Membrane bioreactors : past, present, future?

Biorreactores de membrana : ¿pasado, presente, futuro?

Los biorreactores de membrana están ganando popularidad en el tratamiento de aguas residuales. Se originaron como una unión entre tecnología de membranas y lodos activos donde se llevaba a cabo la separación de sólidos mediante filtración en lugar de asentamiento por gravedad. Las primeras versiones de la década de los sesenta emplearon una unidad de filtración que operaba en flujo cruzado y se alimentaba desde un tanque de aireación. Esta configuración, que aún se encuentra en uso para algunas aplicaciones, permitió la optimización de cada proceso (tratamiento biológico y separación de sólidos), pero requería mucha energía principalmente para mantener suficiente velocidad de flujo cruzado para controlar el ensuciamiento (fouling) de la membrana.

En este documento se presenta una descripción breve de la evolución histórica del biorreactor de membrana, con énfasis en la disminución continua de los costos de tratamiento y los requerimientos energéticos. Aunque estos equipos pueden operar con concentraciones de biomasa de cinco a diez veces mayores que los lodos activados, dichas concentraciones están limitadas en la práctica por el aumento de la viscosidad de la suspensión de biomasas que, a su vez, incrementa el ensuciamiento “reversible” de la membrana y disminuye las velocidades de transferencia de oxígeno.

Estudio hidrodinámico del reactor biológico de la EDAR Granollers

Hydrodynamic study of the biological reactor of the Granollers WWTP

Uno de los puntos clave en el funcionamiento de los reactores biológicos utilizados en el tratamiento de aguas residuales es su comportamiento hidrodinámico. Normalmente, los reactores biológicos se diseñan de acuerdo a modelos de flujo ideal, concretamente los modelos de tanque agitado y el modelo de flujo en pistón. Sin embargo, los reactores reales presentan funcionamientos distintos a estos modelos ideales, debido fundamentalmente a la presencia de varias fases (biomasa, fase líquida, aire, etc.) y los rendimientos de depuración reales pueden diferir significativamente de los valores teóricos de diseño.

En este trabajo se utiliza la técnica de distribución de tiempo de residencia (DTR) para el estudio de un reactor real biológico de tipo pistón operativo en la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) Granollers (Barcelona, España).

Optimization of an unstructured first-order kinetics model of cyclically operated bioreactors

Optimización de un modelo cinético de primer orden sin estructurar de biorreactores operados en forma cíclica

En esta investigación se desarrolló un procedimiento para la optimización de un modelo de cinética de primer orden sin estructurar de reactores biológicos operados de forma cíclica para la biodegradación de un contaminante simple; para ello se usó una combinación de herramientas analíticas y numéricas. Se obtuvieron perfiles analíticos asintóticos para el sustrato y la biomasa para cada ciclo estacionario, lo que permitió la formulación de una ecuación analítica de diseño que relaciona la concentración del contaminante al final del ciclo estacionario con todos los parámetros de operación del biorreactor, tales como el espacio-tiempo, la concentración de alimentación del contaminante, el tiempo de llenado y proporción de los volúmenes mínimo y máximo del reactor. Esta ecuación analítica de diseño se empleó para la construcción sistemática de diagramas de bifurcación prácticos que muestran las variaciones de la concentración del contaminante al final del ciclo con respecto a los parámetros de operación del biorreactor. La ecuación de diseño también permitió la formulación de una variedad de problemas de optimización, tales como la minimización de la concentración del contaminante al final del ciclo.