1

1. Preámbulo 5

1.1. Objeto del trabajo 5

1.2. Prácticas realizadas 5

1.3. Lugar de realización de las prácticas 5

1.4. Objetivos de las prácticas 6

2. Introducción Teórica 7

2.1. Depuración Biológica de las aguas 7

2.1.1. Procesos aerobios 8

2.1.1.1. Los procesos de oxidación biológica 8

2.1.1.2. Reacciones de síntesis o asimilación 9

2.1.1.3. Reacciones de respiración endógena u oxidación 9

2.1.2. Procesos anaerobios 9

2.1.3. Procesos de cultivo en Suspensión 10

2.1.4. Procesos de cultivo Fijo 11

2.2. Filtración 11

2.2.1. La filtración por membranas 12

2.2.1.1. Filtración tangencial 13

2.2.1.2. Filtración perpendicular 14

2.2.2. Materiales de la membrana 14

2.2.3. Caracterización de membranas MF y UF 15

2.2.3.1. Microfiltración 15

2.2.3.2. Ultrafiltración 15

2.2.4. Parámetros de funcionamiento 16

2.2.4.1. Permeabilidad 16

2.2.4.2. Selectividad 16

2.2.5. Principales problemas 17

2.2.5.1. Ensuciamiento 17

2.2.5.2. Polarización por concentración 18

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2.3. Biorreactores de membrana 19

2.3.1. Conceptos básicos 19

2.3.2. Tipos de membrana 20

2.3.2.1. Planas 21

2.3.2.2. Fibra Hueca 22

2.3.3. Disposición de los módulos 23

2.3.3.1. Membrana integrada o sumergida 24

2.3.3.2. Membrana externa 25

2.3.3.3. Comparación entre ambas disposiciones 25

2.3.4. Limpieza de las membranas 26

2.3.4.1. Limpieza con aire 26

2.3.4.2. Retrolavado 27

2.3.4.3. Limpieza química 27

2.3.5. Parámetros de diseño 27

2.3.5.1. Sólidos en suspensión en el licor mezcla 27

2.3.5.2. Edad del fango 28

2.3.5.3. Carga másica 29

2.3.5.4. Tiempo de retención hidráulico 29

2.3.5.5. Carga volumétrica 29

2.4. Viscosidad en los fluidos 30

2.4.1. Tipos de fluidos 31

2.4.1.1. Fluidos Newtonianos 31

2.4.1.2. Fluidos No Newtonianos 32

2.4.2. Efectos de la temperatura 33

2.4.3. Tixotropía 33

2.4.4. Límite o Punto de fluencia 34

2.5. Influencia de la viscosidad en un MBR 34

3. Configuración de la planta 37

3.1. Pretratamiento 38

3.1.1. Arqueta de distribución 39

3

3.1.2. Pozo de bombeo 39

3.1.3. Tamiz rotativo y tornillo sin fin 39

3.1.3.1. Tamiz rotativo 39

3.1.3.2. Tornillo compactador o sin fin 40

3.1.4. Desengrasador 40

3.1.5. Tanque de homogeneización 41

3.1.6. DAF 42

3.1.7. Cubetos de químicos 42

3.1.7.1. De seguridad 42

3.1.7.2. Dosificadoras 43

3.2. Reactor Biológico 43

3.2.1. Soplante 43

3.2.2. Purga 44

3.2.3. Difusores 44

3.2.4. Arqueta de salida 44

3.3. MBR 45

3.4. Línea de Fangos 45

3.4.1. Depósito de fangos 46

3.4.2. Espesador 47

3.4.3. Centrífuga 47

4. Materiales y Métodos 49

4.1. Materiales 49

4.1.1. Viscosímetro Rotacional 49

4.2. Filtrado de la muestra 51

4.3. Método 52

4.3.1. Toma de muestras 52

4.3.2. Medición de la filtrabilidad 53

4.3.3. Medición de la viscosidad 53

4

4.4. Ensayos previos 54

4.4.1. Tixotropía 54

4.4.2. Ensayos ascendentes o descendentes 54

4.5. Toma de datos 55

5. Monitorización de la planta 57

6. Resumen de datos diarios 59

7. Conclusiones 87

7.1. Predicción del punto de fluencia 87

7.2. Predicción del MLSS 90

7.3. Dependencia entre la filtrabilidad y los SST 93

7.4. Relación entre viscosidad y oxígeno disuelto 95

8. Agradecimientos y valoración 97

8.1. Valoración de las prácticas 97

8.2. Agradecimientos 97

9. Bibliografía 99

10. Firma del Tutor 101

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1. Preámbulo 1.1. Objeto del trabajo

El objeto de este texto es el de resumir los trabajos realizados durante el periodo de prácticas del Máster en Gestión Sostenible y Tecnologías del Agua en la empresa Helados Alacant, más concretamente es su área de depuración de aguas.

1.2. Prácticas realizadas

Durante 2 meses se han realizado diversos trabajos. Por una parte, se ha llevado a cabo un minucioso estudio de las propiedades reológicas y de filtrabilidad del fango proveniente del reactor biológico de la planta, intentando correlacionar los resultados obtenidos con la cantidad de sólidos suspendidos totales (SST), parámetro de suma relevancia en el funcionamiento de una planta depuradora con tecnología de biorreactores de membrana (BRM). De esta manera, se intenta poder predecir el comportamiento y ciertas características del fango, a través del estudio de su viscosidad. Por otra parte, se ha hecho una monitorización diaria del funcionamiento de la planta a través del SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition), desde el cual se puede controlar el funcionamiento de toda la planta en tiempo real.

1.3. Lugar de realización de las prácticas

El lugar de realización de las prácticas ha sido en la fábrica que Helados Alacant tiene es San Vicente del Raspeig, más concretamente en su planta depuradora. Los datos de la misma son los siguientes:

Calle de Alicante Km. 4 03690 San Vicente del Raspeig Alicante Tel. 965 661 454 / 965 668 525 Fax. 965 666 453 Email: aiadhesa@grupoalacant.com

La depuradora es operada por el Grupo SADYT (Sociedad Anónima de Depuración y Tratamientos). SADYT es la empresa de tratamiento de aguas perteneciente al Grupo Sacyr. Esta empresa está dedicada al diseño, construcción, investigación, mantenimiento y explotación de sistemas de tratamiento de aguas. Los análisis de las muestras de fango biológico se realizaron en cambio en el laboratorio del Instituto Universitario del Agua y las Ciencias Ambientales de la Universidad de Alicante, cuyos datos se facilitan a continuación:

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Dirección postal: Instituto Universitario del Agua y las Ciencias ambientales Universidad de Alicante (Edificio Institutos Universitarios) Carretera San Vicente del Raspeig s/n 03690 San Vicente del Raspeig (Alicante) Teléfono: 965 90 39 48 Fax: 965 90 38 26 E-mail: iuaca@ua.es Página web: http://iuaca.ua.es/es/

1.4. Objetivos de las prácticas

En cuanto a los objetivos de las prácticas podemos distinguir dos grupos. En primer lugar está el conocimiento del funcionamiento completo de una depuradora con tecnología BRM, así como las normas de seguridad que se deben tener en este tipo de instalaciones. Además se buscará aprender a interpretar los datos mostrados en el ordenador por los programas informáticos de gestión de la planta, así como obtener ficheros, y en general conocer su funcionamiento. Por otro lado, este proyecto también tiene un fin de investigación. En este caso dicho fin es el de relacionar un parámetro reológico del fango biológico, como es la viscosidad, con el contenido de sólidos suspendidos totales (SST). También se intentará predecir el punto de fluencia de dicho fango, es decir, aquel al que para una tensión tangencial dada, se puede observar el crecimiento del flóculo, y por ende, un aumento de la viscosidad aparente. El estudio de dichas relaciones es muy importante, ya que están íntimamente ligadas con el funcionamiento óptimo de una planta BRM, más concretamente con la optimización de la aireación del mismo, aunque dicha optimización no sea objetivo de este proyecto. Dicha aireación tiene un doble propósito. Por un lado proporcionar el oxígeno necesario a los microorganismos encargados de la depuración. Por otro lado, ayudar a las labores de limpieza de las membranas, dificultando el ensuciamiento.

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2. Introducción Teórica

En esta introducción se intentará dar una idea clara del tratamiento que se lleva a cabo en la empresa Helados Alacant en lo referente a depuración de sus aguas. Es por ello que, empezando desde la definición de lo que es el proceso de depuración biológico de las aguas en general, y hasta llegar a la explicación del proceso de filtración por membranas que se utiliza en dicha planta, se irán comentando todas las nociones básicas que se deben tener para la comprensión de todo el proceso. Por otra parte, también se introducirá el concepto de viscosidad, y los diferentes comportamientos reológicos que pueden observarse en los fluidos, ahondando en el estudio de las características que presentan los fangos de depuradora.

2.1. Depuración Biológica de las aguas

Las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) someten a los efluentes de una gran cantidad de orígenes a un tratamiento para que adquieran las características de calidad previstas en la legislación vigente. En el caso de las aguas residuales urbanas los tratamientos biológicos son los más utilizados en la actualidad. Los tratamientos biológicos tuvieron en un principio como objetivo la eliminación de la materia orgánica de las aguas residuales y posteriormente se les ha ido dando otros usos como son la eliminación de nitrógeno amoniacal mediante un proceso de nitrificación o la eliminación de fósforo, entre otros. Consisten básicamente en provocar el desarrollo de microorganismos capaces de asimilar la materia orgánica biodegradable, utilizándola como sustrato o fuente de alimentación, para que una parte la transformen en nuevos microorganismos y otra sea oxidada. En nuestro caso concreto, ya que las características del agua residual de la planta, en lo que a sus compuestos se refiere, no difieren en gran medida de las que tienen las aguas residuales urbanas convencionales, podemos concluir que también en este caso la depuración biológica es la idónea. En cuanto a los tipos de procesos de depuración biológicos intensivos, es decir, aquellos que utilizan superficies reducidas y optimizan los procesos naturales de depuración, podemos diferenciar a 2 grandes grupos, los aerobios y los anaerobios. Se hará especial hincapié en los primeros, ya que la tecnología que utiliza la planta de Helados Alacant es aerobia. No obstante, no está de más hacer una pequeña introducción a los procesos anaerobios, ya que cada vez más se muestran como una alternativa a tener en cuenta, por el abaratamiento de sus costes y por el aprovechamiento energético que traen consigo. Es más, en la propia planta se está haciendo un estudio en cuanto a la conveniencia o no de la implantación de un sistema anaerobio.

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La otra gran diferenciación que se puede hacer es en cuanto a la fijación (o no) de los microorganismos a algún tipo de soporte, teniendo en este caso los procesos de cultivo fijo y los de cultivo en suspensión

2.1.1. Procesos aerobios

Podemos definir los aerobios como aquellos realizados por determinado grupo de microorganismos (principalmente bacterias y protozoos) que en presencia de oxígeno, actúan sobre la materia orgánica e inorgánica disuelta, suspendida y coloidal existente en el agua residual, transformándola en gases y materia celular, que puede separarse fácilmente mediante sedimentación. La unión de materia orgánica, bacterias y sustancias minerales forma los flóculos y el conjunto de flóculos es lo que todos conocemos como fango biológico. Los fundamentos de los procesos que intervienen en los procesos biológicos aerobios se explicaran a continuación:

2.1.1.1. Los procesos de oxidación biológica

La oxidación biológica es el mecanismo mediante el cual los microorganismos degradan la materia orgánica contaminante del agua residual. De esta forma, estos microorganismos se alimentan de dicha materia orgánica en presencia de oxígeno y nutrientes, de acuerdo con la reacción de la figura 2.1.

Figura 2.1. Esquema de oxidación biológica (Fuente: Apuntes del Máster)

Para que lo anteriormente expuesto se produzca, son necesarias dos tipos de reacciones fundamentales totalmente acopladas: de síntesis o asimilación y de respiración endógena u oxidación.

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2.1.1.2. Reacciones de síntesis o asimilación

Consisten en la incorporación del alimento (materia orgánica y nutrientes) al interior de los microorganismos. Estos microorganismos al obtener suficiente alimento no engordan, sino que forman nuevos microorganismos reproduciéndose rápidamente. Parte de este alimento es utilizado como fuente de Energía. La reacción que ocurre es la siguiente:

2.1.1.3. Reacciones de respiración endógena u oxidación

Los microorganismos al igual que nosotros, necesitan de Energía para poder realizar sus funciones vitales (moverse, comer etc.), dicha energía la obtienen transformando la materia orgánica asimilada y aquella acumulada en forma de sustancias de reserva en gases, agua y nuevos productos de acuerdo con la siguiente reacción:

2.1.2. Procesos anaerobios

La digestión anaerobia es un proceso biológico degradativo en el cual, parte de la materia orgánica contenida en un sustrato es convertida en una mezcla de gases, principalmente metano y dióxido de carbono, mediante la acción de un conjunto de microorganismos en ausencia de aceptores de electrones de carácter inorgánico (O2,NO3-, SO4=) (Nuria Martí Ortega, 2006). En la figura 2.2 se muestra el esquema básico del proceso.

Figura 2.2. Esquema de un proceso anaerobio (Fuente: Apuntes del Máster)

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Frente a los procesos aerobios, los tratamientos anaerobios presentan las ventajas de no necesitar aireación y de generar un biogás que puede ser recuperado y utilizado en la misma planta con finalidades energéticas, permitiendo en muchos casos la autonomía o autosuficiencia de las plantas de tratamiento. Otro aspecto muy ventajoso es que la generación de lodos es menor, por lo que también se reducen costes en el tratamiento y vertido de los fangos (Nuria Martí Ortega, 2006). Por otra parte, la digestión anaerobia es un proceso complejo, que requiere cierto control para asegurar su correcto funcionamiento. Un ejemplo de esto, es la sensibilidad a las sobrecargas orgánicas que pueden llevar a la desestabilización del proceso. El biogás generado suele estar contaminado con diferentes componentes, que pueden complicar el manejo y aprovechamiento del mismo. Por último, los costes de implantación son altos por lo que las instalaciones de pequeño tamaño no suelen resultar rentables.

2.1.3. Procesos de cultivo en Suspensión

En las técnicas de cultivos libres utilizadas en tratamiento de aguas residuales, el desarrollo de un cultivo bacteriano se produce dentro del efluente a tratar, en forma de flóculos dispersos dentro de una cuba llamada de aeración. La cuba es agitada para mantener los cultivos en suspensión, para favorecer una distribución homogénea del oxígeno que necesitan las bacterias para sus necesidades energéticas y para su reproducción, y para asegurar el mejor contacto posible entre las células bacterianas y su alimentación. Muy a menudo se utiliza este mismo dispositivo para la aeración y la mezcla. A continuación se muestra un esquema de dicho tipo de cultivo en la figura 2.3.

