Respuesta rápida: Elija SBR cuando haya terreno disponible y la carga varíe a lo largo del día. Elija MBBR cuando esté mejorando un tanque existente y no pueda añadir clarificadores. Elija MBR cuando el límite de vertido sea estricto o el agua vaya a reutilizarse, y pueda pagar las membranas y el aire para limpiarlas. Los tres siguen produciendo lodos residuales que deben deshidratarse.
Los tres procesos en un párrafo cada uno
SBR — reactor secuencial por lotes. Un tanque lo hace todo en secuencia. La hoja informativa de la EPA de EE. UU. enumera cinco pasos: inactivo, rellenar, reaccionar, asentarse y dibujarLa aireación, la sedimentación y el decantado ocurren en el mismo recipiente en diferentes momentos, por lo que no hay un clarificador separado ni bombeo de retorno de lodos. El control se realiza mediante temporizadores e interruptores de nivel.
MBBR — reactor de biopelícula de lecho móvil. Un tanque aireado lleno de pequeños soportes de plástico. Las bacterias crecen como una biopelícula en la superficie interior protegida de cada soporte, por lo que la biomasa permanece en el tanque sin ningún reciclaje de lodos. Los soportes se mantienen en el reactor mediante un tamiz en la salida. Los sólidos que se desprenden se eliminan aguas abajo, generalmente mediante un clarificador o una unidad DAF.
MBR — biorreactor de membrana. Lodo activado con el clarificador secundario reemplazado por membranas de micro o ultrafiltración, ya sea sumergidas en el tanque de aireación o en una corriente lateral. La hoja informativa sobre biorreactores de membrana de la EPA describe membranas que deben retener partículas de aproximadamente 1 micra, por lo que el efluente de MBR está esencialmente libre de sólidos suspendidos y de la mayoría de las bacterias.
Lo que cada uno hace bien
SBR: flexibilidad en un espacio reducido
La hoja informativa de la EPA atribuye a los SBR la combinación de igualación, clarificación primaria, tratamiento biológico y clarificación secundaria en un solo tanque, con una huella mínima y un posible ahorro de capital al eliminar los clarificadores. Los valores de diseño citados en el mismo documento dan una Ciclo de 4 horas para aguas residuales municipales y de 4 a 24 horas para aguas residuales industriales, con MLSS de 2.000–4.000 mg/L en nivel de agua bajo.
Debido a que la duración del ciclo se puede cambiar desde el panel de control, un SBR puede operarse desde un modo corto de estabilización por contacto de 3,5 horas hasta un modo de aireación extendida de 18 a 36 horas. Es por eso que se adapta a fábricas cuya carga cambia por turno o por temporada. La eliminación de DBO es típicamente 85–95%, y los proveedores citados en la hoja informativa garantizan por debajo de 10 mg/L de BOD y TSS.
MBBR: más capacidad en el mismo tanque
Los portadores añaden superficie de biopelícula sin aumentar el volumen del tanque. El portador estándar Kaldnes K1 ofrece aproximadamente 500 m² de superficie protegida por metro cúbico de soporte, y los reactores normalmente se llenan hasta no más de aproximadamente 67–70% del volumen del tanque por lo que los soportes aún pueden circular (Rusten et al., 2006). Llena un tanque hasta la mitad con soportes y el inventario efectivo de biomasa aumenta varias veces sin tocar el concreto.
Esa es la razón por la que el MBBR es la opción habitual cuando una planta existente está sobrecargada y no hay espacio para un segundo tanque de aireación. También soporta bien las cargas de choque, porque el biofilm está adherido y no puede lavarse como los flóculos en suspensión. El precio es que no sedimenta sus propios sólidos: todavía se requiere un clarificador, un DAF o una etapa de filtración, y el lodo que llega a la etapa de deshidratación es más ligero y más difícil de espesar que el lodo activado residual convencional.
MBR: el agua más limpia y los tanques más pequeños
La hoja informativa de la EPA informa sobre plantas a escala real que reducen la DBO de alrededor de 150–280 mg/L a 1–2 mg/L, TSS de alrededor de 170–250 mg/L a 1–3 mg/Ly el nitrógeno amoniacal por debajo de 0,3 mg/L, con una turbidez del efluente que promedia 0,3 NTU en una planta de Georgia. Debido a que las membranas retienen toda la biomasa en el reactor, el MLSS puede operar muy por encima de lo que lo haría en una planta basada en clarificador, lo que reduce el volumen del tanque y el tiempo de retención hidráulica.
Dos advertencias del mismo documento. El flujo máximo debe mantenerse en no más de 1,5–2 veces el promedio, porque las membranas no pueden soportar un golpe de ariete hidráulico como lo hace un clarificador, por lo que generalmente se necesita un tanque de ecualización. Y el aire de limpieza es significativo: una planta promedió 1.800 kWh por millón de galones Solo en los sopladores de limpieza de membranas, aproximadamente el doble del aire que una planta convencional necesita para la aireación. Las garantías de las membranas citadas oscilan entre 3 y 10 años.
