Leyendas urbanas acerca del Bioreactor de Membrana (MBR)

Bioreactor de Membrana (AemaMBR)

¿Qué cuentan las leyendas urbanas acerca del Bioreactor de Membrana? Una creciente presión medioambiental en la normativa y la necesidad de  reciclaje/reutilización de agua, son factores que empujan a las industrias a buscar un medio eficiente y rentable de tratamiento para sus vertidos. El sistema Bioreactor de Membrana (AemaMBR), diseñado para satisfacer las necesidades concretas y cambiantes de la industria, bien complementa tecnologías de tratamiento anaeróbico y aeróbico, así como tecnologías genéricas. Puede utilizarse como un proceso independiente o para “pulir” los vertidos pre tratados anaeróbicamente a una calidad adecuada e inigualable para su reutilización, cumpliendo además con los más estrictos límites de descarga en términos de MO, SS y nutrientes (N,P).

VENTAJAS del sistema   

  • Fácil operación y mantenimiento
  • Rápida implantación e integración con sistemas existentes
  • Reduce o elimina la desinfección
  • Baja presión transmembrana (TMP) de operación
  • Cumple con los límites más estrictos para materia orgánica, SS y nutrientes
  • La vida de servicio útil de la membrana puede ser mayor a 10 años
  • Ultra compacto, bajo espacio de implantación
  • Reduce producción de lodos y costo asociado de deshidratación más gestión
  • Eliminación de los problemas inherentes a la decantación del fango
  • Efluente de altísima calidad, apta para reutilización

Una ventaja importante del proceso de bioreactor de membrana es que los sólidos del fango y  biomasa son totalmente retenidos en el biorreactor.  Esto significa que el tiempo de retención de sólidos (SRT) en el bioreactor se puede controlar completamente por separado del tiempo de retención hidráulico (TRH). Esto es diferente del proceso CAS o fango activado convencional, donde los “flóculos” que componen la biomasa tienen que crecer en tamaño hasta el punto donde puedan sedimentar en el clarificador secundario. En un CAS, el TRH y SRT van acoplados, ya que el tamaño del flóculo y su sedimentabilidad está ligada al TRH.

Por último, el tiempo de retención de sólidos (SRT) tiende a proporcionar un mejor biotratamiento total. Esta condición favorece  el desarrollo de los microorganismos de crecimiento más lento, específicamente nitrificantes. Los MBRs entonces son especialmente eficaces en la eliminación de N (nitrificación).

Los MBRs se han implementado progresivamente en todo el arco industrial. Las aguas residuales más susceptibles al tratamiento con tecnología MBR son, como era de esperar, aquellas con un contenido de carbono orgánico fácilmente biodegradable. En el sector alimentos y bebidas han encontrado un amplio campo de trabajo y  aceptación. Sin embargo, las aguas residuales que son altamente recalcitrantes (es decir, escasamente biodegradables) han sido también objeto de tratamiento mediante MBRs ya que los elevados tiempos de retención alcanzables permiten el tratamiento biológico más eficaz que el logrado por procesos biológicos convencionales. Estos incluyen lixiviados de vertedero y efluentes de la industria farmacéutica.

 APLICACIONES del Bioreactor de Membrana (AemaMBR)

La tecnología MBR trata una amplia variedad de aguas residuales incluyendo las generadas en industrias como:

  • Biocombustibles
  • Cervecerías
  • Láctea
  • Destilerías y bodegas
  • Conservas
  • Ultra congelados
  • Mataderos y subproductos cárnicos
  • Pulpa y papel
  • Farmacéutica y productos químicos
  • Cosmético

EL PROCESO  

AemaMBR es un sistema “probado” de lodos activados que utiliza una barrera física – la membrana de ultrafiltración – para la separación sólido-líquido.