Figura 2.3. Esquema de un proceso de fangos activos (Fuente: Apuntes del Máster)

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2.1.4. Procesos de cultivo Fijo

En los procesos de cultivos fijos, se utiliza la capacidad que tienen la mayoría de los microorganismos para reproducir exopolímeros que les permiten adherirse, en forma de biopelícula, a soportes variados. Esta biopelícula se desarrolla en toda la superficie del soporte y la producción de nuevas células bacterianas hace que aumente su espesor. El oxígeno y los nutrientes solubles son transportados por el agua a tratar, que es difundida a través de la capa bacteriana. Las bacterias fijas tienen, generalmente, unos niveles de actividad específica superiores a las observadas en cultivos libres. Para optimizar una línea de tratamiento que utiliza cultivos fijos conviene pretratar el efluente por decantación o, al menos, mediante un buen tamizado. La actividad de un cultivo bacteriano depende, particularmente, de la superficie de intercambio entre sustrato y oxígeno. En los fangos activados (cultivos libres) esta superficie está restringida debido al estado de floculación de los microorganismos (www.degremont.es).

2.2. Filtración

Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el flujo del líquido. Más concretamente, nos referiremos a la filtración por membranas, que es un proceso físico en el que se separan componentes mediante membranas semipermeables. Se diferencian cuatro tipos de procesos en función del tamaño de las partículas/moléculas que deben eliminarse:

- Microfiltración - Ultrafiltración - Nanofiltración - Ósmosis inversa

A continuación se muestra los tamaños de molécula que son capaces de rechazar cada una de estas membranas:

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Figura 2.4. Capacidad de rechazo de las membranas

(Fuente: http://www.lenntech.es/ tecnologia-de-membrana.htm)

Debido a que los biorreactores de membrana utilizan las tecnologías de micro- y ultrafiltración, se serán estos los que serán descritos a continuación. Son las más recomendadas ya que, por un lado, sus costes energéticos son mucho menores a los de tecnologías más restrictivas como la ósmosis, al necesitar la aplicación de presiones menores. En cambio, las características del permeado de las membranas de micro y ultrafiltración son lo suficientemente buenas como para que su uso sea apto, mejorando en varios órdenes de magnitud los parámetros de los efluentes comparados con una planta convencional de depuración.

2.2.1. La filtración por membranas

La tecnología de membrana se ha convertido en una parte importante de la tecnología de la separación en los últimos decenios. Esta tecnología se emplea principalmente para la separación de solutos de disoluciones utilizando para ello, como su nombre indica, la ayuda de una membrana. Las membranas son delgadas películas de compuestos orgánicos, o inorgánicos, capaces de separar los componentes de un fluido, en función de sus propiedades físico-químicas, cuando se aplica una fuerza directora a través de la misma. Una operación de membrana puede definirse, entonces, como una operación donde una corriente de alimentación está dividida en dos: un permeado, conteniendo el material que ha pasado a través de la membrana y un concentrado (o rechazo según el caso) conteniendo las especies que no la atraviesan.

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Figura 2.5. Esquema de filtración por membranas (Fuente: www.novasep.com)

Dentro de la filtración por membrana, podemos distinguir dos tipos según sea la dirección del flujo en relación a la membrana. Tendremos flujo tangencial y flujo perpendicular. Las definiremos directamente asociados a la depuración de aguas.

2.2.1.1. Filtración tangencial

El efluente que se desea tratar se hace circular tangencialmente a la membrana. Los contaminantes quedarán en la superficie de la membrana, siendo arrastrados por el flujo tangencial, evitándose el ensuciamiento de la membrana. Esta forma de operar genera a partir de la alimentación dos corrientes o flujos: concentrado, con una concentración de contaminantes mayor que en la alimentación, y con una concentración de contaminantes que hacen posible su vertido o reutilización. Las membranas utilizadas son de tipo tamiz o densa

Figura 2.6. Filtración por flujo tangencial (Fuente: Apuntes del Máster)

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2.2.1.2. Filtración perpendicular

Las membranas se disponen en la línea de flujo del efluente que se desea tratar (alimentación), quedando las partículas contaminantes retenidas en el interior de las membranas y generándose una corriente depurada (permeado). Las membranas utilizadas son de tipo filtro profundo, dispuestas en cartuchos.

Figura 2.7. Filtración por flujo perpendicular (Fuente: Apuntes del Máster)

2.2.2. Materiales de la membrana

Según el tipo de material con el que se fabrican las membranas, estas se pueden clasificar en orgánicas, si están constituidas por materiales poliméricos, o en inorgánicas, si lo están por materiales inorgánicos. Los materiales más usados para las membranas de un BRM son poliméricos debido a su bajo coste. Los polímeros utilizados en la fabricación de membranas son muy diversos y su utilización depende de la aplicación que vayan a tener, ya que determinan factores tan importantes como las resistencias mecánica, química y térmica entre otras. En general, los polímeros más utilizados en la fabricación de membranas son:

Polisulfona (PS)

Acetato de celulosa (AC)

Poliamidas aromáticas (PA)

Poliacrilonitrilo (PAN)

Fluoruro de polivinildeno (PVDF)

Polietersulfona (PES)

Polipropileno (PP)

Polietilenoclorado (PEC)

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El uso de membranas inorgánicas es más reciente y ofrecen numerosas ventajas, entre las que cabe destacar que sirven para tratar aguas residuales con cualquier pH y tienen una gran resistencia térmica y mecánica. Su configuración ha sido habitualmente tubular, aunque recientemente también plana.

2.2.3. Caracterización de las membranas de MF y UF

El principio de la micro- y ultrafiltración es la separación física. Es el tamaño de poro de la membrana lo que determina hasta qué punto son eliminados los sólidos disueltos, la turbidez y los microorganismos. Las sustancias de mayor tamaño que los poros de la membrana son retenidas totalmente. Las sustancias que son más pequeñas que los poros de la membrana son retenidas parcialmente, dependiendo de la construcción de una capa de rechazo en la membrana. La microfiltración y la ultrafiltración son procesos dependientes de la temperatura, que retienen sólidos disueltos y otras sustancias del agua en menor medida que la nanofiltración y la ósmosis inversa (www.lenntech.com). A continuación se pasa a describirlos más extensamente.

2.2.3.1. Microfiltración

La microfiltración (MF). Es una operación de membrana empleada desde muy antiguo que utiliza el gradiente de presión como fuerza impulsora. El mecanismo de separación es mediante el tamaño de los poros. Las membranas usadas para la microfiltración son porosas y normalmente simétricas, teniendo un tamaño de poro de 0,1 – 10 μm. Separa partículas, algunos coloides grandes, bacterias y levaduras. Parte de la contaminación viral también es atrapada en el proceso, a pesar de que los virus son más pequeños que los poros de la membrana de microfiltración, debido a que los virus se pueden acoplar a las bacterias.

2.2.3.2. Ultrafiltración

La ultrafiltración (UF) es una técnica que opera debido a una diferencia de presión como fuerza impulsora, tal como la MF. Se separan partículas que se encuentran en el rango entre 0,001 μm a 0,05 μm, equivalente a pesos moleculares entre 0,5 y 500 kD, aproximadamente. El solvente y los solutos de bajo peso molecular (tales como azúcares, sales, aminoácidos) pasarán a través de la membrana, quedando retenidas las grandes moléculas. Por esto, la principal aplicación de la UF es la concentración, fraccionamiento y purificación de macrosolutos en solución acuosa, tales como proteínas y carbohidratos

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2.2.4. Parámetros de funcionamiento de las membranas

Los parámetros que definen el funcionamiento de una membrana respecto a su capacidad de separación son la permeabilidad y la selectividad. Ambos dependen de las características intrínsecas de la membrana y de la operación que se esté realizando, y están relacionados con la morfología de la membrana y con las interacciones entre ésta y las especies que se desean separar.

2.2.4.1. Permeabilidad

La permeabilidad indica la cantidad de disolvente que atraviesa la membrana. Mide la densidad de flujo de permeado, J, (en muchos textos científicos se denomina simplemente flujo), que es el caudal volumétrico por unidad de superficie que atraviesa la membrana. En un proceso de filtración a través de una membrana se observa una dependencia lineal del flujo con la diferencia de presión, lo que permite considerar la membrana como un medio poroso al que se le puede aplicar la ley de Darçy:

donde:

- J = densidad de flujo de permeado, L T-1 - Bo = permeabilidad al soluto, L2 (esta permeabilidad de las membranas se puede

relacionar con propiedades microestructurales de las mismas como la porosidad total, el radio medio de los canales internos y la tortuosidad de los mismos)

- ΔP = presión transmembrana, M L-1 T-2 - μ_= viscosidad dinámica, M L-1 T-1 - Z = espesor de la capa activa de la membrana, L

A menudo el espesor de la capa activa es difícil de medir, por lo que se introduce la permeabilidad específica, Bo/Z, o su inversa r = Z/Bo, que representa la resistencia específica a la transferencia de materia. De esta forma el flujo se expresa como:

2.2.4.2. Selectividad

La selectividad de la membrana con respecto a una especie es cuantificada mediante el porcentaje de rechazo de dicha especie, R, o eficacia de la separación, que relaciona las concentraciones de esa especie en la alimentación y en el permeado (es el complementario a cien del porcentaje de paso de sales).

(

)

17

donde:

- Cp = concentración en el permeado, M L-3 - Co = concentración en la alimentación, M L-3

La selectividad de una membrana es también cuantificada por su umbral de corte, que se corresponde con la masa molecular de la molécula más pequeña que es retenida al 90 %. Este parámetro se puede calcular obteniendo el porcentaje de rechazo en función de la masa molecular. En general, se habla de intervalo de corte y no de umbral, pues la dispersión de tamaño que presentan los poros de la membrana, la amplia gama de masas moleculares con las que se puede tropezar, etc., hace que las partículas sean parcialmente retenidas en una zona más o menos grande y que no se pueda hablar puntualmente de un umbral de corte. Es necesario destacar que estos parámetros: el porcentaje de rechazo, el flujo de permeado y el intervalo o el umbral de corte no definen por si solos el comportamiento de un sistema en funcionamiento. Además intervienen todo un conjunto de propiedades como son las características de la membrana (material, porosidad, tamaño de poros, carga de superficie), la naturaleza y la composición de las especies presentes, las condiciones de operación (presión aplicada, concentración, temperatura, pH y fuerza iónica) o la hidrodinámica del sistema. Por tanto, son necesarios ensayos con la suspensión real para una correcta selección de la membrana adecuada y encontrar un compromiso satisfactorio entre las exigencias de rentabilidad de la operación y los criterios de calidad del producto final.

2.2.5. Principales problemas

Algunos aspectos y problemas que se producen en la micro y la ultrafiltración son los siguientes:

2.2.5.1. Ensuciamiento

Se presenta tanto como resultado de la polarización por concentración, como también por la afinidad entre compuestos de la alimentación y la membrana, tales como aceites, grasas, proteínas, compuestos orgánicos, iones metálicos, etc. El ensuciamiento, llamado en inglés “fouling” es el principal problema en los procesos de membrana. Consiste en la adsorción y deposición sobre la membrana de diferentes elementos presentes en el agua. El mecanismo de este proceso es consecuencia de la interacción fisicoquímica de estos elementos con la membrana. En el caso de la depuración biológica, los elementos que suelen producir el fouling son proteínas, materias coloidales o las substancias poliméricas extracelulares (EPS, del inglés extracellular polymeric substances) que son metabolitos excretados por la biomasa depuradora.

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Existen dos tipos diferenciados de fouling:

- Fouling externo o reversible: las substancias se depositan sobre la membrana.

- Fouling interno o irreversible: las substancias taponan los poros del interior de la membrana.

El fouling interno es mayor problema que el externo ya que su eliminación es mucho más complicada y a menudo se ha de sustituir la membrana o realizar agresivos lavados químicos. Los efectos del fouling irreversible son realmente graves. Sin embargo, el fouling reversible se elimina fácilmente por mecanismos físicos. La consecuencia más fácilmente observable es una reducción en el caudal de permeado debido a la obstrucción de los poros, ya sea en el exterior como en su interior. Como consecuencia de este hecho, se incrementa el gasto de energía. Si se quiere mantener un caudal de permeado constante, se ha de aplicar una mayor presión transmembranal lo que conlleva también un mayor gasto energético. Además, el ensuciamiento de las membranas también es responsable de incrementar la frecuencia de las limpiezas y sustituciones de las membranas con las repercusiones económicas y temporales que esto implica.

Figura 2.8. Esquema del ensuciamiento en las membranas

(Fuente: www.rdwaterpower.com)

2.2.5.2. Polarización por concentración

El fenómeno de polarización por concentración tiene lugar en aquellos procesos que operan de forma tangencial. En las condiciones de trabajo de estos procesos es difícil evitar que los componentes de la alimentación rechazados por la membrana se acumulen en su superficie. El resultado es la creación de gradientes de concentración (polarización de la concentración) en el lado de la alimentación, que pueden disminuir la eficiencia de separación de la membrana y el flujo de permeado (Mulder, 1991).

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La figura 2.9 representa la situación en la que un componente i de la alimentación, que es rechazado por la membrana, se acumula en su superficie, creándose un gradiente de concentración localizado en una película de espesor δ, próximo a la membrana. El flujo difusivo de componente i, generado por el gradiente de concentración, se opone al flujo convectivo creado por la diferencia de presión transmembranal, comportándose como una resistencia adicional que contribuye a disminuir el flujo de permeado.Una polarización de la concentración elevada aumenta la presión osmótica en el lado de la alimentación, lo que también contribuye a la disminución del flujo de permeado. Además, si la concentración Cim es elevada se favorecerá la difusión del componente i a través de la membrana, lo que se traduce en una disminución del coeficiente de rechazo. Este fenómeno depende de las condiciones de operación y no del tiempo de utilización de la membrana. La manera más sencilla de evitar la polarización es aumentando la velocidad tangencial de paso de la alimentación, de tal forma que las turbulencias generadas arrastren a las sustancias depositadas en la superficie de la membrana.

