MBR versus MBBR: la “paradoja del MLSS” y su impacto en la huella de la planta de tratamiento

En el sector del tratamiento avanzado de aguas residuales, los biorreactores de membrana (MBR) y los reactores de biopelícula de lecho móvil (MBBR) son dos de las tecnologías más destacadas. Sin embargo, cuando los ingenieros y diseñadores comparan sus parámetros básicos, específicamente Sólidos suspendidos en licores mixtos (MLSS) —A menudo se topan con una “paradoja” contraria a la intuición.

Los sistemas MBR suelen funcionar a concentraciones muy altas de MLSS (8000 a 12 000 mg/l), mientras que los sistemas MBBR parecen funcionar a concentraciones mucho más bajas en la fase líquida.

Este artículo decodifica por qué existe esta diferencia, explora el cambio fundamental del crecimiento suspendido al crecimiento adjunto y utiliza un análisis de 500 m ³ /día de estudio de caso para demostrar cómo estas diferencias biológicas impactan directamente la huella física y el diseño de una planta de tratamiento.

Parte 1: Decodificar la diferencia biológica (la "paradoja del MLSS")

La causa fundamental de la disparidad de MLSS radica en la forma fundamental en que estas dos tecnologías albergan su fuerza laboral microbiana.

1. MBR: alto MLSS mediante retención física

El principio básico: “Sólo sale el agua, el lodo se queda”.

Los sistemas MBR utilizan membranas con tamaños de poro extremadamente pequeños (normalmente alrededor de 0,04 µ m) para la separación sólido-líquido. La membrana actúa como una barrera perfecta; El agua limpia penetra, pero las bacterias y los flóculos de lodo quedan completamente retenidos dentro del biorreactor.

Como los lodos no pueden escapar, los operadores pueden "cultivar" concentraciones extremadamente altas de lodos activados.

• Analogía: Piense en un tanque MBR como un plaza llena de gente . Para manejar una mayor carga de trabajo (contaminantes), los ingenieros meten a la fuerza de 3 a 4 veces más trabajadores (bacterias) de los que un sistema convencional podría soportar.

2. MBBR: MLSS de bajo líquido mediante crecimiento adjunto

El principio básico: la fuerza laboral está en las “casas” (medios de comunicación), no en la calle (agua).

La tecnología MBBR se basa en la Proceso de crecimiento adjunto . Los agentes de tratamiento primario son microorganismos que se adhieren a las superficies protegidas de soportes de plástico suspendidos (medios), formando una estructura robusta. biopelícula .

Si mide los sólidos suspendidos en la fase líquida de un tanque MBBR, el MLSS suele ser bajo (2000–4000 mg/L), similar al lodo activado convencional. Sin embargo, esto es engañoso. El verdadero poder de tratamiento del sistema reside en la biomasa adherida al medio. Cuando se tiene en cuenta esta biopelícula, la “Biomasa equivalente” de un MBBR es muy alto, a menudo comparable al MBR.

• Analogía: MBBR se trata de construir alta densidad vivienda para bacterias. El agua en las “calles” es relativamente clara porque la mayoría de la población trabaja dentro de sus “casas”.

Resumen de diferencias biológicas

Estos distintos enfoques dictan diferentes enfoques operativos:

Parte 2: De la biología a la huella (A 500 m ³ Estudio de caso)

¿Cómo se traducen estas diferencias biológicas en la realidad física? Los resultados suelen ser sorprendentes.

Para ilustrar esto, simulamos un diseño comparativo para una planta de tratamiento de aguas residuales municipal con una capacidad de 500 toneladas/día (500 m ³ /d) .

1. Resultados de la comparación del cálculo

Como se muestra en la siguiente tabla, el volumen civil total requerido para los dos sistemas difiere significativamente, principalmente debido al requisito de aclaración.

2. Análisis de las diferencias de diseño

MBR: Poner la planta en una “caja”

MBR logra una compacidad extrema al integrar la separación en el tanque biológico.

• Sin clarificador secundario: Los clarificadores tradicionales ocupan una superficie importante. Básicamente, MBR "elimina" todo este paso del proceso utilizando membranas.
• La compensación: Si bien se minimizan las obras civiles, MBR requiere una inversión significativa en equipos electromecánicos, incluidos patines de membrana, bombas de retrolavado complejas, sistemas de limpieza química (CIP) y compresores de aire de alta potencia alojados en una gran sala de equipos.

MBBR: un “corazón” poderoso con “miembros” convencionales

MBBR utiliza un reactor biológico altamente eficiente seguido de una separación tradicional.

