Diapositiva 1

“Hacia un MBR sostenible: Reducción del
ensuciamiento en Biorreactores de membrana”
Jose Antonio Mendoza Roca
M. Amparo Bes Piá
Valencia, 11 marzo de 2014
Índice presentación

Introducción
‒ Concepto MBR
‒ Configuraciones
‒ Aplicaciones
‒ Ventajas e inconvenientes

¿Causas del ensuciamiento?

Acciones para reducir ensuciamiento
Introducción
Biorreactor de membrana (BRM)
 Variante del proceso de fangos activos. Separación de la
biomasa mediante ultrafiltración o microfiltración.
 Problemas FA: “bulking” en el decantador secundario.
 Sustitución decantación por flotación: aumentan costes y
problemas de calidad del agua.
Reactor
Biológico
Alimentación
Decantador
Licor de mezcla
Recirculación de fangos
Efluente
Purga
Esquema proceso de fangos activos
Introducción
Ventajas BRM
 Evita ‘bulking’  mayor calidad en agua depurada.
 Coliformes < 2,5 u/100mL
 Turbidez < 0,5 NTU
 Permite mantener más biomasa en el reactor, por lo que
supone ahorro de espacio.

Baja producción de fangos
Introducción
Aplicaciones
 Cooperativa La Purísima, bodegas (Yecla): Caudal: 15
m3/día. 8 módulos.
 Natraceutical, extractos vegetales (Quart de Poblet).
Caudal: 120 m3/h. 71 módulos (*)
 TAVEX textil (Alginet). Caudal: 1440 m3/día (*)
 EDARU Calasparra. Caudal: 2000 m3/día.
 EDARU San Pedro del Pinatar. Caudal: 20000 m3/día.
 EDARU Loriguilla. Caudal: 1.000 m3/día
Introducción
Biorreactor de membrana (BRM)
 Tamaño de poro membranas
 Membranas
Planas
Microfiltración
0,1-0,5 mm
Ultrafiltración
0,01-0,05 mm
Fibra hueca
Planas
Configuraciones MBR

BRM con membranas no sumergidas
Agua
residual
Rechazo
Permeado

BRM con membranas sumergidas
Permeado
Agua
Residual
Membranas de la EDAR Lorca
Configuraciones MBR

BRM con membranas no sumergidas
Agua
residual
Rechazo
Permeado

BRM con membranas sumergidas
Permeado
Agua
Residual
Membranas de UF de MICROCLEAR.
Instalación de Natraceutical
(MP Medioambiente)
Membranas dentro del reactor ZENON.
Tecnología MBR ZeeWeed®. Diseño Modular Simple
Zona
aeróbica
Zona de
equipos
Zona
anóxica
Canal
Distribución
influente
Zona de
membranas
Influente
tamizado
Tubería común de
recirculación del licor
mezcla
Canal de distribución
del caudal
Módulo con membranas ZEEWEED®500 de Zenon
CASSETTE
MÓDULO
Fibras de 1,9 mm
de diámetro exterior
Membranas Puron (KMS). Fibra hueca de UF.
Membranas planas.
Bodegas Murviedro. Membranas planas.
Introducción
¿Desventajas?
 Ensuciamiento membranas
 Costes de aireación
 Costes bombeo
Jp
PTM
Ciclos
limpieza
Membranas de fibra hueca sucias
¿Causas del ensuciamiento?
Ensuciamiento
membranas del BRM
Características
membrana
Condiciones
operación MBR
Características
licor de mezcla
Aireación
Parámetros
físicos
Parámetros
biológicos
Parámetros
químicos
Carga másica
Edad fango
EPS = e-EPS + SMP
Quorum Sensing
Tiempo de
retención
hidráulico
¿Cómo controlar el ensuciamiento?
Operating Conditions
BIOFOULING
MIXED LIQUOR
BIOFILM
MEMBRANE
MEMBRANE BIOREACTOR
Caracterización del licor de mezcla
Promote
Quorum Quenching
Membrane
modification
Caracterización del licor de mezcla
 Parámetros físicos
Características licor mezcla
Parámetros físicos








