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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 | Sí | Sí |
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
Diseño de una EDAR con sistema de Membranas
Depuradora de Aguas Residuales industria láctea – Cinco problemas graves y cómo solucionarlos
fangos activos
Las industrias relacionadas con el sector lácteo son muy variadas, tanto como los productos lácteos presentes en el mercado. Debido a su complejidad, no es posible generalizar sobre la contaminación generada, que será muy específica del tipo de industria de que se trate. La realidad es que las empresas que procesan leche producen un vertido muy contaminante y muchas suelen padecer muchos problemas que no saben diagnosticar para saber como resolverlos.
Luis Carlos Director Técnico de Aema, empresa especializada en aguas industriales EDAR la Rioja, nos habla de cinco problemas graves en las depuradoras de aguas residuales en la industria láctea y su diagnostico de las posibles razones.
Las principales corrientes parciales que más contribuyen en volumen y/o carga contaminante al efluente final proceden de:
• Limpieza de equipos, instalaciones, CIP de limpieza de líneas, rechazos de los sistemas de ultrafiltración o sistemas de osmosis en el procesado de algún derivado. Aporta una parte importante del volumen del efluente final. En cuanto a la carga contaminante contiene restos lácteos, detergentes y desinfectantes.
- •Limpieza de camiones de transporte de materia prima.
Las concentraciones pueden variar de una instalación a otra, y en ciertos casos, presentar valores bastante diferentes a los anteriores. Las causas de la variabilidad en la concentración de los parámetros de los efluentes son múltiples, destacando:
- •El grado de optimización del consumo de agua,
- •• Los procedimientos de limpieza y productos químicos utilizados, CIP de limpieza.
- •• La tecnología utilizada en las operaciones consumidoras de agua.
- •• Cambio de producciones como consecuencia de la variación en los productos a fabricar.
Esta agua suelen tener la particularidad de alto contenido graso, nitrógenos algo elevados, de ahí la necesidad de procesos de nitrificación/desnitrificación y alto contenido en fósforo. Además de los ya conocidos problemas de DBO5.
La instalación típica en el sector se compone de:
• Pretramiento, en el que incluimos desbaste y Físico – Químico • Tratamiento biológico
• Secado de fangos
POSIBLES PROBLEMAS Y SUS CAUSAS EN LA DEPURACIÓN BIOLÓGICA POR FANGOS ACTIVOS PARA UNA DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIA LÁCTEA
PROBLEMA 1: Falta de rendimiento y excesivo consumo de productos químicos y excesiva producción de fangos por falta de compactación en el DAF.
- pH no ajustado a las condiciones de trabajo de los reactivos.
- Falta de homogeneización.
- Verificar la reactividad de los productos utilizados.
- Revisión de los sistemas mecánicos del DAF (tiempos de rasquetas, sistema de presurización, etc.)
OBJETIVOS: Aumento del rendimiento del sistema y en definitiva ahorro de costes, que podrían llegar al 50 %.
PROBLEMA 2: Incumplimiento en los parámetros de vertido
Causados por problemas de decantación, provocados por una deficiente eliminación de nutrientes en el biológico, lo que además ocasiona un excesivo consumo de energía.
- Exceso de carga de entrada por problemas en el pretratamiento, deficiencias en diseño o aumento de la producción en fábrica (N, DQO, DBO y Aceites y grasas).
- Tiempos de retención hidráulica inadecuados.
- Falta de aporte de oxígeno en unos momentos puntuales.
- Edad del fango, carga másica, etc.
- •
OBJETIVOS: Estabilización de las condiciones de trabajo del reactor biológico, de tal manera que nos permitan, aumentar la capacidad de tratamiento, reducir los costes energéticos pudiendo llegar hasta un 20 %, etc.
PROBLEMA 3: Bajo rendimiento en la deshidratación de los lodos
- Edad del fango muy baja ocasionada por excesiva purga de fango, lo que puede estar provocando inestabilidad en la decantación final.
- Cambio de polielectrolíto.
- Falta de homogeneización en los lodos a tratar.
- En el caso de centrífugas, posibles desajustes en los parámetros electromecánicos de la
- •instalación.
OBJETIVOS: Reducir la producción de fangos a gestionar y en consecuencia los costes asociados a la instalación de secado, tanto de energía, personal, productos, etc.
PROBLEMA 4: Consumo de energía elevado
Incrementando considerablemente los costes como consecuencia de no realizar una buena gestión de la planta incluso de la propia energía.
- Biológico no equilibrado, con alteraciones.
- Concentraciones de fango o edad del fango
- Eliminación de nutrientes no eficiente
- No tener programas de gestión de energía que hagan que la planta trabaje en función de
- •las tarifas eléctricas aplicadas. Este punto puede suponer ahorros hasta del 40 % en la factura de la luz.
PROBLEMA 5: Exceso de consumo de agua en el propio proceso de producción
Por una aplicación de buenas prácticas no adecuada (MTDs). Es sencillo comprobar el grado de implicación en este sentido, dado que tenemos un amplio portfolio de referencias, las cuales nos permiten establecer caudales y cargas en función de la elaboración que se produce en los procesos de fabricación.
• Mala gestión del agua por cultura y comodidad.
• No contar con los elementos adecuados de inyección y recogida.
• Inadecuados dispositivos de limpieza o bajo índice de recirculaciones. Implicación
directa sobre el coste de consumo y vertido del agua.
¿QUÉ PUEDES HACER?
Implantar un modelo de diagnóstico técnico económico de la instalación qué te permita conocer los puntos críticos de la instalación, los cuellos de botella que tienes y si la planta está trabajando de manera óptima para lo que fue diseñada.
A partir de este modelo obtendrás un plan de evaluación qué explique las acciones necesarias para conseguir qué la planta llegue a los niveles operativos qué ofrezcan beneficios como:
- Estabilidad de procesos. Procesos más fiables y seguros. Mejorar rendimientos.
- Reducción de los consumos de reactivos o conseguir mejores rendimientos de la instalación.
- Reducción en el coste de la energía por €/m3.
- Optimización de los procesos de tratamientos de fangos y en consecuencia, reducción de
- •costes asociados.
- Establecer un control Analítico e Inspección de Vertidos coherente a la instalación existente. Muchas veces se hacen controles
- •que no aportan nada y otros que se requieren no se hacen. En consecuencia reducción de
- •gasto innecesario y mejor control.
- Evitar usos de agua irracionales y establecer un catecismo de buenas prácticas.
Si quieres saber más sobre cómo implantar un modelo de diagnóstico técnico económico de tu instalación “pincha Aquí”
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fangos activos