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Bioreactor de Membranas para Aguas Industriales la Solución Cuando no Tienes Espacio y Necesitas más capacidad en tu depuradora
Menor espacio y Mayor calidad de efluente con un Bioreactor de Membranas (MBR) para aguas industriales
Bioreactor de Membranas para aguas industriales
El proceso de MBR es una tecnología de membrana que sustituye el decantador en el proceso de fangos activos convencional de una EDAR. De esta forma la separación de la fase sólido-líquido se realiza por filtración a través de las membranas, en lugar de sedimentación en el decantador, consiguiéndose un efluente tratado que reúne, generalmente, los requisitos para reutilización.
En base a esto, los principales beneficios a la hora de instalar un MBR sobre un proceso de fangos activos convencional son:
- Menor requerimiento de espacio (al eliminar el decantador del proceso).
- Mayor calidad de efluente similar a la de tratamiento terciario de un proceso convencional,
Para valorar la implantación de un MBR, conviene realizar un balance técnico- económico completo que nos permita diferenciar claramente las ventajas e inconvenientes del proceso convencional instalado y el MBR que lo sustituiría.
A nivel estructural la diferencia más destacada entre el proceso convencional de fangos activados y los MBR es la superficie ocupada por ambos procedimientos para una misma capacidad de tratamiento. A nivel conceptual, la diferencia que da paso a los MBR frente a los fangos activados es la calidad del efluente obtenido.
Para una misma capacidad de tratamiento, la diferencia en superficie puede llegar a ser un 35% menor.Ello se debe no solo a las altas concentraciones de biomasa, que permiten trabajar con volúmenes de reactor más pequeños, sino a la eliminación del decantador secundario como etapa de sedimentación en el proceso convencional.
Efectivamente frente al espacio ocupado por un reactor de Fangos Activos, el MBR presenta una superficie menor, lo que implicaría un importante ahorro en obra civil en el caso de una nueva instalación. Por lo tanto, podríamos justificar el empleo de los MBR frente a los tratamientos convencionales por el importante ahorro en espacio que supondría su aplicación: Disminución de obra civil, mayor ahorro económico.
El MBR es una solución compacta que no necesita decantador, ya que la separación se realiza en las membranas y se opera con concentraciones de sólidos en el reactor, en lugar de operar a concentraciones típicas de procesos de fangos activos, ocupando hasta 3-4 veces menos espacio que un tratamiento convencional con tratamiento terciario. Dada la calidad del efluente y lo compactas que son las plantas con MBR, es una solución idónea para casos:
- Dónde existe escasez de espacio.
- Zonas con sensibilidad ambiental.
- Ampliaciones de plantas convencionales.
Podríamos resumir las ventajas de esta tecnología frente a la convencional de fangos activos de la siguiente forma:
- Opera con concentraciones más altas de sólidos en suspensión en el reactor, por lo que el volumen del reactor biológico es menor, evitándose además, la construcción de decantadores secundarios.
- No es necesario que los fangos producidos sean decantables, el proceso no se ve tan afectado por la calidad del fango biológico, como bulking filamentoso, desfloculación…
- Mayor calidad del efluente: El efluente de estos sistemas (SS, DBO5, nitrógeno y fósforo) presentará una calidad superior a la de un tratamiento secundario convencional, ya que la separación de sólido-líquido se realiza mediante las membranas.
- Efluente con calidad similar a la de un tratamiento terciario. El efluente estará también libre de protozoos y quistes consiguiéndose además una considerable reducción de bacterias y virus.
La tecnología de membranas es especialmente competitiva cuando aparece alguna de las siguientes condicionantes:
– Necesidad de disminuir la producción de lodos biológicos
– Necesidad de un grado de depuración elevado: vertido a cauce público, zonas sensibles o pago de un impuesto de vertido elevado.
– Reutilización: La reutilización puede venir impuesta por la escasez de agua de la zona o puede suponer un valor añadido importante a considerar. Las variables aquí van a ser el precio del metro cúbico de agua fresca o las
-subvenciones por reutilización.
– Poco espacio disponible
– Ampliación de la capacidad de tratamiento de plantas convencionales ya existentes.
– Efluentes industriales con componentes de difícil o lenta biodegradabilidad. La tecnología BRM permite llegar a depurar materia orgánica considerada inerte para otro tipo de tecnologías más convencionales.
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
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
Implantación de Bioreactor de Membranas para aguas industriales
Capacidad de Desinfección de la tecnología MBR
Bioreactor de membranas para aguas industriales
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:
– Filtración física a través de la membrana. Se basa en las diferen- cias de tamaño, ya que el poro impide el paso a las partículas con mayor diámetro que él.
– Actividad física y biológica de los fangos activados. 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 fisicoquímicos (sólidos suspendidos, demanda quí- mica de oxígeno, demanda biológica de oxígeno, turbidez y nutrientes) y biológicos (concentraciones de microorganismos patógenos)
Parámetros Fisicoquímicos
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. En la tabla de mas abajo se pueden ver los altos rendimientos de eliminación de los parámetros fisicoquímicos de los MBR.
| Tabla 1 | ||
| 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 |
Diversos trabajos han cotejado este sistema con otros convencionales. En este sentido, se ha comparado el comportamiento de distintos sistemas de tratamiento convencional de agua como son: filtro percolador, fangos activados y tratamiento fisicoquímico con el sistema MBR. Como resultado el Reactor Biológico de Membrana ofrece un rendimiento muy superior al resto en cuanto a la depuración y desinfección de un agua residual.
| Tabla 2 | ||||||||
| Tratamiento | Agua de entrada | Agua depurada | ||||||
| SST (kg/m3) | DQO (kg/m3) | Turbidez (UNT) | Gérmenes (/100 ml) | SST (kg/m3) | DQO (kg/m3) | Turbidez (UNT) | Gérmenes (/100 ml) | |
| 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 |
Si se compara la eficacia de un MBR sumergido con otros dos procesos: un tratamiento convencional de Fangos Activos (TCLA) más un tratamiento terciario (TT) y un digestor anaerobio (DA). Los porcentajes de reducción 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 resulta- dos coinciden con los obtenidos al comparar un sistema MBR de ultrafiltración con un tratamiento convencional de lodos activados 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, 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 anaerobio, los valores obtenidos sugieren la inclusión de posteriores tratamientos para aumentar la calidad del agua tratada.
|
Porcentaje de reducción de los parámetros fisicoquímicos en diferentes sistemas de tratamiento de aguas |
|||
|
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 |
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. 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. 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.
Los principales patógenos que determinan la calidad del agua son las bacterias, virus, nemátodos y protozoos. Teniendo en cuenta que el tamaño de las bacterias (coliformes) oscila entre 0,6-1,3 μm de diámetro y 2-3 μm de altura, 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 menor que el tamaño del poro de la membrana. En este sentido, se propone los bacteriófagos 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. 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 se encuentran por debajo de los valores límites necesarios para reutilizar el agua depurada, tanto para usos industriales como urbanos. Resultados muy similares se obtienen cuando se compara este sistema con una planta convencional de Fangos activos más un tratamiento terciario con cloro. No obstante, se considera necesario la inclusión de un tratamiento de desinfección posterior al sistema MBR en los meses de verano.
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. Si esta capa crece demasiado se produce el fenómeno de ensuciamiento de la membrana. Tema que trataremos en profundidad en un próximo post de este blog.
Aguas industriales EDAR la Rioja
Bioreactor de Membranas para aguas industriales
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
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