Figura 2.9. Esquema de la polarización por concentración

(Fuente: Apuntes del Máster)

2.3. Biorreactores de membrana 2.3.1. Conceptos básicos

Los biorreactores de membrana (BRM) (reactor biológico + MF/UF) se incluyen en las denominadas tecnologías de membrana, las cuales han experimentado un gran desarrollo en la última década. La aplicación de estas tecnologías a los BRM permite la separación del licor de mezcla (fango) y el agua depurada mediante membranas, obteniendo ventajas importantes frente a los procesos convencionales de depuración de aguas residuales, tales como mayor calidad

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del agua tratada, posibilidad de operar con altas concentraciones de biomasa, baja producción de fangos, (inhibición del crecimiento de bacterias filamentosas que tampoco serían un problema ya que no hay etapa de decantación) y tamaño compacto de la planta.

En cambio, y como en cualquier cosa en la vida, no todo son ventajas. El principal inconveniente de los BRM es el ensuciamiento o fouling de las membranas, que produce la disminución del flujo de permeado, el aumento de la presión transmembrana de operación e implica la realización de ciclos de limpieza para restaurar el sistema, todo ello traduciéndose en un aumento de los costes de operación.

Es por ello que el estudio de todas aquellas variables que puedan afectar al funcionamiento de los BRM es indispensable para una mayor optimización del proceso. Y es en este punto donde arranca la idea de elaborar este trabajo. La viscosidad es un parámetro relativamente fácil y rápido de medir, que nos puede dar cierta información sobre el estado del proceso biológico. El objetivo concreto de este proyecto es intentar relacionar los valores de la viscosidad del licor mezcla con los parámetros más importantes en el funcionamiento de la planta.

Figura 2.10. Disposiciones de membranas, externa o sumergida

(Fuente: www.yacutec.com)

2.3.2. Tipos de membrana

Actualmente existen seis configuraciones principales en los procesos de membrana existiendo ventajas y desventajas para cada tipo. Las configuraciones que se enumeran a continuación están basadas en geometrías plana y cilíndrica.

1. Placa plana 2. Fibra hueca 3. Multitubular 4. Tubo capilar 5. Filtro de pliegues 6. Espiral

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Los tipos de membranas más empleadas en los MBR son las de fibra hueca y placa plana. Es por ello que serán descritas a continuación. Aunque su geometría, hidrodinámica, configuraciones espaciales y propiedades mecánicas son distintas, los rendimientos obtenidos en estudios comparativos no presentan diferencias significativas entre ambas membranas en términos de eficiencias obtenidas.

2.3.2.1. Planas

Los módulos de placa-bastidor emplean conjuntos de membranas planas separadas por un elemento separador por el que se alimenta el agua a tratar y que además le confiere resistencia física al conjunto. Cada dos membranas tendrán la capa activa hacia el interior de tal forma que el agua perneada circula de dentro hacia afuera. El permeado se recoge en un “colector de permeado” y se dirige mediante conducciones hacia el exterior. En la figura siguiente se muestra el esquema de funcionamiento.

Figura 2.11. Esquema de placas planas. Funcionamiento (Fuente: Apuntes del

Máster)

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Figura 2.12. Vista de una membrana plana (Fuente: Apuntes del Máster)

2.3.2.2. Fibra Hueca

Los módulos capilares son similares a los tubulares pero el diámetro de las membranas capilares es mucho más pequeño que el de las membranas tubulares, concretamente de 0.5 a 5 mm. Debido al menor diámetro, las probabilidades de obstrucción con una membrana capilar son mucho mayores. Una ventaja es que la densidad de empaquetamiento es mucho mayor. Cuando las membranas tienen un diámetro del orden o inferior a 0.1 μm se denominan de fibra hueca. En este caso las membranas pueden ser homogéneas, por lo que el flujo de permeado puede ser hacia fuera o hacia dentro. Hay dos diferentes regímenes de flujo en la fibra hueca: interior - exterior y exterior-interior. Cuando el agua fluye a través de un canal el sistema interior-exterior permite un buen control hidrodinámico del módulo. Por otro lado es más difícil controlar el flujo exterior-interior (si es flujo cruzado) ya que se crean zonas muertas, sin embargo una ventaja de esta distribución es que hay menos pérdidas de carga.

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Figura 2.13. Ejemplo de membrana de fibra hueca (Fuente: www.zenon.com)

2.3.3. Disposición de los módulos

Los biorreactores de membrana están compuestos por dos partes principales, la unidad biológica responsable de la degradación de los compuestos presentes en el agua residual y el módulo de la membrana encargado de llevar a cabo la separación física del licor de mezcla. Dependiendo del diseño, se distinguen dos tipos de configuración, que se diferencian fundamentalmente en la ubicación de las membranas y en la tecnología utilizada para crear el gradiente de presión que constituye la fuerza impulsora del proceso de filtración.

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2.3.3.1. Membrana integrada o sumergida

A continuación se muestra un esquema de los biorreactores con membranas sumergidas:

Figura 2.14. Disposición con membranas sumergidas (Fuente: Apuntes del Máster)

En esta configuración la unidad de membranas está inmersa en el tanque biológico. La fuerza impulsora a través de la membrana es alcanzada presurizando el reactor, creando así una presión negativa en el lado del permeado de la membrana mediante la aspiración a través de la propia membrana (Rosenberger et al., 2002). Generalmente, se coloca un difusor de aire justo debajo del módulo de membranas el cual cumple una triple función:

- Suministrar el aire necesario para homogeneizar el contenido del tanque. - Realizar el aporte de oxígeno necesario para mantener el proceso

biológico. - Generar un flujo cruzado que provoque la turbulencia necesaria para

dificultar las deposiciones sobre la membrana.

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2.3.3.2. Membrana externa

Figura 2.15. Disposición con membranas externas (Fuente: Apuntes del Máster)

Esta configuración que se ve en la figura 2.15 implica que el licor mezcla es recirculado desde el biorreactor hasta la unidad de membranas que se dispone externamente a la unidad biológica. La fuerza impulsora es la presión creada por el bombeo hacia el módulo. La ventaja de los BRM con membranas exteriores está en que facilitan su mantenimiento al poderse manipular los tanques independientemente, de modo que se pueden gestionar las membranas sin influir en el reactor (realizar limpiezas químicas, mantenimiento…) y se puede vaciar el reactor sin peligro de dañar las membranas. En cambio, los inconvenientes que tienen es que el gasto energético es superior y es necesaria una unidad de bombeo para la recirculación (Osorio Robles, 2010).

2.3.3.3. Comparación entre ambas disposiciones

La aplicación para la que se diseña un BRM condiciona el tipo de membranas empleado. Mientras que en las plantas de tratamiento de aguas residuales industriales son más comunes los BRM sumergidos y los externos de módulos tubulares, en las aguas residuales urbanas los BRM sumergidos con placa plana o fibra hueca son los más utilizados. Para comparar ambos tipos de configuración, en primer lugar se compara la presión de trabajo. La presión transmembranal constituye la fuerza impulsora en el proceso. En el caso de los biorreactores con membrana sumergida, el rango de PTM a las que se trabaja es menor que en el caso de reactores con configuración externa, pudiéndose trabajar en rangos de presión del orden de 0,05 bares a 0,5 bares, mientras que en los de configuración externa, las PTM suelen estar entre los 0,5 y 5 bares. Así pues, en cuanto a este factor, los biorreactores de membrana sumergida tienen una ventaja importante. Al trabajar en rangos de presión menores, los costes de operación pueden

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ajustarse más, y al mismo tiempo, y puesto que el estrés mecánico al que están expuestas las membranas es menor, se produce un aumento de su vida útil. La siguiente comparación que se debe hacer es la económica. Los BRMs de membrana sumergida requieren una inversión inicial mayor y el coste de aireación también es superior debido a la triple función de los difusores como se ha comentado anteriormente. Sin embargo, los costes de operación totales en los BRM de configuración externa son mayores, debido a que los requerimientos de bombeo son mucho mayores. Hay que considerar que la concentración de sólidos en el licor de mezcla es elevada por lo que los costes derivados del bombeo se disparan. El consumo de energía surge de los requerimientos de potencia del proceso. En un sistema de BRM, los requerimientos de potencia vienen del bombeo del agua de alimentación, de la aireación, de la succión de permeado, y de la recirculación. Se observa por lo tanto, que en los BRM sumergidos el consumo de energía debido a bombeo es nulo, lo que deriva en que el consumo de energía para un sistema en circuito cerrado es normalmente dos órdenes de magnitud mayor que en los sistemas integrados. Las razones económicas son las que justifican mayormente que se estén imponiendo los sistemas de membranas sumergidas. Otro aspecto clave en todos los procesos de membranas es el ensuciamiento y las consiguientes necesidades de limpieza. En este aspecto, los BRM sumergidos también mejoran las prestaciones de los de configuración externa ya que tienen unas necesidades de mantenimiento por limpieza menores. Aunque en los diseños de membrana externa el flujo tangencial asegure un cierto grado de autolimpieza también es cierto que trabajan en rangos de PTM sensiblemente superiores. Además, los reactores de membranas sumergidas tienen diseños en los que se aprovecha la aireación para conseguir un efecto de limpieza permanente durante la operación de modo que se consiguen retrasar las paradas para mantenimiento por limpieza.

2.3.4. Limpieza de las membrana

Con el objetivo de reducir la velocidad de ensuciamiento de la membrana, y con ello aumentar su vida operativa, se recurre a distintos procesos de limpieza periódica de las membranas, que se diferencian en su periodicidad y su objetivo. Tenemos por tanto en limpieza con aire, retrolavado, la limpieza química.

2.3.4.1. Limpieza con aire

Aprovechando la necesidad de aportar oxígeno al reactor, y con el objeto de provocar alta turbulencia en las proximidades a la superficie filtrante externa de las membranas, y reducir así la velocidad de ensuciamiento, se introduce por el fondo de cada módulo de membranas un flujo de aire en forma de burbujas continuo o intermitente.

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2.3.4.2. Retrolavado

Consiste en invertir el flujo de filtración. De esta forma se elimina la capa externa de ensuciamiento de fibra y parte de las partículas que se han introducido en sus poros. En la siguiente figura se muestra un esquema de este tipo de limpieza, para un funcionamiento habitual de flujo exterior-interior.

Figura 2.16. Esquema de retrolavado (Fuente: Apuntes del Máster)

2.3.4.3. Limpieza química

Por otra parte, cada cierto tiempo es necesario realizar una limpieza de tipo química para recuperar el estado cuasi inicial de la membrana. Las limpiezas químicas, tanto de las membranas planas como de las de fibras huecas, se realizan prácticamente siempre con hipoclorito sódico. En caso de pérdida de flux por precipitación de sales se realizará una limpieza ácida, si bien para el caso de aguas residuales urbanas no es en principio necesario.

2.3.5. Parámetros de diseño 2.3.5.1. Sólidos en suspensión en el licor mezcla

Los BRM pueden funcionar con concentraciones de sólidos solubles mucho mayores que las de los sistemas de fangos activados convencionales, porque los líquidos y los sólidos son separados por membranas, no por gravedad. De esta forma el rango de operación para un biorreactor de membranas suele variar entre 8000 y 15000 mg/l, aunque algunas plantas en ocasiones funcionan con valores de hasta 20000 y 30000mg/l. Sin embargo, estos últimos

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valores no son aconsejados puesto que las concentraciones demasiado elevadas pueden mermar el funcionamiento de la membrana. El funcionamiento eficaz de la membrana es cuestión del equilibrio del caudal de sólidos hacia y desde la superficie de la membrana, de esta forma, a medida que los sólidos aumentan, éstos se aproximan a la superficie de la membrana más rápidamente de lo que se alejan de ella, y por lo tanto se necesitaría una mayor aireación para evitar la acumulación de los sólidos sobre la membrana y con ella se aumentarían de forma considerable los costes energéticos asociados a este aumento de aireación. Por otro lado, tampoco se aconseja trabajar con concentraciones demasiado elevadas, puesto que el licor mezcla se vuelve más viscoso a medida que la concentración de sólidos aumenta, haciendo de esta forma menos eficaz la aireación por burbuja, utilizada generalmente en los biorreactores de membrana.

2.3.5.2. Edad del fango

Representa la relación expresada en días, entre la masa de fangos en el reactor y la masa de fangos eliminada de la instalación diariamente. Este parámetro da una idea acerca del tiempo de retención de los microorganismos en la instalación. Se determina mediante la siguiente ecuación:

Donde,

- V: volumen del reactor (m3) - Qw: caudal de fango purgado (m3/d) - SSW: concentración de microorganismos en el fango (mg/L) - QM: caudal del efluente de la unidad de membranas (m3/d) - SSM: concentración de microorganismos en la unidad de membranas (mg/L) - SSLM: concentración de microorganismos en el tanque de aireación (mg/L)

Aunque los BRM pueden funcionar para un amplio rango, trabajar con edades de fango de menos 3 días da como resultado un ensuciamiento rápido de la membrana debido a los ensucimientos orgánicos. Normalmente las edades de fango son de 8 días o mayores, fomentando de esta forma la nitrificación (esta premisa generalmente suele ser un requisito del fabricantes de membrana). Asimismo, las edades de fango elevadas reducen la producción de fangos, así que el sistema de procesamiento de sólidos puede ser más pequeño, pero en cambio, el biorreactor necesitará más oxígeno para poder provocar la respiración endógena. Por lo tanto, habrá que llegar a una situación de compromiso.

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2.3.5.3. Carga másica

La carga másica se define como la relación existente entre la cantidad de microorganismos del reactor y la materia orgánica presente en el agua residual. Se comporta de manera inversa a la edad del fango. La concentración de biomasa es inversamente proporcional, con lo que al operar con mayores concentraciones de biomasa la relación alimento/microorganismos disminuye. Se puede tomar como valores de referencia el rango comprendido entre 0,01 y 0,15 kg DBO5/kg SSLM·día. (Yoon, et al., 2004). Se calcula mediante la siguiente ecuación.

Donde, - V: volumen del reactor (m3) - QE: caudal de entrada (m3/d) - SSLM: concentración de microorganismos en el tanque de aireación (mg/L) - DBO5: demanda biológica de oxígeno en el influente (mg/L)

2.3.5.4. Tiempo de retención hidráulico

Para el diseño de un reactor, el TRH es uno de los parámetros más importantes ya que representa el tiempo de permanencia del agua en el volumen del reactor. Se expresa según la ecuación siguiente:

Donde, - V: volumen del reactor (m3) - QE: caudal de entrada (m3/d)

Largos tiempos de retención celular causan una menor producción de fango mientras que el bajo valor de la carga másica permite reducir el tiempo de retención hidráulica, en los BRM suele estar entre 0,5 y 8 h (Gander, et al., 2000). Así, al trabajar en los BRM con TRH inferiores a los del proceso convencional, para un mismo caudal de alimentación, se requerirán volúmenes del reactor más pequeños, con lo que una planta de tratamiento de aguas residuales con BRM ocupará un espacio menor.

