Elaborador por:
Diana Jimena Varela Reyes.
Ingeniera Química.
Magister en Ingeniería Ambiental.
Especialista en Gerencia de proyectos.
Directora de Ingeniería Atica.
Edison Leandro Garcia Ospina.
Ingeniero Ambiental y Sanitario.
Magister en Ingeniería Civil.
Coordinador de Ingeniería AticaPárrafo nuevo
La definición de un sistema MBBR parte del significado de sus siglas en inglés: Moving Bed Biofilm Reactor, que no traduce otra cosa diferente a reactor de biopelícula de lecho móvil. Pero más allá de la definición básica que podemos encontrar a primera mano, un sistema MBBR es una tecnología de tratamiento y/o depuración de aguas residuales que hace parte de la gran familia de los sistemas biológicos aerobios, es decir que en principio, cuenta con las mismas características de cualquier otro tratamiento biológico aerobio: suministro de oxigeno por medio de inyección de aire y desarrollo de una comunidad microbiana (lodo activado).
La característica principal y diferenciadora del MBBR, es el lecho móvil con el que cuenta, llamado biocarrier o bioportador, cuya función principal es proveer área suficiente para alojar allí los microorganismos y que éstos puedan llevar a cabo la degradación de materia orgánica. Este lecho se denomina “móvil” porque está sumergido y continuamente en movimiento dentro del agua residual, debido a la acción de mezcla propia de la aireación. En palabras prácticas y poco técnicas, estos bioportadores se convierten en “casas para los microorganismos”.
Por lo anterior, un sistema MBBR, es un sistema compacto que puede tener dos a tres veces menos ocupación de área o footprint en comparación con un reactor de lodos activados convencional o un filtro percolador, por ejemplo.
Una característica muy propia que define y distingue al sistema MBBR es que no requiere una recirculación de lodos, una vez estabilizado el sistema, lo cual se traduce en ahorros dentro del diseño y operación.Párrafo nuevo
2. Porque esta tecnología es importante, diferenciales con sistemas convencionales / tradicionales?
Esta tecnología cobra importancia primero, porque representa una nueva opción y desarrollo dentro de los sistemas convencionales aerobios, los cuales datan de hace más de 100 años atrás, así que por tratarse, per se , de una nueva tecnología de tratamiento, ya adquiere importancia. Pero además de ello , se hace importante por las ventajas que presenta: la primera de ellas y más conocida, es la disminución de footprint como ya se mencionó anteriormente, esta característica es una de las que más agrega valor, dentro de los mercados, industrias y proyectos en general, donde la planta de tratamiento de agua hace parte de los periféricos y/o utilities y por ende el área disponible para su construcción es reducida.
Alineado a lo anterior, es una tecnología que a bajos tiempos de retención hidráulica ( debido a la reducción en volumen de reactor) puede tener las mismas o superiores eficiencias de remoción versus las tecnologías convencionales como un lodo activado convencional, SBR, filtro percolador, entre otros. Además de ello, es una tecnología que es más fácil de adaptar cuando se tienen afluentes con sustratos de baja biodegradabilidad, en comparación con las tecnologías convencionales
Su importancia no radica solamente en las ventajas que representa, sino también en los grandes retos que demanda, es decir, entender no solo en la teoría, sino también en la práctica, cómo funciona este tipo de tratamiento y sus particularidades versus los sistemas tradicionales. Aquí, el concepto y las variables tanto de diseño como de operación son otras, con un sistema MBBR se deja de lado variables como los SSLM, la relación F/M, tiempo de retención celular o edad de lodos, y damos paso a diseñar y monitorear parámetros propios de ese “lecho móvil”, que no es otra cosa que pequeños cilindros o discos plásticos que proveen área suficiente para que la biomasa se adhiera a ellos.
Lo anterior finalmente se traduce en que es un sistema que tiene un menor número de variables para atender en la operación. La atención de un diseñador y operador de este tipo de sistemas debe estar centrado en las propiedades específicas del tipo de bioportador a usar y en otros parámetros claves , que no es tan común hacer minucioso seguimiento, como relación de nutrientes, temperatura, presencia de G&A, sólidos suspendidos en la corriente de ingreso al reactor, entre otros.
