Estudio de biorreactores secuenciales de membrana sumergida

Résumé

Los biorreactores de membranas representan una tecnología emergente que se está imponiendo a alta velocidad en el campo del tratamiento y reutilización de las aguas residuales. Son sistemas muy compactos y eficientes para la separación de materia en suspensión y en estado coloidal, y permiten obtener efluentes de alta calidad prácticamente desinfectados. Actualmente, el proceso está considerado en fase de desarrollo, siendo las principales barreras para su completa implantación a nivel industrial, los elevados costes derivados del reemplazo de las membranas y de la energía necesaria para el control del ensuciamiento de las mismas. Los estudios realizados en la presente Tesis Doctoral han tenido dos orientaciones: a) Investigación básica, centrada en la determinación de los mecanismos de ensuciamiento, su modelización, la identificación de las sustancias con un alto poder colmatante (sustancias poliméricas extracelulares) y la optimización de las condiciones de operación. b) Investigación aplicada, enfocada a estudiar el comportamiento del sistema en condiciones reales, incluyendo el análisis de la calidad del agua depurada, la respuesta del sistema frente a vertidos incontrolados y la operatividad de la membrana, durante periodos de operación que comprenden desde 6 meses hasta 1 año. Los resultados más relevantes desde la óptica de aplicación industrial han demostrado la viabilidad técnica del biorreactor de membrana para la depuración de aguas residuales municipales bajo un amplio espectro de condiciones de operación: edades de lodo comprendidas entre 6 y 30 días, tiempos de residencia hidráulicos comprendidos entre 9,3 y 20 h y densidades de flujo de permeado comprendidos entre 10,4 y 26,5 l h-1 m-2. En todos los casos, el permeado obtenido presentó una alta calidad físico-química y microbiológica. Particularmente interesantes fueron los estudios llevados a cabo sin realizar purga de biomasa, en los cuales se encontró que el sistema alcanzaba unas condiciones de mantenimiento caracterizadas por una mínima actividad microbiana, una baja generación de sustancias poliméricas extracelulares y una elevada filtrabilidad de la biomasa obtenida. En lo relativo a los mecanismos de ensuciamiento, se ha encontrado que éstos dependen de las condiciones fluido-dinámicas en la superficie de la membrana. Para las condiciones habituales de operación de un biorreactor de membrana, cuantificadas por una elevada turbulencia en las inmediaciones de la membrana (gradiente medio de velocidad > 160 s-n), el ensuciamiento se debe principalmente a fenómenos de adsorción y deposición de sustancias poliméricas extracelulares microcoloidales y solubles (diámetro de partícula < 0,45 ¿m) en la superficie y en el interior de los poros de la membrana. En esas condiciones, se puede distinguir un valor de densidad de flujo de permeado por encima del cual el ensuciamiento aumenta a una velocidad inaceptable. El valor, cuya determinación es bastante subjetiva, ha sido definido como flujo sostenible y está relacionado con la economía y sostenibilidad operacional del proceso. El valor del (aparente) flujo sostenible corresponde a un valor comprendido en el rango entre 32 y 35 l h-1 m-2.