Category Archives: Diseño de plantas depuradoras

Ventajas y desventajas de los reactores biológicos secuenciales (SBR)

Los reactores biológicos secuenciales (SBR) son reactores discontinuos en los que el agua residual se mezcla con un lodo biológico en un medio aireado. Se trata de un proceso que combina en un mismo tanque: Aeración/reacción y clarificación.

La tecnología de los reactores biológicos secuenciales es una variante optimizada de la tecnología convencional de lodos activados. Se basa en el uso de un sólo reactor que opera en forma discontinua secuencial. El sistema de los reactores biológicos secuenciales SBR consta de al menos cuatro procesos cíclicos: llenado, aireación, anoxia, decantación y vaciado, tanto de efluente como de los lodos. Esta tecnología es capaz de tolerar variaciones de carga y caudal y genera como producto lodos estabilizados, siendo en ocasiones, la tecnología más apropiada para la industria.

Instalación con tecnología SBR (Reactores Biológicos Secuenciales)

Instalación con tecnología SBR (Reactores Biológicos Secuenciales)

Entre las ventajas de utilizar la tecnología de los reactores biológicos secuencia (SBR) están:

  • Efluente de gran calidad y menor cantidad de sólidos en suspensión, debido, a la decantación estática y controlada que permite el sistema, influyendo en una reducción directa en otros parámetros de control de calidad del efluente.
  • Mayor resistencia frente a variaciones bruscas de temperatura, ya que nos permite controlar los ciclos de carga de agua bruta, estableciendo criterios de cómo, cuanto y cuando realizarlos.
  • Una vez establecidos los parámetros de funcionamiento del sistema, ante la diversidad de vertidos que puedan existir en una industria, es sencilla y automática el control de la operación del sistema.
  • Bajo requerimiento de espacio, debido a que se requiere un solo tanque para realizar todo el proceso. Evitamos los procesos de decantación convencionales y reactores auxiliares de desnitrificación.
  • Se logra una mayor estabilidad y flexibilidad. Este tipo de tecnología es ideal, por su capacidad de adaptación y tolerancia a las variaciones de cara orgánica, para aquellos casos donde existen condiciones de carga y volumen que varían constantemente. Se puede variar los tipos de ciclos, así como los tiempos.
  • Consigue la eliminación eficiente de: DBO5, Nitrógeno y fósforo. Ideal para el control y la eliminación de nutrientes.
  • Permiten mayor control sobre el crecimiento de microorganismos filamentosos y problemas de decantación.
  • Los costes de inversión son menores ya que no requieren de los típicos decantadores secundarios.
  • Diseño compacto. Es una solución ideal para aquellas industrias que no dispongan de suficiente espacio. Un SBR requiere mucho menos espacio que los sistemas convencionales como lodos activados, además de poder alcanzar alturas importantes en los reactores, favoreciendo la trasferencia de oxígeno como consecuencia de elevar la columna de agua con la configuración del reactor biológico.

Entre las desventajas de utilizar la tecnología de los reactores biológicos secuencia (SBR) están:

  • Los reactores biológicos secuenciales requieren una mayor capacitación técnica del personal que va a explotarlo, debido a la exigencia de cambio de parametrización en el funcionamiento del sistema ante cambios de calidad de vertido de la industria.
  • Son sistemas que necesitan mayores inversiones en el sistema de aireación y mayor demanda de energía puntualmente, debido a la alimentación discontinua del sistema.
  • Es muy importante tener un buen dimensionamiento y con margen de seguridad, en el sistema de aireación.
  • Es una tecnología que no es aplicable a todo tipo de efluente orgánico, la presencia de compuestos tóxicos puede afectar negativamente el desempeño de este tratamiento, favorecidos los impactos tóxicos por la alimentación puntual.

Si quieres saber más sobre la tecnología de los reactores biológicos secuenciales SBR y estar al tanto de las últimas actualizaciones en tecnología de tratamientos de aguas en la industria, te invitamos a suscribirte al Newsletter de aguas Industriales.

 

Si tienen alguna consulta, no duden en contactar con comercial@aemaservicios.com o en el teléfono 941 18 18 18

Cómo funcionan los Equipos DAF para depuradoras

Equipos de flotación por aire disuelto, DAF para depuradoras

Equipos de flotación por aire disuelto, DAF para depuradoras

Un sistema de flotación por aire disuelto DAF es un sistema que se encarga de separar las partículas en suspensión mediante microburbujas de aire, en una solución sobresaturada. Los sólidos se adhieren a las microburbujas en su recorrido ascendente flotando hacia el sistema de separación superior.

Los equipos DAF para depuradoras, se pueden clasificar por su forma: en flotadores circulares o rectangulares. En función de su proceso, éstos pueden ser:

FAD T: se sobresatura el caudal total.

FAD P: se sobresatura parte de del caudal.

FAD R: Se sobresatura agua del efluente, recirculándola a la alimentación.

Cada uno de los procesos de los diferentes equipos DAF para depuradoras tiene sus ventajas e inconvenientes:

  • FAD T– El saturador está ubicado a la entrada del flotador, y es alimentado con el total del A.R. perdiendo parte de eficacia en la saturación del fluido y exigiendo un mantenimiento importante de los equipos.
  • FAD P – Estos equipos DAF para depuradoras toman parte del agua sucia presurizándola, por lo que el mantenimiento de los equipos es menos importante ya que el equipo de presurización es de menor tamaño y en consecuencia de menor coste.
  • FAD R – Utiliza un flujo de agua Clarificada, con lo que optimiza el diseño y el mantenimiento del sistema de presurización siendo el coste de mantenimiento mínimo. Por otro lado, al sumar el caudal de alimentación con el de presurización se diluye la concentración a la entrada del flotador, aumenta el caudal de alimentación a tratar y en consecuencia el tamaño del flotador.
Sistema DAF

Sistema DAF

Para aplicaciones de tratamiento de agua que requieren la remoción de un flóculo frágil, para depuradoras que funciona con la flotación por reciclado de caudal a presión, el equipo DAF sería el sistema más apropiado. En este proceso, el caudal total influente va bien inicialmente a través del tanque de floculación o directamente al tanque de flotación si no se precisa floculación separada. Parte del efluente clarificado se recicla, presurizado y saturado con aire. El agua presurizada reciclada se introduce en el tanque de flotación a través de un dispositivo de reducción de presión y se mezcla con el agua floculada. En el dispositivo de reducción de presión, la presión se baja hasta la presión atmosférica, desprendiendo el aire en forma de finas burbujas (de 10 a 100 µm de diámetro). Las burbujas de aire se agregan a los flóculos, y el agregado flota en la superficie.

Descripción general de una planta con equipos DAF para depuradoras con sobresaturación y recirculación parcial del caudal.

El tanque de los equipos DAF para  depuradoras con sobresaturación se divide en dos cámaras o depósitos. La primera cámara se denomina zona de contacto y la segunda es la zona de separación, ambas están separadas por un deflector o bafle.

El propósito de la zona de contacto es proporcionar oportunidades para que las partículas de flóculo y las burbujas de aire colisionen y se unan entre ellas. Las burbujas de aire con flóculos adjuntos se llaman agregados burbuja-flóculo. El agua arrastra la suspensión de agregados, burbujas libres y partículas floculares sin unir hacia la segunda cámara, la zona de separación. Aquí las burbujas libres y los agregados pueden ascender hasta la superficie del tanque. En la superficie del tanque se forma una capa flotante compuesta de una mezcla de burbujas y partículas floculares que han sido arrastradas por estas. Con el tiempo esta capa de flotados se concentra produciendo un lodo, denominado nata o fango, que se retira del tanque por medio de un sistema de barrido superficial. El agua clarificada se extrae desde la parte inferior del tanque y una parte de esta agua vuelve a entrar en el sistema como caudal de recirculación (Qr).

Las burbujas de aire se introducen en la zona de contacto. En primer lugar, el aire (atmosférico) se disuelve en el caudal de reciclaje elevando ambos a alta presión en un recipiente llamado saturador. Así, la cantidad total de aire que se suministra a la zona de contacto depende de la presión del saturador y el flujo de reciclaje. Suelen utilizarse valores de presurización en torno a 400-600 kPa. El caudal de reciclaje puede describirse en términos de relación o tasa de reciclaje, que es el caudal de reciclado (Qr) dividido entre el caudal efluente de la planta (Q). Valores típicos de relación de reciclado están entre 10-50%

Una parte del caudal tratado es recirculado y mezclado con la corriente principal sin presurizar antes de la entrada al tanque de flotación, lo que provoca que el aire deje de estar en disolución y entre en contacto con las partículas sólidas a la entrada del tanque. En las instalaciones de mayor tamaño, se recircula parte del efluente del DAF (entre el 15-120%).  El flujo de reciclaje se inyecta al flujo principal a través de toberas o válvulas especiales a la entrada de la zona de contacto, en la parte inferior. Las microburbujas se producen con tamaños entre 10 y 100 µm. Estas burbujas de aire tan pequeñas dan al agua un aspecto lechoso, por ello se utiliza el término ‘agua blanca’ para describir la suspensión de burbujas en el depósito.

