Aprèn - Elena Guillen Burrieza

El present treball avalua experimentalment la recuperació d'amoníac mitjançant destil·lació amb membrana sota buit (VMD), una tecnologia prometedora per al tractament i la valorització de corrents residuals industrials. Per a això, s'ha dissenyat i construït un muntatge experimental capaç de generar dades fiables utilitzant una membrana hidrofòbica comercial de PVDF. A més, s'ha implementat un mètode fotomètric per a la quantificació precisa de l'amoníac dissolt. Paral·lelament, s'ha desenvolupat i validat un model matemàtic en MATLAB per predir teòricament els fluxos del procés en funció de les condicions operatives. El treball també inclou la caracterització experimental d'una membrana de PIM, preparada per la Universitat de Saragossa en el marc del projecte nacional HARMONIZE. Aquesta membrana no va resultar adequada per al procés de VMD i ha estat objecte d'una autòpsia estructural parcial amb l'objectiu d'identificar les causes del seu mal funcionament, utilitzant tècniques analítiques com la microscòpia electrònica de rastreig (SEM) i el potencial zeta. Per optimitzar la selectivitat del procés de VMD i reduir el pas de vapor d'aigua, també s'ha avaluat l'efecte de la presència de compostos iònics (és a dir, sals). La selecció d'aquests compostos s'ha basat en criteris de basicitat i màxima conductivitat a igual concentració molar, amb l'objectiu d'incrementar la fugacitat de l'amoníac i millorar l'eficiència del procés. Finalment, els resultats obtinguts permeten establir una comparació objectiva entre el comportament de les membranes de PVDF i PIM, així com entre les tecnologies de VMD i DCMD utilitzades en treballs previs. Aquest estudi contribueix al desenvolupament de solucions més sostenibles per a la gestió de residus líquids industrials, destacant-ne els avantatges, limitacions i aplicacions potencials.

El presente trabajo evalúa experimentalmente la recuperación de amoníaco mediante destilación con membrana bajo vacío (VMD), una tecnología prometedora para el tratamiento y valorización de corrientes residuales industriales. Para ello, se ha diseñado y construido un montaje experimental capaz de generar datos fiables utilizando una membrana hidrofóbica comercial de PVDF. Además, se ha implementado un método fotométrico para la cuantificación precisa del amoníaco disuelto. Paralelamente, se ha desarrollado y validado un modelo matemático en MATLAB para predecir teóricamente los flujos del proceso en función de las condiciones operativas. El trabajo también incluye la caracterización experimental de una membrana de PIM, preparada por la Universidad de Zaragoza en el marco del proyecto nacional HARMONIZE. Esta membrana, resultó no ser apta para el proceso de VMD y ha sido objeto de una autopsia estructural parcial con el objetivo de identificar las causas de su mal funcionamiento, utilizando técnicas analíticas como la microscopía electrónica de barrido (SEM) y el potencial zeta. Para optimizar la selectividad del proceso de VMD y reducir el paso de vapor de agua, también se ha evaluado el efecto de la presencia de compuestos iónicos (i.e., sales). La selección de estos compuestos se ha basado en criterios de basicidad y máxima conductividad a igual concentración molar, con el objetivo de incrementar la fugacidad del amoníaco y mejorar la eficiencia del proceso. Finalmente, los resultados obtenidos permiten establecer una comparación objetiva entre el comportamiento de las membranas de PVDF y PIM, así como entre las tecnologías de VMD y DCMD empleadas en trabajos previos. Este estudio contribuye al desarrollo de soluciones más sostenibles para la gestión de residuos líquidos industriales, destacando sus ventajas, limitaciones y aplicaciones potenciales.

