La combinació de dues membranes en sèrie és una tecnologia estàndard per produir aigua d’alta qualitat, potable o per aplicacions industrials. S’anomena “sistemes integrats de membrana” (en anglès, integrated membrane systems o IMS). Tot i l’actual proliferació dels IMS, encara cal més recerca en aspectes com ara el destí final dels contaminants emergents (en anglès, compounds of emerging concern o CEC), el control de la N-nitrosodimetilamina (NDMA), la demanda d’energia i el cost total de producció d’aigua regenerada, i la monitorització de la integritat de la membrana en osmosi inversa (RO). La tesi doctoral de Julian Mamo ha investigat un element de cadascun d’aquests aspectes en un procés de MBR-RO/NF, és a dir, un bioreactor de membrana acoblat amb un procés d’osmosi inversa/nanofiltració, i ha obtingut resultats rellevants. També ha explorat si un sistema d’ajuda a la decisió (DSS) per la monitorització en línia de l’operació d’aquesta tecnologia milloraria l’actual estat de l’art dels IMS.
El destí dels productes farmacèutics i els seus productes de transformació – Els productes farmacèutics sovint són excretats del cos humà a molt més altes concentracions que el seu corresponent compost mare i romanen farmacològicament actius. Així, la tesi ha estudiat el destí d’un nombre de productes farmacèutics i dels metabòlits humans principals en el procés IMS. Els resultats mostren que dos processos de membranes consecutius, si es consideren globalment, són molt més eficients a l’hora d’eliminar aquests compostos. A més a més, si comparem les eficiències d’eliminació de les membranes de RO i NF, les de RO presenten un rati d’eliminació gairebé total (> 99%); mentre que el de les membranes de nanofiltració és superior al 90%.
El control de la formació de N-Nitrosodimetilamina (NDMA) – L’eliminació de nitrosamines per membranes de RO i NF és molt limitada. L’aplicació de rajos ultraviolats en la darrera fase del tren de tractament és també molt costosa a causa de la gran demanda energètica que comporta. Aquesta tesi s’ha centrat, doncs, en l’eliminació del potencial de formació de NDMA i dels seus precursors individuals en condicions nitrificants i no-nitrificants (assolides en canviar les condicions d’aeració del bioreactor). També ha estudiat l’eliminació del potencial de formació de NDMA i dels seus precursors individuals per mitjà d’una membrana NF a fi a i a efecte de valorar si aquesta podria aportar un rati de rebuig de NDMA suficient per assolir els estàndards de qualitat que s’exigeixen a l’aigua regenerada. Els resultats indiquen que durant l’operació anaeròbia normal, amb un sistema totalment nitrificant, la planta pilot de MBR pot reduir el potencial de formació de NDMA per sota del 94%; tot i així, el percentatge d’eliminació decreix fins al 72% en canviar les condicions per evitar la nitrificació. Això demostra que un sistema MBR totalment nitrificant afavoreix una millor eliminació dels precursors de NDMA durant el procés de regeneració d’aigua residual.
La reducció dels costos operacionals – A diferència dels sistemes RO de dessalinització, en què la temperatura i la salinitat són bastant constants, l’aigua residual mostra variacions diürnes clarament dependents de la captació. Julian Mamo ha investigat si aquestes variacions, pel que fa a constituents inorgànics i temperatura, justificarien la modificació de condicions d’un procés RO (en concret, la recuperació del sistema i la dosificació en el pre-tractament) per tal de minimitzar el cost operacional tot considerant el control del foulingde la membrana. Tot i que hi ha limitacions en l’ús de la conductivitat elèctrica (EC) com a paràmetre principal per a deduir els constituents iònics individuals en aigua residuals, amb les assumpcions correctes és possible obtenir un perfil útil de EC que podria ser emprat en un sistema d’optimització a temps real. A través de la presentació d’un estudi de casos considerant el cost energètic i dels productes químics de pre-tractament, la tesi demostra que hi ha espai per a desenvolupar una eina d’optimització en línia que associï un cost a les diferents condicions d’operació del procés i després qüestioni si hi ha una manera més eficient d’ajustar el sistema.
Millor monitorització i caracterització de les membranes – La manera en què els sensors EC, que es troben en qualsevol sistema RO/NF, s’estan utilitzant actualment no aporta gaire informació a l’operador pel que fa a la monitorització de la integritat de la membrana. Aquesta tesis investiga els límits de detecció de la integritat de la membrana emprant sensors EC i ens dóna estratègies per a millorar la caracterització de la integritat de la membrana.
Sistemes d’Ajuda a la Decisió – Tots els resultats previs s’han incorporat a una discussió per desenvolupar un DSS per al control integrat de IMS per a la regeneració d’aigua residual.
En definitiva, la tesi doctoral “Assessment and optimization of the operation of integrated membrane systems for wastewater reclamation” constitueix un pas significatiu per avançar vers una millor comprensió dels mecanismes físics i químics implicats en el tractament d’aigües residuals amb un sistema MBR-RO/NF i optimitzar així la seva operació. Dirigida pels Drs. Joaquim Comas, Ignasi Rodriguez-Roda i Hèctor Monclús, la tesi impulsa i reforça les línies de recerca del grup LEQUIA en tecnologia de membranes i DSS per al tractament d’aigua residual.
