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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
Ensuciamiento de membranas en un MBR ¿Sabes cómo resolverlo?
El ensuciamiento de las membranas en un MBR condicionan la operación y el mantenimiento de estos sistemas y limitan su vida útil. Para optimizar esto, es importante un buen diseño que considere las características del agua a tratar y las de la membranas a utilizar, además de propiciar unas condiciones de operación adecuadas. En el mundo de los tratamientos de aguas residuales industriales, cada vez tienen más importancia los protocolos de limpieza de las membranas y su adaptación en el tiempo, con la utilización de productos y reactivos adecuados. Es recomendable que estos protocolos deben ir acompañados cuando sea necesario, del análisis y estudio de la membrana a nivel de laboratorio.
Ensuciamiento de membranas en un MBR
Para poder optimizar tanto las condiciones de operación como los protocolos de limpieza, cada vez son más necesarios estudios de laboratorio, así como ensayos destructivos de Autopsias de Membrana, que permitan localizar, evaluar y corregir ensuciamientos, roturas y disfunciones de los sistemas de membrana.
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.
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. Los principales efectos del ensuciamiento son:
– El taponamiento de los poros.
– La reducción del flujo de agua a través de la membrana.
– El aumento de la diferencia de presión entre ambos lados de la superficie de la membrana.
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. Se 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.
Actualmente, las investigaciones se centran en el desarrollo de nuevos materiales, ya sea mediante la modificación física de membranas o la incorporación de nuevos materiales a las membranas comerciales y en el uso de membranas dinámicas, mediante la formación de capas protectoras con el objetivo de reducir el problema del ensuciamiento.
Aguas industriales EDAR la Rioja
Ensuciamiento de membranas en un MBR