Assessment of a hybrid membrane distillation-LED-UV process: focus on fouling mitigation

dc.creatorFlávia Cristina Rodrigues Costa
dc.date.accessioned2026-02-03T12:21:24Z
dc.date.issued2021-06-18
dc.description.abstractThe main objective of this study was to evaluate the performance of a hybrid module of membrane distillation and LED-UV (MD-LED-UV) focusing on fouling control. The newly built module has a quartz plate in the feed compartment, allowing the irradiation of the concentrate and the fouling layer. First, the module's performance in the treatment of secondary wastewater from anaerobic treatment was evaluated. There was an outstanding contribution of fouling in permeate flux decrease. The hybrid system's performance was similar to the MD's. Analysis of the membrane surfaces revealed a smaller extension of fouling in the MD-LED UV system. The fouling layer was much less adhered to the membrane surface, being easily removed mechanically. It was attributed to the higher hydrophilic character of the layer formed in the hybrid system, resulting in a weaker bond with the hydrophobic membrane. A lower concentration of SMP/EPS in the biofilm formed in the hybrid system was observed, suggesting an inactivation action of microorganisms. Then, the effect of the hybrid system on the removal of 17 α-Ethinylstadiol (EE2) was evaluated. The hybrid module and MD had very similar performances. The permeate flux in MD-LED-UV was higher than in MD, although MD-LED UV had a higher vapor pressure polarization effect. There was no significant difference between the increment in the feed and the permeate conductivities in both tests. However, the hormone removal efficiencies (97.7 and 97.9% for MD and MD-LED-UV, respectively) and the estrogenic effect removals (99.2 and 99.0% for MD and MD-LED-UV, respectively) were not impaired. Thus, when applying the MD-LED-UV module to mitigate fouling in real wastewater and seawater treatment, radiation is unlikely to lead to performance decline regarding micropollutants removal. Finally, a careful literature review on biofilm formation in MD, its consequences, and possible mitigation methods was carried out. It was concluded that the biofilm in MD leads to several damages and MD performance decay, and there should be efforts to mitigate it.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/1558
dc.languageeng
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso aberto
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
dc.subjectEngenharia sanitária
dc.subjectMeio ambiente
dc.subjectBiofilme
dc.subjectEsgotos - Tratamento
dc.subject.otherDestilação assistida por membranas
dc.subject.otherLed-uv
dc.subject.otherBiofilme
dc.subject.otherIncrustação
dc.subject.otherTratamento de esgoto
dc.subject.other17 α-Etinilestadiol (EE2)
dc.titleAssessment of a hybrid membrane distillation-LED-UV process: focus on fouling mitigation
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor-co1Bárbara Caroline Ricci
local.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4224215075029139
local.contributor.advisor1Míriam Cristina Santos Amaral Moravia
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1901180413775034
local.contributor.referee1Frederico de Araujo Kronemberger
local.contributor.referee1Vera Lúcia dos Santos
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2122664918506143
local.description.resumoEste estudo teve como principal objetivo a avaliação do desempenho de um módulo hibrido de destilação por membranas e LED ultravioleta (DM-LED-UV) com foco no controle da incrustação. O módulo proposto possui uma placa de quartzo no compartimento da alimentação, o que permitiu a radiação UVC atingir o concentrado e a camada de incrustação. Primeiramente, foi avaliada a performance do módulo construído no tratamento de esgoto secundário proveniente de tratamento anaeróbio. Verificou-se uma grande contribuição do fouling para a redução do fluxo de permeado. O desempenho do módulo híbrido foi similar ao desempenho da DM em termos de remoção de poluentes. Houve uma menor extensão de fouling no sistema DM-LED-UV e a camada incrustante ficou muito menos aderida à superfície da membrana, sendo facilmente removida mecanicamente. Isso foi atribuído ao maior caráter hidrofílico da camada formada no sistema híbrido, resultando em uma ligação mais fraca com a membrana hidrofóbica. Houve uma menor concentração de SMP/EPS no biofilme formado no sistema híbrido, sugerindo uma ação de inativação de microorganismos. Em seguida, foi avaliado o efeito do sistema híbrido na remoção de 17 α-Etinilestadiol (EE2). O módulo híbrido novamente teve uma performance similar à DM. O fluxo de permeado na DM-LED-UV foi maior do que na DM, apesar do maior efeito da polarização de pressão de vapor na DM-LED UV. Não houve diferença significativa no incremento da condutividade da alimentação e do permeado dos dois testes. As eficiências de remoção de hormônios foram de 97,7 e 97,9% para DM e DM-LED-UV, respectivamente, e as remoções de efeito estrogênico de 99,2 e 99,0% para DM e DM-LED-UV, respectivamente. Assim, ao aplicar o módulo híbrido para mitigar a incrustação em DM tratando águas residuais reais e tratamento de água do mar, é improvável que a radiação diminua o desempenho do sistema em relação à remoção de micropoluentes. Por fim, foi realizada uma avaliação, por meio de uma extensa revisão da literatura, sobre a formação do biofilme na DM, suas consequências e possíveis métodos de mitigação. Concluiu se que o biofilme na DM leva a diversos prejuízos e decaimento de performance, devendo haver esforços para mitigá-lo.
local.identifier.orcid0000-0002-9140-7740
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
local.subject.cnpqENGENHARIAS

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