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Timestamp: 2018-09-23 14:38:19+00:00

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abril 19, 2017 Aguas residuales industriales, Reactor de membranas MBR
Leyendas urbanas acerca del Bioreactor de Membrana (MBR)
Bioreactor de Membrana (AemaMBR)
¿Qué cuentan las leyendas urbanas acerca del Bioreactor de Membrana? Una creciente presión medioambiental en la normativa y la necesidad de reciclaje/reutilización de agua, son factores que empujan a las industrias a buscar un medio eficiente y rentable de tratamiento para sus vertidos. El sistema Bioreactor de Membrana (AemaMBR), diseñado para satisfacer las necesidades concretas y cambiantes de la industria, bien complementa tecnologías de tratamiento anaeróbico y aeróbico, así como tecnologías genéricas. Puede utilizarse como un proceso independiente o para “pulir” los vertidos pre tratados anaeróbicamente a una calidad adecuada e inigualable para su reutilización, cumpliendo además con los más estrictos límites de descarga en términos de MO, SS y nutrientes (N,P).
Fácil operación y mantenimiento
Rápida implantación e integración con sistemas existentes
Reduce o elimina la desinfección
Baja presión transmembrana (TMP) de operación
Cumple con los límites más estrictos para materia orgánica, SS y nutrientes
La vida de servicio útil de la membrana puede ser mayor a 10 años
Ultra compacto, bajo espacio de implantación
Reduce producción de lodos y costo asociado de deshidratación más gestión
Eliminación de los problemas inherentes a la decantación del fango
Efluente de altísima calidad, apta para reutilización
Una ventaja importante del proceso de bioreactor de membrana es que los sólidos del fango y biomasa son totalmente retenidos en el biorreactor. Esto significa que el tiempo de retención de sólidos (SRT) en el bioreactor se puede controlar completamente por separado del tiempo de retención hidráulico (TRH). Esto es diferente del proceso CAS o fango activado convencional, donde los “flóculos” que componen la biomasa tienen que crecer en tamaño hasta el punto donde puedan sedimentar en el clarificador secundario. En un CAS, el TRH y SRT van acoplados, ya que el tamaño del flóculo y su sedimentabilidad está ligada al TRH.
Por último, el tiempo de retención de sólidos (SRT) tiende a proporcionar un mejor biotratamiento total. Esta condición favorece el desarrollo de los microorganismos de crecimiento más lento, específicamente nitrificantes. Los MBRs entonces son especialmente eficaces en la eliminación de N (nitrificación).
Los MBRs se han implementado progresivamente en todo el arco industrial. Las aguas residuales más susceptibles al tratamiento con tecnología MBR son, como era de esperar, aquellas con un contenido de carbono orgánico fácilmente biodegradable. En el sector alimentos y bebidas han encontrado un amplio campo de trabajo y aceptación. Sin embargo, las aguas residuales que son altamente recalcitrantes (es decir, escasamente biodegradables) han sido también objeto de tratamiento mediante MBRs ya que los elevados tiempos de retención alcanzables permiten el tratamiento biológico más eficaz que el logrado por procesos biológicos convencionales. Estos incluyen lixiviados de vertedero y efluentes de la industria farmacéutica.
APLICACIONES del Bioreactor de Membrana (AemaMBR)
Destilerías y bodegas
Mataderos y subproductos cárnicos
Farmacéutica y productos químicos
Proceso del sistema Bioreactor de Membrana (AemaMBR)
Mitos, ventajas y desventajas de la tecnología MBR vs. Fango Activo Convencional
A pesar de la evidencia, existe la falsa creencia que un tratamiento MBR es más “caro” que un sistema convencional, tanto en inversión como en operación. Muchas veces incluso se compara con otras tecnologías de membrana, como la ósmosis inversa, atribuyéndole una mínima vida útil y por tanto un alto coste de reposición, juicio de valor sin fundamento. Si bien hablamos de “membrana”, no podemos meter en la misma bolsa dos tecnologías que lo único que llevan en común si acaso es su origen en la química de los “polímeros” (poliamida, PVDF, etc.). Por tanto comencemos comparando lo comparable.
Misma afirmación cuando enfrentamos la tecnología MBR con un tratamiento convencional de fangos activados (CAS). En última instancia, deberemos comparar siempre “manzanas con manzanas” y sacar conclusiones razonables.
Como podemos apreciar en los cuadros de abajo, comparando ambos sistemas: MBR vs. CAS, podemos establecer un conjunto de parámetros de proceso y operación, respectivamente; donde encontrar similitudes y/o diferencias. Luego además, habrá que tener en consideración para el análisis, cuál es el objetivo último de tratamiento en cuanto a límites permitidos y opciones de reutilización aplicables, además del espacio disponible. Partiremos además de la hipótesis de tratar el mismo caudal y carga en ambas situaciones, evidentemente.
Naturalmente, al inicio de la comercialización de la tecnología MBR en los 90s, cabía pensar en ella bajo ciertas premisas y aplicaciones en particular, básicamente un nicho de mercado donde resultaba económicamente efectiva y competitiva. Sin embargo, el paso del tiempo ha repercutido positivamente en estos costes gracias a economías de escala, innovación y fundamentalmente estrategias de operación (aireación y limpieza). Así todo, la inmensa mayoría de los clientes sigue pensando inicialmente que la tecnología MBR no es competitiva frente la convencional, resultando mucho más cara de adquirir y operar. Habrá que analizar cada caso en particular.
Podemos entonces intentar el análisis, colocando a la par, ambas tecnologías y analizarlas por sus elementos comunes, tanto desde el punto de vista operativo como de inversión:
MBR vs CAS_ Procesos diferentes
MBR vs CAS_Operativa diferente
En definitiva, colocando todas las piezas del puzle en su sitio, deberíamos encontrarnos con una base de trabajo similar al esquema de abajo para poder sacar conclusiones válidas:
Así pues, analizando los distintos escenarios factibles, nos encontraríamos en situaciones comparativas como:
SIN DUDA ALGUNA, y al final de este ejercicio comparativo, la diferencia a favor del MBR versus la tecnología convencional se vuelve más atractiva conforme aumentan las exigencias/restricciones, en el orden:
Calidad de tratamiento, garantía de vertido.
Eliminación de nutrientes.
Posibilidad de reutilización (agua depurada regenerada).
Espacio disponible.
El proceso con MBR no se ve afectado por las limitaciones asociadas con la sedimentación por gravedad para la separación sólido-líquido y esto permite operar a concentraciones mucho más altas del licor mezcla. Hoy en día las plantas se diseñan para concentraciones entre 6 y 12 g/L
Mayor concentración de licor mezcla se traduce en mayor tiempo de retención (SRT) para un dado tiempo de retención hidráulica (HRT). Mayor SRT proporciona un proceso biológico estable que resulta en un efluente con baja demanda de oxígeno. Mayor SRT asegura una adecuada remoción de la materia orgánica y una completa nitrificación aún en climas menos templados. Mayor SRT propicia la presencia de microorganismos especializados que degradan compuestos difíciles de depurar. Más importante aún, mayor SRT reduce la producción de fangos y por ende, el gasto de deshidratación en EE y producto químico más la gestión del fango deshidratado. Mayor SRT se traduce en menor volumen de reactor biológico.
Calidad del efluente
La principal diferencia entre ambos sistemas es el mecanismo de separación S-L. Ambos sistemas dependen de una buena depuración biológica previa para oxidar la materia orgánica y nitrógeno influente. Sin embargo, el MBR utiliza una membrana para obtener una mayor calidad de efluente. El MBR está reteniendo todos los SS en el reactor. Todo compuesto orgánico mayor que el tamaño de poro de la membrana será retenido en el reactor y aún aquellos de tamaño incluso inferior quedarán rechazados por la capa que se desarrolla sobre la superficie de la membrana a estas altas concentraciones de licor mezcla.
Licor mezcla
Las propiedades del licor son importantes ya que afectan directamente cuán fácilmente el fango será filtrado a través de la membrana, espesado y deshidratado. Mientras el sistema convencional necesita una biología que flocule y sedimente bien para permanecer en el sistema, el MBR retiene toda la biomasa, aún simples células, en el licor mezcla.
El fango en un MBR comparado con un convencional, tiene:
Mayor contenido coloidal que escaparían con el efluente en un sistema convencional.
Mayor concentración de filamentosas
La Experiencia de AEMA, nuestro valor diferenciador
En su nivel más básico, como hemos visto, el MBR es muy simple: agua “limpia” filtrada – previamente depurada – a través de una membrana a partir de un licor mezcla. Sin embargo cuando empiezas a añadir los diferentes componentes que hacen que el sistema trabaje en su conjunto, las cosas comienzan a complicarse. Biología, controles, sensores, difusores, bombas, válvulas, soplantes, ¿cómo todas estas partes interactúan entre sí para producir un efluente de elevada calidad?
Como parte del paquete total AemaMBR, nuestro personal altamente capacitado es componente presencial in situ para supervisar la puesta en marcha inicial del sistema, así como proporcionar capacitación de operarios y formación continua. Tras la puesta en marcha, seguimos disponibles para personal operativo de apoyo y participando con múltiples fórmulas colaborativas: asistencia técnica, operación temporal, contratos por caudal/calidad producida, etc.
