Procedimiento automatizado de control en tiempo real de un biorreactor de membranas,

que comprende unos medios sensores de presión transmembrana y unos medios de obtención del flujo de permeado. El procedimiento comprende las etapas de: [a] determinación de una referencia inicial de evolución de la permeabilidad de dicha membrana, entre por lo menos dos valores de permeabilidad iniciales diferenciados, a partir del cociente entre valores de flujo y presión transmembrana, [b] determinación de una evolución actual de la permeabilidad de dicha membrana, entre por lo menos dos valores de permeabilidad actuales diferenciados, a partir del cociente entre valores de flujo y presión transmembrana, [c] comparación de la evolución actual de la permeabilidad con la referencia inicial de evolución de la permeabilidad, y [d] establecimiento de un modo de operación del biorreactor según el resultado de dicha comparación [c]. La invención también propone un sistema de control para la puesta en práctica del procedimiento

Procedimiento automatizado de control en tiempo real de un biorreactor de membranas y sistema de control correspondiente.

Campo de la invención

La invención se refiere a un procedimiento automatizado de control en tiempo real de un biorreactor de membranas, dicho biorreactor comprendiendo unos medios sensores de presión transmembrana aptos para medir una presión instantánea transmembrana y unos medios de obtención del flujo de permeado aptos para medir un flujo instantáneo de permeado.

Asimismo la invención se refiere a un sistema de control en tiempo real de un biorreactor de membranas para la puesta en práctica de dicho procedimiento.

Estado de la técnica

Los biorreactores de membrana (del inglés MBR, membrane bioreactor) han ido ganando importancia en los últimos años como tecnología para el tratamiento y depuración de aguas residuales, tanto en entornos municipales, como industriales y especialmente en aquellos casos en los que el agua debe ser reutilizada.

La tecnología de los MBR combina la tecnología de membranas con los procesos de biodegradación por lodos activos. Así, en uno o más reactores que contienen biomasa en suspensión dependiendo de la instalación se lleva a cabo la eliminación biológica de materia orgánica, nitrógeno y fósforo, y por otra parte, en todos los casos mediante procesos de microfiltración o ultrafiltración a través de la membrana, se realiza una separación de sólidos.

Una de las ventajas importantes de los MBR reside en que permiten trabajar a concentraciones de biomasa superiores a las que permiten los sistemas convencionales de depuración por lodos activos y generan un menor volumen de lodos. Gracias a ello, los MBR ocupan un espacio más reducido y permiten prescindir de decantadores secundarios. Finalmente, el agua tratada obtenida en los MBR presenta una calidad superior a la de los sistemas convencionales.

No obstante, los MBR también presentan ciertos inconvenientes no menospreciables que frenan su rápida expansión en el mercado. En primer lugar, los MBR tienen un consumo energético elevado. El punto más destacable de consumo viene provocado por la aireación necesaria para limpiar mecánicamente la superficie de las membranas evitando su colmatación, es decir, el ensuciamiento de su superficie con residuos sólidos provenientes del reactor. Adicionalmente, también es importante el consumo en el MBR debido a las presiones necesarias para llevar a cabo la filtración del permeado. Por otra parte, la colmatación también implica un aumento de la presión de filtrado o una disminución del flujo de permeado y por lo tanto un mayor consumo.

Para evitar la colmatación de las membranas, los MBR se hacen funcionar de forma cíclica entre fases de filtración y fases de relajación o contralavado. La fase de relajación consiste en la parada de la aspiración, para con ello evitar la deposición de más sólidos sobre la membrana y conseguir que parte de los sólidos que ensucian la membrana se puedan desprender. Finalmente, la fase de contralavado consiste en la inversión del flujo de permeado, para con ello eliminar de forma forzada los sólidos depositados sobre la superficie y los poros de la membrana. Como ya se ha comentado, habitualmente, durante el funcionamiento del MBR, ya sea en filtración, relajación o contralavado se aplican aire u otros gases en forma de burbujas por debajo de las membranas o entre las mismas, para evitar, en la medida de lo posible, que los sólidos se depositen sobre su superficie. Es decir el consumo energético debido a la aireación está presente de forma constante en el proceso industrial y por lo tanto es deseable reducirlo. Por otra parte, durante las fases de relajación y contralavado el MBR no está obteniendo agua tratada, lo cual repercute directamente de forma negativa en el consumo energético del MBR y en el flujo total neto de permeado obtenible.