Comparación lado a lado
| Criterio | SBR | MBBR | MBR |
|---|---|---|---|
| Se necesita un clarificador separado | No | Sí (o DAF) | No — membranas |
| Huella | Pequeño | Pequeño; cabe en los tanques existentes | Más pequeño |
| TSS del efluente | <10 mg/L típico | Depende del clarificador | 1–3 mg/L |
| Tolerancia a las fluctuaciones de carga | Alto (ajustable por ciclo) | Alto (biomasa adherida) | Moderado; requiere ecualización |
| Energía | Moderado | Moderado | Máxima (aire de limpieza de membrana) |
| Consumibles | Ninguna | Portadores (larga vida) | Membranas, productos químicos de limpieza |
| Habilidad del operador | Temporizadores y válvulas | Bajo | Alta |
| Mejor ajuste | Cargas variables, sitios sin desarrollo previo | Modernizaciones, ampliaciones de capacidad | Reutilización, límites estrictos, sin terreno |
Cómo decidir en cuatro preguntas
- ¿Qué requiere el permiso? Si los SST deben estar por debajo de 5 mg/L, o si el agua se va a reutilizar para refrigeración o reposición de procesos, el MBR es el único de los tres que lo logra sin un filtro terciario separado.
- ¿Existe un tanque existente? Si la respuesta es afirmativa y está sobrecargado, se pueden añadir soportes MBBR. También es posible convertirlo a MBR, pero implica nuevas rejillas, membranas y soplantes.
- ¿Qué tan estable es el flujo? La producción por lotes, las fábricas de temporada y las plantas alimentarias con picos de lavado favorecen el SBR, porque el ciclo puede alargarse cuando la carga es pesada y acortarse cuando es ligera.
- ¿Quién lo dirigirá? Una MBR necesita a alguien que entienda la presión transmembrana, la limpieza química y el ensuciamiento. Una MBBR no necesita casi nada más allá de revisar los tamices y la distribución del aire.
La parte que nadie pone en el folleto: lodo
Los tres procesos convierten los orgánicos disueltos en biomasa, y esa biomasa sale de la planta como lodo residual con aproximadamente 0,5–1,2 % de sólidos. La hoja de membrana de bioreactor de la EPA muestra lodo residual con 1–1,2 % de sólidos totales; SBR y MBBR son similares o más diluidos.
Tres cosas difieren entre ellos en la etapa de deshidratación:
- Lodo de MBR es más antiguo y está más mineralizado, lo que normalmente ayuda a la sequedad de la torta, pero viene con un MLSS alto y puede arrastrar coloides finos que obstruyen la tela rápidamente. Prueba la tela antes de elegirla.
- Biomasa desprendida del MBBR es ligera y a menudo necesita una dosis de polímero más alta para flocular. Rara vez espesa bien por gravedad sola.
- Lodos residuales de SBR se comporta como lodo activado residual ordinario y es el más fácil de los tres de deshidratar en un filtro prensa de cámara.
Para cualquiera de los tres, un filtro prensa de membrana llevará el lodo biológico de un 1 % de sólidos a una torta del 20–30 % en un solo paso, que es lo que hace que los costos de transporte o de vertedero sean manejables. Para plantas pequeñas por debajo de unas pocas toneladas de sólidos secos por día, una prensa de tornillo de discos múltiples es la opción de menor consumo energético.
Relacionado: cuánto lodo produce una planta de aguas residuales, cuando necesitas flotación por aire disuelto, y Equipos para el tratamiento de aguas residuales industriales.
Preguntas frecuentes
¿Es MBR mejor que SBR?
Solo si necesitas la calidad de su efluente. El MBR alcanza 1–3 mg/L de SST y bacterias casi nulas, algo que el SBR no puede igualar sin un filtro terciario y desinfección. El SBR gana en energía, habilidad del operador y tolerancia a picos de caudal, y no tiene membranas que reemplazar.
¿Puede el MBBR reemplazar una planta de lodos activados?
Puede asumir la etapa biológica dentro del mismo tanque, pero aún necesita una etapa de separación de sólidos después. La mayoría de las adaptaciones conservan el clarificador existente o añaden una unidad DAF después del reactor MBBR.
¿Qué tamaño de planta se adapta a un SBR?
La hoja informativa de la EPA señala que los SBR se utilizan típicamente en caudales de 5 millones de galones por día (aproximadamente 19.000 m³/d) o menos, y que la mayoría de las instalaciones están por debajo de 2 MGD. Los caudales mayores suelen dirigirse a lodos activados de flujo continuo o MBR.
¿Cuánto material de soporte se introduce en un tanque MBBR?
Normalmente entre el 30 % y el 67 % del volumen del reactor, y no más de aproximadamente el 70 %, para que los soportes aún puedan mantenerse en movimiento mediante la aireación. El llenado exacto se establece a partir del área superficial de biopelícula requerida para la carga de diseño.
¿Por qué necesita un tanque de ecualización un MBR?
Porque el flujo de membrana es limitado. La hoja informativa de la EPA recomienda mantener el caudal de diseño máximo en no más de 1.5–2 veces el promedio; un clarificador tolera un pico, una membrana no.
¿Cuál de los tres produce menos lodos?
MBR, en la mayoría de los casos, porque opera con una edad de lodo prolongada y una mayor parte de la biomasa se consume por decaimiento endógeno. La diferencia es modesta, y cada uno de los tres todavía necesita un paso de deshidratación antes de que el lodo pueda ser transportado.
Cuéntanos el flujo, la carga de DQO o DBO, el límite de descarga y si ya existe un tanque, y te diremos qué proceso encaja y dimensionaremos el deshidratado de lodos para acompañarlo: Solicitar una recomendación de proceso y dimensionamiento.
Referencias: US EPA — Hoja informativa sobre gestión de aguas residuales: Biorreactores de membrana (832-F-07-015), US EPA — Hoja informativa sobre tecnología de aguas residuales: Reactores discontinuos secuenciales (1999), Rusten B. et al. (2006) — Diseño y operación de los reactores de biopelícula de lecho móvil Kaldnes, Aquacultural Engineering 34.
Este artículo es parte de nuestra guía sobre wastewater sludge dewatering.