Osmosis inversa con energía fotovoltaica para el tratamiento de aguas residuales

La ósmosis inversa para el tratamiento del agua puede maximizarse con un menor consumo de energía alimentándola con energía solar fotovoltaica, según un estudio reciente realizado por investigadores de la Universidad Mohammed V de Rabat (Marruecos).

En comparación con los procesos térmicos, la ósmosis inversa puede utilizarse para eliminar casi todos los contaminantes y las sustancias nocivas en el tratamiento del agua con un costo de capital más bajo, así como con un costo global. Sin embargo, sus elevadas necesidades energéticas han limitado hasta ahora la difusión de esta tecnología para esas aplicaciones. Las bombas de alta presión de ósmosis inversa suelen requerir un consumo de energía de entre 4 kWh/m3 y 19 kWh/m3, dependiendo del tamaño de las unidades industriales.

El grupo marroquí afirma que la combinación de la ósmosis inversa con la generación de energía fotovoltaica puede ayudar a mejorar el rechazo de los clorofenoles en el proceso de tratamiento del agua. Los clorofenoles son compuestos orgánicos tóxicos, incoloros y débilmente ácidos que son contaminantes omnipresentes en el medio ambiente.

Los académicos demostraron una unidad de ósmosis inversa con un módulo tubular que contiene una membrana compuesta de poliamida de película delgada enrollada en espiral y una bomba de alta presión. También se incluyeron en el modelado módulos policristalinos y almacenamiento de iones de litio.

Utilizaron un método de red neuronal artificial (RNA) para analizar los parámetros de funcionamiento de la ósmosis inversa sobre el rechazo del clorofenol y el consumo de energía. Estos incluyen el caudal de alimentación, la concentración inicial de clorofenol, la temperatura, la presión inicial y la tasa de recuperación de agua.

“Las aguas residuales fuertemente cargadas de clorofenol requieren una baja presión de alimentación y una alta tasa de recuperación de agua, para evitar o reducir el fenómeno de obstrucción de las membranas”, dijeron los investigadores.

La fiabilidad del modelo de RNA se realizó mediante una serie de pruebas basadas en dos cantidades estadísticas. Una de ellas fue el coeficiente de correlación, que es una medida estadística de la fuerza de la relación entre los movimientos relativos de dos variables. La otra fue el error medio cuadrado (MSE), que es una métrica de evaluación del modelo que se utiliza a menudo con los modelos de regresión.

Utilizando este modelo, los científicos calcularon la cantidad de agua producida, el rechazo del clorofenol y el consumo de energía fotovoltaica.

“Los resultados mostraron que los valores óptimos obtenidos, relativos a la presión de alimentación de 9.713 atm, la tasa de recuperación de agua del 40%, el caudal de funcionamiento de 10-4 m3/s y la temperatura de 40 C podían eliminar el 91% del clorofenol con un consumo de energía de 0,8 kWh/m3”, afirmaron los científicos. “Este consumo nos permitió deducir que un panel solar fotovoltaico con una potencia máxima de 280 Wp y una capacidad de batería de 9,22 kWh es suficiente para producir 1 m3/día”.

Todos estos valores son considerados óptimos por el grupo, que afirma que la ósmosis inversa para el tratamiento de aguas alimentada por energía solar tiene un gran potencial, especialmente en países soleados como Marruecos.

En su próxima etapa, los científicos tienen previsto realizar un análisis tecno-económico para evaluar la inversión y los costos de funcionamiento del sistema de ósmosis inversa. Presentaron sus conclusiones en el  artículo “Parametric study to enhance performance of wastewater treatment process, by reverse osmosis-photovoltaic system,”, que se publicó recientemente en Applied Water Science.