TRATAMIENTO COMBINADO MBR

TRATAMIENTO COMBINADO
MBR-NF/OI A ESCALA PILOTO
Pablo Cartagena1, Marouane El Kaddouri1, Vicente Cases1,
Arturo Trapote1, Daniel Prats1
1 Instituto
Universitario del Agua y las Ciencias Ambientales.
Universidad de Alicante
IX congreso internacional Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
INDICE
1) Introducción
2) Objetivos
3) Materiales y métodos
4) Resultados y discusión
5) Conclusiones
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INDICE
1) Introducción
2) Objetivos
3) Materiales y métodos
4) Resultados y discusión
5) Conclusiones
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1. INTRODUCCIÓN
PROBLEMÁTICA
CONTAMINACIÓN
ESCASEZ DE RECURSOS HÍDRICOS
(zonas de clima árido o semiárido)
RECURSO NO CONVENCIONAL
REGENERACIÓN DE
AGUAS RESIDUALES
  REUTILIZACIÓN: Necesaria elevada calidad del agua
TECNOLOGÍA
MBR
  Tecnologías adecuadas de tratamiento
  Modificación del proceso de lodos activados, en donde el clarificador secundario se sustituye por un
módulo de membranas para la separación del efluente y la biomasa.
Ventajas
Limitaciones
  Elevada calidad de agua tratada
  Coste de membranas y su reemplazo
  Altos niveles desinfección
  Ensuciamiento membranas
  Elevada tasa degradación
contaminantes
  Mayor consumo de energía (MBR: 0.4 - 2 kWh/m3 ;
Lodos activados: 0.38 - 0.48 kWh/m3)
  Tamaño compacto de instalación
  Acumulación compuestos inorgánicos no filtrables
(metales pesados)
  Menor producción de fango
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1. INTRODUCCIÓN
  Problemática de interés creciente: CONTAMINANTES EMERGENTES
Contaminantes previamente desconocidos o no reconocidos como tales cuya presencia en el medio
ambiente no es necesariamente nueva pero sí la preocupación por las posibles consecuencias de la
misma.
  Fármacos, productos de higiene y cuidado personal, drogas, pesticidas, etc.
¿Presencia?
¿Incidencia?
POCO INVESTIGADOS
NO REGULADOS
Métodos analíticos
limitados (ng-µg/L)
* Línea de investigación prioritaria para la OMS, EPA y CE
* Lista de SUSTANCIAS PRIORITARIAS (Directiva Marco 2008/105/CE) → Candidatos (evidencias toxicidad)
Producción y consumo
Continua introducción al MA
IX congreso internacional No necesitan ser persistentes
para ocasionar efectos
negativos
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1. INTRODUCCIÓN
  EFECTOS SOBRE LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE:
Toxicidad acuática, trastornos endocrinos, genotoxicidad, y aumento de la resistencia
de las bacterias patógenas.
  DISRUPCIÓN ENDOCRINA
Sustancias químicas que actúan como hormonas, alterando el equilibrio hormonal natural
  EFECTOS: alteraciones en el crecimiento, disminución de la fertilidad, pérdida en la
eficacia del apareamiento, desmasculinización, feminización y alteraciones del sistema
inmune, e incluso incremento en la incidencia de diferentes tipos de cáncer.
TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO
PARA SU ELIMINACIÓN
PROCESOS DE FILTRACIÓN CON
MEMBRANAS (MBR, NF, OI)
TRATAMIENTO COMBINADO
MBR - NF/OI
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1) Introducción
2) Objetivos
3) Materiales y métodos
4) Resultados y discusión
5) Conclusiones
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2. OBJETIVOS
Objetivo principal: Mejora de la calidad del agua obtenida en el proceso de MBR tras un
pos-tratamiento con NF u OI, trabajando con agua residual real.
