Estudio técnico de biorreactores de membrana con lecho móvil aplicados al tratamiento de aguas residuales

Resumen

La necesidad de construir nuevas Estaciones Depuradores de Aguas Residuales (EDARs) así como rehabilitar aquellas existentes para cumplir las exigencias normativas marcadas por la Directiva 91/271/CEE hacen necesario el estudio de nuevas tecnologías que permitan conocer su funcionamiento así como las posibilidades que ofrecen en el futuro de la depuración. Los problemas asociados a los sistemas convencionales y la necesidad de aumentar su eficiencia son el origen de nuevas tecnologías tales como los biorreactores de membranas (BRM) y los procesos de lecho móvil (LM). Los BRM, al incluir una separación con membrana permiten operar a mayores MLSS obteniendo un efluente de mayor calidad y un aumento de la edad del fango. Los LM además de operar con biomasa dispersa (flóculos), lo hacen con biomasa adherida (biopelícula), haciendo extensibles las ventajas de los sistemas de biopelícula. La combinación de ambas tecnologías, biorreactores de membrana con lecho móvil (BRM-LM), fue estudiada en el presente trabajo para conocer el funcionamiento del sistema así como la influencia de las variables operacionales en el comportamiento de la biomasa híbrida y en el funcionamiento de la membrana. Inicialmente un estudio fue llevado a cabo para analizar algunos de los diferentes rellenos disponibles; el cual permitió seleccionar los rellenos K1 de Anoxkaldness¿ y ABC5 de Aqwise¿ en función de la adherencia de biopelícula y de su capacidad de oxidar materia orgánica bajo diferentes TRH y porcentaje de relleno. Una vez seleccionados, se analizó el funcionamiento en un sistema híbrido de lecho móvil en comparación con un sistema convencional de fangos activos de baja carga obteniendo resultados favorables en eliminación de materia orgánica, permitiendo tratar un caudal mayor o más contaminado en el caso de EDAR existentes o disminuir el volumen del biorreactor en el caso de nueva construcción. Una vez seleccionado el relleno y conocido su comportamiento en comparación con sistemas convencionales de fangos activos, el proceso fue analizado en combinación con BRM en una planta piloto de 445 L con membrana de ultrafiltración (ZW-10 de Zenon®) bajo TRH de 10 y 24 h, tres porcentajes de relleno (20, 35 y 50 %) y dos concentraciones de MLSS (en torno a 2,5 g/L y 4,5 g/L) para un sistema de biomasa híbrida así como para un sistema puro operando en un amplio espectro de temperaturas de entre 2,5 y 28 °C. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que el empleo del relleno supone una mejora en el comportamiento de la biomasa haciendo de la tecnología de LM un proceso de aplicación a considerar. Rendimientos superiores al 87,4 y 94,9 % en DQO y DBO5 respectivamente fueron obtenidos para el LM híbrido, con tasas de producción de la biomasa heterótrofa entre 0,462±0,014 y 0,714±0,076 mgDQOformada/mgDQOoxidada. En relación a la capacidad nitrificante del proceso, al menos 40,4 y 24,1 % de amonio y nitrógeno total en el LM híbrido (tasas de producción de la biomasa autótrofa entre 0,23±0,01 y 0,51±0,12 mgDDOformada/mgNoxidado). Las variables operacionales mostraron una relevante influencia en el comportamiento del proceso. Los MLSS influyeron significativamente en el comportamiento de la biomasa mientras que el porcentaje de relleno afectó principalmente a la variabilidad del TRC y no en la densidad de biopelícula (valores medios de 4.046, 4.335 y 3.968 mg/L de relleno para un 20, 35 y 50 % de relleno respectivamente); sin embargo, se observó que el porcentaje de relleno presentó una mayor influencia en la capacidad de eliminación de materia orgánica del sistema a TRH de 24 h. La temperatura además de ser una variable significativa en el comportamiento de la biomasa, también lo fue en el funcionamiento de la membrana lo cual indica que debe considerarse un parámetro de diseño en los sistemas con membrana.