Habiendo testeado el conjunto más amplio de configuraciones de membranas disponibles en el mercado (GE, Kubota, Alfa Laval, Pentair X-Flow, Siemens Water Technologies, Koch Membranes, Toray, LG Electronics, etc.), con una marcada penetración en el mercado industrial desde finales de los 90s, disponemos en nuestro activo con más de 60 referencias en el sector alimentario, tratando en muchos casos vertidos de marcada complejidad y cumpliendo con estrictos parámetros de descarga, especialmente en nutrientes.
Hemos sido capaces de innovar en la aplicación de esta tecnología en el sector industrial, mejorando los sistemas de control y autogestión, optimizando las estrategias de operación, adaptando los protocolos de limpieza y operación para traducirlos en un funcionamiento estable a lo largo del tiempo y los más bajos costes de mantenimiento. Nuestras primeras instalaciones en España todavía operan con sus membranas originales con casi 15 años de servicio ininterrumpido.
Nuestra fórmula y garantía de éxito a lo largo del tiempo, descansa en haber dado forma y comprendido la ecuación y sinergia entre:
Estrategias de Control + Hidráulica + Proceso Biológico = AemaMBR
Para entender este concepto es importante darse cuenta de que TODAS las membranas sumergidas tienen un biofilm que debe gestionarse con el conocimiento que brinda la experiencia. Proactividad trabajando al servicio del cliente desde nuestros departamentos de EyM, laboratorio de bioindicación y análisis, ingeniería de diseño, I+D y naturalmente, la red comercial responsable de captar las necesidades del mercado y ofrecer respuestas fiables.
El presente habla por sí solo y no puede ser menos prometedor el futuro que llega. El mercado mundial de MBR creció a $ 838,2 millones en 2011 y se proyecta una cifra escalofriante de $ 3,44 billones en 2018. Esto representa una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 22,4% en este periodo de tiempo. Un crecimiento tan impresionante del mercado puede verse como una reacción global a tendencias como el estrés de agua y la reutilización. El futuro de MBR sigue adelante durante la próxima década.
Mercado Global del MBR. Volumen de tratamiento y pronóstico de ingresos
Esto asegurará la descarga de aguas residuales de alta calidad y la capacidad de aumentar el nivel de reciclaje de aguas residuales. La Legislación es un fuerte motor para este mercado y ya no está dirigida únicamente por los Estados Unidos y Europa. Se están estableciendo exigencias más estrictas en los procesos de tratamiento de aguas residuales por países de todo el mundo, incluso los emergentes. Mientras tanto, los sistemas MBR han aumentado en competitividad contra las soluciones tradicionales debido a la reducción de costes y consumo energético inferior.
El crecimiento en uso industrial de los sistemas MBR será cada vez más fuerte e importante fuente de ingresos para los fabricantes. En concreto, las soluciones industriales ya probadas ayudarán a minimizar la huella del MBR y un menor impacto sobre el medio ambiente inmediato manteniendo esta tecnología de tratamiento de alta calidad. Clientes industriales encontrarán soluciones asequibles en el MBR necesarias para cumplir con los límites de descargas emergentes y futuros, permitiendo adaptarse fácilmente a las normas de reciclaje, a veces incluso impulsadas por sectores industriales específicos como alimentos y bebidas. De todo ello, sin dudas, podemos dar testimonio.
Grupo AEMA
Más información en comercial@aemaservicios.com
noviembre 10, 2014 Reactor de membranas MBR
Bioreactor de Membranas para Aguas Industriales la Solución Cuando no Tienes Espacio y Necesitas más capacidad en tu depuradora
Menor espacio y Mayor calidad de efluente con un Bioreactor de Membranas (MBR) para aguas industriales
El proceso de MBR es una tecnología de membrana que sustituye el decantador en el proceso de fangos activos convencional de una EDAR. De esta forma la separación de la fase sólido-líquido se realiza por filtración a través de las membranas, en lugar de sedimentación en el decantador, consiguiéndose un efluente tratado que reúne, generalmente, los requisitos para reutilización.
En base a esto, los principales beneficios a la hora de instalar un MBR sobre un proceso de fangos activos convencional son:
Menor requerimiento de espacio (al eliminar el decantador del proceso).
Mayor calidad de efluente similar a la de tratamiento terciario de un proceso convencional,
Para valorar la implantación de un MBR, conviene realizar un balance técnico- económico completo que nos permita diferenciar claramente las ventajas e inconvenientes del proceso convencional instalado y el MBR que lo sustituiría.
A nivel estructural la diferencia más destacada entre el proceso convencional de fangos activados y los MBR es la superficie ocupada por ambos procedimientos para una misma capacidad de tratamiento. A nivel conceptual, la diferencia que da paso a los MBR frente a los fangos activados es la calidad del efluente obtenido.
Para una misma capacidad de tratamiento, la diferencia en superficie puede llegar a ser un 35% menor.Ello se debe no solo a las altas concentraciones de biomasa, que permiten trabajar con volúmenes de reactor más pequeños, sino a la eliminación del decantador secundario como etapa de sedimentación en el proceso convencional.
Efectivamente frente al espacio ocupado por un reactor de Fangos Activos, el MBR presenta una superficie menor, lo que implicaría un importante ahorro en obra civil en el caso de una nueva instalación. Por lo tanto, podríamos justificar el empleo de los MBR frente a los tratamientos convencionales por el importante ahorro en espacio que supondría su aplicación: Disminución de obra civil, mayor ahorro económico.
El MBR es una solución compacta que no necesita decantador, ya que la separación se realiza en las membranas y se opera con concentraciones de sólidos en el reactor, en lugar de operar a concentraciones típicas de procesos de fangos activos, ocupando hasta 3-4 veces menos espacio que un tratamiento convencional con tratamiento terciario. Dada la calidad del efluente y lo compactas que son las plantas con MBR, es una solución idónea para casos:
Dónde existe escasez de espacio.
Zonas con sensibilidad ambiental.
Ampliaciones de plantas convencionales.
Podríamos resumir las ventajas de esta tecnología frente a la convencional de fangos activos de la siguiente forma:
Opera con concentraciones más altas de sólidos en suspensión en el reactor, por lo que el volumen del reactor biológico es menor, evitándose además, la construcción de decantadores secundarios.
No es necesario que los fangos producidos sean decantables, el proceso no se ve tan afectado por la calidad del fango biológico, como bulking filamentoso, desfloculación…
Mayor calidad del efluente: El efluente de estos sistemas (SS, DBO5, nitrógeno y fósforo) presentará una calidad superior a la de un tratamiento secundario convencional, ya que la separación de sólido-líquido se realiza mediante las membranas.
Efluente con calidad similar a la de un tratamiento terciario. El efluente estará también libre de protozoos y quistes consiguiéndose además una considerable reducción de bacterias y virus.
La tecnología de membranas es especialmente competitiva cuando aparece alguna de las siguientes condicionantes:
– Necesidad de disminuir la producción de lodos biológicos
– Necesidad de un grado de depuración elevado: vertido a cauce público, zonas sensibles o pago de un impuesto de vertido elevado.
– Reutilización: La reutilización puede venir impuesta por la escasez de agua de la zona o puede suponer un valor añadido importante a considerar. Las variables aquí van a ser el precio del metro cúbico de agua fresca o las
-subvenciones por reutilización.
– Poco espacio disponible
– Ampliación de la capacidad de tratamiento de plantas convencionales ya existentes.
– Efluentes industriales con componentes de difícil o lenta biodegradabilidad. La tecnología BRM permite llegar a depurar materia orgánica considerada inerte para otro tipo de tecnologías más convencionales.
abril 21, 2014 Aguas Industria Agroalimentaria, Aguas residuales industriales, Diseño de plantas depuradoras, Reactor de membranas MBR
Implantación de Bioreactor de Membranas para aguas industriales: Ventajas y desventajas de un MBR
Ventajas y desventajas en la Implantación de Bioreactor de Membranas para aguas industriales
Actualmente, el uso de agua tratada procedente de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) supone una prometedora solución al problema de la falta de recursos hídricos que sufren muchos países. No obstante, es necesario contemplar los posibles riesgos que podría conllevar su uso para regular su ámbito de utilización y la calidad necesaria. Por lo tanto, es preciso establecer unos límites estándares de los diferentes parámetros químicos y biológicos a controlar.
Implantación de Bioreactor de Membranas para aguas industriales
En 1991, la Comunidad Económica Europea desarrolló una directiva para la recogida, tratamiento y descarga de aguas residuales urbanas y de algunos sectores industriales, en la que ya se contemplaba la posibilidad de reutilización del agua tratada siempre que fuera apropiado (Directiva 91/271/EEC, Artículo 12). En el año 2000, la Unión Europea reunió y adaptó diferentes directivas y estableció el marco legislativo en el campo de la política de aguas (Directiva 2000/60/EC). Se establecieron unas directrices en función de parámetros fisicoquímicos, biológicos e hidromorfológicos para asegurar la calidad del agua. A partir de esta directiva, países como España o Italia han redactado su propia legislación (Real Decreto 1620/2007; Italian Decree no 85, 2003), en la que se recogen los criterios de calidad para la utilización de aguas regeneradas según los usos. En concreto, en España, el RD 1620/2007 contempla para las aguas depuradas cinco tipos de usos diferentes: urbano, agrícola, industrial, recreativo y ambiental. En él se determinan los valores límite de los parámetros de calidad y los criterios que marca la legislación española en función del uso del agua.
