1. ¿Por qué utilizar MBR?
Deficiencias y problemas de los métodos tradicionales (proceso de lodos activados):
El tratamiento tradicional de aguas residuales se basa principalmente en lodos activados (una masa gelatinosa formada por microorganismos y las sustancias orgánicas e inorgánicas a las que se adhieren) para descomponer los contaminantes. Posteriormente, la mezcla se dirige a un tanque de sedimentación donde los lodos se asientan de forma natural, mientras que el agua clara fluye desde la parte superior. Este método se ha utilizado durante siglos, pero enfrenta varios desafíos persistentes:
Se requiere un área grande: Se necesita un tanque de sedimentación grande para permitir que el lodo se asiente lentamente.
Los lodos son propensos a "hincharse": si no se sedimentan adecuadamente, es probable que fluyan con el agua, lo que provocará una mala calidad del efluente.
Exceso de lodos en exceso: Se produce una gran cantidad de lodos en exceso, siendo el coste de tratamiento superior al 25% del coste de operación.
La concentración de lodo en el tanque de reacción no se puede aumentar: sólo se puede mantener entre 1,5 y 3,5 gramos por litro, lo que limita la eficacia de la reacción.
¡La aparición de MBR ha proporcionado una solución a los problemas antes mencionados!
El MBR sustituye el tanque de sedimentación secundario por módulos de membranas, consiguiendo una separación más profunda de lodos y agua. Los microorganismos son interceptados por la membrana, lo que les permite permanecer en el sistema mientras el agua se descarga a través de la membrana.
Como resultado, la concentración de lodos se puede aumentar de 8 a 15 gramos por litro, lo que es de 3 a 5 veces mayor que la de los métodos tradicionales.
Ya no se preocupará por los problemas de acumulación de lodos. Con el tamizado del tamaño de poro de la membrana, independientemente de si los flóculos de lodo están sueltos o no, o si flotan o no, la membrana atrapa directamente todo el lodo. No importa el volumen del lodo o lo pobre que sea su sedimentación, no puede pasar a través de los poros de la membrana y no se perderá con el efluente, lo que garantiza una calidad estable del efluente.
La calidad del agua efluente es excelente, con sólidos en suspensión casi nulos y turbiedad inferior a 1 NTU.
2. Principios básicos de MBR
Composición de MBR
MBR equivale a un biorreactor más un módulo de membrana. El biorreactor es el lugar donde trabajan las bacterias, mientras que el módulo de membrana sirve como tamiz para separar el agua turbia.
Clasificación por posición del módulo de membrana.
Tipo de inmersión (tipo integrado): la membrana se sumerge directamente en el tanque biológico y el agua se extrae mediante succión de presión negativa. La ventaja de este método es el bajo consumo de energía y el tamaño reducido, pero la desventaja es el flujo de membrana relativamente bajo.
Tipo externo (separado): la membrana se coloca por separado y el líquido mezclado se presuriza mediante una bomba y luego pasa a través de la membrana. La ventaja es un funcionamiento estable y una limpieza sencilla, pero el consumo de energía es mayor.
Actualmente, el MBR sumergido es muy utilizado en el mercado, especialmente indicado para el tratamiento de aguas residuales domésticas.
Clasificación por forma de módulo de membrana.
Tipo de fibra hueca: alta densidad de embalaje, tamaño reducido, pero propenso a roturas y bloqueos de cables y difícil de limpiar.
Tipo plano: sencillo de fabricar, fácil de mantener y fácil de limpiar, pero con menor densidad de embalaje.
Tipo de tubo: no propenso a obstruirse, resistente a la contaminación, fácil de limpiar, pero con la menor densidad de empaque y mayor precio.
¿Cómo funciona la "filtración" en MBR?
El núcleo de MBR radica en la filtración por membrana. Dependiendo del modo de funcionamiento, la filtración por membrana se puede clasificar en dos tipos:
Filtración a presión constante: es como empujar un tamiz con una fuerza fija. Al principio, el agua clara fluye rápidamente, pero a medida que la superficie del tamiz se obstruye con lodo, el flujo se ralentiza. ¡La tasa de producción de agua disminuye continuamente con el tiempo!
