Eliminación de metales pesados de aguas mediante filtración con membranas de ósmosis directa

Abstract

La escasez de agua potable y la contaminación por sustancias tóxicas, derivados de actividades industriales, mineras y agrícolas, son retos globales que afectan la salud y el medio ambiente. La ósmosis directa se presenta como una alternativa prometedora para eliminar estos contaminantes, ofreciendo una solución más eficiente en términos de energía en comparación con métodos tradicionales, contribuyendo así a la sostenibilidad en el tratamiento del agua. En este Trabajo de Fin de Máster, se ha evaluado la capacidad de membranas de ósmosis directa para la eliminación de metales pesados en agua en diferentes condiciones de operación. Para ello, se llevaron a cabo distintos experimentos en los que se analizó el efecto de distintas condiciones operacionales del proceso para encontrar las mejores condiciones para la eliminación de metales pesados en aguas. Se han estudiado diferentes concentraciones de la solución de extracción (0.5 M y 1.0 M de tres sales diferentes: NaCl, KCl y NH4H2PO4), diferentes condiciones de pH (ácido y neutro) de la solución de alimentación, dos configuraciones de membranas comerciales de ósmosis directa (una de fibra hueca y otra plana) y un agua dopada con seis metales pesados ((Níquel (Ni), Cadmio (Cd), Plomo (Pb), Cromo (Cr), Arsénico (As) y Zinc (Zn)) como solución de alimentación, para analizar el rechazo y la recuperación de los metales pesados durante el proceso de ósmosis directa. Tras el análisis de las diferentes condiciones operacionales se encontró que la configuración de membrana de fibra hueca con soluciones de extracción de concentración 0.5 M y soluciones de alimentación con pH ácido es la mejor opción para la eliminación de los seis metales pesados estudiados, lo cual se verificó con el análisis del rechazo y recuperación de los metales. Por tanto, la osmosis directa se presenta como alternativa prometedora para la eliminación de metales pesados de aguas, aunque el proceso necesita ser aplicado a aguas residuales reales con el fin de optimizar todos los parámetros del proceso

The scarcity of drinking water and contamination by toxic substances, derived from industrial, mining and agricultural activities, are global challenges that affect health and the environment. Direct osmosis is presented as a promising alternative to eliminate these contaminants, offering a more efficient solution in terms of energy compared to traditional methods, thus contributing to sustainability in water treatment. In this Master's Thesis, the capacity of direct osmosis membranes for the elimination of heavy metals in water under different operating conditions has been evaluated. To this end, different experiments were carried out in which the effect of different operational conditions of the process was analyzed to find the best conditions for the elimination of heavy metals in water. Different concentrations of the extraction solution (0.5 M and 1.0 M of three different salts: NaCl, KCl and NH4H2PO4), different pH conditions (acidic and neutral) of the feed solution, two configurations of commercial direct osmosis membranes (one hollow fiber and one flat) and water doped with six heavy metals ((Nickel (Ni), Cadmium (Cd), Lead (Pb), Chromium (Cr), Arsenic (As) and Zinc (Zn)) as feed solution have been studied to analyze the rejection and recovery of heavy metals during the direct osmosis process. After the analysis of the different operational conditions, it was found that the hollow fiber membrane configuration with extraction solutions of 0.5 M concentration and feed solutions with acidic pH is the best option for the removal of the six heavy metals studied, which was verified with the analysis of the rejection and recovery of the metals. Therefore, direct osmosis It is presented as a promising alternative for the removal of heavy metals from water, although the process needs to be applied to real wastewater in order to optimize all process parameters