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AVANCES TECNOLÓGICOS EN LA DEPURCIÓN DE AGUASJosé Manuel Poyatos Capilla

¿Dónde estamos y que hacemos? Siglo XVIII (1858 gran hedor (o gran peste) del Támesis),

tratando el rio con productos químicos

Pasteur 1857 investigo sobre el rol de los microorganismos en cuanto al consumo de sustrato y producción nuevos productos (fermentaciones)

En 1876, Robert Koch estableció que los microorganismos pueden causar enfermedades

DEPURACIÓN: 1891 Massachusetts lechos bacterianos (Sistemas de

biopelícula)

Fangos activos proceso más extendido a nivel mundial (Inglaterra, ingenieros Edward Arden y William T. Lockett, en 1914)

2


Desde el desarrollo de membranas sintéticas asimétricas en 1960, elinterés en los procesos de membrana para el tratamiento del aguaha crecido rápidamente.

Este crecimiento global puede ser atribuido al menos a tresfactores:

1. Incremento de la presión jurídica que regula el tratamiento tanto paraaguas potables como residuales.

2. Incremento de la demanda de agua y escasez de agua.

3. Fuerzas de mercado que rodean el desarrollo y comercialización de lastecnologías de membrana.

3

VENTAJAS

•Altos estándares de calidad del agua

•Requerimientos mínimos de espacio

INCONVENIENTES

• El precio de las membranas (Costes deinstalación)

• La reposición y energía consumida(Costes de explotación)


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Principales Líneas de Investigación:Tecnologías de membrana aplicados al tratamiento de aguas residuales (Biorreactores de Membrana y Biorreactores de Lechos fluidificado-MBR)Procesos de Oxidación Avanzados para el tratamiento y regeneración de agua (eliminación de compuestos recalcitrantes)


A finales del siglo XX fue el inicio de lasinvestigaciones(Smith y colaboradores en 1969).

Estudio de biorreactores de membrana sumergida

aplicados al tratamiento de aguas residuales urbana.

Ref.- REN2002-04293-C02-01/02.

Optimización de los parámetros de explotación de los

biorreactores de membrana para el tratamiento de aguas

residuales.

Biorreactores de membrana sumergida como

tratamiento unificado de aguas residuales urbanas:

aplicación del oxígeno como variable del proceso.

……….

INVESTIGACIONES

5

I

D

i

+

+

BIORREACTORES DE MEMBRANA (MBR)

http://www.micinn.es/portal/site/MICINN/menuitem.abd9b51cad64425c8674c210a14041a0/?vgnextoid=d9581f4368aef110VgnVCM1000001034e20aRCRD



Nuevas tendencias de calidad de salida de las aguas.

Ampliación de depuradora.

Reutilización de agua (RD1620/2007).


Sistemas más eficaces en depuración de aguas

Biorreactores de membrana

Fangos Activos

Reactor biológico

DecantaciónSecundaria

EfluenteInfluente

Purgade Fangos

Recirculación

BRM

Reactor biológico

Influente

Purgade Fangos

Recirculación

Membrana UF, MF

Efluente


7



(Poyatos, 2007)

ENSUCIAMIENTO DE LA MEMBRANA Y ESTRATEGIAS DE CONTROL

El ensuciamiento de la membrana en los BRM se debe a la formación de

biopelícula en la superficie, principalmente debido a los Sólidos en Suspensión

en el Licor Mezcla (MLSS) y también por al adsorción de la superficie unida al

bloqueo de poro atribuido a los componentes solubles del fango activo. Se ha

identificado que la adsorción de bloqueo como la mayor causa del ensuciamiento .

(Poyatos, et al. 2008)8


filtrado

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00

Jnet, l/(m 2h)

dP

TM

/dt,

Kp

a/d

ía




INFLUENCIA MLSS EN LA

OXÍGENACIÓN DEL SISTEMA

(Rodríguez et al. 2011)9



Ventajas Biorreactor de Membrana

Reducción de la superficie necesaria para la implantación de la tecnología al poder prescindir de la decantación secundaria así como aplicar bajos tiempos de retención hidráulica , con la consiguiente reducción de volumen del reactor biológico (Xing et al, 2000; Poyatos et al, 2007; Poyatos et al, 2008)El sistema puede trabajar con elevada edad de fango, lo cual favorecerá la nitrificación y la eliminación de fango (Bouhabila et al, 1998; Poyatos, 2007). La calidad del efluente, con baja presencia de microorganismos patógenos, permitirá su directa reutilización (Ueda and Horan, 1999; Molina-Muñoz et al., 2007)

Problemas de Explotación de los Biorreactores de Membrana:Ensuciamiento de las Membranas, con la consecuente formación de biopelículas en la superficie de las membranas La ineficacia en la oxigenación debido a trabajar a MLSS superiores a 5000 mg/L

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Esta tecnología puede emplearse como proceso único ocombinándolo con otros dando lugar a infinidad de combinacionesque dependerán del caso concreto

Los procesos mas frecuentes son:

Lecho Puro

Proceso integrado:Lecho-Fango Activo

Lecho + Fango Activo

Tecnología de lechos móviles

Treated

water

Treated

water

Treated

water

Permeate

Permeate

Permeate

Wastewater

MOVING BED BIOFILM REACTOR-MEMBRANE BIOREACTOR

Sewage storage tankMOVING BED BIOFILM REACTOR-MEMBRANE BIOREACTOR

Membrane

tank

Aerobic

zone

Aerobic

zone

Aerobic

zone

Anoxic

zone

Waste

sludge

Waste

sludge

Waste

sludge

Feeding

peristaltic

pump

Mixed liquor recycle



Recycling peristaltic

pump


pump


pump

Air

supply

Air

supply

Air

supply

Effluent

tank

Suction and

backwashing

peristaltic

pump

MEMBRANE BIOREACTOR(a)

