Los sistemas de filtración de agua de alto rendimiento, necesarios para reducir la escasez de agua, también pueden reducir los costos y el consumo de energía, según un nuevo análisis dirigido por la Universidad Northwestern.

En el nuevo estudio, los investigadores realizaron un análisis de alto nivel de los sistemas de filtración por membrana para evaluar el costo, el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con la desalinización y el tratamiento de aguas residuales. Los investigadores examinaron específicamente las membranas antiincrustantes, un sistema de filtración de alto rendimiento que resiste la acumulación de contaminantes.

Aunque las membranas resistentes a las incrustaciones pueden costar más dinero cuando se compran, cuestan menos durante su vida útil que las membranas no resistentes a las incrustaciones más baratas, que requieren una limpieza frecuente y deben reemplazarse con más frecuencia. De hecho, los investigadores descubrieron que las instalaciones municipales de aguas residuales podrían gastar un 43 % más en membranas antiincrustantes para el tratamiento de aguas residuales y hasta tres veces más en membranas antiincrustantes para la desalinización, y aun así mantener sus costos operativos básicos.

A medida que la infraestructura envejecida y el cambio climático presionan los suministros de agua, muchos municipios e investigadores están explorando procesos, incluida la desalinización y el tratamiento de aguas residuales, que pueden aumentar la disponibilidad de agua de recursos hídricos menos convencionales, como el agua salobre. Invertir en membranas antiincrustantes por adelantado podría ayudar a reducir los costos de estos sistemas de tratamiento típicamente costosos.

"Con la creciente escasez de agua, las tecnologías como la desalinización se están volviendo más importantes que nunca", dijo Jennifer Dunn de Northwestern, quien dirigió el trabajo. "Pero siempre hay compensaciones entre el rendimiento de la ingeniería y el costo. Un sistema de filtración puede tener un rendimiento sorprendente, pero si el costo es demasiado alto, la gente no adoptará la tecnología. Esperamos que nuestro modelado y análisis puedan ayudar a guiar la investigación. y desarrollo."

El estudio fue publicado el 15 de agosto en la revista ACS ES&T Engineering . Marca el primer estudio publicado en coautoría internacional del Centro Colaborativo de Investigación de Agua y Energía de EE. UU. e Israel (CoWERC), un consorcio global de instituciones de investigación, empresas de servicios públicos de agua y empresas privadas que explora nuevas soluciones para desafíos críticos en el nexo energía-agua. .

Dunn es profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y director del Centro de Sustentabilidad y Resiliencia de Ingeniería. Sabyasachi Das y Margaret O'Connell, ambos miembros del laboratorio de Dunn, son los coautores del artículo.

En los sistemas de filtración por membrana, una membrana actúa como una barrera física entre el agua potable y los contaminantes. Las bombas empujan el agua a través de la membrana, que está llena de micro, nano o incluso poros de menor tamaño. La membrana atrapa partículas finas mientras permite que el agua fluya a través de los poros.

El ensuciamiento ocurre cuando los contaminantes se acumulan en la superficie de la membrana, obstruyendo los poros. Cuando una membrana se ensucia, se necesitan presiones más altas para bombear el agua. Eventualmente, sin embargo, el ensuciamiento se vuelve tan extenso que la membrana debe limpiarse o incluso reemplazarse por completo. La energía y los costos asociados con el aumento de la presión del agua, la limpieza y el reemplazo pueden aumentar los costos operativos de una instalación de tratamiento.

Por el contrario, las membranas antiincrustantes tienen químicas de superficie especializadas que evitan la acumulación de contaminantes. Esto conduce a una menor frecuencia de limpieza y una mayor duración general de la membrana. En el estudio, los investigadores encontraron que aumentar la vida útil de la membrana era el factor más influyente en la reducción de los gastos operativos.

"Todo el proceso de desalinización gira en torno a esta membrana", dijo Dunn. "Todo lo que podamos hacer para mejorar la vida útil de la membrana o reducir los costos de limpieza ayudará a reducir el costo del agua limpia".

Dunn espera que este estudio ayude a los encargados de formular políticas, tomar decisiones y operadores de plantas de tratamiento de agua a darse cuenta de que las instalaciones de tratamiento de agua pueden tolerar el costo de usar membranas más costosas y de mayor rendimiento. Esto es particularmente cierto para las plantas de desalinización, el 65 % de las cuales ya utilizan sistemas de filtración basados ​​en membranas.

"Hay una compensación en términos de consumo de energía reducido y frecuencia reducida de compra de nuevas membranas", dijo Dunn. "Si queremos construir más plantas de desalinización para reducir la escasez de agua, queremos hacerlo de una manera que no aumente el consumo de energía. Todo está interconectado". + Explora más

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