Los sistemas de lodos activados convencionales funcionan típicamente con un licor mezcla (fango activo) cuya concentración está en el rango 2.000 a 5.000 mg/l; sin embargo, el MBR puede funcionar a concentraciones mayores de 8.000  a 15.000 mg/l. Esto resulta en un mayor tiempo de retención de sólidos (SRT) o edad del fango y un espacio mucho menor correspondiente al reactor biológico aireado, eliminando la necesidad de un decantador clarificador o flotador final. El SRT más alto del sistema MBR conduce a una mejor eliminación de materia orgánica, amoníaco y nitrógeno que los sistemas de lodos activados convencionales. Además, la concentración de sólidos suspendidos (SST) total descargada en el proceso es insignificante o depreciable, pudiendo además alcanzar muy bajas concentraciones de fósforo efluente.

Las membranas de ultrafiltración en el sector industrial – en su modalidad sumergidas –  están inmersas en un tanque separado del reactor aireado, en contacto directo con el licor mezcla. Mediante el uso de una bomba de permeado, un vacío se aplica a un cabezal conectado a las membranas. El vacío aspira el agua “depurada” a través de las membranas de ultrafiltración. El agua filtrada puede desinfectarse, descargarse o reutilizarse.

Un caudal de aire intermitente se introduce en la parte inferior del módulo de membrana, produciendo la turbulencia necesaria que recorre la superficie externa del módulo. Esta acción de fregado transfiere los sólidos rechazados lejos de la superficie de la membrana. La tecnología MBR efectivamente supera los problemas asociados con la pobre capacidad de sedimentación de fangos activados convencionales.

Proceso del sistema Bio Reactor de Membrana (AemaMBR)
Proceso del sistema Bioreactor de Membrana (AemaMBR)

Seguimiento y operación

El seguimiento y gestión del sistema a fines de control se reduce considerablemente comparado con sistemas convencionales de lodos activados gracias a un elevado nivel de automatización. El proceso sólo requiere una inspección visual una vez cada día. Periódicamente se toman muestras para el análisis y ajustes.

Limpieza

La  limpieza de todas las membranas se realiza “in situ”, con productos químicos de sencilla manipulación como el ácido cítrico e hipoclorito sódico, sin necesidad de vaciar el reactor ni quitarlas de su contenedor.

Mitos, ventajas y desventajas de la tecnología MBR vs. Fango Activo Convencional

A pesar de la evidencia, existe la falsa creencia que un tratamiento MBR es más “caro” que un sistema convencional, tanto en inversión como en operación. Muchas veces incluso se compara con otras tecnologías de membrana, como la ósmosis inversa, atribuyéndole una mínima vida útil y por tanto un alto coste de reposición, juicio de valor sin fundamento. Si bien hablamos de “membrana”, no podemos meter en la misma bolsa dos tecnologías que lo único que llevan en común si acaso es su origen en la química de los “polímeros” (poliamida, PVDF, etc.). Por tanto comencemos comparando lo comparable.

Misma afirmación cuando enfrentamos la tecnología MBR con un tratamiento convencional de fangos activados (CAS). En última instancia, deberemos comparar siempre “manzanas con manzanas” y sacar conclusiones razonables.

Como podemos apreciar en los cuadros de abajo, comparando ambos sistemas: MBR vs. CAS, podemos establecer un conjunto de parámetros de proceso y operación, respectivamente; donde encontrar similitudes y/o diferencias. Luego además, habrá que tener en consideración para el análisis, cuál es el objetivo último de tratamiento en cuanto a límites permitidos y opciones de reutilización aplicables, además del espacio disponible. Partiremos además de la hipótesis de tratar el mismo caudal y carga en ambas situaciones, evidentemente.

Naturalmente, al inicio de la comercialización de la tecnología MBR en los 90s, cabía pensar en ella bajo ciertas premisas y aplicaciones en particular, básicamente un nicho de mercado donde resultaba económicamente efectiva y competitiva. Sin embargo, el paso del tiempo ha repercutido positivamente en estos costes gracias a economías de escala, innovación y fundamentalmente estrategias de operación (aireación y limpieza). Así todo, la inmensa mayoría de los clientes sigue pensando inicialmente que la tecnología MBR no es competitiva frente la convencional, resultando mucho más cara de adquirir y operar. Habrá que analizar cada caso en particular.

