Tratamientos biologicos compactos con membranas y lecho movil (SMBR Y SMBBR)

29 de diciembre de 2023 (Lectura 12 mins)
Jordi Fabregas

1. Tratamientos biológicos con membranas y lecho móvil – MBR y MBBR

La depuración de aguas residuales industriales exige de métodos y procesos sofisticados que puedan adaptarse a cada vertido específico.

A diferencia de las aguas residuales que encontramos en las depuradoras de vertidos urbanos, en los que las cargas de contaminantes se mueven dentro de unos valores relativamente regulares, y las líneas de tratamiento suelen ser estandarizables, en las aguas residuales industriales no existe un patrón que se pueda estandarizar, pues cada sector e industria genera vertidos diferentes.

Asimismo, en entornos industriales es frecuente encontrarse con limitaciones de espacio disponible donde ubicar las plantas de tratamiento de aguas, lo que ha hecho evolucionar las tecnologías para reducir el tamaño requerido y mejorar la eficiencia de tratamiento.

En este sentido, existen tecnologías que ocupan poco espacio y permiten un alto grado de personalización, como es el caso de los reactores MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor), los cuales ofrecen un elevado rendimiento. 

En un proceso biológico aerobio MBBR la degradación de la materia orgánica es llevada a cabo mediante bacterias aerobias en el interior de un reactor biológico de lecho móvil.

El vertido procedente de un reactor MBBR contendrá, además de la DQO no biodegradable, los restos de los fangos que no se han adherido en las paredes del material de relleno que aloja a los bacterias en este proceso (fangos en exceso).

Otro factor importante a destacar es que las depurados biológicas aerobias se complementan con sistemas de separación y recirculación de fangos, como un decantador secundario, o con sistemas de flotación DAF, que permiten obtener efluentes de mejor calidad y mayor concentración en los fangos separados.

Por su parte, los sistemas biológicos compactos, como los reactores MBR (Reactor Biológico de membranas), actúan como un tratamiento secundario y terciario simultáneamente, ya que filtran el agua residual tratada por el MBBR con un conjunto de membranas de ultrafiltración (UF). De esta forma, se obtiene un agua tratada de alta calidad y un concentrado (fango) que podrá ser recirculado, o enviado a deshidratar para su posterior evacuación a vertedero, o para su reutilización en compostaje.

Los sistemas MBBR y MBR optimizan el sistema de depuración en aspectos tan relevantes como la eficiencia y el espacio ocupado.

2. Tratamiento biológico MBBR

La tecnología MBBR tiene un alto nivel de adaptación a distintos tipos de vertidos, especialmente en sectores industriales.                                              

Los reactores de lecho móvil utilizan unos portadores de plástico, que se recubren de una biopelícula, y cuya función es descomponer los residuos orgánicos con los que entran en contacto en el seno del agua residual. Estos portadores, también conocidos como carriers, están sumergidos en el reactor biológico y, gracias a su movimiento, aumentan el rendimiento y la capacidad de depuración del sistema MBBR sin que sea preciso aumentar el tamaño del reactor.                         

El proceso MBBR funciona gracias a la actividad de los microorganismos que se adhieren a los sólidos porosos de gran superficie que flotan en el medio de las aguas residuales. Su función es facilitar el crecimiento de colonias complejas compuestas de microorganismos y biomateria (biofilm).

Los carriers, que tienen una densidad cercana a la del agua, flotan y circulan libremente en el interior del reactor gracias a la acción de burbujas de aireación (en cámaras aerobias) o mezclas mecánicas (en cámaras anaeróbicas). La circulación de los carriers en el agua regula y estabiliza el crecimiento del biofilm y la cinética de reacción, lo cual reduce el riesgo de obstrucción del lecho y evita cortocircuitos del líquido dentro del volumen útil.

Los sistemas MBBR son una excelente opción para instalaciones donde el espacio disponible es limitado, ya que las cámaras de aireación son menores que en los sistemas convencionales de lodos activos, a la vez que mantienen un rendimiento similar. Además, es un proceso flexible, ya que el diseñador puede variar el área superficial disponible.

