Early-stage detection of membrane fouling

Abstract

Actualmente la producción de agua potable mediante la desalinización por membranas es un proceso eficiente pero que sufre una fuerte limitación: el ensuciamiento o ¿fouling¿ de membranas. La industria no puede detectar este problema con la suficiente anticipación como para poder planificar los procesos de limpieza de las membranas de forma anticipada y minimizar así los daños intrínsecamente asociados, como los residuos generados y el elevado coste energético. Las técnicas convencionales de detección y monitorización del fouling no tienen la sensibilidad suficiente como para poder dar una respuesta que permita tomar acciones y optimizar así el proceso de producción de agua. Es por ello, que el objetivo de este trabajo es investigar si las limitaciones de los métodos convencionales se pueden superar por combinar dos técnicas sensibles a fenómenos de superficie: la microbalanza de cristal de cuarzo con monitorización de la disipación (QCM-D) y la resonancia de plasmones superficiales multi-paramétrica (MP-SPR). Se pudo demostrar con éxito que la combinación QCM-D/MP-SPR permite caracterizar la acumulación de incluso las primeras capas de fouling a nivel nanométrico y por lo tanto, posee una sensibilidad lo suficientemente grande como para anticipar la necesidad de limpiar las membranas antes de que el flujo de agua del permeado disminuya. Estos métodos además permitieron testar diferentes estrategias de limpieza de membranas de forma eficiente tanto en términos de tiempo como de material. Finalmente, la tesis discute críticamente la aplicabilidad de un dispositivo basado en estas técnicas en un entorno industrial relevante.