2.3.5.5. Carga volumétrica

La carga volumétrica hace referencia al valor de materia orgánica por unidad de volumen del reactor. Se expresa mediante la siguiente ecuación:

Donde,

- V: volumen del reactor (m3) - QE: caudal de entrada (m3/d)

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- DBO5: demanda biológica de oxígeno en el influente (kg/m3)

De la ecuación anterior puede deducirse que si se trata un mismo influente de agua residual mediante un MBR y un proceso de fangos activados, la carga volumétrica será mayor en el caso de los biorreactor de membranas debido a que suele tener un volumen de reactor menor.

2.4. Viscosidad en los fluidos

El concepto de viscosidad nació con Newton, cuando en su obra "Philosophiae Naturalis. Principia Matematica" afirmó que la resistencia ejercida, y que surge a partir de una falta en el deslizamiento de un fluido, si el resto de factores se mantienen, es proporcional a la velocidad a la que las partes de un fluido son separadas entre sí. De este modo, se establece la proporcionalidad existente entre el esfuerzo por unidad de área (F/A) necesario para producir un gradiente de velocidades en un fluido, siendo la constante de proporcionalidad un factor que describe "la capacidad de deslizamiento de un fluido" (más tarde esta constante de proporcionalidad fue llamada viscosidad) (Tema2.RUA). A continuación se muestra un esquema de un hipotético experimento basado en las afirmaciones de Newton:

Figura 2.17. Esquema de viscosidad Newtoniana

(Fuente: http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/3623/1/tema2RUA.pdf)

De acuerdo con lo expuesto, es posible definir lo que se conoce como fluido Newtoniano. Por fluido newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valor de viscosidad, a una presión y temperatura dadas, es único para cualquier velocidad de cizalla, siendo independiente del tiempo de aplicación de la cizalla. Las desviaciones posibles de este comportamiento se pueden agrupar: 1) Variación de la viscosidad con la velocidad de cizalla 2) Variación de la viscosidad con el tiempo de aplicación de la cizalla Para líquidos Newtonianos, la viscosidad también se denomina coeficiente de viscosidad. Este coeficiente, en determinados fluidos deja de ser constante para convertirse en una función de la velocidad de deformación del fluido,

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apareciendo el término de viscosidad aparente o a veces viscosidad dependiente de la velocidad de cizalla. A continuación se expondrá con más precisión lo que entendemos por líquidos newtonianos, y no newtonianos, las leyes que describen dichos comportamientos y las variables más importantes que pueden influir en dichos líquidos.

2.4.1. Tipos de fluidos 2.4.1.1. Fluidos Newtonianos

La distinción entre fluidos newtonianos y fluidos no-newtonianos se basa en la diferente relación que existe en unos y otros entre la aplicación de un esfuerzo tangencial y la velocidad con que se deforman. Un fluido Newtoniano, también llamado fluido verdadero es aquel que, sometido a un esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es proporcional directamente al esfuerzo aplicado.

En otra palabra, si se aplica un esfuerzo tangencial a un fluido newtoniano, este se pondrá en movimiento sin importar lo pequeño que sea el esfuerzo tangencial y se generará una cierta distribución de velocidad en el fluido. Ese esfuerzo tangencial y el gradiente de velocidad que se produce serán directamente proporcionales, a la constante de proporcionalidad se la define como viscosidad.

Los fluidos más comunes tales como el agua, el aire y la gasolina son newtonianos en condiciones normales. La fórmula que rige dicho comportamiento es la siguiente:

Donde:

: es la tensión tangencial ejercida en un punto del fluido o sobre una superficie sólida en contacto con el mismo, tiene unidades de tensión o presión ([Pa]). : es la viscosidad del fluido, y para un fluido newtoniano depende sólo de la temperatura, puede medirse en [Pa·s] o [kp·s/cm

2].

: es el gradiente de velocidad perpendicular a la dirección al plano en el que estamos

calculando la tensión tangencial, [s−1

].

Las dimensiones de la viscosidad dinámica son [Ft/L2] o en forma equivalente [M/Lt]. En el sistema métrico, la unidad básica de viscosidad se denomina poise (poise = g/cm*s).

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2.4.1.2. Fluidos No Newtonianos

Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no newtonianos. Estrictamente hablando la definición de un fluido es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. Por lo común, los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo. Un gran número de ecuaciones empíricas se han propuesto para modelar las relaciones observadas entre la tensión cortante y el gradiente de velocidad para fluidos independientes del tiempo. Pueden representarse de manera adecuada para muchas aplicaciones de la ingeniería mediante un modelo de la ley de potencia, el cual se convierte para un flujo unidimensional en:

(

)

Donde: n: es el índice de comportamiento del flujo k: es el índice de consistencia

Esta ecuación se reduce a la ley de viscosidad de newton para n = 1 y k = m , para un fluido newtoniano.

Los fluidos en los cuales la viscosidad aparente disminuye con el aumento de la relación de deformación (n < 1) se llaman seudoplásticos. Es decir con un incremento en la tasa de corte el líquido se adelgaza. Casi todos los fluidos no newtonianos entran en este grupo; los ejemplos incluyen soluciones poliméricas, suspensiones coloidales y pulpa de papel en agua o para nuestro caso, los fangos de depuradora. Si la viscosidad aparente aumenta con el incremento de la relación de deformación (n > 1) el fluido se denomina dilatante; aquí el fluido se engruesa con un aumento en la tasa de corte (Shames 1995).

Además, existen los llamados materiales lineales de Bingham, donde se presenta un desplazamiento finito para un esfuerzo cortante menor que un valor t1 y para el cual existe un comportamiento viscoso newtoniano cuando el esfuerzo es menor que t0 (Shames 1995). Para este comportamiento la ecuación correspondiente es:

(

)

El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo. Los fluidos tixotrópicos, tiene una viscosidad que depende de la deformación angular inmediatamente anterior de la sustancia y tiende a solidificarse cuando se encuentra en reposo. Estos fluidos muestran una reducción del valor de n con

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el tiempo ante la aplicación de un esfuerzo de corte constante. Los fluidos reopécticos muestran un aumento de n con el tiempo. Después de la deformación, algunos regresan parcialmente a su forma original cuando se libera el esfuerzo aplicado. A tales fluidos se les llama viscoelásticos. A continuación se muestra un gráfico de esfuerzo cortante (eje vertical) frente a gradiente de velocidad (eje horizontal), mostrando los comportamientos anteriormente descritos:

Figura 2.18. Distintos modelos de viscosidad (Fuente: Elaboración propia)

2.4.2. Efectos de la temperatura sobre la viscosidad

No es posible estimar teóricamente las viscosidades para líquidos en función de la temperatura con exactitud. El fenómeno de la transferencia de momento por medio de colisiones moleculares parece oscurecerse en líquidos por efecto de los campos de fuerza que interactúan entre las moléculas líquidas apiñadas y muy cercanas unas a otras. Las viscosidades de líquidos son afectadas drásticamente por la temperatura. En resumen: Se sabe que en los líquidos un aumento de la temperatura disminuye la viscosidad pero no se puede cuantificar con exactitud.

2.4.3. Tixotropía

La tixotropía es la propiedad de algunos fluidos no newtonianos y pseudoplásticos, que muestran un cambio dependiente del tiempo en su viscosidad, es decir, cuanto más tiempo se someta el fluido a esfuerzos de

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cizalla, más disminuye su viscosidad. Un fluido tixotrópico es un fluido que tarda un tiempo finito en alcanzar una viscosidad de equilibrio cuando hay un cambio instantáneo en el ritmo de cizalla. Sin embargo no existe una definición universal; el término a veces se aplica a los fluidos pseudoplásticos que no muestran una relación viscosidad/tiempo. Es importante tener en cuenta la diferencia entre un fluido tixotrópico y otro pseudoplástico. El primero muestra una disminución de la viscosidad a lo largo del tiempo a una velocidad de corte constante, mientras que el otro muestra dicha disminución al aumentar la velocidad de corte. A los fluidos que exhiben la propiedad opuesta, en la que la agitación a lo largo del tiempo provoca la solidificación, se les llama reopécticos, a veces anti-tixotrópicos, y son mucho menos comunes.

2.4.4. Límite o Punto de fluencia

Se llama así al esfuerzo de cizalla que deforma al fluido plásticamente. Para el caso de los fangos de una depuradora, es aquel punto en el que, para una tensión superior a dicho límite, la viscosidad está relacionada con la tensión de cortadura mediante una ley potencial. Además, la viscosidad no varía con el tiempo de aplicación. En cambio, para tensiones inferiores a dicho punto, y siempre que vengamos de un estado de agitación mayor, se produce una reestructuración del flóculo, que hace que las lecturas de viscosidad no sean constantes en el tiempo, sino crecientes, ya que, la muestra, está siendo solicitada en su rango elástico.

2.5. Influencia de la viscosidad en un MBR

El análisis reológico del licor mezcla de los biorreactores de membrana sumergida se realiza con el objetivo de caracterizar el licor presente en el reactor, y ver si se pueden obtener algunas conclusiones que ayuden a tener un proceso de depuración más eficiente. En el análisis se ha obtenido que el licor mezcla presenta las características de un fluido viscoplástico. También se ha detectado que existe una reestructuración del mismo, es decir, que tiene lugar la formación de flóculos cuando el esfuerzo aplicado es menor que el del límite de fluencia. Ya que parte importante del esfuerzo cortante que se produce en el reactor esta ocasionado por las burbujas de oxígeno que se inyectan, la obtención de este límite de fluencia puede ser interesante para una optimización de la aireación, intentando que se produzca el mayor esfuerzo posible que ayude a limpiar las membranas, pero que no llegue a destruir los flóculos, y que además sea lo más económico posible. El interés creciente en la introducción de las tecnologías de membranas para el tratamiento de aguas residuales ha llevado en los últimos años a un aumento de los proyectos de investigación sobre la materia. Comparado con los procesos convencionales de depuración de agua, la filtración a través de membrana conlleva una mejora muy significativa de la calidad del permeado. Los problemas ligados a la sedimentación de los fangos se eliminan, y el

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tiempo de retención se reduce, haciendo esto último que las plantas de BRM sean más compactas, requiriendo mucho menos espacio que una convencional. El mayor problema asociado a esta tecnología es el ensuciamiento de las membranas, debido entre otras cosas a que se opera con cargas másicas muy superiores. Es por ello que las investigaciones suelen enfocarse en dicho problema, buscando entender mejor como es el proceso de ensuciamiento, e intentar prevenirlo en la medida de lo posible.

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3. Configuración de la planta

La depuradora de Helados Alacant está diseñada para tratar un caudal de agua de 30 m3/h. Consta de las siguientes etapas:

Pozo de bombeo. Es donde recibe el agua la planta. Está situado en el patio exterior. En él se encuentran las bombas que impulsan el agua hacia la depuradora.

Pretratamiento. Consta de un tamiz rotativo y un separador de grasas

Homogeneización. Se regula el pH del agua de entrada, además de mezclar el agua. Dispone de un agitador y el depósito está aireado.

DAF. Es un flotador basado en la inserción de micro burbujas de aire.

Reactor biológico. Se trata de un depósito aireado. Dispone de agitador y de bombas de recirculación.

MBR. Consta de membranas, bombas de aspiración, soplante y equipo de limpieza.

Línea de fangos. En la línea de fangos tenemos el siguiente proceso: acumulación en el depósito, espesador de fangos, centrífuga y tolva. Tanto el espesador como la centrífuga tienen su propio equipo de polielectrolito.

Desodorización

En la siguiente figura se muestra de forma muy simple todo el proceso de depuración de la planta en cuestión:

Figura 3.1. Esquema básico de la depuradora de Helados Alacant

(Fuente: Manual de funcionamiento Dep H. Alacant)

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A continuación se describirán con más detalle las distintas etapas del proceso que se llevan a cabo en la EDAR de Helados Alacant, basándonos en los conocimientos adquiridos durante la realización de las prácticas y en la lectura del “Manual de Explotación de la Estación Depuradora de Aguas Residuales Industriales de Helados Alacant”:

3.1. Pretratamiento

El pretratamiento está constituido por el pozo de bombeo, el tamiz rotativo y el desengrasador, terminando en el depósito de homogeneización. A continuación se muestra el esquema correspondiente:

Figura 3.2. Esquema del pretratamiento efectuado en Helados Alacant

(Fuente: Manual de funcionamiento Dep H. Alacant)

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3.1.1. Arqueta de distribución

Previo incluso al pretratamiento, se dispone de una arqueta de distribución, la cual, da la posibilidad de realizar un by-pass de la planta ante alguna emergencia. Sin embrago, sería necesario el consentimiento de la administración.

3.1.2. Pozo de bombeo

El agua a depurar llega desde las instalaciones de Helados Alacant hasta el pozo de bombeo. En él se distinguen dos cámaras; la primera recibe todo el caudal de agua procedente de la fábrica, y en la segunda se halla un sistemas de bombas (1+1) que funcionan por niveles, mandando de ahí el agua bombeada al tamizado y al desengrasador. En la primera cámara se dispone de un elemento de rebose, el cual, debe ser evitado en todo momento, pues conduce el agua residual directamente a vertido sin pasar por el proceso depurativo. El pozo está equipado con unas rejas de desbaste situadas entre las dos cámaras. En la primera cámara se ha instalado una cesta sumergida que periódicamente es necesario vaciar. La finalidad de dicha cesta es recoger los sólidos flotantes que quedan atascados en la reja de desbaste y que podrían dañar las bombas del pretratamiento. Desde el pozo, el agua es impulsada por las bombas de pretratamiento hasta la EDAR, concretamente a la nave del pretratamiento. Las bombas de pretratamiento tienen un nivel máximo de arranque y un nivel mínimo de parada, ambos dos configurables.

