Aplicaciones

Pretratamiento requerido

       Salvo alguna notable excepción, la literatura de proyectos especifica apertura de mallas/tamices típicamente centrada en 2mm, i.e. entre 1 y 3 mm.  Esto es un gran contraste con los requerimientos usuales aún en plantas industriales.

            Más allá del “valor exacto” que se estipule para la apertura es bien claro que debido a la cantidad y naturaleza del material retenido la implementación de un sistema incorporando sistemas de biomembranas requerirá una cuidadosa evaluación de las ventajas y desventajas, cuantificadas, del manejo del material retenido en los tamices.  Hemos visto, contra nuestra voluntad, industrias que incluso han preferido eliminar esta etapa aún en proyectos industriales convencionales.

Mantenimiento

Existe una gran cantidad de procedimientos, con mayor o menor éxito, a los efectos de minimizar todas las instancias de colmatación posible, sea orgánica o inorgánica o ambas, tanto en las paredes exteriores o interiores de las membranas, e incluso los poros.

Para las paredes expuestas al licor, las alternativas preventivas varían desde el empleo de difusores de burbuja gruesa debajo de los módulos de membranas, i.e. acción mecánica de las burbujas sobre la superficie de las membranas así como corrientes inducidas por air lift, hasta la eliminación de todo tipo de bastidor, sujetando las fibras tubulares con mínimos cabezales.  Otras medidas incluyen la operación de rangos recomendados de velocidad.

Una configuración hipotética podría especificar el empleo de biomembranas entre 0.02µ y 1 µ, diámetro de burbuja gruesa entre 5mm y 20mm, y un  flujo de aire entre 0.8 y 2.1 m3/h por m2 de membrana (condiciones standard).

Se ha visto asimismo que un exceso en el aire de limpieza puede ser contraindicado al bajar el pH de efluentes con presencia no prevista de amoníaco.  Una magnitud  "desmesurada" de aire puede disminuir el efecto de air lift por coalescencia de burbujas.  Finalmente la distancia entre el difusor de aire de lavado y el módulo de membranas deber permitir una distribución uniforme; una distancia muy corta daría lugar a zonas muertas con inexorable formación de costras.  La capacidad de despegar, disolver o eliminar ese film posteriormente no parece inmediata y es motivo de "constante investigación."

Para las paredes internas (que conforman el lumen) del tubo capilar o fibra existe una variedad de esquemas de inversión de flujo, fundamentalmente a muy baja presión, empleando agentes de limpieza especiales, generalmente intermitente, de manera de no dejar crecer el problema así como minimizar el impacto negativo sobre la biomasa del sistema - biocidas.  Debe anotarse que durante el mantenimiento puede perderse un cantidad significativa de productividad de planta y/o biomasa logrando restablecer sólo parcialmente las condiciones de diseño.  

Se ha visto que en ciertas instancias no hay más remedio que retirar los módulos de servicio, y proceder a una limpieza más completa sea en tanques separados auxiliares o drenando parcialmente las celdas.  Según el porte de la planta, esto podrá implicar el empleo de algún mecanismo auxiliar de izamiento, espacio o capacidad de maniobra, así como dedicación de celdas especiales de mantenimiento.  Deberá prestarse especial atención a si el tratamiento elegido simplemente sacrifica biomasa adherida restaurando parcialmente la capacidad del sistema o procura remover el biofilm, incluyendo células muertas y otros elementos.  Todo apunta a procurar operar minimizando espesor de capa y mantener la mejor permeabilidad de lo que no podemos retirar.    

Tecnologías de aireación empleadas

            Parte del problema de una evaluación más complexiva de los sistemas de biomembranas radica en que su empleo ha sido hasta ahora limitado a ciertas instancias industriales y municipales de porte pequeño.   Si bien no hay una unanimidad en las tecnologías empleadas existen esquemas que proponen difusores de burbuja gruesa para instalaciones “comerciales” y jets para plantas industriales, o bien difusores de burbuja fina para celdas aeróbicas instalando membranas en celdas, etapas o particiones separadas.

            Lamentablemente no es posible en este momento extrapolar los rendimientos a escala mayor, especialmente recordando las observaciones del principio, i.e. mantenimiento de los porcentajes de transferencia de oxígeno de sistemas basados en aireación mecánica, en particular con reducción, versus el deterioro de los sistemas basados en difusores de burbuja fina.  Esto puede desfavorecer la alternativa de biomembranas aplicada en forma indiscriminada.