Estudio de la mejora en la calidad del
efluente del MBR tras una etapa de NF/OI
con respecto a la salinidad, materia
orgánica y nutrientes
Estudio de eliminación de contaminantes
emergentes con MBR y con un tratamiento
combinado MBR-NF/OI
Objetivos
específicos
Comparación entre las membranas de NF y
OI respecto a la calidad del efluente
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1) Introducción
2) Objetivos
3) Materiales y métodos
4) Resultados y discusión
5) Conclusiones
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3. MATERIALES Y MÉTODOS
  Vista general de la planta piloto MBR
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3. MATERIALES Y MÉTODOS
  Detalle de las membranas de microfiltración utilizadas
IX congreso internacional MEMBRANA PLANA
(MP)
MEMBRANA FIBRA
HUECA (FH)
Fabricante
Kubota
Porous Fibers
Material
Polietileno clorado
PVDF+poliéster
Tamaño poro (µm)
0,4
0,4
Área filtración
16 m2 (2 módulos LF10)
20 m2 (4 módulos
Micronet R)
Caudal nominal
400
400
Modo operación
Filtración – Relajación
Filtración - Contralavado
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3. MATERIALES Y MÉTODOS
  Diagrama de flujo de la planta piloto de NF y OI
NF90
(Filmtec)
IX congreso internacional BW30
(Filmtec)
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3. MATERIALES Y MÉTODOS
  Diagrama de flujo del tratamiento combinado MBR-NF/OI
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3. MATERIALES Y MÉTODOS
  Contaminantes emergentes seleccionados
Compuesto
Abreviatura
Clasificación
Ibuprofeno
IBP
Analgésico y
antiinflamatorio
Acetominofeno
ACE
Analgésico y
antiinflamatorio
Diclofenaco
DCF
Analgésico y
antiinflamatorio
Cafeina
CAF
Estimulante
Nicotina
NIC
Estimulante
Carbamacepina
CBZ
Antiepiléptico
Triclosán
TCS
Antibactericida y
desinfectante
Bisfenol A
BPA
Plastificante
4 - Octilfenol
4-OP
Surfactante y emulsionante
4 – tert - Octilfenol
4-t-OP
Surfactante y emulsionante
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1) Introducción
2) Objetivos
3) Materiales y métodos
4) Resultados y discusión
5) Conclusiones
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4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
I. Calidad del agua después del tratamiento con MBR
  Condiciones de operación: Durante unos 3 meses se ha mantenido la planta piloto en estado estacionario, trabajando
con una concentración de SSLM ≈ 8 g/L, TRC ≈ 30 días, caudal de filtrado 100 L/h y carga másica ≈ 0,15 kgDQO/kgSSV·d
  Rendimientos de eliminación de nutrientes, materia
orgánica y SS obtenidos tras el tratamiento con el MBR.
Calidad de permeado muy alta con
rendimientos de eliminación elevados:
  NT > 80%
  PT > 50%
  DQO > 98%
  SS > 99% (concentraciones en el permeado < 5 mg/L)
* Relación SSV/SS alrededor de 0.84 (poca acumulación
de compuestos inorgánicos)
No se encontraron grandes diferencias
respecto a la calidad del permeado entre
ambas membranas
  Valores medios de pH y conductividad de las muestras de entrada, licor mezcla de los MBRs y permeados.
Parámetros
Afluente
Licor mezcla MP
Licor mezcla FH
Permeado MP
Permeado FH
pH (ud.)
7,67 ± 0,18
7,01 ± 0,28
7,01 ± 0,21
7,17 ± 0,28
7,19 ± 0,27
Conductividad
(µS/cm)
2886 ± 157
2575 ± 130
2549 ± 139
2671 ± 88
2601 ± 168
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Justificado
Post-tratamiento
NF/OI
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
II. Calidad del agua con el tratamiento combinado MBR-NF/OI
  Rendimientos de eliminación de la salinidad (conductividad), materia orgánica (COT) y nutrientes (N-NO3- y PT)
para cada permeado (MP y FH), después de pasar por la membrana de NF u OI.
