11:23 Elegir una tecnología de membranas inadecuada puede dar lugar a una mala calidad del agua, una rápida acumulación de sedimentos, un elevado consumo energético o una planta sobredimensionada. El problema es que, a menudo, los sistemas MBR y RO se consideran sistemas competidores. En la práctica, desempeñan funciones diferentes y, con frecuencia, funcionan mejor juntos.
La principal diferencia entre MBR y RO es que un El MBR combina procesos biológicos Tratamiento mediante filtración por membrana para eliminar la materia orgánica, la biomasa y los sólidos en suspensión de las aguas residuales. La ósmosis inversa (RO) utiliza presión y una membrana semipermeable para eliminar sales disueltas, iones y numerosos contaminantes de pequeño tamaño. El sistema MBR trata las aguas residuales mediante procesos biológicos; la ósmosis inversa (RO) purifica aún más el agua para su reutilización o para aplicaciones que requieren una alta pureza.
MBR frente a RO: ¿Cuál es la diferencia en el tratamiento de aguas residuales?
Un MBR, o biorreactor de membrana, es un proceso de tratamiento de aguas residuales que combina un reactor biológico de lodos activados con una barrera física de membrana. Los microorganismos descomponen los contaminantes biodegradables, mientras que la membrana del MBR separa el agua tratada de los lodos activados, las bacterias y los sólidos en suspensión.
La ósmosis inversa (RO) es un proceso de membrana impulsado por presión. Consiste en hacer pasar el agua a través de una membrana semipermeable de alta densidad, reteniendo así una gran parte de las sales disueltas, los iones, los metales y otros contaminantes de pequeño tamaño. RO Se utiliza en la producción de agua pura, la desalinización, los sistemas de agua de proceso, la preparación de agua de alimentación para calderas, la fabricación de productos electrónicos y la reutilización avanzada de aguas residuales.
Por lo tanto, estas dos tecnologías de tratamiento abordan problemas distintos relacionados con la calidad del agua:
| Tecnología | Función principal del tratamiento |
|---|---|
| MBR | Degradación biológica y separación sólido-líquido |
| RO | Eliminación de sales disueltas y pequeños contaminantes disueltos |
| MBR + ósmosis inversa | Tratamiento avanzado de aguas residuales y reutilización de agua de alta calidad |
La Agencia de Protección Medioambiental de EE. UU. (EPA) describe los MBR como sistemas que combinan un reactor biológico de crecimiento en suspensión con la eliminación de sólidos mediante filtración por membrana. La EPA también señala que los MBR pueden proporcionar un alto grado de eliminación de la demanda bioquímica de oxígeno, los sólidos en suspensión, las bacterias y, cuando están correctamente diseñados, los nutrientes.
Un sistema MBR típico recibe las aguas residuales cribadas en un tanque biológico. Se suministra aire para favorecer la actividad de los microorganismos que consumen los contaminantes orgánicos. En función de los objetivos del tratamiento, la planta puede incluir zonas anaeróbicas, anóxicas y aeróbicas para el control del nitrógeno y el fósforo.
A continuación, el licor mixto entra en contacto con un módulo de membrana de fibra hueca o de lámina plana. El agua atraviesa los poros de la membrana, mientras que los lodos activados y los sólidos en suspensión permanecen en el tanque biológico. El permeado recogido constituye el efluente del sistema MBR.
Un proceso MBR simplificado se desarrolla de la siguiente manera:
Aguas residuales sin tratar
↓
Cribado y estabilización
↓
Depósito de tratamiento biológico
↓
Aireación y separación por membranas
↓
Desinfección o tratamiento adicional
↓
Agua tratada o agua reutilizada
La membrana física sustituye al clarificador secundario que se utiliza en un sistema convencional de lodos activados. Esto permite que el proceso MBR retenga la biomasa independientemente del caudal de agua tratada y, a menudo, funcione con una mayor concentración de licor mixto.
El resultado es un diseño compacto que permite una separación estable entre sólidos y líquidos. Sin embargo, el proceso de tratamiento biológico sigue requiriendo una carga, una aireación, una edad de los lodos, una temperatura, un pH y un equilibrio de nutrientes adecuados, así como un pretratamiento adecuado.
