Hacia un MBR sostenible: Reducción del - ufrgs.br€¦ · sobrenadante Fango diluido a 1 g SSV/L Centrifugación 12000 xg, 15 min, 4ºC Resuspender los pellets con tampón Tris-HCl

“Hacia un MBR sostenible: Reducción del ensuciamiento en Biorreactores de membrana”

Jose Antonio Mendoza RocaM. Amparo Bes Piá

Valencia, 11 marzo de 2014

Índice presentación

Introducción

‒ Concepto MBR

‒ Configuraciones

‒ Aplicaciones

‒ Ventajas e inconvenientes

¿Causas del ensuciamiento?

Acciones para reducir ensuciamiento

Introducción

Biorreactor de membrana (BRM)

Variante del proceso de fangos activos. Separación de labiomasa mediante ultrafiltración o microfiltración.

Problemas FA: “bulking” en el decantador secundario.

Sustitución decantación por flotación: aumentan costes yproblemas de calidad del agua.

Esquema proceso de fangos activos

DecantadorReactor

Biológico

Licor de mezcla

PurgaRecirculación de fangos

Alimentación Efluente

Introducción

Ventajas BRM

Evita ‘bulking’ mayor calidad en agua depurada.

Permite mantener más biomasa en el reactor, por lo quesupone ahorro de espacio.

Baja producción de fangos

Coliformes < 2,5 u/100mL

Turbidez < 0,5 NTU

Introducción

Aplicaciones

Cooperativa La Purísima, bodegas (Yecla): Caudal: 15m3/día. 8 módulos.

Natraceutical, extractos vegetales (Quart de Poblet).Caudal: 120 m3/h. 71 módulos (*)

TAVEX textil (Alginet). Caudal: 1440 m3/día (*)

EDARU Calasparra. Caudal: 2000 m3/día.

EDARU San Pedro del Pinatar. Caudal: 20000 m3/día.

EDARU Loriguilla. Caudal: 1.000 m3/día

Membranas

Microfiltración

0,1-0,5 mm

Tamaño de poro membranas

Ultrafiltración

0,01-0,05 mm Fibra hueca

Planas

Introducción

Biorreactor de membrana (BRM)

Planas

Configuraciones MBR

BRM con membranas no sumergidas

Agua

residual

Permeado

Rechazo

Permeado

Agua

Residual

BRM con membranas sumergidas

Membranas de la EDAR Lorca

Configuraciones MBR

BRM con membranas no sumergidas

Agua

residual

Permeado

Rechazo

Permeado

Agua

Residual

BRM con membranas sumergidas

Membranas de UF de MICROCLEAR. Instalación de Natraceutical

(MP Medioambiente)

Influente tamizado

Tubería común de recirculación del licor

mezcla

Canal de distribución del caudal

CanalDistribución

influente

Zona de

equipos

Zona demembranas

Zona aeróbica

Zona anóxica

Membranas dentro del reactor ZENON.Tecnología MBR ZeeWeed®. Diseño Modular Simple

CASSETTE MÓDULO

Fibras de 1,9 mm de diámetro exterior

Módulo con membranas ZEEWEED®500 de Zenon

Membranas Puron (KMS). Fibra hueca de UF.

Membranas planas.

Bodegas Murviedro. Membranas planas.

Introducción

¿Desventajas?

Membranas de fibra hueca sucias

Ensuciamiento membranas

Costes de aireación

Costes bombeo

Jp

PTM

Ciclos limpieza

Ensuciamiento

Parámetros físicos

Parámetros químicos

Parámetros biológicos

membranas del BRM

Condiciones operación MBR

Características membrana

Características licor de mezcla

Aireación

Carga másica

Edad fango

Tiempo de retención hidráulico

EPS = e-EPS + SMP

¿Causas del ensuciamiento?

Quorum Sensing

¿Cómo controlar el ensuciamiento?

Operating Conditions

BIOFILM

MEMBRANE

MEMBRANE BIOREACTOR

MIXED LIQUOR

BIOFOULING

Promote

Quorum Quenching

Membrane

modification

Caracterización del licor de mezcla

Parámetros físicos Parámetros biológicosParámetros químicos

Características licor mezcla



Sólidos en suspensión en el licor de mezcla (filtración a 0,45 µm) (x2) Sólidos en suspensión volátiles en el licor de mezcla (x2) Tiempo de succión capilar (x2) Viscosidad (x1) V30 (volumen sedimentado a los 30 minutos/unidad de masa de fango) (x1) Potencial Z del sobrenadante del licor del fango (x3) Distribución de tamaño de partícula del licor del fango (x3) Las resistencias del licor de mezcla a la MF o UF(x3)

Las resistencias del licor de mezcla a las membrana

Modelo: Bae, T.H. y Tak, T.M (Rc, Rf y Rt) Condiciones de operación: MBR de Loriguilla Membrana de Microfiltración (KUBOTA), A= 0,11 m2.





EPS



¿Qué son las EPS?

Sustancias poliméricas extracelularesEPS, Extracellular polymeric substances

Licor de mezcla

SMP

Hidrólisis

Difusión

eEPS

EPSeEPS SMP

Proteínas Carbohidratos Proteínas Carbohidratos

Célula

“e” de extraídas

Flóculos

productos solubles microbianos

¿Qué son las EPS?

¿Cómo extraer las EPS?

SMP

Hidrólisis

Difusión

Ácidos nucleicos (ADN)

CélulaMétodos de extracción

FísicosQuímicosCombinaciones

“e” de extraídas

¿Problemas?

eEPS eEPS

Extracción agresiva1.

