RESULTADO DE LAS PRUEBAS REALIZADAS EN PLANTA PILOTO DE MEMBRANAS SUMERGIDAS DE

MICROFILTRACIÓN, INSTALADA EN LA EDAR DEBARRANCO SECO (LAS PALMAS DE GRAN CANARIA)

Por:JOSÉ GENARO BATANERO BERNABEU,

ENRIQUE ORTEGA DE MIGUELy PEDRO M. CATALINAS MONTERO

CEDEX

JOAN SANZ ATAZ,JUAN MANUEL ORTEGA DÍAZ

y LEOPOLDO GUERRERO GALLEGOVIVENDI Water

PEDRO REGUERO ROSALESNORCONTROL

SUMARIO

Las pruebas realizadas en la planta piloto de microfiltración de VivendiWater, mediante módulos sumergidos de membranas de fibra hueca,tratando el efluente depurado de la EDAR de Barranco Seco (Las Palmasde Gran Canaria), han servido fundamentalmente, para conocer el fun-cionamiento del sistema, sus parámetros de operación y sus rendimien-tos. Hay que destacar la buena calidad del efluente de la EDAR, y puedeevaluarse la experiencia en dichas condiciones, como muy positiva.

Se ha comprobado la eficacia del proceso tanto respecto a los caudalesprevistos y al porcentaje de recuperación, que alcanzó un valor mediodel 84,9%, como a la calidad del agua permeada, que cumplió los lími-tes establecidos en el actual proyecto de normativa de reutilización ela-borado por el Ministerio de Medio Ambiente, para todo tipo de usos aexcepción de los correspondientes a usos domiciliarios y recarga deacuíferos por inyección directa.

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Conviene resaltar los buenos resultados obtenidos respecto a ooquistesde Giardia y quistes de Cryptosporidium y respecto a huevos de helmin-tos parásitos.

De los indicadores de virus utilizados, colifagos somáticos, bacteriófa-gos F-RNA y bacteriófagos de Bacteroides fragilis, solamente en el casode estos últimos se consiguió una eliminación completa en el 100% delas muestras. Para los otros indicadores la capacidad de reducción loga-rítmica ha sido del orden de dos unidades.

Las pruebas han permitido conocer también, para las condiciones delensayo, los consumos de energía eléctrica y de productos químicos, asícomo sus costes respectivos.

PALABRAS CLAVE

Aguas residuales, reutilización, regeneración, microfiltración, membra-nas sumergidas.

INTRODUCCIÓN

El Ministerio de Medio Ambiente (MIMAM), a través de la DirecciónGeneral de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas, decidió probar unsistema de microfiltración mediante succión en la Estación Depuradorade Aguas Residuales de Barranco Seco, para estudiar sus prestacionescara a su posible utilización como tratamiento terciario de las aguas resi-duales depuradas en futuras instalaciones.

En marzo de 2002, el MIMAM llegó a un acuerdo con Vivendi Water, parala instalación de una planta piloto de microfiltración MEMCOR, modeloCMF-S 4S10T (Figura 1), mediante sistema de membranas tubulares,encomendando a los técnicos del Sector de Calidad de las Aguas delCentro de Estudios Hidrográficos, la organización de las pruebas y elseguimiento de las mismas, en colaboración con la Dirección de la Obradel Tratamiento Terciario de la EDAR de Barranco Seco y los técnicos dela compañía implicada.

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Figura 1 - Vista frontal de la planta piloto

La puesta en marcha de la planta piloto se inició el 12 de marzo de 2002;la operación de la instalación corrió a cargo de técnicos de NORCON-TROL, empresa contratada por el MIMAM para la asistencia técnica a laobra del tratamiento terciario, en colaboración con los técnicos de Vi-vendi Water.

Las pruebas se dieron por finalizadas el 15 de julio de 2002, aunque nose pudieron prolongar como hubiera sido deseable por necesidades dedisponibilidad de la planta piloto.

DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA PILOTO

El proceso de tratamiento de agua por microfiltración MEMCOR, mode-lo CMF-S 4S10T, produce agua regenerada mediante membranas demicrofiltración (Tabla 1) de fibra hueca “afuera-dentro” sumergidas en untanque; su diámetro de poro nominal es de 0,2 µm (Durham et al., 2001)(USEPA, 2001). Los sistemas de microfiltración vienen empleándose enrecientes proyectos de regeneración de aguas residuales depuradas endiferentes países (Freeman et al., 2002).

