A medida que avanzan la industrialización y la urbanización, se encuentran cada vez más en el medio ambiente una variedad de contaminantes emergentes (EP) complejos y persistentes-como antibióticos, disruptores endocrinos-químicos, microplásticos y sustancias per- y polifluoroalquiladas (PFAS)-. Estos contaminantes son persistentes, bioacumulativos y tóxicos, y plantean riesgos para los ecosistemas y la salud humana. La tecnología de separación por membranas (MST) se ha convertido en una solución prometedora debido a su alta eficiencia, bajo consumo de energía y sostenibilidad.
1. Limitaciones de los tratamientos convencionales y aumento de la separación de membranas
Los procesos de tratamiento físico, químico y biológico convencionales suelen ser ineficaces contra contaminantes traza o altamente estables. Los sistemas de lodos activados no eliminan los residuos farmacéuticos, mientras que la oxidación química puede generar subproductos dañinos. Por el contrario, la separación por membrana se basa en una permeación física selectiva, lo que permite una separación precisa de contaminantes sin alteración química.
2. Aplicaciones de la separación por membranas en el control de contaminantes emergentes
Las membranas de nanofiltración (NF) y ósmosis inversa (RO) eliminan eficazmente antibióticos, hormonas y residuos farmacéuticos de las aguas residuales. Los estudios demuestran que las membranas de OI logran una eficiencia de eliminación superior al 95%. Combinados con el tratamiento biológico, los sistemas MBR (biorreactores de membrana) se utilizan ahora ampliamente en el tratamiento de aguas residuales hospitalarias y farmacéuticas.
Las membranas de ultrafiltración (UF) y microfiltración (MF) capturan eficazmente microplásticos de menos de 1 μm, evitando su descarga en ambientes acuáticos. Con sistemas de modificación de superficies y retrolavado, se puede reducir la contaminación y extender la vida útil de la membrana.
Los PFAS, conocidos como "productos químicos eternos", son resistentes a la degradación. Las membranas de ósmosis inversa con densas capas de poliamida logran tasas de eliminación de PFAS superiores al 90 %. La nanofiltración avanzada para el tratamiento de PFAS se ha convertido en una importante dirección de investigación y aplicación a nivel mundial.
Más allá de la eliminación de contaminantes, las membranas también permiten la recuperación de recursos. En aguas residuales metálicas ácidas, los sistemas híbridos de OI y nanofiltración resistentes a los ácidos-pueden separar iones metálicos y recuperar ácidos, lo que proporciona beneficios tanto medioambientales como económicos.
3. Desafíos e innovaciones
Si bien la separación de membranas ofrece ventajas significativas, persisten desafíos como la incrustación, la demanda de energía y la durabilidad del material. Los desarrollos futuros incluyen:
- Nuevos materiales de membrana que utilizan grafeno, MXene y recubrimientos fotocatalíticos para una mayor selectividad y resistencia a las incrustaciones.
- Sistemas integrados que combinan adsorción, oxidación y biodegradación para una eliminación sinérgica.
- Monitoreo-impulsado por IA para el mantenimiento predictivo y la gestión del estado de las membranas.
- Diseño energéticamente-eficiente, desarrollando membranas de baja-presión y alto-flujo para optimizar los sistemas de reutilización de aguas residuales con membranas de ósmosis inversa.
