Entrevista a Ignasi Rodríguez-Roda Layret (II)

– El teu periple investigador comença amb la tesi doctoral.

Sí, la vaig centrar en l’aplicació de la IA en el camp de les depuradores d’aigües residuals, però era l’any 98 i el Big Data i Data Mining encara es trobaven a les beceroles. En definitiva, les dades “objectives” d’aquella època eren majoritàriament de mala qualitat, i per tant, nosaltres ens basàvem més en la percepció que tenia el cap de planta de la seva instal·lació: olor, color, funcionament línia de fangs, etc.

– Igualment vau ser uns avançats a la vostra època.

Pot ser… fa poc que les grans empreses del sector de l’aigua han començat a parlar de forma habitual de la IA. D’alguna forma el concepte ha traspassat els centres de recerca, entrant amb força en la indústria i ja és una realitat per a diversos sectors.

– Des que estàs a l’ICRA treballes amb diverses tecnologies, més concretament en membranes.

Sí, treballem en diferents tipus com són membranes de terciari, dessalinització, osmosi inversa i directa… Però també tenim una segona línia d’investigació igualment important dedicada a l’eliminació de fàrmacs, en fem el seguiment i veiem com es transformen en el medi, quins i com s’eliminen, toxicitat, etc. De fet l’ICRA és un referent per fer-ne les mesures.

– Relacionat amb el tema de membranes, abans has mencionat la Osmosi Directa. És una tecnologia interessant pel què fa a la reducció del consum energètic però té alguns inconvenients…

Efectivament, encara té molt camí per recórrer, tan sols hi ha 3 o 4 empreses que s’hi dediquen i hi ha problemes amb el tipus de solució salina a utilitzar. També tenim una legislació incompleta en reutilització d’aigües i la reposició d’aquestes membranes no té la mateixa agilitat que les convencionals, tot això sumat als càlculs de retorn econòmic fa que encara es vegi amb certa recança en el món de empresarial.

– Parlant d’empreses, vas participar en un estudi de reutilització d’aigües grises en un hotel de la Costa Brava. Surt a compte?

Econòmicament parlant l’hotel no nota aquest estalvi, ja que la factura d’aigua és una part molt petita de la seva despesa i si ho mirem des del punt de vista del consum d’aigua tampoc. Ara bé, si l’ajuntament algun dia ha de fer restriccions per sequera és evident que tindran un avantatge competitiu. Després també hi ha un tema de promoció com a empresa ambientalment responsable, que potser seria la part més aprofitable per ser un exemple de cara a l’ús sostenible del recurs.

Font: Dutch Water Sector

– I una millora en la Petjada Hídrica

També, però jo sóc bastant escèptic amb aquest tema. Tot i que reconec el valor de conscienciació que té aquest concepte crec que és molt difícil de calcular perquè els criteris són massa dispars per tenir-ne una visió acurada.

– “Comparativa a gran escala de diverses tecnologies en aigua reciclada, en especial èmfasi als MBR”. Em pots explicar l’objectiu d’aquest article en el què has col·laborat recentment?

Aquest article el vam escriure arrel de la manca de dades reals d’aquest tipus de tecnologia, i és per això que va acabar sortint a The MBR site. Les dades, que són de les licitacions de les plantes, es poden consultar al CEDEX. Un cop recopilades i analitzades vam veure que els MBR eren prou competitius en comparació als terciaris convencionals (filtres de sorra+desinfecció), a més de què s’obté una aigua final de més bona qualitat.

– Així, en contra del tòpic no hi ha tanta diferència a l’hora de tenir-los com a tractament terciari.

Sí, el què passa és que hem de veure quin ús volem que tingui l’aigua produïda per un tractament terciari, la volem per regar camps de golf? Per regadiu? Per recàrrega d’un aqüífer? Per neteja de carrers? O fins i tot per reutilització com a aigua potable…

– I en funció de l’ús final construir la tecnologia que s’hi adapti millor?

