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Reactor de biopelícula de lecho móvil

Portador MBBR K1 con biofilm

El reactor de biopelícula de lecho móvil ( MBBR ) es un tipo de proceso de tratamiento de aguas residuales que fue inventado por primera vez por el profesor Hallvard Ødegaard en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología a fines de la década de 1980. [1] El proceso se lleva a cabo en un tanque de aireación con portadores de plástico sobre los cuales puede crecer una biopelícula. El tamaño compacto y los bajos costos de tratamiento de aguas residuales ofrecen muchas ventajas para el sistema. El objetivo principal de usar MBBR es la reutilización del agua y la eliminación o recuperación de nutrientes. [2] En teoría, las aguas residuales ya no se considerarán desechos, pueden considerarse un recurso.

Fondo

Descripción general

Debido a problemas iniciales con los reactores de biopelícula, como la inestabilidad hidráulica y la distribución desigual de la biopelícula, se desarrolló la tecnología de biopelícula de lecho móvil. [3] El sistema MBBR consta de un tanque de aireación (similar a un tanque de lodos activados ) con portadores de plástico especiales que proporcionan una superficie donde puede crecer una biopelícula . Existe una amplia variedad de portadores de plástico utilizados en estos sistemas. Estos portadores varían en área de superficie y forma, cada uno ofreciendo diferentes ventajas y desventajas. El área de superficie juega un papel muy importante en la formación de biopelículas. Los portadores flotantes permiten que se formen biopelículas en la superficie, por lo tanto, una gran área de superficie interna es crucial para el contacto con agua, aire, bacterias y nutrientes. [4] Los portadores se mezclarán en el tanque mediante el sistema de aireación y, por lo tanto, tendrán un buen contacto entre el sustrato en las aguas residuales afluentes y la biomasa en los portadores. [5] El material más preferible actualmente es el polietileno de alta densidad (HDPE) debido a su plasticidad, densidad y durabilidad. [ cita requerida ]

Para lograr una mayor concentración de biomasa en los biorreactores, se han utilizado sistemas MBBR híbridos donde coexisten biomasa suspendida y adherida contribuyendo ambas a los procesos biológicos. [6] Además, existen MBBR anaeróbicos que se han utilizado principalmente para el tratamiento de aguas residuales industriales . [7] Un artículo de 2019 describió una combinación de MBBR anaeróbico (metanogénico) con MBBR aeróbico que se aplicó en un laboratorio de tratamiento de aguas residuales municipales, con producción simultánea de biogás . [8]

Historia

El desarrollo de la tecnología MBBR se atribuye al profesor Hallvard Ødegaard y sus colegas de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU). Esto se remonta a finales de la década de 1970 y principios de la de 1980. La primera planta piloto MBBR se instaló en la NTNU a principios de la década de 1980 y su éxito condujo a la construcción y puesta en marcha de la primera planta MBBR a gran escala en Noruega en 1985. [9] Fue comercializada por Kaldnes Miljöteknologi (ahora llamada AnoxKaldnes y propiedad de Veolia Water Technologies ). Desde entonces, la tecnología MBBR ha sido ampliamente adoptada en todo el mundo, principalmente en Europa y Asia. Ahora, hay más de 700 sistemas de tratamiento de aguas residuales (tanto municipales como industriales) instalados en más de 50 países. [10]

Uso actual

En la actualidad, la tecnología MBBR se utiliza para el tratamiento de aguas residuales municipales, industriales y descentralizadas . Esta tecnología se ha utilizado en muchas industrias diferentes, algunas de ellas son: [ cita requerida ]

El sistema MBBR se considera un proceso biológico o de biopelícula, no un proceso químico o mecánico. Otros procesos de biopelícula convencionales para el tratamiento de aguas residuales se denominan filtro percolador , contactor biológico rotatorio (RBC) y filtro biológico aireado (BAF).

Aplicaciones importantes: [11]

Métodos

Hay muchos componentes de diseño de MBBR que se unen para hacer que la tecnología sea altamente eficiente. En primer lugar, el proceso ocurre en un estanque (o tanque de aireación). El tamaño total de este tanque depende tanto del tipo como del volumen de aguas residuales que se procesan. El influente ingresa al estanque al comienzo del tratamiento. El segundo componente son los medios. Los medios consisten en los bioportadores flotantes mencionados anteriormente y pueden ocupar hasta el 70 por ciento del tanque. En tercer lugar, una rejilla de aireación es responsable de ayudar a los medios a moverse a través del estanque y garantizar que los portadores entren en contacto con la mayor cantidad posible de desechos, además de introducir más oxígeno en el estanque. Por último, un tamiz mantiene todos los portadores en el tanque para evitar que los portadores de plástico escapen de la aireación. [12]

Aunque existen algunos métodos diferentes, todos utilizan los mismos componentes de diseño. El método de flujo continuo implica un flujo continuo de aguas residuales en el depósito, con un flujo igual de agua tratada que sale a través del tamiz. El método de aireación intermitente opera en ciclos de aireación y no aireación, lo que permite condiciones aeróbicas y anóxicas . [13] El método de reactor discontinuo secuencial (SBR) se completa en un solo reactor donde se producen varios pasos de tratamiento en una secuencia, donde se elimina el agua tratada antes de que el ciclo comience de nuevo. [14] Los mezcladores sumergibles de gran diámetro se utilizan comúnmente como un método para mezclar en estos sistemas.

