Ficha Técnica Manual

Culturalmente,
Degrémont
tiene
por
costumbre compartir la pasión que sus
colaboradores manifiestan por las actividades
del agua con el público.
Como complemento del Manual Técnico,
Degrémont publica la "Fichas Técnicas” para
conocer mejor las diferentes técnicas disponibles y para
descubrir las novedades y los grandes avances tecnológicos.
Las Fichas Técnicas Manual Técnico
del Agua Degrémont
Aguas residuales urbanas
UltragreenTM
Proceso biológico
CLARIFICACIÓN POR MEMBRANAS
AGUAS RESIDUALES URBANAS
Clarificación
EN
Al igual que en el tratamiento de aguas para la producción de
agua potable, la técnica de separación por membranas para
el tratamiento de aguas residuales urbanas constituye una
barrera física real para las impurezas y gérmenes patógenos.
Para un mismo objetivo de calidad de agua, las membranas
permiten reemplazar varias etapas de tratamiento convencional.
La compacidad de los procesos por membranas permite
construir plantas con baja superficie ocupada y los procesos
modulares se pueden instalar en una amplia gama de tamaños
de planta.
—> Las membranas de ultrafiltración
Se llama membrana a todo material que, desarrollado en forma
de películas delgadas (0,05 mm a 2 mm), tiene la propiedad
de ofrecer una resistencia selectiva al paso de los diferentes
componentes de un fluido líquido o gaseoso y, por tanto, de
permitir la separación de ciertos elementos (partículas, solutos o
disolventes) presentes en ese fluido.
Las membranas de ultrafiltración con un tamaño de poro
comprendido entre 1 y 100 nm permiten pasar las sales
minerales y las moléculas orgánicas de bajo peso molecular;
no retienen más que los solutos más gruesos (macromoléculas)
y los elementos como virus, bacterias y coloides... Garantizan
la eliminación total de las materias en suspensión (MES)
responsables de la turbidez, sin modificar la composición salina
del agua.
Filtración por membranas
donde siempre es posible una fuga de materias en suspensión
y el consiguiente riesgo de desnitrificación.
Además, la calidad del agua tratada es
independiente de las variaciones de cargas
hidráulicas.
Durante la clarificación por membranas,
a concentración y presión constantes, se
produce una disminución de flujo con el tiempo que puede llegar
hasta un bloqueo completo de la membrana: es el fenómeno de
colmatación.
La colmatación es debida a la formación de un depósito de
coloides en la superficie de la membrana, a la adsorción de
solutos variados en los poros y también a la formación de
precipitados sobre la membrana (sulfato férrico, por ejemplo).
El primer fenómeno es, en gran parte, reversible mediante
retrolavado (operación que consiste en invertir las presiones
para volver a pasar el agua producto a través de la membrana y
así despegar el depósito) o mediante barrido (« relajación ») de la
superficie de la membrana sin filtración. Por contra, la adsorción
o la formación de precipitados son a menudo insensibles al
retrolavado o a un aumento de velocidad de barrido; solo un
tratamiento químico apropiado permite, en esos casos, limpiar
la membrana.
—> Estructura de las membranas
En el campo de la separación por membranas de ultrafiltración,
las unidades de separación llamadas «módulos» que se utilizan
para membranas están diseñadas para cumplir dos objetivos:
-
ensamblar las membranas en módulos compactos, es
decir, en módulos que presentan un máximo de superficie de
intercambio por unidad de volumen ;
- asegurar una circulación suficiente del líquido a tratar para
limitar los depósitos de partículas.
Dentro de la clarificación de aguas
residuales, se distinguen, principalmente,
dos tipos de módulos: :
Los niveles de rechazo obtenidos son muy elevados, cumpliendo
con las normativas más estrictas, incluyendo las «aguas
de baño» (Directiva Europea), y permiten anticiparse a las
evoluciones futuras.
La barrera física que crean las membranas permite controlar la
filtración y la calidad de los vertidos de MES, al contrario que
en una separación dinámica en un tanque de clarificación,
•M
ódulos de membranas de fibra
hueca
Las fibras huecas, de diámetro 0,6 a 2 mm,
se producen por extrusión del material
de las membranas a través de canales
anulares. Su estructura le permite resistir
unas presiones internas o externas
suficientes para su uso. A continuación,
estas fibras se reagrupan en módulos fáciles de retrolavar. En
tratamiento de aguas residuales, la circulación del fluido a tratar
se hace en el exterior de las fibras y la recogida del permeado
en uno o en los dos extremos de las fibras. Los módulos están
directamente sumergidos en el agua a tratar y el filtrado es
aspirado a través de la fibra, sometiéndola a un vacío parcial (0,2
a 0,6 bar o 20.000 a 60.000 Pa).