Efectivament, el què passa és que a Catalunya majoritàriament la tecnologia MBR s’ha construït per circumstàncies que no tenen massa a veure amb aquest criteri.

– És a dir que s’aboca a riu sense reaprofitar-la…

Llavors si ho compares amb una EDAR convencional sí que no surt a compte, ja que a més de no donar-li un segon ús aquesta tecnologia és aproximadament un 20% més cara. Un esforç en va. Continua la lectura de Entrevista a Ignasi Rodríguez-Roda Layret (II)

Parlem de membranes? (i V): AnMBR per a regadiu

AnMBR
Esquema de tecnologia AnMBR. Font: Scientific Research Publishing

Per tancar aquesta sèrie de posts sobre membranes us en presento una aplicació molt interessant. Al número de Maig/Juny de la revista RETEMA es fa menció en un article de l’ús de membranes per a poder reutilitzar l’aigua per a regadiu. Concretament, l’ús de la tecnologia AnMBR permet aprofitar tres tipus de recursos: l’aigua, el biogàs i els nutrients. Però anem a pams.

La tecnologia AnMBR és una evolució de la MBR, o sigui, l’ús de membranes en reactors de tipus anaerobi. Amb això guanyem en eficiència energètica, ja que al no haver d’airejar consumim molts menys kWh que en la combinació amb fangs actius. I no només això, del mateix procés anaerobi es genera biogàs mitjançant les comunitats bacterianes presents en el biorreactor, una barreja de gas metà, diòxid de carboni i sulfur d’hidrogen que caldrà tractar prèviament al seu ús com a font d’energia. Finalment, els tipus de microorganismes que porten a terme les reaccions anaeròbies no són capaces d’oxidar ni els compostos de nitrogen ni els de fòsfor. Amb tot, el que seria un desavantatge en comparació a d’altres sistemes d’eliminació de nutrients es converteix en una oportunitat a l’hora d’usar aquesta aigua resultant “enriquida” per a ús de regadiu.

AnMBR Comparativa
Font: RETEMA

Aprofitant la importància que la UE dóna cada vegada més a l’economia circular, aquesta tecnologia pren una dimensió més que interessant a l’hora d’abordar els reptes plantejats de cara al futur:

  1. Evitem el consum d’aigua potable per a regadiu mitjançant l’ús d’aigua regenerada provinent d’aigües residuals urbanes.
  2. Reduim el consum de fertilitzants aprofitant l'”enriquiment” d’aquest tipus d’aigua.
  3. Utilitzem el biogàs per a l’autoconsum de les instal·lacions, avançant cap a la sostenibilitat tan a nivell econòmic com energètic.

I per fer-vos una idea que el principal objectiu a perseguir en la reducció del consum d’aigua, almenys a l’Estat, és en el camp de l’agricultura, us deixo aquest gràfic aclaridor:

Gràfic consums d'aigua
Font: RETEMA

Per acabar, qui vulgui aprofundir en aquest article tant sols cal que vagi a la web de RETEMA i el llegeixi sencer de forma gratuïta mitjançant Issuu. Val la pena!

Continua la lectura de Parlem de membranes? (i V): AnMBR per a regadiu

Parlem de membranes? (IV)

FOULING

El fouling o embrutiment de les membranes és el factor clau a tenir en compte a l’hora d’obtenir un bon rendiment del procés de filtració. L’embrutiment depèn de les característiques físiques, químiques i biològiques de l’aigua, el tipus de membrana utilitzada i les condicions d’operació.

MBR Fouling
Efectes del fouling. Font: MDPI

En funció del tipus de fouling les membranes a instal-lar tindran un cost determinat, un pretractament específic i unes neteges programades per recuperar el seu rendiment original. El seguiment de l’embrutiment es fa a través del flux (LMH, litres per metre quadrat i hora filtrats) i l’augment de pressió en el sistema:

Fouling-flux
Font: The MBR Book

A la imatge anterior hem vist que un augment del flux provoca un major embrutiment de les membranes, a partir d’aquest resultats es recomamana de mantenir uns fluxos modestos per evitar la saturació precoç del sistema, és el que anomenem flux subcrític, si operem les membranes als voltants d’aquests valors recomanats mantindríem a ratlla el fouling, tot i que a la llarga acabarà formant-se i haurem d’acabar fent un rentat per recuperar-ne el rendiment inicial.