Es de anotar también, que el arranque y estabilización de este tipo de sistemas marca una diferencia importante en comparación con los sistemas tradicionales, así como el especial cuidado y atención en la fase posterior de separación sólido – liquido, la cual puede pasar desde un sedimentador secundario típico, hasta un DAF con lamelas internas, la selección de uno u otro dependerá del tipo de lodo que se genere, el cual, a su vez, tiene una intima relación con la geometría, área superficial, material.. etc. del bioportador a usar y por supuesto, depende también del sustrato , es decir, del tipo de agua residual que se vaya a tratar.
Aquí es importante acortar, que en general el fluido que sale de un reactor aerobio MBBR tiende a ser coloidal, es decir, que no es fácilmente separable como si lo es el de un sistema de lodos activados convencional, su separación, por ejemplo, no es evidente al ojo humano en un cono imhoff, por ende se hace necesario, al menos en aguas residuales industriales, tener en cuenta la dosificación de productos químicos, la cual dependiendo del tipo de agua puede ser coagulante, polímero catiónico, polímero aniónico o la combinación de éstos. Incluso el ajuste de pH en este punto del tratamiento se hace clave para lograr de manera efectiva la separación sólido – liquido, pues la eficiencia de remoción de un sistema MBBR no solo depende de la remoción de materia orgánica soluble y de nutrientes, también depende de la remoción de sólidos suspendidos, por lo cual esa fase de separación solido – líquido juega un rol esencial en el tratamiento biológico de aguas residuales por su significante impacto en la calidad del efluente.Párrafo nuevo
3. En qué tipo de aguas se puede usar esta tecnología?
El sistema MBBR se ha usado típicamente en agua residual doméstica y es el sector en el cual se ha estudiado y validado mayormente la eficiencia de estos sistemas. Sin embargo, ATICA a empezado a recorrer el camino con agua residual industrial , logrando que hoy en día, nuestra mayor experiencia en aplicaciones de MBBR es en este tipo de aguas.
En general este sistema aplica, sin limitarse solo a ello, para aguas residuales provenientes de actividades productivas como:
· Producción de azúcar y derivados a partir de caña de azúcar.
· Extracción de aceites de origen vegetal.
· Elaboración de productos alimenticios.
· Elaboración de maltas y cervezas
· Elaboración de bebidas no alcohólicas.
· Elaboración de productos lácteos.
· Elaboración de café soluble.
· Fabricación de artículos de piel, curtido y adobo de pieles ( curtiembres).
· Fabricación de papel a partir de pulpa blanqueada.
· Fabricación de sabores y fragancias.
· Fabricación de productos farmacéuticos, cuyas aguas no contengan inhibidores microbiológicos.
Cabe anotar que cada caso se debe evaluar dentro de su propio contexto y a partir de ello establecer el requerimiento y tipo de unidades de pretratamiento y postratamiento al sistema MBBR, de acuerdo con la normatividad aplicable o exigencias de calidad de agua propias de cada industria.
De manera generalizada, el sistema MBBR se puede usar en aguas con alta presencia de DQO soluble, pero bajo contenido de grasas y aceites, sólidos suspendidos, metales pesados y dureza.Párrafo nuevo
4. ¿Cúando puedo usar esta tecnología? ¿Qué contaminantes remueve?
Esta tecnología se puede usar en el tratamiento de aguas residuales domésticas y en aguas residuales industriales con las características ya mencionadas anteriormente. Es un sistema muy aplicable para aquellos casos en los que se busca una ampliación de una instalación ya existente, por efectos de aumento de caudal y/o carga orgánica, casos en los que el CAPEX puede ser menor, comparado con implementar fases “espejo” de tratamientos biológicos aerobios convencionales. Así mismo, cobra alta viabilidad técnica y económica en aquellos casos en los que se tiene limitante de área.
Al igual que los demás tratamientos biológicos aerobios, el MBBR está en capacidad de remover carga orgánica soluble y nitrógeno, sin embargo, cada uno de estos parámetros de interés requieren un diseño y configuración diferente en cada caso, que propenda la generación y propagación de las bacterias heterótrofas o de las bacterias autótrofas, respectivamente, para lo cual se requiere tener condiciones adecuadas en el reactor aerobio.
