Análisis de la tecnología de ósmosis directa como alternativa para la concentración de salmueras

Abstract

El continuo incremento de los elementos críticos y estratégicos identificados por la Unión Europa hace necesario la identificación de fuentes secundarias de materias primas. Dentro de este marco, los mares y océanos se presentan como una fuente potencial y sostenible de estos minerales, ya que contienen minerales críticos tales como el litio, el magnesio y el boro entre otros. Partiendo de esta base, se podría plantear la utilización de salmueras generadas por plantas desalinizadoras como fuentes secundarias de algunos de los minerales críticos que contienen las salmueras. De esta manera, se estaría solventando de manera simultánea dos problemáticas que están presentes actualmente, la problemática de abastecimiento de recursos críticos y lo que sería la descarga directa al mar de salmuera altamente concentrada. La recuperación de estos elementos sigue siendo un desafío, siendo necesario el desarrollo de etapas de concentración para facilitar el proceso de recuperación de estos minerales. Por tanto, este TFM se centra en el estudio del potencial de la tecnología de osmosis directa para la concentración de salmueras. El objetivo de este trabajo es la evaluación de la eficacia de la tecnología de osmosis directa como proceso de concentración y su relación con las características asociadas a las Draw Solution (DS). Este trabajo se enmarca en el proyecto “Recuperación energética de corrientes salinas residuales mediante tecnologías de electrodiálisis con membranas bipolares (TED2021-129874B-100)” y ha sido realizado en el Departamento de Ingenierías Química y Biomolecular de la Universidad de Cantabria. Para la realización de los experimentos se ha empleado un dispositivo difusión/ósmosis de la casa comercial PASCO y un equipo de osmosis directa compuesto por una fase altamente concentrada (DS), una fase con baja presión osmótica FS), dos bombas peristálticas y un módulo de membrana. En ambos equipos, se ha empleado disoluciones de cloruro de sodio (NaCl), alginato de sodio (SA) y sulfato de alginato de sodio (SAS) como DS y agua Elix en la FS. Además, se ha empleado una membrana de triacetato de celulosa (CTA) de la casa comercial Sterlitech. En este TFM se ha realizado un total de 13 experimentos mediante los cuales se ha llegado a varias conclusiones, entre las cuales destacan las siguientes: el SA genera un flujo de agua de 1.06 LMH, la generación de presión osmótica por parte del SAS es similar a la generada por el NaCl, en el equipo de OD se ha observado que el empleo de SAS frente al NaCl, presenta una mejoría más destacable, respecto al observado en el dispositivo de ósmosis, el mayor flujo de agua se obtiene con el empleo del dispositivo de ósmosis en el caso del SAS con una concentración de 0.8M, siendo el valor de 13.8 LMH.

The continuous increase of strategic and critical materials identified by the European Union makes necessary to identify secondary sources of raw materials. On this framework, the seas and oceans are shown as potential and sustainable source of these minerals, as they contain critical minerals such as lithium, magnesium and boron, among others. On this basis, the use of brines generated by desalination plants could be considered as secondary sources of some of the critical minerals contained in brines. In this way, two problems, that are currently present, would be solved simultaneously, the problem of supplying critical resource and the direct discharge of highly concentrated brine into the sea. The recovery of these materials continues to be a challenge, being necessary to develop a concentration stages to facilitate the recovery of these minerals. Therefore, this FMP focuses on the study of the forward osmosis technology potential for brine concentration. The aim of this work is the evaluation of the efficiency of forward osmosis technology as a concentration process and its relationship with the associated characteristics to Draw Solutions (DS). This work is part of the project “Energy recovery of residual brines streams by electrodialysis technologies with bipolar membranes (TED2021-129874B-100)” and it has been carried out in the Department of Chemical and Biomolecular of the University of Cantabria. The experiments were carried out by a diffusion/osmosis device, from PASCO, and forward osmosis (FO) equipment consisting of a highly concentrated phase (DS), a phase with low osmotic pressure (FS), two peristaltic pumps and a CF042 membrane cell. In both systems, sodium chloride (NaCl), sodium alginate (SA) and sodium alginate sulphate (SAS) solutions have been used as DS and Elix water as FS. In addition, a cellulose triacetate (CTA) membrane from Sterlitech has been used. In this FMP, a total of 13 experiments have been carried out and several conclusions have been reached, among which the following stand out: SA generated a water flux of 1.06 LMH, the generation of osmotic pressure by the SAS is similar to that generated by NaCl, in the FO equipment it has been observed that the uso of SAS compared to NaCl, presents a more remarkable improvement, compared to that observed in the osmosis device, the highest water flux is obtained with the use of the osmosis device in the case of SAS with a concentration of 0.8M, being the value of 13.8 LMH.