Se utiliza el término Carga Hidráulica para definir la capacidad (de funcionamiento) y el tamaño de los depósitos de los equipos DAF para depuradoras. La Carga Hidráulica (CH) se define como el caudal total por unidad de superficie. Tal y como se ha comentado, los procesos convencionales de los equipos DAF para depuradoras se diseñan para CH nominales de 5-15 m/h. Más recientemente, comenzaron a desarrollarse  equipos DAF para depuradoras capaces de tratar CH de 15-30 m/h, son denominados equipos DAF de alto rendimiento.

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Tratamientos Aguas industriales: Últimas tecnologías en depuración Biológica de aguas residuales en la industria agroalimentaria

Tratamientos Aguas industriales

Este post habla sobre las diversas tecnologías que se emplean en diferentes sectores industriales y empresas del sector agroalimentario como bodegas, conserveras, cárnicas, mataderos, aceiteras, lácteas y elaboración de zumos, teniendo en cuenta las peculiaridades de cada tipo de agua residual. Su aplicación permite no sólo dar cumplimiento a las cada vez más restrictivas normativas en materia medioambiental sino también que dichas empresas avancen en innovación y competitividad.

Tratamientos Aguas industriales

Tratamientos Aguas industriales

Tratamiento  Aguas Residuales en Bodegas

El sector vinícola se caracteriza por un elevado consumo de agua y por efluentes residuales que contienen altas cargas orgánicas, agentes de limpieza, sales y sólidos en suspensión, generando un vertido final que se caracteriza por presentar niveles importantes de DBO, DQO, SST, etc.

Para la depuración de este tipo de aguas residuales, es recomendable apostar por el uso de sistemas con biorreactores de membrana (MBR) de fibra hueca reforzada como alternativa a los procesos convencionales de fangos activos, dadas sus amplias ventajas:

  • El efluente no contiene sólidos suspendidos ni, por tanto, bacterias patógenas y contiene un número limitado de virus en función del tipo de membranas. Para conseguir esto con los procesos convencionales, se requieren una serie de etapas complementarias (tratamiento terciario).
  • Mayor adaptabilidad a las variaciones de carga.
  • Mayor resistencia frente a variaciones bruscas de temperatura.
  • El efluente tiene una calidad que puede permitir su reutilización en numerosas aplicaciones y que cumple las condiciones de descarga a cauces en aguas muy sensibles.
  • El personal de mantenimiento no debe tener conocimientos microbiológicos tan específicos como en el proceso de fangos activos. Se debe limitar a seguir unas pautas mecánicas y de control de presiones en las membranas.
  • Menor producción de fangos y por tanto menores costes de explotación.
  • No hay problemas de calidad causados por fangos flotantes, voluminosos o subida de fangos en el decantador secundario.
  • Es posible un post-tratamiento con ósmosis inversa de forma directa.
  • Las necesidades de espacio del tratamiento biológico son muy reducidas frente a los procesos convencionales, lo que también permite alojar el proceso biológico dentro de un edificio (con la consiguiente reducción drástica de olores).
  • Los costos de obra civil son más reducidos.
  • Elevada vida útil de las membranas (hasta 10 años).
  • Facilidad de ampliación sin necesidad de obra civil.

Tratamientos Aguas industriales

Tratamientos Aguas industriales

No obstante, también tiene sus inconvenientes:

  • Los costos energéticos del tratamiento son mayores. Sin embargo, se compensa con una reducción de los costes de gestión de fangos, por lo que los costes de explotación final son muy parecidos.
  • Necesita pequeñas instalaciones de dosificación de reactivos químicos (depósitos de acumulación) para la limpieza de las membranas.

Comparando ambas tecnologías, fangos activos vs. MBR, las principales diferencias se enumeran a continuación:

  • Concentración de sólidos en suspensión de licor mezcla en el reactor biológico del sistema MBR es muy superior a la existente en el sistema convencional, lo que en definitiva supone una menor producción de fangos y una disminución del volumen de reactor necesario.
  • Los MBR, al realizar la separación sólido-líquido mediante una membrana, evita los fenómenos de bulking y foaming.
  • En términos de rendimiento, los MBR consiguen mejores resultados en todos los parámetros estudiados en el efluente de salida (SS: 0 mg/l frente a 10-15 mg/l; DQO: < 30 mg/l frente a 40-50 mg/l; fósforo total (con precipitación): < 0,3 mg/l frente a 0,80-1mg/l), etc.).
  • Los costes de explotación y mantenimiento también varían. Suponiendo una EDAR urbana con un caudal entre 1.000 y 2.000 m3/día, se calcula que el coste total (sumando costes energéticos, mantenimiento, uso de reactivos químicos y gestión de residuos) por m3 tratado sería: 0,178 €/m3 en el caso del MBR frente a los 0,192 €/ m3 que supondría un proceso convencional. Por otro lado, la tecnología MBR puede utilizarse también como tratamiento terciario, habiendo quedado demostrado que consigue tratar y desinfectar el agua hasta los niveles requeridos legalmente para su reutilización, sin necesidad de aplicar tratamientos terciarios posteriores.

Tratamientos aguas residuales en Mataderos

Las posibilidades de tratamiento en el caso de aguas residuales de mataderos incluyen: MBR, sistema de fangos activados con aireación prolongada y SBR.

Para este caso, una comparativa de los costes de explotación y mantenimiento para los 3 tipos de tecnologías, utilizando 3 casos reales de mataderos de pollos arrojan los siguientes resultados:

Se consideraron los costes relativos a consumo energético, costes asociados

al consumo de reactivos químicos, gestión de residuos (tomando un valor único en los 3 ejemplos) y canon de vertido (correspondiente al Ayuntamiento donde cada empresa está ubicada). Los resultados son los siguientes:

  • Costes variables de explotación en función del caudal tratado: 0,5 €/m3 (AP), 0,678 €/m3 (SBR) y 1,328 €/m3 (MBR).
  • Costes variables de explotación en función de los pollos sacrificados: 0,0081 €/pollos (AP), 0,0085 €/pollos (SBR) y 0,0073 €/pollos (MBR).
Tratamientos Aguas industriales

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Tratamiento aguas residuales de Elaboración de zumos

Las ventajas e inconvenientes de los diversos sistemas biológicos que pueden utilizarse para la depuración de aguas residuales procedentes de la elaboración de zumos son:

  • Aireación prolongada: Su funcionamiento y operación son sencillos, pero en cambio implica altos costes de explotación y mantenimiento.
  • SBR: Como ventajas destacan sus bajos costes de inversión y operación, y que un mismo tanque sirve como reactor biológico y para la separación sólido/líquido. Sin embargo, se trata de un sistema que se debe diseñar siempre con un mínimo de dos reactores o un tanque de laminación.
  • Doble Etapa: Ofrece altos rendimientos en la reducción de DQO y DBO5, además de su gran capacidad para absorber puntas, pero no está recomendado para la eliminación de nitrógeno.
  • MBR: Sus ventajas son múltiples como las comentadas hasta el momento y como inconveniente tiene una mayor inversión, aunque recuperable de 3 a 5 años.
  • Anaerobio: También ofrece varias ventajas, como la baja producción de fangos, bajos costes de operación, generación de energía aprovechable, capacidad para altas cargas orgánicas e hidráulicas, etc. No obstante, también supone algunas desventajas: elevados costes de inversión, mantenimiento de la temperatura, arranque lento y delicado, y necesidad de postratamiento ya que el rendimiento de la depuración no es tan bueno.
Tratamientos Aguas industriales

Tratamientos Aguas industriales

 

Implantación de Bioreactor de Membranas para aguas industriales: Ventajas y desventajas de un MBR

Ventajas y desventajas en la Implantación de Bioreactor de Membranas para aguas industriales

Actualmente, el uso de agua tratada procedente de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) supone una prometedora solución al problema de la falta de recursos hídricos que sufren muchos países. No obstante, es necesario contemplar los posibles riesgos que podría conllevar su uso para regular su ámbito de utilización y la calidad necesaria. Por lo tanto, es preciso establecer unos límites estándares de los diferentes parámetros químicos y biológicos a controlar.

Implantación de Bioreactor de Membranas para aguas industriales

Implantación de Bioreactor de Membranas para aguas industriales

En 1991, la Comunidad Económica Europea desarrolló una directiva para la recogida, tratamiento y descarga de aguas residuales urbanas y de algunos sectores industriales, en la que ya se contemplaba la posibilidad de reutilización del agua tratada siempre que fuera apropiado (Directiva 91/271/EEC, Artículo 12). En el año 2000, la Unión Europea reunió y adaptó diferentes directivas y estableció el marco legislativo en el campo de la política de aguas (Directiva 2000/60/EC). Se establecieron unas directrices en función de parámetros fisicoquímicos, biológicos e hidromorfológicos para asegurar la calidad del agua. A partir de esta directiva, países como España o Italia han redactado su propia legislación (Real Decreto 1620/2007; Italian Decree no 85, 2003), en la que se recogen los criterios de calidad para la utilización de aguas regeneradas según los usos. En concreto, en España, el RD 1620/2007 contempla para las aguas depuradas cinco tipos de usos diferentes: urbano, agrícola, industrial, recreativo y ambiental. En él se determinan los valores límite de los parámetros de calidad y los criterios que marca la legislación española en función del uso del agua.

