització aplicats van determinar amb èxit el transport i els paràmetres estructurals de les membranes convencionals, es va descobrir que les noves membranes de TFC eren més sensibles als errors experimentals durant la caracterització i, per tant, requereixen un enfocament més rigorós per poder comparar el seu rendiment. La major permeabilitat d'aigua deles membranes de TFC va ser acompanyada per un menor rebuig de compostos orgànics neutres i carregats positivament. Mentre que els soluts amb càrrega negativa es van rebutjar per sobre del 90%, alguns soluts amb càrrega positiva i neutra van tenir rebutjos de menys del 60%. Es va observar que les interaccions electrostàtiques entre els soluts orgànics i la càrrega superficial de les noves membranes de TFC va afectar fortament el rebuig dels soluts. A més, es va veure que l'ús de concentracions típiques de la solució d'extracció en l'operació de la OD altera les interaccions entre els soluts i la membrana, afectant indirectament el transport de compostos orgànics.
En aquest estudi també es va examinar l'embrutiment d'alginat de les noves membranes de TFC sota diferents forces impulsores (pressió osmòtica i pressió hidràulica). Es va produir més embrutiment quan la diferència de pressió osmòtica es va mantenir constant, amb més del triple de la quantitat d'alginat dipositat a la membrana. Aquest resultat contrasta amb la premissa d'una baixa tendència a l'embrutiment en el procés de la OD. D'altra banda, una capa d'embrutiment més prima però més densa va ser obtinguda a una pressió hidràulica aplicada d'1 bar. Això es va atribuir en part a la compactació induïda per pressió hidràulica juntament amb els efectes degeneratius de la integritat de la membrana sota pressió hidràulica. En quantificar el paràmetre estructural de la capa d'embrutiment, es va trobar que el model actual no té paràmetres estructurals prou precisos relacionats amb els gels d'alginat per permetre una millor descripció del comportament d'embrutiment de membranes.
En general, el coneixement obtingut d'aquesta tesi sobre els complexos fenòmens de transport de massa a través de les noves membranes de TFC és molt rellevant per alsdesenvolupadors de membranes que busquen millorar el rendiment de la membrana, mantenir un alt rebuig dels TrOCs i millorar les propietats per evitar l'embrutiment. A més, per avançar en l'aplicació de la OD en el tractament i reutilització d'aigües residuals, es necessiten sistemes i mòduls de membrana més eficients. Aquests dependran de models precisos de flux d'aigua que tinguin en compte els impactes de l'embrutiment i de la pressió hidràulica, així com una major permeabilitat en el rendiment de la membrana.

Lectura de la tesi: 18/07/2019

Consulta la tesi a TDX: http://hdl.handle.net/10803/670169

Notícies relacionades

Escull quins tipus de galetes acceptes que el web de la Universitat de Girona pugui guardar en el teu navegador.

Les imprescindibles per facilitar la vostra connexió. No hi ha opció d'inhabilitar-les, atès que són les necessàries pel funcionament del lloc web.

Permeten recordar les vostres opcions (per exemple llengua o regió des de la qual accediu), per tal de proporcionar-vos serveis avançats.

Proporcionen informació estadística i permeten millorar els serveis. Utilitzem cookies de Google Analytics que podeu desactivar instal·lant-vos aquest plugin.

Per a oferir continguts publicitaris relacionats amb els interessos de l'usuari, bé directament, bé per mitjà de tercers (“adservers”). Cal activar-les si vols veure els vídeos de Youtube incrustats en el web de la Universitat de Girona.