A pesar de los frecuentes ciclos de filtración/relajación o contralavado, con el paso del tiempo los poros de las membranas se acaban obstruyendo y el MBR acaba requiriendo una mayor presión transmembrana para producir una misma cantidad de permeado. Así, para mitigar este problema se realizan lavados químicos. Un primer tipo de lavado, que no requiere el desmontaje de las membranas del MBR, es el lavado químico de mantenimiento. El lavado químico de mantenimiento consiste en aplicar una solución química de baja concentración de ácidos tales como hipoclorito sódico, ácido oxálico, hidróxido sódico, u otros. Cuando la presión transmembrana llega a los valores máximos indicados por el fabricante, entonces debe realizarse un segundo tipo de lavado: el lavado químico de recuperación, consistente en aplicar un tratamiento químico intensivo con los reactivos químicos anteriormente descritos a concentraciones elevadas, operación que requiere desmontar las membranas del MBR.

Habitualmente, los MBR se controlan y se operan según las especificaciones de los fabricantes de las membranas, aplicando ciclos de funcionamiento regulares y alreación. Por otra parte las limpiezas químicas se realizan a partir de alarmas disparadas por el sistema de control del MBR. Normalmente hay un aviso que sale cuando la PTM es muy próxima al máximo valor permitido y una alarma que para el proceso de filtración cuando se alcanza el valor máximo. Estos procedimientos estándar no están optimizados, ya que las especificaciones de los fabricantes de las membranas no tienen en cuenta parámetros muy relevantes tales como el licor mezcla filtrado (del inglés MLSS, mixed liquor suspended solid) o la filtrabilidad.

A partir del documento DE 10 2007 007 894 A1 es conocido un procedimiento de optimización del control de un MBR para depurar agua en el que durante el funcionamiento del MBR se monitoriza de forma continua o a intervalos de tiempo cortos la presión transmembrana y/o el flujo volumétrico de permeado para obtener su pendiente o evolución temporal. A partir de los valores medidos de presión o valores calculados de flujo volumétrico se determina cuándo debe aplicarse un procedimiento de lavado mecánico o químico de la membrana. No obstante, semejante procedimiento es fuertemente dependiente de las oscilaciones de los valores medidos y puede conducir fácilmente a decisiones de control erróneas debido a la variabilidad de la presión transmembrana o del flujo volumétrico.

A partir del documento WO2007/006153 A1 es conocido un procedimiento de control de un MBR en el que se determina un valor de resistencia de la membrana y, por comparación de este valor con un valor de resistencia de referencia, se ajustan los parámetros de funcionamiento del MBR. Este procedimiento supera el inconveniente apuntado anteriormente de la fuerte dependencia de las oscilaciones de los valores medidos. Sin embargo, aplica un modelo de cálculo de la resistencia de la membrana que es complejo y que no es directamente aplicable a cualquier tipo de MBR.

Sumario de la invención

La invención tiene por objeto superar estos inconvenientes. Esta finalidad se consigue mediante un procedimiento automatizado de control en tiempo real de un biorreactor de membranas del tipo indicado al principio, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: [a] determinación de una referencia inicial de evolución de la permeabilidad de dicha membrana, entre por lo menos dos valores de permeabilidad iniciales diferenciados, a partir del cociente entre valores de flujo y presión transmembrana proporcionados por dichos medios de obtención del flujo de permeado y por dichos medios sensores de presión transmembrana, [b] determinación de una evolución actual de la permeabilidad de dicha membrana, entre por lo menos dos valores de permeabilidad actuales diferenciados, a partir del cociente entre valores de flujo y presión transmembrana proporcionados por dichos medios de obtención del flujo de permeado y dichos medios sensores de presión transmembrana, [c] comparación de dicha evolución actual de la permeabilidad con dicha referencia inicial de evolución de la permeabilidad, y [d] establecimiento de un modo de operación del biorreactor según el resultado de dicha comparación [c].

Es importante destacar que el procedimiento es aplicable a cualquier tipo de configuración de membranas ya sean membranas de fibra hueca o membranas planas y además a cualquier tipo instalación depuradora. Así el procedimiento es aplicable a sistemas MBR puros o sistemas híbridos de fangos activos y biorreactor de membranas, es decir sistemas...

1. Procedimiento automatizado de control en tiempo real de un biorreactor de membranas, dicho biorreactor comprendiendo unos medios sensores de presión transmembrana aptos para medir una presión transmembrana y unos medios de obtención del flujo de permeado aptos para obtener un flujo de permeado, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: