lunes, 17 de octubre de 2011

Regeneración de aguas residuales Urbanas con MBR


Introducción

La escasez de recursos hídricos hace necesaria la reutilización de aguas residuales. Por esta razón las autoridades competentes favorecen la implantación de metodologías de regeneración, con el fin de obtener agua de elevada calidad para su reutilización especialmente  para el riego. Mediante los sistemas MBR se obtiene un agua regenerada de excelente calidad permitiendo disminuir el consumo de un recurso natural escaso como es el agua.

El 8 de Diciembre de 2007 se publicó el Real Decreto 1620/2007, que establece el régimen jurídico de la reutilización de aguas depuradas. En este marco legal  quedan reguladas las calidades mínimas  de las aguas regeneradas en función del uso al cual estén destinadas. Dentro de estas calidades la más exigente es la correspondiente al uso urbano,  cuyas valores límites quedan definidos en la tabla 1 y cuyos parámetros tomaremos a partir de ahora como referencia.

REAL DECRETO 1620/2007
Valores límites de calidad exigidos
Parámetro

Calidad 1.1- Urbano Residencial
Calidad 1.2 – Urbano
Servicios
Turbidez (NTU)
2
10
MES (mg/l)
10
20
E.Coli (UFC/ 100ml)
0
200
Huevos nematodos
< 1/10 L
< 1/10 L










Características del sistema MBR


La tecnología  de los biorreactores de membrana ha alcanzado en los últimos años una importante cuota de mercado. El término MBR hace referencia a la combinación de un proceso de fangos activos y de separación mediante membranas. Se sustituye así  las operaciones unitarias de aireación, decantador secundario y filtración en un solo proceso, simplificando la operación y reduciendo considerablemente los requerimientos de espacio.
La filtración mediante membranas permite aumentar la concentración  de biomasa hasta cuatro o cinco veces la utilizada en los procesos convencionales, obteniendo así un permeado altamente degradado y prácticamente desinfectado.
Existen varias razones que justifican la tecnología MBR como elección acertada como método de regeneración.

Mediante MBR se consigue una excelente calidad sin el riesgo de los contratiempos que pueden ocurrir en los tanques secundarios. Un sistema MBR puede operar con supervisión mínima por parte de operario y aun así obtener agua con calidad de reutilización.
La tecnología MBR garantiza una gran calidad del permeado, con lo que se evita tener que colocar un decantador secundario tras el reactor biológico. Con este sistema, el agua obtenida queda libre de sólidos en suspensión pudiéndose reutilizar directamente.



FILTRACIÓN TANGENCIAL

El uso de membranas permite retener y concentrar la biomasa en el reactor, aumentando con ello el rendimiento de eliminación de la contaminación orgánica.

 
El reactor biológico opera a elevadas concentraciones de fangos, teniendo un volumen de  hasta 10 veces menor que el utilizado en una planta tradicional mediante fangos activos. Debido a la elevada concentración bacteriana en el reactor posibilita un menor volumen de fangos. Las plantas de MBR llegan a ocupar aproximadamente la mitad del espacio respecto a una planta convencional, con ello se evitan problemas de falta de espacio y se reduce el impacto visual para el público. Además los MBR son sistemas modulares, permitiendo mediante su diseño aceptar aumentos de demanda futura.
Como pretratamiento a un sistema MBR de membrana plana es necesario un tamizado de 3 mm. La filtración se lleva a cabo por succión mediante una bomba de permeado, que aplica un vacío al colector conectado con las membranas. Este vacío dirige el agua tratada a través de las membranas directamente a desinfección o a descarga según la aplicación prevista.

Durante la operación con MBR se introduce aire a través del difusor situado en la carcasa inferior, produciéndose una turbulencia que limpia la superficie de la membrana. Este flujo de aire además permite barrido ascensional del licor mezcla por la superficie de las membranas, permitiendo tener controlado el crecimiento del biofouling sobre la superficie de la membrana y con ello se permite el control de la presión transmembrana. Por ello se exige que el funcionamiento de la soplante de aireación se encuentre siempre conectada.