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Esquema de la unidad de microfiltración y características de lasmembranas

Los diferentes equipos y operaciones que conforman la planta piloto,son los siguientes:

- Depósitos de agua depurada, para alimentación de la planta- Bombeo de alimentación del tanque de proceso- Microtamiz de 500 mm para agua alimentación- Tanque de proceso- Cuatro módulos de membranas de microfiltración tipo S10T- Bombeo de agua filtrada- Depósito de agua filtrada, utilizado para el retrolavado y limpieza quí-

mica- Compresor de aire Hydrovane - Instrumentación y controles para la operación de la unidad - Sistema de control y adquisición de datos mediante un PLC Allen-Brad-

ley, panel de control y sistema de almacenamiento de datos MEMLOG

Un esquema simplificado de la unidad de microfiltración sería el siguiente(Figura 2).

Figura 2 - Esquema simplificado de la unidad de microfiltración

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El sistema de microfiltración está formado por módulos. Cada móduloconsiste en 14.500 fibras de membranas orientadas verticalmente, aco-pladas entre dos cavidades de plástico. Entre las cavidades, sujetandolas fibras de forma estanca, hay dos cubiertas, una en cada lado. Lascavidades y las cubiertas crean un canal de flujo a través del cual el aguafluye hacia arriba.

Tabla 1 - Características de los módulos y membranas

Material Polipropileno

Tipo de módulo CMF- S10T

Número de módulos 4

Configuración de Fibra hueca de afueralas membranas hacia adentro.

Superficie de membranas 13 m2 (por módulo)

Diámetro nominal / diámetro absoluto 0,2 µm/0,45 µmdel poro de la membrana

Máxima presión de permeación transmembrana 0,85 bar/85 kPa

Presión típica de operación transmembrana 0,35-0,55 bar/35-55 kPa

Presión de retrolavado transmembrana 1,2 bar/120 kPa

Máxima presión del aire para el test 0,93 bar/93 kPade integridad (PDT)

Máxima temperatura de operación 40 ºC

Temperatura de limpieza 15 ºC (ácida); 35 ºC (cáustica)

Rango de operación de pH 2-14

Máximo contenido de cloraminas < 4 mg/l

Procedimiento de Limpieza cáustica Limpieza ácidalimpieza sugerido Con Memclean: 0,17 l de SO4H2 al 35%

2,6 l de sosa cáustica al 46%0,8 l de memclean al 100%

FUNCIONAMIENTO

Filtración y contralavadoConsiste en la entrada de agua de alimentación por la parte inferior deltanque de membranas. El filtrado se realiza a través de los poros de lasmembranas (0,2 µm) de “fuera a dentro” por la acción de la bomba deaspiración.

Una vez transcurrido el período de filtración determinado (15-20 minu-tos), comienza el contralavado de las membranas con aire y agua. El

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agua que utiliza para sus limpiezas es agua filtrada que se almacena enun depósito.

Los pasos que sigue el sistema durante el contralavado son los siguien-tes:

- Comienza a drenar el tanque de membranas hasta el nivel correspon-diente y el aporte de aire al tanque de membranas (40 m3/h) durante 15segundos. Seguidamente pasa agua filtrada almacenada en el depósi-to, por el interior de las membranas, sin suspender el aporte de aire,durante 20 segundos.

- Una vez transcurrido los 35 segundos se drena completamente el tan-que para desechar las partículas que se han desprendido de las mem-branas.

- El tanque de membranas se llena con agua de alimentación, y desdeel primer momento en el que comienza a filtrar se llena el tanque deagua filtrada para el siguiente contralavado.

Limpieza químicaAparte de los procesos de filtración y contralavado está la limpieza quí-mica que puede ser ácida o cáustica. Durante el tiempo que duró laexperiencia piloto sólo se utilizó la limpieza cáustica. El ciclo de limpie-za, que se realiza de forma semiautomática, dura aproximadamenteunas dos horas y media y comprende los siguientes pasos:

- Realización de un contralavado, tal como se indica en el apartadoanterior.