Podemos entonces intentar el análisis, colocando a la par, ambas tecnologías y analizarlas por sus elementos comunes, tanto desde el punto de vista operativo como de inversión:

MBR vs CAS_ Procesos diferentes
MBR vs CAS_ Procesos diferentes
MBR vs CAS_Operativa diferente
MBR vs CAS_Operativa diferente

En definitiva, colocando todas las piezas del puzle en su sitio, deberíamos encontrarnos con una base de trabajo similar al esquema de abajo para poder sacar conclusiones válidas:

Metodología
Metodología

Así pues, analizando los distintos escenarios factibles, nos encontraríamos en situaciones comparativas como:

Comparativa de costes
Comparativa de costes

SIN DUDA ALGUNA, y al final de este ejercicio comparativo, la diferencia a favor del MBR versus la tecnología convencional se vuelve más atractiva conforme aumentan las exigencias/restricciones, en el orden:

  • Calidad de tratamiento, garantía de vertido.

  • Eliminación de nutrientes.

  • Posibilidad de reutilización (agua depurada regenerada).
  • Espacio disponible.

Diseño del proceso

El proceso con MBR no se ve afectado por las limitaciones asociadas con la sedimentación por gravedad para la separación sólido-líquido y esto permite operar a concentraciones mucho más altas del licor mezcla. Hoy en día las plantas se diseñan para concentraciones entre 6 y 12 g/L

Mayor concentración de licor mezcla se traduce en mayor tiempo de retención (SRT) para un dado tiempo de retención hidráulica (HRT). Mayor SRT proporciona un proceso biológico estable que resulta en un efluente con baja demanda de oxígeno. Mayor SRT asegura una adecuada remoción de la materia orgánica y una completa nitrificación aún en climas menos templados. Mayor SRT propicia la presencia de microorganismos especializados que degradan compuestos difíciles de depurar. Más importante aún, mayor SRT reduce la producción de fangos y por ende, el gasto de deshidratación en EE y producto químico más la gestión del fango deshidratado. Mayor SRT se traduce en menor volumen de reactor biológico.

Calidad del efluente

La principal diferencia entre ambos sistemas es el mecanismo de separación S-L. Ambos sistemas dependen de una buena depuración biológica previa para oxidar la materia orgánica y nitrógeno influente. Sin embargo, el MBR utiliza una membrana para obtener una mayor calidad de efluente. El MBR está reteniendo todos los SS en el reactor. Todo compuesto orgánico mayor que el tamaño de poro de la membrana será retenido en el reactor y aún aquellos de tamaño incluso inferior quedarán rechazados por la capa que se desarrolla sobre la superficie de la membrana a estas altas concentraciones de licor mezcla.

Licor mezcla

Las propiedades del licor son importantes ya que afectan directamente cuán fácilmente el fango será filtrado a través de la membrana, espesado y deshidratado. Mientras el sistema convencional necesita una biología que flocule y sedimente bien para permanecer en el sistema, el MBR retiene toda la biomasa, aún simples células, en el licor mezcla.

El fango en un MBR comparado con un convencional, tiene:

  • Mayor contenido coloidal que escaparían con el efluente en un sistema convencional.
  • Mayor concentración de filamentosas

La Experiencia de AEMA, nuestro valor diferenciador

En su nivel más básico, como hemos visto, el MBR es muy simple: agua “limpia” filtrada  – previamente depurada – a través de una membrana a partir de un licor mezcla. Sin embargo cuando empiezas a añadir los diferentes componentes que hacen que el sistema trabaje en su conjunto,  las cosas comienzan a complicarse. Biología, controles, sensores, difusores, bombas, válvulas, soplantes, ¿cómo todas estas partes interactúan entre sí para producir un efluente de elevada calidad?