Entre los diferentes procesos que se han desarrollado en los últimos años para alcanzar la calidad requerida para la reutilización de agua, los reactores biológicos de membrana (MBR) tienen especial interés debido a la acción combinada del tratamiento biológico del reactor y la filtración mediante membranas (separación física). Dependiendo del tamaño del poro, el proceso de separación en la membrana se lleva a cabo mediante microfiltración (MF) o ultrafiltración (UF).
Esta tecnología es similar al sis- tema de lodos activados convencional con la diferencia de que la separación sólido/líquido se realiza mediante filtración de membranas y no mediante sedimentación en un decantador secundario.
Existen dos sistemas diferentes en función de la configuración de los mismos: reactores biológicos de membrana externos, en los que el módulo de membranas se encuentra fuera del reactor; y reactores biológicos de membrana sumergidos, en los que el módulo se encuentra su- mergido en un reactor biológico o en un tanque anexo.
Las principales ventajas de un sistema MBR en comparación con los sistemas convencionales de lodos activados son:
– Necesidad de menor volumen de reactor debido a la mayor concentración de sólidos suspendidos en el licor mezcla.
– Desarrollo de biomasa especializada. Debido a las elevadas edades de fango a las que trabajan estos sistemas es posible el desarrollo de biomasa especializada en degradar compuestos específicos con los que están en contacto. Esta capacidad es muy interesante para el tratamiento de efluentes que presentan sustancias difíciles de degradar, como ocurre en determinados sectores industriales.
– Mayor estabilidad ante sobrecargas. Debido a la elevada concentración de sólidos con la trabajan estos sistemas y a la elevada edad del fango que se establece, los sistemas MBR presentan mayor estabilidad que los sistemas convencionales en episodios de picos de caudal, carga o ante cambios bruscos en el efluente a la planta. Esta cualidad convierte a estos sistemas en tecnología especialmente adecuada para los vertidos industriales que presentan un comportamiento estacional, como son en el sector conservero, bodeguero, etc.
– Aumento de la calidad del efluente. Se consiguen rendimientos muy superiores en eliminación de compuestos orgánicos, nutrientes y microorganismos. En función de la calidad conseguida y del uso posterior, el efluente puede ser reutilizado directamente o puede servir como alimentación de tratamientos posteriores
– Posibilidad de adaptarse fácilmente a las plantas de Fangos Activos ya existentes, muy indicado en aquellos casos de plantas sobrecargadas que necesitan una ampliación.
Los principales inconvenientes están asociados a los costes de instalación y de mantenimiento. En este sentido se están reduciendo considerablemente los costes asociados a medida que la tecnología va siendo aplicada, ya que, por un lado, el precio de la membrana es más asequible y, por otro, se ha mejorado tanto en los materiales de ésta como en la implantación del sistema, reduciéndose así los costes de explotación y mantenimiento.
Operacionalmente, uno de los problemas más importantes que sufren este tipo de sistemas se debe al ensuciamiento debido a la formación de una capa de lodo, coloides y soluto que se acumulan sobre la superficie de la membrana, impidiendo el comportamiento adecuando de ésta.
abril 21, 2014 Aguas residuales industriales, Reactor de membranas MBR
Capacidad de Desinfección de la tecnología MBR
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.
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.
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)
Fangos activados
Procesos F-Q
<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
MBR sumergida
TCLA + TT
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.
abril 21, 2014 Aguas residuales industriales, Mantenimiento y gestión EDAR, Reactor de membranas MBR
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.
abril 21, 2014 Aguas Industria Agroalimentaria, Aguas Industria Cárnica, Aguas Industria Conservera, Aguas residuales industriales, Diseño de plantas depuradoras, Reactor de membranas MBR
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
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
Tipo de membrana Placa plana Hoja hueca sumergida Fibra hueca sumergida
Configuración Externa Sumergida Sumergida
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
46,5-60,4
PTM filtración máx. (bar)
PTM retrolavado máx. (bar) N.A. N.A.
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.
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.
Caudal diseño (m3/h)
Concentración SSLM diseño N.A.
Flux diseño (l/h.m2)
Superficie de membranas (m2)
Volumen tanque membranas (m3)
Superficie unitaria membranas instaladas (m2/ m3/h)
Volumen unitario tanque (m3 tanque/m3/h)
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
abril 2, 2014 Aguas Industria Agroalimentaria, Aguas residuales industriales, Diseño de plantas depuradoras, Mantenimiento y gestión EDAR, Reactor de membranas MBR
Bioreactor de Membranas para aguas industriales: Cómo reducir los costes energéticos de las EDARs mediante sistemas preventivos en las líneas de aireación
La optimización de los costes de explotación y mantenimiento de las EDAR es de vital importancia y, constituye una de las preocupaciones principales de los responsables de Calidad y Medioambiente. Dentro de los costes de explotación, el consumo energético es uno de los principales, y dada la política de subida de precios que estamos experimentando, la tendencia esperada es que sigan incrementándose. Por este motivo, las empresas tienen que poner en marcha proyectos dirigidos a optimizar los consumos energéticos de su EDAR.
El principal y mayor coste de operación de los sistemas de depuración, se produce en el consumo energético de sus reactores biológicos, por este motivo, la mayoría de los avances tecnológicos que se estudian, desarrollan y llevan a cabo su implantación, están ligados con los sistemas de aireación de los reactores. En un consumo que representa el 80 % del total de consumo de energía de toda la instalación, cualquier pequeña mejora o modificación del sistema de aireación representa un volumen importante de reducción de costes asociados a la reducción de energía. Muchas empresas están en constante estudio y desarrollo de tecnología que permita reducir los costes de operación de las instalaciones en este sentido.
Los responsables de una EDAR deben contar con un sistema de mantenimiento preventivo de las líneas de aireación de los reactores biológicos, para permitir ahorros de hasta el 10 % en el consumo energético. Este descenso en los costes de operación, no se produce de forma directa en una instalación de reciente construcción, sino que permitirá que el aumento de consumo provocado por el envejecimiento de las instalaciones, como consecuencia de ensuciamientos inorgánicos y orgánicos, se produzca en menor medida. Estos ensuciamientos se producen en todos los sistemas. Se irán depositando sales, habitualmente carbonatos y biopelícula, que hace que en los sistemas de difusión se vayan obturando y en los sistemas jet o Körting que se reduzcan las secciones de paso de agua, desviando el sistema de la curva de trabajo.
febrero 18, 2014 Aguas residuales industriales, Diseño de plantas depuradoras, Reactor de membranas MBR
Reutilización de agua depurada mediante reactores biológicos de membrana (MBR).
Reutilización de agua depurada
C:\Users\Cesar64\Desktop\Reutilización_de_agua_depurada.png
Actualmente, el uso de agua tratada procedente de estaciones depuradoras supone una prometedora solución al problema de la falta de recursos hídricos que sufren muchos países (Lawrence et al., 2002). No obstante, es necesario contemplar los posibles riesgos que podría conllevar su uso (Salgot et al., 2006; Huertas et al., 2008) para regular su ámbito de utilización y la calidad necesaria. Por lo tanto, es preciso establecer unos límites estándares de los diferentes parámetros químicos y biológicos a controlar.
En 1991, La Comunidad Económica Europea desarrolló una directiva para la recogida, tratamiento y descarga de aguas residuales urbanas y de algunos sectores industriales. En ésta, ya se contemplaba la posibilidad de reutilización del agua tratada siempre que sea apropiado (Directiva 91/271/EEC, Artículo 12). En el año 2000, la Unión Europea reunió y adaptó diferentes directivas y estableció el marco legislativo en el campo de la política de aguas (Directiva 2000/60/EC). Se establecieron unas directrices en función de parámetros físico-químicos, biológicos e hidromorfológicos para asegurar la calidad del agua. A partir de esta directiva, países como España o Italia han redactado su propia legislación (Real Decreto 1620/2007, 2007; Italian Decree nº85, 2003) en la que se recogen los criterios de calidad para la utilización de aguas regeneradas según los usos. En concreto, en España, el RD 1620/2007 (Real Decreto 1620/2007, 2007) contempla para las aguas depuradas cinco tipos de usos diferentes: urbano, agrícola, industrial, recreativo y ambiental. En él se determinan los valores límite de los parámetros de calidad y los criterios que marca la legislación española en función del uso del agua.
Igualmente, En Estados Unidos, la Agencia de Protección Medioambiental (EPA) redactó en 2004 la Guidelines for Water Reuse (EPA/625/R-04/108, 2004) en la que se exponen los diferentes riesgos existentes, los posibles usos del agua procedente de estaciones depuradoras y los criterios de calidad en cada estado.