- Llenado del tanque de membranas con agua filtrada del depósito.- Añadido al tanque de membranas, de forma manual, de los productos

químicos, a la vez que se cierran las válvulas de paso al tanque deagua filtrada y de aire.

- En una primera etapa de las pruebas se empleó Memclean C y sosacáustica, y posteriormente se sustituyó el primer producto por unasolución de tensioactivos (Genesol 40), para disminuir los costes deexplotación.

- Espera hasta alcanzar la temperatura de proceso de 35 ºC (una hora).- Proceso de recirculación durante 30 minutos.- Proceso de reposo durante 30 minutos.

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- Proceso de drenaje del tanque de membranas para la eliminación com-pleta de los posibles residuos químicos.

Una vez realizados todos los pasos de la limpieza, el sistema se parahasta la nueva puesta en marcha, por el operario, para iniciar la filtración.

Test de integridad de las membranasPara conocer el estado de las membranas y el posible deterioro o rotu-ra de las mismas, se dispone de un ensayo de integridad, denominadoPDT (ensayo de pérdida de presión).

Para su realización, el interior de las membranas se vacía de líquido y sepresuriza con aire, a una presión del orden de 100 kPa (inferior al puntode burbuja de la membrana). Se registra entonces la caída de la presiónen función del tiempo.

Una disminución de presión inferior a 5 kPa/minuto (después del segun-do minuto), se considera aceptable. En caso de que se alcancen valoressuperiores a 5 kPa/minuto, hay que pensar que existe un problema conla integridad del sistema.

Este ensayo debe realizarse semanalmente, según recomendación delfabricante; y existen unas curvas de correlación entre la caída de presióny el número más probable de fibras rotas.

OBJETIVO DE LAS PRUEBAS Y PROGRAMA DE ANÁLISIS YTOMA DE DATOS

Se establecieron los siguientes objetivos en las pruebas a realizar en laplanta piloto:

• Demostrar la eficacia del sistema de microfiltración, en la eliminacióny/o reducción de los parámetros estándar relativos a la calidad de lasaguas depuradas para su reutilización en los diferentes usos (agríco-las, municipales, recreativos, etc.).

• Determinar los parámetros más adecuados de operación del sistema,en especial: porcentaje de recuperación (%), carga hidráulica (m3/m2/día), tiempos utilizados en el retrolavado, presión de operación trans-

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membrana (bar), energía (kWh/día) y productos químicos de limpiezaconsumidos (kg/día). Para ello se estudiaron los rendimientos de filtra-ción para distintos caudales de agua permeada, y se estableció surelación con los porcentajes de recuperación, presión transmembranay costes energéticos y de productos químicos de limpieza.

• Determinar los parámetros de dimensionamiento, que podrían ser labase del diseño de una planta a escala completa.

• Desarrollar un régimen efectivo de limpieza, que incluya el tipo deproductos químicos más idóneos y el mínimo tiempo entre limpiezas.

• Demostrar la eficacia del “test de integridad de membrana” por caídade presión, para verificar la integridad de las membranas.

• Analizar el comportamiento de las membranas durante el período deprueba (atascamientos, roturas, etc.).

• Estimar los costes unitarios de explotación por m3 de agua tratada,especialmente los de energía y productos químicos.

Para conseguir los objetivos expuestos se llevó a cabo el siguiente pro-grama de análisis y toma de datos (Tablas 2, 3 y 4).

Tabla 2 - Toma de datos

Datos Frecuencia

Caudal de agua de alimentación (m3/día) Diaria

Caudal de agua filtrada (m3/día) Diaria

Temperatura agua alimentación (ºC) Diaria

Volumen agua rechazada en retrolavado (m3/día) Diaria

Volumen agua rechazada en drenaje del tanque (m3/día) Diaria

Volumen agua rechazada en limpieza de recuperación (m3/día) Diaria

Porcentaje de recuperación (%) Diaria

Caudal aire limpieza (m3/día) Diaria

Presión transmembrana (bar) Diaria

Contaje de partículas Diaria

Productos químicos de operación consumidos (kg/día) Diaria

Productos químicos de limpieza consumidos (kg/día) Mensual

Energía consumida (kWh/día) Diaria

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Tabla 3 - Análisis en agua bruta y agua filtrada