3.1.3. Tamiz rotativo y tornillo sin fin 3.1.3.1. Tamiz rotativo

En la nave de pretratamiento, el agua pasa a través de un tamiz que separa los sólidos que pueda contener del resto de agua. Los sólidos son transportados por un tornillo compactador hasta el depósito contenedor de sólidos. El agua de entrada a la planta tiene unos niveles altos de contaminación (DQO, DBO5), encontrándose dicha materia en suspensión, por lo que un proceso de separación físico como es el rototamiz es de gran efectividad en estos casos. Se debe evitar el funcionamiento del rototamiz en seco, ya que ha sido diseñado para funcionar permanentemente bañado de agua. El rototamiz dispone de un sistema de limpieza del cilindro filtrante basado en la proyección de agua a presión sobre la cara interior del mismo.

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Figura 3.3. Foto del Rototamiz (Fuente: Elaboración propia)

3.1.3.2. Tornillo compactador o sin fin

Los sólidos que va separando el tamiz caen sobre un tornillo sinfín que, al tiempo que los transporta hacia un contenedor, los seca. Dicho tornillo dispone en la parte final una tapa abatible que regula la compresión a la que son sometidos los sólidos para secarse. El secado se produce al compactarse los sólidos en el tornillo sinfín. Para evitar la salida del rechazo y evacuar el drenaje a una tubería, al final del recorrido del tornillo sinfín se establece un cilindro filtrante. El agua drenada es conducida al depósito de homogeneización.

3.1.4. Desengrasador

Esta unidad está diseñada para la eliminación de flotantes por medios mecánicos. Consiste en un tanque que dispone de tres zonas: la caja repartidora, el tanque de retención y el de salida. Las aguas a tratar llegan al tanque a través de una conducción embridada hasta la caja repartidora. La misión de la misma consiste en repartir uniformemente el vertido, disponiéndolo suavemente en la parte superior. Tiene un tiempo de retención de aproximadamente tres minutos. Dispone de dos difusores en el fondo, que favorecen la suspensión de las grasas a la superficie.

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El tanque de retención recibe el fluido de la caja repartidora disponiéndolo de tal manera, que permite la formación de una alfombra de grasa en la superficie longitudinal del tanque, la cual es retirada fuera del mismo por un mecanismo barredor. El mecanismo barredor se compone de dos cadenas transportadoras, con tres ejes provistos de piñones, uno de ellos accionado con un motorreductor y los dos restantes conducidos. Las cadenas se unen entre ellas mediante dos rasquetas de barrido provistas con banda de neopreno, que penetran en el agua unos centímetros y arrastran las grasas y flotantes a lo largo del tanque, hasta la rampa de salida. Dicho conjunto dispone de un sistema manual de tensores de cadena. El depósito ubicado en la parte posterior del tanque de retención recibe las aguas claras y las conduce al exterior al depósito de homogeneización. Las grasas y flotantes arrastrados van a parar a un compartimento donde por gravedad caen al depósito de recogida de grasas. Para permitir el vaciado total de líquido en la máquina, ésta incorpora una salida de evacuación que conduce el líquido al depósito de fangos.

Figura 3.4. Foto del desengrasador (Fuente: Elaboración propia)

3.1.5. Tanque de homogeneización

El agua desengrasada pasa al depósito de homogeneización. Este depósito es subterráneo y se ubica debajo de la nave de pretratamiento. Contiene un agitador, un medidor de nivel, de pH. El objetivo de este depósito es homogeneizar la mezcla que llega, controlar el pH de la misma, si fuese

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necesario, y actuar como depósito pulmón. Las dosificadoras de ácido y de base que regulan el pH se encuentran ubicadas en la nave de fangos. El depósito de homogeneización dispone de dos bombas que pueden impulsar el agua bien al flotador o bien a al alcantarillado si el agua no cumpliese las condiciones de pH y de temperatura programadas. El arranque y parada de éstas bombas se realizan según un nivel máximo y mínimo programable. Además, el depósito de homogeneización dispone de un nivel de seguridad que, una vez alcanzado, impide el arranque de las bombas de pretratamiento. Se dispone, además, de una soplante que airea homogeneización cada cierto tiempo programable. Esta soplante se encuentra ubicada junto a las soplantes del biológico y del MBR.

3.1.6. DAF

Por último, en condiciones normales de funcionamiento el agua pasa por la DAF. El DAF es un sistema de flotación para la separación de contaminantes específicos en agua de seguridad. Su funcionamiento se basa en la Flotación por aire disuelto. Desde el tanque de homogenización el agua residual es bombeada a la DAF. Una bomba de presión incorpora agua a la unidad de agua blanca. El agua dentro de esta unidad es presurizada (aproximadamente 4 bar) y saturada con aire. Bajo presión el aire se disolverá en el agua, generando así el “agua blanca”. El agua blanca es inyectada al agua procedente de homogeneización a su entrada a la DAF. En este punto se produce la despresurización del agua (su efecto visual es el de un líquido lechoso), dando lugar a la expansión del aire; obteniendo finas burbujas que se adhieren fácilmente a los flóculos dándoles flotabilidad. El agua limpia sale por rebose al vertedero y de ahí es conducida al reactor biológico a través de una tubería. Los sedimentos pesados precipitan al fondo y son descargados por el sistema de extracción de lodos depósito de fangos. Los flóculos flotados son arrastrados por unos brazos y descargados en el depósito de fangos.

3.1.7. Cubetos de químicos 3.1.7.1. De seguridad

La finalidad de estos cubetos es retener, en caso de rotura de los depósitos, los reactivos químicos. El trasvase de cualquier reactivo químico a los depósitos se lleva a cabo situando la bomba de trasvase sobre un cubeto portátil, en el cual se realiza la limpieza de las mangueras empleadas en dicha operación. Este cubeto es vaciado en el pozo de bombeo. Es necesario mantenerlo siempre bien limpio para evitar el contacto entre distintos reactivos químicos.

43

3.1.7.2. Dosificadoras

Las dosificadoras se activarán cuando el pH del depósito de homogeneización baje del pH indicado como “pH Inicio” para la dosificadora de sosa o supere dicho valor para la dosificadora de ácido. El caudal de todas las dosificadoras es regulable mediante dos ruedas. La primera regula cada cuanto se va a realizar un pulso de dosificación, y la segunda la cantidad de líquido que se dosifica en ese pulso. Existen dos dosificadoras para cada reactivo, con funcionamiento en alternancia.

3.2. Reactor Biológico

El agua procedente del pretratamiento cae al reactor biológico. El reactor biológico es un depósito subterráneo ubicado debajo de la nave de fangos, llegando hasta mitad del patio contiguo. Este depósito contiene el licor-mezcla. Es importante tener controlado el pH de entrada en reactor. El pH en el reactor biológico debe estar comprendido entre 6 y 8.

Figura 3.5. Detalle del fango del Reactor Biológico (Fuente: Elaboración propia)

3.2.1. Soplante

La primera consideración a tener en cuenta es la concentración de oxígeno disuelto en el agua. Dicha concentración de ha de estar entre 0,8 y 2 mg/l. Para conseguir mantener la concentración de oxígeno constante, se emplean soplantes que airean el reactor a través de una parrilla de difusores situados en el fondo del tanque. Se tiene una soplante en funcionamiento otra de reserva. En caso de que esta soplante no fuese capaz de mantener el nivel de oxígeno, y si la soplante del MBR no esté siendo utilizada por el MBR, se podrá utilizar la soplante del MBR para contribuir al aumento del nivel de oxígeno en el MBR. El reactor biológico dispone de un sistema de seguridad para que, en caso de

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alcanzarse un nivel de emergencia, las bombas de homogeneización no se encendieran.

3.2.2. Purga

En todo reactor biológico surge la necesidad de purgar. Para ello se dispone de las bombas de recirculación, que aspiran el agua del fondo del reactor biológico. De la corriente recirculada extraemos la cantidad de fangos en exceso que sea necesaria para que la concentración del biológico permanezca aproximadamente constante en el valor deseado En esta planta la purga se realiza manualmente abriendo la válvula que va al depósito de fangos y cerrando la del biológico.

3.2.3. Difusores

La aireación del reactor biológico corresponde a un sistema de aireación de burbuja fina montado en el suelo del reactor. Dicha burbuja fina se consigue en este caso mediante difusores de discos.

3.2.4. Arqueta de salida

Esta arqueta recibe tanto el agua perneada procedente de las membranas reactor biológico como el agua procedente del rebose del pozo de entrada, en caso de producirse rebose. Por último se muestra un esquema de esta parte de la instalación:

Figura 3.6. Esquema del Secundario de la Planta

(Fuente: Manual de funcionamiento Dep H. Alacant)

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3.3. MBR

Dentro del biológico están ubicadas las membranas. Estas membranas separan el agua limpia del licor-mezcla por la acción de las bombas de succión. Los bioreactores de membrana están compuestos por dos partes principales que son la unidad biológica responsable de la degradación de los compuestos presentes en el agua residual y el módulo de la membrana encargado de llevar a cabo la separación física del licor mezcla. A través de las membranas se lleva a cabo una microfiltración, una vez que el tiempo de contacto de nuestro agua de aporte y la biomasa haya sido el deseado. La succión depende de que tengamos un nivel mínimo en el MBR, deteniéndose hasta lo que alcance, los niveles establecidos de funcionamiento de las bombas de succión son:

Nivel de arranque de las bombas a 4,7 metros de altura en el reactor biológico

Nivel de paro de las bombas a 5,5 metros de altura en el reactor biológico.

Disponen de un sistema de limpieza con aire, utilizando las soplantes del MBR (soplantes 2 y 3). Estas soplantes deben permanecer encendidas siempre que estén funcionando las membranas. Si las soplantes no trabajasen, las bombas de succión dejarían de funcionar, de lo contrario las membranas se colmatarían. Funciona siempre una de las dos soplantes, nunca las dos al mismo tiempo. El sistema funciona según un ciclo programable: las bombas están trabajando durante un tiempo, normalmente 10 minutos, y descansando durante otro tiempo, normalmente 1 minuto, momento en el que se realiza una limpieza de las membranas. Durante los dos tiempos mencionados, la soplante del MBR permanece activa. Por último se dispone de unas bombas de recirculación, que cogen el agua del fondo del MBR y la pueden impulsar a tres sitios diferentes según las válvulas manuales que estén abiertas: al pozo de bombeo, al biológico o al depósito de fangos.

3.4. Linea de Fangos

La línea de fangos dispone del depósito acumulación de fangos, un espesador, una centrífuga, dos máquinas de elaboración de polielectrolito y una tolva. A continuación se muestra un esquema:

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Figura 3.7. Esquema de la línea de fangos

(Fuente: Manual de funcionamiento Dep H. Alacant)

3.4.1. Depósito de fangos

El depósito de fangos está ubicado debajo de la nave de fangos, justamente debajo del flotador. Contiene un agitador, un medidor de nivel y dos bombas de impulsión. La línea de fangos se conecta manualmente al pulsar el botón de encendido de la centrífuga. Al hacerlo, las bombas de fangos se ponen en marcha, impulsando los fangos hasta el espesador. A la entrada del espesador se le inyecta polielectrolito procedente de la máquina de polielectrolito líquido. El fango que sale del espesador va al depósito contenedor del espesador. Este depósito tiene un nivel máximo que si se supera hace que se paren las bombas de fangos y la espesadora. Las bombas de tornillo de la espesadora impulsan el fango contenido en el depósito contenedor de la espesadora hasta la centrífuga. A la entrada de la centrífuga se le añade el polielectrolito fabricado en la máquina de polielectrolito sólido. Las bombas de tornillo de la espesadora se paran y arrancan según unos niveles mínimos y máximos configurables del depósito contenedor de la espesadora. El fango que sale de la centrífuga es recogido por una bomba con tolva que lo impulsa hasta la tolva. El sistema finaliza al pulsar el botón de parada de la centrífuga, iniciándose una secuencia de limpieza.

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Figura 3.8. Foto del tambor espesador (Fuente: Elaboración propia)

3.4.2. Espesador

Los fangos procedentes del tratamiento físico-químico, más concretamente del flotador DAF, y los correspondientes a las purgas del reactor biológico son enviados a un espesador. Para los primeros, existe la posibilidad de añadirles cal para su estabilización. El espesado tiene como objetivo fundamental reducir el volumen del fango (y por tanto aumentar su concentración) para favorecer su posterior deshidratación. El fango es conducido al tratamiento de deshidratación a través de bombas (1+1), situadas en la parte inferior del mismo.

3.4.3. Centrífuga

Los fangos ya espesados, son sometidos a una separación centrífuga, obteniéndose por un lado una fase acuosa, y por otro una torta. Los fangos sólidos obtenidos, son transportados mediante un tornillo sinfín a una tolva, donde posteriormente serán trasladados para su tratamiento como residuo. Para aumentar la eficacia de la deshidratación, se le añaden a los fangos una preparación de polielectrolito. La preparación se lleva a cabo, mezclando el reactivo con agua en un depósito con un sistema de agitación y mezcla. Posteriormente se puede diluir la solución primaria de polielectrolito, antes de

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ser finalmente dosificada al fango. Esta preparación se lleva a cabo en el Polipack (unidad de preparación de polímero). Una vez ha finalizado la centrífuga, se activa automáticamente el proceso de limpieza. El proceso de limpieza dura unos 15 minutos, aunque es regulable. Tras éste, comienza la llamada función posterior hasta el paro completo del equipo.

Figura 3.9. Foto de la centrífuga (Fuente: Elaboración propia)

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4. Materiales y Métodos 4.1. Materiales

4.1.1. Viscosímetro Rotacional

Todas las medidas de viscosidad que se presentan en este trabajo han sido realizadas con un viscosímetro rotacional de la marca FungiLab, concretamente un modelo de la serie Smart. El funcionamiento de un Viscosímetro rotacional se basa en la resistencia a la torsión que ofrece un líquido al giro de un husillo de características conocidas, sumergido en el líquido. El cilindro o disco (husillo) giratorio, está acoplado con un muelle al árbol motor que gira a una velocidad determinada. El ángulo de desviación del eje se mide electrónicamente dando la medida de torsión. Los cálculos realizados dentro de los viscosímetros a partir de las medidas de la fuerza de torsión. De la velocidad del eje y de sus características, dan una lectura directa de la viscosidad en centipoises (mPa).

