Estudi de l'eficiència de membranes hidrofòbiques per a la separació d'amoníac de residus amb alt contingut en amoni a diferents temperatures

Abstract

High ammonia (NH_3) concentrations in the process of anaerobic digestion are specially problematical due to the great inhibition that they cause in the function of methanogenic organisms. One of the most interesting options in order to deal with this issue is the usage of hydrophobic membranes, since it represents an option easy to use, with low operational costs, which can work simultaneously with anaerobic digestion and, moreover, ammonia can be recovered in the form of ammonia sulfate ((NH_4)_2SO_4) by using a sulfuric acid solution as absorbent. In the experimental part of the present work, the mass transfer coefficients of two different hydrophobic membranes, provided by Gore-tex company, have been calculated. Ammonia has been extracted from pig slurry at different temperatures in order to evaluate their effects. After data treatment has observed a high variability in the results realized at same conditions, this fact proves the necessity of realize more repetitions in future experiments. However was made a comparison with available literature, it could be observed that the high ionic strength of pig slurry waste resulted in an increase in the mass transfer coefficients of both membranes, and it was found that only the experiments performed at 55ºC were significant, due to an important increase of ammonia activity and therefore of its partial pressure. Finally, an Excel data sheet was generated, in order to calculate the required membrane surface to extract a certain amount of ammonia, taking into account the obtained mass transfer coefficients. However is necessary point that experiments are inconclusive, in consequence conclusions are guidance and are needed more investigation for accurate results.

Altes concentracions d'amoníac (NH_3) són especialment problemàtiques en el procés de la digestió anaeròbia a causa de la gran inhibició que provoca als organismes generadors de metà. Una de les opcions més interesants per combatre aquesta inhibició és l'ús de membranes hidrofòbiques, ja que és tracta d'una tecnologia amb un baix cost de funcionament, fàcil d'utilitzar, pot trobar-se en funcionament al mateix temps que la digestió anaeròbia, i a més a més, si s'utilitza una dissolució d'àcid sulfúric com a solució absorbent, l'amoníac és pot recuperar en forma de sulfat d'amoni ((NH_4)_2SO_4). En els experiments realitzats, s'ha calculat el coeficient de transferència de massa de dos membranes hidrofòbiques subministrades per l'empresa Gore-tex. L'amoníac ha sigut extret de purins de porc a diferents temperatures per avaluar els seus efectes. Un cop analitzats els resultats, és van observar valors força diferents entre ells en experiments amb les mateixes condicions. Aquest fet determina la necessitat d'augmentar el nombre de repeticions en futurs experiments. Tot i així, és va analitzar la coherència dels resultats amb la bibliografia consultada, i és va poder observar que la elevada força iònica dels purins de porc, pot desencadenar un augment en el coeficient de transferència de massa, i que només era significatiu treballar a 55ºC a causa d'un increment rellevant en l'activitat de l'amoníac, i en conseqüència de la seva pressió parcial. Finalment és va crear un full d'Excel on és calcula l'àrea de membrana necessària per extreure una quantitat desitjada d'amoníac, gracies als coeficients de transferència de massa calculats. Tot i així cal remarcar que els resultats dels experiments son poc concloents, en conseqüència és massa aviat per treure conclusions sense fer més iteracions. Les conclusions son per tant orientatives i requereixen de mes investigació.

Altas concentraciones de amoniaco (NH_3) son especialmente problemáticas en el proceso de la digestión anaerobia a causa de la gran inhibición que provoca a los organismos generadores de metano. Una de las opciones más interesantes para combatir esta inhibición es el uso de membranas hidrofóbicas, debido a que son una tecnología con bajo coste de funcionamiento, fáciles de utilizar, pueden encontrarse en funcionamiento al mismo tiempo que la digestión anaerobia y además, si se utiliza una disolución de ácido sulfúrico como solución absorbente, el amoniaco se puede recuperar en forma de sulfato de amonio ((NH_4)_2SO_4). En los experimentos realizados, se ha calculado el coeficiente de transferencia de masa de dos membranas hidrofóbicas subministradas por la empresa Gore-tex. El amoniaco ha sido extraído de los purines de cerdo a distintas temperaturas para evaluar sus efectos. Una vez analizados los resultados se pudieron observar valores muy distintos entre ellos en experimentos realizados en las mismas condiciones. Este hecho determina la necesidad de aumentar el nombre de repeticiones en futuros experimentos. Aun así, se comprobó su coherencia con la bibliografía consultada, y se pudo observar que la elevada fuerza iónica de los purines de cerdo, desencadeno un aumento en el coeficiente de transferencia de masa, además de que solo fue significativo trabajar a 55ºC debido a un incremento considerable de la actividad del amoniaco, y en consecuencia, de su presión parcial. Finalmente se creó una hoja de Excel donde se puede calcular el área de membrana necesaria para extraer una cantidad deseada de amoniaco, gracias a los coeficientes de transferencia de masa calculados. Aun así, es necesario remarcar que los resultados de los experimentos son poco concluyentes, en consecuencia es demasiado pronto para sacar conclusiones sin realizar más iteraciones. Las conclusiones son en consecuencia orientativas y requieren de más investigación.