Tipo de análisis Frecuencia

pH (unidades pH) Diario

DBO5 (mg/l) 3/semana

COT (mg/l) 3/semana

Sólidos en suspensión (mg/l) Diario

Turbidez (NTU) Diario

Conductividad (µS/cm) Diaria

SDI 3/semana

SiO2 (mg/l) 3/semana

PO4 (mg/l) 2/semana

Dureza (mg/l) 2/semana

Calcio (mg/l) 2/semana

Magnesio (mg/l) 2/semana

Escherichia coli (ufc/100 ml) Diario

Huevos de helmintos parásitos (nº huevos/l) (1)

Quistes de Giardia y Ooquistes de Cryptosporidium (1)

Virus (1)

(1) Campaña de análisis puntuales del 25 de junio al 15 de julio

Tabla 4 - Análisis en agua de drenaje del tanque

Tipo de análisis Frecuencia

DBO5 (mg/l) 2/semana

COT (mg/l) 2/semana

Sólidos en suspensión (mg/l) 2/semana

La toma de datos se llevó a cabo por los técnicos de NORCONTROL ylos análisis fueron realizados por CANARAGUA en sus laboratorios delSureste (isla de Gran Canaria), a excepción de los relativos a virus, quese realizaron en la Universidad de Barcelona, por el equipo de Micro-biología dirigido por el Dr. Francisco Lucena, los de quistes de Giardia yooquistes de Cryptosporidium, que se realizaron en el laboratorio centralde AGBAR y los de huevos de Helmintos parásitos, realizados por elequipo de parasitología de la Dra. Mercedes Gracenea de la Universidadde Barcelona.

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CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL DEPURADA DEALIMENTACIÓN A LA PLANTA PILOTO

En la valoración de las pruebas hay que tener en cuenta las buenascaracterísticas que, durante el período de las mismas, presentó elefluente depurado de la EDAR de Barranco Seco, cuyo proceso de tra-tamiento biológico es el sistema A-B de doble etapa. Los valores máxi-mos medios y mínimos de los diferentes parámetros se incluyen en laTabla 5.

Tabla 5 - Valores del efluente de la EDAR de Barranco Seco entre el 24/3/2002 y el 15/7/2002

Máximo Media Mínimo

pH (unidades pH) 8,00 7,54 6,90

DBO5 (mg/l) 45,00 15,49 < 5,00

COT (mg/l) 33,00 22,95 17,00

Sólidos en suspensión (mg/l) 39,00 14,28 4,40

Turbidez (NTU) 15,30 6,31 3,07

Conductividad (µS/cm) 2.902,70 2.611,27 2.205,70

SiO2 (mg/l) 33,00 27,38 20,00

PO43- (mg/l) 42,00 34,54 26,00

Dureza total (mg/l) 275,00 241,22 130,00

Calcio (mg/l) 76,00 33,87 22,00

Magnesio (mg/l) 47,00 39,26 15,00

Escherichia coli (ufc/100ml) (*) 405.000 121.151 7.000

Virus colifagos somáticos (ufp/100ml) (**) 580.000 410.400 17.400

Virus bacteriófagos F-RNA (ufp/100ml) (**) 9.300 3.125 210

Virus bacteriófagos de bacteroides fragilis 1.880 1.088 100(ufp/100ml) (**)

(*) Período comprendido entre el 7/6/2002 y el 14/7/2002.(**) Campaña de análisis puntuales del 25 de junio al 15 de julio.

DESARROLLO DE LAS PRUEBAS

La puesta en marcha de la planta comenzó el martes 12 de marzo, fechaque se considera de inicio de las pruebas. A partir de dicho día empezóa realizarse la toma de datos, y los análisis se llevaron a cabo desde el24 de dicho mes.

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Pueden establecerse tres períodos diferenciados:

• Del 12 de marzo al 8 de mayo. La única etapa estable de funciona-miento fue la comprendida desde el inicio hasta el 7 de abril inclusive.Las sucesivas paradas se debieron principalmente a averías en loscaudalímetros, problemas con la bomba de alimentación, suciedadesen los sensores de nivel del tanque de membranas y rápido ensucia-miento de las mismas.

• Se empezó a funcionar con un caudal de agua filtrada de 0,86 l/s, loque suponía una carga hidráulica, relativa al permeado, del orden de59 l/m2/h. El caudal de agua filtrada producido al día se mantuvo en elentorno de los 60 m3, y el porcentaje de recuperación fue del ordendel 90-91%.