Mediante este sistema de filtración tangencial y al contrario que los sistemas de fibra hueca, no es necesario realizar contralavados, siendo tan solo necesario realizar una limpieza química cada seis meses.  Además en  caso de rotura de membrana, esta se detecta rápidamente facilitando su reposición.

El efluente obtenido mediante MBR puede ser reciclado para comunidades, y así contar  con suficientes recursos tanto en épocas de sequía como temporadas altas de turismo. Hoy en día el permeado es reutilizado para riego de campos de golf y parques, descarga  de sanitarios y  limpieza de en hoteles.

Instalación experimental de planta piloto

Para este estudio se realizó el pilotaje del sistema MBR diseñado por Hidro-Water SL para instalaciones de pequeñas depuradoras domésticas descentralizadas. La planta piloto utilizada se emplazó en una EDAR urbana, situada en Valencia.

El planteamiento básico establecido en el diseño de la planta MBR ha sido la reducción del nitrógeno por medio del biológico, a la vez que alcanzar la calidad exigida del agua tratada estipula en el RD 1620/2007.

El objetivo último seguido durante este pilotaje ha sido la optimización del diseño del proceso MBR para pequeñas depuradoras domésticas descentralizadas.

Otros objetivos concretos que han sido estudiados son los siguientes:

ü  Estudio comparativo de las variables óptimas de operación (recirculación, concentración másica en el bioreactor, caudal de aireación).
ü   Estudio del comportamiento de estos parámetros frente disminución de nutrientes y altas cargas de contaminación.
ü   Análisis de la variación de los parámetros característicos, problemas de funcionamiento y correlación de las variables de operación.

Con estos objetivos se configuró un tipo de reactor biológico en que la sucesión de una cámara anóxica con una cámara óxica, junto con las recirculaciones  interna de fangos, garantiza la reducción de la contaminación orgánica además de una disminución de los niveles de nitrógeno.

El tratamiento de regeneración de las aguas residuales mediante la planta MBR  descentralizada objeto del pilotaje consta de las siguientes etapas:


DIAGRAMA DE FLUJO

-       Desbaste: Mediante tamizado de hasta 3 mm se eliminan aquellos sólidos capaces de dañar a las membranas.

-       Cámara anóxica: Donde mediante una bomba sumergible se asegura una homogeneización de la mezcla y se realiza la desnitrificación mediante la recirculación de fangos.

-       Cámara biológica/MBR: Mediante la inyección de aire por medio de una soplante y mediante el difusor para el biológico conectado al propio cassette de membranas se realiza la oxidación biológica de toda la contaminación de origen orgánico. En esta misma cámara se encuentra sumergido el cassette, teniendo lugar el proceso de filtración. Mediante vacío ejercido por la bomba de permeado, el agua penetra a través de la membrana quedando los sólidos y las bacterias retenidos en la parte exterior de la membrana.

El sistema se ha diseñado para operar de forma automática, mediante ciclos de filtración de 9 minutos de filtrado y 1 minuto de parada. 



UNIDAD MICROFILTRACIÓN
CASSETTE MINI

Para ello se instaló el Cassette de membranas modelo Mini. Este Cassette integra 10 membranas de la marca Mempure con una superficie total de 1 m2. La capacidad de producción total del Cassette instalado en la planta piloto es de 1080 l/días, pudiendo abastecer el prototipo una vivienda de hasta cinco habitantes.

La puesta en marcha de la planta piloto se realizó en abril de 2009 y se ha alimentado durante seis meses mediante el agua proveniente del decantador primario de la EDAR.

Durante todo el periodo de pilotaje se ha realizado un seguimiento analítico de los principales parámetros indicativos de la calidad de las aguas como son: DQO, DBO5, turbidez, materia en suspensión, coliformes fecales y E.Coli.




PLANTA PILOTO
Resultados


El proceso de depuración se ha evaluado en función de la retención de sólidos en suspensión, turbidez, eliminación de materia orgánica medida como DQO y DBO5 y eliminación de contaminación microbiológica E.Coli y Coliformes fecales.
Tal y como se indica en la gráfica 1 La baja turbidez media registrada en el permeado (0,44 NTU),  indica una retención de sólidos prácticamente completa, demostrando así mismo que la membrana ha mantenido su integridad física durante todo el periodo de pilotaje. Con este promedio obtenido se cumple sobradamente el requisito fijado en el RD 1620/2007 cuyo valor es 2 NTU.



