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IMDEA Agua a fondo: Tecnología de membranas

El grupo de tecnología de membranas (MEMTech), liderado por el Dr. Eloy García Calvo, es un equipo multidisciplinar que estudia el ciclo de vida de las membranas en su totalidad, desde su preparación, implementación en el tratamiento de agua, hasta el final de su vida útil y reciclaje.

Se denomina tecnología de membranas a los procesos de separación que utilizan membranas. Estas permiten separar dos fases, consiguiendo transportar los componentes de manera selectiva de una fase a otra. Existen diferentes tipos de procesos de membranas en función de la fuerza impulsora que se utiliza durante el proceso de separación. El grupo MEMTech estudia distintos procesos de membranas como por ejemplo la microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración, ósmosis Inversa, biorreactor de membranas, electrodiálisis y ósmosis directa. El objetivo principal del grupo de tecnología de membranas es el estudio de estas tecnologías de membranas desde la perspectiva de la economía circular. Para ello, el grupo está enfocado en cuatro principales líneas de investigación que a su vez tienen objetivos específicos:

  1. Preparación de nuevas membranas y de segunda generación

En esta línea de investigación el grupo se centra en la preparación de membranas por diferentes métodos como inversión de fase, evaporación controlada de disolventes y polimerización interfacial. Además, también se estudia la modificación de membranas por la metodología de dip coating para la preparación de membranas más hidrófilas, con menor tendencia al ensuciamiento y membranas monoselectivas. Esta línea de investigación se refuerza con la caracterización espectroscópica y morfológica de las membranas preparadas mediante diferentes técnicas como SEM, AFM; ATR, GPC, XPS, potencial Z y ángulo de contacto.

  1. Implementación de la tecnología de membranas para el tratamiento de agua

En esta línea de investigación el grupo estudia el tratamiento de aguas residuales, industriales y de desalación, mediante la tecnología de membranas. Todos estos procesos tienen diferentes aplicaciones como, por ejemplo, la eliminación de micro-nano-plásticos (MNPs) y la recuperación de nutrientes y compuestos valiosos en la regeneración de agua para riego (agua de alta salinidad).

  1. Reciclaje de membranas

En esta línea de investigación se desarrollan procesos de reciclaje de membranas sostenibles y favorables con el medioambiente. Esta línea se basa en una caracterización preliminar de las membranas desechadas (autopsias de membranas) y en el estudio de las posibilidades de reciclaje y reutilización para su incorporación al mercado en un contexto de economía circular.

  1. Estudio transversal de la tecnología de membranas mediante el análisis de ciclo de vida (ACV) y estudio económico

Esta línea está enfocada en la evaluación del impacto ambiental y económico de los procesos de membranas y su reciclaje. Al ser una línea transversal, está siendo utilizada estratégicamente para complementar y reforzar el resto de los objetivos científicos del grupo, acercando así la tecnología de membranas hacia una economía circular, tal y como demanda la Unión Europea.

Para conseguir los objetivos descritos, actualmente este grupo de investigación se encuentra inmerso en varios proyectos nacionales:

El proyecto INREMEM 2.0 (RTI2018-096042-B-C21, MCI/AEI/FEDER, UE), en colaboración con la Universidad Complutense de Madrid, propone la combinación de diferentes sistemas híbridos basados en membranas—Bioreactor de membranas (BRM), Nanofiltración (NF), Destilación por membranas (MD) y Electrodiálisis (ED)—on el objetivo de tratar aguas residuales con alto contenido salino. Con este proyecto, se pretende acercar la tecnología de membranas hacia la economía circular. Además, se propone la recuperación de compuestos valiosos del agua residual, como el agua, los nutrientes y otras sales, promoviendo el cambio de paradigma de ver el agua residual como un recurso al acercarse también al concepto de descarga líquida cero (ZLD). Por otra parte, se contribuye al esfuerzo de la Unión Europea por crear una “sociedad del reciclado”, aportando una ruta de gestión alternativa al depósito en vertederos de membranas de filtración de ósmosis inversa, cuando estas son inservibles, para continuar en los procesos de tratamiento de agua.

El proyecto µNanoCare (RTC2019-007261-5), en colaboración con Eurofins-IPROMA y FACSA, está enfocado en la cuantificación de MNPs en aguas regeneradas y ecosistemas agrícolas, y la evaluación de su riesgo ambiental. El proyecto propone el desarrollo de un método analítico novedoso de identificación y cuantificación de MNPs en diferentes matrices. Se pretende que el método de muestreo desarrollado sea eficiente, fiable y asequible. Otro de los objetivos es la evaluación de las tecnologías empleadas actualmente en los sistemas de tratamiento de aguas residuales proponiendo mejoras para su optimización. Por último, se determinará el destino y carga ambiental de MNPs en ecosistemas agrícolas donde se apliquen lodos y se utilicen aguas regeneradas. Asimismo, se evaluará la exposición y el riesgo potencial asociado a dichas partículas sobre los organismos acuáticos, terrestres, y para la salud humana.

El proyecto nanoCLEAN (PID2019-111519RA-I00/AEI/10.13039/501100011033) - Cuantificación, tratamiento e impacto ambiental de MNPs en EDARs, cuyo objetivo es contribuir a la evaluación y reducción del impacto ambiental de los MNPs procedentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas en los ecosistemas. Se estima que, el nivel de contaminación por MNPs en el agua dulce sea similar a la del medio marino. Sin embargo, existe una falta de métodos estandarizados de muestreo, identificación y cuantificación de MNPs de pequeño tamaño que dificulta una evaluación real de su descarga en el medioambiente por las estaciones depuradoras de aguas residuales. En el proyecto nanoCLEAN se implementa un método sistémico, donde la eliminación eficiente de MNPs mediante sistemas híbridos de membranas (BRM-UF) se acopla con nuevos métodos de muestreo y cuantificación sensibles (Pyr-GC-MS). Esto está apoyado por el Análisis del Ciclo de Vida y de costes, donde se llevará a cabo la evaluación del impacto ambiental y coste de las tecnologías implementadas.

Cabe destacar que IMDEA Agua participa desde el año 2020 en la red temática de investigación de MNPs en el medio ambiente (EnviroPlaNet, RED2018-102345-T). La red se propone coordinar a un conjunto interdisciplinar de grupos de investigación españoles que trabajan en temas relacionados con la contaminación por materiales plásticos. El objetivo es mejorar la coordinación de los grupos en aspectos clave que actualmente suponen un obstáculo a la investigación tales como la dispersión metodológica de los muestreos y análisis de muestras o la falta de consistencia en los estudios toxicológicos y ecotoxicológicos.