Use of nanofiltration membrane technology for ceramic industry wastewater treatment

Abstract

A study has been undertaken of an advanced wastewater treatment approach using polymer nanofiltration membranes, in an attempt to obtain water of sufficient quality to allow it to be reused in the same production process or, alternatively, to be discharged without any problems. The study has initially focused on the removal of organic matter (reduction of COD) and the most representative ions present in the wastewater, such as Na, Cl -, and SO 4 2-. In a first part of the study, with a view to optimising the experimental phase, a simulation has been performed of the nanofiltration process using the NanoFlux software. Among other things, the simulation allows the most suitable membranes to be selected as a function of the permeate flow rate and desired level of retention in the substances to be removed. The subsequent experimentation was carried out in a laboratory tangential filtration system that works with flat membranes. It was found that retention values of about 90% were obtained for the studied substances, with a good permeate flow rate, using low operating pressures. These results demonstrate the feasibility of the studied technology and its potential as a treatment for improving ceramic industry wastewater quality.Key words: Nanofiltration, Membrane, Wastewater, Ceramic Tiles Industry, Red/White Ceramics Uso de la tecnología de nanofiltración a través de membranas para el tratamiento de aguas residuales de la industria cerámicaEste estudio ha sido emprendido con el fin de acercar la nanofiltración a través de membranas poliméricas al tratamiento de las aguas residuales industriales de la industria cerámica, esperando obtener un agua con la suficiente calidad como para ser reutilizada en el propio proceso productivo o, alternativamente, poder verterla. El estudio se ha centrado en la eliminación de materia orgánica (reducción de D.Q.O) y algunos iones presentes en las aguas residuales, tales como Na . En primer lugar, se ha realizado una simulación del proceso de nanofiltración usando el software NanoFlux. Entre otras cosas, la simulación permite seleccionar las membranas más apropiadas en función del caudal de permeado obtenido y en función del nivel de retención de la sustancia que se desea eliminar. En una segunda parte, se realizaron los ensayos experimentales en un sistema de laboratorio de filtración tangencial que trabaja con membranas planas. La retención obtenida para las sustancias estudiadas es de aproximadamente el 90%. Todo ello, con un buen caudal de permeado y usando bajas presiones de trabajo. Estos resultados demuestran la viabilidad de la tecnología y su potencial como tratamiento para mejorar la calidad de las aguas residuales de esta industria.

Factors contributing to the change in permeate quality upon temperature variation in nanofiltration

“…A similar crossflow velocity (1.27 ms -1 ) was used in the same cell for the modeled data sets (from reference [20]). All references by the authors of reference [20] using their crossflow cell also neglect CP [31], [32].…”

Optimization and economic evaluation of modified coagulation–flocculation process for enhanced treatment of ceramic-tile industry wastewater

“…The wastewater of the ceramic-tile industries is produced through the following processes: slurring, spray drying, preparing glaze, coloring, engobing, as well as polishing and washing the floors of the production halls (Gabaldón-Estevan et al 2014 ; Shu et al 2010 ). The major part of the produced wastewater in these sectors is attributed to washing (Moliner-Salvador et al 2012 ). Wastewaters of such industries contain clays, insoluble ferrites and silicates, electrolytes, anions such as sulfate (100–500 mg/L) and chloride (100–700 mg/L), as well as heavy metals such as lead, zinc, chemical oxygen demand (COD) (150–1000 mg/L), and BOD 5 (50–400 mg/L).…”

“…Wastewaters of such industries contain clays, insoluble ferrites and silicates, electrolytes, anions such as sulfate (100–500 mg/L) and chloride (100–700 mg/L), as well as heavy metals such as lead, zinc, chemical oxygen demand (COD) (150–1000 mg/L), and BOD 5 (50–400 mg/L). Organic materials in wastewater are mainly produced from the additives used in decorating tiles (Al-Asheh and Aidan 2017 ; Moliner-Salvador et al 2012 ). In the ceramic-tile industries, a considerable amount of suspended solids and wastewater turbidity can be removed using a simple sedimentation process (Chong et al 2009 ).…”

Aplicaciones estratégicas de la Nanofiltración para el tratamiento de las aguas en la industria cerámica

“…La composición de las aguas residuales de la industria cerámica varía ampliamente y puede contener sólidos en suspensión y electrólitos de naturaleza muy diversa, así como sustancias orgánicas que provienen, en su mayoría, de los aditivos utilizados en la decoración de las baldosas [2]. Sin embargo, los tratamientos que se utilizan actualmente (tratamientos generalmente físico-químicos de coagulación-floculación) no son totalmente eficaces, en particular cuando se trata de: compuestos orgánicos no-biodegradables que aumentan la DQO del agua, ciertos iones tales como cationes alcalinos y alcalinotérreos, compuestos de boro, cloruros, sulfatos... Este tratamiento poco efectivo de las aguas residuales hace imposible su reutilización en el mismo proceso de producción, excepto en la preparación de las suspensiones cerámicas necesarias para la obtención de polvo atomizado que se utiliza para fabricar la matriz o soporte de las baldosas cerámicas (no todas las empresas disponen de esta etapa del proceso productivo) o como agente de limpieza en aquellas operaciones que no se requiera una calidad del agua muy elevada (limpieza de suelos, limpieza de algunas líneas de esmaltado…) [3].…”

“…Este programa de modelización es una herramienta que puede ser utilizada en la toma de decisiones cuando se trata de elegir de forma económica la membrana adecuada y optimizar los procesos de nanofiltración. Por tanto, este programa puede utilizarse para minimizar los difíciles y costosos estudios piloto, reduciendo así el coste total y el tiempo necesario para elegir la membrana apropiada [2], así como la ampliación y explotación de plantas de nanofiltración.…”