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Biorreactores de membranas (MBRS) para el tratamiento de aguas residuales

MBREn  este artículo presentaremos los aspectos de los  biorreactores de membranas (MBRS) que los convierten en  una buena alternativa a los sistemas convencionales de depuración biológica por fangos activos para el tratamiento de aguas residuales. Este sistema consiste en una modificación del sistema convencional de fangos, ya que se reemplazan los tanques secundarios de sedimentación, propios del sistema convencional, por unidades de membranas.

Las principales ventajas del sistema MBRS respecto a  los fangos activos es que consta de instalaciones relativamente pequeñas y que permite obtener un efluente de alta calidad con baja producción de lodos. Este sistema es adecuado tanto para el tratamiento de aguas residuales urbanas como para las aguas residuales industriales biodegradables. La mayor parte de aplicaciones de este sistema los encontramos en el sector alimentario, farmacéutico, cosmético y en vertederos.

Por otra lado el sistema MBRS presente un inconveniente respecto a los fangos activos. Se trata del coste, ya que el ensuciamiento progresivo de la membrana supone un coste de mantenimiento superior a otros sistemas.

Los biorreactores de membranas son la combinación  de un biorreactor, en el que una suspensión concentrada de microorganismos degrada los contaminantes presentes en el agua, y una unidad de filtración por membranas (0.01- 0.04 µm) que separan la biomasa del agua purificada.

Como hemos mencionado la principal ventaja de este innovador sistema es la posibilidad de obtener mejores calidades del efluente ocupando poco espacio, ya que opera con una concentración de biomasa alta, lo  que genera menos lodos.  Otra  ventaja es que proporciona libertad para controlar el proceso, ya que permite la manipulación de los tiempos de residencia hidráulicos y de la biomasa.   Al no funcionar con sedimentos permite que la instalación sea de tamaño reducido y logra una mayor separación que los sistemas anteriores gracias a la tecnología de membranas. Aunque, por otra parte, genera más ensuciamiento que otros sistemas debido a que el medio está sometido a una mayor agitación respecto al sistema convencional de fangos,  lo que produce una mayor producción de SPE. Por lo que a pesar de la serie de características positivas mencionadas, esta tecnología implica altos costes de prevención y eliminación del ensuciamiento de las membranas que garantizan su funcionamiento optimo.

La permeabidiladad de las membranas está influenciada por las características del lodo. Las células, presentes en el lodo, pueden formar una capa en torno a la membrana durante la filtración, y  formar una biopelícula que reduce la permeabilidad, problema que puede verse acrecentado por el depósito de partículas y la adsorción de materiales coloidales. Factores biológicos, como la presencia de nutrientes, la edad del lodo y el nivel de agitación afectan a la producción sustancias polimericas extracelulares que son las responsables del ensuciamiento.

El ensuciamiento del biorreactor puede ser reversible, es decir, puede ser eliminado con una limpieza física,  o puede ser irreversible, es decir, que requiere una limpieza química. Esto depende de la tenacidad con la que la suciedad se une a la membrana. Aunque también existe el ensuciamiento irrecuperable, que no se puede eliminar de ninguna manera, por lo que define la vida útil de la membrana. Toas estos ensuciamiento se dan en distintas etapas del tiempo.

Durante la filtración, el aumento de presióntransmembranar es debido principalmente a la formación de la torta que obstruye la membrana. Esta puede ser eliminada mediante una limpieza física, pero a largo plazo esta limpieza no es capaz de resistir presión tranmembranainicial. Cuando la presión tras la limpieza física supera un valor determinado, se hace una limpieza química. Sin embargo como consecuencia del ensuciamiento irrecuperable la limpieza química tampoco evita el aumento gradual de la presión transmembranar a lo largo de un periodo de años.

Los biorreactores de membranas constan de varias membranas y un birreactor. El modulo de filtración puede ser externo o interno al biorreactor. La diferencia es que le consumo energético en el sistema MBR externo es diez veces superior al interno. Aún así, los MBR externos presentan algunas ventajas  respecto a los internos, como por ejemplo la posibilidad de limpiar in situ las  membranas, el fácil acceso a los módulos, permite modificar el número de módulos y  nos da la oportunidad de optimizar la aireación del biorreactor para obtener coeficientes de transferencia de oxígeno máximos.

También existe un novedosa configuración de MBRS denominada Air lift MBR, que consiste en un MBR externo, por lo que consta de un fácil acceso a las membranas y trabaja con flujos latos. Pero, por otra parte, también consta de las ventajas de un sistema interno, es decir que representa un consumo energético bajo (0,5 kwh/m3).

En definitiva, el sistema de biorreactores de membrana  es una tecnología capaz de competir con los sistemas convencionales de fangos, ya que permiten obtener un efluente de calidad y presentan una gran  versatilidad de diseño.  Aún así es necesario conocer los mecanismos y componentes del ensuciamiento para un uso y mantenimiento correcto de esta tecnología.

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