Es habitual que el efluente haya de ser sometido a un tratamiento primario antes de ser incorporado al reactor MBBR. Un proceso recomendable es el de coagulación / floculación, seguido de un DAF, ya que elimina la mayor parte de los sólidos suspendidos totales y el material coloidal antes de que el agua residual ingrese al reactor MBBR.

Además de ofrecer una alta eficacia de separación, este tratamiento primario permite obtener unos lodos de alta concentración (3 – 5 %), lo que simplifica notablemente el proceso de manipulación y secado de fangos. Además, los aceites y grasas se separan casi en su totalidad, por lo que se protege a los carriers del MBBR de un ensuciamiento nocivo para su correcto funcionamiento.

Después del reactor, la biomasa puede ser separada mediante un clarificador u otro proceso separador, que debe ser seleccionado en función de las características del efluente y de su destino. De esta forma se garantiza que el reactor siempre conserve microorganismos necesarios para su funcionamiento en su interior, garantizando la eficiencia y rendimiento de este sistema de tratamiento.

Los reactores biológicos de lecho móvil de SIGMADAF ofrecen un rendimiento sobresaliente, ya que todos los microorganismos que se necesitan para eliminar la carga contaminante están sumergidos en el reactor, adheridos a los portadores de plástico. Gracias a este sistema, la única biomasa que se ha de extraer del sistema es la que se ha desprendido de los portadores y la que se encuentre en suspensión en el efluente residual ya tratado.

Las ventajas más destacables del proceso MBBR son las siguientes:      

  • Requieren poco espacio para su instalación.
  • Fáciles de operar, sin necesidad de recirculación del lodo, o control del tiempo de residencia celular.
  • Eliminación de los problemas de bulking.
  • Excelente calidad del efluente.
  • Capacidad de soportar picos de cargas y variaciones de caudal.
  • Es un sistema de operación continua, que no requiere atención constante o interrupción del tratamiento.

Como ya hemos mencionado, un sistema MBBR es una tecnología de lodos activos, en la cual se introduce un material flotante de polietileno que soporta el crecimiento de la biomasa sobre su superficie. Este material flotante proporciona un área superficial efectiva para el crecimiento del biofilm, incrementando la concentración volumétrica de biomasa.

Este crecimiento forzado de la biomasa sobre un elemento flotante presenta una serie de características especiales:

  • La concentración de MLSS (concentración de biomasa dentro del reactor) puede llegar a ser entre 1.5 y 2 veces mayor que la alcanzada con los sistemas de lodos activos convencionales, pudiendo llegar hasta 4000 – 8000 mg/L.
  • Se eleva el tiempo de residencia celular efectivo.
  • Se incrementa la capacidad de tratamiento del sistema en el mismo volumen.

Debido al aumento de MLSS, no se produce un aumento en la concentración del fango que llega al siguiente proceso, sino que este se ve reducido, por lo que las dimensiones de la siguiente etapa de tratamiento son menores que en los sistemas convencionales.

Este reactor MBBR está compuesto por cámaras aerobias (con inyección de oxígeno) en las que se introducen tipos diferentes de carrier. Las cámaras se comunican mediante un canal en el que se instalan rejillas que retienen a estos portadores.

El proceso MBBR ha demostrado ser eficaz para eliminar hasta un 90% de la DQO y un 95% de la DBO, siempre que haya suficiente tiempo de retención. El rendimiento de un reactor MBBR depende de factores como:

  • El porcentaje de medios proporcionados en el reactor.
  • El área de superficie de los carriers.
  • El oxígeno disuelto.
  • La carga orgánica.

Los sistemas MBBR son una tecnología rentable, eficiente, compacta y fácil de operar.

3. Tratamientos de aguas residuales con MBR

Los sistemas MBR se distinguen del resto de procesos biológicos porqué incorporan un tratamiento terciario de filtración que produce un agua tratada de alta calidad, que puede ser reutilizada para determinadas aplicaciones.

Los sistemas MBR se utilizan comúnmente para procesos de tratamiento de aguas residuales municipales, industriales, e incluso domésticas, en las que se desea reutilizar el agua.                                                                                        

Los biorreactores de membrana (MBR) son una variante de los sistemas de lecho móvil y membrana que se utilizan para el tratamiento de aguas residuales.  En un sistema MBR, los microorganismos descomponen la materia orgánica presente en las aguas residuales y, posteriormente, el agua tratada pasa a través de un filtro de membrana para eliminar los sólidos suspendidos y los microorganismos restantes.  Esto da como resultado un agua tratada que es apta para su reutilización o descarga al medio ambiente. 

