Recuperación de polifenoles de aguas residuales del procesado de aceituna de mesa mediante membranas

Abstract

[EN] Wastewaters generated in the industrial processes of the food sector present high pollutant loads and not all are treated. One example are the wastewaters from the production of table olives, which are characterised by their high salinity and high concentration of organic matter and phenolic compounds. These phenolic compounds present a problem when treating this type of water in a conventional treatment plant due to their phytotoxic character and, on the other hand, they have a characteristic that makes them very valuable, outstanding antioxidant properties, which is of great interest to the cosmetic, pharmaceutical and food industries. This work is focused on the recovery of these phenolic compounds present in the residual brine from the fermentation process of table olives, by the joint use of two membrane processes, ultrafiltration (UF) and nanofiltration (NF) to obtain a permeate low in organic load and salts, but enriched in these antioxidant compounds. All the assays were carried out at laboratory scale as a starting research point for future industrial implementation. Four assays were proposed, two using UF+NF process, being the UF permeate the NF feed, where the UF assays were performed with a membrane (UP005) and operating conditions considered as optimal after previous tests. For the NF tests, two membranes with different characteristics were compared, M1, with hollow fiber configuration (PENTAIR HFW1000) and M2 with flat configuration (NF245). The NF assays were performed varying two parameters: crossflow velocity and transmembrane pressure (0.5, 1.0, 1.5 m-1 and 1.0, 1.5, 2 bar for M1 and 0.5, 0.75; 1.0 m·s-1 and 5, 10, 15 bar for M2), to evaluate how these parameters affect permeate flux, membrane fouling and phenolic compounds recovery. The third group of tests was performed with concentration of the feed solution. These tests were performed with the membrane and operating conditions that presented the best results in the previous tests. Thus, the effect of the volume reduction factor (VRF) on the permeate flux and polyphenols recovery was evaluated. The fourth test was performed without the previous UF process, evaluating the behaviour of the M1 membrane when it is directly fed with the residual brine, because of the molecular weight cut-off of this membrane (1000Da) is intermediate between a UF and a NF membrane. The results showed that the UF membrane almost completely eliminated the The results showed that the UF membrane almost completely eliminated the turbidity and suspended solids of the residual brine. The NF membrane M1 presented 8 low rejection towards the COD, salts and phenolic compounds, whereas M2 showed a great capacity to reduce the concentration of COD and salts, and at the same time to enrich the permeate stream in phenolic compounds. The best operating conditions in the nanofiltration step, in terms of permeate flux, COD removal and recovery of phenolic compounds, were obtained with the NF245 membrane at 10 bar and 0.75 m·s-1 . The assays with the M1 membrane without the UF process as pretreatment showed a similar behaviour to the assays performed with the UF membrane, obtaining similar final concentrations in the permeate, so its characteristics are close to a UF membrane type.

La industria de elaboración de aceitunas de mesa 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 las aceitunas se caracterizan por poseer una elevada conductividad y 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. El objetivo principal de este trabajo es recuperar los compuestos fenólicos presentes en las aguas residuales procedentes de la elaboración de aceitunas de mesa mediante tecnología de membranas, combinando la ultrafiltración (UF) y la nanofiltración (NF). La UF se llevará a cabo con la membrana UP005 (Microdin Nadir, EEUU) a 25ºC, 3 bar y 2.2 m/s y se recogerá el volumen suficiente de permeado para poder realizar, a continuación, los ensayos de 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. En la etapa de NF se llevará a cabo la separación de los polifenoles del resto de la materia orgánica presente en el agua residual. En esta etapa se compararán dos membranas diferentes: Pentair HFW100 (Pentair, Holanda) y NF245 (Dow Filmtec, EEUU), así como diferentes condiciones de operación (velocidades tangenciales y presiones transmembranales), con el objetivo de alcanzar la mayor densidad de flujo de permeado, el mayor rechazo a la materia orgánica y el menor rechazo a los polifenoles. Inicialmente los ensayos se realizarán con recirculación total tanto del permeado como del rechazo. Para las mejores condiciones de operación se harán ensayos sin recircular el permeado (aumentando la concentración) para ver el efecto del factor de reducción de volumen sobre la densidad de flujo de permeado y sobre el rechazo a los diferentes compuestos. En los ensayos de UF y NF se determinará la variación de la densidad de flujo de permeado a lo largo del tiempo y se analizará, en las corrientes de rechazo y permeado, el pH, la conductividad, el color, la turbidez, la demanda química de oxígeno, los sólidos en suspensión y la concentración total de compuestos fenólicos.