Eliminación de microcontaminantes

Los reactores de biopelícula de lecho móvil han mostrado resultados prometedores para eliminar microcontaminaciones (MP) de las aguas residuales. [15] [16] [17] [18] Las MP se dividen en varios grupos de productos químicos, como productos farmacéuticos, pesticidas organofosforados (OP), productos para el cuidado y disruptores endocrinos. [19] Un artículo de 2012 describió el uso de la tecnología MBBR para eliminar productos farmacéuticos como betabloqueantes , analgésicos, antidepresivos y antibióticos de las aguas residuales hospitalarias. [20] [16] Además, la aplicación de MBBR como una técnica biológica combinada con el tratamiento químico ha atraído una gran atención para la eliminación de pesticidas organofosforados de las aguas residuales. [21] La ventaja de los MBBR se puede asociar con su alto tiempo de retención de sólidos, que permite la proliferación de comunidades microbianas de crecimiento lento con múltiples funciones en las biopelículas. La dinámica de dichas comunidades microbianas depende en gran medida de la carga orgánica en los sistemas MBBR. [22]

Los reactores de biopelícula de lecho móvil pueden tratar de manera eficiente las aguas residuales de los hospitales y eliminar los microcontaminantes farmacéuticos. Un estudio de 2023 ha demostrado que un MBBR estrictamente anaeróbico, combinado con un reactor de biopelícula aeróbico, puede lograr altas tasas de eliminación de productos farmacéuticos, como metronidazol , trimetoprima , sulfametoxazol y valsartán . [23]

Ventajas

Los procesos de biopelícula en general requieren menos espacio que los sistemas de lodos activados porque la biomasa está más concentrada y la eficiencia del sistema depende menos de la separación final del lodo. [ cita requerida ]

Los sistemas MBBR no necesitan un reciclaje de los lodos, como es el caso de los sistemas de lodos activados.

El sistema MBBR se instala a menudo como una actualización de los tanques de lodos activados existentes para aumentar la capacidad del sistema existente. El grado de llenado de los depósitos se puede adaptar a la situación específica y a la capacidad deseada. De este modo, una planta de tratamiento existente puede aumentar su capacidad sin aumentar el espacio ocupado por la construcción de nuevos tanques.

Algunas otras ventajas son:

Desventajas

Una desventaja de otros procesos de biopelícula es que experimentan bioobstrucciones y acumulación de pérdida de carga. [1] Dependiendo del tipo de desecho y el diseño del proceso, pueden ocurrir varios problemas durante el proceso a gran escala. Algunas de las desventajas son: [25]

Sistemas alternativos de tratamiento de aguas residuales

Existen muchos sistemas alternativos de tratamiento de aguas residuales que pueden utilizarse en lugar de los MBBR. La selección del sistema adecuado depende de las aguas residuales que ingresan, los objetivos del tratamiento, el espacio disponible y los presupuestos.

Algunas otras opciones son:

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Ødegaard, H.; Rusten, B.; Westrum, T. (octubre de 1994). "Un nuevo reactor de biopelícula de lecho móvil: aplicaciones y resultados". Ciencia y tecnología del agua . 29 (10–11): 157–165. doi :10.2166/wst.1994.0757.
  2. ^ Leyva-Díaz, JC; Monteoliva-García, A.; Martín-Pascual, J.; Munio, MM; García-Mesa, JJ; Poyatos, JM (2020-03-01). "Reactor de biopelícula de lecho móvil como un proceso alternativo de tratamiento de aguas residuales para la eliminación y recuperación de nutrientes en el modelo de economía circular". Tecnología de recursos biológicos . 299 : 122631. doi :10.1016/j.biortech.2019.122631. ISSN  0960-8524.
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  4. ^ di Biase, Alessandro; Kowalski, Maciej S.; Devlin, Tanner R.; Oleszkiewicz, Jan A. (1 de octubre de 2019). "Tecnología de reactor de biopelícula de lecho móvil en el tratamiento de aguas residuales municipales: una revisión". Revista de gestión medioambiental . 247 : 849–866. doi :10.1016/j.jenvman.2019.06.053. ISSN  0301-4797.
  5. ^ Ødegaard, Hallvard (2012). Vann- og Avløpsteknikk [ Tecnología de agua y drenaje ] (en noruego). Hamar, NO: Norsk Vann (Agua de Noruega). ISBN 9788241403361.[ página necesaria ]
  6. ^ Mazioti, Aikaterini A.; Stasinakis, Athanasios S.; Psoma, Aikaterini K.; Thomaidis, Nikolaos S.; Andersen, Henrik R. (febrero de 2017). "Reactor híbrido de biopelícula de lecho móvil para la biodegradación de benzotriazoles e hidroxibenzotiazol en aguas residuales" (PDF) . Journal of Hazardous Materials . 323 (Pt A): 299–310. doi :10.1016/j.jhazmat.2016.06.035. PMID  27396311. S2CID  25314327.
  7. ^ di Biase, A.; Devlin, TR; Kowalski, MS; Oleszkiewicz, JA (junio de 2018). "Consideraciones de rendimiento y diseño para un reactor de biopelícula de lecho móvil anaeróbico que trata aguas residuales de cervecerías: impacto de la tasa de carga de la superficie y la temperatura". Journal of Environmental Management . 216 : 392–398. doi :10.1016/j.jenvman.2017.05.093. PMID  28595913. S2CID  25584756.
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  9. ^ Ødegaard, H. (2019), "Sistemas MBBR e IFAS", Avances en el tratamiento de aguas residuales , IWA Publishing, doi :10.2166/9781780409719_0101, ISBN 978-1-78040-971-9, consultado el 1 de mayo de 2023
  10. ^ Vann- og avløpsteknikk. Hallvard Ødegaard, Norsk Vann BA. Hamar: Norsk Vann. 2012.ISBN​ 978-82-414-0336-1.OCLC 939782945  .{{cite book}}: CS1 maint: others (link)
  11. ^ "Reactor de biopelícula de lecho móvil (MBBR) » Ecologix Systems". Ecologix Systems . Consultado el 1 de mayo de 2023 .
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