El efluente que entra al reactor biológico contiene una elevada concentración de fangos activos, que deben recircularse para mantener una concentración adecuada durante el tratamiento biológico. Estos fangos son filtrados por un conjunto de membranas, y recirculados a la zona de oxidación.

Por otra parte, también se arrastran los restos de sólidos suspendidos totales y bacterias (fangos en exceso), que deben purgarse del sistema y evacuarse de forma periódica. Esta fraccion se envía a deshidratación, con el objeto de reducir su volumen y hacerla manejable.    

Los biorreactores de membrana (MBR), utilizan principalmente membranas de ultrafiltración y membranas de microfiltración.  Según la forma física, se pueden dividir en fibra hueca, lámina plana y membrana MBR tubular.  Los materiales más utilizados para la fabricación de membranas son PVDF, PTFE, PE, PVC, cerámica, vidrio y materiales compuestos. 

Los rangos de separación de estas membranas son los siguientes:

  • Microfiltración de 100 a 1000 nm
  • Ultrafiltración de 5 a 100 nm.

En algunos casos se aplica NF y OI, pero esta configuración acostumbra a presentar problemas de ensuciamiento.           

Come se observa en el siguiente diagrama, las membranas se pueden instalar sumergidas en el biorreactor o externas al sistema.

Ventajas

Las principales ventajas ofrecidas por los biorreactores de membrana MBR son:

  1. Mayor eficiencia: Los MBR permiten la eliminación de contaminantes y la producción de agua de alta calidad. 
  2. Menor espacio: Los MBR requieren menos espacio que los sistemas convencionales para el tratamiento de aguas residuales. 
  3. Mayor flexibilidad: Los MBR son más flexibles que los sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales, lo que les permite adaptarse a diferentes tipos de aguas residuales y cargas de contaminantes. 
  4. Menor producción de lodos: Los MBR producen menos lodos que los sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales, lo que reduce los costos de eliminación de lodos. 

Desventajas

Algunas de las principales desventajas del tratamiento con biorreactores de membrana (MBR) son:

  1. Necesidad de limpieza: Las membranas utilizadas en los biorreactores de membrana requieren una limpieza regular para evitar la acumulación de sólidos y microorganismos en su superficie. 
  2. Consumo de energía: Los biorreactores de membrana consumen más energía que los sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales debido a la necesidad de bombear agua a través de las membranas. 
  3. Sensibilidad a la calidad del agua: Los biorreactores de membrana son más sensibles a la calidad del agua que los sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales, lo que puede afectar su eficiencia. 

Comparativa de la eficiencia ofrecida entre un sistema MBR vs un proceso convencional

ParámetroMBRConvencional
DB05< 5 mg/l10 – 30 mg/l
SST< 1 mg/l10 – 30 mg/l
MLSS8.000 – 25.000 mg/l2.000 – 3.000 mg/l
Turbiedad< 0.2 NTU5 – 20 NTU
Coliformes Fecales< 10> 105

Limpieza de las membranas

La limpieza de las membranas en los biorreactores de membrana se realiza mediante retrolavados con agua permeada y aire, y en algunos casos, con la ayuda de soluciones químicas. La fuerza impulsora a través de la membrana se consigue presurizando el tanque, o aplicando vacío desde el lado del permeado, favoreciendo el paso de líquido por la membrana.  

Para la limpieza de las membranas de los biorreactores de membrana (MBR) se utilizan soluciones químicas como hipoclorito sódico, ácido hipocloroso o peróxido de hidrógeno.  Estas soluciones químicas se utilizan para empapar las membranas durante unos minutos y luego se aplica un chorro de agua delantero o trasero que enjuaga los contaminantes.  La elección de la solución química depende del tipo de contaminante que se desea eliminar y de la naturaleza de la membrana. 

4. Tratamiento de aguas residuales combinando MBBR y MBR

El tratamiento biológico de aguas residuales con membranas (MBR) y lecho móvil (MBBR) es un proceso que combina ambas tecnologías (membranas y proceso de lecho móvil) para tratar aguas residuales. 