• Módulos de membranas planas
En este caso, la membrana se apoya sobre las dos caras de una
estructura plana que sirve de soporte central. El fluido a tratar
circula entre las membranas
de dos placas adyacentes.
El espesor de la película de
líquido entre las placas es del
orden de 7 mm. El permeado
se recoge por vacío en las
ranuras de las placas. Estas
placas aseguran, al mismo
tiempo, el soporte mecánico
de las membranas y el
drenaje del permeado. Las
placas que soportan las membranas están también ensambladas
en módulo compactos. La disposición de los módulos permite la
circulación en paralelo. Grupos de unidades de hasta 140 m² de
superficie pueden constituirse de esta manera.
—> Ejecución de los Biorreactores de membranas
(BRM)
Las membranas de ultrafiltración pueden reemplazar a los
clarificadores de cultivos libres o mixtos, aerobio o anaerobio
para separar flóculos y bacterias no floculadas del agua tratada.
La aplicación de Biorreactores de membranas permite combinar
la degradación de la contaminación por la actividad biológica
y la filtración a presión en las unidades compactas.
Además de la calidad excepcional de los vertidos, la alta
compacidad de los BRM constituye una ventaja decisiva de
esta tecnología, especialmente en situaciones con problemas de
ubicación y de obra civil.
La clarificación por BRM presenta las siguientes ventajas:
• la certeza de conseguir una clarificación perfecta, sea cual
sea la calidad del fango y su índice de fango, puesto que las
membranas pueden retener incluso las bacterias no floculadas
y producir un efluente sin materias en suspensión (turbidez <
1 NTU) ;
UltragreenTM
—> Presentación del proceso
Ultragreen™ es un proceso Degrémont de tratamiento de aguas
residuales que combina la eliminación de contaminación en un
tratamiento biológico y una clarificación por membranas de
ultrafiltración planas.
Tras un tamizado fino, las aguas a depurar son enviadas a un
reactor donde entran en contacto con una masa bacteriana
que realiza la depuración. Las membranas están sumergidas
dentro del licor biológico en un depósito separado. El licor
biológico es filtrado por aspiración a través de las membranas de
ultrafiltración con ayuda de una bomba o por efecto de la carga
hidráulica sobre las membranas. Las membranas sustituyen,
por tanto, a la clarificación tradicional y a una eventual
filtración terciaria. El licor biológico se recircula desde el
segundo depósito al primero.
Ultragreen™ funciona por ciclos de filtración/relajación.
• la desinfección del efluente ( ausencia de patógenos, tales
como huevos de helmintos, bacterias y ciertos virus);
• el posible aumento de concentración de biomasa en el
reactor entre 6 y 12 g.L-1 (dado que el clarificador ya no es
necesario) Esto, por tanto, con carga másica equivalente, deja
la posibilidad de reducir el reactor aerado por un factor de
2 a 4, en comparación con un reactor aerado convencional de
lodos activados
• la ausencia de clarificador y un reactor aerado de volumen
reducido significan un coste de obra civil y una ocupación
de superficie mucho más reducidos. ;
• la membrana impide el paso de
ciertos metabolitos
macromoleculares y permite su degradación progresiva, dando
como resultado una DQO final más baja que la alcanzada con
un proceso clásico de fangos activados.
Las membranas de Ultragreen™
tienen un umbral de corte de 0,08
µm, lo que crea una verdadera barrera
física que permite la eliminación de
las bacterias, los huevos de helmintos
y una reducción de coliformes
fecales. La calidad del agua tratada es
excelente en términos de materias en
suspensión y turbidez.
Fichas Técnicas Manual Técnico del Agua Degrémont
Les membranas
utilizadas en
este proceso
son membranas
planas,
mecánicamente
reforzadas,
fabricadas por
TORAY.
Se montan en
módulos. El montaje
se puede realizar
horizontalmente y/o
verticalmente. El
ensamblaje vertical de
dos módulos permite
optimizar la aireación
de descolmatación.
Ultragreen™
funciona por
aspiración, según
el principio de
filtración Out/In, es
decir, una filtración
desde el exterior
hacia el interior de
la placas.
del sistema convencional, la desnitrificación es opcional por no
existir riesgo de flotación del fango en clarificación. Comparado
con un fango activado convencional, el volumen necesario de
reactor se divide, como mínimo, por dos, debido a la elevada
concentración de fangos.
• La concentración elevada de MES tiene una influencia
desfavorable en la transferencia de oxígeno. Esto conduce a
un consumo eléctrico específico, expresado en kWh.kg–1 DBO,
algo superior a un proceso de fangos activados convencional.
• Por efecto del proceso de filtración se produce un aumento
de concentración del licor mixto en el depósito que contiene
los módulos. Este debe ser controlado por una recirculación
continua desde el depósito donde están sumergidos los
módulos hacia el depósito aerobio y/o anóxico. El caudal de
recirculación se fija, normalmente, entre 200 y 500% del caudal
de alimentación.