Entre los diferentes procesos que se han desarrollado en los últimos años para alcanzar la calidad requerida para la reutilización de agua, los reactores biológicos de membrana (MBR) tienen especial interés debido a la acción combinada del tratamiento biológico del reactor y la filtración mediante membranas (separación física). Dependiendo del tamaño del poro, el proceso de separación en la membrana se lleva a cabo mediante microfiltración (MF) o ultrafiltración (UF).

Esta tecnología es similar al sis- tema de lodos activados convencional con la diferencia de que la separación sólido/líquido se realiza mediante filtración de membranas y no mediante sedimentación en un decantador secundario.

Existen dos sistemas diferentes en función de la configuración de los mismos: reactores biológicos de membrana externos, en los que el módulo de membranas se encuentra fuera del reactor; y reactores biológicos de membrana sumergidos, en los que el módulo se encuentra su- mergido en un reactor biológico o en un tanque anexo.

Las principales ventajas de un sistema MBR en comparación con los sistemas convencionales de lodos activados son:

– Necesidad de menor volumen de reactor debido a la mayor concentración de sólidos suspendidos en el licor mezcla.

– Desarrollo de biomasa especializada. Debido a las elevadas edades de fango a las que trabajan estos sistemas es posible el desarrollo de biomasa especializada en degradar compuestos específicos con los que están en contacto. Esta capacidad es muy interesante para el tratamiento de efluentes que presentan sustancias difíciles de degradar, como ocurre en determinados sectores industriales.

– Mayor estabilidad ante sobrecargas. Debido a la elevada concentración de sólidos con la trabajan estos sistemas y a la elevada edad del fango que se establece, los sistemas MBR presentan mayor estabilidad que los sistemas convencionales en episodios de picos de caudal, carga o ante cambios bruscos en el efluente a la planta. Esta cualidad convierte a estos sistemas en tecnología especialmente adecuada para los vertidos industriales que presentan un comportamiento estacional, como son en el sector conservero, bodeguero, etc.

– Aumento de la calidad del efluente. Se consiguen rendimientos muy superiores en eliminación de compuestos orgánicos, nutrientes y microorganismos. En función de la calidad conseguida y del uso posterior, el efluente puede ser reutilizado directamente o puede servir como alimentación de tratamientos posteriores

– Posibilidad de adaptarse fácilmente a las plantas de Fangos Activos ya existentes, muy indicado en aquellos casos de plantas sobrecargadas que necesitan una ampliación.

Los principales inconvenientes están asociados a los costes de instalación y de mantenimiento. En este sentido se están reduciendo considerablemente los costes asociados a medida que la tecnología va siendo aplicada, ya que, por un lado, el precio de la membrana es más asequible y, por otro, se ha mejorado tanto en los materiales de ésta como en la implantación del sistema, reduciéndose así los costes de explotación y mantenimiento.

Operacionalmente, uno de los problemas más importantes que sufren este tipo de sistemas se debe al ensuciamiento debido a la formación de una capa de lodo, coloides y soluto que se acumulan sobre la superficie de la membrana, impidiendo el comportamiento adecuando de ésta.

Aguas industriales EDAR la Rioja

Aguas industriales EDAR la Rioja

Implantación de Bioreactor de Membranas para aguas industriales

Diseño de una EDAR con sistema de Membranas

Aguas residuales en la industria cárnica, Aguas residuales en la industria Conservera

Actualmente, existen en el mercado diferentes tipos de membranas que pueden ser utilizadas para el tratamiento de las aguas residuales. En el presente post se han analizado 6 plantas de diferentes sectores alimentarios que están trabajando con un sistema de depuración de fangos activos y bioreactores de Membranas para aguas industriales (sistema MBR). Las plantas 1, 2 y 3 tratan vertidos de bodegas, la planta 4 trata vertidos provenientes de conserveras y congelados vegetales, la planta 5 trata vertidos de una industria cárnica y la planta 6, de una empresa que produce zumos

Tabla 1
Planta P1 P2 P3 P4 P5 P6
Sector Bodega Bodega Bodega Conservas/ Congelados vegetales Cárnica Zumos
Tipo membrana Membrana placa plana Membrana hoja hueca Membrana fibra hueca Membrana fibra hueca Membrana fibra hueca Membrana fibra hueca
Filtración Ultrafiltración Microfiltración Ultrafiltración Ultrafiltración Ultrafiltración Ultrafiltración
Configuración Externa Sumergida Sumergida Sumergida Sumergida Sumergida

En ellas, se ha estudiado el comportamiento de tres de los más importantes sistemas de membranas que se utilizan en la actualidad en plantas depuradoras: membranas de placa plana externa, membrana sumergida de hoja hueca y membrana sumergida de fibra hueca. Las principales características de cada uno de ellos se muestran en la Tabla 2

Tabla 2
Tipo de membrana Placa plana Hoja hueca sumergida Fibra hueca sumergida
Configuración Externa Sumergida Sumergida
Tamaño de poro

0,02

0,2

0,034

Tipo de filtración Ultrafiltración Microfiltración Ultrafiltración
Material membrana PES, PVDF, acrilonitrilo PVDF PVDF
Modo de operación Continua (P cte.) Cíclica (caudal cte.) Cíclica (caudal cte.)
Vida útil 2 años 8 años 10 años
Flux medio (l/m 2h) 70-90 10-30 10-20
Superficie/módulo (m2) 0,35 m2/membrana

111

46,5-60,4
PTM filtración máx. (bar)

5,5

0,04

-0,55

PTM retrolavado máx. (bar) N.A. N.A.

0,55

Recirculación 15Q 4Q 4Q
Necesidad de soplante No

 Las mayores diferencias se deben a la configuración del sistema. En este sentido, mientras que la membrana externa trabaja de forma continua con una presión de filtración con valores por encima de 5 bar, las membranas sumergidas trabajan a caudal constante y por microciclos (etapa que engloba un periodo de filtración y otro de retrolavado y/o relajación. Estos periodos se alternan de forma automáticamente según la programación establecida). Esta forma de operar permite que las membranas sumergidas trabajen a presiones entre 10 a 100 veces menores que las externas. La presión de filtrado es especialmente baja en la planta de hoja hueca sumergida. Al ser tan bajas estas diferencias de presión en las membranas sumergidas, tanto de hoja hueca como de fibra hueca, existe la posibilidad de trabajar sin bomba de aspiración siempre y cuando exista una diferencia de cotas suficiente para alcanzar la presión transmembrana (PTM) de trabajo. Pero este objetivo también se puede conseguir en el caso de la de fibra hueca.

Otro de los factores que diferencian ambas configuraciones es el caudal necesario de recirculación, ya que, como se puede ver en la Tabla 2 es 3,75 veces mayor en las membranas externas que en las sumergidas.

La suma de ambos factores, PTM y caudal de recirculación, hace que las membranas sumergidas estén sometidas a un menor esfuerzo que las externas, lo que repercute en un incremento de la vida útil de las membranas sumergidas de entre 4 y 5 veces respecto a las placas planas externas.

Diseño de una EDAR con sistema de Membranas

El parámetro de diseño fundamental de los sistemas de membrana es el flux (flujo), que determina la superficie de membrana necesaria para filtrar un determinado caudal. El flux se calcula como caudal a filtrar entre la superficie de membrana filtrante (l/h.m2) y depende de varios factores, entre los que se encuentra el tipo de membrana, el tipo de agua a tratar, la concentración de sólidos biológicos de trabajo en el reactor biológico y la temperatura de trabajo del reactor biológico.

En la Tabla 3 se muestran los principales parámetros de diseño de estas plantas. También se puede observar que el flujo de diseño de un sistema con membranas externo es mucho mayor que el que se calcula para un sistema de membranas sumergidas debido a la diferencia que existe en las presiones de trabajo, como se ha comentado en el apartado anterior.

Tabla 3
Planta P1 P2 P3 P4 P5 P6
Caudal diseño (m3/h)

6

1,67

5

116

42

82

Concentración SSLM diseño N.A.

