Evaluación de la eliminación de materia orgánica y nitrógeno de las aguas residuales en un reactor biopelícula de membrana tubular aireada

Resumen

El reactor biopelícula de membrana aireada (proceso RBMA) es una tecnología emergente que emplea una membrana permeable a gases para el desarrollo de la biopelícula. A través del soporte-membrana, la biopelícula recibe el oxígeno para la oxidación de los contaminantes que difundirán desde el seno líquido del reactor. Esta peculiaridad hace de la biopelícula-membrana-aireada (BMA) un sistema donde se pueden desarrollar diferentes especies de microorganismos y nichos de reacciones microbianas. Este trabajo de tesis se ha centrado en el estudio de la eliminación de materia orgánica y nitrógeno de las aguas residuales con un proceso RBMA. El objetivo general consistió en evaluar el funcionamiento del proceso bajo diferentes planteamientos experimentales. Se estudió el proceso bajo las modalidades de explotación en batch y continuo. En cada modalidad se evaluó la eficiencia del proceso en cuanto a nitrificación terciaria, y eliminación simultánea de materia orgánica y nitrógeno mediante nitrificación conjunta y desnitrificación. El proceso se ha ensayado a escala piloto y de laboratorio. Inicialmente, el objetivo era la evaluación a escala piloto con agua residual doméstica decantada para lo que se diseñó, construyó e instaló una planta piloto en la antigua EDAR de Bens (A Coruña). Circunstancias de logística nos obligó a cambiar el planteamiento experimental inicial. Concretamente, cuando llevábamos 3 ensayos de la segunda parte experimental destinada al estudio de la eliminación simultánea de materia orgánica y nitrógeno en modo batch se tuvo que desmontar la planta piloto porque las obras de la nueva EDAR de Bens requerían del espacio que en ese momento ocupábamos, y no había otro sitio en la EDAR donde montar la planta piloto sin que interrumpiéramos el normal desarrollo de las obras. Esta no fue la única vicisitud, pero si la más importante. En esas circunstancias, continuar con el estudio en continuo solo era viable si hubiéramos dispuesto de otra alternativa próxima (EDAR, industria, etc.) que nos permitiera ensayar el piloto "in situ", ya que por el volumen del RBMA su alimentación en continuo con agua residual sintética era inviable. Por ejemplo, para un TRH de 6 horas, se requerirían 544 litros/día de caudal. Por lo tanto, el estudio en continuo se tuvo que hacer a escala de laboratorio, y lo que hicimos fue aprovechar un RBMA de 14.2 litros (1/10 aproximadamente del piloto) que se construyó para los ensayos de evaluación de la transferencia de oxígeno de las membranas limpias. Y por otra parte, circunstancias personales de la autora retrasaron el re-inicio de los estudios hasta septiembre del 2014, es decir, 5 años después. Uno de los objetivos del trabajo era generar información técnica y práctica sobre variables de explotación del proceso RBMA a escala piloto con agua residual doméstica tanto en modo batch, al estilo de un reactor secuencial batch de cultivo en suspensión (SBR por las siglas en inglés de Sequential Batch Reactor), como en continuo, siempre con el menor consumo de energía en aireación y agitación. Por lo tanto, la aireación se diseñó para que fuera capaz de renovar la atmósfera interna del módulo de membranas en un tiempo muy corto, concretamente en menos de 1 minuto, y no tuvo como finalidad presurizar el interior del cuerpo de las membranas (los poros). Asimismo, cuando se realizó agitación del agua se lo hizo a muy baja velocidad, concretamente a 2.6 m/h cuando se trabajó en modo batch con agua residual doméstica (caso b). En los otros 3 escenarios: (caso a) escala piloto, modo batch, nitrificación terciaria, agua residual sintética (ARS), (caso c) escala de laboratorio, modo continuo, nitrificación terciaria, ARS y (caso d) escala de laboratorio, modo continuo, nitrificación- desnitrificación, ARS; la velocidad fue nula (caso a) o extremadamente baja, en el orden de 10-4 cm/s (casos c-d). ¿Por qué estas condiciones tan extremas de bajo consumo energético? Porque también se buscaba evaluar la viabilidad del proceso RBMA como alternativa de tratamiento, secundario y/o terciario, para pequeños núcleos del medio rural de Galicia. Por esas fechas, 2005-2008, el grupo de Ingeniería Sanitaria y Ambiental colaboraba con Augas de Galicia en la elaboración de las Directrices de Saneamiento en el Medio Rural de Galicia (DSMRG), que entre otras actividades, comprendió una puesta al día de las alternativas de depuración existentes. Por deformación profesional, el grupo de trabajo también evaluó las necesidades de innovación y desarrollo de nuevas tecnologías adaptables al medio rural, es decir: con bajo consumo de energía, poco equipos mecánicos y de simple o sencilla explotación y mantenimiento. Estos requisitos van enlazados: si consumo poca energía, normalmente es porque uso pocos equipos electro-mecánicos, y si uso pocos equipos mecánicos, lo normal es que la explotación y mantenimiento sean sencillos...