ETAPES DEL FOULING

Segons S. Judd, un dels majors experts en membranes, hi ha tres etapes en la formació del fouling:

  1. Acondicionament: quan interactuen unes substàncies presents en l’aigua d’alimentació anomenades EPS i SMP, polímers i substàncies sol·lubles d’origen microbià que facil·liten la interacció de la biomassa a la superfície de la membrana.
  2. Fouling lent: un cop s’han enllaçat els primers flocs de biomassa a la superfície, aquests segueixen cobrint-la de forma parcial sense, de moment, afectar els porus. És per això que en aquesta etapa el flux encara no es veu afectat pel procés d’embrutiment.
  3. Augment sobtat de la TMP: amb unes àrees més brutes que altres, el procés de filtració se centra en les zones menys obstruides, augmentant així el flux per sobre dels valors crítics. Això provoca un augment sobtat de la pressió transmembrana, símptoma de fouling avançat i senyal que en breu haurem de fer una neteja per tornar als valors inicials.
Fouling mechanisms
Les 3 etapes del fouling en membranes. Font: The MBR Book

I COM ES POT CONTROLAR?

Tot i que per ara queda molt recorregut per entendre el fenomen del fouling, podem trobar 5 estratègies per mirar de controlar-lo:

  1. Fent un pretractament adequat en l’aigua d’alimentació.
  2. Activant els protocols de neteja més adients.
  3. Reduint el flux fins a uns valors subcrítics.
  4. Augmentant l’aireació.
  5. Modificació a nivell biològic i/o químic del licor mixte.

D’aquestes, algunes són més viables que d’altres, per exemple l’augment de l’aireació pot arribar a tenir costos prohibitius i en canvi el control del flux pot actuar en sentit contrari.

TIPUS DE FOULING

En funció de les substàncies responsables de l’embrutiment trobem diferents tipus de fouling: per matèria particulada, per scaling, de tipus orgànic o biològic. Podeu aprofundir-hi en un article anterior meu sobre autòpsies de membranes que ho explica amb més detall.

I PER ACABAR… UN EXEMPLE VISUAL DE FOULING 

Continua la lectura de Parlem de membranes? (IV)

Parlem de membranes? (III)

MEMBRANES EXTERNES Vs SUBMERGIDES

  • Externes:  tenen un alt cost energètic, ja que van pressuritzades per poder fer circular alts volums d’aigua de forma tangencial a través de la membrana:
Cross-flow
Filtració tipus tangencial o “Cross-Flow”. Font: Wikimedia

Per aprofitar aquest cost energètic s’allarga el màxim possible el camí a seguir de l’aigua d’alimentació, afegint tants mòduls com permet el sistema:

Biomembrat Wehrle
Membranes externes. Font: Wehrle
  • Submergides: aquestes es troben immerses en l’aigua d’alimentació. El permeat es filtra aplicant el buit mitjançant una bomba centrífuga. Aquesta configuració té l’inconvenient de no poder treballar per sobre dels 50kPa (0,5 bar) de pressió transmembrana. Tot i això tenen un cost energètic menor en comparació a les externes.
iMBR
Membranes submergides. Font: UNEP

QUINA ÉS LA MILLOR OPCIÓ?

Tot i que les submergides tenen un cost energètic menor, revisant la web de referència del sector m’he trobat amb uns quants avantatges pel què fa a les externes, veiem quins són:

  • Requeriments d’espai menors.
  • Operació i manteniment més senzills.
  • Reposició i/o ampliació ràpida dels mòduls en cas d’augment de la càrrega hidràulica.
  • Pot operar a alta concentració de sòlids.

