Estudio de procesos BRM y desarrollo de una herramienta de monitorización del ensuciamiento

Resumen

La tecnología Biorreactor de Membrana (BRM) resulta muy satisfactoria en el tratamiento de aguas residuales urbanas e industriales y el número de instalaciones ha crecido progresivamente durante los últimos años. Por otra parte, el proceso BRM anaerobio (BRMA) es más novedoso y se encuentra en desarrollo, y si bien el número de plantas BRMA reales es reducido, el potencial es elevado y el interés en la tecnología es notable, con multitud de trabajos de investigación y estudios desarrollados en los últimos años. Una de las principales limitaciones de la tecnología BRM es el ensuciamiento de las membranas y la falta de metodologías para cuantificar y monitorizar la etapa de filtración. En este contexto, la tesis se enmarca en dos objetivos generales: el estudio de los procesos BRM para el tratamiento de efluentes tanto vía aerobia como anaerobia, analizando la eficiencia de depuración y el rendimiento de la etapa de filtración y el desarrollo y validación de una herramienta de monitorización del ensuciamiento que permita cuantificar el rendimiento de la filtración, diagnosticar el estado de las membranas y prever las necesidades de mantenimiento. En el estudio experimental en el BRM aerobio sumergido se ha analizado la eficiencia de depuración y la calidad del efluente en vistas a su reutilización. La eliminación de materia orgánica ha sido muy elevada, con una DQO media en el efluente de 11 mg/L y valores de turbidez mínimos. Sin embargo, con la membrana de MF no se puede garantizar la desinfección total del efluente, lo que hace necesaria una etapa de desinfección posterior para los usos con mayores exigencias de calidad. Mediante ensayos flux-step y ensayos a largo plazo se ha analizado el comportamiento de la filtración en diferentes condiciones de operación, y en base a las observaciones realizadas se han propuesto los fundamentos para la descripción de un modelo de resistencias en serie que incorpora un mecanismo de bloqueo superficial para tener en cuenta el carácter dinámico del ensuciamiento y la influencia del estado de las membranas. El estudio experimental del proceso BRMA ha permitido evaluar la eficiencia del proceso y las ventajas asociadas al acoplamiento de la filtración con membranas para la separación de la biomasa y el efluente. Se ha estudiado la capacidad de tratamiento, concluyéndose que se puede operar con velocidad de carga orgánica hasta cuatro veces mayor y con calidad del efluente muy superior a la de los digestores de fangos convencionales. Asimismo, la biodegradabilidad observada es sensiblemente superior, lo que resulta en una mayor generación de biogás. En relación a la filtración, los flujos de permeado son moderados debido a la pobre filtrabilidad del fango anaerobio, que en el tratamiento de fangos de depuradora presenta una concentración de sólidos muy elevada. Los datos experimentales de la filtración obtenidos en las plataformas experimentales se han empleado para el desarrollo de la herramienta de monitorización del ensuciamiento. En primer lugar, se han seleccionado los indicadores de ensuciamiento más adecuados para la monitorización en línea. Para ello se han estimado indicadores en el corto y largo plazo, concluyéndose que no es posible profundizar en el análisis del comportamiento en el corto plazo y cuantificar las resistencias reversible e irreversible generadas en cada ciclo de filtración. Estos resultados han llevado a la selección de los indicadores a largo plazo PTMm y Km(20ºC) como los parámetros más adecuados para la monitorización de la filtración. En segundo lugar y en base a los indicadores anteriores, se ha desarrollado y validado la herramienta de monitorización del ensuciamiento basada en el indicador global DPL. La herramienta DPL constituye una propuesta novedosa, que permite estimar los días restantes antes de que sea necesario aplicar una limpieza química, en base a la estimación de tendencias y la posterior extrapolación.