Estudio de la influencia de las condiciones de operación en la limpieza convencional y con disoluciones salinas de membranas de ultrafiltración ensuciadas con disoluciones procedentes de la industria láctea

Abstract

[ES] El objetivo del trabajo es el estudio del efecto de las condiciones de operación sobre la eficacia del proceso de limpieza de membranas de ultrafiltración ensuciadas con disoluciones de concentrados de proteínas de lactosuero. De este modo, se podrán seleccionar las condiciones de operación óptimas para conseguir la mayor eficacia de limpieza con el menor consumo de productos químicos y energía. Se han empleado dos agentes químicos diferentes, uno novedoso (cloruro de sodio) y otro convencional (hidróxido de sodio). Se han utilizado tres membranas de diferente material (poliétersulfona, cerámica y poliétersulfona permanentemente hidrofílica) y umbral de corte molecular (5, 15 y 30 kDa). Como alimentación durante la etapa de ensuciamiento de las membranas, se ha utilizado una disolución de proteínas procedente de la industria láctea, concretamente una disolución de un concentrado de proteínas de lactosuero con una concentración de proteínas totales del 33 % p/p. Durante la etapa de limpieza se ha evaluado la influencia en la eficacia de dicho proceso de diversos parámetros de operación: temperatura, agente de limpieza utilizado y concentración del mismo. Tras analizar los resultados obtenidos se ha observado que la eficacia de limpieza se incrementa al aumentar la temperatura y la concentración del agente de limpieza. Respecto a la limpieza con NaOH, se ha desarrollado un modelo matemático que relaciona la eficacia del proceso de limpieza con la concentración de NaOH y la temperatura. El modelo obtenido concluye que, para las condiciones de operación consideradas, el parámetro más influyente en la eficacia de la limpieza es la concentración del agente químico, encontrándose el óptimo entre 5 y 9 g/L. La temperatura óptima de limpieza es de 50 ºC. No obstante este protocolo de limpieza no resulta eficaz para las membranas poliméricas. El NaCl con una concentración de 5 mM también resultó eficaz para la limpieza de la membrana cerámica, pero a una temperatura de 80 ºC, siendo este protocolo de limpieza el más efectivo económicamente.

[CA] L’objectiu del treball és l’estudi de l’efecte de les condicions d’operació sobre l’eficàcia del procés de neteja de membranes d’ultrafiltració embrutades amb dissolucions de concentrats de proteïnes de xerigot. D’aquest mode, es podran seleccionar les condicions d’operació òptimes per aconseguir la major eficàcia de neteja amb el menor consum de productes químics i energia. S’han emprat dos agents químics diferents, un innovador (clorur de sodi) i altre convencional (hidròxid de sodi). S’han utilitzat tres membranes de diferent material (poliétersulfona, ceràmica i poliétersulfona permanent hidrofílica) i llindar de tall molecular (5, 15 y 30 kDa). Com alimentació durant l’etapa d’embrutament de les membranes, s’utilitzarà una dissolució de proteïnes procedent de la industria làctia, concretament una dissolució d’un concentrat de proteïnes de xerigot amb una concentració de proteïnes totals del 33% p/p. Durant l’etapa de neteja s’ha avaluat la influència en l’eficàcia d’aquest procés de diversos paràmetres d’operació: temperatura, agent de neteja utilitzat i concentració d'aquest. Després d’analitzar els resultats obtinguts s’ha observat que l’eficàcia de neteja s’incrementa en augmentar la temperatura i la concentració de l’agent de neteja. Respecte a la neteja amb NaOH, s’ha desenvolupat un model matemàtic que relaciona l’eficàcia del procés de neteja amb la concentració de NaOH i la temperatura. El model obtingut conclou que, per a les condicions d’operació considerades, el paràmetre més influent en l’eficàcia de la neteja és la concentració de l’agent químic, trobant-se l’òptim entre 5 i 9 g/L. La temperatura òptima de neteja és de 50ºC. No obstant aquest protocol de neteja no resulta eficaç per a les membranes polimèriques. El NaCl amb una concentració de 5 mM també va resultar eficaç per a la neteja de la membrana ceràmica, però a una temperatura de 80ºC, sent este protocol el mes efectiu econòmicament.

[EN] The aim of this work is the study of the effect of the operating conditions on the efficiency of the cleaning process of ultrafiltration membranes fouled with solutions of whey protein concentrates. Thus, the optimum operating conditions can be selected to achieve the maximum cleaning efficiency with the lowest consumption of chemicals and energy. Two different chemicals have been used to clean the membranes, a novel one (sodium chloride) and a conventional one (sodium hydroxide). Three membranes with different material (polyethersulfone, ceramics and permanently hydrophilic polyethersulfone) and molecular cutoff (5, 15 and 30 kDa) have been considered. The feed was a solution of proteins from the dairy industry, specifically a solution of a whey protein concentrate with a total protein concentration of 33% w / w. The influence of various operating parameters on the cleaning efficiency was evaluated: temperature, cleaning agent used and concentrate. After analyzing the results obtained, it was observed that the cleaning efficiency increases when the temperature and the concentration of the cleaning agent increase. Regarding the cleaning with NaOH, a mathematical model that relates the efficiency of the cleaning process with the NaOH concentration and temperature has been developed. The model obtained concludes that, for the operating conditions considered, the most influential parameter on the cleaning efficiency is the concentration of the chemical agent, being the optimum value between 5 and 9 g/L. The optimum cleaning temperature is 50 ° C. However, this cleaning protocol is not effective for the polymeric membranes. NaCl at a concentration of 5 mM was also effective for cleaning the ceramic membrane, but at a temperature of 80°C. Due to the total cost of cleaning protocol, the NaCl was finally selected as a cleaning agent.