La tecnología de membranas hacia la economía circular

La tecnología de membranas constituye uno de los campos más importantes dentro de los procesos de separación empleados para el tratamiento de agua. Concretamente, la tecnología de la ósmosis inversa (OI) es la más usada en desalación a nivel mundial por lo que genera un volumen cada vez mayor de módulos de membrana que una vez han alcanzado el fin de su vida útil, son depositados en los vertederos. Todo ello está haciendo necesario el enfoque de nuevas líneas de investigación para conseguir que las membranas desechadas dejen de ser un residuo y se conviertan en un recurso siguiendo así el modelo de economía circular.

Serena Molina y Junkal Landaburu – Instituto IMDEA Agua

La economía actual sigue un modelo lineal. Esto se traduce en que a partir de un recurso, se fabrica un producto, se consume y se deshecha. Si se necesita otro producto, el proceso comienza de nuevo para finalmente acabar desechando otro producto. Este modelo es el reflejo de una época en que los recursos y la energía se creían ilimitados y eran fáciles de obtener. Asimismo, no había conciencia de las graves consecuencias medioambientales que este comportamiento podía acarrear.

Los procesos industriales que emplean la tecnología de membrana no son una excepción del modelo de economía actual, ya que cuando las membranas dejan de ser eficaces en el proceso, se desechan y normalmente acaban en un vertedero. Esta solución, además de ser perjudicial para el medio ambiente, es cara y está totalmente en contra de los objetivos de la UE para avanzar hacia un sistema de economía circular. La economía circular pretende conseguir que los productos mantengan su utilidad, minimizando los residuos y el uso de nuevos recursos. Para ello, se deben tomar medidas en todas las etapas del ciclo de vida del producto, desde la obtención de materias primas, el diseño de productos y materiales hasta la gestión de residuos y el reciclaje.

La tecnología de membranas es una tecnología madura en la que continuamente se investiga y se consiguen avances para mantener las membranas el mayor tiempo posible dentro de la cadena de valor de sus procesos. Algunos aspectos estudiados son: la fabricación de nuevos materiales para obtener membranas con mejor rendimiento, el empleo de pretratamientos más eficientes, la limpieza y el reciclaje de membranas. Todas estas acciones pueden conducir a que la tecnología de membranas avance hacia una economía más circular [1].

El Grupo de Tecnología de Membranas de IMDEA Agua quiere contribuir a ello y está centrando sus esfuerzos en el reciclaje y reutilización de membranas. Con ello se pretende encontrar una vía alternativa al vertedero para aquellas membranas que ya no son válidas y que han sido desechadas por desaladoras. De esta forma, dejarán de ser un residuo para convertirse en un nuevo recurso y podrán reutilizarse en otras etapas del tratamiento de aguas.

Con esta filosofía el grupo de membranas participa en el Proyecto regional REMTAVARES S2013/MAE-2716, llevando a cabo la investigación sobre la modificación de membranas de ultrafiltración (UF) y nanofiltración (NF) recicladas. Estas membranas recicladas han sido obtenidas mediante la transformación de membranas de ósmosis inversa (OI) que ya han llegado al final de su vida útil y que han sido desechadas por plantas de desalación. IMDEA Agua cuenta con un stock de membranas deterioradas de plantas desaladoras gestionadas por SADYT y VALORIZA Agua bajo el marco del proyecto europeo LIFE+13 ENV/ES/000751 TRANSFOMEM, que ya se encuentra en fase piloto (http://www.life-transfomem.eu/).

En el proyecto REMTAVARES, la modificación de las membranas recicladas tiene la finalidad de mejorar su rendimiento y selectividad para la eliminación de contaminantes emergentes de aguas residuales procedentes de hospitales. El uso generalizado de los productos farmacéuticos ha dado lugar a una descarga continua de esos productos y sus metabolitos en las aguas residuales. Además, estos compuestos activos podrían llegar a las fuentes de agua a través de aguas residuales de las personas por eliminación inapropiada de medicamentos (por ejemplo, arrojándolos por el inodoro); o por medio de residuos líquidos agrícolas o el estiércol del ganado. Este tema despierta una gran preocupación pues aún no se conocen con certeza sus efectos. Hay estudios que apuntan hacia una posible alteración de las funciones endocrinas de los organismos acuáticos y de los seres humanos, y que se acumulan en la cadena alimentaria, con los consiguientes riesgos que supondría.

Figura 1. Esquema de modificación superficial

La modificación superficial de las membranas de UF y NF se basará en el recubrimiento con polidopamina (Figura 1). Esta modificación superficial se realiza en condiciones suaves, proporcionando una ruta fácil y no agresiva que permite funcionalizar la superficie de manera sencilla [2,3]. Aprovechando la versatilidad de este recubrimiento, se podrán introducir en su superficie macromoléculas como Jefaminas o Quitosano que aportarán hidrofilia a la membrana, lo que se traducirá en una mayor resistencia al «biofouling» o ensuciamiento biológico. Los primeros resultados de estas modificaciones superficiales son muy positivos y esperanzadores, pues las membranas modificadas recuperan un mayor porcentaje de flujo de agua tras realizarse ensayos de ensuciamiento con proteínas. Por otro lado, jugando con las concentraciones y los tiempos de modificación empleados, podría abrirse un amplio abanico de aplicaciones para estas membranas recicladas que evitaría su depósito en los vertederos.

En este sentido, el Grupo de Tecnología de membranas trabaja ya en otro proyecto nacional dentro del programa estatal de investigación, desarrollo e innovación orientada a los retos de la sociedad recientemente concedido, INREMEM (CTM2015-65348-C2). Se trata de un proyecto coordinado en el que IMDEA Agua colabora con el Departamento de Física Aplicada I de la Universidad Complutense de Madrid. En este caso, IMDEA Agua investiga las nuevas aplicaciones de las membranas recicladas para el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante el uso de biorreactores de membrana (BRM), para la regeneración de disoluciones osmóticas mediante la electrodiálisis (ED) y para el tratamiento de aguas superficiales con biomembranas.

La investigación sobre el aprovechamiento de membranas desechadas podría llegar a convertirse en un reto ambiental, social e industrial tanto a nivel nacional como internacional. Por ello, IMDEA Agua apuesta por el reciclaje de membranas lo cual permitirá acercar esta tecnología hacia el modelo de economía circular y ayudará a profundizar en un campo prácticamente inexplorado hasta ahora.

 

Bibliografía

[1] Fouling prevention, preparing for re-use and membrane recycling. Towards circular economy in RO desalination. Junkal Landaburu-Aguirre, Raquel García-Pacheco, Serena Molina, Laura Rodríguez-Sáez, Javier Rabadán, Eloy García-Calvo. Desalination, April 2016. In Press.

[2] Perspectives on poly(dopamine). Daniel R. Dreyer, Daniel J. Miller, Benny D. Freeman, Donald R. Paul and Christopher W. Bielawski. Chemical Science, 2013, 4, 3796–3802.

[3] Effect of polydopamine deposition conditions on fouling resistance, physical properties, and permeation properties of reverse osmosis membranes in oil/water separation. Sirirat Kasemset , Albert Lee, Daniel J. Miller, Benny D. Freeman, Mukul M. Sharma. Journal of Membrane Science 425-426 (2013) 208–216.

 

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