Aplicaciones de la nanofiltración para el acondicionamiento del agua potable destinada a la industria farmaceútica y tratamiento de vertidos tóxicos conteniendo metales pesados cromo (IV) y plomo (II)

Resumo

1.- PLANTEAMIENTO Los procesos de filtración con membranas mediante gradiente de presión, (Pressure-driven Membrane Processes, PDMP) son los que tienenuna mayor implantación en Jos tratamientos de las aguas a escala industrial. Estos procesos de separación, se han dividido tradicionalmente entres rangos: microfiltración (MF); ultrafiltración (UF) y ósmosis inversa (01). El último proceso incorporado a los anteriores, se denomina la nanofiltración (NF). La Nanofiltración (NF) [1] es un proceso intennedio entre Ja Ultrafiltración y la Osmosis Inversa. El umbral de corte se sitúa en el intervalo comprendido entre 200 y 1000 Dalton. El nombre de nanofiltración deriva del hecho de que el diámetro medio del poro es del orden de 1 nanómetro (nm) ( 1ff9 m) La presión de operación está comprendida entre 1.0 y 4.0 MPa (10-40 bar). En los últimos años, la nanofiltración (NF)ha alcanzado un elevado nivel de desarrollo, siendo diseñada inicialmente para el ablandamiento de aguas, sus aplicaciones potenciales van en aumento fundamentalmente en el tratamiento de aguas. También está teniendo un gran desarrollo en el tratamiento de vertidos procedentes de numerosas industrias: papelera, textil, galvanotécnica y láctea entre otras. El tratamiento de las aguas constituye un sector en el que la Nanofiltración (NF) está alcanzando un gran desarrollo, con el objeto de reducir y controlar la contaminación de origen orgánico e inorgánico, pennitiendo así cumplir los objetivos de la nueva Directiva Marco del Agua 2000/60/CE (DMA). Además, la introducción de la nueva Directiva está produciendo cambios profundos en la gestión de los recursos hídricos a nivel industrial. El agua para uso farmacéutico requiere alta pureza para garantizar que no hay interferencia de contaminantes que afectan a la calidad de los medicamentos que se producen o se inyectan, que es crucial para su eficacia y la salud del paciente. Las farmacopeas describen varios tipos diferentes de agua para uso farmacéutico se pueden dividir en dos grandes grupos: Agua Purificada (PW) y agua para inyección (WFI). Uno de los grandes problemas medioambientales Jo constituye la presencia de metales pesados en las aguas superficiales destinadas a la producción de agua potable. Este tipo de contaminantes suelen ser muy refractarios a las tecnologías convencionales, utilizadas en los tratamientos de las aguas. La actividad urbana, industrial y minera arroja al ambiente metales tóxicos como plomo, mercurio, cadmio, arsénico y cromo, muy dañinospara la salud humana y para la mayoría de formas de vida. La presente Tesis Doctoral pretende abordar dos aplicaciones industriales de la nanofiltración de gran relevancia, como son: (a) El acondicionamiento del agua potable obtención de agua de calidad farmacéutica a partir de una fuente de agua potable, con un pretratamiento mediante nanofiltración. (b) El tratamiento de los vertidos tóxicos que contienen metales pesados, como el Cromo (VI) y el Plomo (11) 2.- DESARROLLO La ejecución, desarrollo y desglose de tareas. abarca la realización de las siguientes actividades concretas: (1) Caracterización de macroscópica de las membranas comerciales de nanofiltración (NF). Se realizará la caracterización macroscópica de las membranas de nanofiltración (NF) a nivel de aplicación en la planta piloto semiindustrial. en uno o más parámetros como el flujo de permeado (Je). rechazo (R(%)) y constante de permeabilidad (Aw). hallando las curvas R/Jp, y comprobando los procesos de transporte con disoluciones modelo. (2) Caracterización superficial de las membranas comerciales de nanofiltración (NF). Se realizará mediante las técnicas de : Potencial "z"; X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) y Atomic force microscopy (AFM). (3) Tratamiento del agua potable mediante nanofiltración para la industria farmacéutica . Se pretende utilizar la nanofiltración como etapa previa a la osmosis inversa (01). para la producción de agua de calidad farmacéutica. De esta forma se reducirán el número de pasos de 01 y al mismo tiempo. se pretende estudiar la posibilidad de eliminar el proceso de intercambio iónico, que se utiliza de forma convencional en el ablandamiento de aguas. (4) Tratamiento mediante NF de vertidos tóxicos conteniendo metales pesados como el Cromotvll y el Plomo (11). Se evaluará el uso de la nanofiltración como nueva tecnología para el tratamiento de vertidos altamente tóxicos quecontienen metales pesados (Cr(VI) y Pb(ll)), utilizando un rango de concentraciones bajos( 1-100 ppm), donde no es posible su eliminación mediante las tecnologías convencionales. (5) Evaluación de la minimización del impacto ambiental y recuperación de agua en las aplicaciones estudiadas. Los permeados obtenido de la etapa de nanofiltración utilizando diferentes membranas. pueden ser destinados a la recuperación de agua, para ser usada con distintos fines. (6) Modelado de los procesos. A partir de los resultados obtenidos y la optimización de las condiciones de operación. permitirán desarrollar los modelos relativos al proceso de transporte a través de las membranas de nanofiltración (NF). facilitando así el futuro escalado a nivel industrial. Se utilizará el modelo de TI: S ie ler-Kedem, así como la metodolo ía de diseño factorial y superficie respuesta. 3.- CONCLUSIONES Se hacen aportaciones interesantes sobre las aplicaciones de la nanofiltración (NF) con el objeto de sustituir ventajosamentea una de las etapas del doble paso de ósmosis inversa (RO-RO), remplazando la primera etapa por NF, convirtiendo el proceso de dos etapas en NF-RO. Según los datos experimentales obtenidos, la incorporación de la nanofiltración puede seruna tecnología muy prometedora para la producción de agua de calidad farmacéutica y otros tipos de agua de alta pureza. Desde el punto de vista estructural se han caracierizado macroscópicamente las membranas de nanofiltración: AFC80, AFC40 y AFC30, determinando la permeabilidad para el agua destilada (Aw), el flujo de permeado (Jp) y el rechazo salino (R,%). En cuanto a la caracterización superficial de las membranas para la determinación de su carga superficial, se presentan resultados valiosos sobre la determinación del Punto lsoeléctrico (PI) mediante medidas del el potencial "z"; También se consiguen interesantes y muy novedosos resultados sobre el conocimiento de la composición de la capa activa, de la cual dependen en definitiva sus propiedades de separación, utilizando para ello la tecnología de XPS, cuyos datos corroboran la carga negativa de las membranas, obteniendo la secuencia de menos negativa a más negativa (AFC80 < AFC40> AFC30). Esta información también coincide con los criterios de Peeters, sobre la naturaleza de la carga de la capa activa de las membranas, a partir de los datos obtenidos sobre el rechazo salino. También se determinó la topografia de la superficie de las membranas, así como la distribución del tamaño de poro de las mismas. Finalmente se presentan unos excelentes resultados en cuanto a la eficacia del empleo de la tecnología de la nanofiltración (NF), para la eliminación de la contaminación de las aguas, derivada de la presencia de los metales tóxicos como el Cr(VI) y ePb(ll), que periten cumplir con la normativa de la EPA y WHO.