—> Rendimientos
La filtración se realiza por aspiración, por la acción de una
presión transmembrana inferior a 0,2 bar. Una aeración
continua (función « aire membrana ») crea un flujo de aire
ascendente a lo largo de las placas y genera una corriente de
licor mixto en la zona.
Como medida curativa, las membranas se regeneran de 1 a 3
veces por año mediante un lavado de regeneración.
Consiste en inyectar en la bolsa de la membrana una solución
química. Se deja actuar de 2 a 4 horas y luego se enjuaga la
membrana por filtración.
El diseño calculado para garantizar una nitrificación completa
conduce también a unas concentraciones bajas de DQO, DBO
y N-NH4.
En el cuadro adjunto se resumen valores esperados con este
tipo de instalación en aguas residuales urbanas.
Parámetro
Concentración
Materias en suspension (mg·L–1)
<2
Turbidez (NTU)
<1
DQO (mg.L )
< 50*
—> Ejecución
DBO (mg.L )
<8
Ultragreen™, como la mayoría de los biorreactores de
membranas, se distingue principalmente por:
N-NH4 (mg.L–1)
<1
• una concentración elevada del licor mixto de 8 a 10 g.L-1, lo
que permite una importante reducción del volumen de reactor;
NT (mg.L )
< 10
Coliformes fecales (Cantidad en 100 mL)
< 100
• la presencia de membranas sumergidas dentro del licor mixto.
* depende de la DQO dura del agua bruta
Estas particularidades imponen ciertas precauciones y/o
limitaciones en el diseño y dimensionamiento de este tipo de
instalaciones.
Ultragreen™ es apropiado para el tratamiento de aguas
residuales urbanas e industriales y permite obtener un efluente
que puede cumplir incluso con las normas de vertido más
estrictas en zonas sensibles o muy sensibles. De una manera
general Ultragreen™ garantiza el nivel de calidad para
« aguas de baño » (Directiva Europea). Los effluentes pueden
ser valorizados para su reutilización.
• Pretratamiento
Es una etapa fundamental para el buen funcionamiento de la
unidad de filtración.
Es imprescindible un tamizado eficaz como complemento al
tratamiento de desarenado-desengrasado. El mínimo exigido es
una filtración sobre malla con un diámetro hidráulico de 2 mm.
• Reactor biológico
La configuración de los reactores se mantiene, salvo algunas
excepciones, similar a un tratamiento por fangos activados
convencional. En el depósito de fangos activados se genera
un efluente adecuado para la filtración sobre membranas.
Una mayor concentración de fangos y la utilización de
membranas introducen, sin embargo, diferencias notables en el
dimensionamiento.
• Con el fin de obtener un agua intersticial de buena filtrabilidad,
el dimensionamiento del reactor debe asegurar una
eliminación total de la DQO intersticial en las condiciones
más desfavorables de carga y de temperatura. Por el contrario,
salvo exigencia de garantías para nitrógeno total, a diferencia
–1
–1
–1
Además, gracias al pequeño tamaño del elemento unitario
constituyente del sistema de membranas, a su flexibilidad y a su
modularidad, Ultragreen™ se adapta a espacios reducidos y se
integra fácilmente en una instalación existente.
Fichas Técnicas Manual Técnico del Agua Degrémont
Algunas referencias Degrémont
• Siepam, Val d’Arly (Francia) = 29 000 HE
• Saint-Barthélemy (Francia = 3 500 HE
• La estación de depuración de Cogolin (Francia) 45 000 HE puesta en servicio a mediados de 2011
Línea tratamiento
Agua
Agua bruta
vertido
Desbaste fino (6 mm)
Parámetros
Desarenado - Desengrase
Obra de reparto
Tamizado (200 µm)
Reactores Biológicos
(Anaerobio, Anóxico»,
Aerados)
Membranas planas Toray
=
Biorreactor de membranas Ultragreen™
Vtot = 3 000 m3, Smembrana tot = 11 200 m2
Garantías
(media diaria)
MES (mg.L-1)
5
DQO (mg.L-1)
50
DBO5 (mg.L-1)
10
N total
10
P total
1
Agua tratada
Contacto Ultragreen™ : [email protected]
DEGRÉMONT S.A.
WWW.DEGREMONT.COM
Fichas Manual Técnico Degrémont n°1 - Avril 2011 - Crédito fotos : Degrémont
La solución adoptada por el Syndicat Intercommunal d’Assainissement de Gassin permitirá a la colectividad verter en la zona sensible
de la Giscle efluentes de calidad y reutilizar el 40% de las aguas depuradas para el regadío de zonas verdes. La posibilidad de
superponer los módulos de membranas planas Toray confiere a la instalación una gran compacidad y ha facilitado el camino para el
diseño de una planta discreta e integrada en el entorno.