• El tiempo entre contralavados fue, inicialmente, de 16 minutos, seincrementó a 20 entre el 16 y el 21 de abril, y se mantuvo en 18 minu-tos a partir de dicha fecha hasta el final de las pruebas. La duraciónde los contralavados fue de 3,7 minutos hasta el día 3 de mayo, y semantuvo posteriormente en 2,5 minutos durante el resto de las prue-bas.

• El día 3 de mayo se incrementó el caudal de agua filtrada hasta 1 l/s.El caudal diario de agua filtrada inicialmente producido, hasta el 8 demayo, osciló entre 75 y 82 m3 y la carga hidráulica, relativa al permea-do, entre 74 y 78 l/m2/h.

• Del 9 de mayo al 6 de junio. Este período puede considerarse inhá-bil, a todos los efectos, debido a las largas paradas de la instalacióncon puestas en marcha esporádicas. Se sustituyó el sensor de nivelinferior del tanque de membranas por uno de presión, así como unode los módulos de filtración, por estar las fibras muy deterioradas, yse ajustó el sistema de control.

• Del 7 de junio al 14 de julio. Este período puede considerarse, porsu estabilidad, de referencia para la evaluación de los resultados delas pruebas.

• El día 20 de junio, con vistas a reducir costes de explotación, se susti-tuyó el Memclean empleado en las limpiezas cáusticas por un pro-

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ducto alternativo, Genesol 40, que se mantuvo hasta el final de laspruebas. También se aportó, como medida complementaria, 3 mg/lde hipoclorito sódico al agua de alimentación, primeramente de formacontinua y posteriormente, desde el día 10 de julio, los 4,5 primerosminutos después de cada contralavado. Como consecuencia, el inter-valo entre limpiezas cáusticas se incrementó notablemente, y superólos 15 días.

RESULTADO DE LAS PRUEBAS

Resultados obtenidos y parámetros de funcionamientoDurante el período de funcionamiento estable de la instalación, del 7 dejunio al 14 de julio de 2002, los resultados obtenidos y los parámetros defuncionamiento aplicados se reflejan en las Tablas 6 y 7.

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Tabla 6 - Resultados analíticos obtenidosMáximo Medio Mínimo

AGUA DE ALIMENTACIÓNpH (unidades pH) 8,00 7,61 6,90DBO5 (mg/l) 19,00 11,19 < 5,00COT (mg/l) 31,00 22,69 18,00Sólidos en suspensión (mg/l) 21,00 11,53 4,40Turbidez (NTU) 12,47 5,93 3,25Conductividad (µS/cm) 2.902,70 2.592,46 2.205,70SiO2 (mg/l) 31,00 25,63 20,00PO4

3- (mg/l) 36,00 31,83 26,00Dureza total (mg/l) 275,00 256,67 230,00Calcio (mg/l) 46,00 33,11 24,00Magnesio (mg/l) 47,00 42,32 38,00Escherichia coli (ufc/100ml) 405.000 121.151 7.000Colifagos somáticos (ufp/100ml) 580.000 410.400 17.400Bacteriófagos F-RNA (ufp/100ml) 9.300 3.125 210Bacteriófagos de Bacteroides 1.880 1.088 100fragilis (ufp/100ml)Huevos de helmintos parásitos Se tomaron dos muestras al final del período,

y se detectó 1 huevo de Trichuris sp/100 l y1 huevo de Estrongílidos/100 l

AGUA DE DRENAJE DEL TANQUEDBO5 (mg/l) 135,00 51,64 21,00COT (mg/l) 94,00 68,09 43,00Sólidos en suspensión (mg / l) 188,00 128,45 72,00ANÁLISIS DEL AGUA FILTRADApH (unidades pH) 8,00 7,68 7,10DBO5 (mg/l) 23,00 <7,48 <5DQO 47,00 41,10 36,00COT (mg/l) 23,00 17,31 0Sólidos en suspensión (mg/l) <1 <1 <1Turbidez (NTU) 0,31 0,18 0,14Conductividad (_S/cm) 3.180 2.753 2.340SiO2 (mg/l) 31 25,78 19PO4

