Treatment of olive oil wastewater for the recovery of phenolic compounds through ultrafiltration

Abstract

[ES] La industria de elaboración de aceite de oliva es una de las más importantes en el área del Mediterráneo. Las aguas residuales generadas por esta industria destacan por su elevada capacidad contaminante y por el interés que presentan los compuestos fenólicos contenidos en ellas. Estos compuestos son difíciles de degradar y tienen una característica dual, ya que poseen carácter fitotóxico para el suelo pero, por contra, tienen un elevado poder antioxidante, lo que los hace muy valiosos para la industria alimentaria, cosmética y farmacéutica. Por tanto, la recuperación de dichos compuestos fenólicos a partir del residuo industrial generado en este sector permitiría, por un lado, reducir la capacidad contaminante de estas aguas y, por otro, posibilitaría la obtención y comercialización de compuestos de alto valor añadido. Las aguas residuales procedentes de la elaboración de aceite de oliva se caracterizan por poseer una elevada carga orgánica. El uso de procesos de membrana para la recuperación y concentración de los compuestos fenólicos ofrece importantes ventajas, ya que permiten concentrar y/o eliminar materia orgánica residual y sólidos disueltos sin necesidad de añadir productos químicos y con reducidas inversiones de capital. No obstante, el principal inconveniente de los procesos de membrana es el ensuciamiento de la membrana, lo que requiere de limpiezas periódicas. Para la recuperación de los compuestos fenólicos se ha planteado la combinación de la ultrafiltración (UF) y la nanofiltración (NF). El objetivo de la UF es eliminar, en la corriente de rechazo, partículas en suspensión y la mayor parte de la materia orgánica, manteniendo un rechazo reducido a los polifenoles. De este modo se disminuye el ensuciamiento de las membranas de NF con las que se llevará a cabo, en una segunda etapa, la separación de los polifenoles del resto de la materia orgánica presente en el permeado de la UF. En este Trabajo de Fin de Máster se aborda la etapa de UF. El objetivo es analizar el efecto de las condiciones de operación (velocidad tangencial y presión transmembranar) sobre la densidad de flujo de permeado y sobre el rechazo a los compuestos fenólicos y a la materia orgánica. Se utilizarán como materia prima aguas residuales procedentes del lavado del aceite de oliva en una centrífuga vertical, lo que corresponde a la purificación final del aceite y la última etapa del proceso de elaboración. Se utilizará la membrana Tami Inside Ceram 15 kDa (Tami Indsutries, Francia) y se variará la velocidad tangencial (entre 2 y 4 m/s) y la presión transmembranar (entre 1 y 3 m/s). Se efectuará una caracterización analítica de la alimentación, rechazo y permeado (medida de conductividad, pH, compuestos fenólicos totales, DQO, sólidos en suspensión, color y turbidez) para evaluar el efecto de las condiciones de operación sobre el rechazo a los diferentes componentes. La densidad de flujo de permeado se medirá de forma gravimétrica. Además, se utilizarán diferentes productos químicos y condiciones de operación para efectuar la limpieza de la membrana con el fin de seleccionar el protocolo de limpieza óptimo, que logre la máxima recuperación de la permeabilidad de la membrana con el menor gasto de productos químicos y las condiciones de operación más suaves.

[EN] The different treatments of olive oil wastewater from the two-phase continuous centrifugation process is currently investigated by the PROMETEO group which forms part of the Institute of Industrial Safety and Environmental Radiophysics (ISIRYM). These different treatments are filtration, ultrafiltration and nanofiltration. This thesis describes the research for the ultrafiltration of the wastewater. The aim of this project was to determine the most optimal operating conditions for ultrafiltration Tami Ceramic membrane (7 channels, 15kDa, Tami Industries, Spain). The feed used for the ultrafiltration was olive mill wastewater filtered through a 60 ¿m filter (FOMWW). Selected pressures and cross flow velocities were tested over the ultrafiltration pilot plan using this feed in order to visualize the behaviour of the membrane. The effectiveness of different conditions was evaluated by an analysis of the permeability of the membrane. Additional analysis tests were made on the feed and permeate stream to find the concentration of organic matter (expressed as Chemical Oxygen Demand, COD) and phenolic compounds in order to obtain the optimal operating conditions to have a permeate with low organic load but rich in phenolic compounds. This research concludes that the best operating conditions are a transmembrane pressure of 3 bar and a cross-flow velocity of 4m/s for the highest rejection of organic matter and highest recovery of phenolic compounds.