PAUTAS ORIENTATIVAs

No es objetivo de este material  llevar adelante un dimensionamiento en detalle de una posible configuración de biomembranas.  De todas maneras y  sin tener que orientar el cálculo a una determinada tecnología, podemos considerar dos o tres pautas básicas para elaborar una idea preliminar u “orden de magnitud” de un caso determinado.  Con la salvedad de la frecuente contraindicación propias de las generalizaciones, podemos entonces visualizar un diseño según los siguientes lineamientos:

1.                  elección de un cociente carga orgánica por inventario de biomasa (f/m) en el entorno  0.05 – 0.1

2.                  mantenimiento objetivo de MLSS cercano a 10,000 mg/L.  Williams anota problemas con permeabilidad excediendo 12,000 mg/L.  Rogalla hace comentarios similares.  Como siempre esto contrasta con los anuncios iniciales de la tecnología, i.e. ‘podemos llegar a 20,000 mg/L y más…”

3.                  en ausencia de características de un equipamiento en particular, probablemente trabajar en forma preliminar con densidades de flujo entre 10 y 20 GFD y simultáneamente prescribir la realización de ensayo piloto, entre otras cosas para determinar correcciones aplicables por temperatura.  Por ejemplo, un fabricante puede proponer un valor de densidad de flujo de diseño a 15°C y derratear dicho valor un 3% para una operación a temperatura levemente menor.     

 La disminución del área o superficie requerida para la planta estará empujada básicamente por la posibilidad de aceptar trabajar con mayores inventarios de biomasa y una tendencia a emplear la mayor profundidad de agua posible.  El impacto en el dimensionamiento del sistema de aireación difusa para poder mantener las condiciones de diseño ya ha sido comentado: la cantidad de difusores a instalar será probablemente incluso menor pero la factura del consumo energético será inflexible.  Esto probablemente limitará las instancias en que la tecnología resulte claramente competitiva, i.e. exigencias de descargas de planta a nivel de proceso de alimentación de ósmosis inversa para reuso o limitaciones de espacio

aplicacion # 1 : refineria de petroleo remocion de benceno

Cierta etapa dentro del  proceso industrial genera una corriente residual conteniendo 1850 ppm de benceno.  Se desea dimensionar en forma preliminar una alternativa de tratamiento biológico lo más compacta posible de la naturaleza que sea.

Mutliplicando por 3.08 los 1850 ppm obtenemos una DQO del orden de 5700 mg/L que usaremos para el dimensionamiento preliminar.  Este diseño será fundamentalmente ilustrativo dado que anticiparíamos la presencia de otros constitutivos de la "familia" de los BTEX.  La consideración de empleo de membranas para la etapa de separación/retención de biomasa estará sujeta a la compatibilidad de los constitutivos presentes y los materiales de fabricación de las membranas candidatas.

Aceptando esta geometría preliminar e imponiendo una remoción de digamos 98%, podemos estimar la generación diara de biomasa del orden de 190 kg/día (Yoc = 0.5; Kd = 0.25) lo cual involucraría una edad de lodos resultante del orden de 20 días y que visaría maximizar biodegradación. 

aplicacion # 2 : reactor de membranas escala piloto

COMENTARIOS FINALES

Probablemente pueda parecer al lector que el tratamiento general del tema, i.e. la incorporación de micro o ultrafiltración, haya sido excesivamente severo o incluso crítico.  Parte de la redacción así asumida se basa en la detección de  proyectos basados casi 100% en recomendaciones de fabricantes, sean aireadores, membranas, difusores,  torres de enfriamiento, condensadores de todo tipo, biodiscos, incineradores, etc.  La historia nos demuestra que no siempre la ciencia se refleja en la información de catálogo.  Con esta salvedad, i.e. cautela,  gustosamente concluímos la presentación preliminar del tema transcribiendo dos comunicaciones internas de ingeniería de buena fé:

"Membrane bioreactors are the future for both industrial and municipal wastewater treatment because they provide excellent reuse opportunities, particularly for water reuse.  The primary problem, in addition to operating costs, is clogging of the membranes by bacterial excretions and debri, which translates to frequency of membrane cleaning." - Dr. C. W. Randall (Cliff)

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