Parámetros químicos
Parámetros biológicos
Sólidos en suspensión en el licor de mezcla (filtración a 0,45 µm) (x2)
Sólidos en suspensión volátiles en el licor de mezcla (x2)
Tiempo de succión capilar (x2)
Viscosidad (x1)
V30 (volumen sedimentado a los 30 minutos/unidad de masa de fango) (x1)
Potencial Z del sobrenadante del licor del fango (x3)
Distribución de tamaño de partícula del licor del fango (x3)
Las resistencias del licor de mezcla a la MF o UF(x3)
Caracterización del licor de mezcla
 Parámetros físicos
 Las resistencias del licor de mezcla a las membrana
 Modelo: Bae, T.H. y Tak, T.M (Rc, Rf y Rt)
 Condiciones de operación: MBR de Loriguilla
 Membrana de Microfiltración (KUBOTA), A= 0,11 m2.
Caracterización del licor de mezcla
 Parámetros químicos
Características licor mezcla
Parámetros físicos
Parámetros químicos
EPS
¿Qué son las EPS?
Parámetros biológicos
¿Qué son las EPS?
Sustancias poliméricas extracelulares
EPS, Extracellular polymeric substances
Hidrólisis
“e” de extraídas
eEPS
Célula
SMP
productos
solubles
microbianos
Licor de mezcla
Flóculos
Difusión
eEPS
Proteínas
Carbohidratos
SMP
Proteínas
EPS
Carbohidratos
¿Cómo separar las EPS?
 ¿Cómo extraer las EPS?
eEPS
Métodos de extracción
eEPS
Hidrólisis
Célula
SMP
“e” de extraídas
Físicos
Químicos
Combinaciones
Difusión
Ácidos nucleicos (ADN)
 ¿Problemas?
1.
Extracción agresiva  Rotura membrana celular  Salida ácidos nucleicos
2.
Interferencias métodos extracción y métodos analíticos
 ¿Consecuencias?
¡¡¡Concentraciones erróneas Proteínas y Carbohidratos!!!
Métodos de extracción eEPS
productos
solubles
microbianos
Fango diluido a 1 g SSV/L
SMP
Centrifugación 12000 xg, 15 min, 4ºC
Resuspender los pellets con tampón Tris-HCl
Desechar el
sobrenadante
Centrifugación 12000 xg, 15 min, 4ºC
Métodos de Extracción
CER
Homogeneiz.
Ultra-turrax
4 min, 4ºC
8000 xg
Ultra-turrax
2 min, 4ºC
20000 xg
4 h 4ºC
70gCER/gVSS
800 rpm
0,5 % Triton X-100
Triton X-100
1 h, 4ºC
500 rpm
CER
70gCER/gVSS
1 h 4ºC
800 rpm
Centrifugación 15 min, 4 ºC, 20000xg
Triton X-100, 1 h,
Ultra-Turrax, 2
4ºC, 500 rpm
min, 4ºC, 20000 xg
70gCER/gVSS
1 h 4ºC, 800 rpm
Centrifugación 15 min, 4 ºC, 20000 xg
eEPS 1
eEPS 2
eEPS 2
eEPS 2
eEPS 1
Métodos de extracción eEPS
 Equipos
Centrífuga (12000 g 4ºC)
 CER
Ultraturrax 20000 g
 TRITÓN
Caracterización del licor de mezcla
 Parámetros químicos
Procesos de extracción de EPS contenidos en el licor de mezcla.
Características licor mezcla
Parámetros físicos
Parámetros químicos
EPS
SMP
e-EPS
Métodos extracción