Filtración de flujo constante: Tiene como objetivo una "tasa de salida de agua constante". Para lograr esto, cuando la membrana se contamina y la resistencia aumenta, el sistema aumentará automáticamente la fuerza de succión (aumenta la diferencia de presión transmembrana) para mantener la misma salida de agua. Al mismo tiempo, mediante un lavado de aireación regular o un lavado inverso, los contaminantes de la superficie de la membrana se eliminan y se lavan, permitiendo que la membrana "tome un respiro". Este enfoque no sólo controla eficazmente la contaminación de la membrana, extiende el ciclo de limpieza, sino que también mantiene una alta eficiencia de producción de agua, lo que permite que el sistema funcione de manera estable durante mucho tiempo.
¿Cómo "comen" los microorganismos los contaminantes?
El tratamiento biológico en MBR es esencialmente un proceso de descomposición de materia orgánica por microorganismos en condiciones aeróbicas. Después de ingerir materia orgánica, los microorganismos hacen principalmente dos cosas:
Anabolismo: Una porción de materia orgánica se utiliza para construir el propio cuerpo, lo que provoca un aumento en el número de microorganismos.
Metabolismo de descomposición: otra parte de la materia orgánica se descompone completamente en sustancias estables e inofensivas como dióxido de carbono y agua, al tiempo que se libera energía para que los microorganismos sostengan la vida. (Su esencia es similar a la del lodo activado)
3. Ventajas y desventajas de MBR
Las principales ventajas de MBR
La calidad del efluente es excelente: los sólidos en suspensión en el efluente de MBR son casi nulos, con una turbidez inferior a 1 NTU, e indicadores como DQO y nitrógeno amoniacal son muy superiores a los de los procesos tradicionales. Se puede reutilizar directamente para la descarga de inodoros, la ecologización, el lavado de automóviles, la reposición de agua del jardín, etc.
Tamaño reducido: Al eliminar la necesidad de un tanque de sedimentación secundario, el proceso es corto y puede diseñarse como de tipo subterráneo, lo que lo hace particularmente adecuado para ciudades o áreas residenciales con terreno limitado.
Bajo exceso de producción de lodos: MBR puede funcionar en condiciones de envejecimiento prolongado de los lodos, lo que permite que los lodos se digieran a sí mismos, lo que da como resultado un volumen de producción de lodos que es solo un-tercio a-la mitad del de los métodos tradicionales, lo que reduce significativamente el costo de eliminación de lodos.
Fuerte resistencia a las cargas de choque: no teme la acumulación de lodos, ya que la alta-concentración de lodos proporciona una fuerte capacidad de amortiguación.
Alto grado de automatización: el tiempo de retención hidráulica y la edad del lodo están completamente separados, lo que facilita lograr un control totalmente automático y una operación y gestión convenientes.
Las deficiencias y desafíos de MBR
Alta inversión: el costo de los componentes de la membrana es alto y la inversión del proyecto es entre un 30% y un 50% mayor que la de los métodos tradicionales.
Alto consumo de energía: procesos como la aireación por membrana y la aspiración consumen una cantidad significativa de electricidad.
Incrustaciones de la membrana: La membrana puede obstruirse y requiere una limpieza regular. El ensuciamiento de la membrana se divide en tres etapas: - ensuciamiento inicial (adsorción en unas pocas horas), ensuciamiento lento (acumulación de coloide en unas pocas semanas) y ensuciamiento rápido (la caída de presión transmembrana aumenta en unos pocos días), lo que requiere diferentes niveles de medidas de limpieza.
Alto costo de reemplazo de membrana: la vida útil de una membrana generalmente es de alrededor de 5 años y es necesario reemplazarla cuando caduca, lo que representa un gasto significativo para el funcionamiento a largo plazo.
Los requisitos de pretratamiento son estrictos: se deben instalar rejillas ultra-finas (de 1 a 2 milímetros); de lo contrario, el cabello y las fibras se enredarán en las fibras de la membrana, provocando una contaminación grave e incluso daños a la membrana. Al mismo tiempo, también es muy sensible a las sustancias aceitosas.