MBR – MEMBRANA PLANA
MBR – FIBRA HUECA
MEMBRANA PLANA
Salida
MBR
Salida NF
Salida OI
Conductividad (µS)
2602
59,0
48,4
COT (mg/L)
17,6
0,74
0,72
- (mg/L)
132
12,1
4,9
27,2
0,06
0,08
Mejora evidente de la calidad del efluente del MBR
  Tratamiento combinado: % eliminación > 90%
  Diferencias de eliminación despreciables entre NF y OI (NF90 densa)
  Pequeñas diferencias en la eliminación de N-NO3- (≈ 5% > en OI que
en NF)
Presión nominal de trabajo
IX congreso internacional NO3
Pt (mg/L)
MEMBRANA FIBRA HUECA
30% < en NF respecto a OI
AHORRO ENERGÉTICO
Salida
MBR
Salida NF
Salida OI
Conductividad (µS)
2603
58,3
48,8
COT (mg/L)
14,8
0,81
0,76
NO3- (mg/L)
139
11,9
5,3
Pt (mg/L)
27,5
0,03
0,09
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
III. Reducción de contaminantes emergentes mediante el tratamiento
combinado MBR-NF/OI
  Concentraciones medias de los contaminantes estudiados a la entrada de la planta piloto MBR (n=5).
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4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
  Rendimientos de eliminación medios de los compuestos estudiados tras el tratamiento con MBR-MP.
MBR - MEMBRANA PLANA
DCF,
TCS,
CBZ
4-OPBPA
ACE, IBP, CAF,
NIC,
4-t-OP,
IX congreso internacional ELIMINACIÓN
ELIMINACIÓN
POBRE
CASI
ELIMINACIÓN
PARCIAL
COMPLETA
(Min.
(Min.
(Min.86%
31%
0% -- Máx.
Máx. 99%)
4%)
82%)
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4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
  Rendimientos de eliminación medios de los compuestos estudiados tras el tratamiento con
MBR-MP, NF y OI.
MBR - MEMBRANA PLANA
+ 85%
+ 40%
+ 20%
+ 10%
Comparación NF - OI
IX congreso internacional   No se encontraron grandes diferencias
respecto a la eliminación de emergentes
  NF90 (Bajo MWCO) → favoreció aumento
eliminación de los compuestos más grandes
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INDICE
1) Introducción
2) Objetivos
3) Materiales y métodos
4) Resultados y discusión
5) Conclusiones
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5. CONCLUSIONES
I. Tratamiento con MBR
  Los resultados mostraron la obtención de un permeado estable y de excelente calidad en
ambos MBRs respecto a la eliminación de DQO y SS (>98%), NT (>80%) y PT (>50%).
  No se encontraron diferencias significativas entre las membranas planas y de fibra hueca en
el tratamiento con el MBR.
  Con el tratamiento MBR se alcanzó una eliminación casi completa de acetominofeno,
ibuprofeno, cafeína, nicotina, 4-t-octilfenol y bisfenol A. Sin embargo no fue suficiente para
la eliminación completa de todos los contaminantes estudiados.
II. Tratamiento combinado MBR-NF/OI
  Con el tratamiento combinado MBR-NF y MBR-OI se obtuvo un agua de excelente calidad,
con rendimientos de eliminación superiores al 97% de conductividad, 96% de COT, 91% de
nitratos y 99% de PT. Por tanto, se demostró una mejora de calidad respecto al efluente del
MBR.
  El tratamiento combinado MBR-NF y MBR-OI podría ser un proceso efectivo para la
eliminación de contaminantes emergentes.
  No se encontraron diferencias significativas entre las membrana de NF (NF90) y OI
(BW30) utilizadas respecto a la calidad del efluente.
  Los resultados respecto a contaminantes emergentes demostraron que el post-tratamiento
con NF/OI mejoró fundamentalmente la eliminación de carbamazepina y diclofenaco.
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5. CONCLUSIONES
  Agradecimientos
Este estudio está parcialmente financiado por los proyectos del Ministerio de
Ciencia e Innovación “Tratamiento de aguas superficiales y aguas residuales
con membranas para obtener efluentes de alta calidad” (CTM2010-15348),
“Tratamiento y reutilización de aguas residuales para una gestión sostenible
(CSD2006-44) Consolider-Tragua” y por la Conselleria d’Educació, Formación y
Ocupació (ACOMP 2011/275).
También queremos agradecer a la empresa Emarasa el permiso para la
utilización de sus instalaciones y el apoyo técnico y material recibido.
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Gracias por su atención!
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