The present work experimentally evaluates ammonia recovery via vacuum membrane distillation (VMD), a promising technology for the treatment and valorization of industrial wastewater streams. For this purpose, an experimental setup was designed and built to generate reliable data using a commercial hydrophobic PVDF membrane. Additionally, a photometric method was implemented to accurately quantify dissolved ammonia. In parallel, a mathematical model was developed and validated in MATLAB to theoretically predict the process fluxes based on operating conditions. The study also includes the experimental characterization of a PIM membrane prepared by the University of Zaragoza within the framework of the national HARMONIZE project. This membrane was found to be unsuitable for the VMD process and underwent partial structural autopsy to identify the causes of its malfunction, employing analytical techniques such as scanning electron microscopy (SEM) and zeta potential analysis. To optimize the selectivity of the VMD process and reduce water vapor permeation, the effect of ionic compounds (e.g., salts) was also evaluated. The selection of these compounds was based on criteria of basicity and maximum conductivity at equal molar concentration, aiming to increase ammonia fugacity and improve process efficiency. Finally, the results obtained enable an objective comparison between the performance of PVDF and PIM membranes, as well as between the VMD and DCMD technologies employed in previous studies. This research contributes to the development of more sustainable solutions for industrial liquid waste management, highlighting its advantages, limitations, and potential applications.

La pirólisis como método para la minimización de fangos: beneficios y barreras de la tecnología

Projecte Final de Màster Oficial

López Buján, Alba

Tutor/a - Director/a: Guillen Burrieza, Elena; Mico Reche, Maria Del Mar

Data de publicació: 2024

Escola Tècnica Superior d'Enginyeria de Camins, Canals i Ports de Barcelona (ETSECCPB)

Veure detall Accés al text complet

El progrés socioeconòmic que s'experimenta actualment té associat un creixement accelerat de la població, tenint com a conseqüència un notable augment en la quantitat d'aigües residuals generades, tant municipals com industrials, cosa que comporta que la quantitat de llots de depuradora també experimenti un gran creixement. Tenint en compte que la gestió d'aquests és complexa, que suposa un cost operatiu considerable dins de les depuradores, i que a nombrosos països s'està començant a prohibir o s'ha prohibit del tot l'ús dels llots a l'àmbit agrícola, cal la cerca de noves vies per a la seva gestió. El present projecte estudia una de les vies més prometedores per al maneig dels llots generats a les depuradores actualment: la piròlisi. L'estudi tindrà com a objectiu principal l'estudi de la viabilitat tècnica i econòmica, i l'impacte ambiental de la implementació d'aquesta tecnologia en una EDAR concreta. Per aconseguir aquest objectiu, es plantegen quatre casos d'estudi, a més de l'anàlisi de l'operació convencional: i) implantació d'una tecnologia de piròlisi, ii) implantació d'una tecnologia de piròlisi amb integració energètica, iii) implantació d'una tecnologia de piròlisi amb un pretractament previ d'assecatge solar i iv) implantació d'una tecnologia de piròlisi amb un pretractament previ d'assecatge solar i integració energètica. Així, l'estudi proporciona una aproximació dels beneficis i les limitacions d'aquesta via de gestió de llots, deixant com a conclusió l'impacte positiu que suposaria la seva implantació a les depuradores convencionals.

El progreso socioeconómico que se experimenta en la actualidad conlleva un crecimiento acelerado de la población, teniendo como consecuencia un notable aumento en la cantidad de aguas residuales generadas, tanto municipales como industriales, lo que lleva aparejado que la cantidad de lodos de depuradora también experimente un gran crecimiento. Teniendo en cuenta que la gestión de estos es compleja, supone un costo operativo considerable dentro de las depuradoras, y que en numerosos países se está comenzando a prohibir o se ha prohibido del todo el uso de los lodos en el ámbito agrícola, es necesaria la búsqueda de nuevas vías para su manejo. El siguiente proyecto estudiará una de las vías más prometedoras para el manejo de los lodos generados en las depuradoras en la actualidad: la pirólisis. El estudio tendrá como objetivo principal el estudio de la viabilidad técnica y económica y el impacto ambiental de la implementación de esta tecnología en una EDAR concreta. Para conseguir este objetivo, se plantearán cuatro casos de estudio, además del análisis de la operación convencional: i) implantación de una tecnología de pirólisis, ii) implantación de una tecnología de pirólisis con integración energética, iii) implantación de una tecnología de pirólisis con un pretratamiento previo de secado solar y iv) implantación de una tecnología de pirólisis con un pretratamiento previo de secado solar e integración energética. Así, el estudio proporciona una aproximación de los beneficios y limitaciones de esta vía de manejo de lodos, dejando como conclusión el impacto positivo que supondría su implantación en las depuradoras convencionales.

The growing socioeconomic progress leads to accelerated population growth, resulting in a notable increase in the amount of wastewater generated, both municipal and industrial and thus, an increase in sludge generation. Considering that sludge management is complex, constitutes a great portion of the WWTPs Opex and in many countries its application on the fields is beginning to be prohibited or has been completely prohibited, it is necessary to search for new ways to manage it. This work explores one of the most promising alternatives to manage sludge generated in WWTPs as of today: pyrolysis. The main objective of the work will be to study the technical and economic viability and the environmental impact of the implementation of this technology in a specific (Existing?) WWTP. To that end, four different scenarios will be evaluated and compared to the conventional operation: i) implementation of the pyrolysis technology without energy integration, ii) implementation of the pyrolysis technology with energy integration, iii) implementation of a solar drying pre-treatment prior to the pyrolysis and iv) implementation of a solar drying pre-treatment prior to the pyrolysis with energy integration. Thus, the study provides a comparative estimation of the potential benefits and limitations of each sludge management scenario. The results of the study suggest that the implementation of such schemes in conventional WWTPs would have a net positive impact.

Evaluación de tecnologías de membranas para la separación y recuperación de amoníaco en corrientes líquidas

Treball Final de Grau

Fernández Prieto, Gloria

Tutor/a - Director/a: Guillen Burrieza, Elena; Hermassi, Mehrez

Data de publicació: 2024

Escola d'Enginyeria de Barcelona Est (EEBE)

Veure detall Accés al text complet

Aquest TFG aborda l'anàlisi exhaustiva de les tecnologies de membranes utilitzades per a la separació i recuperació d'amoni de corrents líquids, un contaminant comú en residus industrials i municipals que pot afectar significativament la qualitat de l'aigua i que és a més una matèria primera. Es revisen tres tecnologies de membrana: la destil·lació per membrana (MD), els contactors de membrana (MC) i la pervaporación (PV). Cadascuna d'aquestes tecnologies s'avalua en funció de les seves característiques morfològiques i estructurals, com el material de la membrana, la grandària dels porus i el gruix. Els paràmetres operatius, com per exemple la temperatura, el pH, el cabal o la concentració de l'alimentació són factors que determinen el rendiment de la membrana. A través d'una revisió bibliogràfica i l'anàlisi de deu estudis experimentals publicats, es comparen les eficiències d'aquestes tecnologies en la recuperació d'amoni.

Este TFG aborda el análisis exhaustivo de las tecnologías de membranas utilizadas para la separación y recuperación de amonio de corrientes líquidas, un contaminante común en residuos industriales y municipales que puede afectar significativamente a la calidad del agua y que es además una materia prima. Se revisan tres tecnologías de membrana: la destilación por membrana (MD), los contactores de membrana (MC) y la pervaporación (PV). Cada una de estas tecnologías se evalúa en función de sus características morfológicas y estructurales, como el material de la membrana, el tamaño de los poros y el espesor. Los parámetros operativos, como por ejemplo la temperatura, el pH, el caudal o la concentración de la alimentación son factores que determinan el rendimiento de la membrana. A través de una revisión bibliográfica y el análisis de diez estudios experimentales publicados, se comparan las eficiencias de estas tecnologías en la recuperación de amonio.

