Las ventajas del MBR son claras, pero pueden no ser rentables en todos los casos
En el tratamiento de efluentes, el biorreactor de membrana (MBR) es un híbrido de procesos de tratamiento biológico y de membrana que se ha vuelto cada vez más popular debido a su calidad superior de efluente y su pequeña huella. Si bien las ventajas son inconfundibles, MBR puede no ser la mejor opción en todos los casos. Los gastos de capital y los gastos operativos pueden ser más altos debido a los costos de las membranas, el mantenimiento de las membranas y el mayor consumo de energía. Afortunadamente, los costos han bajado y los nuevos modos de entrega de infraestructura han intervenido para hacer que MBR sea financieramente viable para un mercado muy expandido.
Los costos de MBR, en relación con los de los procesos tradicionales de lodos activados, alguna vez limitaron su adopción a proyectos más pequeños, pero esa dinámica ha cambiado debido a la caída de los costos de membrana y los menores requisitos de energía de MBR. Esto, junto con una tendencia global hacia una regulación ambiental más estricta, está favoreciendo cada vez más a MBR. Hoy en día, muchas plantas municipales de MBR con caudales diarios máximos superiores a 25 millones de GPD (100 millones L/d) salpican el mapa. ¿Cuándo exactamente inclinan la balanza las ventajas de MBR?
Alta Calidad de Efluentes de MBR
Cuando se requiere una calidad superior, los MBR producen un efluente de claridad excepcionalmente alta. En comparación con las plantas de lodos activados convencionales, el efluente de MBR presenta concentraciones de patógenos significativamente reducidas, menores sólidos suspendidos totales (SST), menor demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y menor fósforo. Se puede descargar de forma segura en ecosistemas sensibles. Y el proceso genera menos lodos.
Como parte integral de un programa de recuperación de agua, el efluente MBR se puede utilizar para riego urbano o agrícola, descarga de inodoros o muchas otras aplicaciones no potables. El efluente producido por MBR es de tan alta calidad que cumple con los marcos regulatorios más exigentes, y algunos sistemas de reúso potable directo lo incluyen como etapa de tratamiento, reemplazando procesos como la microfiltración y la ultrafiltración.
Los MBR han tenido éxito tanto en aplicaciones industriales como en aplicaciones municipales, especialmente para arroyos con cargas orgánicas que son fácilmente biodegradables, lo que explica por qué la industria de alimentos y bebidas ha adoptado ampliamente MBR. Debido al largo tiempo de retención de sólidos del MBR, que aumenta la eficacia del tratamiento biológico, también se ha aplicado con éxito a las aguas residuales farmacéuticas, los lixiviados de los vertederos y otras corrientes de efluentes que son difíciles de biodegradar.
Muchos organismos reguladores tienen una postura positiva sobre los proyectos de MBR. La subsidiaria de Texas de Seven Seas AUC Group, por ejemplo, ha señalado que la Comisión de Calidad Ambiental de Texas tiende a acelerar los permisos de proyectos de MBR, completándolos en una cuarta parte del tiempo que tardan los proyectos convencionales en pasar por el proceso.
Tratamiento de efluentes que ahorra espacio
Los sistemas MBR son más compactos que los procesos tradicionales de tratamiento de efluentes porque reemplazan el voluminoso clarificador con un módulo de membrana. Las membranas avanzadas rechazan los sólidos en suspensión, haciendo el trabajo de un clarificador pero en mucho menos espacio. Un tiempo de retención de sólidos prolongado también significa una biomasa más concentrada, por lo que los sólidos pueden estar contenidos en menos espacio.
La huella más pequeña de MBR puede ser una ventaja cuando se necesita una actualización pero no se puede ampliar un edificio, o los lugares donde el espacio apremia. Además, los sistemas MBR no solo ocupan menos espacio, sino que generan menos ruido y olor que los procesos tradicionales.
Lugares donde MBR puede no ser ventajoso
La principal desventaja de los reactores MBR es que suelen costar más que los sistemas tradicionales, tanto en términos de desembolso de capital inicial como de costos de operación y mantenimiento a largo plazo. En jurisdicciones donde los estándares de calidad ambiental pueden ser cumplidos adecuadamente por procesos convencionales o donde no hay limitaciones de espacio, el MBR puede ser un gasto innecesario.
Los poros microscópicos de las membranas MBR también tienden a obstruirse debido a la suciedad de la membrana. Las corrientes de aguas residuales que contienen aceite libre, ya sea vegetal o mineral, pueden ser un desafío para el MBR, y es posible que se necesite un pretratamiento con una separación de placas separada o una etapa de flotación por aire disuelto para proteger las membranas de las incrustaciones. Sin embargo, agregar etapas adicionales puede aumentar el costo y anular la ventaja de la pequeña huella de MBR. Las membranas de reemplazo pueden ser bastante costosas.
Los MBR también tienen requisitos de energía relativamente altos debido a varios factores. Se requiere una compresión de aire que consume mucha energía para la difusión de burbujas finas que suministra oxígeno disuelto a las bacterias heterótrofas. También se requiere energía para bombear lodos dentro del sistema, y el permeado (agua tratada) también requiere bombeo. El calentamiento y el bombeo de los agentes de retrolavado y limpieza aumentan los costos de energía, al igual que el equipo de control de procesos y el funcionamiento de los instrumentos.
El MBR es un proceso complejo y técnicamente exigente, y la viabilidad económica y operativa del MBR para cualquier escenario dado debe sopesarse en consulta con expertos en tratamiento de efluentes con experiencia.
Superación de las desventajas del MBR
Si bien el CAPEX/OPEX puede ser mayor para MBR, su huella más pequeña y su efluente superior a menudo compensan el gasto al reducir la necesidad de etapas de construcción y tratamiento adicionales. Además, el ensuciamiento de la membrana MBR se puede manejar con mantenimiento y limpieza regulares.
Para muchas entidades, puede ser desalentador considerar el mayor desembolso de capital y un compromiso significativo con el mantenimiento a largo plazo para un proceso técnicamente exigente que requiere personal especializado. Sin embargo, se han desarrollado nuevos modos de administración de MBR para abordar estas preocupaciones vitales.
Seven Seas Water Group es el original y el mejor en acuerdos Water-as-a-Service® (WaaS®) que eliminan la barrera de CAPEX con asociaciones público-privadas, y acuerdos de construir-poseer-operar (BOO) y construir-poseer-operar-transferir (BOOT). Los acuerdos de Planta de arrendamiento también están disponibles. Seven Seas también compra y actualiza las plantas existentes MBR y las opera. Los clientes de WaaS® solo tienen que pagar por los servicios de aguas residuales; Seven Seas se encarga del resto, incluidos todos los costos operativos y la responsabilidad de la seguridad, el medio ambiente y el cumplimiento normativo.
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Crédito de imagen: romanzaiets/123RF
Dr. Amir Ghobadi is a water and wastewater process engineer with over a decade of experience. His expertise includes unit operations, primary, secondary, and tertiary treatment systems, with a focus on membrane filtration and membrane bioreactor (MBR) systems. Dr. Ghobadi holds a Ph.D. in Environmental Engineering and is a certified Professional Engineer. He has developed innovative treatment solutions for industrial and municipal applications, leveraging his deep technical knowledge and commitment to advancing water treatment technologies.