Eliminació d'àcid sulfúric mitjançant membranes de nanofiltració: Efecte del pH i la concentració

Abstract

En aquest treball s'estudia l'efecte del pH en el rebuig de la sal dominant i dels protons presents en una dissolució mitjançant membranes de nanofiltració (NF) en processos de tractament d'aigües àcides de mina (AAM). L’escassetat de l'aigua i el seu tractament és un dels gran problemes a solucionar d'aquest segle. En aquesta línia es posa de manifest la importància de tractar i recuperar les aigües àcides que es produeixen en les excavacions mineres, per tal de reaprofitar l'aigua o per condicionar-la i retornar-la al medi evitant així un greu impacte ambiental. L'ús de les tecnologies de membrana, especialment la NF, són especialment indicades per aquestes aplicacions, donada l'alta selectivitat en el rebuig de diferents espècies iòniques. En aquest projecte es realitza un repàs a l'estat de l'art de les tecnologies de membrana i es comenten diferents aplicacions d'eliminació d'espècies iòniques. Així mateix també es descriuen les característiques més important de les AAM i es tracten els diferents mecanismes de transport que caracteritzen els processos de NF. La part experimental s'ha realitzat en una planta a escala laboratori basada en un mòdul de membrana plana en configuració de flux transversal i amb recirculació del permeat i del concentrat al tanc d'alimentació. S'utilitzen tres membranes diferents: la NF-270, la Hydracore i la ESNA. La primera fabricada per Dow Chemical i les altres dues per Hydranautics. S'ha treballat amb dissolucions sintètiques formades per àcid sulfúric i hidròxid de sodi, aquest últim per regular el pH de les dissolucions. Per tant, es pot considerar que es treballa amb una sal dominant que és el sulfat de sodi i un ió traça, els protons presents a la dissolució. S'han dissenyat set experiments diferents, amb dissolucions a pHs de 2,8, 1,8 i 0,8, utilitzant totes tres membranes pels dos primers i la membrana Hydracore per a l'últim valor de pH. Les condicions d'operació han estat: temperatura de 25 ± 2 ºC, variació de la pressió transmembrana de 6 fins a 20 bars i un cabal de 3,46 l/min. Les mostres d'alimentació i permeat s'han analitzat mitjançant cromatografia iònica per tal de determinar la concentració de sodi i sulfat, mentre que la concentració de protons s'ha calculat utilitzant un pH-metre. S'han analitzat diverses mostres de la membrana Hydracore amb les tècniques de SEM i FTIR per tal de veure diferències entre el seu estat inicial i després d'ésser utilitzada. Posteriorment s'han modelitzat els resultats dels rebutjos utilitzant el model Solution-Difusion-Film-Model, representant els rebutjos de la sal dominant i l'ió traça en funció del flux transmembrana. S'ha observat que a mesura que el pH disminueix, també ho fa el rebuig de les espècies, degut a que el sulfat a pH 1,8 està en bona part com a hidrogensulfat. Aquest fet concorda amb la teoria segons la qual les espècies monovalents són menys rebutjades que les divalents. Pel que fa a l'anàlisi amb SEM i FTIR, s'ha vist que la membrana d’Hydracore pateix acumulacions d’elements inorgànics, que tot i que no provoquen una reacció química, sí que fan que la membrana tingui menys permeabilitat. Finalment, es mostra el cronograma del projecte i l'avaluació econòmica, així com l'impacte ambiental a escala laboratori, arribant a la conclusió que aquest és mínim.