Desarrollo de un biorreactor anaerobio de membrana cerámica de bajo consumo energético para el tratamiento de aguas residuales industriales de alta carga

• Autores: Luis Cortijo Garrido
• Directores de la Tesis: Carlos Manuel Negro Alvarez (dir. tes.), María Ángeles Blanco Suárez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Número de páginas: 191
• Tribunal Calificador de la Tesis: M. Concepcion Monte Lara (presid.), Rubén Miranda Carreño (secret.), Marc Delgado Aguilar (voc.), Ángel Fernández Mohedano (voc.), María Daphne Hermosilla Redondo (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología químicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense (pdf)
• Resumen
  • español

    La calidad de las aguas se ha convertido en uno de los mayores problemas del sector industrial. Por ello, las industrias están realizando grandes esfuerzos para alcanzar un uso sostenible del agua. De esta forma se podrá desligar el crecimiento empresarial del impacto ambiental causado por los vertidos. Y para ello, es necesario el desarrollo de tecnologías más eficaces que permitan alcanzar los nuevos compromisos.

    La industria alimentaria es uno de los sectores más relevantes a nivel europeo y nacional, y con uno de los mayores consumos de agua y generación de vertidos. Sus aguas residuales tienen elevada carga orgánica, por lo que se suelen tratar con sistemas aerobios convencionales por su mayor facilidad de operación y de adaptación a cambios en las características del agua. Estos permiten alcanzar una calidad del efluente apta para su vertido, pero cuando se tratan de aguas con altas cargas orgánicas los costes de operación, derivados principalmente de la aireación y de la generación de fangos, son muy elevados. En estos casos, los sistemas biológicos anaerobios son una alternativa muy atractiva para el tratamiento de vertidos muy biodegradables. Estos tienen menores costes de operación, menores requerimientos de nutrientes y menor generación de fangos, además pueden generar biogás con alta concentración de metano. Sin embargo, están menos extendidos a causa de su mayor complejidad de operación.

    En los últimos años, han comenzado a desarrollarse tecnologías capaces de superar los problemas mencionados. Entre estas tecnologías destacan los sistemas de biorreactores con membranas (BRM), una tecnología relativamente extendida para tratamientos aerobios, pero su implementación en tratamientos anaerobios es muy escasa. El principal inconveniente en un BRM es el ensuciamiento de las membranas por los sólidos del lodo y este se ve agravado con fangos anaerobios. Por tanto, la implantación de la tecnología BRM en condiciones anaerobias requiere del desarrollo de un equipo capaz de controlar el ensuciamiento de las membranas para poder alcanzar caudales de producción de permeado elevados y, a su vez, que permita una larga vida de operación de las membranas.

    El objetivo de la presente tesis doctoral es el estudio de un BRM anaerobio (BRMAn) con membranas cerámicas tubulares en el exterior del reactor para el tratamiento de aguas residuales de la industria alimentaria con una alta concentración de materia orgánica. La configuración del sistema de filtración tiene como finalidad conseguir un mayor control del ensuciamiento de las membranas y permitir una alta capacidad de recuperación del rendimiento de las membranas mediante limpiezas químicas. La viabilidad del tratamiento se demostró inicialmente a escala de laboratorio con aguas sintéticas e industriales y, posteriormente, a escala preindustrial con la instalación de un BRMAn en una planta de producción de snacks de maíz.

    El BRMAn consiguió depurar las aguas residuales eliminando más del 90 por ciento de la DQO, produciendo un efluente fácilmente degradable en el tratamiento aerobio existente en la planta actualmente sobrecargada. La implementación de un sistema BRMAn a escala industrial en la fábrica posibilitaría la ampliación de la planta de producción sin alterar la calidad del efluente final. El sistema consiguió mantener una alta concentración de sólidos con lo que se pudo alimentar una elevada carga orgánica al reactor. La degradación anaerobia generó un biogás con una concentración del 60 por ciento de metano, con el que se podría cubrir una parte importante del consumo energético del equipo BRM.

    En el sistema de filtración se trabajó con caudales de permeado de 40 LMH de forma estable con bajas presiones transmembrana durante largos periodos de operación sin que se produjera ensuciamiento en las membranas, gracias al control de la concentración de SS y a la implantación de un sistema de contralavado periódico para eliminar parte del ensuciamiento formado sobre membranas

  • English

    Water quality is becoming one of the greatest problems in the industry. Therefore, in the last years the industrial sector is making great efforts to achieve the integral, sustainable use of the water resources that includes the water-energy-alimentation-health nexus. Likewise, this tendency is accompanied by an increasingly restrictive legislation on the consumption of water resources and on the water quality disposed of in the environment. It becomes therefore necessary to develop new technologies to embrace these new environmental commitments. Among the different industrial sectors, food industry is one of the most relevant at European and Spanish level and, in turn, one of the productive activities with higher water consumption and wastewater generation. Given that wastewaters produced in the food industry usually exhibit high biodegradable organic content, these waters are usually treated by conventional biological methods. Biological treatments normally applied are aerobic processes due to their greater ease of operation and their capacity of adaptation to changes in the water streams. Although aerobic treatments are able to complete the degradation up to the legal limits, their operating costs can rise significantly when treating highly loaded wastewater due to the bioreactor aeration needs and large quantities of sludge they generate. Biological anaerobic treatments represent a very attractive alternative for the treatment of highly loaded biodegradable streams, especially due to the possibility of generating a biogas with high concentration of methane with the degradation of organic matter. In addition, these systems have lower operating costs because it is not necessary to aerate the reactors while they also present lower requirements of nutrients and less generation of sludge. However, anaerobic treatments are less widespread because of their greater operational complexity and the slower growth rate of the anaerobic microbiota involved in the digestion process, which implies high retention times for the treatment of heavily loaded water...