En ocasiones, la temperatura se trata como un parámetro operativo secundario en el tratamiento de aguas residuales.
Sin embargo, en los sistemas de biorreactores de membrana (MBR), los cambios estacionales de temperatura pueden influir en la filtración de la membrana, la actividad biológica, las características del lodo, el comportamiento de incrustación y el funcionamiento general del sistema.
Por esta razón, la selección de membranas y el diseño de MBR no deben basarse únicamente en el flujo y la calidad del agua residual.
Los ingenieros también deben considerar larango de temperatura de funcionamiento esperado, especialmente la temperatura mínima de las aguas residuales durante el funcionamiento en invierno.
Esto es especialmente importante para las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales en regiones con variaciones estacionales significativas.
Un MBR combina el tratamiento biológico con la separación por membranas.
Por tanto, la temperatura puede influir en ambas partes del proceso.
Desde el punto de vista biológico, la temperatura afecta la actividad microbiana y la cinética del tratamiento.
Del lado de la membrana, la temperatura puede influir en:
- Viscosidad del agua
- Permeabilidad de la membrana
- Resistencia a la filtración
- Presión transmembrana
- Comportamiento sucio
- Flujo operativo alcanzable
La relación real es más compleja porque el desempeño de MBR depende de la interacción entre las características de las aguas residuales, el lodo activado, las propiedades de la membrana y la estrategia operativa.
Sin embargo, un principio es importante:
Un MBR diseñado en condiciones promedio o cálidas también debe evaluarse a la temperatura mínima esperada de las aguas residuales.
Uno de los efectos más directos de la temperatura es su influencia sobre la viscosidad del agua.
A medida que la temperatura disminuye, el agua se vuelve más viscosa.
Una mayor viscosidad aumenta la resistencia al flujo de permeado a través de la membrana.
En condiciones similares, esto puede afectar el flujo que se puede lograr o la fuerza motriz requerida para mantener una tasa de producción particular.
Esto significa que un sistema de membrana que funcione cómodamente durante los períodos más cálidos puede funcionar en diferentes condiciones durante el invierno.
Por este motivo, los datos de rendimiento de la membrana siempre deben considerarse junto con su base de temperatura.
El flujo de la membrana está influenciado por la resistencia hidráulica.
Cuando la temperatura disminuye y la viscosidad aumenta, la resistencia a la filtración generalmente aumenta.
Como resultado, mantener la misma producción de permeado puede requerir diferentes condiciones operativas.
Por lo tanto, para el diseño de sistemas MBR, una pregunta importante es:
¿Qué flujo operativo se puede mantener a la temperatura más baja esperada de las aguas residuales?
Esto suele ser más útil que evaluar únicamente el flujo máximo o el rendimiento medido en condiciones favorables de clima cálido.
Por lo tanto, el efecto de la temperatura debe incorporarse al tamaño de la membrana y a la estrategia operativa.
Para obtener más información sobre el flujo de diseño:
→¿Qué es un fundente de diseño realista para membranas MBR de lámina plana cerámica?
La temperatura no afecta sólo la viscosidad del agua.
En un MBR, la membrana opera en contacto directo con lodos activados.
Los cambios estacionales de temperatura pueden influir en:
- Actividad biológica
- Características de la biomasa
- Viscosidad del lodo
- Propiedades del flóculo
- Productos microbianos solubles
- Sustancias poliméricas extracelulares.
- Potencial de contaminación
Estos cambios pueden influir en la resistencia que se desarrolla cerca de la superficie de la membrana.
Por lo tanto, la temperatura no debe tratarse simplemente como un factor de corrección hidráulica.
En un sistema MBR a gran escala, su efecto también puede estar relacionado con el rendimiento del proceso biológico y las características del licor mezclado.
Para muchas plantas de tratamiento de aguas residuales, el invierno puede representar un período de funcionamiento de las membranas más exigente.
Puede ocurrir una temperatura más baja de las aguas residuales junto con cambios en la actividad biológica, las propiedades de los lodos y las condiciones del afluente.
Si el tamaño de la membrana se basa únicamente en las condiciones promedio anuales, el margen operativo disponible puede reducirse durante los períodos más fríos.
Una evaluación práctica de ingeniería debe considerar:
- Temperatura media de las aguas residuales
- Temperatura mínima esperada de las aguas residuales
- Rango de temperatura estacional
- Condiciones de flujo invernal
- Capacidad de tratamiento requerida
- Flujo de diseño de membrana
- Margen operativo
El objetivo es garantizar que el sistema de membrana siga siendo capaz de cumplir con la capacidad de tratamiento requerida durante todo el rango operativo esperado.
La temperatura también puede influir indirectamente en la contaminación de la membrana.
La contaminación del MBR depende de muchos factores, entre ellos:
- flujo de membrana
- Concentración de MLSS
- Aireación
- Propiedades de los lodos
- Materia organica
- Actividad biológica
- Características de la superficie de la membrana.
- Ciclos de funcionamiento
Debido a que la temperatura puede influir en varios de estos factores, la relación entre temperatura y suciedad no siempre es sencilla.