(b)

(c)

(d)


12

Porcentaje de relleno (%)

Tiempo de

retención

Hidráulico (h)

50

5

10

15

35

5

10

15

20

5

10

15

Esquema de los ensayos de laboratorio para la prueba de rellenos

Tipos de rellenos

CaracterísticasAqwise

ABC5K1 BIOCONS

Altura (mm) 13 7 14

Lado Mayor (mm) 14 11 14

Lado Menor (mm) 12 11 7

Diámetro (mm) - 10 -

Espesor (mm) 0,8 0,5 -

Densidad (g cm−3) 0,92–0,96 0,92–0,96 0,88-0,92

Unidades por m3 308.000 1.030.000 366.000

Peso medio por

Ud.(mg)370 159 125

Condiciones de operación

Lechos Móviles-MBR




13

Escala semitécnica

Lechos Móviles-MBR


DQO

(mgO2/L)

DBO5

(mgO2/L)

Influente 844 ± 225 610 ± 42

Lecho 79 ± 18 17 ± 2

F.A.B.C 113 ± 38 30 ± 5

T.R.H

(h.)% relleno

MLSST

(mg/L)

Lecho 48 20 5410 ± 618

F.A.B.C. 48 / 5977 ± 915

Comparación entre un sistema convencional y un sistema de fangosactivos de baja carga

Tecnología de lechos móviles


Reducción de costes de explotaciónAumento de rendimientos

Aumento de la estabilizacióndel fango.

Aumento de la biomasa en el reactor por biopelículaformada en el relleno

Disminución de MLSS en el reactor biológico

manteniendo condiciones de operación TRH, TRC….

Disminución de la aireación en el reactor biológico

Biorreactor de Membrana con Lecho FluidificadoIntroducir un relleno dentro del reactor biológico para que permanezca

fluidificado mediante la aireación y/o agitación mecánica

15

Lechos Móviles-MBR


16

Escala semitécnica

Lechos Móviles-MBR

Soplante

Bomba de

Recirculación

Compresor

Agitador

Bomba

Peristáltica

INFLUENTE

PURGA DE

FANGOSTANQUE DE MEMBRANAS

TANQUE DE

CONTRALAVADO

BIORREACTOR

DE LECHO MÓVIL

Bomba de

Alimentación




5.1. Diagrama de flujo

Treated

water

Treated

water

Treated

water

Permeate

Permeate

Permeate

Wastewater

MOVING BED BIOFILM REACTOR-MEMBRANE BIOREACTOR

Sewage storage tankMOVING BED BIOFILM REACTOR-MEMBRANE BIOREACTOR

Membrane

tank

Aerobic

zone

Aerobic

zone

Aerobic

zone

Anoxic

zone

Waste

sludge

Waste

sludge

Waste

sludge

Feeding

peristaltic

pump





pump


pump


pump

Air

supply

Air

supply

Air

supply

Effluent

tank

Suction and

backwashing

peristaltic

pump

MEMBRANE BIOREACTOR(a)

(b)

(c)

(d)

Lechos Móviles-MBR

Eliminación de nutrientes con tecnología Lechos Móviles-MBR



MedicamentosInsecticidas y plaguicidas

Productos de Higiene personal

Lista de observación de sustancias de preocupación, DECISIÓN DE EJECUCIÓN (UE) 2018/840

Problemática Actual

“contaminantes emergentes”

Eliminación/Reducción de compuestos que no son capaces de tratarse con tecnología convencionales de depuración

lista de sustancias que presentan un riesgo significativo para las aguas, tanto para el ser humano como para el medio naturas

TRATAMIENTO APLICADO EN FUNCIÓN DEL CONTAMINANTE

Tratamiento Elementos Contaminantes

Físico con o sin floculación

Materias grasas flotantes insolublesGrasasHc. alifáticos

AlquitranesAceites orgánicos

Materias sólidas insolubles en suspensión

ArenasÓxidos

HidróxidosPigmentos y fibras

Precipitación

Materias orgánicasColorantesDetergentes

Compuestos macromoleculares y fenólicos

Metales tóxicos o no, precipitables en un rango de pH

Fe, Cu, Zn, Ni Cr, Hg, Pb, Al, Be

OtrosSulfitosFosfatosFluoruros

Sulfuros y sulfatosCianurosSulfocianuros

Desgasificación -H2S, NH4

+

AlcoholesFenolesSulfuros

Reacción oxidación-reducción

-CianurosCr. hexavalenteSulfuros

CloroNitritoÁcidos y bases

Intercambio iónico/ósmosis inversa

Sales y ácidos de bases fuertes -

Compuestos iónicos ionizables -

Tratamiento biológico Elementos biodegradablesAzúcaresProteínasFenoles

Formol*Anilina*Ciertos detergentes*

*previa adecuación

¿Sistemas tecnológicos?

¿Sistemas tecnológicos?

Procesos de oxidación avanzada

Fuente: Poyatos et al. 2010 (Advanced Oxidation Processes for Wastewater Treatment: State of the Art)


¿Dónde estamos y que hacemos?Fangos activos

Sistemas de biopelícula Eliminamos Materia orgánica y puede que nutrientes (donde

hay depuradoras y funcionan bien )

¿Qué necesitamos?

Mejorar los procesos de depuración

Reutilización de agua

Sostenibilidad: Económica y Medioambiental

¿Cómo? Tecnología actualmente existente (Adecuarla y

Optimizarla)

Investigación, Desarrollo e Innovación 21

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