En este sentido la Organización Mundial de la Salud (OMS) presentó hace 4 años una guía en la que se recomienda unos valores límite para una serie de parámetros biológicos (bacterias, virus, nemátodos, etc) que garanticen que no existe un riesgo para la salud al reutilizar agua depurada (WHO, 2006)
Debido a los límites establecidos por la legislación y teniendo en cuenta la calidad del agua depurada que sale de los tratamientos secundarios convencionales, es necesaria la inclusión de mejoras en los tratamientos secundarios y/o la inclusión de tratamientos terciarios para la obtención de un agua que pueda ser reutilizada (de Koning, et al., 2008)
2.- Tecnología MBR
Entre los diferentes procesos que se han desarrollado en los últimos años para alcanzar la calidad requerida para la reutilización de agua, los reactores biológicos de membrana (MBR) tienen especial interés debido a la acción combinada del tratamiento biológico del reactor y la filtración mediante membranas (separación física). 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). En la Figura 1 se muestra los diferentes grados de separación de los compuestos presentes en el agua en función del tamaño del poro de la membrana.
Esta tecnología es similar al sistema de lodos activados convencional con la diferencia de que la separación sólido/líquido se realiza mediante filtración de membranas y no mediante sedimentación en un decantador secundario.
Existen dos sistemas diferentes en función de la configuración de los mismos: reactores biológicos de membrana externos, en los que el módulo de membranas se encuentra fuera del reactor y reactores biológicos de membrana sumergidos, en las que el módulo se encuentra sumergido en un reactor biológico o en un tanque anexo (Melin et al., 2006; Wisniewski, 2007).
– Mayor estabilidad ante sobrecargas. Debido a la elevada concentración de sólidos con la trabajan estos sistemas y a la elevada edad del fango que se establece, los sistemas MBR presentan mayor estabilidad que los sistemas convencionales en episodios de picos de caudal, carga o ante cambios bruscos en el efluente a la planta. Esta cualidad convierte a estos sistemas en tecnología especialmente adecuada para los vertidos industriales que presentan un comportamiento estacional, como son la el sector conservero, bodeguero, etc.
– Aumento de la calidad del efluente. Se consiguen rendimientos muy superiores en eliminación de compuestos orgánicos, nutrientes y microorganismos. En función de la calidad conseguida y del uso posterior, el efluente puede ser reutilizado directamente (Brepols et al., 2008) o puede servir como alimentación de tratamientos posteriores (ej. ósmosis inversa, Lawrence et al., 2002).
– Posibilidad de adaptarse fácilmente a las plantas de fangos activos ya existentes (Coté et al., 2004), muy indicado en aquellos casos de plantas sobrecargas que necesitan una ampliación.
Los principales inconvenientes están asociados a los costes de instalación y de mantenimiento. En este sentido se están reduciendo considerablemente los costes asociados a medida que la tecnología va siendo aplicada, ya que por un lado, el precio de la membrana es más asequible y, por otro, se ha mejorado tanto en los materiales de ésta como en la implantación del sistema, reduciéndose así los costes de explotación y mantenimiento. Operacionalmente, uno de los problemas más importantes que sufren este tipo de sistemas se debe al ensuciamiento debido a la formación de una capa de lodo, coloides y soluto que se acumulan sobre la superficie de la membrana impidiendo el comportamiento adecuando de ésta (Meng et al., 2009).
A pesar de ser una tecnología relativamente nueva, la instalación a escala industrial ha ido aumentando considerablemente en los últimos años. En el año 2007, más de 2200 instalaciones de MBR estaban operando o en construcción en el mundo (Poyatos, 2007). Este crecimiento se debe a que este sistema funciona tanto para aguas residuales procedentes de estaciones depuradoras urbanas como industriales (Yang et al., 2006)
2.1. Capacidad de desinfección de la tecnología MBR
Como ya se ha comentado, 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 (Shang et al., 2004)
– Filtración física a través de la membrana. Se basa en las diferencias de tamaño, ya que el poro impide el paso a las partículas con mayor diámetro que él.
– Actividad física y biológica de los fangos activos. La retención física se produce mediante mecanismos de adsorción de las sustancias en los fangos.
La calidad del efluente obtenido y la eficacia del proceso se controla mediante parámetros físico-químicos (sólidos suspendidos, demanda química de oxígeno, demanda biológica de oxígeno, turbidez y nutrientes) y biológicos (concentraciones de microorganismos patógenos).
2.1.1. Parámetros físico-químicos
Todos 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. Melín et al. (2006), a través de una revisión bibliográfica, presentan un resumen de los valores obtenidos en trabajos experimentales desde 2001 (tabla 1) en el que se pueden ver los altos rendimientos de eliminación de los parámetros físico-químicos que tienen los MBR.
Turbidez (UNT)
98,8 -100
DQO (mg/l)
DBO (mg/l)
< 5,6
NT (mg/l)
36 – 80
PT (mg/l)
62 –97
0,3 – 2,8
Tabla 1.- Eficiencia de eliminación y calidad del efluente en MBR (Melin et al., 2006)
Diversos trabajos han cotejado este sistema con otros convencionales. En este sentido, Wisniewski (2007) compara el comportamiento de distintos sistemas de tratamiento convencional de agua como son filtro percolador, fangos activados y tratamiento físico/químico con el sistema MBR (tabla 2). En los resultados que presenta, el reactor biológico de membrana ofrece un rendimiento muy superior al resto en cuanto a la depuración y desinfección de un agua residual.
Ottoson et al. (2006) comparan la eficacia de un MBR sumergido con otros dos procesos: tratamiento convencional de lodos activados (TCLA) más un tratamiento terciario (TT) y un digestor anaerobio (DA). Los porcentajes de reducción mostrados en la tabla 3 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 resultados coinciden con los obtenidos por Arévalo et al. (2009) al comparar un sistema MBR de ultrafiltración con un tratamiento convencional de lodos activos 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 (Mahne est al., 1996, Muller et al., 1995), 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 anaeróbio, los valores obtenidos sugieren la inclusión de posteriores tratamientos para aumentar la calidad del agua tratada.
Agua de entrada
DQO (kg/m3)
(/100ml)
SST (kg/m3)
Gérmenes (/100ml)
Tabla 2.- Comparación del comportamiento del sistema MBR con otros procesos convencionales (Wisniewski, 2007)
Tabla 3.- Porcentage de reducción de los parámetros físico-químicos en diferentes sistemas de tratamiento de aguas (Ottoson et al., 2006).
2.1.2. 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 (Brepols et al., 2008). 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 (Koivunen et al., 2003; Bixio et al., 2006). 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 (Hui, 2004)
Los principales patógenos que determinan la calidad del agua son las bacterias, virus, nemátodos y protozoos. Teniendo en cuenta que el tamaño de las baterias (coliformes) oscila entre 0.6-1.3 µm de diámetro y 2-3 µm de altura (Zhang et al., 2007) 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 más pequeño que el tamaño del poro de la membrana. En este sentido, Hui (2004) propone los bacteriofagos como el indicador más adecuado, ya que se parecen a los virus en su morfología, estructura, tamaño y comportamiento.
La capacidad de eliminación de microorganismos patógenos por parte de la tecnología MBR ha sido estudiada por diferentes autores. Zannetti et al. (2010) 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 (tabla 4) se encuentran por debajo de los valores límites necesarios para reultilizar el agua depurada, tanto para usos industriales como urbanos. Resultados muy similares obtienen Zhang et al. (2007) cuando comparan este sistema con una planta convencional de lodos activados más un tratamiento terciario con cloro. No obstante, los autores (Zannetti et al. 2010) consideran necesario la inclusión de un tratamiento de desinfección química posterior al sistema MBR en los meses de verano.
En los mismos términos se expresa Ottoson et al., (2006), aunque los resultados que se obtienen, tanto del sistema MBR como de los tratamientos convencionales, son peores que los que presentan Zanetti y Zhang. En este caso, la reducción de bacterias (E.Coli y Enterococci) y virus (Colifagos somáticos y Fagos F-específicos) no alcanza los 5 log10 ufc/ 100 ml y 4 log10 ufp/ 100 ml respectivamente.
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 (Ueda et al., 2000). Si esta capa crece demasiado se produce el fenómeno de ensuciamiento de la membrana.
Con respecto a los nemátodos, normalmente el uso de tratamientos secundarios (convencionales o no) aseguran la completa eliminación de este tipo de patógenos en el efluente (Gómez et al., 2006).
Agua entrada al reactor biológico
Permeado
Permeado con desinfección (1)
Coliformes totales (ufc/100 ml)
6,9 – 8,30
1,43 – 3,49
0 – 2,30
coliformes fecales (ufc/100 ml)
6,32 – 8,23
0 – 1,11
E. Coli (ufc/100 ml)
6,15 – 7,90
0 – 0,60
Enterococci (ufc/100 ml)
5,56 -6,23
0 – 0,70
colifagos somáticos (ufp/100 ml)
5,78 – 6,84
1,11 – 2,18
0 – 1,71
Bacteriofagos F-especificos (ufp/100 ml)
5,24 – 6,66
0 – 1,26
Bacteriofagos (bacteroides fragiles) (ufp/100 ml)
0 – 5,45
Tabla 4.- Concentración (log10) de bacterias y virus en el agua tratar y en el permeado de un sistema MBR (Zanetti et al., 2010). ufc: unidad de formación de colonias, ufp: unidad de formación de placas.
