MBR: ventajas del uso del oxígeno frente a la aireación convencional

A la hora de analizar y determinar dentro de las distintas tecnologías existentes en los sistemas de depuración cual es la MTD (Mejor Tecnología Disponible), debe estudiarse detalladamente tanto la viabilidad tecnológica en función de las características del vertido y del proceso en cuestión, como las ventajas que supone la elección de una frente a la otra comparativamente al Opex y al Capex que generan cada una de ellas y obtener un equilibrio apto que garantice el cumplimiento de los límites de vertido autorizados.

Los Biorreactores de Membrana (Membrane BioReactor – MBR) son eficientes para el tratamiento de aguas industriales complejas con elevada carga o gran variabilidad estacional, es decir, cuando son necesarios altos valores de edad del fango, mayor presencia de microorganismos o tratar cargas temporales en época de campaña hasta diez veces mayores que durante el resto del año. En estos casos, el espacio dedicado a la depuradora, así como el Opex y Capex destinado, cobra gran importancia y en muchos casos es esta casi la única alternativa.

Sectores como el conservero, que cuenta con altas variabilidades estacionales de carga de entrada a la depuradora o el sector Farmacéutico-Químico, por la complejidad de la naturaleza de sus vertidos, convierten a los sistemas MBR en una alternativa tecnológica altamente eficiente.

MBR en pocas palabras

Los MBR son una versión 2.0 de los sistemas de fangos activos en los que el método de separación sólido/líquido confiere al proceso una serie de ventajas:

• Consigue mayor calidad de efluente en términos de sólidos y reducción de patógenos (factor determinante en función de las exigencias de vertido final).
• Tiene la capacidad de contener mayor concentración de biomasa que los procesos convencionales. Este hecho, no sólo implica la posibilidad de reducir el volumen del proceso (volumen de reactor biológico, lo que se traduce en menor Capex y menor Opex) sino que aporta flexibilidad de proceso ante cargas variables y capacidad de ampliación frente a demandas crecientes de tratamiento.
• Mismo volumen de reactor, mayor capacidad de depuración. Se trata de un proceso robusto que soporta las consecuencias que esas variaciones provocan en las características del fango, especialmente en su decantabilidad, ya que no afecta a la eficiencia del proceso.

Si se opta por usar membranas para intensificar y compactar el tratamiento, a continuación explicamos por qué se debe pensar de igual manera para dimensionar el sistema de oxigenación.

Factores determinantes en el uso de oxígeno en MBR

Uno de los principales factores limitantes en el dimensionado del MBR es el sistema de aireación. Para tratar la máxima carga esperada es necesario tener la capacidad de transferir la cantidad necesaria de oxígeno que se prevé que demandarán los microorganismos.

Los requerimientos energéticos de los sistemas de aireación tradicionales se ven notablemente afectados por la presencia de sólidos (gráfica 1-representado por el factor alfa). En los sistemas MBR, para garantizar su correcto funcionamiento, se ha de trabajar a altas concentraciones de SSTLM, normalmente por encima de 8 mg/l y llegando incluso a 20 g/m³ y, a estas concentraciones, los sistemas de aireación convencionales pierden eficiencia en la transferencia del oxígeno limitando al proceso teniendo que “compensar” esta limitación con volúmenes de reactores sobredimensionados (alto Capex) y/o con altos consumos energéticos para llegar a transferir realmente los KgO2 necesarios (alto Opex).

Otro factor importante e influyente es el aumento de la temperatura (gráfica 2) ya que dispara el consumo energético de las soplantes para hacer frente al descenso del oxígeno de saturación.

Pero además, que los sistemas de aireación estén acotados respecto a la velocidad de transferencia de oxígeno por unidad de volumen (OTR) hasta valores entre 1500 – 2000 gO₂/m³/d que, comparativamente a la OUR que demanda el proceso, determina como factor limitante el volumen mínimo que debe tener un reactor para las cargas de diseño. A partir de ese valor, aportar más aire únicamente conlleva a que ese extra de aire adicional escape a la atmósfera sin causar ningún efecto beneficioso. Es decir, el uso de sistemas de oxigenación basados en aire anula la gran ventaja de los MBR para crear depuradoras más compactas y flexibles.

En Nippon Gases disponemos de múltiples referencias logrando ampliar la capacidad de numerosos MBR y mejorar la eficiencia de transferencia, aumentando la capacidad de depuración sin requerir nuevas inversiones, sustituyendo el sistema de aireación por un sistema de inyección del oxígeno puro.

Complementariamente al sistema de inyección, asesoramos en todo momento el modo óptimo de operar el proceso biológico ajustando los consumos de oxígeno a las necesidades de la planta y parámetros del proceso, (HRT, SRT, OUR, OTR, SOUR, F/M, Cv…) gracias al control y seguimiento que proporciona nuestro sistema MiruGas®, convirtiendo a esta monitorización y control online en una herramienta imprescindible para el diseño y posterior control del proceso con el uso de oxígeno, optimizando la eficiencia de proceso con respecto al aire en situaciones de alta carga, alta presencia de sólidos y alta temperatura.

Es decir, es un hecho que la capacidad del oxígeno puro de ser transferido a los microorganismos es hasta 5 veces más rápido que con el aire y hace que el proceso MBR conserve y mejore las ventajas, eficiencia y flexibilidad que tienen ante situaciones de tratamiento de aguas complejas. Pero la principal ventaja que desde Nippon Gases se ofrece y donde reside realmente el ajuste de Opex y ahorro de Capex frente a alternativas tecnológicas, está en la automatización, control, asesoramiento y seguimiento del proceso a través del servicio MiruGas®.