2. Interferencias métodos extracción y métodos analíticos

Rotura membrana celular Salida ácidos nucleicos

¿Consecuencias? ¡¡¡Concentraciones erróneas Proteínas y Carbohidratos!!!

¿Cómo separar las EPS?

Desechar el sobrenadante

Fango diluido a 1 g SSV/L

Centrifugación 12000 xg, 15 min, 4ºC

Resuspender los pellets con tampón Tris-HCl

SMP

Centrifugación 12000 xg, 15 min, 4ºC

Métodos de Extracción

Homogeneiz.CER 0,5 % Triton X-100

Ultra-Turrax, 2 min, 4ºC, 20000 xg

Triton X-100, 1 h, 4ºC, 500 rpm

Ultra-turrax2 min, 4ºC20000 xg

Triton X-1001 h, 4ºC500 rpm

Centrifugación 15 min, 4 ºC, 20000xg eEPS 1

Ultra-turrax4 min, 4ºC

8000 xg

eEPS 1 eEPS 2 eEPS 2

Centrifugación 15 min, 4 ºC, 20000 xg

4 h 4ºC 70gCER/gVSS

800 rpm

Métodos de extracción eEPS

CER

70gCER/gVSS1 h 4ºC

800 rpm

70gCER/gVSS1 h 4ºC, 800 rpm

eEPS 2

productos solubles microbianos

Equipos

Centrífuga (12000 g 4ºC) Ultraturrax 20000 g

CER TRITÓN

Métodos de extracción eEPS



Métodos extracción

H + CER H 1 + 2 TRITÓN 1 + 2 CER 1+2

EPS

e-EPSSMP

Procesos de extracción de EPS contenidos en el licor de mezcla.






EPS

e-EPSSMP

PROTEÍNAS CARBOHIDRATOS ADN

Métodos análisis



Métodos analíticos

Método BCA “ácido bicinconínico”

Método LOWRY

Método DUBOIS

Método ANTRONA

Método HS (0,2-100 ng)

Método BR (2-1000 ng)

Proteínas

Carbohidratos

ADN

Métodos analíticos




EPS

e-EPSSMP


Métodos análisis


Influence of extraction methods on proteins and carbohydrates analysis fromMBR activated sludge flocsin view of improving EPS determination

*SEPPUR 112 (2013) 1–10





EPS

e-EPSSMP


Métodos análisis


Métodos Ópticos

Comparación métodos análisis y ópticos


Métodos ópticos

Protocolos de tinción

e-EPS

Referencia

bibliográficaProteínas Carbohidratos ADN

O. Nosyk, et al.FITC,

l 490/510 nm

TRITC-Con A 0.1 g/L, l

505/543 nm

DAPI

l 350/470 nm

F.Y. Sun, X.M. et alNanoOrange, l

560/585 nm

TRITC-Con A 0.25 g/L,

l 505/543 nm

SYTO 9, l

505/530 nm

Fijación células(Formaldehido 3,7%)

Protocolos tinciónTabla

Observación muestras

Análisis imagen

Programa Matlab(Autor: Borrás)

Microscopio Olympus BX50F



Caracterización biológica

Kit: LIVE/DEAD © BaclightTM bacterial viability Mol. Probes Microscopio BX50F (Olympus) DP10 adquisición imágenes Programa BioImageL™ v. 2.1 análisis de las imágenes

Viabilidad celular



Operating Conditions

BIOFILM

MEMBRANE

MEMBRANE BIOREACTOR

MIXED LIQUOR

BIOFOULING

Promote

Quorum Quenching

Membrane

modification

¿Qué es el BIOFILM o BIOPELÍCULA?

¿Por qué se forma el BIOFILM?.....Quorum Sensing


Interacciones entre diferentes poblaciones bacterianasque forman la BIOPELÍCULA.

¿Qué es el Quorum Sensing (QS)?

¿Cómo evitar el Quorum Sensing?

...favoreciendo el Quorum Quenching…

Autoinductores

N-Acyl homoserinelactose (AHL)

http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=bVwgwDGqen8HSM&tbnid=Ih_8IZfGvHj0gM:&ved=0CAUQjRw&url=http://es.wikipedia.org/wiki/Bacteria&ei=ll4UU57JBMWOtAbR1YC4Dg&bvm=bv.61965928,d.bGQ&psig=AFQjCNEG5-6hG9bClhUjoVz3pYy3kt89Gg&ust=1393930230193433


http://en.wikipedia.org/wiki/File:N-Acyl_Homoserine_Lactone.png



La inhibición de las interacciones entre diferentespoblaciones bacterianas que forman la BIOPELÍCULA.

¿Qué es el Quorum Quenching (QQ)?

Para ello hay que indentificar y aislar los microorganismosformadores de Biofilm y determinar las enzimas (acylaseenzyme) que inhiben el QS (QQ) para reducir laBIOPELÍCULA.

¿Cómo favorecer el QQ?

Autoinductores

Enzimas

Enzimas







Conclusiones

Los BRM se caracterizan por la calidad del agua depuradaen comparación con otras técnicas.

Se trata de una técnica de alto coste por el elevadoconsumo energético y el ensuciamiento de la membrana.

La caracterización exhaustiva del licor de mezcla es elprimer paso a seguir para reducir el ensuciamiento de lasmembranas y hacer del BRM una tecnología mássostenible.

¡Gracias por su atención!

Documents

Hacia un MBR sostenible: Reducción del - ufrgs.br€¦ · sobrenadante Fango diluido a 1 g SSV/L Centrifugación 12000 xg, 15 min, 4ºC Resuspender los pellets con tampón Tris-HCl