Aplicación de la tecnología de membranas a la depuración de aguas residuales de la industria oleícola

Resumen

En investigaciones previas, el grupo de investigación de Tecnología de Procesos Químicos y Bioquímicos (TEP025), del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Granada, ha desarrollado un proceso físico-químico avanzado para el tratamiento en continuo de las aguas residuales de la industria oleícola, consistente en las siguientes etapas básicas: (I) coagulación-floculación previa, (II) oxidación química avanzada pseudo-Fenton, (III) neutralización/floculación, (IV) decantación y finalmente (V) filtración a través de un sistema de filtros en serie de distintos materiales (arena y hueso de aceituna). Con el objeto de la purificación final del efluente oleícola a la salida del pretratamiento terciario ya estudiado, se planificaron una serie de objetivos para la presente Tesis Doctoral para alcanzar los estándares para vertido a cauces públicos e incluso reutilización en el propio proceso productivo - en las máquinas lavadoras de las aceitunas o de centrifugación del aceite - cerrando así el ciclo. Se llevó a cabo la caracterización físico-química completa del efluente oleícola a la salida del tratamiento terciario optimizado, selección y caracterización físico-química de las membranas para la etapa final de purificación del efluente oleícola, optimización del protocolo de limpieza para las membranas seleccionadas, puesta a punto de un protocolo de filtración por membranas en semicontinuo (diafiltración), modelización del comportamiento de las membranas para el análisis de los mecanismos de ensuciamiento y estudio de un proceso alternativo de pretratamiento consistente en floculación pH-T y fotocatálisis heterogénea con dióxido de titano bajo luz ultravioleta y ultrafiltración. La caracterización físico-química del efluente oleícola tras el pretratamiento físico-químico terciario muestra una alta concentración de materia disuelta, destacando también una concentración considerable de partículas coloidales de pequeño tamaño, que no pueden ser eliminados por procesos físico-químicos convencionales, lo que conduce a la búsqueda de nuevos mecanismos de separación, como la tecnología de membranas, para la purificación final de este efluente. El protocolo de limpieza óptimo ha consistido en (i) limpieza ácida con ác. cítrico 1-hidrato (0,1 % p/v) seguida de (ii) limpieza alcalina-detergente con disolución de NaOH + SDS (0,1 % p/v) a 2,7 bar, 4 m/s, 30 °C durante 25 min en modo recirculación. El ajuste a las leyes de bloqueo de los datos del proceso de diafiltración del agua residual oleícola pretratada propuesto por membranas de OI señalan el mecanismo de formación de capa gel o torta de filtración como controlante de la generación del fouling en ambas membranas de OI durante la etapa de transición y final estacionaria, independientemente de las condiciones de operación. Sin embargo, se observa un mecanismo de bloqueo parcial de defectos de superficie en las etapas iniciales una vez estabilizado el perfil de concentración por polarización inicial, así como también tramos de transición de un mecanismo a otro en los que ambos son proporcionales. Durante el proceso de diafiltración propuesto del agua residual oleícola pretratada el flujo sostenible de la membrana de nanofiltración (DK) seleccionada es del orden de 69 L/m2h, correspondiente a una diferencia de presión de 15 bar, y muestra una relación semilogarítmica con la concentración inicial de la materia orgánica en el influente, alcanzándose en esas condiciones de operación una reducción del valor de la DQO del 76,8 % y de la electroconductividad del 38,5 % en el permeado para un factor de recuperación del 90 %, lo que pone de relieve que una etapa de NF puede proveer un caudal alto y estable a la etapa final de purificación por OI, con una disminución previa de la concentración de materia orgánica y sólidos disueltos considerable. La purificación final por ambas membranas de ósmosis inversa, tras el proceso de tratamiento terciario asegura valores de DQO y conductividad (EC) en el permeado, así como específicamente iones cloruro, sodio y hierro por debajo de los límites para su reutilización en el proceso de producción (DQO < 5 mg O2/L, conductividad < 2,5 mS/cm, respectivamente, [Hierro total] < 200 mg/L, [Cl-] < 250 mg/L, [Na+] < 200 mg/L) y vertido a cauces públicos (pH 6 - 9, EC < 2 mS/cm, DQO < 125 mg/L, solidos en suspensión totales < 35 mg/L). El proceso de diafiltración propuesto con la membrana de nanofiltración consigue la reducción de la toxicidad por salinidad del agua residual oleícola pretratada seleccionada, alcanzando valores de EC y sales totales disueltas por debajo de los límites para su reutilización para riego (conductividad < 2 mS/cm, sales disueltas < 2000 mg/L, [Cl-] < 1065 mg/L, [Na+] < 920 mg/L), así como valores de DQO (< 1000 mg O2/L) y pH (6 - 9). A la salida del proceso en discontiuo alternativo por membranas espirales en serie (UF + NF + OI) se obtienen valores de carga orgánica (DQO) en el permeado de 62,7 mg/L y 10 mg/L para el tratamiento de la mezcla 1:1 v/v de agua residual del lavado del aceite y aceitunas (OMW-2) pretratata simplemente por floculación pH-T y pretratada por floculación pH-T y ulterior fotocatálisis UV/TiO2, respectivamente, así como de 452 mg/L y 121 mg/L, para el tratamiento del agua residual de centrífuga pretratata pos los mismos procedimientos, respectivamente, cumpliéndose ampliamente los estándares para descargar el efluente a los sistemas municipales de alcantarillado de Italia (límite 500 mg/L) y de España (límite 125 mg/L), salvo en el caso de los límites de la legislación española para el agua residual de centrífuga pretratada simplemente por floculación pH-T.