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Un equipo de investigadores chinos ha avanzado en el tratamiento de aguas residuales con la aplicación exitosa de la tecnología UV/E-Cl para mitigar el ensuciamiento de gel de membrana. El estudio, publicado recientemente enComunicaciones de la naturaleza, destaca un enfoque novedoso para mejorar la eficiencia de desagüe y el rendimiento de la filtración de la membrana en los procesos de tratamiento de aguas residuales.
Eficiencia de desagüe mejorada
El estudio demostró que la aplicación de UV/E-Cl mejoró significativamente el flujo de agua en los experimentos de deshidratación, logrando flujos hasta el 138% del sistema E-Cl, el 239% del sistema UV y el 198% del control. Esto sugiere que UV/E-Cl interrumpe efectivamente las estructuras de ensuciamiento de membrana, lo que lleva a un mejor rendimiento de desagüe. Al utilizar un sistema modelo SA-BSA, los investigadores pudieron simular el comportamiento de sustancia polimérica extracelular compleja (EPS) y confirmar la relevancia de las proteínas y los polisacáridos en el lodos de aguas residuales (era) deshidratamiento.
Conocimientos moleculares sobre mecanismos de ensuciamiento
El estudio profundizó en las interacciones intermoleculares de proteínas y polisacáridos, revelando que el puente electrostático entre los grupos amino y carboxilo juega un papel crucial en el ensuciamiento de la membrana. A través del análisis espectral de FTIR y las simulaciones de la teoría funcional de densidad (DFT), los investigadores identificaron tres modos de unión moleculares, lo que indica una fuerte preferencia por las conformaciones lineales que promueven la reticulación de polímeros. Estos hallazgos proporcionan una comprensión de nivel molecular de cómo UV/E-Cl interrumpe estas interacciones, lo que lleva a una viscosidad reducida, tamaños de flocos más grandes y una mayor liberación de agua.
Papel sinérgico de los radicales CL en la mitigación de ensuciamiento
Un análisis posterior demostró que los radicales de cloro (CL •) juegan un papel dominante en la degradación de BSA y SA, lo que contribuye con más del 90% a su descomposición. El estudio informó constantes de velocidad de reacción excepcionalmente altas para las interacciones CL • con estas macromoléculas, lo que respalda la efectividad de UV/E-Cl en los falsantes de membrana de descomposición. Este proceso no solo fragmentó las estructuras SA-BSA en partículas más pequeñas, sino que también redujo significativamente su capacidad de viscosidad e hidratación, debilitando así la capa de ensuciamiento de gel.
Información termodinámica: estado de ocurrencia del agua como factor clave
La investigación exploró aún más la termodinámica del ensuciamiento de la membrana, confirmando que los estados de ocurrencia del agua, en lugar de los factores de porosidad o permeabilidad convencionales, el comportamiento de ensuciamiento de gel dominante. El análisis termogravimétrico reveló que el contenido de agua unido en las capas de control de control era de casi el 80%, mientras que el tratamiento con UV/E-Cl lo redujo a menos del 10%. Este cambio permitió una liberación de agua más fácil, reduciendo en última instancia la resistencia a la filtración y mejorando la eficiencia de la filtración.
Hacia aplicaciones prácticas
Con estos resultados convincentes, los investigadores sugieren optimizar los parámetros del reactor, incluido el material de los electrodos, la intensidad UV y la duración del tratamiento, para mejorar la escalabilidad del proceso. El estudio también propone la integración de UV/E-Cl con otros oxidantes, como el peróxido de hidrógeno, para aumentar aún más la generación de radicales y mejorar la eficiencia del tratamiento. Además, los investigadores enfatizan el potencial para usar soluciones de NaCl de menor concentración, como el agua de mar, para lograr un tratamiento de aguas residuales sostenible y rentable.
Un avance universal en tecnología de membrana
Si bien este estudio se realizó utilizando el WAS, sus hallazgos tienen implicaciones de largo alcance más allá del tratamiento de aguas residuales. El reconocimiento de la ocurrencia del agua establece como el factor dominante en la mitigación del ensuciamiento de la membrana tiene importancia universal en diferentes procesos de membrana y escalas de reactores. Este avance allana el camino para tecnologías de filtración más eficientes y sostenibles en las industrias del tratamiento del agua en todo el mundo.
Con la creciente demanda global de gestión eficiente de aguas residuales, la tecnología UV/E-Cl presenta una solución prometedora para mejorar la longevidad de la membrana, reducir los costos operativos y mejorar el rendimiento general del tratamiento. A medida que los investigadores continúan refinando y ampliando este enfoque innovador, el futuro del tratamiento de aguas residuales parece cada vez más eficiente y sostenible.
Para obtener más detalles, consulte el estudio completo publicado en Nature Communications: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
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Tiempo de publicación: Abr-03-2025