H + CER
H1+2
TRITÓN 1 + 2
CER 1+2
Parámetros biológicos
Caracterización del licor de mezcla
 Parámetros químicos
Características licor mezcla
Parámetros físicos
Parámetros químicos
Parámetros biológicos
EPS
SMP
e-EPS
Métodos extracción
Métodos análisis
 PROTEÍNAS
 CARBOHIDRATOS
 ADN
Métodos analíticos
 Métodos analíticos
Método BCA
Proteínas
“ácido bicinconínico”
Método LOWRY
Carbohidratos
Método ANTRONA
Método DUBOIS
Método HS (0,2-100 ng)
ADN
Método BR (2-1000 ng)
Caracterización del licor de mezcla
 Parámetros químicos
Características licor mezcla
Parámetros físicos
Parámetros biológicos
Parámetros químicos
EPS
SMP
e-EPS
Métodos extracción
Influence of extraction
methods on proteins and
carbohydrates analysis from
MBR activated sludge flocs
in view of improving EPS
determination
Métodos análisis
 PROTEÍNAS
 CARBOHIDRATOS
 ADN
*SEPPUR 112 (2013) 1–10
Comparación métodos análisis y ópticos
 Parámetros químicos
Características licor mezcla
Parámetros físicos
Parámetros químicos
Parámetros biológicos
EPS
SMP
e-EPS
Métodos extracción
Métodos análisis
 PROTEÍNAS
 CARBOHIDRATOS
 ADN
Métodos Ópticos
 PROTEÍNAS
 CARBOHIDRATOS
 ADN
Métodos ópticos
 Protocolos de tinción
e-EPS
Referencia
bibliográfica
Proteínas
Carbohidratos
ADN
O. Nosyk, et al.
FITC,
l 490/510 nm
TRITC-Con A 0.1 g/L, l
505/543 nm
DAPI
l 350/470 nm
F.Y. Sun, X.M. et al
NanoOrange, l
560/585 nm
TRITC-Con A 0.25 g/L,
l 505/543 nm
SYTO 9, l
505/530 nm
Fijación células
(Formaldehido 3,7%)
Protocolos tinción
Tabla
Observación
muestras
Análisis
imagen
Programa Matlab
(Autor: Borrás)
Microscopio Olympus BX50F
Caracterización del licor de mezcla
 Caracterización biológica
Características licor mezcla
Parámetros físicos
Parámetros químicos
Parámetros biológicos
Viabilidad celular
 Kit: LIVE/DEAD © BaclightTM bacterial viability Mol. Probes
 Microscopio BX50F (Olympus) DP10 adquisición imágenes
 Programa BioImageL™ v. 2.1 análisis de las imágenes
¿Cómo controlar el ensuciamiento?
Operating Conditions
BIOFOULING
MIXED LIQUOR
BIOFILM
MEMBRANE
Promote
Quorum Quenching
Membrane
modification
MEMBRANE BIOREACTOR
¿Qué es el BIOFILM o BIOPELÍCULA?
¿Por qué se forma el BIOFILM?.....Quorum Sensing
¿Cómo controlar el ensuciamiento?
¿Qué es el Quorum Sensing (QS)?
 Interacciones entre diferentes poblaciones bacterianas
que forman la BIOPELÍCULA.
Autoinductores
N-Acyl homoserine
lactose (AHL)
¿Cómo evitar el Quorum Sensing?
...favoreciendo el Quorum Quenching…
¿Cómo controlar el ensuciamiento?
¿Qué es el Quorum Quenching (QQ)?
 La inhibición de las interacciones entre diferentes
poblaciones bacterianas que forman la BIOPELÍCULA.
¿Cómo favorecer el QQ?
 Para ello hay que indentificar y aislar los microorganismos
formadores de Biofilm y determinar las enzimas (acylase
enzyme) que inhiben el QS (QQ) para reducir la
BIOPELÍCULA.
Enzimas
Autoinductores
Enzimas
Conclusiones
 Los BRM se caracterizan por la calidad del agua depurada
en comparación con otras técnicas.
 Se trata de una técnica de alto coste por el elevado
consumo energético y el ensuciamiento de la membrana.
 La caracterización exhaustiva del licor de mezcla es el
primer paso a seguir para reducir el ensuciamiento de las
membranas y hacer del BRM una tecnología más
sostenible.
¡Gracias por su atención!