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Un nuevo sistema de control del aire en biorreactores de membranas permite un ahorro energético del 20%


La nueva tecnología, desarrollada en la tesis de la investigadora del grupo de investigación LEQUIA de la Universitat de Girona (UdG) Giuliana Ferrero, ha derivado en una patente de la cual la UdG tiene la mitad de los derechos. El resto pertenecen a la empresa OHL Medio Ambiente Inima, S.A.U.

La legislación cada vez más restrictiva respecto a la conservación de las masas naturales de agua y a la eliminación de contaminantes, que afecta al tratamiento de aguas residuales industriales y domésticas, ha sido el principal motivo hasta la fecha para instalar biorreactores de membrana (MBR, de las palabras en inglés Membrane BioReactor). La tecnología MBR permite obtener efluentes de gran cualidad con concentraciones muy bajas de sólidos en suspensión y se convierte en una excelente fuente de agua regenerada. Otras razones que han permitido el desarrollo de la tecnología MBR son la escasez de agua, la disminución de los costes de instalación hasta valores próximos a un tratamiento convencional en terciario, el menor impacto ambiental y la aceptación pública y política de la tecnología.

Diferentes innovaciones tecnológicas, así como la reducción significativa del coste de las membranas, ha hecho posible que los MBR se hayan convertido en una opción tecnológica consolidada para el tratamiento de aguas residuales y ha permitido un crecimiento exponencial en la instalación de plantas de MBR desde mediados de los años 90. El mercado europeo continua siendo uno de los más importantes, ya que representa el 21% del negocio total de los MBR.

Competitividad
La tecnología, no obstante, todavía no se puede considerar competitiva si se compara con los sistemas de tratamiento convencionales con barros activos a causa del consumo de aire más elevado, necesario para la limpieza física de las membranas. Buena parte de la actividad actual de la investigación en este campo se centra en intentar minimizar los costes de la operación, enfocando la atención principalmente en el diseño de módulos de membrana energéticamente más eficientes y, en algunos casos, dirigida a soluciones comerciales destinadas a la reducción del aire para la limpieza de membranas.

Algunas de las publicaciones más importantes se encuentran en la bibliografía de patentes. No obstante, todavía existe una necesidad de sistemas robustos de control capaces de reducir los requerimientos de aireación de las membranas manteniendo un rendimiento de filtración óptimo. La aireación de las membranas, como un factor clave en los costes de operación de los MBR, es un aspecto fundamental de esta tesis. El trabajo incluye el desarrollo y la implementación de un nuevo sistema de control robusto basado en las tendencias de la permeabilidad y, al mismo tiempo, capaz de reducir la aireación de forma proporcional al flujo de permeabilidad.

Experimentación
Se ha seleccionado la permeabilidad como el parámetro clave para comparar directamente los cambios temporales en el funcionamiento de las membranas. La presión trans membrana y el flujo se miden cada 10 segundos y, entonces, la permeabilidad se calcula automáticamente. La señal de los datos recogidos en línea se filtra adecuadamente mediante diversos algoritmos matemáticos. El algoritmo de control compara diariamente una tendencia a corto plazo de la permeabilidad con una tendencia a largo plazo de la misma, y se aplica una acción de control proporcional al coeficiente de las dos tendencias, sin exceder nunca el cabal de aireación recomendado por los fabricantes de membranas.

El sistema de control basado en el funcionamiento de las membranas se ha desarrollado y validado parcialmente a escala piloto con diferentes configuraciones de membrana (de fibra vacía y planas) consiguiendo un ahorro de energía cercano al 20%. La planta piloto a escala semi industrial ha operado durante casi dos años en dos plantas depuradoras reales en Catalunya, en la estación depuradora de aguas residuales (EDAR) de El Vendrell y en el EDAR de Granollers, las dos bajo la supervisión de la empresa OHL-Medio Ambiente INIMA S.A.U. en el momento en que se realizó el estudio.

Se probaron diferentes condiciones de operación, como por ejemplo con un flujo de permeabilidad constante y variable, al mismo tiempo que, manualmente o automáticamente, se modificó la consigna de aire por membranas. Los resultados de la experimentación se han utilizado para desarrollar el concepto de un sistema innovador de control de la aireación de membranas, el cual es una parte fundamental de un sistema de control basado en un conocimiento más ambicioso y complejo. La eliminación biológica de nutrientes se ha monitorizado durante todo el estudio y se ha demostrado que el sistema de control desarrollado no interfiere para nada con los rendimientos de depuración. Los estudios que actualmente se llevan a cabo incluyen una validación a escala real del sistema de control desarrollado, concretamente, en el EDAR de la Bisbal d’Empordà (Girona).


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