8.870

7.123

6.272

5.774

7.024

Flux diseño (l/h.m2)

71,43

10,82

13,48

15,31

16,63

13,67

Superficie de membranas (m2)

70

154

371

7.579

2.526

6.000

Volumen tanque membranas (m3)

5,40

1,92

4,60

110,00

40,50

93,12

Superficie unitaria membranas instaladas (m2/ m3/h)

14

92,4

74,2

65,33

60,624

73,17

Volumen unitario tanque (m3 tanque/m3/h)

1,08

1,15

0,92

0,95

0,97

0,96

Si se comparan las mismas membranas (P3-P6) en diferentes sectores y tamaño de planta, para valores similares de SSLM en el reactor biológico, se puede comprobar una diferencia en el flujo de diseño entre las plantas instaladas en bodegas y zumos y las que están instaladas en los otros sectores (cárnico y conservero). El flujo de diseño es más conservador en las primeras que en las segundas, debido a que el vertido que generan las primeras presenta un desajuste entre nutrientes y se ha comprobado a lo largo de los años que hay una mayor predisposición a la formación de bulking viscoso que afecta significativamente a la filtrabilidad.

Con respecto a los valores de superficie unitaria, los sistemas con membranas externas requieren una superficie significativamente menor para filtrar un determinado caudal que los otros sistemas, debido al mayor flujo de diseño. En contraposición, la membrana sumergida tie- ne una relación mayor entre los m2 de superficie de membrana y m3 de tanque. Ambos factores hacen que el volumen unitario de tanque (m3 tanque/ m3/h) sea muy parecido en todas las configuraciones.

Tras el estudio comparativo del funcionamiento y operación de tres tipos diferentes de membranas instaladas en 6 plantas depuradoras de aguas residuales en la industria cárnica, bodegas y conservera, se ha llegado a las siguientes conclusiones en cuanto al diseño de una EDAR con sistema de Membranas:

1)       El sistema MBR es muy versátil y robusto porque se adapta a situaciones de emergencia, como son el bulking viscoso o una excesiva concentración de SSLM, de forma eficaz si la planta ha sido correctamente diseñada y operada y se ajustan convenientemente se encuentran ajustados convenientemente los parámetros de trabajo.

2)       Todas las membranas son muy eficaces en cuanto a la separación de los sólidos en suspensión.

3)       Los ciclos de filtrado en las membranas externas son mucho mas cortos que en las membranas sumergidas en condiciones normales. Esto significa que las primeras requieren limpiezas químicas de regeneración más frecuentes que las segundas. Además, las presiones de trabajo y los caudales de recirculación de las membranas externas son mucho mayores que los de las sumergidas, lo que repercute, junto con el mayor número de limpiezas, en un tiempo de vida más corto. Los tiempos efectivos de filtración son similares en ambos sistemas y también el espacio requerido para su instalación.

4)       El ensuciamiento de las membranas sigue una tendencia exponencial, por lo que es muy importante tener un buen control del mismo y una programación adecuada del sistema para que la curva de ensuciamiento tenga un exponente mínimo (en valor absoluto), es decir, que en cada momento la velocidad de ensuciamiento sea la menor posible. En este sentido, Muchas empresas especialistas en los tratamientos de Aguas Residuales Industriales AEMA está invirtiendo un gran esfuerzo en el desarrollo de nuevos sistemas de control para la optimización de este parámetro.

En definitiva, se puede concluir que para optimizar los rendimientos

Aguas industriales EDAR la Rioja

Aguas industriales EDAR la Rioja

Diseño de una EDAR con sistema de Membranas

Bioreactor de Membranas para aguas industriales: Cómo reducir los costes energéticos de las EDARs mediante sistemas preventivos en las líneas de aireación

Bioreactor de Membranas para aguas industriales

La optimización de los costes de explotación y mantenimiento de las EDAR es de vital importancia y, constituye una de las preocupaciones principales de los responsables de Calidad y Medioambiente. Dentro de los costes de explotación, el consumo energético es uno de los principales, y dada la política de subida de precios que estamos experimentando, la tendencia esperada es que sigan incrementándose. Por este motivo, las empresas tienen que poner en marcha   proyectos dirigidos a optimizar los consumos energéticos de su EDAR.

Bioreactor de Membranas para aguas industriales

Bioreactor de Membranas para aguas industriales

El principal y mayor coste de operación de los sistemas de depuración, se produce en el consumo energético de sus reactores biológicos, por este motivo, la mayoría de los avances tecnológicos que se estudian, desarrollan y llevan a cabo su implantación, están ligados con los sistemas de aireación de los reactores. En un consumo que representa el 80 % del total de consumo de energía de toda la instalación, cualquier pequeña mejora o modificación del sistema de aireación representa un volumen importante de reducción de costes asociados a la reducción de energía. Muchas empresas están en constante estudio y desarrollo de tecnología que permita reducir los costes de operación de las instalaciones en este sentido.

Los responsables de una EDAR deben contar con un sistema de mantenimiento preventivo de las líneas de aireación de los reactores biológicos, para permitir ahorros de hasta el 10 % en el consumo energético. Este descenso en los costes de operación, no se produce de forma directa en una instalación de reciente construcción, sino que permitirá que el aumento de consumo provocado por el envejecimiento de las instalaciones, como consecuencia de ensuciamientos inorgánicos y orgánicos, se produzca en menor medida. Estos ensuciamientos se producen en todos los sistemas. Se irán depositando sales, habitualmente carbonatos y biopelícula, que hace que en los sistemas de difusión se vayan obturando y en los sistemas jet o Körting que se reduzcan las secciones de paso de agua, desviando el sistema de la curva de trabajo.

Aguas industriales EDAR la Rioja

Aguas industriales EDAR la Rioja

Reutilización de agua depurada mediante reactores biológicos de membrana (MBR).

 Reutilización de agua depurada

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C:\Users\Cesar64\Desktop\Reutilización_de_agua_depurada.png

Actualmente, el uso de agua tratada procedente de estaciones depuradoras supone una prometedora solución al problema de la falta de recursos hídricos que sufren muchos países (Lawrence et al., 2002). No obstante, es necesario contemplar los posibles riesgos que podría conllevar su uso (Salgot et al., 2006; Huertas et al., 2008) para regular su ámbito de utilización y la calidad necesaria. Por lo tanto, es preciso establecer unos límites estándares de los diferentes parámetros químicos y biológicos a controlar.

En 1991, La Comunidad Económica Europea desarrolló una directiva para la recogida, tratamiento y descarga de aguas residuales urbanas y de algunos sectores industriales. En ésta, ya se contemplaba la posibilidad de reutilización del agua tratada siempre que sea apropiado (Directiva 91/271/EEC, Artículo 12). En el año 2000, la Unión Europea reunió y adaptó diferentes directivas y estableció el marco legislativo en el campo de la política de aguas (Directiva 2000/60/EC). Se establecieron unas directrices en función de parámetros físico-químicos, biológicos e hidromorfológicos para asegurar la calidad del agua.  A partir de esta directiva, países como España o Italia han redactado su propia legislación (Real Decreto 1620/2007, 2007; Italian Decree nº85, 2003) en la que se recogen los criterios de calidad para la utilización de aguas regeneradas según los usos. En concreto, en España, el RD 1620/2007 (Real Decreto 1620/2007, 2007) contempla para las aguas depuradas cinco tipos de usos diferentes: urbano, agrícola, industrial, recreativo y ambiental. En él se determinan los valores límite de los parámetros de calidad y los criterios que marca la legislación española en función del uso del agua.

Igualmente, En Estados Unidos, la Agencia de Protección Medioambiental (EPA) redactó en 2004 la Guidelines for Water Reuse (EPA/625/R-04/108, 2004) en la que se exponen los diferentes riesgos existentes, los posibles usos del agua procedente de estaciones depuradoras y los criterios de calidad en cada estado.

En este sentido la Organización Mundial de la Salud (OMS) presentó hace 4 años una guía en la que se recomienda unos valores límite para una serie de parámetros biológicos (bacterias, virus, nemátodos, etc) que garanticen que no existe un riesgo para la salud al reutilizar agua depurada (WHO, 2006)

Reutilización de agua depurada

Debido a los límites establecidos por la legislación y teniendo en cuenta la calidad del agua depurada que sale de los tratamientos secundarios convencionales, es necesaria la inclusión de mejoras en los tratamientos secundarios y/o la inclusión de tratamientos terciarios para la obtención de un agua que pueda ser reutilizada (de Koning, et al., 2008)

2.- Tecnología MBR

Entre los diferentes procesos que se han desarrollado en los últimos años para alcanzar la calidad requerida para la reutilización de agua, los reactores biológicos de membrana (MBR) tienen especial interés debido a la acción combinada del tratamiento biológico del reactor y la filtración mediante membranas (separación física). Dependiendo del tamaño del poro, el proceso de separación en la membrana se lleva a cabo mediante  microfiltración (MF) o ultrafiltración (UF) (Judd et al., 2003). En la Figura 1 se muestra  los diferentes grados de separación de los compuestos presentes en el agua en función del tamaño del poro de la membrana.

Esta tecnología es similar al sistema de lodos activados convencional con la diferencia de que la separación sólido/líquido se realiza mediante filtración de membranas y no mediante sedimentación en un decantador secundario.