Un MBR no es simplemente un depósito de filtración. Se trata de un sistema de tratamiento biológico controlado que se basa en la filtración por membranas.
La ósmosis inversa utiliza una bomba para generar presión en el lado del agua de entrada de un Membrana de ósmosis inversa. Las moléculas de agua atraviesan la membrana semipermeable, mientras que gran parte de la materia disuelta permanece en una corriente de rechazo concentrada.
El proceso genera dos flujos:
La EPA explica que la presión de la ósmosis inversa (RO) impulsa el agua a través de una membrana que retiene los contaminantes y permite el paso del agua tratada. A diferencia de la filtración convencional, este proceso también genera un flujo de rechazo concentrado que debe gestionarse.
Un sistema de ósmosis inversa (RO) habitual puede incluir:
La ósmosis inversa no se basa en microorganismos. Se trata de un proceso de separación física. Además, normalmente no se utiliza como primera etapa de tratamiento de las aguas residuales sin tratar ni de las aguas residuales industriales muy contaminadas.
Las partículas en suspensión, el aceite, los sólidos biológicos y las altas cargas orgánicas pueden obstruir rápidamente una membrana de ósmosis inversa. Por este motivo, la ósmosis inversa suele requerir un pretratamiento intensivo.
MBR frente a RO: ¿Cuál es la diferencia en el tratamiento de aguas residuales?
La principal diferencia entre el MBR y el RO radica en qué elimina cada proceso y cómo lo elimina.
AEl sistema MBR combina el tratamiento biológico mediante filtración por membrana. Los microorganismos consumen la contaminación orgánica biodegradable, mientras que la membrana retiene la biomasa y los sólidos.
La ósmosis inversa no degrada biológicamente la contaminación. En su lugar, la presión hace que el agua atraviese una membrana densa que retiene muchas sustancias disueltas.
| Punto de comparación | MBR | RO |
|---|---|---|
| Nombre completo | Biorreactor de membrana | Ósmosis inversa |
| Objetivo principal | Tratamiento biológico de las aguas residuales | Purificación y desalinización del agua |
| Mecanismo de accionamiento | Actividad biológica más filtración o succión | Separación por membrana a alta presión |
| Alimentación habitual | Aguas residuales municipales o industriales | Agua pretratada o efluente de MBR |
| Elimina los sólidos en suspensión | De forma muy eficaz | La ración ya debería contener muy pocos |
| Elimina los residuos orgánicos biodegradables | Sí, mediante tratamiento biológico | Algunos son rechazados, pero no se someten a un tratamiento biológico |
| Elimina las sales disueltas | Limitado | Sí |
| Elimina los iones de dureza | Limitado | Sí |
| Genera lodos biológicos | Sí | Sin lodos biológicos |
| Produce concentrado | Normalmente no es un concentrado de solución salina | Sí |
| Tipo de membrana habitual | Microfiltración o ultrafiltración | Membrana de ósmosis inversa de alta densidad |
| Presión de funcionamiento | Relativamente bajo | Más alto |
| Posición común | Etapa principal de tratamiento de aguas residuales | Fase de pulido avanzado |
| Principal riesgo de incrustaciones | Biomasa y deposición orgánica | Incrustaciones, sustancias orgánicas, coloides y bioincrustaciones |
Por lo tanto, estos sistemas no son sustitutos directos. Preguntarse si el MBR o la ósmosis inversa (RO) son “mejores” es como preguntarse si es mejor un reactor biológico o una unidad de desalinización. La respuesta correcta depende del agua de entrada y de la calidad requerida en la salida.
Un sistema MBR es muy eficaz para eliminar sólidos en suspensión, biomasa, turbidez y materia orgánica biodegradable. Con un diseño biológico adecuado, también puede eliminar nitrógeno y fósforo.
La barrera de membrana ayuda a evitar que los lodos activados y muchos microorganismos salgan junto con el agua tratada. Esto suele dar lugar a que el efluente del sistema MBR presente una menor turbidez y una calidad de sólidos en suspensión más estable que el efluente de un clarificador secundario convencional.
Sin embargo, una membrana MBR no elimina de forma eficaz todas las sales disueltas. El sodio, el cloruro, la conductividad, la dureza y muchas otras sustancias disueltas de pequeño tamaño pueden permanecer en el agua.