3- (mg/l) --- --- ---Escherichia coli (ufc/100 ml) 87 9 0Colifagos somáticos(ufp/100ml) 55.000 11.217 No detectableBacteriófagos F-RNA (ufp/100ml) 1680 538 No detectableBacteriófagos de Bacteroides No detectable No detectable No detectablefragilis (ufp/100ml)Huevos de helmintos parásitos Se tomaron dos muestra al final del período,

dio ausencia en 100 l en ambas muestrasSDI15 0,78 0,24 0,21

(sólo 3 (sólo 3 (sólo 3 muestras) muestras) muestras)

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Tabla 7 - Parámetros de funcionamiento

Máximo Medio Mínimo

Caudal de agua de alimentación (l/día) 94.590,00 76.680,00 50.056,00

Caudal de agua filtrada producto (l/día) 81.400,00 65.062,16 41.900,00

Caudal de agua filtrada producto (l/seg) 0,94 0,75 0,49

Porcentaje de recuperación producto (%) 92,73 84,86 77,76

Agua de rechazo (l/día) 18.875,00 11.617,84 5.373,00

Agua de retrolavado (l/día) 3.222,08 2.575,38 1.658,54

Presión trasmembrana TMP (kPa) -70,71 -44,65 -27,02

Turbidez agua de alimentación (NTU manual) 12,47 5,93 3,25

Turbidez agua filtrada (NTU manual) 0,31 0,18 0,14

Energía consumida (kWh/día) 29,00 18,46 12,00

Energía consumida (kWh/m3) 0,41 0,28 0,24

Carga hidráulica membrana 75,62 65,94 55,84(permeado) (l/m2x h)

Temperatura del agua filtrada (ºC) 27,16 26,05 24,99

Caudal de aire de retrolavado (l/min) 45,00 43,78 40,00

Adición hipoclorito sódico 15% (l/día) 1,70 1,35 0,55(desde 20-6-2002)

Limpieza cáustica NaOH al 50% (l/día) 0,53 0,37 0,29(Hasta 14-6-2002)

Memclean al 100% (l/día) (Hasta 14-6-2002) 0,18 0,12 0,10

Limpieza cáustica NaOH al 50% (l/día) 0,27 0,10 0,04(desde 21-6-2002)

Genesol 40 al 100% (l/día) (desde 21-6-2002) 0,16 0,06 0,02

Capacidad del sistemaCon un agua de alimentación de buena calidad como la del período depruebas, el sistema puede tratar un caudal medio del orden de 76,7m3/día, y producir un permeado del orden de 65 m3/día, lo que significauna carga hidráulica media, relativa al permeado, de 65,9 l/m2 x h, el por-centaje de recuperación medio es del 84,9%.

Puntos de consignaLos anteriores resultados se consiguieron con los siguientes puntos deconsigna (Tabla 8).

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Tabla 8 - Puntos de consigna

PRODUCCIÓN Qfiltrado 3,6 m3/h

(7/06/2002-15/07/02) Tproducción 18 min

Tcontralavado 2,5 min

Qcontralavado 9 m3/h

TMPmáxima 85 kPa

LIMPIEZA SOSA PUNTOS DE Períodolimpieza Días, función de TMP

CAÚSTICA + MEMCLEAN CONSIGNA 0,3 m3

(7/06/2002-20/06/02) Tlimpieza 2,5 h

Tªlimpieza 35 ºC

VOLUMEN Sosa cáustica 46% 2,6 l

PRODUCTOS Memclean 100% 0,8 l

LIMPIEZA SOSA CAÚSTICA + PUNTOS DE Períodolimpieza Días, función de TMP

GENESOL 40 CONSIGNA Vlavado 0,3 m3

(20/06/2002-15/07/02) Tlimpieza 2,5 h

Tªlimpieza 35 ºC

VOLUMEN Sosa cáustica 46% 2,6 l

PRODUCTOS Genesol 40 100% 0,8 l

APORTACIÓN DE PUNTOS DE Dosificación 3 mg/l

HIPOCLORITO SÓDICO AL CONSIGNA Riqueza ClONa 15%

AGUA DE ALIMENTACIÓN Volumen 20/06-10/07 En función del caudal

(20/06/2002-15/07/02) de ClONa de alimentación queentra en el tanque demembranas durantelas 24 h

10/07-15/07 En función del caudalde alimentación queentra en el tanque demembranas durantelos 4,5 primerosminutos de cada ciclo

CALIDAD DEL AGUA FILTRADA

Parámetros fisicoquímicos La calidad del agua filtrada puede considerarse excelente, que cumplelos valores garantizados por el fabricante, siendo los valores medios lossiguientes (Tabla 9).

