Tres formas de retener la biología
Un biorreactor de membrana (MBR) mantiene la biología en suspensión y la separa con una membrana en lugar de con un clarificador; la membrana es una barrera física frente a los sólidos y los patógenos. Un reactor de biopelícula de lecho móvil (MBBR) cultiva la biología como biopelícula sobre pequeños soportes que se mantienen en movimiento dentro del tanque, de modo que la biomasa queda adherida en lugar de sedimentar. Un reactor secuencial por lotes (SBR) realiza todo el tratamiento en un solo tanque y por ciclos —llenado, reacción, sedimentación, decantación— en lugar de en un flujo continuo a través de tanques separados.
La elección fija cómo queda el resto de la planta: si hace falta un clarificador secundario, cuánto volumen de tanque se requiere y qué tiene que hacer el operador cada día.
Huella y volumen de tanque
El MBR es el más compacto de los tres, porque el tratamiento biológico y la separación comparten un mismo tanque y se suprime el clarificador secundario. El equipo MBR se suministra como unidades compactas de 0.5–10 m³/h (12–240 m³/día), con huellas de unos 3.5 × 1.5 × 2 m a 15 × 2.5 × 2.5 m.
El MBBR y el SBR suelen necesitar más volumen de tanque para el mismo servicio. El volumen de tanque sigue V = Q × TRH, y la práctica nacional da 1–2 h de tiempo de retención hidráulica para el tanque anaerobio y 0.5–3.0 h para el anóxico. El SBR añade una restricción fácil de pasar por alto: el ciclo necesita tiempo para sedimentar y decantar, así que el tanque tiene que ser mayor de lo que implica el caudal por sí solo, y es común un tanque de homogenización aguas arriba.
Calidad del efluente y a qué puede llegar cada uno
La norma de vertido suele decidir el proceso antes que cualquier otra cosa. Frente a la GB 18918-2002, el grado 1A es el más estricto de los grados publicados en la tabla de normas: DQO 50 mg/L, DBO₅ 10 mg/L, sólidos suspendidos 10 mg/L, nitrógeno amoniacal 5 mg/L y fósforo total 0.5 mg/L.
Un MBR alcanza el grado 1A directamente, porque la membrana retiene los sólidos que un clarificador dejaría pasar. Un tren convencional A²/O o MBBR alcanza el grado 1A solo con tratamiento avanzado posterior: sedimentación por coagulación, un filtro de lecho profundo y desinfección. Los grados 1B y 2 son menos exigentes, con DQO 60 y 100 mg/L y DBO₅ 20 y 30 mg/L, y un tren A/O más sencillo con clarificador secundario puede bastar cuando solo se controlan los orgánicos.
Cuando el agua se va a reutilizar en lugar de verter, el proceso avanza aún más: MBR con desinfección, y MBR con ósmosis inversa cuando se requiere un alto grado de desalinización.
Consumo de energía
La energía es lo que se paga por la compacidad de un MBR. La membrana necesita aireación para mantenerse limpia y bombeo para aspirar el permeado a través de ella, y ambos funcionan de forma continua en la mayoría de los diseños. El MBBR mantiene la biología en movimiento con aireación y no tiene membrana que accionar, así que su consumo de energía queda entre los otros dos. Un SBR airea solo durante una parte de su ciclo, pero la decantación y el control del ciclo añaden su propio consumo.
El sitio no publica una tabla de energía, porque las cifras disponibles son agregados del sector sin una fuente normativa, y la comparación se deja cualitativa a propósito. La regla práctica es que el proceso con la mayor calidad de efluente tiende a ser el de mayor demanda de energía.
Operación y mantenimiento
Dos de los tres introducen una pieza de desgaste que el tercero no tiene. Un MBR tiene membranas que necesitan limpieza periódica y, con el tiempo, reemplazo, y su desempeño depende de mantener en equilibrio la biología y el pretratamiento. Un MBBR tiene rejillas de retención de soportes, y los soportes tienen que permanecer en el tanque; un fallo de la rejilla es un problema visible. Un SBR no tiene membrana ni soportes, pero sí decantadores y válvulas que se mueven en cada ciclo, y su sistema de control tiene que ser fiable porque toda la planta funciona con una secuencia.
