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Una tesis del LEQUIA demuestra el potencial de los sistemas osmóticos híbridos para desalinizar agua de mar y pre-concentrar las aguas residuales


25/06/2026

I+D+i
Una tesis del LEQUIA demuestra el potencial de los sistemas osmóticos híbridos para desalinizar agua de mar y pre-concentrar las aguas residuales
 
  • Rajashree Yalamanchili defenderá su tesis doctoral “Optimization of osmotic pressure usage for safe water production in the context of combining water reuse and desalination” el próximo martes 7 de julio en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Girona
  • La tesis demuestra el potencial de los sistemas osmóticos híbridos (ósmosis inversa – ósmosis directa) reducir la energía de desalinización y simultánaemente pre-concentrar aguas residuales
 
La escasez de agua sigue empujando a regiones de todo el mundo a buscar recursos hídricos alternativos, como la desalinización de agua de mar y la reutilización de aguas residuales. Si bien la desalinización por ósmosis inversa suministra agua de forma fiable, sigue estando limitada por el alto consumo de energía específico y los impactos ambientales de la eliminación de salmuera.
 
Asimismo, el vertido de aguas residuales tratadas es una oportunidad perdida para la reutilización del agua y la recuperación de recursos. En este contexto, se propone un sistema híbrido de ósmosis directa-ósmosis inversa (OD-OI) capaz de diluir el agua de mar y pre-concentrar las aguas residuales de forma simultánea, reduciendo así la intensidad energética de la desalinización y aumentando la recuperación de agua y de recursos de las aguas residuales.
 
Esta tesis demostró, mediante enfoques de modelización y diseño, que optimizando los procesos de dilución osmótica es posible conseguir una recuperación de aguas residuales de hasta el 90% en OD y reducir la energía de desalinización de ósmosis inversa por debajo de 1 kWh/m³.
 
Otro resultado relevante es la viabilidad de procesar agua de mar diluida en una planta desalinizadora existente para mejorar el sistema híbrido OD-OI y aumentar así la producción de permeado hasta el 67%. Sin embargo, cuando se compara energéticamente el proceso OD-OI con esquemas independientes, la reutilización autónoma del agua sigue siendo atractiva.
 
Más allá de estos valiosos hallazgos, el trabajo también demuestra que la integración de la OD como etapa de concentración previa depende de la comprensión de las condiciones hidráulicas, la orientación del flujo, la disposición de los módulos y las limitaciones intrínsecas de transferencia de masa; factores que determinan la recuperación que puede alcanzarse y la proximidad al equilibrio osmótico.
 
Así, la combinación de experimentos a escala piloto y de tareas de modelización reveló que una configuración multimodular en forma de árbol que opera en flujo a contracorriente promueve una distribución hidráulica más equilibrada y mantiene la fuerza motriz osmótica de forma más eficaz que una disposición en serie.
 

Viabilidad e integración en procesos biológicos y digestión anaeróbica

 
Una vez establecido el potencial de los sistemas híbridos OD-OI, la tesis de Rajashree Yalamanchili se centró en preguntas más amplias: ¿es segura el agua producida para la reutilización? ¿Y cuál es el potencial de recuperación cuando las aguas residuales pre-concentradas de la OD se integran con procesos biológicos como la digestión anaeróbica (DA) y las microalgas? Mediante modelos basados ??en la literatura, el sistema híbrido mostró un potencial de recuperación en la OD de hasta el 80-82% bajo distintas condiciones de funcionamiento.
 
Además, el permeado de la OD cumple con las directrices para riego agrícola, aunque requeriría etapas de desinfección más avanzadas para cumplir con la normativa de agua potable y reducir los valores de eliminación logarítmica de amonio y patógenos. Con la pre-concentración de la OD, los impactos de la elevada salinidad y el amonio en los procesos biológicos posteriores (sistemas de DA y microalgas) necesitan ser validados experimentalmente, ya que ambos parámetros pueden influir en la estabilidad y la productividad del proceso.
 
Sin embargo, incluso cuando el sistema se alimenta con energía generada a partir de DA, la reutilización de agua sigue siendo una opción de bajo consumo energético, aunque las pérdidas de metano en ausencia de pre-concentración podrían limitar las ganancias energéticas netas.
 
Por último, la investigadora se centró en la eliminación de contaminantes emergentes. En un sistema híbrido OD-OI-DA, la OD consigue un alto rechazo inicial, pero los compuestos persistentes y recalcitrantes se acumulan en el efluente de digestión anaeróbica a causa de una biodegradación limitada.
 
En cuanto al agua de mar, la dilución osmótica combinada con el alto rechazo de la OI garantiza un permeado de alta calidad sustained, con contaminantes residuales confinados en la salmuera. Las variaciones operativas afectan principalmente a los niveles de los contaminantes emergentes en el efluente de digestión anaeróbica, mientras que la calidad del permeado se mantiene estable.
 
Por lo general, en comparación con los trenes autónomos de OI y DA-OI, el sistema híbrido OD-OI-DA proporciona las concentraciones más bajas de contaminantes emergentes en el permeado y la salmuera, concentrando a la vez la carga más alta en el efluente de la DA, lo que requiere una gestión adecuada.
 
En conjunto, la tesis aporta nuevos conocimientos científico-técnicos sobre la integración de la reutilización y desalinización mediante sistemas híbridos OD-OI para una reutilización segura del agua. También identifica parámetros y procesos operativos relevantes que deberían estudiarse en futuros trabajos de investigación. Dirigida por el Dr. Gaëtan Blandin y el Dr. Ignasi Rodriguez-Roda, la tesis se alinea con la investigación actual sobre tecnologías de membranas para el tratamiento de aguas en el grupo de investigación “Laboratorio de Ingeniería Química y Ambiental” (LEQUIA) de la Universidad de Girona.
 
 

Fuente www.lequia-udg.com


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