Biorreactores de membrana aplicados al tratamiento de aguas residuales urbanasinfluencia de la utilización de oxígeno puro en la aireación del proceso

Resumen

Se plantea en esta tesis el comportamiento del oxígeno en reactores biológicos con la aplicación de membranas con la finalidad de poder aumentar la carga de entrada y la digestión de los fangos. Por tanto y como se ve este objetivo principal es la esencia del título que se ha planteado en el problema. Para alcanzar el objetivo planteado anteriormente, es imprescindible el alcanzar unos objetivos parciales que con su interrelación se llegue a conclusiones fundamentales para llevar a buen término el título de la tesis, estos objetivos secundarios son: ¿ Deducir los parámetros de diseño óptimos en el reactor de oxidación prolongada para una carga superior a los BRM con aire. ¿ Conocer el comportamiento de la digestión de los fangos con el oxígeno puro en función de la edad del fango (TRC) y tiempo de retención hidráulica (TRH). ¿ Estudiar la respuesta del comportamiento de las membranas por el uso del oxígeno puro. ¿ Establecer modelos matemáticos que reproduzcan con fiabilidad el proceso, en la eficacia global del proceso en la transferencia de oxígeno, así como para la depuración y comportamiento del Reactor. 2. DESARROLLO TEÓRICO 2.1. VARIABLES Se entiende como variable aquella magnitud, por tanto cuantificable, de influencia directa en el proceso estudiado y cuya causa de variación cuantitativa es ajena al sistema y sólo depende de hechos externos y sin influirse por el propio encadenamiento del sistema físico posterior. La existencia de una alta concentración de sólidos en suspensión en el licor mezcla, al menos con aireación, no lleva asociada una mayor cantidad de microorganismos que elimine más materia orgánica; si no que la microbiota es distinta produciendo la misma degradación de la DBO5 pero necesitándose mayor cantidad de aire. Esto fue estudiado y comprobado en la investigación anterior que desarrolló el grupo con aireación. Ahora bien, la aportación de oxígeno puro puede producir un efecto en los microorganismos y en la degradación de la materia orgánica diferente según los sólidos en suspensión que existan en el reactor biológico, y esta es la razón de comprobación del comportamiento de esta variable que como se ha indicado anteriormente va a ir variando en la puesta en marcha hasta alcanzar su estabilización. 2.2.1. TRH (Tiempo de Retención Hidráulica) El tiempo de retención hidráulico se define como el volumen del reactor dividido por el caudal de entrada, se obtiene una variable que nos da el tiempo medio que está el agua residual en el interior del reactor biológico. Se estudiará el comportamiento del sistema a distintos tiempos de retención hidráulica, parámetro directamente relacionado con el tiempo de contacto entre microorganismos y sustrato. 2.2.2. TRC (Tiempo de Retención Celular) El tiempo medio que permanece el fango en el interior del reactor biológico pudiéndose calcular como volumen de reactor entre caudal de purga. 2.2.3. MLSS (Sólidos en Suspensión en el Licor Mezcla) Sólidos en suspensión en el licor mezcla del reactor biológico, los incrementaremos o diminuiremos llegando al máximo aceptado por el fabricante de la membrana. Se establecerán distintos MLSS para ver como se comporta la planta tanto técnica como biológicamente. 2.2.4. MLSSV (Sólidos en Suspensión Volátiles en el Licor Mezcla) Cantidad de compuesto orgánico existente en las aguas residuales, determinante en el funcionamiento del reactor como digestor aeróbico. 2.2.5. Demanda Biológica de Oxígeno del influente La demanda biológica de oxígeno es una estimación indirecta de la cantidad de materia orgánica presente en las muestras de aguas residuales. Se puede definir como la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar por vía biológica los compuestos orgánicos biodegradables de una muestra de agua. 2.2.6. Demanda Química de Oxígeno del influente La DQO se considera una forma de estimar la materia orgánica presente en una muestra de agua, a través de la determinación por vía química de la cantidad de oxígeno necesario para oxidarla. 2.2.7. Sólidos en Suspensión del influente Los sólidos en suspensión son aquellas partículas presentes en el agua con un tamaño superior a 0,45 ¿m. Su determinación se basa en un proceso de separación sólido-líquido mediante filtración. 2.2.8. Sólidos en Suspensión Volátiles del influente Los sólidos volátiles son los sólidos de naturaleza orgánica y, por lo tanto, posiblemente degradables por acción biológica. Para obtenerlos se volatilizan los sólidos a 550ºC, y se cuantifican restando los no volátiles que quedan. 2.2.9. pH del influente Variable que da información de la acidez o basicidad del medio. El intervalo de concentración para la mayoría de las actividades biológicas es limitado, de ahí que haga falta tener controlado el pH para garantizar los procesos biológicos. 2.2.10. Conductividad del influente La conductividad es una expresión numérica de la capacidad de una solución para conducir la corriente eléctrica, la cual depende de la concentración total de iones y de la naturaleza de éstos, movilidad, valencia y concentraciones relativas, así como de la temperatura de medición. 2.2.11. Análisis de tamaño y distribución de partículas del influente El análisis de la distribución y tamaño de las partículas del influente indica la calidad del agua a tratar en cuanto a sólidos se refiere. 2.2.12. Nitrito, nitrato y amonio del influente Concentración de nitrógeno en estado de oxidación de nitrito, nitrato y reducido en forma de amonio. 2.2.13. Nitrógeno total en el influente Concentración de nitrógeno total en el agua residual a tratar global, es decir, en forma de nitrito, nitrato y amonio. 2.2.14. Coliformes totales, fecales y heterótrofos en el influente Los coliformes totales, fecales y heterótrofos del influente son parámetros microbiológicos que dieron una idea de la calidad del agua a tratar 2.3. PARÁMETROS Los parámetros son las medidas de comprobación analíticas o no del funcionamiento de la planta, siempre teniendo por norma el alcanzar los parámetros fijados a la normativa existente. Como se ha indicado anteriormente, las variables se refieren a las características de entrada o influente mientras que los parámetros se fundamentan en la salida. 2.3.1. Demanda Biológica de Oxígeno del efluente La demanda biológica de oxígeno es una estimación indirecta de la cantidad de materia orgánica presente en las muestras de aguas residuales. Se puede definir como la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar por vía biológica los compuestos orgánicos biodegradables de una muestra de agua. 2.3.2. Demanda Química de Oxígeno del efluente La DQO se considera una forma de estimar la materia orgánica presente en una muestra de agua, a través de la determinación por vía química de la cantidad de oxígeno necesario para oxidarla. 2.3.3. Sólidos en Suspensión del efluente Los sólidos en suspensión son aquellas partículas presentes en el agua con un tamaño superior a 0,45 ¿m. Su determinación se basa en un proceso de separación sólido-líquido mediante filtración. 2.3.4. Sólidos en Suspensión Volátiles del efluente Los sólidos volátiles son los sólidos de naturaleza orgánica y, por lo tanto, posiblemente degradables por acción biológica. Para obtenerlos se volatilizan los sólidos a 550ºC, y se cuantifican restando los no volátiles que quedan. 2.3.5. pH del efluente y licor mezcla Variable que da información de la acidez o basicidad del medio. El intervalo de concentración para la mayoría de las actividades biológicas es limitado, de ahí que haga falta tener controlado el pH para garantizar los procesos biológicos. 2.3.6. Conductividad del efluente y licor mezcla La conductividad es una expresión numérica de la capacidad de una solución para conducir la corriente eléctrica, la cual depende de la concentración total de iones y de la naturaleza de éstos, movilidad, valencia y concentraciones relativas, así como de la temperatura de medición. 2.3.7. Análisis de tamaño y distribución de partículas del efluente El análisis de la distribución y tamaño de las partículas del efluente indica la calidad del agua tratada en cuanto a sólidos se refiere, la existencia de ensuciamiento en la membrana y la existencia de fugas o roturas en las fibras de la membrana. 2.3.8. Nitrito, nitrato y amonio del efluente Concentración de nitrógeno en estado de oxidación de nitrito, nitrato y reducido en forma de amonio. 2.3.9. Nitrógeno total en el efluente Concentración de nitrógeno total en el agua residual a tratar global, es decir, en forma de nitrito, nitrato y amonio. 2.3.10. Oxígeno disuelto en el reactor biológico Concentración de oxígeno disuelto necesario para aportar las condiciones óxicas al sistema. 2.3.11. Temperatura Parámetro analizado en el reactor biológico cuya influencia en la capacidad de filtración y ensuciamiento de las membranas fue estudiado así como su influencia en el proceso biológico. 2.3.12. Presión Transmembrana Es un parámetro que se tuvo en cuenta para realizar las limpiezas de las membranas así como estudiar el comportamiento del sistema de membranas ante variaciones de carga. 2.3.13. Viscosidad Este parámetro de caracterización del licor mezcla se midió ya que se ha demostrado que tiene una alta influencia en la eficiencia de aireación del licor mezcla, así como en el ensuciamiento de las membranas. 2.3.14. Coliformes totales, fecales y heterótrofos en el efluente Los coliformes totales, fecales y heterótrofos del efluente son parámetros microbiológicos que dieron una idea de la calidad del agua a tratada y de la capacidad de eliminación que tienen los biorreactores de membranas, por tanto cuantifican el comportamiento como desinfectante.