Existen dos sistemas diferentes en función de la configuración de los mismos: reactores biológicos de membrana externos, en los que el módulo de membranas se encuentra fuera del reactor y reactores biológicos de membrana sumergidos, en las que el módulo se encuentra sumergido en un reactor biológico o en un tanque anexo (Melin et al., 2006; Wisniewski, 2007).

Las principales ventajas de un sistema MBR en comparación con los sistemas convencionales de lodos activados son:

–          Necesidad de menor volumen de reactor debido a la mayor concentración de sólidos suspendidos en el licor mezcla.

–          Desarrollo de biomasa especializada. Debido a las elevadas edades de fango a las que trabajan estos sistemas es posible el desarrollo de biomasa especializada en degradar compuestos específicos con los que están en contacto. Esta capacidad es muy interesante para el tratamiento de efluentes que presentan sustancias difíciles de degradar, como ocurre en determinados sectores industriales.

–          Mayor estabilidad ante sobrecargas. Debido a la elevada concentración de sólidos con la trabajan estos sistemas y a la elevada edad del fango que se establece, los sistemas MBR presentan mayor estabilidad que los sistemas convencionales en episodios de picos de caudal, carga o ante cambios bruscos en el efluente a la planta. Esta cualidad convierte a estos sistemas en tecnología especialmente adecuada para los vertidos industriales que presentan un comportamiento estacional, como son la el sector conservero, bodeguero, etc.

–          Aumento de la calidad del efluente. Se consiguen rendimientos muy superiores en eliminación de compuestos orgánicos, nutrientes y microorganismos. En función de la calidad conseguida y del uso posterior, el efluente puede ser reutilizado directamente (Brepols et al., 2008) o puede servir como alimentación de tratamientos posteriores (ej. ósmosis inversa, Lawrence et al., 2002).

–          Posibilidad de adaptarse fácilmente a las plantas de fangos activos ya existentes (Coté et al., 2004), muy indicado en aquellos casos de plantas sobrecargas que necesitan una ampliación.

Los principales inconvenientes están asociados a los costes de instalación y de mantenimiento. En este sentido se están reduciendo considerablemente los costes asociados a medida que la tecnología va siendo aplicada, ya que por un lado, el precio de la membrana es más asequible y, por otro, se ha mejorado tanto en los materiales de ésta como en la implantación del sistema, reduciéndose así los costes de explotación y mantenimiento. Operacionalmente, uno de los problemas más importantes que sufren este tipo de sistemas se debe al ensuciamiento debido a la formación de una capa de lodo, coloides y soluto que se acumulan sobre la superficie de la membrana impidiendo el comportamiento adecuando de ésta (Meng et al., 2009).

A pesar de ser una tecnología relativamente nueva, la instalación a escala industrial ha ido aumentando considerablemente en los últimos años. En el año 2007, más de 2200 instalaciones de MBR estaban operando o en construcción en el mundo (Poyatos, 2007). Este crecimiento se debe a que este sistema funciona tanto para aguas residuales procedentes de estaciones depuradoras urbanas como industriales (Yang et al., 2006)

2.1. Capacidad de desinfección de la tecnología MBR

Como ya se ha comentado, una de las principales ventajas de la tecnología MBR es la capacidad de desinfección y la calidad del efluente obtenido en comparación con otros tratamientos convencionales. En un sistema MBR el proceso de desinfección se lleva a cabo mediante tres mecanismos (Shang et al., 2004)

–          Filtración física a través de la membrana. Se basa en las diferencias de tamaño, ya que el poro impide el paso a las partículas con mayor diámetro que él.

–          Actividad física y biológica de los fangos activos. La retención física se produce mediante mecanismos de adsorción de las sustancias en los fangos.

–          Actividad física (adsorción) y biológica de la capa o film que se forma en la superficie de la membrana debido a la deposición de sólidos. La actividad biológica del film se produce por predación de los microorganismos. Si el espesor del film aumenta demasiado se produce el ensuciamiento de la membrana impidiendo que ésta trabaje adecuadamente.

La calidad del efluente obtenido y la eficacia del proceso se controla mediante parámetros físico-químicos (sólidos suspendidos, demanda química de oxígeno, demanda biológica de oxígeno, turbidez y nutrientes) y biológicos (concentraciones de microorganismos patógenos).

2.1.1. Parámetros físico-químicos

Todos los trabajos revisados coinciden en los elevados rendimientos, por encima de los sistemas convencionales, que ofrece la tecnología MBR para eliminar sólidos, materia orgánica y nutrientes. Melín et al. (2006), a través de una revisión bibliográfica, presentan un resumen de los valores obtenidos en trabajos experimentales desde 2001 (tabla 1) en el que se pueden ver los altos rendimientos de eliminación de los parámetros físico-químicos que tienen los MBR.

Parámetro Eficiencia de eliminación (%) Calidad del efluente
SS (mg/l)

> 99

< 2

Turbidez (UNT)

98,8 -100

< 1

DQO (mg/l)

89 – 98

10 – 30

DBO (mg/l)

> 97

< 5

COD (mg/l)

5 – 10

NH3-N (mg/l)

80 – 90

< 5,6

NT (mg/l)

36 – 80

< 27

PT (mg/l)

62 –97

0,3 – 2,8

Tabla 1.- Eficiencia de eliminación y calidad del efluente en MBR (Melin et al., 2006)

Diversos trabajos han cotejado este sistema con otros convencionales. En este sentido, Wisniewski (2007) compara el comportamiento de distintos sistemas de tratamiento convencional de agua como son filtro percolador, fangos activados y tratamiento físico/químico  con el sistema MBR (tabla 2). En los resultados que presenta, el reactor biológico de membrana ofrece un rendimiento muy superior al resto en cuanto a la depuración y desinfección de un agua residual.

Ottoson et al. (2006) comparan la eficacia de un MBR sumergido con otros dos procesos: tratamiento convencional de lodos activados (TCLA) más un tratamiento terciario (TT) y un digestor anaerobio (DA). Los porcentajes de reducción mostrados en la tabla 3 manifiestan una gran capacidad de eliminación de los dos primeros sistemas con valores parecidos de reducción de materia orgánica, siendo un poco mejor los valores obtenidos con el sistema MBR. Estos resultados coinciden con los obtenidos por Arévalo et al. (2009) al comparar un sistema MBR de ultrafiltración con un tratamiento convencional de lodos activos suplementado con un tratamiento terciario mediante ultrafiltración. La mayor diferencia entre los sistemas analizados se encuentra en la eliminación de nutrientes. Mientras que la reducción de nitrógeno es mayor en el sistema MBR, debido probablemente a que se trabaja con concentraciones altas de fangos mejorando el proceso de nitrificación y desnitrificación (Mahne est al., 1996,  Muller et al., 1995), la eliminación de fósforo es muy pobre. Debido a esto, en función del uso del agua,  sería necesario un tratamiento posterior al MBR para reducir  este parámetro. En cuanto al digestor anaeróbio, los valores obtenidos sugieren la inclusión de posteriores tratamientos para aumentar la calidad del agua tratada.

Agua de entrada

Agua depurada

SST

(kg/m3)

DQO (kg/m3)

Turbidez (UNT)

Gérmenes

(/100ml)

SST (kg/m3)

DQO (kg/m3)

Turbidez (UNT)

Gérmenes (/100ml)

Filtro percolador

0.2

0.7

120

108

0.035

0.125

10

106

Fangos activados

0.2

0.7

120

108

0.030

0.08

5

106

Procesos F-Q

0.2

0.7

120

108

0.060

0.130

20

107

MBR

0.2

0.2

120

108

0

0.020

< 2

<102

Tabla 2.- Comparación del comportamiento del sistema MBR con otros procesos convencionales (Wisniewski, 2007)

Parámetro

MBR sumergida

TCLA +  TT

DA

SS

99,6

98,9

63,3

DQO

95,5

94,0

66,9

DBO7

99,6

99,3

77,6

COT

94,8

93,9

68,7

NKT

97,7

91,7

6,7

NH4-N

98,6

91,6

– 10,0

PT

41,5

95,7

27,2

Tabla 3.- Porcentage de reducción de los parámetros físico-químicos en diferentes sistemas de tratamiento de aguas (Ottoson et al., 2006).