La ósmosis inversa se centra en estos contaminantes disueltos de menor tamaño.
| Parámetro de calidad del agua | Rendimiento del MBR | Rendimiento de RO |
|---|---|---|
| Sólidos en suspensión | Eliminación muy eficaz | Debe minimizarse antes de la RO |
| Turbidez | Una reducción muy considerable | Pulido adicional |
| Residuos orgánicos biodegradables | Eliminación biológica | Rechazo parcial de los compuestos restantes |
| Bacterias | Fuerte retención física | Barrera adicional |
| Sales disueltas | Retirada limitada | Eliminación completa |
| Conductividad | Normalmente, la reducción es mínima | Reducción significativa |
| Dureza | Limitado | Fuerte reducción |
| Iones de metales pesados | Depende de la forma y del tratamiento previo | A menudo, un fuerte rechazo |
| Nutrientes | Eliminación biológica cuando se diseña | Eliminación adicional de iones disueltos |
| Color | Variable | A menudo mejora tras el pretratamiento |
| Aceite y grasa | Debe controlarse | Nocivo para la membrana de ósmosis inversa |
La ficha informativa de la EPA sobre el sistema MBR indica que las membranas son eficaces para retener los materiales sólidos, pero que los componentes disueltos de las aguas residuales pueden requerir etapas de tratamiento adicionales. Esta es una de las razones principales por las que se instala un sistema de ósmosis inversa (RO) después del MBR en los sistemas avanzados de reutilización de agua.
Un proceso convencional de lodos activados utiliza un reactor biológico seguido de un tanque de sedimentación secundaria. El funcionamiento del tanque de sedimentación depende de que los lodos formen flóculos que se sedimenten correctamente.
Un MBR utiliza una membrana en lugar de basarse únicamente en la sedimentación por gravedad. Por lo tanto, una mala sedimentabilidad de los lodos tiene un efecto menos directo sobre los sólidos en suspensión del efluente.
Entre las principales ventajas de los biorreactores de membrana se pueden citar:
Estas ventajas hacen que una solución MBR resulte útil para hoteles, parques industriales, instalaciones municipales, fábricas de productos alimenticios, plantas farmacéuticas, explotaciones agrícolas, plantas en contenedores y proyectos con espacio disponible limitado.
No obstante, el tratamiento convencional con lodos activados puede seguir siendo adecuado cuando se dispone de terreno, los requisitos de vertido son moderados, los operadores tienen experiencia y los presupuestos del proyecto son ajustados.
El MBR también conlleva responsabilidades adicionales:
La EPA señala que los sistemas MBR requieren un pretratamiento, el control de las incrustaciones, la limpieza de las membranas, el lavado con aire y, en su caso, la sustitución de las membranas. Asimismo, recomienda un diseño cuidadoso para hacer frente a los caudales hidráulicos máximos.
MBR frente a RO: ¿Cuál es la diferencia en el tratamiento de aguas residuales?
A menudo se opta por un sistema MBR y RO cuando un proyecto debe convertir las aguas residuales en agua de proceso reutilizable.
El MBR elimina en primer lugar la contaminación biodegradable, la biomasa y las partículas en suspensión. A continuación, el sistema de ósmosis inversa (RO) elimina las sales disueltas y otros contaminantes disueltos restantes. Juntos, conforman un proceso de tratamiento en varias etapas.
Una planta de reutilización típica puede seguir esta secuencia:
Aguas residuales sin tratar
↓
Cribado y estabilización
↓
Pretratamiento de aceites, grasas o productos químicos
↓
Tratamiento biológico MBR
↓
Depósito de permeado MBR
↓
Pretratamiento por ósmosis inversa y dosificación de productos químicos
↓
Ósmosis inversa
↓
UV, EDI o pulido final
↓
Reutilización industrial o agua de alta pureza
Los sistemas MBR y de ósmosis inversa (RO) pueden combinarse para:
No se debe instalar un sistema de ósmosis inversa (RO) simplemente porque la idea de “agua de mejor calidad” resulte atractiva. Los ingenieros deben definir primero la conductividad, el total de sólidos disueltos, la dureza, el sílice, el boro, la materia orgánica, los patógenos y el estándar final de reutilización.