Evolución de la Turbidez NTU

Por otro lado y como se aprecia en la gráfica 2 los SS del efluente, con un promedio de 2  mg/l cumple sobradamente el RD 1620/2007 cuya valor límite lo fija en 10 mg/l.
Estos dos parámetros son de relevada importancia, no solo porque están regulados por el RD 1620/2007 sino porque sus rendimientos de eliminación son fácilmente apreciables por el propio usuario.
Gracias al pequeño tamaño del poro de la membrana de microfiltración, se puede garantizar la práctica retención de las partículas, pudiendo cumplir de esta forma  ampliamente con los valores límite marcados en el decreto.
Ambos parámetros se mantuvieron constantes independientemente de variaciones de caudal asi como de picos de carga que se produjeron a lo largo del periodo de pilotaje.


Grafica 2. Evolución de los SS (mg/l)

Por otro parte y tal como se muestra en las gráficas 3 y 4, hay que destacar la alta eficacia demostrada en la eliminación de la materia orgánica medidas en DQO y DBO5, independientemente de las oscilaciones de la calidad de alimentación a la piloto. El efecto producido por la microfiltración de la suspensión microbiana presente implica una total retención de la DQO que esta asociada  a la materia particulada presente en el reactor., contribuyendo a un elevado rendimiento de eliminación con un promedio de > 96% para la DQO y > 96% para la DBO5, siendo estos valores muy por encima de los obtenidos en plantas convencionales cuyos rendimientos oscilan entre 75-85%.
Podemos indicar que la eliminación de la materia orgánica es debida a la acción microbiana, siendo el papel de la membrana el de proporcionar una buena separación de la biomasa y el agua ya tratada.


Grafica 3. Evolución de la DQO


Gráfica 4. Evolución de la DBO5

Respecto a la calidad microbiológica del permeado no se detectaron indicadores de contaminación bacteriana ni parámetros bacterianos patógenos.
En el caso de la E.Coli se puede observar que a pesar de la elevada carga de entrada se han obtenido rendimientos de eliminación del orden de >99,99%.
Del mismo modo se puedo constatar rendimientos de eliminación de los Coliformes fecales > 99,9 asi como una  ausencia total de Huevos de Nematodos en la salida.
Los resultados son consecuencia de la barrera efectiva  de la  microfiltración así como de la integridad física a lo largo del pilotaje.
Se puede por tanto  concluir que la calidad del permeado obtenido mediante la tecnología MBR tanto en términos de calidad física como microbiológica son aptos para su re-uso.





Gráfica 5. Evolución de E.Coli



Gráfica 6. Evolución Colif. Fecales


Conclusiones

Los resultados experimentales obtenidos muestran la viabilidad técnica de los sistemas MBR con membranas de microfiltración Mempure para el tratamiento de aguas residuales domésticas para la obtención de un efluente reutilizable cumpliendo los requisititos del RD 1620/2007.
·         Por un lado se ha comprobado una alta calidad del permeado. El MBR permite una práctica total eliminación en términos de turbidez y sólidos suspendidos así como una nitrificación completa. Desde el punto de vista microbiológico no se detectaron parámetros indicativos de contaminación bacteriana ni parámetros bacterianos patógenos.

·         Por otro lado se constató la calidad y fiabilidad de las membranas Mempure a lo largo del pilotaje frente a la variaciones de carga. Así mismo se observó una completa recuperación de las membranas tras un lavado químico con hipoclorito sódico.  Este lavado fue necesario tras un ensuciamiento detectado a la puesta en marcha de la planta. Este comportamiento se ha atribuido a la presencia de especies micro coloidales y solubles no degradadas por los microorganismos.

Se ha comprobado que las   membranas MEMPURE utilizadas son óptimas, constantes y fiables manteniendo sus parámetros de control constantes a pesar de picos de carga contaminante.


Los bioreactores de membranas es la única tecnología  que obtiene agua apta para riego con la mínima utilización de espacio.


Dpto Técnico de ULTRAPURE - HIDRO WATER



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