• Reactor eficiente: Debido a que la biopelícula en el medio contiene una gran cantidad de biomasa activa, la eficiencia de eliminación de DBO es muy alta, lo que resulta en un biorreactor compacto (sólo 60 m ³ en este ejemplo).
• La necesidad de llegar a un acuerdo: MBBR es un proceso continuo en el que la biopelícula envejecida "se desprende" naturalmente del medio hacia el agua. Por lo tanto, el efluente debe pasar por un clarificador de alta eficiencia (como un sedimentador de tubos o DAF) para separar estos sólidos; de lo contrario, el efluente final no cumplirá con los estándares de descarga de sólidos suspendidos.

Guía de conclusiones y selección.

La elección entre MBR y MBBR no se trata de qué tecnología es “mejor”, sino de qué conjunto de compensaciones se adapta mejor a las limitaciones específicas del proyecto.

Elija MBR cuando:

• El espacio es la principal limitación: Ideal para plantas subterráneas urbanas, sótanos de hoteles u hospitales donde los precios del suelo son exorbitantes.
• Se requiere una reutilización de alta calidad: El efluente se ultrafiltra, con SS casi cero, lo que lo hace adecuado para su reutilización directa no potable.

Elija MBBR cuando:

• La simplicidad operativa es primordial: El cliente prefiere un sistema resistente que no requiera monitoreo diario de la presión transmembrana ni regímenes de limpieza de membranas.
• Es un proyecto de modernización: A menudo, los medios se pueden agregar simplemente a los tanques de aireación existentes para aumentar la capacidad sin grandes obras civiles.
• La calidad del afluente fluctúa: La estructura de la biopelícula hace que MBBR sea altamente resistente a cargas de choque, comunes en aplicaciones industriales.

Preguntas frecuentes: selección y funcionamiento de MBR frente a MBBR

1. Economía: ¿Qué sistema es más rentable?

Depende de cómo se mida el costo (capital versus operativo):

• CAPEX (Costo inicial): MBBR es generalmente más barato. Las membranas MBR son productos de precisión costosos. Sin embargo, si los precios de la tierra son extremadamente altos, los ahorros en obras civiles de MBR podrían compensar el costo del equipo.
• OPEX (costo de funcionamiento): MBBR es significativamente más barato. MBR requiere un alto consumo de energía para el lavado con aire (para mantener limpias las membranas) y agentes de limpieza químicos regulares. MBBR tiene menores demandas de energía y no tiene costos químicos para la etapa biológica.

2. Vida útil: ¿Con qué frecuencia debo reemplazar los componentes principales?

• Membranas MBR: normalmente 5 a 8 años dependiendo de la marca y la calidad del agua. Reemplazar las membranas es un gasto de capital importante.
• Medios MBBR: normalmente 15 a 20 años . El medio de plástico HDPE es extremadamente duradero y rara vez necesita reemplazo, sólo “recargas” ocasionales si se pierde alguno.

3. Mantenimiento: ¿Cuál es más difícil de operar?

• MBR: Requiere Operación calificada . Los operadores deben monitorear la presión transmembrana (TMP), administrar el retrolavado automático y realizar limpieza química in situ (CIP) con ácidos/cloro. Si la membrana se obstruye, la planta se detiene.
• MBBR: Requiere Bajo mantenimiento . Es un proceso autorregulado. El mantenimiento principal consiste en revisar las rejillas de retención (para garantizar que el medio no se escape) y el sistema de aireación. Es mucho más indulgente con los errores del operador.

4. Pretratamiento: ¿Necesito pantallas finas?

• MBR: SÍ, Crítico. Necesita pantallas muy finas (tambores de 1 mm a 2 mm) para evitar que el cabello y la suciedad dañen u obstruyan las membranas. Un tratamiento previo deficiente mata los MBR.
• MBBR: Estándar. Los tamices estándar gruesos o medianos (3 mm - 6 mm) suelen ser suficientes, principalmente para evitar la obstrucción de las rejillas de retención.

5. Modernización: ¿Puedo actualizar mi tanque existente?

• MBBR: Excelente candidato. A menudo, puede simplemente verter el medio en un tanque de aireación existente (hasta un índice de llenado del 60-70%) para aumentar su capacidad de tratamiento sin construir tanques nuevos.
• MBR: Difícil. La conversión de un tanque estándar a MBR generalmente requiere modificaciones civiles importantes para instalar patines de membrana y construir una nueva sala para las bombas y los sopladores.

6. Eliminación de nitrógeno: ¿cuál es mejor?

Ambos pueden lograr una alta eliminación de nitrógeno, pero MBBR A menudo se prefiere para la desnitrificación especializada. La estructura de la biopelícula permite la existencia de "capas anóxicas" en lo profundo de la biopelícula incluso en un tanque aireado (Nitrificación y Desnitrificación Simultánea - SND), lo que puede ser muy eficiente.

7. Clima frío: ¿Cómo se comportan en invierno?

• MBBR Tiende a ser más resistente en agua fría. La biopelícula proporciona un "hogar protector" para las bacterias, haciéndolas menos susceptibles a las caídas de temperatura en comparación con el lodo suspendido.