This TFG deals with the comprehensive analysis of membrane technologies used for the separation and recovery of ammonium from liquid streams, a common contaminant in industrial and municipal waste that can significantly affect water quality and is also a raw material. Three membrane technologies are reviewed: membrane distillation (MD), membrane contactors (MC) and pervaporation (PV). Each of these technologies is evaluated in terms of its morphological and structural characteristics, such as membrane material, pore size and thickness. Operational parameters such as temperature, pH, flow rate or feed concentration are factors that determine membrane performance. Through a literature review and the analysis of ten published experimental studies, the efficiencies of these technologies in ammonium recovery are compared.

Recuperación de amoniaco de corrientes líquidas mediante membrana hidrofóbica: estudio paramétrico

Treball Final de Grau

Aguilar Font, Claudia

Tutor/a - Director/a: Guillen Burrieza, Elena

Data de publicació: 2024

Escola d'Enginyeria de Barcelona Est (EEBE)

Veure detall Accés al text complet

El present treball se centra en l'avaluació de l'eficiència d'una membrana hidrofòbica de fluorur de polivinilidè (PVDF) en un procés de destil·lació per a la recuperació d'amoníac de corrents líquides. S'han investigat diverses variables operacionals, com ara la velocitat del flux, la concentració de sulfat d'amoni en el permeat i la relació de volums entre el permeat i l'alimentació. L'objectiu és optimitzar les condicions d'operació per maximitzar la recuperació i concentració final d'amoníac al permeat. L'estudi inclou la construcció d'un muntatge de laboratori, la realització d'experiments plantejats dins d'un DoE, els balanços de massa de cada experiment i l'anàlisi estadística de les dades utilitzant el programari MiniTab. Els resultats obtinguts permetran comparar l'efectivitat de la membrana utilitzada amb altres tecnologies de separació d'amoníac, aportant solucions per a una gestió més sostenible dels residus líquids industrials.

El presente trabajo se centra en la evaluación de la eficiencia de una membrana hidrofóbica de fluoruro de polivinilideno (PVDF) en un proceso de destilación para la recuperación de amoniaco de corrientes líquidas. Se han investigado distintas variables operacionales, tales como la velocidad del flujo, la concentración de sulfato de amonio en el permeado y la relación de volúmenes entre el permeado y la alimentación. El objetivo es optimizar las condiciones de operación para maximizar la recuperación y la concentración final de amoniaco en el permeado. El estudio incluye la construcción de un montaje de laboratorio, la realización de experimentos planteados dentro de un DoE, los balances de masa de cada experimento y el análisis estadístico de los datos utilizando el software MiniTab. Los resultados obtenidos permitirán comparar la efectividad de la membrana utilizada con otras tecnologías de separación de amoniaco, aportando soluciones para una gestión más sostenible de los residuos líquidos Industriales.

This study focuses on evaluating the efficiency of a hydrophobic polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane in a distillation process for ammonia recovery from liquid streams. Various operational variables were investigated, including flow velocity, ammonium sulfate concentration in the permeate, and the volume ratio between permeate and feed. The objective is to optimize operating conditions to maximize recovery and final concentration of ammonia in the permeate. The study includes the construction of a laboratory setup, the performance of experiments planned through a DoE, the mass balances of each experiment and the statistical analysis of the data using MiniTab software. The obtained results will allow comparison of the effectiveness of the used membrane with other ammonia separation technologies, providing solutions for more sustainable management of industrial liquid waste.

Techno-economic evaluation of gaseous ammonia recovery from industrial wastewater

Treball Final de Grau

Mayoral Medina, Pablo

Tutor/a - Director/a: Vinardell Cruañas, Sergi; Guillen Burrieza, Elena

Data de publicació: 2024

Escola d'Enginyeria de Barcelona Est (EEBE)

Veure detall Accés al text complet

Contactor de membrana líquid-líquid per la recuperació d'amoni mitjançant CO2 i l'io bicarbonat com a solució d'stripping

Treball Final de Grau

Bordanove Riera, Marcel

Tutor/a - Director/a: Fernández de Labastida Ventura, Marcos; Aguilar Moreno, Miguel; Guillen Burrieza, Elena

Data de publicació: 2023

Escola d'Enginyeria de Barcelona Est (EEBE)