(1) Únicamente en los meses de verano
2.2 Ensuciamiento
Como ya se ha comentado, 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. En este sentido, en el año 2006, más de una cuarta parte de las publicaciones sobre biorreactores de membrana se centraban en el análisis de este problema (Yang et al., 2006).
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 (Le-Clech et al., 2006).
Los principales efectos del ensuciamiento son el taponamiento de los poros, la reducción del flujo de agua a través de la membrana y el aumento de la diferencia de presión entre ambos lados de la superficie de la membrana (Hiu, 2004)
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 (Le-Clech et al., 2006). Pulefou (2007) 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 (Meng et al., 2009)
Actualmente, las investigaciones se centran en el desarrollo de nuevos materiales, ya sea mediante la modificación física de membranas (Yu et al., 2008) o la incorporación de nuevos materiales a las membranas comerciales (Asatekin et al., 2009) y en el uso de membranas dinámicas, mediante la formación de capas protectoras (Ye et al., 2006) con el objetivo de reducir el problema del ensuciamiento.
Los resultados de los trabajos revisados muestran una calidad del agua tratada mediante reactores biológicos de membrana (MBR) igual o superior a la obtenida con los tratamientos terciarios de desinfección acoplados a tratamientos secundarios convencionales (fangos activos). Además, en todos los casos analizados, los valores de los parámetros físico-químicos y biológicos no superan los límites establecidos por la legislación española para la reutilización del agua, tanto para usos urbanos como agrícolas o industriales.
El proceso de desinfección en sistemas MBR se lleva a cabo por mecanismos físicos y biológicos. Teniendo en cuenta la documentación revisada, el mayor porcentaje de eliminación de virus se debe al fenómeno de adsorción en la biopelícula formada en la superficie de la membrana.
No obstante, esta tecnología aún presenta ciertos inconvenientes, sobre todo operacionales, que obligan a seguir investigando para mejorar el sistema.
Por: Gorka García1; Estíbaliz Huete1; Alicia Torres2; Luis Carlos Martínez1
aema@aemaservicios.com. www.aemaservicios.com
febrero 13, 2014 Aguas residuales industriales, Reactor de membranas MBR
DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES MEDIANTE TECNOLOGÍA MBR
laboratorio@laboratoriosalfaro.com, www.laboalfaro.com
En este artículo se pretende reflejar los resultados del uso de reactores de membrana (MBR) para la depuración de aguas residuales industriales. La implantación de este sistema en plantas de diferentes sectores industriales presenta importantes ventajas en comparación con otros tratamientos. En primer lugar, la gran calidad del efluente obtenido permite cumplir con la legislación más exigente, pudiendo incluso reutilizar el agua si la empresa lo requiere. Además, los sistemas MBR pueden ser acoplados fácilmente a plantas depuradoras ya existentes que se han quedado obsoletas posibilitando el cumplimiento de la normativa actual. Sin embargo, esta tecnología requiere de empresas especializadas para el diseño, instalación y optimización de las condiciones de operación. En este sentido, AEMA posee la experiencia necesaria, con más de 50 instalaciones realizadas, para su diseño, implantación, explotación y mantenimiento adecuado.
En este sentido, la legislación y las normas administrativas que regulan este tipo de vertido se ha ido desarrollando significativamente en las últimas décadas haciéndose cada vez más restrictiva (Marín, 2006). Desde el año 2000, la Unión Europea estableció el marco legislativo en el campo de la política de aguas mediante la Directiva Marco del Agua (Directiva 2000/60/EC, 2000) desarrollando unas directrices básicas en función de parámetros físico-químicos, biológicos e hidromorfológicos para asegurar la calidad del agua. A partir de esta directiva, los países miembros de la Unión Europea han ido desarrollando su propia legislación en materia de tratamiento de aguas residuales, tanto urbanas como industriales. A nivel nacional, la legislación española (Real Decreto 606/2003; Ley de Aguas 2001) 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. Dicha autorización corresponde al organismo de cuenca, en el caso de vertidos directos, o al órgano autonómico o local correspondiente, en el caso de vertidos indirectos.
Con el fin de poder cumplir con los límites establecidos las empresas han centrado una parte importante de sus esfuerzos en la reducción de la contaminación generada. En el año 2008, más del 15 % de las inversiones realizadas por las empresas españolas en protección medioambiental, alrededor de 235 millones de euros, fueron destinadas a la adquisición de equipos e implantación de instalaciones para el tratamiento de aguas (INE, 22 Julio 2010).
Las aguas industriales, a diferencia de las urbanas, son muy heterogéneas. Cada sector industrial genera unos efluentes líquidos diferentes, incluso dentro de empresas dedicadas a la misma actividad se observa diferencias en sus vertidos en función de las características del proceso productivo. Por este motivo, el tratamiento de aguas industriales requiere el desarrollo de soluciones particulares para cada caso en concreto. Además, éstas deben ser desarrolladas por empresas especializadas capaces de concebir y desarrollar el proyecto completo con soluciones llaves en mano. Teniendo en cuenta la necesidad creada, la empresa Agua, Energía y Medio Ambiente, Servicios Integrales S.L. (AEMA S.L.) comenzó su actividad en 2002 y desde entonces cuenta con más de 300 referencias en el mundo de las aguas industriales.
La depuración de este tipo de aguas viene desarrollándose desde hace décadas. Actualmente se cuenta con una serie de tratamientos que, dimensionados y combinados en la manera adecuada, pueden conseguir depurar el 90% de los efluentes líquidos producidos por las empresas. En cuanto a la contaminación de procedencia orgánica contenida en estos vertidos, ésta es tratada mediante sistemas de depuración biológica, en la que la tecnología de fangos activos ocupa un lugar predominante. Este proceso comenzó a desarrollarse en Inglaterra en 1914 (Ortega de Miguel, 2008) pero es a partir de los años 80 cuando la aplicación de este tratamiento para la depuración de aguas residuales es mayoritaria. 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 bastante buenos. Sin embargo, los requerimientos exigidos en el tratamiento de aguas residuales han ido aumentando y, como consecuencia, han surgido una serie de procesos que se reflejan en la tabla 1 y que, fundamentados en el mencionado sistema de fangos activos, han conseguido mejorarlo variando diferentes aspectos.
VARIACIÓN CON RESPECTO AL SISTEMA CONVENCIONAL
Canal de oxidación Tipo de cuba (Flujo pistón vs Mezcla completa)
Sistemas secuenciales (SBR) Régimen de funcionamiento (Secuencial vs Continuo)
Eliminación de nitrógeno y/o fósforo Proceso en fases
Doble etapa de fangos activados Proceso en etapas
Procesos de biopelícula (Lecho fijo, Lecho Móvil) Introducción de material que actúa como soporte para biomasa
Biorreactores con membranas Sistema de separación del fango y del efluente depurado (Decantación vs Filtración por Membranas)
Tabla 1.- Clasificación de los procesos biológicos no convencionales (Batanero, 2008)
Entre los diferentes procesos que se han desarrollado, los reactores biológicos de membrana (MBR) han experimentado en los últimos años un incremento sustancial a nivel mundial debido principalmente a las ventajas que presenta en cuanto a calidad del efluente depurado y al elevado rendimiento de depuración.
2.- Bioreactores de membrana (MBR)
Los sistemas MBR se pueden definir como una tecnología para la depuración de aguas residuales que combina el proceso de degradación biológica denominado fangos activos con la separación sólido/líquido mediante la filtración con membranas. 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.
Además de las membranas, la implantación de esta tecnología conlleva una serie de equipos e instrumentación adicional necesarios para la automatización del MBR. Debido a la complejidad del sistema, es necesario que el diseño y la instalación se lleven a cabo por una empresa especializada, como AEMA, con una amplia experiencia en este tipo de tecnologías.
Las principales ventajas de un sistema MBR en comparación con los sistemas convencionales de lodos activados son (García et al., 2010):
– Posibilidad de trabajar con concentraciones de sólidos en el reactor muy superiores a los de los procesos convencionales. Los biorreactores de membrana trabajan habitualmente con concentraciones de 8 a 15 g SST/l dependiendo de la membrana utilizada aunque, en función de la aplicación, puede trabajar a concentraciones por encima de 20 g SST/l.
– Plantas más compactas. Los sistemas MBR necesitan de menor volumen de reactor debido a la mayor concentración de sólidos suspendidos en el licor mezcla.
– Desarrollo de biomasa especializada. Dependiendo de la configuración de la planta y las condiciones de trabajo, es posible trabajar con elevadas edades de fango que posibilitan el desarrollo de biomasa especializada en degradar compuestos específicos con los que están en contacto. Esta capacidad es muy interesante para el tratamiento de efluentes que presentan sustancias difíciles de degradar, como ocurre en determinados sectores industriales, aunque requiere una amplia experiencia en el manejo de esta tecnología para poder desarrollar la biomasa de manera adecuada.
– Mayor estabilidad ante sobrecargas. Los biorreactores de membrana presentan mayor estabilidad que los sistemas convencionales en episodios de picos de caudal, carga o ante cambios bruscos en el afluente a la planta. Esta cualidad convierte a estos sistemas en tecnología especialmente adecuada para los vertidos industriales que presentan un comportamiento estacional, como son la el sector conservero, bodeguero, etc.