Tot i això, la millor manera de saber quin tipus de membranes ens convenen més sempre ha de ser sobre el terreny, avaluant els pros i contres segons el tipus d’aigua d’alimentació, requeriments d’espai, optimització del consum energètic, OPEX i CAPEX, etc.

Continua la lectura de Parlem de membranes? (III)

Projecte OMBReuse

forward-osmosis
Osmosi Directa (FO). Spectrum.ieee.org

Un article conjunt escrit pel LEQUIA i l’ICRA a la revista RETEMA (Gen-Feb 2016) fa referència a les opcions que tenim per a poder obtenir aigua potable a partir d’aigua de mar, salobre o residual; és a dir, a partir d’aigües de difícil potabilització i que fa un temps ni eren considerades un recurs.

Es parla de dessalinització, regeneració, reutilització indirecta i directa d’aigua potable. En aquest últim cas es parla de la obligació d’instal·lar una barrera múltiple com pot ser un biorreactor de membrana (MBR) seguit d’una osmosi inversa (RO) i una desinfecció (llum UV, ozó, cloració), per a obtenir una aigua de qualitat i segura per al seu consum, amb la contrapartida de costos semblants a les de la dessalinització, 0,5-1€/m3.

mbr
MBR acoplat a Osmosi Inversa (RO). Esquema publicat per  Sunmanyang

El projecte OMBReuse pretén reduir els costos de generar aigua potable per a la reutilització directa mantenint-ne la qualitat i seguretat en el consum. És per això que s’ha apostat per la Osmosi Directa (FO).

La FO ja ha estat provada a escala laboratori i pilot, i a diferència de la RO l’obtenció del permeat es produeix per diferència de gradient de salinitat entre les dues bandes de la membrana. L’ús d’una solució d’alta salinitat o “solució extractora” (aigua de mar o clorur sòdic) forma part del sistema empleat, la qual es barreja amb l’aigua residual per llavors ser separada per la RO convencional. En aquest sentit, i degut a que el sistema utilitza la doble barrera (FO+RO) és de possible aplicació a la reutilització d’aigua residual com a potable.

ombr
OMBR. Esquema de la revista Environmental Science

Aplicada en el context dels MBR, la novetat que ens aporta el projecte OMBReuse és la substitució en el reactor de les membranes habituals (de micro o ultrafiltració) per les d’osmosi directa, aconseguint unes elevades taxes d’eliminació de contaminants a més d’una disminució en l’embrutament. En definitiva, ens segueix aportant aigua d’alta qualitat però a un menor cost. Aquest nou esquema de depuració ha rebut el nom de OMBR (Osmotic Membrane Bioreactor) i té un futur prometedor, però també cal resoldre certs inconvenients.

fo
Fonaments de l’osmosi directa. Imatge de Porifera

Vistos els avantatges de la FO, l’acumulació de sals al reactor biològic i la posterior validació a escala real es presenten com els principals reptes a superar. En el cas de l’augment de salinitat, els microorganismes del reactor se’n veuen afectats i provoca inestabilitat en el procés de OMBR.

Però tornant al projecte en sí aquest té 5 eixos definits:

  1. Optimització del procés de membranes.
  2. Avaluació del benefici d’usar 2 membranes denses (FO i RO) com a concepte de doble barrera contra els contaminants.
  3. Avaluació de la problemàtica de l’embrutiment en comparació al MBR habitual.
  4. Desenvolupament d’eines de control per a la concentració de sals i optimització d’operació i neteja.
  5. Desenvolupament d’un sistema d’ajuda a la decisió per integrar la OMBR en l’esquema de tractament d’aigües residuals en àmbit local.

Aquest projecte va començar el 2015 i té una duració de 2 anys, així que properament podrem saber els resultats de tota l’experiència acumulada.

Complementa-ho:

· “Eight technologies for drinkable seawater” (Sprectrum ieee)

· “What is Forward Osmosis?” (Porifera)

· “The osmotic membrane bioreactor: a critical review” (Environmental Science: Water Research & Technology)