Veure detall Accés al text complet

El present projecte de fi d'estudis pretén treballar amb un contactor de membrana líquid-líquid format per “hollow fibres” l'objectiu del qual és recuperar l'amoníac present en una dissolució enriquida transportant-lo en fase gas i sent atrapat en forma d'amoni per una dissolució de caràcter àcid de bicarbonat. S'estudien els paràmetres operacionals de la membrana que indiquen l'eficiència del procés en funció de les composicions de cada dissolució. Tant a la d'alimentació, enriquida amb diferents concentracions d'amoníac i ocasionalment sal de sodi, com a la d'extracció on es dissol hidrogen-carbonat de sodi, i ocasionalment diòxid de carboni gas bombollejat i àcid clorhídric. Els resultats sobre la capacitat de transferència de la membrana són valorats al llarg del projecte, on s'observen anomalies en els instants inicials d'alguns experiments i se'n treuen conclusions a partir de valoracions de les concentracions d'amoníac, mitjançant cromatografia iònica i espectrofotometria, i les de carboni, mitjançant anàlisis sobre el carboni orgànic total (TOC). Aquests resultats finals mostren que la presència del diòxid de carboni a la solució d'extracció no millora el rendiment del procés, sinó que més aviat aquest genera una pressió parcial que contra-resta la de l'amoníac reduint la seva força de transferència; i a més, arribant-se a transportar el mateix CO2 cap a la solució d'alimentació provocant-hi baixades de pH precipitades.

El presente proyecto de fin de estudios pretende trabajar con un contactor de membrana líquido-líquido formado por “hollow fibres” con el objectivo de recuperar el amoníaco presente en una disolución enriquida transportándolo en fase y siendo atrapado en forma de amonio por una solución de carácter ácido de bicarbonato. Se estudian los parámetros operacionales de la membrana que indican la eficiencia del proceso en función de las composiciones de cada disolución. Tanto en la de alimentación, enriquida con diferentes concentracions de amoníaco y ocasionalmente sal de sodio, como en la de extracción, dónde se encuentran disueltos hidrogeno carbonato de sodio, y ocasionalmente dióxido de carbono burbujeado y ácido clorhídrico. Los resultados acerca de la capacidad de transferencia de la membrana son valorados a lo largo del proyecto, dónde se observan anomalías en los instantes iniciales de algunos experimentos y se sacan conclusiones a partir de la valoración de concentraciones de; amoníaco mediante cromatografía iónica y espectrofotometría, y carbono mediante el análisis acerca del carbono orgánico total (TOC). Estos resultados finales muestran que la presencia del dióxido de carbono en la disolución de extracción no mejoran el rendimiento del proceso, si no que más bien dicho este genera una presión parcial que contrarresta la del amoníaco reduciendo su fuerza de transferencia; además, llegando el mismo dióxido a transportarse hacía la solución de alimentación provocando bajadas de pH precipitades.

The actual project of end of studies aims to work with a hollow fibre líquid-liquid membrane contactor with the objective to recover ammonia from an enriched solution throught it's transport in gas fase and being stripped in ammonium form by a bicarbonate rich solution. Operational parametres that indicate the efficiency of the process are studied taking into acount each solution compositions. On one hand the ammonia enriched with different concentrations and ocassionaly also with sodium clorhide, and on the other the stripping solution where sodium hidrogen carbonate is diluted and ocassionally also carbon dioxide gas and clorhidric acid. Transference capacity results are assessed during the project length, where some anomalies can be observed in the inicial instants of some experiments. From the tritation of ammonia concentrations both in feed and stripping solution (by ionic chromatography and espectrophotometry, respectively), and total organic carbon (TOC) mesured, conclusions are extracted and presented. Those final results show that the presence of carbon dioxide in the extraction solution doesn't improve the efficiency of the process, rather it generates a parcial pressure that counteracts the ammonium one dimishing it's transference force; furthermore, being that same dioxide transported into the feed solution causing fast pH reductions.