LOS BIORREACTORES DE MEMBRANAS (MBR)

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1 LOS BIORREACTORES DE MEMBRANAS (MBR) INTRODUCCIÓN Los vertidos de aguas residuales de origen industrial si no son tratados adecuadamente pueden ocasionar graves problemas de contaminación debido a su alto contenido en contaminantes orgánicos e inorgánicos. Desde el año 2000, la Unión Europea (UE) estableció el marco legislativo en el campo de la política de aguas mediante la Directiva Marco del Agua (DMA, Directiva 2000/60/EC,2000), desarrollando unas directrices básicas en función de parámetros fisicoquímicos, biológicos e hidromorfológicos para asegurar la calidad del agua. A partir de esta directiva, los países miembros de la UE han ido desarrollando su propia legislación en materia de tratamiento de aguas residuales, tanto urbanas como industriales. La legislación española (Real Decreto 606/2003; Ley de Aguas 201) obliga a clasificar el vertido generado en función de la actividad industrial y establece la autorización necesaria para el vertido de aguas residuales industriales a partir de los límites establecidos para sustancias peligrosas. Esta autorización corresponde al organismo de cuenca para el caso de vertidos directos y a la autoridad autonómica o local para los vertidos indirectos. En este sentido, la industria en general busca soluciones para obtener efluentes limpios con el fin de cumplir con los límites establecidos. El problema radica en que las aguas industriales son muy heterogéneas debido a que cada sector industrial genera aguas residuales con diferentes características por lo que los tratamientos serán diferentes en cada caso. Los sistemas de fangos activos se basan en la eliminación de sustancias biodegradables mediante la acción microorganismos en un reactor biológico y, en general, los resultados que se consiguen en cuanto a la reducción de contaminantes son muy buenos. Sin embargo, los requerimientos exigidos en el tratamiento de aguas residuales han ido aumentando por lo que han surgido una serie de procesos (Figura 1) basados en los fangos activos que mejoran la calidad de los efluentes. 1

2 Proceso Variación en el sistema Canal de oxidación Sistemas secuenciales (SBR) Eliminación de nitrógeno/fósforo Doble etapa de fangos activos Biopelículas Tipo de reactor Funcionamiento secuencial en vez de continuo Proceso en fases Proceso en etapas Soporte para la biomasa Biorreactores de membranas (MBR) Separación del fango mediante membranas en lugar de la decantación Figura 1. Clasificación de los procesos biológicos no convencionales (Batanero, 2000) LOS REACTORES BIOLÓGICOS DE MEMBRANAS Este tipo de reactores han sufrido en los últimos años un enorme desarrollo debido a su ventaja en cuanto a su rendimiento y a la calidad del efluente depurado. Varían respecto al sistema convencional en que tras el proceso de oxidación biológica, y en lugar de tener decantadores para el proceso de separación sólido/líquido poseen membranas de filtración (Figura 2). 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) y determina los compuestos que se separan en el reactor. Las principales ventajas que presenta el sistema MBR frente a los métodos convencionales de lodos activos son (García et al., 2010): Elevadas concentraciones de MLSS: Los MBR permiten trabajar con concentraciones de sólidos en el reactor muy superiores a la de los procesos convencionales. Trabajan habitualmente con concentraciones de 8 a 15 g STT/l dependiendo de la membrana utilizada, llegando incluso a trabajar a 20 g STT/l. 2

3 Plantas más compactas: Los sistemas MBR necesitan menor volumen de reactor debido a la mayor concentración de los sólidos con los que trabaja. Desarrollo de biomasa especializada: Dependiendo de la configuración de la planta y de las condiciones de trabajo, es posible trabajar con edades de fango elevadas que posibilitan el desarrollo de biomasa especializada en degradar compuestos específicos con los que están en contacto. Mayor estabilidad ante sobrecargas: Los MBR presentan mayor estabilidad que los sistemas convencionales en episodios de puntas de caudal, de carga o ante cambios bruscos en el efluente. Esto hace que los MBR sean ideales en sectores industriales con comportamiento estacional (sector conservero, vinícola, etc.). Aumento de la calidad del efluente: Con la tecnología MBR se consiguen rendimientos superiores (Figura 3) a los obtenidos con los métodos convencionales. Reutilización del efluente: El efluente puede ser reutilizado directamente aumentando los recursos hídricos disponibles (Brepols et al., 2008) o como alimentación se sistemas posteriores, como por ejemplo la ósmosis inversa (Lawrence et al., 2002). Adaptación a las plantas de fangos activos existentes: Los MBR son la solución para plantas de fangos activos sobrecargadas que necesitan una ampliación. Reducción de los costes de vertido: Los sistemas MBR al conseguir un efluente de mayor calidad pueden verter directamente al cauce evitando así el canon de vertidos indirectos. 3

4 Figura 2. Esquemas de una EDAR convencional de fangos activos y una con tecnología MBR Parámetros fisicoquímicos Valor Sólidos en suspensión (mg/l) <2 Turbidez (NTU) <1 DBO 5 (mg/l) <20 DQO (mg/l) COD (mg/l) Nitrógeno total (mg N/l) <2 Fósforo total (mg P/l) <5 Nitrógeno amoniacal (mg N/l) <1 Parámetros biológicos Valor Coliformes totales (ufc/100 ml) <100 Coliformes fecales (ufc/100 ml) <20 Figura 3. Parámetros de un efluente en un MBR 4

5 A pesar de las grandes ventajas que presentan los MBR existen determinadas desventajas asociadas principalmente a costes de instalación y mantenimiento: Disminución del rendimiento: Las membranas sufren en su superficie un continuo ensuciamiento por acumulaciones debidas a la formación de una capa de lodo, coloides y soluto. Elevado coste energético: Debido a la elevada concentración de sólidos en suspensión que se alcanza con el sistema MBR las membranas sufren un rápido ensuciamiento que merma su efectividad. Para realizar la limpieza de éstas se emplea aireación con el consiguiente consumo energético, muy superior a los sistemas convencionales. Elevado coste de las membranas: Los costes de los materiales se van reduciendo a medida que se van empleando diferentes materiales y la utilización del sistema MBR se hace más habitual. Bibliografía: García, G.; Huete, E.; Torres, A.; Martínez, L.C. (2010). Reutilización de aguas depuradas mediante reactores biológicos de membranas (MBR). Batanero Bernabeu, J.G. (2008). Otros tratamientos biológicos de fangos activados: doble etapa, canales de oxidación, sistemas secuenciales, contactoestabilización, procesos de doble etapa y biorreactores con membranas. Brepols, Ch. (2008). Upgrading and retrofitting of municipal wastewater treatment plants by means of membrane bioreactor (MBR) technology. Bioindicación: Gestión y control de proceso en EDAR. CIDTA. 5

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