2.1.2. Parámetros biológicos

La instalación de la tecnología MBR para la reutilización de agua tratada se presenta como uno de los sistemas más convenientes debido a su excelente capacidad para eliminar patógenos (Brepols et al., 2008). A pesar de que los tratamientos convencionales consiguen eliminar gran parte de los sólidos suspendidos y de la carga orgánica, el efluente procedente de los tratamientos secundarios todavía contiene un gran número de patógenos, haciendo necesario la instalación de tratamientos terciarios para obtener una adecuada desinfección del agua (Koivunen et al., 2003; Bixio et al., 2006). Además, el sistema MBR, al combinar la separación física de la membrana con la conversión biológica para la eliminación de microorganismos, no presenta los problemas de aparición de productos tóxicos generados en otros tratamientos de desinfección como la cloración (Hui, 2004)

Los principales patógenos que determinan la calidad del agua son las bacterias, virus, nemátodos y protozoos. Teniendo en cuenta que el tamaño de las baterias (coliformes) oscila entre 0.6-1.3 µm de diámetro y 2-3 µm de altura (Zhang et al., 2007) se espera que la retención de éstas por los sistemas MBR sea muy alta, llegando a su totalidad para membranas que utilizan ultrafiltración. Debido a esto, para asegurar la calidad del efluente en los procesos que disponen del sistema MBR,  sería conveniente un indicador que fuera más pequeño que el tamaño del poro de la membrana. En este sentido, Hui (2004) propone los bacteriofagos como el indicador más adecuado, ya que se parecen a los virus en su morfología, estructura, tamaño y comportamiento.

Como ya se ha comentado, la eliminación de patógenos o desinfección en el sistema MBR se lleva a cabo mediante los mecanismos de filtración física a través de los poros, la actividad biológica de la materia en el tanque y la actividad física y biológica de la capa que se forma en la superficie de la membrana.

La capacidad de eliminación de microorganismos patógenos por parte de la tecnología MBR ha sido estudiada por diferentes autores.  Zannetti et al. (2010) han presentado rangos de reducción de bacterias entre 6 y 7 log10 ucf/ 100 ml y de virus entre 4 y 6 log10 ufp/ 100 ml. Las concentraciones de microorganismos presentes en el permeado (tabla 4) se encuentran por debajo de los valores límites necesarios para reultilizar el agua depurada, tanto para usos industriales como urbanos. Resultados muy similares obtienen Zhang et al. (2007) cuando comparan este sistema con una planta convencional de lodos activados más un tratamiento terciario con cloro. No obstante, los autores (Zannetti et al. 2010) consideran necesario la inclusión de un tratamiento de desinfección química posterior al sistema MBR en los meses de verano.

En los mismos términos se expresa Ottoson et al., (2006), aunque los resultados que se obtienen, tanto del sistema MBR como de los tratamientos convencionales, son peores que los que presentan Zanetti y Zhang. En este caso, la reducción de bacterias (E.Coli y Enterococci) y virus (Colifagos somáticos y Fagos F-específicos) no alcanza los 5 log10 ufc/ 100 ml  y 4 log10 ufp/ 100 ml respectivamente.

La alta capacidad de eliminación de virus en el sistema MBR no se debe a la filtración física sino que se produce mediante la adsorción de los microorganismos en la materia suspendida y mediante la retención en la capa de sólidos o “biofilm” que se forma en las superficies de las membranas, aumentando la retención a medida que aumenta el tamaño de ésta (Ueda et al., 2000). Si esta capa crece demasiado se produce el fenómeno de ensuciamiento de la membrana.

Con respecto a los nemátodos, normalmente el uso de tratamientos secundarios (convencionales o no) aseguran la completa eliminación de este tipo de patógenos en el efluente (Gómez et al., 2006).

Microorganismos patógenos

Agua entrada al reactor biológico

Permeado

Permeado con desinfección (1)

Coliformes totales (ufc/100 ml)

6,9 – 8,30

1,43 – 3,49

0 – 2,30

coliformes fecales (ufc/100 ml)

6,32 – 8,23

0 – 1,11

0 – 0

E. Coli (ufc/100 ml)

6,15 – 7,90

0 – 0,60

0 – 0

Enterococci (ufc/100 ml)

5,56 -6,23

0 – 0,70

0 – 0

colifagos somáticos (ufp/100 ml)

5,78 – 6,84

1,11 – 2,18

0 – 1,71

Bacteriofagos F-especificos (ufp/100 ml)

5,24 – 6,66

0 – 1,26

0 – 0

Bacteriofagos (bacteroides fragiles) (ufp/100 ml)

0 – 5,45

0 – 0

0 – 0

Tabla 4.- Concentración (log10) de bacterias y virus en el agua tratar y en el permeado de un sistema MBR (Zanetti et al., 2010).  ufc: unidad de formación de colonias, ufp: unidad de formación de placas.

(1) Únicamente en los meses de verano

2.2  Ensuciamiento

Como ya se ha comentado, la continua acumulación de materia, tanto orgánica como inorgánica, sobre la superficie de la membrana forma una capa de sólidos, que si bien es beneficiosa para la eliminación de patógenos, se convierte en un gran inconveniente cuando crece demasiado. Todos los trabajos revisados consideran el ensuciamiento como uno de los mayores problemas que impiden el correcto funcionamiento de la membrana. En este sentido, en el año 2006, más de una cuarta parte de las publicaciones sobre biorreactores de membrana se centraban en el análisis de este problema (Yang et al., 2006).

Entre los factores que influyen en el ensuciamiento destacan el material de la membrana,  las características del lodo, las características del agua alimentada y condiciones de operación (Le-Clech et al., 2006).

Los principales efectos del ensuciamiento son el taponamiento de los poros, la reducción del flujo de agua a través de la membrana y el aumento de la diferencia de presión entre ambos lados de la superficie de la membrana (Hiu, 2004)

La limpieza se realiza inicialmente mediante tratamientos físicos, pasando agua del permeado a contracorriente o parando el proceso de filtración consiguiendo que la capa se caiga por gravedad (Le-Clech et al., 2006).  Pulefou (2007) considera necesaria esta limpieza cuando la acumulación de sólidos, en membranas que trabajan con microfiltración,  se encuentra por encima de 3 gramos por metro cuadrado de superficie. En caso de que este tratamiento sea insuficiente, la limpieza se realiza con productos químicos (Meng et al., 2009)

Actualmente, las investigaciones se centran en el desarrollo de nuevos materiales, ya sea mediante la modificación física de membranas (Yu et al., 2008) o la incorporación de nuevos materiales a las membranas comerciales (Asatekin et al., 2009) y en el uso de membranas dinámicas, mediante la formación de capas protectoras (Ye et al., 2006)  con el objetivo de reducir el problema del ensuciamiento.

3.- Conclusiones 

Los resultados de los trabajos revisados muestran una calidad del agua tratada mediante reactores biológicos de membrana (MBR) igual o superior a la obtenida con los tratamientos terciarios de desinfección acoplados a tratamientos secundarios convencionales (fangos activos). Además, en todos los casos analizados, los valores de los parámetros físico-químicos y biológicos no superan los límites establecidos por la legislación española para la reutilización del agua, tanto para usos urbanos como agrícolas o industriales.

El proceso de desinfección en sistemas MBR se lleva a cabo por mecanismos físicos y biológicos. Teniendo en cuenta la documentación revisada, el mayor porcentaje de eliminación de virus se debe al fenómeno de adsorción en la biopelícula formada en la superficie de la membrana.

No obstante, esta tecnología aún presenta ciertos inconvenientes, sobre todo operacionales, que obligan a seguir investigando para mejorar el sistema.

En conclusión, el uso de reactores biológicos de membranas (MBR) para producir un agua que pueda ser reutilizada se considera una opción adecuada y factible, tanto para estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas como industriales. En esta sentido, numerosos  investigadores resuelven que este sistema es una tecnología eficiente para la reutilización de agua depurada. 

Por: Gorka García1; Estíbaliz Huete1; Alicia Torres2; Luis Carlos Martínez1

1 AEMA (Agua, Energía y Medio Ambiente Servicios Integrales S.L.)

Polígono Industrial El Pilar, C/ Fitero, 9, 26.540 Alfaro, La Rioja

Tel.: 941 18 18 18

aema@aemaservicios.com. www.aemaservicios.com

 Reutilización de agua depurada

2 Laboratorios Alfaro

Polígono Industrial El Pilar, C/ Fitero, 7, 26.540 Alfaro, La Rioja

Tel.: 941 18 44 44

www.laboalfaro.com

AGUAS RESIDUALES DE ZUMOS

AGUAS RESIDUALES DE ZUMOS

TECNOLOGÍA M.B.R. PARA REUTILIZACIÓN DE AGUA DEPURADA EN RIEGO DE ZONAS VERDES

La sociedad de hoy día está cada vez más concienciada respecto a la escasez de uno de nuestros bienes más preciados: el agua y, más concretamente, el agua dulce. En vista de ello, la Administración dirige sus esfuerzos hacia la minimización en el gasto de agua, la depuración del agua para su reutilización cuando sea posible, y para su vertido sin perjuicios para el cauce receptor en todo caso. En este sentido surge el Real Decreto 1620/2007 de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas. En este Real Decreto se establecen las normas mínimas de calidad que debe cumplir un agua depurada para poder ser reutilizada según el uso al que se vaya a destinar. Se regulan parámetros físico/químicos y parámetros microbiológicos, básicamente: nematodos intestinales, Escherichia coli, sólidos en suspensión, turbidez y, en algunos casos además puede regularse Legionella spp, Salmonella spp y otros contaminantes específicos según el uso.