– Aumento de la calidad del efluente. Con la tecnología MBR se consiguen rendimientos superiores a los obtenidos con los métodos convencionales en eliminación de compuestos orgánicos, nutrientes y microorganismos. En la siguiente tabla se muestran valores habituales de parámetros físico-químicos y biológicos en el efluente de un MBR.
Parámetro de diseño
Caudal diseño m3/d 50
DQO mg/l 30 – 70
DBO mg/l < 20
COD mg/l 10 – 20
NH3-N mg/l < 2
Nitrógeno total mg/l < 5
Fóforo total mg/l < 1
Coliformes totales ufc/100 ml < 100
Coliformes fecales ufc/100 ml < 20
Tabla 2.- Calidad del efluente en MBR
– Posibilidad de reutilización del efluente. En función del uso posterior, el efluente puede ser reutilizado directamente aumentando los recursos hídricos disponibles (Brepols et al., 2008) o puede servir como alimentación de tratamientos posteriores. En este sentido, los biorreactores de membrana se considera la tecnología más adecuada para adecuar la alimentación de los sistemas de ósmosis inversa (Lawrence et al., 2002).
– Posibilidad de adaptarse fácilmente a las plantas de fangos activos ya existentes (Coté et al., 2004). Con la experiencia necesaria y un diseño correcto, la instalación de un sistema MBR aparece como una solución más que indicada en aquellos casos de plantas sobrecargadas que necesitan una ampliación.
– Reducción de los costes de vertido. Según datos publicados en 2009 por el Instituto Nacional de Estadística, en 2006 más del 80 % del agua residual generada en las industrias fue vertida a colector (INE, julio 2009). Con el sistema MBR se consigue un efluente con la calidad suficiente para ser vertido directamente a cauce contribuyendo a un consumo sostenible del agua y a la regeneración de los recursos hídricos y eliminando los costes correspondientes al canon de vertidos indirectos.
En conclusión, el tratamiento con biorreactor de membranas produce un efluente de altísima calidad, no requiriéndose para ello ninguna etapa de sedimentación, ni primaria ni secundaria, ni tratamientos terciarios adicionales de filtración.
3.- Implantación de la tecnología MBR por AEMA en España
Teniendo en cuenta todas las ventajas que presenta esta tecnología, la empresa Agua, Energía y Medio Ambiente, Servicios Integrales S.L. (AEMA S.L.) lleva apostando desde hace varios años por la utilización de tecnología MBR con todo tipo de membranas existentes en el mercado para el tratamiento de aguas residuales industriales.
A lo largo de este tiempo, se ha puesto en marcha esta tecnología en cincuenta y cinco plantas ubicadas por todo el territorio nacional, repartidas en las siguientes comunidades autónomas: La Rioja, Navarra, Aragón, Castilla León, Extremadura, Andalucía y la Comunidad Valenciana. En todas ellas, sin importar la actividad industrial desarrollada, el efluente obtenido cumple con los límites exigidos para ser vertido a cauce público y/o para ser reutilizado si la empresa lo considera adecuado. Además, debido al alto grado de conocimiento de la tecnología y a la gran experiencia acumulada en este campo, AEMA gestiona la explotación y el mantenimiento de las plantas para asegurar un correcto funcionamiento y optimizar los costes derivados del mismo.
En la tabla 3 se muestra un resumen del número de instalaciones depuradoras de AEMA con esta tecnología.
Tabla 3. Número de instalaciones de MBR para la depuración de aguas residuales realizadas por AEMA en función del sector industrial al que pertenecen.
Como ya se ha comentado, una de las ventajas que ofrece esta tecnología es su capacidad para adaptarse a plantas existentes. En este sentido, del total de las instalaciones de MBR que AEMA ha puesto en marcha, el 67 % corresponde con obra nueva mientras que el 33% restante es debido a la necesidad de ampliación de instalaciones que se han quedado pequeñas o que no cumplen con la legislación actual. Este porcentaje ofrece una idea de la gran capacidad de adaptación de esta tecnología a tratamientos que están en funcionamiento y que requieren una mejora en la calidad del efluente obtenido.
Otra de las potencialidades más acusadas de los sistemas MBR es su capacidad para producir agua susceptible de ser reutilizada directamente. Esta posibilidad es muy interesante para muchas empresas y, en concreto, el 45 % de las plantas que tienen implantada esta tecnología por AEMA, están reutilizando el agua, principalmente para el riego de zonas agrícolas o zonas de servicios.
3.1. Tratamiento de aguas residuales de bodegas mediante sistema MBR.
Una gran parte de los sistemas MBR instalados por AEMA se encuentran en industrias agroalimentarias, concretamente en el sector vinícola (bodegas), ya que este tipo de industrias son las más abundantes en el área geográfica de mayor influencia de la empresa
Por lo general, la naturaleza de la contaminación de los vertidos generados en las bodegas es principalmente orgánica, aunque también se generan residuos minerales, tierras, grasas, detergentes y desinfectantes, contaminantes tóxicos exógenos localizados en la uva, etc., Los vertidos producidos en este tipo de industrias se caracterizan principalmente por:
Alta biodegradabilidad de las aguas residuales, derivado de una relación DQO/DBO5 óptima y favorecida por la ausencia de alta toxicidad.
Elevada carga orgánica contaminante, derivada de la materia seca del mosto y/o del vino, o bien de microorganismos. Se trata fundamentalmente de materia colorante, taninos, proteínas, ácidos orgánicos, glúcidos y microorganismos vivos o muertos (levaduras, bacterias lácticas y acéticas, hongos).
Alta concentración de DBO5 (hasta 11.000 mg O2/l) y DQO (hasta 18.000 mg O2/l).
pH de carácter marcadamente ácido en los vertidos generados por las bodegas y básico en los de la planta de embotellado.
Sólidos en suspensión en altas concentraciones, gran parte de ellos en forma coloidal.
Además, los vertidos generados en las bodegas presentan una gran irregularidad en lo referente tanto a los caudales, como a las características de las aguas residuales, dependiendo de las horas del día en las que se produzca el vertido, ya que influyen factores tales como la frecuencia de entrada de materia prima, la tecnología de vinificación empleada, las variedades de uva transformadas, el tamaño de la bodega, etc.; y de una marcada estacionalidad del ciclo anual, que presenta el máximo exponente en el periodo de vendimia, donde se producen los mayores caudales y concentraciones de contaminantes en el vertido.
Teniendo en cuenta los problemas de depuración del agua residual a los que se enfrenta este sector, y siendo el mayor de ellos la estacionalidad, el uso de biorreactores de membrana para tratar el efluente generado se ha convertido en una opción que presenta numerosas ventajas.
En primer lugar, los valores obtenidos en el efluente en términos de diferentes parámetros como materia orgánica o sólidos en suspensión están muy por debajo de los límites exigidos para su vertido, tanto a colector como a cauce público.
En la tabla 4 se muestran los resultados obtenidos con esta tecnología durante los últimos meses de 2009 en una bodega de La Rioja. Los datos en fondo verde corresponden al periodo de vendimia y los datos en fondo blanco corresponden al periodo de no vendimia.
Se puede comprobar que en todos los casos, en vendimia y fuera de vendimia, el rendimiento en DQO y DBO es superior al 98%. Se puede observar que la DBO en el efluente es siempre < 20, límite de detección, por lo que se puede decir que se consume toda la DBO en el reactor y la DQO que quedaría a la salida sería aquella que no puede ser degradada por métodos biológicos. Es decir, los sistemas MBR que diseña AEMA, operados correctamente, consiguen eliminar toda la materia orgánica susceptible de ser biodegradada, presentado valores de DBO insignificantes a la salida de la planta.
El diseño, instalación y puesta en marcha de todo el tratamiento así como la explotación y el mantenimiento de la planta se han llevado a cabo por AEMA S.L.
Entrada EDAR (mg/l)
Salida EDAR (mg/l)
Eficiencia de eliminación (%)
> 99,37
> 99,60
> 99,77
> 98,50
> 99,48
> 99,04
> 99,91
> 99,82
> 99,97
> 99,50
> 99,90
> 99,98
> 99,84
NR = No Realizado Periodo de vendimia Periodo de no vendimia
Tabla 4. Eficiencia de eliminación de materia orgánica y sólidos en suspensión mediante tecnología MBR para un vertido procedente de una bodega.
En segundo lugar, la tecnología MBR es muy adecuada para este tipo de industrias ya que puede ser acoplada sin muchas dificultades a tratamientos ya existentes para ampliar plantas que se han quedado pequeñas, el arranque de la planta es muy sencillo y soporta bien puntas de carga (aumento brusco de caudal y/o concentración de contaminantes).
AEMA tiene mucha experiencia en la adaptación de plantas existentes mediante la instalación de tecnología MBR. En la tabla 5, se muestran los resultados de una depuradora convencional tratando el efluente de una bodega, que no conseguía resultados satisfactorios durante el año 2009. En 2010 se instaló un sistema MBR y los resultados mejoraron espectacularmente.
> 99,36
> 99,83
> 99,89
> 99,86
> 99,80
Tabla 5. Parámetros de salida de un vertido en época de vendimia procedente de una bodega sin MBR (año 2009, ) y con MBR (año 2010, ).
