Biorreactores de membranas (sistema MBR) para el tratamiento de aguas residuales

Sistema MBR: Reactor biológico + filtración por membranas

Los biorreactores de membrana, también conocidos como sistema MBR, son reactores biológicos de lodos activos aerobios, que combinan el proceso de degradación biológica, conocido como «fangos activos», con la separación sólido – líquido mediante filtración con membranas. Dichas membranas pueden ser tanto de fibra hueca como planas.

Nuestros biorreactores MBR maximizan su eficiencia y rendimiento porque emplean tecnología avanzada de membranas de ultrafiltración como método de separación. Gracias a esta tecnología, la concentración de biomasa dentro del reactor es muy superior a la de los reactores con clarificadores convencionales, siendo posible alcanzar entre 6.000 y 12.000 mg/L.

Este tipo de clarificación por membranas instalado dentro de un reactor de lodos activos tiene las siguientes ventajas principales:

• Mayor rendimiento de eliminación de materia orgánica en un volumen y espacios reducidos.
• La calidad del agua de salida es constante.

Nuestros biorreactores de membrana se entregan integrados en un sistema compacto y listos para operar a su llegada a las instalaciones del cliente.

Configuración opcional

En aquellos escenarios en los que exista una elevada concentración de nitrógeno y/o se generen nitratos por encima de los límites de vertido, se ofrecerá un sistema SIGMA MBR modificado con una pre-cámara anóxica. Esta configuración permite la eliminación simultánea de DQO y Nitrógeno mediante la nitrificación-desnitrificación.

Eficiencia de depuración

Nuestros reactores biológicos de membranas ofrecen una gran eficiencia tanto para aguas domésticas, tanto como para aguas industriales. Cada equipo se diseña en función de las condiciones de entrada. Se muestran en la siguiente tabla condiciones generales de operación. La eficiencia de eliminación de contaminantes es muy elevada y el agua tratada presenta una calidad constante.

¿Qué ventajas ofrece un sistema MBR?

La decisión de seleccionar un proceso mediante biorreactores de membranas MBR en detrimento de otros sistemas convencionales se basa en las ventajas que presenta para el tratamiento de aguas residuales:

• Al instalar un proceso de filtración por membranas dentro de un reactor de lodos activos se obtiene un mayor rendimiento en la eliminación de materia orgánica
• La calidad del agua de salida es mayor y se mantiene constante
• Planta compacta
• Volumen y espacios reducidos.
• Tratamiento sencillo. La gestión de proceso es simple y económica gracias a que no se produce sedimentación en la cuba biológica.
• Resistencia a los agentes oxidantes
• Sencillez de operación, ya que el operador sólo debe controlar el funcionamiento de la bomba de permeado y recirculación y las presiones de trabajo. Los parámetros de trabajo se controlan con un PLC que tiene la posibilidad de realizar conexiones remotas vía MODEM.
• Estabilidad y flexibilidad
• Modularidad
• Estandarización

Gracias a nuestros sistemas MBR se obtiene un agua depurada de muy alta calidad, siendo posible su reutilización en numerosos procesos de producción industrial.

Instalación de un sistema MBR

Nuestros biorreactores de membrana se pueden instalar en contenedores ISO, facilitando el transporte, montaje y, eventualmente, posteriores ampliaciones.

• Instalación plug&play rápida
• Bajo requerimiento de espacio
• No emite olores ni atrae portadores como insectos
• Altos volúmenes de carga
• Desinfección sin UV ni productos químicos
• Efluente adecuado para uso agrícola o para su reutilización en aguas de cisternas de retretes.
• Proceso completamente automatizado
• Posibilidad de ampliación modular

Información técnica

Membranas de filtración

Nuestros sistemas MBR incluen membranas planas paralelas de ultrafiltración de la marca KUBOTA, las cuales están sumergidas verticalmente en la cámara de aireación, dentro del licor mezcla. En la parte inferior de las membranas se insufla aire en el contenedor, que por una parte crea la sobrepresión del medio en la membrana y por otra parte mantiene en movimiento la biomasa para evitar la formación de una capa de microorganismos (término conocido como ‘biofouling’) que colmate y bloquee la membrana. Una bomba de permeado extrae continuamente el agua depurada tratada en la parte interior de la membrana.

La lámina de la membrana está hecha de polietileno clorado con un tamaño de poro máximo (nominal) de 0,4 μm y promedio: 0,2 μm, que bloquea casi la totalidad de los microorganismos en el licor mezcla.

La configuración de «placa plana» mantiene despejado el espacio entre las membranas y minimiza la acumulación de residuos.

Las membranas sumergidas separan la parte de líquido del licor de la parte sólida. El líquido (llamado permeado) se envía a un tanque de almacenamiento mientras que los sólidos son recirculados a la zona de aireación.

Funcionamiento de nuestros biorreactores de membranas

Dentro del reactor, el sistema de aireación proporciona oxígeno al medio acuoso. Bajo estas condiciones se degrada la materia orgánica por medio de los microorganismos, los cuales utilizan oxígeno, siendo ésta eliminada del agua. El sistema de aireación, además de proporcionar oxígeno, permite mantener el reactor en condiciones de mezcla homogénea.

Es crucial en este tipo de reactores que no se introduzcan grasas, aceites y restos de pelo. Será necesaria la instalación de un pretratamiento acorde para evitar estos elementos.