Por ejemplo, temperaturas más bajas pueden aumentar la resistencia a la filtración debido a una mayor viscosidad, mientras que los cambios en la actividad biológica también pueden afectar las características del licor mezclado.
Esta es la razón por la que idealmente el rendimiento de la membrana debería evaluarse bajo condiciones representativas del proyecto en lugar de depender de una sola corrección de temperatura.
Tanto las membranas cerámicas como las poliméricas se ven afectadas por la influencia física básica de la temperatura y la viscosidad del agua.
Sin embargo, los materiales de las membranas difieren en características tales como:
- Resistencia mecánica
- Resistencia química
- Tolerancia de limpieza
- Durabilidad a largo plazo
- Estabilidad de temperatura
Las membranas cerámicas se consideran cada vez más para aplicaciones exigentes porque su estructura inorgánica puede proporcionar una alta resistencia mecánica y una fuerte resistencia química.
Estas características pueden ser particularmente relevantes cuando se esperan limpiezas repetidas, períodos de funcionamiento prolongados o condiciones exigentes de aguas residuales.
Para una comparación más amplia:
→Membranas cerámicas versus poliméricas en MBR
Sin embargo, las membranas cerámicas no son completamente independientes de los efectos de la temperatura.
El rendimiento real de cualquier sistema de membranas aún depende de las condiciones de las aguas residuales, el flujo operativo, la temperatura, el proceso biológico y la configuración del sistema.
Al evaluar membranas para un proyecto MBR, los ingenieros deben solicitar información sobre el rendimiento en condiciones operativas relevantes.
Las preguntas útiles incluyen:
- ¿Cuál es la temperatura mínima esperada de las aguas residuales?
- ¿Qué rendimiento de la membrana se espera a esta temperatura?
- ¿Qué temperatura se utilizó para el fundente citado?
- ¿El flujo cotizado es bruto o neto?
- ¿El valor es instantáneo o sostenible?
- ¿Qué rango MLSS se utilizó?
- ¿Qué estrategia operativa se utilizó?
- ¿Qué margen de diseño está incluido?
La distinción entre flujo bruto y neto es particularmente importante.
→Flujo bruto frente a flujo neto en MBR: por qué es importante la diferencia
Las comparaciones se vuelven mucho más significativas cuando los proveedores de membranas brindan datos de rendimiento de manera consistente.
Un diseño de membrana confiable debe considerar la temperatura desde el inicio del proyecto.
No utilice sólo el promedio anual.
Identifique las temperaturas de funcionamiento normales y mínimas esperadas.
Considere el efecto combinado de:
Temperatura + Caudal + MLSS + Características de aguas residuales + Capacidad requerida
Un flujo elevado a corto plazo en condiciones favorables no debería convertirse automáticamente en la base de diseño a largo plazo.
El área de la membrana y la estrategia operativa deben proporcionar suficiente flexibilidad para los cambios estacionales.
Al comparar proveedores, asegúrese de que los datos de flujo se evalúen en temperaturas, aguas residuales, MLSS y condiciones operativas comparables.
La temperatura no debe considerarse como un parámetro aislado.
Su influencia en el funcionamiento de la membrana se puede ver como:
Temperatura → Viscosidad → Resistencia a la filtración → Flujo → Control de incrustaciones → Estrategia operativa
Al mismo tiempo:
Temperatura → Actividad biológica → Características del lodo → Potencial de contaminación
Esto ilustra por qué el rendimiento de la membrana no se puede evaluar utilizando únicamente la temperatura.
Una membrana que funciona bien en condiciones de laboratorio puede requerir una estrategia operativa diferente en condiciones invernales a gran escala.
Para aplicaciones de MBR sumergidas donde la durabilidad mecánica, la resistencia química, la tolerancia a la limpieza y la estabilidad a largo plazo son consideraciones importantes, las membranas cerámicas de lámina plana se pueden evaluar como una alternativa a las membranas poliméricas convencionales.
→Membranas de lámina plana de cerámica
La configuración apropiada de la membrana y el flujo de diseño siempre deben determinarse de acuerdo con las características reales de las aguas residuales y las condiciones operativas del proyecto.
La temperatura puede tener una influencia importante en el rendimiento de la membrana en los sistemas MBR.
Las temperaturas más bajas generalmente aumentan la viscosidad del agua y la resistencia a la filtración, mientras que los cambios estacionales también pueden influir en las características de los lodos activados y en el comportamiento de incrustación.
Por esta razón, la selección de membranas no debe basarse únicamente en el rendimiento en condiciones favorables o promedio.
Eltemperatura mínima esperada de las aguas residualesSe deben considerar durante el dimensionamiento de la membrana y el diseño del sistema.
Para el funcionamiento de MBR a largo plazo, el objetivo no es simplemente identificar el flujo más alto posible a una temperatura particular.
El objetivo más importante es establecer unVentana operativa estable y sostenible en toda la gama de condiciones esperadas del proyecto..
Para la evaluación de proyectos, información como el tipo de aguas residuales, el caudal, el MLSS, el rango de temperatura, el proceso de tratamiento y la capacidad de tratamiento objetivo pueden ayudar a establecer una base de diseño de membrana adecuada.