Figura 4.1. Viscosímetro Fungilab Smart Series (Fuente: www.fungilab.com)

Los viscosímetros disponen de una serie de varios tipos de husillos y de una extensa gama de velocidades, proporcionando así una gran capacidad de medida de la viscosidad. Para cualquier líquido de viscosidad determinada, la

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resistencia al avance aumenta proporcionalmente a la velocidad de rotación del husillo o al tamaño del mismo. Los viscosímetros permiten efectuar la medición en cP teniendo en cuenta la velocidad seleccionada y el tipo de husillo escogido. Las combinaciones de husillos y velocidades, permiten elegir una escala óptima para cualquier medición, dentro de la gama del equipo. Los cambios de rango pueden realizarse utilizando el mismo husillo a diferentes velocidades para determinar las propiedades reológicas de un líquido. En nuestro caso, el husillo escogido es el denominado como LCP, siendo este el husillo de baja viscosidad, que debido a las características del licor mezcla, es el más recomendable. A continuación se detallan sus características más importantes (SMART SERIES: “Instruction Manual”).

- Rango de medidas con LCP: De 1 a 735 cP - Volumen de líquido: 18 ml. - Rango de Temperaturas: De -10 a 100 ºC - Material: Acero inoxidable AISI 316 - Factor de velocidad: 1,2236 x RPM - 100% Torque: 734,16 cP.

Además del husillo especial, se necesita de un adaptador, apareciendo todas las piezas en la siguiente fotografía:

Figura 4.2. Montaje del husillo y el adaptador de baja viscosidad.

(Fuente: www.fungilab.com)

La puesta en funcionamiento del equipo es bastante sencilla. En un primer lugar, ha de encenderse el equipo sin ningún tipo de husillo acoplado, para que pueda realizar el pertinente calibrado. Una vez terminado, se montará el husillo LCP. Lo próximo es ensamblar el contenedor al adaptador, y atornillarlo al viscosímetro con el husillo dentro. Una vez hecho esto ya el dispositivo está listo para medir.

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En cuanto a las medidas que toma el aparato, deberemos tener en cuenta las siguientes consideraciones:

- Podemos tener dos modos de funcionamiento. Uno a velocidad de giro constante, en la cual le indicaremos a cuantas rpm. girará el husillo, y otro a torque constante, es decir, que la fuerza aplicada al fluido se mantendrá constante en todo momento.

- El valor del gradiente de velocidad utilizado en los cálculos no es directamente el de la velocidad de giro expresada en Herzios (Hz o s-1). Debido a que existen diversos aparatos de medida, cada uno de ellos lleva asociado un factor corrector. En este caso, para el adaptador LCP, debemos de multiplicar el valor de la velocidad de giro por 1,2236.

- Los valores de torque que se encuentren fuera del rango del 15% al 95% del torque máximo no serán admisibles, ya que estamos al borde de los umbrales de detección del aparato. Para nuestro caso, el torque del 100% es exactamente de 734,16 cP, por lo que todas las medidas que se han realizado en porcentaje, deberán ser convertidas a centipoise mediante dicho factor.

4.2. Filtrado de la muestra

Para tener una primera idea de la facilidad o dificultad que tendremos para filtrar el licor mezcla a través de las membranas, procederemos a realizar un sencillo proceso, en el que iremos obteniendo los valores de volumen filtrado frente al tiempo. Para ello utilizaremos un embudo que será soportado por un tubo aforado y que contendrá un filtro. A continuación se mostrará un ejemplo del montaje y las especificaciones técnicas de los filtros utilizados:

Figura 4.3. Ensayo de filtrabilidad (Fuente: Elaboración propia).

52

Figura 4.4. Especificaciones técnicas de los filtros

(Fuente: http://www.ictsl.net/plaintext/downloads/filterlab2009.pdf)

4.3. Método 4.3.1. Toma de muestras

Las muestras que se han utilizado para los análisis de viscosidad son las provenientes del reactor biológico de la depuradora de Helados Alacant. Concretamente, se utiliza fango de la misma muestra que lunes y jueves se traen al laboratorio del Instituto del Agua de la Universidad de Alicante. En el caso de que las muestras estén refrigeradas, deberemos dejarlas llegar a temperatura ambiente, ya que las medidas de viscosidad se ven fuertemente influenciadas por la temperatura a la que se encuentre el líquido a analizar. Se toman además muestras de temperatura de la misma. En condiciones normales, se observa que con suficiente tiempo de reposo, fango tiende a decantar, observándose una parte clarificada arriba y mucho más turbia abajo. Antes de realizar cualquier medición, se ha de agitar intensamente la muestra para homogeneizarla lo más regularmente posible. A continuación se muestra una fotografía de una muestra tipo de las que llegan al laboratorio para su análisis:

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Figura 4.5. Especificaciones técnicas de los filtros (Fuente: Elaboración propia).

4.3.2. Medición de la filtrabilidad

En primer lugar cogeremos un filtro de la marca FILTER-LAB, concretamente el modelo 1240. Una vez adaptado a la forma del embudo, se vierten 50 ml. del fango y se deja filtrar a presión atmosférica, recogiendo el permeado en un tubo aforado y leyendo el tiempo con un cronómetro. Con todos los datos obtenidos se elaborará una gráfica de volumen filtrado frente a tiempo, obteniéndose curvas logarítmicas.

4.3.3. Medición de la viscosidad

Una vez puesto en marcha el aparato, se obtiene el valor de la viscosidad del fango para cada una de las velocidades de giro de las que dispone el viscosímetro. Para altas velocidades, puede ser que el torque necesario supere el máximo, por lo que no se obtienen valores. Para valores bajos, puede ser que la viscosidad no permanezca constante, sino que comience a incrementarse con el tiempo. Se han realizado las mediciones con al menos tres muestras diferentes cada día de análisis. Dentro de cada muestra, se han tomado al menos tres valores para las velocidades de giro en las que la viscosidad se mantenía constante, y se ha esperado al menos otras 3 lecturas para constatar su inalterabilidad con el tiempo. En los casos en los que la viscosidad no se mantenía constante, se han tomado al menos 6 lecturas, aunque en el resumen de las prácticas no

54

vengan recogidas salvo en algunos casos, ya que carecen de interés para las conclusiones obtenidas en el trabajo. Para el caso en el que se buscaba el límite de fluencia, se pasaba a leer las viscosidades para torque constante, bajando sucesivamente hasta que encontrábamos que la viscosidad no se mantenía constante y anotando dicha lectura.

4.4. Ensayos previos

Todos los resultados que se muestran en el trabajo son un resumen de todos los obtenidos en laboratorio. Para cada valor diario de viscosidad, se han realizado al menos 3 lecturas, de 3 muestras distintas, por lo que el dato recogido aquí es la media de al menos 9 valores significativos.

4.4.1. Tixotropía

En un primer momento, y para que los siguientes análisis pudiesen ser más eficaces, se estudiaron las primeras muestras de fango para decidir cuál era la mejor manera de analizar dicho fango. Sobre todo se hizo hincapié en estudiar la tixotropía. Como se ha observado, los resultados de todas estas medidas son muy similares entre sí, y no cambiaban su valor con el tiempo, permaneciendo la viscosidad estable para una velocidad de giro dada. Por tanto una primera conclusión es que el fango no presenta tixotropía. Es por ello que para el análisis de la muestra no se hace necesario un paso previo de agitación en el que llevar a la muestra a un estado de referencia. Simplemente, antes de introducir la muestra en el viscosímetro se procede a agitarla para homogeneizarla.

4.4.2. Ensayos ascendentes o descendentes

A priori, no se sabía muy bien si el comenzar con la muestra en reposo o en agitación llevaría a obtener valores distintos de la viscosidad. En cambio, se ha comprobado, que se empiece de un extremo u otro, el valor de la viscosidad tiende asintóticamente al mismo en ambos casos. En el primer caso, comienza con valores altos y va disminuyendo gradualmente. Para el caso en el que partimos de alta agitación ocurre exactamente lo contrario. Por tanto, para la obtención de los valores en los ensayos, da igual en el estado previo en el que se encuentre la muestra, porque se ha demostrado que los valores siempre convergen a uno de equilibrio, para una velocidad dada. Vamos a tomar como ejemplo los datos del 8 de julio para la velocidad de 5 rpm.

55

Figura 4.6. Viscosidad en ensayos ascendente y descendente

(Fuente: Elaboración propia).

4.5. Toma de datos

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, se puede comenzar a realizar los análisis pertinentes. En primer lugar se obtiene el valor de la viscosidad del fango para cada una de las velocidades de giro de las que dispone el viscosímetro. Para altas velocidades, puede ser que el torque necesario supere el máximo, por lo que no se obtienen valores. Para valores bajos, puede ser que la viscosidad no permanezca constante, sino que comience a incrementarse con el tiempo. A continuación se muestran los valores de viscosidad y esfuerzo cortante realizado en cada escalón de velocidades, para todos aquellos valores que permanecen constantes en el tiempo.

40

45

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55

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65

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0 20 40 60 80

Vis

cosi

dad

Tiempo (s)

Evolución de la viscosidad a 5 rpm

Reposo

Agitación

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Figura 4.7. Ejemplo de hoja de toma de datos en laboratorio

(Fuente: Elaboración propia)

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5. Monitorización de la planta

Una de las tareas realizadas en estas prácticas ha sido la observación del funcionamiento de la planta a través de su programa SCADA. Se puede obtener en tiempo real diversos parámetros de funcionamiento, además del estado de funcionamiento o no de los equipos. El SCADA muestra 4 cuadros sinópticos, uno por cada sección del proceso y los parámetros que pueden regularse a través de cada uno. Los cuadros que aparecen son los siguientes:

- Sinóptico Bombeo de Entrada: Desde este cuadro se observa el nivel de las bombas del pozo de entrada y las del tanque de homogeneización, además de sus niveles. También se controla el caudal de aire utilizado en el desengrasador y la dosificación de reactivos químicos, de ser necesario.

- Sinóptico DAF: Se controla el estado en el que se encuentra la unidad de separación flotación por aire disuelto.

- Sinóptico Reactor Biológico: se controlan los niveles de líquido en el

reactor biológico y en el depósito de fangos, así como el estado de funcionamiento o no de las bombas de recirculación, purga y succión de permeado. También se controla el funcionamiento de las soplantes de aire, la presión transmembrana y permeabilidad en el MBR.

- Sinóptico Bombeo de Fangos: Se puede controlar los parámetros de funcionamiento del tambor espesador, las bombas dosificadoras de polielectrolito, la centrífuga y el nivel de fango deshidratado que se acumula en la tolva.

En cuanto a los parámetros que se pueden obtener a través del programa de ordenador encontramos los siguientes:

Nivel de entrada

Temperatura en el homogeneizador

Caudal homogeneizado

pH del Homogeneizado

Potencial redox en el biológico

Oxígeno disuelto en el biológico

Presión transmembrana

Flux

Permeabilidad

Caudal bombas de filtrado

Caudal de aire del BRM

Nivel Biológico

Presión de succión

Apertura de válvula

Caudal de Recirculación

Caudal de fangos

Nivel de fangos en el espesador

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Nivel de fangos en la tolva Estos datos pueden ser exportados a hojas Excel para su posterior tratamiento, lo cual se realiza para obtener los partes mensuales, mostrándose a continuación un extracto del perteneciente al mes de Julio.

Figura 5.1. Fragmento de parte mensual de Julio (Fuente: Elaboración propia).

A continuación se mostrará un ejemplo de monitorización por ordenador. En este caso se ha elegido la evolución del oxígeno en el reactor biológico para el día 20 de junio de 2013.

Figura 5.2. Ejemplo de monitorización de la presión transmembranal (TMP)

(Fuente: Elaboración propia).

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6. Resumen de datos diarios

A continuación se mostrará el resumen de los datos diarios obtenidos a lo largo de los dos meses de prácticas. Los datos de viscosidad que aquí se detallan son únicamente aquellos en los que ésta se mantiene constante en el tiempo, es decir, aquellos que están por encima del punto de fluencia.

Fecha 27/05/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

20 24,5 23,3 78,4 575,9

12 14,7 28,5 63,0 462,5

10 12,2 32,2 53,8 394,8

5 6,1 52,2 42,9 314,9

3 3,7 78,1 38,7 283,9

2 2,4 103,0 34,3 252,1

1 1,2 158,8 26,2 192,5

0,5 0,6 219,2 17,8 130,5

Temperatura (ºC) 26,5 SST (mg/l) 8000 SSV (mg/l) 7700

Filtrabilidad: No se ha efectuado ensayo de filtrabilidad Punto de fluencia: 260 mPa.

y = 172,14x-0,645 R² = 0,9943

y = 168,74x0,3723 R² = 0,9843

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

500,0

550,0

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0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

Esfu

erz

o C

ort

ante

(m

Pa)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Viscosidad

Cortante

60

Fecha 30/05/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

50 61,2 9,7 84,0 616,7

30 36,7 13,0 66,3 487,0

20 24,5 15,5 52,3 384,2

12 14,7 23,6 50,0 367,1

10 12,2 29,3 49,3 362,2

Temperatura (ºC) 26 SST (mg/l) 9400 SSV (mg/l) 8850

Filtrabilidad: No se ha efectuado ensayo de filtrabilidad Punto de fluencia: 320 mPa. Observaciones: Este día se me informa de que ha habido inestabilidad en el sistema, con un alto permeado fuera de lo habitual. Como se observará en el apartado referente al cálculo de la relación entre la cantidad de sólidos totales disueltos y la viscosidad para 10 rpm., el dato de este día difiera mucho de la tónica general

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

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0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Viscosidad

Cortante

61

Fecha 03/06/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

20 24,5 22,2 78,0 572,6

12 14,7 29,0 65,7 482,3

10 12,2 35,0 60,0 440,5

5 6,1 56,0 46,3 340,2

3 3,7 74,0 36,7 269,2

2 2,4 97,3 32,0 234,9

1 1,2 171,7 28,3 208,0

0,5 0,6 279,7 23,0 168,9

Temperatura (ºC) 25,0 SST (mg/l) 8850 SSV (mg/l) 8400

Filtrabilidad: No se ha efectuado ensayo de filtrabilidad Punto de fluencia: 240 mPa.

y = 191,79x-0,689 R² = 0,9975

y = 187,62x0,338 R² = 0,985

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

500,0

550,0

600,0

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

Esfu

erz

o C

ort

ante

(m

Pa)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

62

Fecha 06/06/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

50 61,2 9,5 79,2 581,2

30 36,7 13,3 65,2 478,4

20 24,5 17,5 57,8 424,6

12 14,7 27,0 51,0 374,4

10 12,2 31,5 48,5 356,1

Temperatura (ºC) 25,0 SST (mg/l) 8450 SSV (mg/l) 8150

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

0,4 1

1,3 2

5 4,7

10 6,5

17 7,5

23 8

32 8,5

49 9

y = 199,73x-0,747 R² = 0,9962

y = 166,95x0,298 R² = 0,9907

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

63

Punto de fluencia: 290 mPa.