4. Reutilización de aguas residuales depuradas mediante sistema MBR.
El agua de calidad es una materia crítica para la industria. El adecuado tratamiento de aguas residuales industriales y su posterior reutilización para múltiples usos contribuye a un consumo sostenible del agua, sin olvidar que dicho consumo representa un coste significativo para las propias industrias (Rodríguez et al., 2006).
En España, la reutilización de aguas depuradas viene legislada por el Real Decreto 1620/2007 en el que quedan fijados los límites que deben cumplir para parámetros físico-químicos y biológicos en función del uso que se le va a dar a esa agua. En este sentido, 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 cumplir con la legislación vigente reduciendo la cantidad de materia orgánica y sólidos en suspensión y eliminado los patógenos presentes (Brepols et al., 2008) por debajo de los límites exigidos.
Actualmente, más de un 45% de las plantas en las que AEMA ha instalado la tecnología MBR están reutilizando el agua o en proceso de hacerlo. El uso más común es el riego de campos destinados a la agricultura pero también se está utilizando el agua tratada en algunas industrias para el riego de otras zonas verdes o ajardinadas para usos recreativos o como agua de aporte a los circuitos de refrigeración, calderas… En la siguiente tabla se muestra los análisis realizados el último mes a una industria del sector servicios que reutiliza el agua tratada para el riego de campos de uso recreativo. Como se puede apreciar, en ningún momento se sobrepasan los valores de ninguno de los parámetros exigidos por la legislación y en muchos de ellos se está muy por debajo de los límites establecidos.
Detección/ Recuento LEGIONELLA SPP
Nemátodos Intestinales
(U.N.F)
(ufc/1l)
(Huevos/10l)
(ufc/100 ml)
Límites establecidos según el RD 1620/2007
Parámetros de vertido de la planta
NR = No Realizado
Tabla 6. Valores de parámetros para la reutilización de agua residual tratada para riegos de campos para uso recreativos según RD 1620/2007.
5. Costes de aguas residuales depuradas mediante sistema MBR.
Además de las ventajas que presenta en cuanto a calidad del agua y versatilidad del sistema, una correcta explotación y mantenimiento de esta tecnología por parte de una empresa especializada como AEMA puede suponer una reducción en los gastos de esta partida en comparación con otros tratamientos biológicos convencionales.
Como se muestra en la siguiente figura, el sistema MBR presenta un consumo energético y de producto químico ligeramente superior a los sistemas convencionales. Esto es debido a la aireación de las membranas, necesaria para evitar su ensuciamiento, y a los reactivos que se emplean en la limpieza de las membranas.
Sin embargo, la baja generación de fangos en el sistema redunda en los costes asociados a su gestión haciendo, en general, más rentable la implantación de la tecnología MBR que la instalación de un tratamiento biológico convencional como puede ser un tratamiento con aireación prolongada
Figura 1.- Comparación de costes de explotación y mantenimientos de una planta de aguas residuales con un tratamiento de Aireación Prolongada (AP) y con un biorreactor de membrana (MBR) en una bodega.
Debido a la legislación actual y la normativa vigente cada vez más restrictiva en materia de aguas residuales, las empresas tienen que aumentar los esfuerzos que dedican a la depuración de sus vertidos. Para poder cumplir con los límites establecidos, se hace indispensable el desarrollo y la implantación de nueva tecnologías de depuración que sean técnica y económicamente viables.
Entre las posibilidades que existen actualmente en el mercado, los biorreactores de membrana (MBR) se presentan como una de las tecnologías con más futuro para el tratamiento de este tipo de vertidos como consecuencia de la altísima calidad del efluente obtenido y su capacidad de adaptación a las particularidades de cada sector industrial. Por estos motivos, la empresa Agua, Energía y Medio Ambiente, Servicios Integrales S.L. (AEMA S.L) ha apostado por su implantación, explotación y mantenimiento en numerosos sectores de la industria.
Como ejemplo se han presentado los resultados obtenidos de la implantación de esta tecnología por AEMA en el sector vitivinícola, los cuales son altamente satisfactorios. El efluente obtenido presenta unos valores de contaminación por debajo de los límites requeridos posibilitando incluso la reutilización del agua tratada para diferentes usos. Además, los problemas derivados de la estacionalidad del vertido han sido satisfactoriamente solventados mediante la utilización de la tecnología MBR. Finalmente, se ha presentado una comparativa de costes de explotación, en la que se refleja la viabilidad económica de esta tecnología.
En definitiva, se puede decir que el sistema MBR diseñado y controlado adecuadamente es, a día de hoy, la tecnología que mayores rendimientos de depuración consigue y se presenta como una de las tecnologías de depuración de vertidos industriales con más futuro en el mundo.
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enero 16, 2014 Aguas Industria Agroalimentaria, Aguas Industria Cárnica, Aguas Industria Conservera, Aguas industria Láctea, Aguas residuales industriales, Diseño de plantas depuradoras, Reactor de membranas MBR
MBR para el tratamiento de aguas industriales: Comparativo de membranas
La tecnología de membranas es un campo que está en constante crecimiento, hecho que queda patente en el número de marcas comerciales que se ofrecen en el mercado. Actualmente existen en España empresas verdaderamente especializadas, tanto en su implantación como en su mantenimiento y explotación, estás han apostado y siguen apostando por la aplicación del sistema MBR (Birreactor de membranas para aguas industriales) en la industria Agoalimentaria con la utilización de membranas como Zenon, Koch, Toray, Novasep Orelis, Kubota o Alfa Laval. Cada una, con sus características, permiten obtener efluentes aptos ya sea para su vertido a colector, cauce, o su aprovechamiento posterior en reutilización..
A partir de 1960 se produjo una rápida expansión en la utilización de membranas en procesos de depuración de aguas residuales. Este hecho vino motivado tanto por la fabricación de membranas con elevada capacidad de obtención de flujos de permeado, así como por la fabricación de módulos compactos y económicos donde se disponía de grandes superficies de membranas filtrantes en menos espacio comparado con los métodos tradicionales.
El principio de las membranas de filtración es la separación física empleando membranas y un gradiente de presión para forzar el paso de componentes de una disolución a través de una membrana, para obtener una separación sobre la base del tamaño, incluso de la carga molecular. El fundamento es un simple fenómeno de exclusión molecular, limitada por el tamaño de poro de las membranas filtrantes y que funciona en diversos rangos en función del tamaño de sustancias a separar (microfiltración, ultrafiltración nanofiltración y ósmosis inversa). Con independencia del tipo de membrana a utilizar, el fluido a tratar se va a dividir en dos efluentes: “permeado”, o agua filtrada, y “concentrado” o “rechazo”, que se corresponde con el fluido concentrado que contiene las impurezas con mayor tamaño que el tamaño del poro limitante de la membrana.
La presión necesaria para forzar el paso a través de alguna membrana suele ser proporcional al tamaño de los poros, siendo necesario incrementar sustancialmente su magnitud a medida que el tamaño de éstos decrece. Entre ambos lados de la membrana se establece un diferencial de presión denominado “presión transmembrana” y que es utilizado como un parámetro importante asociado al rendimiento del proceso de membranas.
La tecnología de membrana, en principio, tenía limitado su uso y solamente se empleaba como tratamiento de afino o terciario en el proceso convencional de depuración. Los factores principales que limitaron el desarrollo de la tecnología de membrana fueron el elevado coste de inversión y operación y un inadecuado conocimiento de las ventajas potenciales de las membranas en el tratamiento de las aguas residuales industriales.
Sin embargo, con los últimos desarrollos de una nueva generación de membranas de ultrafiltración y microfiltración, más productivas y menos costosas, junto con el endurecimiento de los requisitos de vertido hicieron que surgiera un nuevo concepto de tratamiento biológico: el biorreactor de membrana (MBR) como una modificación de los procesos convencionales de tratamiento biológicos donde se reemplazan los depósitos de decantación secundaria por unidades de membranas.
Los sistemas MBR para el tratamiento de aguas residuales industriales se pueden definir como una tecnología de depuración de aguas residuales que combina el proceso de degradación biológica, denominado “fangos activos”, con la separación sólido/líquido mediante la filtración con membranas. Dependiendo del tamaño del poro, el proceso de separación en la membrana se lleva a cabo mediante microfiltración (MF) o ultrafiltración (UF) y determinará los compuestos que se separan en el reactor.
El empleo de sistemas de tratamiento MBR para la depuración de aguas industriales evita problemas propios de los sistemas convencionales de fangos activos relacionados con la decantación (flotación de fangos, presencia de bacterias filamentosas,…), permitiendo trabajar con altas concentraciones de licor mezcla (con MLSS entre 12-20 g/l). Este hecho supone que el modo de trabajo se realiza con edades de fangos elevadas que, como consecuencia, genera bajas producciones de fangos. Además, este sistema permite la posibilidad de reutilizar los vertidos ya depurados en distintas aplicaciones debido a las altas calidades que se obtienen de agua tratada y a los elevados niveles de desinfección.
MEMBRANAS DE APLICACIÓN EN PROCESOS MBR
La tecnología de membrana es un campo que está en constante crecimiento, hecho que queda patente en el número de marcas comerciales que se ofrecen en el mercado.
