Evolución de las característica de la biomasa en función de las condiciones operacionales en sistemas de biorreactores de membrana

Resumen

La progresiva reducción en el suministro de agua ha provocado la aparición de nuevas técnicas y tecnologías para la reutilización del agua. Una de las nuevas tecnologías utilizadas para la depuración de aguas residuales son los biorreactores de membrana sumergida (MBR). Los MBR combinan la separación física de la parte líquida de la sólida mediante membranas con la tecnología de fangos activos, en la cual se genera una masa activa de microorganismos que son capaces de estabilizar un residuo orgánico por vía aeróbica. Desde su aparición, la tecnología MBR ha estado en constante evolución, convirtiéndola en una alternativa ampliamente utilizada en todo el mundo. Aunque es una tecnología que posee grandes ventajas como la elevada calidad del efluente obtenido, posee ciertos problemas operacionales que limitan su expansión a nivel global y a gran escala. El principal inconveniente que posee esta tecnología es el ensuciamiento de la membrana, reduciendo su productividad y aumentando los requerimientos energéticos debido a la aireación y a las limpiezas químicas necesarias para restaurar la permeabilidad. El proceso de ensuciamiento o atascamiento de la membrana puede ser atribuido a la obstrucción de los poros de la membrana y a la deposición de fango sobre la superficie de la membrana formando una torta. Los factores que afectan al ensuciamiento de la membrana son muy diversos, pero los principales causantes son los Productos Microbianos Solubles (SMP) y las Sustancias Poliméricas Extracelulares (EPS). Aunque ambos son productos del metabolismo celular, se pueden diferenciar en la posición que ocupan dentro de la matriz de los flóculos microbianos, siendo el SMP la parte que está fuera del flóculo y el EPS la parte que está vinculada a la célula. En la presente investigación se ha querido conocer las condiciones operacionales que provocan una variación en la presencia de EPS y SMP en el sistema y su efecto sobre los incrementos en la Presión Transmembrana (TMP) y por lo tanto en el ensuciamiento de la membrana. Para lograr las metas propuestas se trabajó con una instalación experimental diseñada a escala industrial, la cual se alimentaba con agua residual urbana de la ciudad de Granada. La instalación estaba configurada en pre-desnitrificación y poseía membranas planas de microfiltración. Durante el tiempo de la investigación, se evaluaron los cambios producidos en la biomasa según las variaciones en las condiciones operacionales tales como el Tiempo de Retención Celular (SRT), Tiempo de Retención Hidráulico (HRT), temperatura y carga contaminante. Como análisis previo, se realizó una comparativa de métodos de extracción de EPS para valorar qué método era el más adecuado para aplicar al fango activo generado en la instalación experimental. Para ello se ensayaron 3 métodos físicos, 6 métodos químicos y 4 combinaciones de métodos físicos y químicos. Tras analizar la cantidad de EPS extraida en cada caso, las interferencias existentes al analizar los principales componentes del EPS y la generación de lisis celular, se concluyó que el método de extracción más idóneo era el método con adición de etanol a -20º C. Los resultados obtenidos mostraron que el SRT es la variable más influyente sobre la generación de biopolímeros en sistemas MBR, cuyo incremento reduce el ratio MLSSV/MLSS y con ello un menor riesgo de atascamiento de membranas, así como mejor calidad del efluente en lo referente a materia orgánica. Además, un aumento en su valor, provoca un descenso en la concentración de SMP y EPS. La temperatura es una de las variables más influyentes sobre la permeabilidad de las membranas en sistemas MBR ya que tienen efectos directos sobre la viscosidad del fango activo y afecta a la tasa de degradación de la materia orgánica por su efecto sobre el metabolismo microbiano, reduciendo el contenido del SMP y EPS cuando la temperatura se incrementa. De los componentes del SMP, son los ácidos húmicos los que tienen mayor concentración mientras que el componente mayoritario en el EPS varía según el SRT con el que se está operando, con predominancia de los carbohidratos a SRTs bajos y de proteínas a SRTs mayores. El SMP tiene mayor influencia que el EPS en el ensuciamiento de la membrana. Sin embargo, es el contenido en carbohidratos en el EPS y SMP el que mayor influencia ejerce sobre el ensuciamiento de la membrana en sistemas MBR. El ensuciamiento por biopolímeros en sistemas MBR es principalmente reversible ya que es controlable mediante limpiezas químicas. Dada la relación existente entre el ratio MLSSV/MLSS y la concentración de SMP y sus componentes, este parámetro operacional es un buen indicador del riesgo de atascamiento de membranas por biopolímeros en sistemas MBR.