y = 1,8064ln(x) + 2,1553 R² = 0,9854

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60

Vo

lum

en

(m

l)

Tiempo (min)

Filtrado

Series1

64

Fecha 10/06/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

30 36,7 17,3 88,3 648,5

20 24,5 20,5 69,7 511,5

12 14,7 25,7 54,3 398,6

10 12,2 28,3 49,6 364,1

5 6,1 43,8 36,3 266,7

3 3,7 59,7 29,5 216,6

Temperatura (ºC) 26,5 SST (mg/l) 7700 SSV (mg/l) 7600

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

0,5 1,5

1,16 4

1,6 5

2,33 6

4,08 8

5 8,7

6,67 10

10 11,8

14,75 13,5

20,67 15

25 15,8

30 16,3

34 16,5

45 17

y = 116,46x-0,544 R² = 0,9911

y = 114,11x0,4727 R² = 0,9964

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

65

Punto de Fluencia: 220 mPa. Observaciones: Observo por primera vez dos fases diferenciadas en la botella, arriba más turbia, y abajo parece clarificado, por lo que se observa alta flotabilidad a simple vista. Este comportamiento es diametralmente opuesto al habitual

y = 3,7113ln(x) + 3,3176 R² = 0,9931

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 10 20 30 40 50

Vo

lum

en

(m

l)

Tiempo (min)

Filtrado

Series1

66

Fecha 12/06/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

50 61,2 10,0 83,0 609,4

30 36,7 13,3 67,2 493,1

20 24,5 16,0 53,2 390,3

12 14,7 20,3 40,2 295,1

10 12,2 23,0 37,0 271,6

5 6,1 32,2 26,7 195,8

Temperatura (ºC) 25

SST (mg/l) 7200

SSV (mg/l) 6900

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

1 5

2 7

3,33 8,5

4,44 9,5

6,5 11,2

8,33 12,3

10,16 13

12 13,5

15 14,5

19,16 15,3

23,82 16,2

y = 80,036x-0,503 R² = 0,9975

y = 75,039x0,5142 R² = 0,9967

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

67

27 16,8

30 17,4

35 18

43 19

51,5 19,3

Punto de Fluencia: 200 mPa.

y = 3,795ln(x) + 4,2885 R² = 0,9955

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60

Vo

lum

en

(m

l)

Tiempo (min)

Filtrado

Series1

68

Fecha 13/06/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

30 36,7 15,7 78,0 572,6

20 24,5 19,0 63,3 465,0

12 14,7 23,4 48,1 353,1

10 12,2 26,0 43,3 318,1

5 6,1 38,3 31,3 230,0

Temperatura (ºC) 25,0 SST (mg/l) 7600 SSV (mg/l) 7200

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

0,5 2

0,7 3

1,0 4

2 5

3,33 6

4,44 6,8

6,5 7,5

8,33 8

10,16 8,3

12 8,7

15 9,2

19,16 9,7

y = 91,229x-0,494 R² = 0,9942

y = 89,602x0,5131 R² = 0,9987

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

500,0

550,0

600,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0

Esfu

erz

o C

ort

ante

(m

Pa)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

69

23,82 10,2

27 10,5

30 10,9

35 11,4

43 12

51,5 12,5

Punto de Fluencia: 225 mPa.

y = 2,1483ln(x) + 3,5688 R² = 0,9945

0

2

4

6

8

10

12

14

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

Vo

lum

en

(m

l)

Tiempo (min)

Filtrado

Series1

70

Fecha 17/06/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

12 14,7 32,3 64,0 469,9

10 12,2 36,3 59,9 439,7

5 6,1 54,0 44,6 327,1

3 3,7 74,8 37,1 272,5

Temperatura (ºC) 27,0 SST (mg/l) 8850 SSV (mg/l) 8500

Filtrabilidad: No se ha efectuado ensayo de filtrabilidad. Punto de fluencia: 270 mPa.

y = 161,94x-0,6 R² = 0,9994

y = 160,97x0,3988 R² = 0,9986

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

500,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

71

Fecha 20/06/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

30 36,7 15,7 78,5 576,3

20 24,5 18,3 61,0 447,8

12 14,7 22,8 45,7 335,5

10 12,2 25,2 41,5 304,7

5 6,1 35,7 29,2 214,1

3 3,7 50,0 25,3 176,0

Temperatura (ºC) 27,0 SST (mg/l) 7500 SSV (mg/l) 7250

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

3,0 2

4,7 3

7,4 4

11,42 5

18,7 6

28 7

45 8

y = 91,001x-0,501 R² = 0,9912

y = 85,961x0,5171 R² = 0,9942

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0

Esfu

erz

o C

ort

ante

(m

Pa)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

72

Punto de fluencia: 190 mPa.

y = 2,2043ln(x) - 0,39 R² = 0,9998

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0

Vo

lum

en

(m

l)

Tiempo (min)

Filtrado

Series1

73

Fecha 26/06/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

10 12,2 45,0 73,0 535,9

5 6,1 65,3 54,0 396,4

3 3,7 100,3 50,0 367,1

Temperatura (ºC) 27,5 SST (mg/l) 10800 SSV (mg/l) 10000

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

25 5

40,5 6

Punto de fluencia: 370 mPa.

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

500,0

550,0

600,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0

Esfu

erz

o C

ort

ante

(m

Pa)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

74

Fecha 27/06/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

20 24,5 28,7 96,0 704,8

12 14,7 37,6 76,5 561,6

10 12,2 42,3 70,0 513,9

5 6,1 64,7 53,0 389,1

3 3,7 92,3 45,3 332,8

Temperatura (ºC) 27,5 SST (mg/l) 9700 SSV (mg/l) 9400

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

3,0 2

4,5 3

7,2 4

11 5

17,5 6

27,77 7

46,67 8,3

y = 201,79x-0,619 R² = 0,9977

y = 193,73x0,3974 R² = 0,9946

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

75

Punto de fluencia: 325 mPa.

y = 2,2649ln(x) - 0,4589 R² = 0,9996

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0

Vo

lum

en

(m

l)

Tiempo (min)

Filtrado

Series1

76

Fecha 01/07/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

20 24,5 27,3 91,7 673,0

12 14,7 34,0 68,5 502,9

10 12,2 38,0 62,0 455,2

5 6,1 54,0 44,0 323,0

Temperatura (ºC) 27,5 SST (mg/l) 8900 SSV (mg/l) 8500

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

5 5

8 6

11,25 7

19 8,7

27 10

38 11

52 12

y = 131,36x-0,495 R² = 0,9971

y = 122,99x0,5277 R² = 0,9982

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

77

Punto de fluencia: 300 mPa.

y = 3,0803ln(x) - 0,2452 R² = 0,9956

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60

Vo

lum

en

(m

l)

Tiempo (min)

Filtrado

Series1

78

Fecha 04/07/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

100 122,4 5,8 96,6 709,2

60 73,4 6,3 63,1 463,3

50 61,2 6,8 56,5 414,8

30 36,7 9,9 50,0 367,1

20 24,5 13,0 44,3 325,5

12 14,7 17,0 38,8 284,9

10 12,2 19,0 33,0 242,3

5 6,1 27,0 22,0 161,5

Temperatura (ºC) 27,0 SST (mg/l) 6000 SSV (mg/l) 5900

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

0,8 5

1,2 6

1,7 7

2,4 8

3,17 9

4,57 10

6,17 11

11,83 13

y = 74,795x-0,558 R² = 0,9848

y = 80,019x0,4289 R² = 0,9581

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

79

15,7 14

19 15

24,25 16

30,83 17

39 18

46,37 19

51 19,5

Punto de fluencia: 140 mPa.

y = 3,4724ln(x) + 5,0735 R² = 0,9916

0

5

10

15

20

25

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

Vo

lum

en

(m

l)

Tiempo (min)

Filtrado

Series1

80

Fecha 08/07/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque (%) Esfuerzo Cortante (mPa)

50 61,2 11,7 96,7 709,7

30 36,7 15,3 77,7 570,2

20 24,5 19,0 63,0 462,5

12 14,7 24,0 49,0 359,7

10 12,2 26,7 44,0 323,0

Temperatura (ºC) 26,5 SST (mg/l) 7250 SSV (mg/l) 6850

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

1,3 5

1,9 6

3,1 7

4,0 8

5,4 9

7,1 10

9,5 11

12,33 12

15,5 13

21,52 14

27,5 15

y = 95,059x-0,508 R² = 0,999

y = 95,979x0,4899 R² = 0,9982

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

81

36 16

47 17

Punto de fluencia: No se pudo determinar

y = 3,4287ln(x) + 3,5157 R² = 0,994

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0

Vo

lum

en

(m

l)

Tiempo (min)

Filtrado

Series1

82

Fecha 11/07/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-

1) Viscosidad (cP) Torque

(%) Esfuerzo Cortante

(mPa)

60 73,4 7,2 72,5 532,3

50 61,2 7,9 66,0 484,5

30 36,7 9,2 46,1 338,4

20 24,5 10,9 37,1 272,4

12 14,7 14,0 29,0 212,9

10 12,2 16,1 26,5 194,6

Temperatura (ºC) 26,5 SST (mg/l) 6900 SSV (mg/l) 6450

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

1,2 5

1,7 6

2,4 7

3,6 8

4,9 9

6,5 10

8,7 11

10,9 12

13,83 13

y = 45,005x-0,43 R² = 0,9863

y = 45,973x0,5664 R² = 0,9948

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

500,0

550,0

600,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

83

16,5 14

20,25 15

23,83 16

28 17

33 18

37 19

44,67 20

53 21

Punto de fluencia: 190 mPa.

84

Fecha 15/07/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque

(%) Esfuerzo Cortante

(mPa)

50 61,2 11,0 89,0 653,4

30 36,7 14,0 68,0 499,2

20 24,5 17,0 55,0 403,8

12 14,7 22,3 42,0 308,3

10 12,2 24,5 38,3 281,2

5 6,1 35,3 29,3 215,4

Temperatura (ºC) 27,5 SST (mg/l) 8750 SSV (mg/l) 8200

Tiempo (min) Volumen Filtrado (ml)

7,2 5

9,67 6

15,63 7,5

18 8

25 9

34 10

44 11

y = 87,712x-0,508 R² = 0,9993

y = 84,92x0,4905 R² = 0,9949

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

85

Punto de fluencia: 250 mPa.

y = 3,2642ln(x) - 1,4471 R² = 0,9993

0

2

4

6

8

10

12

0 10 20 30 40 50

Vo

lum

en

(m

l)

Tiempo (min)

Filtrado

Series1

86

Fecha 18/07/2013

Velocidad (rpm) Gradiente (s-1) Viscosidad (cP) Torque

(%) Esfuerzo Cortante

(mPa)

30 36,7 19,0 95,0 697,5

20 24,5 22,0 73,0 535,9

12 14,7 29,0 60,0 440,5

10 12,2 33,3 54,7 401,3

5 6,1 50,0 41,3 303,2

Temperatura (ºC) 27,5 SST (mg/l) 9600 SSV (mg/l) -

Punto de fluencia: 300 mPa. Filtrabilidad: Se determinó sólo para el tiempo en filtrar 5 ml., que fue de 11 minutos.

y = 131,82x-0,55 R² = 0,9912

y = 130,46x0,4545 R² = 0,9904

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0

Esfu

erzo

Co

rtan

te (

mP

a)

Vis

cosi

dad

(cP

)

Gradiente de Velocidad (s-1)

Viscosidad y Esfuerzo Cortante

Series1

Series2

87

7. Conclusiones

En este apartado se recogerán las conclusiones más importantes que se hayan podido extraer durante la elaboración de este trabajo. Como apoyo a los resultados aquí recogidos, se ha consultado la bibliografía existente, además de diversos trabajos de investigación. Entre estos últimos, cabe destacar los dos siguientes: “Rheological characterization of mixed liquor in a submerged membrane bioreactor” (R. Van Kaam et al., 2008) y “Rheological properties of wastewater sludge” (M Kryłów et al., 2007). Ambos tratan el tema de las propiedades reológicas del fango de depuradoras, y llegan a conclusiones coincidentes con las del presente trabajo. En los apartados correspondientes se explicará de manera más detallada

7.1. Predicción del punto de fluencia

En este apartado se ha obtenido una forma para calcular el punto de fluencia de la muestra, es decir, para qué tensión comienza a hacerse evidente la reestructuración del flóculo. Para ello se ha procedido de la siguiente manera. En primer lugar se han obtenido los valores de la viscosidad para velocidades de giro cada vez menores. Cuando se comprueba que para una velocidad dada, su valor no cambia significativamente con el tiempo, se procede a rebajarla al siguiente nivel. Una vez llegamos a una velocidad, en la que la viscosidad aumenta de manera continua para cada lectura sucesiva, sabemos que nos encontramos en una velocidad a la cual, el esfuerzo cortante introducido, es inferior a la del punto de fluencia, por lo que se comprueba que los flóculos comienzan a crecer. A modo de ejemplo se muestra el gráfico para las velocidades de giro de 5, 3, 2 y rpm. del día 1 de julio. Se observa que para velocidades inferiores a 5 rpm., la viscosidad aumenta hasta un punto de equilibrio, que tardará más en alcanzarse a medida que la velocidad es menor.

88

Figura 7.1. Comportamiento de la viscosidad según la velocidad de giro

(Fuente: Elaboración propia). A continuación, y tomando como primera aproximación el valor de la tensión cortante del escalón inmediatamente anterior al comentado, es decir, aquel para el que no se detecta un aumento de la viscosidad a lo largo del tiempo, procederemos a cambiar la configuración del viscosímetro para pasar a hacer lecturas a tensión de cortadura constante, y detectar, para que valor comenzamos a observar aumentos progresivos de la viscosidad. Estas tensiones de cortadura obtenidas se relacionarán después con los valores de sólidos suspendidos totales, obteniéndose la relación lineal que se muestra a continuación.

40

90

140

190

240

290

0 100 200 300 400 500

Vis

cosi

dad

(cP

)

Tiempo (s)

Viscosidad bajo el punto de fluencia

3 rpm.

2 rpm.

5 rpm.

1 rpm

89

Figura 7.2. Ecuación del punto de fluencia (Fuente: Elaboración propia).