Si el uso final es el riego de jardines o la descarga de inodoros, puede ser suficiente con un efluente de MBR de alta calidad más desinfección. Si el agua se va a utilizar para calderas, fabricación de precisión o un módulo EDI, puede ser necesaria la ósmosis inversa (RO).
Ambos sistemas pueden ensuciarse, pero los mecanismos de ensuciamiento son distintos.
En un MBR, obstrucción de la membrana suele proceder de la biomasa, las sustancias poliméricas extracelulares, los coloides, las fibras, las grasas, el aceite, los depósitos inorgánicos y los sólidos adheridos a la superficie de la membrana o atrapados en sus poros.
Entre las medidas habituales para controlar las incrustaciones en los MBR se incluyen:
Un sistema MBR sumergido suele utilizar aire por debajo del módulo de membranas. Las burbujas que ascienden ayudan a limpiar la superficie de la membrana y a reducir la acumulación de sólidos. Esta aireación también contribuye al consumo energético de un sistema MBR.
Las obstrucciones en los sistemas de ósmosis inversa pueden incluir:
La protección del sistema de ósmosis inversa (RO) puede requerir un ajuste del pH, la dosificación de antiescalantes, la filtración mediante cartuchos, el uso de carbón activado, la ultrafiltración, el ablandamiento, la decloración u otros tratamientos previos.
Una lección clave de ingeniería es muy sencilla:
La limpieza de las membranas debe contribuir a un buen diseño, no compensar un pretratamiento deficiente.
Una limpieza frecuente puede reducir el tiempo de producción, aumentar el consumo de productos químicos, acortar la vida útil de las membranas y elevar los costes de explotación. El análisis del agua de alimentación y las pruebas piloto suelen resultar muy útiles en el caso de corrientes de aguas residuales complejas.
El consumo energético del sistema MBR procede principalmente de la aireación biológica, el lavado de membranas con aire, la recirculación interna, la extracción del permeado, la gestión de lodos y el bombeo.
El consumo energético de la ósmosis inversa se debe principalmente a la presión necesaria para impulsar el agua a través de la membrana. La presión requerida aumenta en función de la salinidad del agua de alimentación, el objetivo de recuperación, el estado de la membrana y el diseño del sistema.
A continuación se muestra una sencilla comparación:
| Factor de coste | MBR | RO |
|---|---|---|
| Aireación biológica | Coste importante | No aplicable |
| Limpieza con aire mediante membrana | Importante | No se suele utilizar |
| Bombeo a alta presión | Bajo o moderado | Coste importante |
| Productos químicos de limpieza | Obligatorio | Obligatorio |
| Eliminación biológica de lodos | Obligatorio | No lo produce la propia RO |
| Eliminación de concentrados | Limitado en el funcionamiento normal del MBR | Aspectos fundamentales a tener en cuenta |
| Sustitución de la membrana | Se requiere periódicamente | Se requiere periódicamente |
| Pretratamiento | Cribado y tratamiento específico para cada proceso | Es imprescindible un pretratamiento de alta calidad |
| Competencia del operador | Conocimientos sobre biología y membranas | Conocimientos sobre química y membranas |
Ninguno de los dos sistemas tiene un coste de funcionamiento único y universal. El coste depende del tamaño de la planta, la calidad del agua de entrada, la variación del caudal, los requisitos del efluente, el precio de la electricidad, los productos químicos, la tasa de recuperación, la superficie de membrana, el grado de automatización y la eliminación del concentrado.
Los ingenieros deberían comparar el coste del ciclo de vida en lugar de fijarse únicamente en el precio del equipo. Un sistema más barato que se atasca cada semana puede resultar muy caro en muy poco tiempo.
El proceso adecuado de tratamiento del agua comienza con los datos de laboratorio y un objetivo claro para el agua de salida.