Las membranas están ubicadas verticalmente en la cámara de aireación, sumergidas dentro del licor mezcla, de esta forma el licor mixto (mezcla de agua y los sólidos que componen la biomasa) está directamente en contacto con las membranas y la clarificación se efectúa de forma simultánea. En las membranas se produce una succión por medio de una bomba centrífuga auto-aspirante.

En la parte inferior de las membranas se insufla aire en el contenedor, que crea la sobrepresión del medio en la membrana a la vez que mantiene en movimiento la biomasa para evitar la formación de una capa de microorganismos que colmate y bloquee la membrana. Una bomba de permeado extrae continuamente el agua depurada tratada en la parte interior de la membrana.

La lámina de la membrana está hecha de polietileno clorado con un tamaño de poro máximo que permita bloquear la mayoría de los microorganismos en el lodo activado.

La configuración de «placa plana» mantiene el espacio entre las membranas despejado y minimiza la acumulación de residuos.

Tras la separación sólido-líquido llevada a cabo en las membranas, el líquido (llamado en adelante permeado) se envía a un tanque de almacenamiento mientras que los sólidos son enviados de nuevo (reciclados recirculados) a la zona de aireación.

En el paso del licor mixto a través de la membrana, tiene lugar la separación física del agua y la biomasa:

• El permeado, que consta de agua, sales y sustancias no biodegradables de bajo peso molecular, sale del sistema por la parte superior de las membranas.
• El concentrado, conformado por la biomasa y las sustancias orgánicas de mayor peso molecular, queda retenido y permanece dentro del reactor para continuar con la degradación biológica.

La generación de lodos de este tipo de reactores es mínima y requiere de purgas puntuales.

En aquellos escenarios en los que exista una elevada concentración de nitrógeno y/o se generen nitratos por encima de los límites de vertido, se ofrecerá un sistema SIGMA MBR modificado con una pre-cámara anóxica. Esta configuración permite la eliminación simultánea de DQO y nitrógeno mediante la nitrificación-desnitrificación.

Importancia de los difusores

Los difusores o sistemas de aireación son una parte imprescindible para el correcto funcionamiento de un reactor biológico. Estos sistemas permiten la introducción de aire, y por tanto de oxígeno, dentro del reactor en forma de finas burbujas. Este tamaño de burbuja favorece el área de contacto del aire con la biomasa, que utiliza oxígeno, y la eficiencia de degradación de la materia orgánica. Además, esta inyección de burbujas permite una agitación homogénea del licor mezcla, sin perturbar o romper a los microorganismos.

Por tanto, la eficiencia del tratamiento del agua residual depende directamente de la eficiencia de los difusores y su correcto diseño e instalación.

Mantenimiento y lavado de las membranas

El correcto mantenimiento y limpieza de las membranas en el interior del biorreactor es imprescindible para garantizar la máxima eficiencia y rendimiento del sistema MBR.

Antes de decidir qué sistema de lavado es el más adecuado, es importante conocer cuál es la velocidad y el tipo de ensuciamiento que se dan en el biorreactor de membranas.

Algunos factores que influyen en el ensuciamiento son las características de la membrana (material, configuración, tamaño y distribución de los poros), las condiciones de operación (flujo de permeado, flujo cruzado, aireación y tiempo de retención) y las propiedades de la biomasa (viscosidad, temperatura, oxigeno disuelto, propiedad del floculo, tamaños, etc.).

Lavado con Aire

Este proceso combina el lavado a contracorriente con una corriente de aire que es enviada a través de las boquillas localizadas en el centro de los fardos de las membranas.

Las burbujas de aire viajaran a través de la superficie externa de las membranas realizando una acción de lavado que extrae los sólidos que puedan haber sido acumulados en la superficie de las membranas.

La operación de filtrado y lavado por aire está controlada por un ordenador, en el que se programan unos ciclos predeterminados de tiempo. Este proceso de presión/vacío es monitorizado y controlado en el sistema de membranas. 

Lavado químico

Con el tiempo, la materia orgánica y la biomasa se van acumulando en los poros y en las superficies externas de las membranas, lo que obliga a llevar a cabo una limpieza más profunda.

Esto se consigue mediante un lavado químico en el que las membranas son lavadas a contracorriente, o inmersas en una solución limpiadora que contiene una solución de cloro disuelto, ácido cítrico, sosa cáustica o detergente.

Este lavado en profundidad está configurado en función de las condiciones de operación de cada caso determinado.

Ofrecemos un sistema de lavado “in situ”, que se suministra con la propia planta para permitir un lavado automático en la propia planta sin necesidad de extraer los módulos de las membranas del tanque.

Los lodos o fangos residuales procedentes de la limpieza se envían fuera del equipo para su eliminación definitiva.

Aplicaciones de un biorreactor MBR

Las aplicaciones de los biorreactores de membranas son muy amplias. En Sigmadaf hemos llevado a cabo instalaciones tanto en un gran variedad de industrías, como en aplicaciones más especiales:

• Procesos industriales
• Aguas municipales
• Campamentos militares y misiones humanitarias
• Hoteles y resorts
• Edificaciones como hospitales o centros comerciales

Características

• Capacidad: 200 – 500 habitantes
• Peso: inferior a 1.2 ton
• Transportable en helicóptero

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