Los biorreactores de membrana comúnmente llamados M.B.R. (Membrane BioReactor), proceso que consiste en un reactor biológico con biomasa suspendida y una unidad de membranas para la filtración del licor mezcla, están encontrando su sitio en el mercado y desplazando a los procesos convencionales de fangos activados. Entre las principales causas del éxito de los sistemas M.B.R. respecto a los sistemas convencionales se encuentra la capacidad de los primeros para eliminar bacterias y virus del agua residual, además de sus funciones principales de eliminación biológica de la materia orgánica y separación física de las fases sólidas y líquidas. Es por ello que los sistemas M.B.R. se presentan como un tratamiento compacto y completo para proveer un agua tratada de gran calidad apta para su reutilización. Precisamente, las últimas investigaciones se centran en la capacidad de desinfección de los sistemas M.B.R. y en los parámetros que la afectan.

Esquema 3D de un skid de membranas de ultrafiltración desarrollado por AEMA

Esquema 3D de un skid de membranas de ultrafiltración desarrollado por AEMA

En este sentido, la tecnología M.B.R. destaca por su capacidad de obtención de un efluente de gran calidad. La elevada capacidad de los sistemas M.B.R. en cuanto a eliminación biológica de materia orgánica y separación de las fases sólida / líquida queda demostrada en las múltiples experiencias existentes en todo el mundo: el sistema M.B.R. ha mostrado rendimientos muy superiores a las tecnologías más convencionales en la eliminación de materia orgánica así como en la retención de sólidos, consiguiendo efluentes con una calidad muy superior en lo que a parámetros físico/químicos se refiere (ver tabla 1). La empresa AEMA, Agua Energía y Medio Ambiente, cuenta con numerosas plantas de tratamiento de aguas residuales implantadas con tecnología M.B.R. que consiguen rendimientos superiores a sus homólogas con tecnología de fangos activados.

Membranas de Ultrafiltración de fibra hueca reforzada

Membranas de Ultrafiltración de fibra hueca reforzada

Pero además de estas cualidades, la tecnología M.B.R. ha demostrado su capacidad para producir efluentes con elevada calidad también en cuanto a parámetros microbiológicos. De este modo, la demanda de agentes desinfectantes se elimina o, cuando menos, se reduce, con lo que la producción de subproductos nocivos provenientes de la desinfección con agentes desinfectantes es minimizada (por ejemplo, cloroaminas…).

1. ANTECEDENTES

 

AEMA ha instalado recientemente una E.D.A.R. en Palazuelos de Eresma (SEGOVIA) cuyo promotor es Segovia21. La E.D.A.R. recibe las aguas residuales procedentes del complejo urbanístico Quitapesares, el cual ha sido dotado con red separativa de saneamiento, así como aquellas producidas en el Hospital Psiquiátrico Nuestra Señora de Fuencisla, cercano al complejo. Las aguas que se tratan en esta depuradora son de naturaleza urbana. La capacidad de la planta de tratamiento es de 1.100 m3/d y cuenta con tecnología M.B.R.

El agua tratada es acumulada en un depósito semienterrado de 500 m³ de volumen útil, lo que supone 10,9 horas de tiempo de retención hidráulico, dotado de sensores de nivel.

Frecuentemente se le atribuye al sistema M.B.R. la capacidad de producir aguas depuradas y desinfectadas.

En el estudio que se presenta se pretende comprobar efectivamente si el agua tratada en la E.D.A.R. instalada en Palazuelos de Eresma con sistema M.B.R. presenta calidad suficiente como para ser reutilizada para el riego de las zonas verdes de la urbanización según el R.D. 1620/2007, de 7 de diciembre.

El agua tratada, una vez determinado que su calidad cumple con los requerimientos necesarios para el riego de zonas verdes, será bombeada desde el depósito de acumulación hasta la red de riego del complejo urbanístico Quitapesares.

RENDIMIENTOS DE LA EDAR

La EDAR fue puesta en marcha hacia finales de octubre de 2.009. El arranque se realizó mediante inoculación de la planta depuradora con fango biológico procedente de otra EDAR urbana. La planta comenzó a funcionar inmediatamente y se lograron unos excepcionales resultados al cabo de un mes de funcionamiento. En la siguiente tabla se muestran los resultados analíticos obtenidos:

RENDIMIENTOS DE LA EDAR

RENDIMIENTOS DE LA EDAR

CONTROL DE LA CALIDAD DEL AGUA PARA REUTILIZACIÓN

El agua depurada en el M.B.R. es acumulada en un depósito. Con el objeto de reutilizar el agua para el riego de las zonas verdes del complejo urbanístico de Quitapesares se han realizado una serie de análisis para determinar si la calidad del agua cumple con los requerimientos de calidad 1.2 del RD 1620/2007 de 7 de diciembre, que son:

AGUA_PARA_REUTILIZACIÓN

Los análisis fueron realizados por la empresa Laboratorios Alfaro S.L. sobre muestras tomadas en el tanque de acumulación de agua tratada para controlar, además de la capacidad de depuración y desinfección del sistema instalado, la posibilidad de que el agua pudiera recontaminarse por crecimiento microbiológico en el tanque.

Calidad del agua depurada

Calidad del agua depurada

CONCLUSIONES:

Como puede observarse en la tabla anterior, los análisis realizados demuestran que la calidad del agua tratada cumple con todos los requerimientos del R.D. 1620/2007 de 7 de diciembre para el riego de zonas verdes. Esto demuestra que, al menos en este caso, la tecnología M.B.R. utilizada es capaz de tratar y desinfectar el agua hasta los niveles requeridos para su reutilización para riego de zonas verdes sin necesidad de tratamientos terciarios de desinfección. En cualquier caso es necesario tener en cuenta en cualquier proyecto de reutilización de agua depurada la necesidad de mantener unas condiciones de limpieza e higiene máximas en los tanques de acumulación del agua tratada para evitar contaminaciones posteriores, así como la previsión de una dosificación de un agente desinfectante para aquellos casos en que pudiera ser necesario puntualmente.

La tecnología M.B.R. despunta como tecnología avanzada de depuración ya que consigue elevados rendimientos en eliminación de materia orgánica y separación de sólidos y, más allá, también destaca como tecnología de desinfección de los efluentes, que elimina o minimiza el uso de tratamientos terciarios susceptibles de generar subproductos nocivos para la salud pública.

 

TECNOLOGÍA M.B.R. PARA REUTILIZACIÓN DE AGUA
TECNOLOGÍA M.B.R. PARA REUTILIZACIÓN DE AGUA

Origen y composición de las aguas residuales en mataderos

aguas residuales en mataderos

aguas residuales en mataderos

Para realizar los procesos de trabajo de un matadero, así como para mantener las condiciones higiénicas, es necesario un consumo elevado de agua, que podría establecerse en aproximadamente unos cinco litros de agua por kilo de peso vivo del animal. Para las aves, se estima entre 5 y 10 litros de agua por animal. Para vacuno unos 500-1000 litros por pieza y en el caso del porcino unos 250-550 litros por pieza.

El consumo de agua de un matadero en España está comprendido en el rango 1- 6,4 m3/t de canal (valor promedio de 3,4 m3/t canal) Este valor incluye el volumen total de agua de cualquier procedencia y destinada a cualquier uso, es decir, tanto la que se emplea en la zona de matadero propiamente dicha como la utilizada en operaciones auxiliares. El consumo de agua se incrementa notablemente cuando en el mismo establecimiento industrial se realizan operaciones de acondicionamiento de subproductos (tripería).

Respecto a la distribución del consumo de agua en un matadero, este se reparte en las siguientes actividades:

–  Limpieza de instalaciones y equipos.

–  Limpieza de vehículos.

–  Limpieza de establos.

–  Esterilización de utensilios.

–  Lavado de producto.

–  Escaldado.

–  Agua de refrigeración.

–  Aguas sanitarias.

–  Calderas.

El lavado del producto y la limpieza de instalaciones y equipos representan el mayor consumo. La mayor parte del agua que se utiliza en mataderos acaba finalmente como corriente de agua residual.

Las principales fases del proceso de los mataderos en las que se producen vertidos líquidos son las siguientes:

Estabulación: los vertidos que se producen son las deyecciones y orines de las reses (purines), además de los restos de estiércol procedentes de la limpieza.

Desangrado: vertidos de sangre con elevada carga orgánica y nitrogenada. La sangre aporta una DQO total de 375.000 mg/L y una elevada cantidad de nitrógeno, con una relación carbono/nitrógeno del orden de 3:4. Se estima que entre un 15% – 20% de la sangre va a parar a los vertidos finales representando una carga de 1 a 2 kg de DBO5 por cada 1.000 kg de peso vivo y este valor aumentaría hasta 5,8 kg de DBO5/t peso vivo si el vertido de la sangre es total.

