Aplicación de membranas de ósmosis directa para la eliminación de metales pesados en aguas residuales

Abstract

En este Trabajo Fin de Máster se ha evaluado la capacidad de una membrana biomimética de fibra hueca “Aquaporin Inside HFFO.6” para la eliminación de metales pesados del agua mediante el proceso de ósmosis directa (FO). Este estudio surge de la creciente preocupación por la contaminación hídrica, en particular por metales pesados, que representa un riesgo tanto ambiental como sanitario. En este estudio se evaluó el rendimiento de dicha membrana bajo distintas condiciones de operación, centrándose en la eliminación de cromo, níquel, plomo y zinc. Se estudió el efecto de cuatro variables que intervienen en el proceso de ósmosis: el tipo de sal utilizado en la solución de extracción (NaCl, NaAcO, KNO₃), su concentración (0.5 y 1.0 M), el pH de la solución de alimentación (3.5 y 7.5) y la duración del experimento (10 y 20 minutos), mediante la evaluación de las variables respuesta: el rechazo (R%) y la recuperación de metales (MR). Para el cálculo de estas variables, se determinaron parámetros clave como el flujo de agua (Jw) y el flujo reverso de sal (Js), que permiten caracterizar el comportamiento de la membrana en las condiciones estudiadas. Los resultados obtenidos se analizaron mediante un ANOVA multifactorial. Estos mostraron que las condiciones operacionales que maximizaron el flujo de agua y minimizaron el flujo reverso fueron: utilizar acetato de sodio como sal en la solución de extracción, a una concentración de 0.5 M, con una solución de alimentación a pH 3.5 y una duración de 10 minutos. Sin embargo, al utilizar nitrato de potasio como sal en lugar de acetato de sodio bajo estas mismas condiciones, se consiguieron mejores resultados para la recuperación de los metales. Los valores de rechazo obtenidos fueron muy elevados para todos los metales, independientemente de las condiciones utilizadas.

In this Master's Thesis, the performance of a biomimetic hollow fiber membrane, “Aquaporin Inside HFFO.6”, was evaluated for the removal of heavy metals from water using the forward osmosis (FO) process. This study stems from the growing concern over water pollution, particularly by heavy metals, which poses both environmental and health risks. The study assessed the membrane’s performance under different operational conditions, focusing on the removal of chromium, nickel, lead, and zinc. The effect of four variables involved in the osmosis process was studied: the type of salt used in the draw solution (NaCl, NaAcO, KNO₃), its concentration (0.5 and 1.0 M), the pH of the feed solution (3.5 and 7.5), and the duration of the experiment (10 and 20 minutes), by evaluating the response variables: rejection (R%) and metal recovery (MR). To calculate these variables, key parameters such as water flux (Jw) and reverse salt flux (Js) were determined, allowing the characterization of membrane behavior under the studied conditions. The results obtained were analyzed using a multifactorial ANOVA. They showed that the operational conditions that maximized water flux and minimized reverse salt flux were: using sodium acetate as the salt in the draw solution at a concentration of 0.5 M, with a feed solution at pH 3.5 and an experiment duration of 10 minutes. However, when potassium nitrate was used instead of sodium acetate under the same conditions, better results were achieved for metal recovery. The rejection values obtained were very high for all metals, regardless of the conditions used.