La combinación de estas dos tecnologías ofrece una gran eficiencia en la eliminación de contaminantes presentes en las aguas residuales.             

La eficiencia del tratamiento biológico con membranas y lecho móvil depende de varios factores:

  • Calidad del agua residual de entrada
  • Carga orgánica
  • Temperatura
  • Disponibilidad de oxígeno
  • Presencia de nutrientes

La elección del soporte utilizado en el proceso de lecho móvil también puede influir en la eficiencia del tratamiento. Los biorreactores de lecho móvil y de membrana que funcionan con un bajo tiempo de retención hidráulico, garantizan una alta tasa de eliminación de contaminantes. 

Los fangos filtrados por las membranas del MBR, se compondrán básicamente del material inerte que se desprende de los carriers del MBBR. Este material inerte se puede separar en el tratamiento primario precedente, por lo que puede ser retornado a esta parte de la instalación para su separación junto con los lodos primarios. Otra opción es purgarlos desde las membranas y enviarlos a deshidratar para su posterior evacuación.

La opción de utilizar MBR sumergidos como segundo paso de un tratamiento biológico es recomendable para tratar los efluentes que requieran la producción de un agua de mayor calidad, o que tengan altos contenidos de NTK. En estos casos convendrá contar con una línea de recirculación a la entrada del MBBR con una zona anóxica previa.

Entre las ventajas que ofrece esta combinación de procesos merece destacar:

  • Flexibilidad en los tratamientos.
  • Mejora de la eficiencia en el rendimiento del sistema
  • Menor espacio ocupado que con un proceso de sedimentación o flotación tras el biológico.
  • Mejor calidad del agua tratada

5. Resumen

El proceso MBBR se ha ido imponiendo a otros tratamientos biológicos convencionales como la aireación prolongada, habida cuenta de sus ventajas de flexibilidad y especialidad en vertidos específicos industriales, al poder combinar distintos tipos de colonias de bacterias contenidas en distintas zonas del reactor. El rendimiento de depuración se incrementa también por el hecho de que las colonias se alojan en un conjunto de elementos plásticos (carriers) que ofrecen amplia superficie para que se adhieran y se desarrollen (biofilm), a lo que se añade la movilidad del conjunto debido a una agitación con aire (sistema aerobio), o bien una agitación mecánica (en un sistema anaerobio). Todo ello se traduce en un alto rendimiento en el mínimo espacio ocupado.

Por su lado, la tecnología MBR, viene a reemplazar al sistema de clarificación secundaria, a fin de separar los fangos que fugan del tratamiento biológico. En el caso de proceder de un MBBR estos fangos están formados por los restos que se desprenden de los carriers  y, prácticamente todos, se pueden considerar fangos en exceso. Según esto, no es preciso hacer una recirculación de fangos activos antes del MBBR, y una vez filtrados por las membranas del MBR, pueden ser enviados directamente para su posterior deshidratación o bien retornados al tratamiento primario.

Pese a las ventajas de reducción de espacio, y su mayor rendimiento y eficacia, frente a otros tratamientos habituales utilizados en las aguas residuales, esta combinación de procesos tiene como inconvenientes su mayor coste y complejidad, lo que induce a la necesidad de personal capacitado.

    ¿Le ha interesado esta solución?

    CLÁUSULA INFORMATIVA BÁSICA

    RESPONSABLE TRATAMIENTO: SIGMADAF CLARIFIERS, S.L.
    FINALIDAD: Atender la solicitud del usuario, y en caso de aceptación del envío de comunicaciones comerciales, mantenerle informado sobre las ofertas y novedades.
    LEGITIMACIÓN: Consentimiento del interesado.
    CESIONES y TRANSFERENCIAS: Se prevé la cesión de sus datos a la entidad PIPEDRIVE, ubicada en EEUU, a parte de las necesarias por obligación legal y/o requerimiento judicial.
    DERECHOS: Acceso, rectificación, supresión, oposición, limitación, portabilidad, revocación del consentimiento. Si considera que el tratamiento de sus datos no se ajusta a la normativa, puede acudir a la Autoridad de Control (www.aepd.es).
    INFORMACIÓN ADICIONAL: más información en nuestra política de privacidad.