Technical and environmental viability of membrane technologies in water treatment: NF in drinking water process and MBR for watewater reuse
- Autores: Gemma Ribera Simon
- Directores de la Tesis: Xavier Martínez-Lladó (dir. tes.), Xavier Gamisans Noguera (dir. tes.), Miquel Rovira Boixaderas (dir. tes.), Frederic Clarens Blanco (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2013
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Josep Caixach Gamisans (presid.), José Luis Cortina Pallás (secret.), Emile Robin Cornelissen (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
La present tesi doctoral tracta de l’estudi de la tecnologia de membranes des d’un punt de vista aplicat: com és el cas de la nanofiltració (NF) pel tractament d’aigua potable i de l’ús d’un bioreactor de membranes (MBR) per la depuració d’aigües residuals. La primera part ha estudiat la capacitat de la NF per reduir el contingut de precursors de subproductes de desinfecció presents en l’aigua potable, especialment dels trihalometans (THM). En canvi, la segona part ha avaluat la capacitat de la tecnologia MBR per tractar els efluents de la indústria vinícola i dotar a l’aigua residual de la qualitat necessària per a la seva reutilització. Les membranes de NF s’han estudiat des d’escala laboratori, en configuració de mòdul pla, fins a planta pilot utilitzant 18 mòduls en espiral. Els estudis previs a nivell de laboratori han permès comparar 10 membranes comercials de NF en funció de la seva permeabilitat i capacitat de reducció del potencial de formació de trihalometans (PFTHM). La majoria d’elles permeten reduir el PFTHM en més del 95%, tot i que presenten rebutjos variables respecte les sals inorgàniques, fet que afecta la permeabilitat i consum energètic del sistema. En aquest estudi també es va tenir en compte com afecta la variabilitat estacional i el punt de captació sobre la qualitat de l’aigua d’entrada a les membranes. Es van seleccionar dues membranes per a l’estudi en paral·lel en la planta pilot obtenint un bon rendiment en ambdós casos sota condicions d’operació òptimes. Amb l’objectiu final d’optimitzar el procés de tractament, es van avaluar diferents aspectes: capacitat de separació de diferents components inorgànics i orgànics, requeriments de pressió d’entrada per treballar a igual recuperació per a un mateix cabal d’entrada, pretractament, reducció del flux inicial de permeat i efectivitat de les neteges químiques. Els resultats obtinguts a ambdues escales es van comparar per poder validar la predicció des del nivell de laboratori, juntament amb els programes de disseny dels proveïdors. Finalment, en aquest treball també es va avaluar l’impacte ambiental d’aquesta tecnologia mitjançant l’anàlisi de cicle de vida (ACV) utilitzant les dades obtingudes de la planta pilot i aproximacions per a una possible instal·lació a escala real de la NF. Els resultats d’aquest estudi indiquen un increment de l’impacte ambiental, respecte el procés actual, degut principalment al major consum energètic durant l’operació de les membranes. Combinant l’estudi d’ACV amb l’anàlisi de risc per a la salut humana en funció de la qualitat de l’aigua obtinguda s’ha desenvolupat una eina que ajuda al disseny del escalat de la planta real. De fet, en l’estudi s’observa que es pot arribar a obtenir una reducció del 75% del risc associat a la presencia de THM a l’aigua potable. D’altra banda, per avaluar la tecnologia MBR es va instal·lar una planta pilot a la depuradora d’una empresa vinícola. Durant els mesos d’operació es va comparar la qualitat dels efluents del sistema convencional i del MBR. Demostrant que el MBR presenta una qualitat final molt superior que en permet la seva reutilització en diferents aplicacions. També es va demostrar com la tecnologia MBR es capaç d’absorbir les variacions de càrrega i cabal que presenten els efluents d’aquesta indústria, fet que demostra la seva aplicabilitat en aquest sector. Les dades obtingudes d’aquesta planta pilot també es van utilitzar per avaluar l’impacte ambiental derivat de la implementació a escala real de la tecnologia MBR. Els resultats obtinguts es van comparar amb el procés existent, basat en la digestió aeròbica de fangs activats, on s’observa un trasllat de l’impacte entre vectors ambientals, degut a que la millora de la qualitat de l’aigua i per tant reducció en categories d’impacte ambiental com la eutrofització implica l’augment del consum energètic i per tant un augment de l’impacte en categories com el canvi climàtic o la formació de partícules o del smog fotoquímic.