Como parte del paquete total AemaMBR, nuestro personal altamente capacitado es componente presencial in situ para supervisar la puesta en marcha inicial del sistema, así como proporcionar capacitación de operarios y formación continua. Tras la puesta en marcha, seguimos disponibles para personal operativo de apoyo y participando con múltiples fórmulas colaborativas: asistencia técnica, operación temporal, contratos por caudal/calidad producida, etc.

Habiendo testeado el conjunto más amplio de configuraciones de membranas disponibles en el mercado (GE, Kubota, Alfa Laval, Pentair X-Flow, Siemens Water Technologies, Koch Membranes, Toray,  LG Electronics, etc.), con una marcada penetración en el mercado industrial desde finales de los 90s, disponemos en nuestro activo con más de 60 referencias en el sector alimentario, tratando en muchos casos vertidos de marcada complejidad y cumpliendo con estrictos parámetros de descarga, especialmente en nutrientes.

Hemos sido capaces de innovar en la aplicación de esta tecnología en el sector industrial, mejorando los sistemas de control y autogestión, optimizando las estrategias de operación, adaptando los protocolos de limpieza y operación para traducirlos en un funcionamiento estable a lo largo del tiempo y los más bajos costes de mantenimiento. Nuestras primeras instalaciones en España todavía operan con sus membranas originales con casi 15 años de servicio ininterrumpido.

Nuestra fórmula y garantía de éxito a lo largo del tiempo, descansa en haber dado forma y comprendido la ecuación y sinergia entre:

Estrategias de Control + Hidráulica + Proceso Biológico = AemaMBR

Para entender este concepto es importante darse cuenta de que TODAS las membranas sumergidas tienen un biofilm que debe gestionarse con el conocimiento que brinda la experiencia. Proactividad trabajando al servicio del cliente desde nuestros departamentos de EyM, laboratorio de bioindicación y análisis, ingeniería de diseño, I+D y naturalmente, la red comercial responsable de captar las necesidades del mercado y ofrecer respuestas fiables.

El presente habla por sí solo y no puede ser menos prometedor el futuro que llega. El mercado mundial de MBR creció a $ 838,2 millones en 2011 y se proyecta una cifra escalofriante de $ 3,44 billones en 2018. Esto representa una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 22,4% en este periodo de tiempo. Un crecimiento tan impresionante del mercado puede verse como una reacción global a tendencias como el estrés de agua y  la reutilización.  El futuro de MBR sigue adelante durante la próxima década.

Mercado Global del MBR.  Volumen de tratamiento y pronóstico de ingresos

Mercado Global del MBR. Volumen de tratamiento y pronóstico de ingresos

Esto asegurará la descarga de aguas residuales de alta calidad y la capacidad de aumentar el nivel de reciclaje de aguas residuales. La Legislación es un fuerte motor para este mercado y ya no está dirigida únicamente por los Estados Unidos y Europa. Se están estableciendo exigencias más estrictas en los procesos de tratamiento de aguas residuales por países de todo el mundo, incluso los emergentes. Mientras tanto, los sistemas MBR han aumentado en competitividad contra las soluciones tradicionales debido a la reducción de costes y consumo energético inferior.

El crecimiento en uso industrial de los sistemas MBR será cada vez más fuerte e importante fuente de ingresos para los fabricantes. En concreto, las soluciones industriales ya probadas ayudarán a minimizar la huella del MBR y un menor impacto sobre el medio ambiente inmediato manteniendo esta tecnología de tratamiento de alta calidad. Clientes industriales encontrarán soluciones asequibles en el MBR necesarias para  cumplir con los límites de descargas emergentes y futuros, permitiendo adaptarse fácilmente a las normas de reciclaje, a veces incluso impulsadas por sectores industriales específicos como alimentos y bebidas. De todo ello, sin dudas, podemos dar testimonio.

Departamento Comercial

Grupo AEMA

Más información en comercial@aemaservicios.com