La disponibilidad de operadores importa tanto como el equipo. Una planta que funciona sin vigilancia, con un arranque y una parada de un solo botón, conviene a un sitio remoto; una planta que necesita atención diaria conviene a un sitio con personal capacitado. La elección debe seguir a quien realmente vaya a estar allí.
Los tres procesos lado a lado
La comparación siguiente no es una calificación. Cada fila describe lo que hace el proceso en virtud de cómo retiene la biología, y las bandas citadas son las que se dan habitualmente y no valores de un proyecto concreto.
- Huella — el MBR es el más compacto de los tres, porque la membrana ocupa el lugar del clarificador secundario. El MBBR necesita un clarificador aguas abajo para separar los sólidos que desprende la biopelícula, y el SBR lleva su etapa de separación dentro del mismo tanque, así que su huella queda entre las de los otros dos y normalmente necesita un tanque de homogenización por delante.
- Concentración de sólidos — un MBR trabaja con una concentración alta de licor mezclado, que se cita comúnmente en 8 a 12 g/L para una unidad sumergida, porque la membrana retiene todo y nada tiene que sedimentar. Un MBBR mantiene la mayor parte de su biomasa adherida a soportes, así que la concentración en suspensión del tanque es una parte mucho menor del conjunto y el relleno de soportes es lo que sostiene la biología. Un SBR tiene que sedimentar su propio lodo dentro del mismo tanque en el que trata, lo que mantiene su concentración de trabajo por debajo de la que lleva un MBR.
- Calidad del efluente — un MBR alcanza directamente el grado más estricto de la tabla de normas, porque la membrana retiene los sólidos que un clarificador dejaría pasar. Un MBBR alcanza ese grado solo con tratamiento avanzado después de la etapa biológica, y un SBR logra la eliminación de nitrógeno mediante el control de su ciclo; cuando aplica el grado más estricto, el SBR comparte la posición del MBBR de necesitar una etapa terciaria por detrás.
- Operación — la pieza de desgaste es distinta en cada caso. Un MBR tiene membranas que limpiar periódicamente y reemplazar con el tiempo, y su desempeño depende de mantener en equilibrio la biología y el pretratamiento. Un MBBR tiene rejillas de retención y soportes que deben permanecer en el tanque. Un SBR tiene decantadores y válvulas que se mueven en cada ciclo, y una secuencia de control de la que depende toda la planta.
- Rango de caudal — las unidades MBR compactas se ofrecen de 12 a 240 m³/día y las plantas en contenedor hasta 360 m³/día. El MBBR y el SBR suelen pasar a ser la mejor opción en caudales mayores, donde el volumen de tanque y el costo de obra civil pesan más que la compacidad, o donde la norma de vertido es lo bastante laxa como para no necesitar una membrana.
Las bandas del tipo citado arriba son las que se dan generalmente en la literatura y en la experiencia de operación, y deben leerse como un método de partida y no como una especificación, porque las cifras que aplican a una planta concreta pertenecen a su agua y a su biología.
Qué proceso en qué caudal
En caudales pequeños, el cálculo de valor suele apuntar al MBR. La tabla de normas de vertido señala que el MBR omite el clarificador secundario y ocupa menos espacio, y que, aunque el consumo de energía y el reemplazo de membranas cuestan más, en caudales pequeños suele ser la mejor opción. Los rangos compactos que se ofrecen aquí cubren 12–240 m³/día para MBR y 12–360 m³/día para plantas en contenedor, que son los caudales con los que se vende la mayoría de las plantas compactas.
En caudales mayores el argumento cambia. Donde la norma no es la más estricta y hay terreno disponible, un MBBR o un tren A/O con clarificador pueden entregar la calidad requerida con menos costo de membranas. Un SBR conviene a un sitio donde un solo tanque y un programa por lotes son preferibles a un tren continuo, y donde el operador puede seguir el ciclo.