Gracias a estos cálculos podemos predecir, según la concentración de sólidos suspendidos que tengamos, la tensión de cortadura a partir de la cual la viscosidad se mantiene constante con el tiempo para una velocidad de giro dada. La ecuación obtenida es la siguiente, en la que el valor de x que introducimos en la concentración de SST y el que obtenemos es el de la tensión del punto de fluencia:

Estos resultados obtenidos son coherentes con los que se extraen de los dos trabajos enunciados al comienzo del capítulo. En el primero de ellos (R. Van Kaam et al., 2008), se obtiene un punto de fluencia alrededor de los 0,1 Pa. para una concentración de unos 4 g/l, y de unos 0,3 Pa para concentraciones de unos 9 g/l. Vemos que los resultados no distan mucho de los obtenidos en este trabajo.

Por otro lado, en el otro trabajo (M Kryłów et al., 2007), los resultados obtenidos en cuanto al punto de fluencia son muy parecidos a los obtenidos en éste, si bien en dicho artículo, se propone una curva con un ligero aumento de la pendiente, mientras que en este trabajo se propone una simple recta como aproximación. En la figura 7.3 se muestra la curva obtenida en dicho trabajo.

y = 0,0492x - 155,82 R² = 0,9113

100

150

200

250

300

350

400

4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000

Ten

sió

n (

mP

a)

SST (mg/l)

Punto de Fluencia

90

Figura 7.3. Gráfico del punto de fluencia (Fuente: M Kryłów et al., 2007)

7.2. Predicción de los sólidos suspendidos totales

En este apartado se intentarán razonar las conclusiones obtenidas en cuanto a la relación existente entre la viscosidad del licor mezcla y la cantidad de sólidos suspendidos totales. Para ello se ha elegido la velocidad de 10 r.p.m. ya que, para las condiciones normales de trabajo, siempre puede ser obtenida, soliéndose encontrar dentro del rango de detección del aparato, generalmente no muy lejos del 50% del torque máximo, es decir, que además, esta lectura tiene un grado de exactitud mayor al encontrarse fuera de los límites detección. Por otra parte, y como ya se ha explicado anteriormente, la viscosidad del licor mezcla varía en función del gradiente de velocidades aplicado, por lo que es recomendable tener una velocidad de referencia con la que poder hacer comparaciones. Otra razón más para elegir esta velocidad de giro es el que se encuentra lo suficientemente alejada del punto de fluencia de la mayoría de muestras, por lo que su valor es constante en el tiempo. A continuación se muestra un gráfico (figura 7.4) en el que se puede observar los valores de la viscosidad de las muestras para una velocidad de giro de 10 rpm., frente al contenido de sólidos suspendidos totales (SST). Los datos han sido obtenidos en el laboratorio, con una diferencia térmica no mayor de 2 grados entre los valores extremos, por lo que no se ha introducido ninguna corrección por temperatura.

91

Figura 7.4. Obtención de los SST mediante la viscosidad para 10 rpm.

(Fuente: Elaboración propia).

Además se ha incluido en el gráfico un punto, que no se ha considerado en la obtención de la recta de ajuste, pero que sí que es interesante comentar. Es la medición para el día 30 de mayo. Este día se me informa de que ha habido inestabilidad en el sistema con un alto permeado, habiendo estado la planta parada el día anterior con problemas importantes en el reactor biológico. Por tanto, vemos que si las condiciones de equilibrio se ven alteradas de manera significativa, las conclusiones que se derivan de esta apartado dejarán de tener validez. El ajuste que se ha encontrado como el que más se aproxima a la realidad es el ajuste lineal, habiéndose obtenido la siguiente ecuación empírica:

Por tanto, y a la vista de estos datos, podemos calcular el contenido de sólidos totales del licor mezcla, mediante el cálculo de la viscosidad del mismo. Además se observa que lo anterior se cumple también para otras velocidades, como era de esperar. A modo de ejemplo se mostrará también lo que sucede con la velocidad de 5 rpm, arrojando resultados similares, aunque con una dispersión algo mayor. Esto es debido en parte a que, como se comentó anteriormente, esta velocidad está bastante más cerca del punto de fluencia.

y = 0,006x - 17,873 R² = 0,9575

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000

Vis

cosi

dad

(cP

)

SST (mg/l)

Viscosidad a 10 rpm.

92

Figura 7.5. Obtención de los SST mediante la viscosidad para 5 rpm.

(Fuente: Elaboración propia). En cuanto a la bibliografía consultada para este apartado, es innumerable la cantidad de artículos, publicaciones y libros en los que se recoge el hecho de que la concentración de sólidos en suspensión afecta directamente a la viscosidad del licor mezcla. Por nombrar a alguno, enunciaremos los trabajos de Yang et al, 2009. o de Moreau et al, 2009. De este último se muestra los resultados obtenidos para la relación entre los sólidos suspendidos totales y la viscosidad aparente. Se ve que son resultados similares a los obtenidos en este trabajo, aunque con viscosidades mayores, de entorno un 30% más. Esto es debido en gran medida a que las aguas que se usaron en dicho trabajo no superaban en prácticamente ningún caso los 20 grados en el momento de su análisis estando la mayoría de veces en torno a los 15. En cambio, en nuestro caso, la temperatura del agua nunca bajó de los 25 grados.

y = 0,0097x - 32,022 R² = 0,9145

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000

Vis

cosi

dad

(cP

)

SST (mg/l)

Viscosidad a 5 rpm.

93

Figura 7.6. Dependencia de la viscosidad con los SST (Fuente: Moreau et al, 2009)

7.3. Dependencia entre la filtrabilidad y los SST

Durante los ensayos de filtrabilidad, se ha encontrado que la cantidad de sólidos en suspensión es determinante. En primer lugar se ha analizado la cantidad de líquido filtrado al pasar 5 minutos desde el comienzo del experimento. Como se puede observar en el gráfico que se mostrará más adelante (figura 7.6), se observa un comportamiento lineal, en el que, a medida que la cantidad de sólidos aumenta, disminuye la cantidad de permeado. Podemos por tanto con la ecuación que hemos obtenido predecir la filtrabilidad que presentará el fango. La ecuación obtenida es la siguiente:

Para definir el grado de filtrabilidad se considerará la siguiente clasificación:

- Filtrabilidad Alta: Más de 10 ml. a los 5 min. - Filtrabilidad Regular: Entre 5 y 10 ml. a los 5 min. - Filtrabilidad Mala: Menos de 5 ml. a los 5 min.

Tomando en cuenta dicha clasificación, hemos observado que para concentraciones de sólidos de 6 g/l o menos, la filtrabilidad del fango es muy buena. En cambio, para concentraciones superiores a los 9 g/l, obtenemos una filtración pobre. A continuación se muestra la gráfica que avala las afirmaciones anteriores.

94

Figura 7.7. Volumen filtrado frente a SST (Fuente: Elaboración propia).

Por otro lado se ha graficado el tiempo que tarda el fango en filtrar 5 ml. de los 50 iniciales, observándose una relación exponencial, cuya ecuación se muestra a continuación (Fuente: Elaboración propia).

Figura 7.8. Tiempo para filtrar 5 ml de muestra. (Fuente: Elaboración propia).

El uso de este sencillo método es debido a que es el recomendado por el fabricante de membranas Kubota, para que de una manera rápida y fácil, se pueda tener una idea de la filtrabilidad que presentará el licor mezcla.

y = -0,0022x + 24,235 R² = 0,9152

0

2

4

6

8

10

12

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Vo

lum

en

Filt

rad

o (

ml)

SST (mg/l)

Volumen Filtrado en 5 min.

y = 0,0046e0,0008x R² = 0,9512

0

5

10

15

20

25

30

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Tie

mp

o (

min

)

SST (mg/l)

Filtrado de 5 ml.

95

7.4. Relación de la Viscosidad con el oxígeno disuelto

Debido al modo de funcionamiento de la planta, en la que el oxígeno disuelto se mantiene entre unos parámetros preestablecidos con la ayuda de soplantes, no es posible relacionar el contenido del mismo con propiedades del fango. Como ejemplo, se muestra a continuación la posible variación diaria en el oxígeno disuelto.

Figura 7.9. Ejemplo de evolución del oxígeno disuelto a lo largo del tiempo.

(Fuente: Elaboración propia)

Por otro lado, los partes diarios en los que se recoge entre otros parámetros la cantidad de oxígeno disuelto, muestran un valor puntual, que no es representativo de la cantidad disuelta a lo largo del tiempo, ya que puede haber coincidido con un momento de inyección de más aire, o cualquier otra circunstancia. Como muestra de ello, se elige el siguiente gráfico en el que se aprecia que no existe ninguna tendencia o relación entre los valores de oxígeno disuelto y SST que se exponen en los partes mensuales (Fuente: Elaboración propia).

96

Figura 7.10. Oxígeno disuelto frente a sólidos suspendidos en el mes de Junio.

(Fuente: Elaboración propia)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000

Oxí

gen

o d

isu

elt

o (

mg/

l)

SST (mg/l)

Oxígeno disuelto vs. SST

97

8. Agradecimientos y valoración 8.1. Valoración de las prácticas

Personalmente, estoy muy satisfecho con el resultado final de las prácticas de empresa por varios motivos. En primer lugar, han sido una primera toma de contacto con el mundo laboral, la cual hasta este momento no tenía en mi ámbito de estudio. Es por ello que valoro muy favorablemente la oportunidad que la Universidad de Alicante nos brinda de tener esta primera experiencia. Por otro lado, me ha permitido ampliar mis conocimientos en todo lo referente a depuración de aguas, especialmente a la tecnología de biorreactores de membrana, un tema que además, me interesa mucho, no sólo por la temática que trata, sino por las posibilidades de trabajo que puede ofrecer tener unos profundos conocimientos en dicha materia.

8.2. Agradecimientos

En primer lugar, agradecer a la empresa Helados Alacant la oportunidad que me han dado de poder realizar las prácticas en sus instalaciones. Especialmente quisiera darle las gracias a Don Juan Carlos Bugallo, encargado de la planta depuradora. Desde el primer momento estuvo a mi disposición ante cualquier duda y me enseñó el funcionamiento de la planta, las normas de seguridad y a utilizar los equipos necesarios de monitorización de la planta. Además ha mostrado su interés en la evolución de mi trabajo con llamadas periódicas para interesarse por mis avances. Por otra parte quiero agradecer a Don Arturo Trapote Jaume el que haya aceptado ser el tutor de este proyecto, ya que gracias a su ayuda he podido completar y mejorar este trabajo. También quiero mencionar a Liuba Domínguez Chabaliná, profesora del máster. Ella ha sido quién me ha enseñado todo el manejo de los aparatos de laboratorio, además de la metodología que debía de usar en la realización de mi investigación. Siempre ha estado dispuesta a ayudarme ante cualquier problema, por lo que le estoy muy agradecido. Por otra parte agradezco a la profesora Nuria Boluda Botella su gestión de las prácticas de empresa. Por último agradecer a todos los profesores del máster por haber contribuido en nuestra formación, aportándonos toda su experiencia y conocimientos, que tan valiosos nos serán en el futuro.

98

99

9. Bibliografía

“Manual de Explotación de la Estación Depuradora de Aguas Residuales Industriales de Helados Alacant”. Sadyt. Metcalf & Eddy, Inc., “Ingeniería de aguas residuales: Tratamiento, vertido y reutilización”. 3ª Edición. Editorial Mc Graw-Hill. USA. (1990).

“Ordenanza de Vertidos a la Red Municipal de Alcantarillado de San Vicente del Raspeig”. SMART SERIES Rotational Viscometer “Instruction Manual”. Apuntes de clase del Máster en Gestión Sostenible y Tecnologías del Agua. R. Van Kaam, D. Anne-Archard, M. Alliet Gaubert, C. Albasi ,2008. Rheological characterization of mixed liquor in a submerged membrane bioreactor. Journal of Membrane Science 2008 | 317 | 1-2 | 26-33. A. H. Khalili Garakani, N. Mostoufi, F. Sadeghi, M. Hosseinzadeh, H. Fatourechi, M. H. Sarrafzadeh, M. R. Mehrnia, 2011. COMPARISON BETWEEN DIFFERENT MODELS FOR RHEOLOGICAL CHARACTERIZATION OF ACTIVATED SLUDGE. Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng., 2011, Vol. 8, No. 3, pp. 255-264. M Kryłów and B. Fryźlewicz-Kozak, 2007. RHEOLOGICAL PROPERTIES OF WASTEWATER SLUDGE. Rozdział w monografi po angielsku, (2007) The MBR Book: Principles and Applications of Membrane Bioreactors for Water and Wastewater Treatment, Simon Judd (2nd Edition), Editorial ELSEVIER. Membrane BioReactors WEF Manual of Practice, Water Environment Federation, Editorial McGraw Hill Professional, 2011. Yang, F., Bick, A., Shandalov, S., Brenner, A., Oron, G., (2009). Yield stress and rheological characteristics of activated sludge in an airlift membrane bioreactor. J. Membr. Sci., 334: 83–90. Moreau, A. A., Ratkovich, N., Nopens, I. and van der Graaf, J. H. J. M. (2009), "The (in)significance of apparent viscosity in full-scale municipal membrane bioreactors", Journal of Membrane Science, vol. 340, no. 1-2, pp. 249-256.

“Mecánica de Fluidos”, Irving H. Shames, Editorial McGraw Hill, 3ª Edición (1995).

100

Francisco Osorio Robles, “TRATAMIENTO DE AGUAS PARA LA ELIMINACIÓN DE MICROORGANISMOS Y AGENTES CONTAMINANTES” (2010) 1ª Edición, Editorial Diaz de Santos.

Rosenberg, S., Witzig, R., Manz, W., Szewzyk, U., Kraume, M. 2000. “Operation of different membrane bioreactors: experimental results and physiological state of the micro-orgaminsms”. Water Science and Technology. 41:269-277.

Gander M.A, Jefferson B., Judd S.J. “Membrane bioreactors for use in small wastewater treatment plants; membrane materials and effluent quality”. Water Science and Technology 41 (2000) 205-211.

101

10. Firma del Tutor

Don Arturo Trapote Jaume, Profesor del Instituto del Agua y Ciencias Ambientales de la Universidad de Alicante, certifica que el presente Trabajo Fin de Master titulado “Estudio de los parámetros de funcionamiento del MBR de Helados Alacant a través de la viscosidad del licor mezcla” ha sido realizado en la empresa Helados Alacant bajo su supervisión, por Don Víctor Daniel Gen Cáceres, y que reúne las condiciones de calidad y rigor científico para que pueda ser presentado y defendido ante la Comisión correspondiente”.

Alicante, a 1 de Septiembre de 2013.

Firma del Tutor: