DUGi

Nanoparticle-enhanced hybrid ozone–membrane process for micropollutant abatement

http://dugi.udg.edu/item/http:@@@@hdl.handle.net@@10256@@28359

ENG- The presence of persistent organic micropollutants (OMPs) in treated wastewater poses a significant challenge for safe water reuse. This doctoral research explores the development and optimization of a nanoparticle-enhanced hybrid ozone–membrane process for OMP degradation. The study begins with batch catalytic ozonation using commercial and synthesized metal oxide nanoparticles, emphasising the importance of transferred ozone dose and the limited catalytic contribution of certain oxides due to rapid ozone consumption and catalyst surface saturation. Building on these findings, a hybrid ozonation–membrane filtration (HOMF) system was developed using CeO2 and CeTiOx-modified ceramic membranes. Experiments conducted under continuous crossflow conditions evaluated the degradation of four model compounds (carbamazepine, diclofenac, ibuprofen, and pCBA) in demineralized water and secondary effluent. Results showed enhanced degradation with dual-layer modifications and lower MWCO membranes, particularly in clean matrices. This work is the first to systematically assess the effect of different MWCOs and catalytic membrane coatings under identical operational conditions, offering novel insights for real-world implementation of advanced oxidation processes in water treatment

CAT- La presència de micropol·lutants orgànics persistents (OMPs) en les aigües residuals tractades representa un repte significatiu per a la reutilització segura de l’aigua. Aquesta recerca doctoral explora el desenvolupament i l’optimització d’un procés híbrid d’ozó–membrana millorat amb nanopartícules per a la degradació d’OMPs. L’estudi s’inicia amb experiments discontinus d’ozonització catalítica utilitzant nanopartícules d’òxids metàl·lics comercials i sintetitzats, tot destacant la importància de la dosi d’ozó transferida i la contribució catalítica limitada d’alguns òxids a causa del consum ràpid d’ozó i la saturació de la superfície del catalitzador. A partir d’aquests resultats, es va desenvolupar un sistema híbrid d’ozonització–filtració per membrana (HOMF) amb membranes ceràmiques modificades amb CeO2 i CeTiOx. Els experiments, realitzats en condicions contínues de flux creuat, van avaluar la degradació de quatre compostos model (carbamazepina, diclofenac, ibuprofèn i pCBA) en aigua desmineralitzada i en efluent secundari. Els resultats van mostrar una degradació millorada amb modificacions de doble capa i membranes amb menor MWCO, especialment en matrius netes. Aquest treball és el primer que avalua de manera sistemàtica l’efecte de diferents MWCO i recobriments catalítics de membranes sota condicions operatives idèntiques, aportant coneixements innovadors per a la implementació real de processos d’oxidació avançada en el tractament d’aigües

This work was funded by the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program under Marie Skłodowska-Curie grant agreement No. 812880. It was part of the European Joint Doctorate project “NOWELTIES”. Nikoletta Tsiarta would also like to acknowledge funding from the Generalitat de Cataluña through the Consolidated Research Group Grant ICRA-Tech 2021-SGR-01283 and the CERCA program

Programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia de l’Aigua

Universitat de Girona