5. Cuéntenos un caso de éxito de Atica con esta tecnología
ATICA tuvo la oportunidad de diseñar, construir, montar , arrancar, estabilizar y operar un sistema MBBR para una compañía dedicad a la elaboración de productos alimenticios, cuya DQO de ingreso al reactor estaba alrededor de 1.500 – 2.000 ppm. El mayor reto en este caso fue la estabilización del sistema y operación de este como sistema MBBR 100%, es decir, sin recirculación de lodos. Esto es importante mencionarlo, porque es una lástima encontrarse con varios sistemas que han sido vendidos como MBBR, pero en realidad operan como IFAS, incluso con alta tendencia a convertirse en lodos activados convencionales. Esto quiere decir que tuvimos un reactor estabilizado con SSLM por debajo de los 500 mg/L, parámetro que como ya se ha mencionado, no es una variable de control en estos casos, sin embargo nos pareció importante monitorearla durante una fase inicial para tener la data y poder validar la tecnología, pues para los conocedores del tema, si fuese un tratamiento biológico aerobio convencional, seguramente este valor generaría alerta y preocupación.
Alineado a lo anterior, fue un sistema al cual no se le hizo seguimiento de la relación F/M, por las razones ya expuestas a lo largo del documento, y por su parte, el seguimiento y medición constante de nutrientes se hizo muy importante. Medir nitrógeno en su forma amoniacal NH4 -N y fosforo en forma de ortofosfatos PO4 -P, en el efluente del reactor, fue clave en este proyecto, para verificar el consumo de nutrientes por la biomasa adherida al bioportador, esto nos llevó a su vez, a validar que la relación DBO: N: P para este tipo de agua es más alta que la teórica ( 100:5:1) y por ende, que la de la mayoría de aguas residuales, haciéndose evidente la necesidad de dosificación permanente y en las dosis óptimas de los productos químicos fuentes de nitrógeno y de fósforo, nutrientes que en aguas residuales de varias industrias, es común que sean insuficientes, contrario a lo que se evidencia con un agua residual doméstica.
El monitoreo y seguimiento anterior, permitió estabilizar el reactor , evitando así caídas de eficiencia abruptas que se daban por el desbalance de nutrientes. Esto también fue una particularidad, ya que en un lodos activados convencional, las caídas de eficiencia por falta de nutrientes se dan de manera más gradual, casi que asimilándose a una función logarítmica decreciente; para este caso no fue así y por el contario se pasaba de tener porcentajes de remoción del 70% al 30%, de un día a otro.Párrafo nuevo
Realizar pruebas de adherencia en una primera fase del arranque, fue relevante dado que, por el tipo de bioportador a usar, validar de manera visual si existe o no una adherencia adecuada , ya no es tan viable, caso contario con los biocarriers de primera generación, en los cuales hacer un seguimiento visual se hace más viable y evidente por su propia geometría.
Alineado a lo anterior, se pudo validar la rampa de carga de alimentación al reactor durante la fase de arranque, la cual debe estar en función de la adherencia al portador, seguimiento totalmente diferente comparado con un lodos activados convencional, donde lo que se busca es mantener y lograr en el reactor los SSLM, la relación F/M y la edad de lodos requerida, controlando dicha carga de alimentación. Para el caso del MBBR esta carga de alimentación se convirtió en una variable de control muy sensible quizá asemejándose más a un reactor anaerobio y no tanto a un lodos activados, justamente por la sensibilidad del sistema a las variaciones de este parámetro.
Finalmente y no menos importante, el éxito en este caso de estudio real se logró también por el control de la variación de la temperatura del agua residual y su relación, para el tipo de agua especifica, con los kilogramos de DQO removidos por m3 de bioportador, dado que a mayor temperatura más rápida la cinética de degradación del sustrato, esto permitió a su vez, validar el diseño, pues esta relación impacta de manera directa en el volumen del reactor.
Dicha relación, puntualmente se convierte en un parámetro de diseño clave en los MBBR con bioportadores tipo “biochips”, donde el SARL “volumétrico” está en función, de la temperatura, para el caso que nos compete, al tener un bioportador con área de superficie especifica tan elevada: mayor a 5.500 m2/ m3 , el parámetro de diseño SARL en función del área pierde representatividad, pues llevaría a tener volúmenes de reactor y tiempos de retención hidráulica demasiados pequeños y por ende inviables y hasta poco lógicos.
La ejecución de este proyecto, llegando a feliz término, permitió, además de evidenciar la importancia del seguimiento y control de las variables mencionadas, validar el diseño en función de dichas variables, las cuales, son totalmente diferentes a las usadas en el diseño de un tratamiento biológico aerobio convencional e incluso diferentes al diseño de un sistema MBBR con bioportadores de primera generación con área de superficie especifica alrededor de los 500 m2/m3.