En los últimos 10 años la industria agroalimentaria ha utilizado la tecnología MBR con membranas tanto de micro como de ultrafiltración. Sectores tan dispares como industrias elaboradoras de zumos, bodegas, elaboradoras de prefritos ultracongelados, papeleras, industrias cárnicas, ultracongelados de verduras, productos precocinados,… son ejemplos para la utilización eficiente de este tipo de proceso con los diferentes tipos de membranas que en este post se describen. La tecnología MBR para la industria ha conseguido buenos resultados en los efluentes obtenidos para que cumplan sobradamente con los parámetros de vertido exigidos por la legislación.
En la tabla siguiente se muestra una recopilación de varios aspectos técnicos de diferentes membranas comerciales de aplicación en sistemas de MBR para la industria agroalimentaria:
NOVASEP ORELIS
Zee Weed
Kubota Summerged Membrane Unit
MFM-100
PES, PVDF, Acrilonitrilo
PE Clorado
Tamaño de poro (μm)
Configuración de proceso
Fibra hueca reforzada
Hoja hueca
Retrolavado: Trabaja o no con ciclos de retrolavado
Recirculación de fango: precisa o no. Caudal recirculado en caso afirmativo.
Membrana de fibra hueca reforzada de Zenon
Las membranas de ultrafiltración ZeeWeed (Zenon) son un tipo de una membrana sumergida de fibra hueca reforzada, con un tamaño de poro de 0,034 µm nominal, de funcionamiento “fuera-dentro”, y que actúa por succión suave de entre 0,1/ 0,5 bares máximo. Esta casa comercial ha puesto en el mercado un sistema innovador de aireación (LEAP Aeration Technology) de burbuja gruesa introducida por la parte inferior del módulo. Se caracteriza por una configuración de la línea de aire más sencilla, y con necesidades de aire menores, lo que implica menores consumos energéticos. El hecho de ser una membrana reforzada le hace ser una de las más resistentes, duraderas y flexibles disponibles, teniendo una vida útil de entre 8-10 años. El proceso MBR ZeeWeed, de carácter modular, opera a altos valores de MLSS en el reactor biológico (12-14 g/l, pudiendo llegar a los 20 g/l) frente a los 3.5-5g/l con los que trabaja un sistema convencional de fangos.
Membrana de fibra hueca de Koch (Puron)
Membrana de fibra hueca de Koch
Por su parte, las membranas de Koch (Puron), al igual que las de Zenon, son membranas de ultrafiltración (tamaño de poro de aproximadamente 0.05 µm) de fibra hueca sumergidas, que requieren el mismo espacio, es decir, aportan similares áreas superficiales de trabajo. El extremo inferior de la fibra de la membrana está fijado a un colector mientras que el extremo superior está sellado individualmente con libertad para moverse lateralmente. Para mantener la velocidad de filtración se requiere limpieza con aire a presión a intervalos regulares a través de una boquilla de aire integrada en el centro de cada haz.
Membrana plana de Toray
Por otro lado, y también como membrana de ultrafiltración sumergible, aunque de lámina plana (con configuración en módulos) con una capa de soporte de PET no tejida, se encuentran las membranas de TORAY (Serie TMR), con tamaño de poro nominal de 0,08 µm. En la parte inferior de la estructura modular se encuentra la zona de aireación, consistente en difusores de aire que suministran el aire necesario para evitar acumulaciones de suciedad sobre las membranas.
membranas de TORAY
Estas membranas funcionan por aspiración, según el principio afuera/adentro. Al ser el material de la membrana de PVD se asegura una elevada resistencia ante la utilización de cloro durante las limpiezas.
Membrana plana de Novasep Orelis
Se trata de membranas planas de ultrafiltración externas, es decir, su ubicación no es sumergida en ningún tanque. Por lo tanto, es factible la identificación visual del permeado de cada membrana a través de los diferentes colectores de permeado situados en la parte inferior de cada placa.
Estas membranas son capaces de operar con concentraciones de fangos en el reactor biológico de 8 a 20 mg/l, teniendo en condiciones normales de trabajo, presiones trans-membrana (TMP) por debajo de 2 bar (a 25ºC).
Estas membranas tienen larga vida, obteniéndose altos rendimientos en el agua permeada. Disponen de válvulas de cierre individuales para cada placa pudiendo de esta forma aislar individualmente las placas de cara a operaciones de mantenimiento y/o limpieza sin detener la producción.
Membrana MBR para el tratamiento de aguas industriales plana de Kubota
Las membranas planas sumergidas de microfiltración comercializadas por KUBOTA también son utilizadas en sistemas MBR para el tratamientos de aguas industriales. Su configuración es en cassettes, estando conectadas las placas por colectores transparentes por la parte superior. Bajo los cassettes se dispone una parrilla de difusores que, mediante un flujo turbulento, evitan la deposición de fangos sobre las placas. Las membranas están hechas de polietileno clorado con un tamaño de poro nominal de 0.4μm. El agua a tratar se filtra a través de las láminas de membrana y los espaciadores internos por efecto de succión, saliendo a través de los conductos superiores, con presiones transmembrana entre 0.05-0.15 bar. No precisan retrolavados, trabajan por gravedad, las placas son de fácil reposición y alta durabilidad, no existiendo fricción entre las membranas.
Con estas membranas existe la posibilidad de disponer los cassettes no solo alineados sino apilables en 2 pisos. La vida útil de estas membranas se encuentra en torno a los 10 años en condiciones de trabajo adecuadas.
Membrana MBR para el tratamiento de aguas industriales de hoja hueca de Alfa
Como sistema híbrido de las configuraciones anteriores, ALFA LAVAL comercializa membranas sumergidas de aplicación a sistemas MBR (MFM-100), combinando tanto la tecnología de las membranas de fibra hueca como las planas, creando unas membranas de hoja hueca en PVDF (muy resistente a ácidos, sustancias causticas y procesos de oxidación) de microfiltración (tamaño de poro de 0.20µm). La operación de filtrado se realiza gracias a una diferencia de presión entre el reactor biológico, donde se encuentran ubicadas las membranas, y el tanque de permeado, permitiendo trabajar con concentraciones de licor mezcla de 16 g/l de sólidos en suspensión. En cuanto al funcionamiento de este tipo de membranas, realiza ciclos de filtración/relajación, obteniéndose el permeado en toda la superficie de la membrana. Al igual que las membranas de Kubota, permite su diseño apilable. Opera con una TMP excepcionalmente baja en toda la superficie de la membrana (entre 0.01-0.03 bar), reduciendo de este modo el ensuciamiento. No precisa retrolavados en continuo, las placas son de fácil reposición, no existiendo fricción entre las membranas.
Empresas reconocidas del sector del agua han apostado desde sus inicios por la implantación, explotación y mantenimiento de la tecnología de membranas en numerosos sectores industriales.
Actualmente existen en el mercado diversas posibilidades. Todas ellas pueden ser válidas y aplicables en cualquier sector, sin embargo, es imprescindible un diseño adecuado del proceso de depuración de aguas residuales industriales y de los equipos periféricos a las membranas, así como un correcto criterio de explotación, fruto de la experiencia, para poder implantar y optimizar el funcionamiento de esta tecnología. En ocasiones, es recomendable para establecer estos criterios de diseño de planta y de operación de las membranas, contar con un estudio a nivel de planta piloto.
En este sentido, empresas especializadas en tratamientos de aguas residuales industriales, como es el caso AEMA, en los últimos años han acumulado el conocimiento y experiencia necesaria para llevar a cabo de la mejor manera la implantación y posterior explotación de cualquier tipo de membrana., en sectores tan diversos cómo:
Tratamientos de aguas para la Industria Láctea.
Tratamientos de aguas para la Industria Cárnica.
Tratamientos de aguas para la Industria Conservera.
Tratamientos de aguas para la industria del Vino.
Tratamientos de aguas para la Industria Papelera.
agua depurada Aguas de aporte Aguas industria agroalimentaria Aguas industriales Aguas industriales EDAR la Rioja aguas residuales aguas residuales de harinas de pescado Aguas residuales industriales Bioreactor bioreactor de membranas para aguas industriales biorreactores de membrana Centrifuga Control Analítico e Inspección de Vertidos DAF para depuradoras DBO5 depuración de Aguas residuales industriales Depuradora de Aguas Residuales industria láctea EDAR explotación y mantenimiento fangos fangos activos industriales INDUSTRIA LÁCTEA la Rioja M.B.R. matadero de aves mataderos de aves mataderos de pollos MBR MBR para aguas industriales MBR para el tratamiento de aguas industriales mejorar la floculación Membrana plana Membranas Membrane BioReactor osmosis inversa reactor biológico de membrana (MBR) Reactor de Membranas reutilización reutilización del agua industrial SBR tratamiento de agua potable industrial tratamiento de aguas tratamientos Aguas industriales tratamientos de aguas industriales
2:05 pm By AEMA
¿Tiene problemas con sólidos en suspensión, aceites, grasas y coloides del agua en tratamiento? Si la respuesta es afirmativa, quizás, la línea de tratamiento de su Read More »

References: Artículo 12
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