Escaldado: vertido de aguas residuales con alta carga orgánica y un alto volumen (18 a 36 litros por cerdo). En esta fase se produce el pelado de la res, por lo que el vertido contendrá gran cantidad de pelo y sólidos en suspensión. En el escaldado al ser una operación posterior al desangrado, el agua arrastrará residuos orgánicos como son pe- los, sangre y grasa superficial, proporcionando una carga de 0,25 kg de DBO5/t peso vivo y el pelado una carga estimada de 0,4 Kg de DBO5/t peso vivo.

Evisceración: en esta fase se produce un vertido con gran cantidad de sólidos en sus- pensión tales como trozos de vísceras, grasas, sangre y contenidos digestivos. El volumen generado en esta fase es bajo en comparación con el resto de las fases.

Lavado de canales: residuos con elevada carga orgánica y productos desinfectantes, siendo alto el volumen de vertido.

Limpieza de equipos: la limpieza de los equipos y de las instalaciones genera un vertido con elevada carga orgánica y de alto volumen. Además puede haber concentraciones significativas de detergentes y desinfectantes que pueden afectar en el tratamiento posterior (pueden formar espumas)

En la operación de salado de los productos elaborados, hay que prestar especial importancia a la generación de vertidos salinos procedentes de los líquidos exudados por las piezas.

En la fabricación de productos elaborados cocidos, las aguas residuales industriales se producen en las operaciones de cocción, refrigeración y limpieza de instalaciones. Contienen sangre, grasa, proteínas, azucares, especias, aditivos, detergentes y desinfectantes. También se pueden encontrar fragmentos de piel y otros tejidos.

Respecto a los productos curados, se generan vertidos fundamentalmente en la operación de lavado de perniles y en la limpieza de las instalaciones. Esta agua destaca por su alto contenido salino (sal y aditivos) y orgánico (sangre, grasa, proteínas, azucares, especias). Las aguas de limpieza de instalaciones contienen también detergentes y desinfectantes. También se pueden encontrar fragmentos de piel y otros tejidos. La elevada conductividad de esta agua es difícilmente eliminable y plantea problemas importantes en los tratamientos biológicos de las estaciones de depuración de Aguas residuales industriales.

Los principales parámetros que definen las características químicas de las aguas residuales de un matadero

Aguas industria cárnica

Aguas industria cárnica

Otra forma de clasificar, considerando su origen y el tipo de contaminante, los vertidos de aguas residuales que se generan en los mataderos, es la siguiente:

Aguas de limpieza de instalaciones y equipos: los contaminantes característicos de este tipo de vertido son variación del pH, sólidos en suspensión, materia orgánica, aceites y grasas y detergentes. Se estima que entre el 25% – 55% del total de la carga contaminante de los vertidos de los mataderos, medidas en DBO5, son arrastradas por las aguas de limpieza.

Aguas procedentes de aseos y sanitarios: los contaminantes cuya presencia cabe esperar en el vertido son materia orgánica, sólidos en suspensión, amoniaco y detergentes.

Aguas pluviales: sólidos en suspensión, materia sedimentables.

Aguas del escaldado de las reses de porcino y del lavado de las reses de ganado vacuno y porcino. Los contaminantes de este vertido son sólidos en suspensión y materia orgánica.

En general, estos efluentes contienen: sangre, estiércol, pelos, plumas, grasas,huesos, proteí- nas y otros contaminantes solubles. Los vertidos generados en los mataderos de tipo polivalente (sacrificio de ganado porcino, vacuno, ovino, etc…) presentan las siguientes principales carac- terísticas:

  • Presencia de sangre: en función del tipo de sistema de recuperación de sangre dentro del matadero, se puede tener distintos tipos de vertido. Un exceso en el vertido de sangre puede acarrear graves problemas en la planta de tratamiento, debido fundamental- mente al aumento de materia nitrogenada y orgánica con el consiguiente incremento de la DQO y DBO5.
  • Presencia de grasas: al tratarse de residuos animales existe gran presencia de grasas, que deberían eliminarse para aumentar la tratabilidad del vertido.
  • Presencia de sólidos decantables: existe una gran cantidad de sólidos que decantan fácilmente. Se trata de restos de piel y estiércol. Esto hace preciso una agitación en la balsa de homogeneización.
  • Presencia de pelos y restos animales: pelos y restos de vísceras en el vertido.

Debido a la diversidad de instalaciones de depuración de aguas en la industria cárnica, las distintas formas de operación y la heterogeneidad de las especies sacrificadas, resulta muy difícil caracterizar globalmente esta agua. Incluso para una misma industria, día a día y, para cada día, hora a hora, el vertido que se produce es distinto, existiendo una enorme disparidad de datos, en ocasiones contradictorios Existen estudios que indican valores puntas de materia orgánica que superan al doble del valor medio diario de algunas instalaciones.

En general, los efluentes tienen altas temperaturas y contienen elementos patógenos, además de altas concentraciones de compuestos orgánicos y nitrógeno. La relación promedio de DQO:DBO5:N en un matadero es de 12:4:1. Estos parámetros se emplean para el diseño de los sistemas de tratamiento.

Proteínas y grasas son el principal componente de la carga orgánica presente en las aguas de lavado, encontrándose otras sustancias como la heparina y sales biliares. También contienen hidratos de carbono como glucosa y celulosa, y generalmente detergentes y desinfectantes. Cabe destacar que estas corrientes presentan un contenido de microorganismos patógenos importante.

A título indicativo, los valores contaminantes medios diarios de los vertidos generados por los mataderos, habitualmente se encuentran dentro del rango que figura en la siguiente tabla:

tratamiento de aguas industriales

tratamiento de aguas industriales

 

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Procesos y Operaciones más utilizados en la regeneración y depuración de Aguas residuales industriales

depuración de Aguas residuales industriales

depuración de Aguas residuales industriales

1) Procesos para el tratamientos de Sólidos / separación de Líquidos

1.1. Sedimentación

Descripción: La gravedad de la sedimentación de partículas maestro, flóculos químicos, y se precipita desde la suspensión.

Aplicación: Eliminación de las partículas que son más grande que 30 micras utilizan habitualmente como primaria y tratamiento posterior a la secuencia de procesos biológicos.

1.2. Filtración

Descripción: La eliminación de partículas de agua que pasa a través de arena o medio poroso.

Aplicación: Eliminación de partículas que son más grande que 30 típicamente hacia el final de la sedimentación ( tratamiento convencional), o tras la coagulación / floculación.

 2)Tratamientos Biológicos

2.1. Tratamiento Biológico Aeróbico

Descripción: Proceso de metabolismo biológico de aguas sucias por microorganismos en una cuenca de aireación o biofilms (filtro percolador).

Aplicación: Eliminación de de disueltas y suspendidas materias orgánicas de aguas residuales.

2.2. Oxidación.

Descripción: Estanques con 2-3 pies de agua fondo para la mezcla y penetración de luz solar.

Aplicación: La resolución de disolución de materia orgánica de las aguas residuales.

2.3.Biológico para la eliminación de nutrientes

Descripción: Combinación de procesos aeróbicos, anaeróbicos, y anaerobios para convertir orgánicos de fósforo y nitrógeno amoniacal en nitrógeno molecular y eliminar.

Aplicación: La reducción del contenido de nutrientes de las aguas residuales regeneradas.

2.4. Desinfección.

Descripción: Inactivación de los organismos Pathogénie  uso de productos químicos oxidantes, Luz ultravioleta, productos químicos cáusticos, calor, o Procesos de separación física.

Aplicación: La protección de la salud pública mediante la eliminación de organismos patógenos.

 3) Tratamientos Avanzados

3.1.Carbón Activo

Descripción: Proceso por el cual los contaminantes son físicamente adsorbida en la superficie de CARBÓN ACTIVO

Aplicación: La eliminación de compuestos orgánico hidrofóficos.

3.2. Extracción del aire.

Descripción: Transferencia de amoniaco y otros componentes volátiles del agua al aire.

Aplicación: Le eliminación de nitrógeno amoniacal y algunos compuestos orgánicos volátiles de las aguas.

3.3. Intercambio Iónico

Descripción: Intercambiador de iones entre canjeo resina agua y el uso de un reactor de flujo mediante.

Aplicación: Eficaz para la eliminación de cationes como el calcio, el magnesio, Irom, amonio, y aniones tales como el nitrato

3.4. Química, coagulación y presipitación

Descripción: El uso de aluminio o de iones de ventas para promover la precipitación de fósforo, y la desestabilización  de las partículas coloidales de las aguas residuales regeneradas.

Aplicación: La formación de precipitaciones fósforos y mejorar la floculación para la eliminación de las partículas por sedimentación y filtración.

3.5. Tratamiento con Cal

Descripción: El uso del tiempo para precipitar de la solución de cationes y metales.

Aplicación: Formación de precipitados de fósforos y floculación para eliminación de las partículas por sedimentación y filtración.

3.6.Filtración por membrana

Descripción: Microfiltración, nanoflitración, y ultrafiltración.

Aplicación: La eliminación de partículas y de los microorganismos de agua.

 

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