Como mínimo, los ingenieros deberían revisar:
Un enfoque práctico para la selección es:
Una solicitud de presupuesto útil debería incluir algo más que el caudal requerido.
| Información sobre el proyecto | Ejemplo |
|---|---|
| Origen de las aguas residuales | Fábrica de teñido textil |
| Caudal medio | 1.000 m³/día |
| Flujo máximo | 60 m³/hora |
| DQO de la agua de entrada | Datos de laboratorio necesarios |
| Sólidos en suspensión | Datos de laboratorio necesarios |
| Conductividad | Datos de laboratorio necesarios |
| Toma de corriente necesaria | Reutilización del agua de proceso |
| Horario de apertura | 24 horas al día |
| Superficie útil disponible | Longitud × anchura × altura |
| Tipo de instalación | De obra, montadas sobre patines o en contenedores |
| Automatización | PLC y SCADA |
| Fuente de alimentación | Tensión, fase y frecuencia |
| Clima | Temperatura ambiente y del agua |
| Límites de descarga | Requisitos normativos locales |
| Documentación | PFD, P&ID, planos generales, manuales y certificados |
| Servicios | Instrucciones de instalación y puesta en marcha |
En el caso de las plantas de tratamiento de aguas residuales industriales complejas, rara vez basta con una sola muestra de agua. La calidad de las aguas residuales puede variar según el turno, el lote de producción, la estación del año o el ciclo de limpieza.
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Imaginemos una planta de fabricación que desea reducir el consumo de agua dulce. Su sistema de tratamiento convencional actual produce agua que cumple los requisitos básicos de vertido, pero el efluente sigue presentando una turbidez inestable, sales disueltas y un contenido orgánico variable.
Enviar esta agua directamente al sistema de ósmosis inversa provoca una obstrucción frecuente de la membrana. Los filtros de cartucho se obstruyen rápidamente. La limpieza se vuelve más frecuente y la producción del sistema de ósmosis inversa disminuye.
Una solución terapéutica más adecuada podría incluir:
El MBR proporciona agua de alimentación estable y con baja turbidez. A continuación, el sistema de ósmosis inversa (RO) reduce las sales disueltas. La planta puede reutilizar el agua resultante para lavados, refrigeración, apoyo a la producción u otros usos autorizados.
La lección es importante: la ósmosis inversa (RO) funciona mejor cuando el sistema de tratamiento previo la protege. El sistema MBR puede proporcionar una barrera biológica y física eficaz, pero el diseño global debe tener en cuenta igualmente la formación de incrustaciones, los compuestos orgánicos residuales, la sílice, la dureza y la eliminación del concentrado.
No de forma eficaz. Un MBR elimina la materia orgánica biodegradable, los sólidos en suspensión, la biomasa y muchos microorganismos. La mayoría de las sales disueltas atraviesan la membrana del MBR. Se requiere un proceso de ósmosis inversa (RO) u otro proceso de desalinización cuando es necesario reducir la conductividad o el TDS.
Normalmente, no debe utilizarse directamente sobre aguas residuales sin tratar. Los sólidos en suspensión, el aceite, la materia orgánica, los microorganismos y los residuos pueden obstruir rápidamente una membrana de ósmosis inversa. Las aguas residuales sin tratar deben someterse primero a un tratamiento físico, químico y biológico adecuado.
Puede ser un excelente punto de partida, ya que normalmente presenta niveles muy bajos de sólidos en suspensión y turbidez. No obstante, los ingenieros deben comprobar igualmente los compuestos orgánicos disueltos, la dureza, el sílice, los metales, la temperatura, el pH, el potencial de formación de incrustaciones y la actividad biológica.
Aunque los costes de equipamiento y energía del sistema MBR pueden ser más elevados, este proceso permite reducir las necesidades de terreno, prescindir de los clarificadores secundarios, mejorar la calidad de las aguas residuales y simplificar su reutilización. La mejor opción depende del coste del ciclo de vida y de los objetivos del proyecto.
Sí. El funcionamiento del MBR incluye el lavado con aire, la relajación, el retrolavado cuando sea necesario, la limpieza de mantenimiento y la limpieza de recuperación periódica. La frecuencia de la limpieza depende de la calidad de las aguas residuales, el caudal, el pretratamiento y el control operativo.
El concentrado debe descargarse, tratarse, evaporarse, reciclarse o gestionarse de acuerdo con la normativa local y las condiciones del emplazamiento. La gestión del concentrado debe tenerse en cuenta durante la fase de diseño inicial, y no una vez instalada la planta de ósmosis inversa.
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