Defensa de tesi doctoral “From ageing analysis to second life: a sustainable approach to osmosis membrane recycling”, de Bianca Zappulla

La dessalinització està augmentant arreu com a resposta a l’escassetat d’aigua, la qual cosa comporta un increment proporcional en la producció i el consum de membranes, especialment les utilitzades en sistemes d’osmosi inversa (OI). Algunes fonts estimen que hi ha més de set milions de membranes d’OI instal·lades a tot el món. La fabricació d’un únic mòdul d’aquestes membranes requereix 12 kg de plàstic i emet 85 kg de diòxid de carboni equivalents. Per tot això, promoure la seva reutilització i allargar el seu cicle de vida – actualment, entre 5 i 10 anys – és clau per assolir un model de tractament d’aigua més circular i sostenible.

Aquesta tesi ha estudiat les limitacions operacionals de la vida de membranes d’OI com ara l’assecat, l’ús industrial i l’exposició química amb la finalitat de 1) entendre millor el seu impacte en el rendiment de les membranes i 2) determinar si aquests factors en limiten el reciclatge. L’enfocament també es va aplicar a les membranes d’osmosi directa (OD). Els resultats demostren que:

• L’assecat redueix significativament la permeabilitat (fins al 65%). Tot i això, després de la immersió en etanol es produeix una recuperació parcial, la qual cosa indica que el dany a la capa de PA pot ser reversible. En canvi, en el cas de la capa de PSf, l’assecat provoca danys irreversibles (fins al 90% de pèrdua de permeabilitat), incloent esquerdes a la superfície.
• L’ús industrial comporta una degradació del rendiment de les membranes, sobretot degut a la compactació del porus en la capa de PSf i una degradació parcial de la capa de PA, confirmant l’impacte de l’ús prolongat en la integritat de les membranes.
• Un protocol en tres etapes amb clor lliure per degradar selectivament la capa de PA permet obtenir membranes amb propietats similars a les de nanofiltració (NF) i ultrafiltració (UF), confirmant la viabilitat de transformar membranes d’OI al final de la seva vida en membranes amb diferents propietats de separació.
• Tot i que les membranes ofereixen bona resistència a valors de pH àcids, neutres i bàsics, l’addició de 10 ppm de clor lliure provoca la seva degradació, especialment en condicions neutres i bàsiques.

Bianca Zappulla també va explorar un tractament oxidatiu químic alternatiu amb ozó pel reciclatge de membranes. A altes dosis, l’ozó va eliminar tant  la capa de PA com la de PSf, un comportament diferent del clor lliure, oferint així una estratègia prometedora per a la reutilització de la capa de suport de polièster. A exposicions baixes d’ozó, el mètode va resultar efectiu per convertir membranes totalment aromàtiques, mentre que les semi-aromàtiques van oferir una resistència superior.

Finalment, la investigadora va dur a terme una prova a escala pilot per validar el potencial de reutilització de membranes transformades. Es van convertir membranes noves però descartades, així com membranes d’OI al final de la seva vida útil, en membranes tipus NF i UF; i es van provar en un sistema de membranes per gravetat (GDM) tractant efluents d’una depuradora municipal. Els resultats van demostrar que les membranes d’OI transformades (reconvertides en membranes tipus UF) produïen aigua apta per a usos no potables. A més, l’estudi va destacar el potencial de les membranes tipus NF per a l’ús en sistemes GDM, tot i amb la limitació operativa de requerir rentats diaris per mantenir el rendiment.

En suma, aquesta recerca aporta nous coneixements científics sobre l’operació i el reciclatge de les membranes OI/OD que poden contribuir a allargar el seu temps de vida i a augmentar el seu potencial de reciclatge. La tesi ha estat dirigida pel Dr. Gaëtan Blandin, el Dr. Hèctor Monclús i el Dr. Ignasi Rodriguez-Roda del grup de recerca LEQUIA de la Universitat de Girona – que compta amb una llarga trajectòria de recerca i desenvolupament en el camp de les tecnologies de membranes.