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Tabla 9 - Valores medios en el agua filtrada

Concentración de salida Rendimiento de eliminación

DBO5 (mg/l) 7,5 33%

COT (mg/l) 17,3 24%

SS (mg/l) <1 >85%

Turbidez (NTU) 0,18 97%

SDI 0,24 -

ANÁLISIS BACTERIOLÓGICOS

Escherichia ColiA lo largo de las pruebas se realizaron determinaciones diarias, tanto enel agua de alimentación como en la filtrada. Durante el período de refe-rencia, también se determinaron, en el agua filtrada, coliformes totales,coliformes fecales y estreptococos fecales.

En dicho período de funcionamiento estable, las determinaciones deEscherichia coli en el agua filtrada oscilaron entre 87 y 0 ufc/100 ml (Fi-gura 3) el valor medio era de 9 ufc/100 ml. En el intervalo de tiempo enque se precloró el agua de alimentación, sustituyéndose a su vez, en laslimpiezas cáusticas, el Memclean por el Genesol 40, se consiguió, engeneral, ausencia de Escherichia coli con rendimientos de eliminación

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Figura 3 - Eliminación de Escherichia coli

entre cuatro y cinco unidades logarítmicas. Sólo en cuatro ocasiones delintervalo se detectaron estos microorganismos, y el valor del día 10 dejulio (87 ufc/100 ml) se debió a la rotura de uno de los clips de fijaciónde membranas, lo que provocaba un ligero bypass.

Antes de la precloración, desde el inicio de las pruebas, el rendimientode reducción de Escherichia coli del sistema osciló alrededor de las tresunidades logarítmicas y se llegó a un valor máximo en el agua filtrada de256 ufc/100 ml, siendo el valor medio de 72 ufc/100 ml. La causa deestos altos valores puede achacarse a la posible existencia de fibrasrotas como se deducía de los tests de integridad de membranas. Unavez reparadas, aunque el rendimiento de eliminación mejoró hasta lascuatro unidades logarítmicas, no se consiguió ausencia de E. Coli.

BacteriófagosPara determinar el grado de eliminación de virus, se seleccionaron comomicroorganismos indicadores los siguientes bacteriófagos (Jofre, 2002)(IAWPRC, 1991):

- Colifagos somáticos- Bacteriófagos F-RNA específicos- Bacteriófagos de Bacteroides fragilis

Las características de resistencia en el ambiente y de eliminación por losprocesos de tratamiento de agua de los bacteriófagos F-RNA específi-cos son similares a las que muestran virus entéricos humanos como sonenterovirus, virus de la hepatitis A y rotavirus (ISO 10705-1,1995). Tam-bién se han observado correlaciones significativas entre bacteriófagosde Bacteroides fragilis y enterovirus (Lucena et al., 1996).

Estos indicadores fueron seleccionados por ser su detección rápida,fácil y relativamente barata y su número muy constante en aguas resi-duales urbanas. Junto a la determinación de los indicadores víricos sedeterminaron coliformes fecales.

Se tomaron once muestras de agua de alimentación y filtrada entre losdías 25 de junio y 15 de julio de 2002, y se determinó, de acuerdo a lanorma ISO 10705, el número de microorganismos para cada grupo debacteriófagos; se obtuvieron los siguientes resultados (Tabla 10).

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Tabla 10 - Reducción del número de bacteriófagos

Número (ufp/100 ml)

Agua de Agua filtrada Reducción* alimentación (unidades

logarítmicas)

Colifagos Valor máximo 580.000 55.000 5,76

somáticos Valor medio 338.673 6.375 3,26

Valor mínimo 17.400 < límite detección 0,98

Fagos F- RNA Valor máximo 11.600 1.680 2,92

Valor medio 5.276 431 1,86

Valor mínimo 210 < límite detección 0,59

Fagos de Valor máximo 1.880 < límite detección 3,27

Bacteroides Valor medio 830 < límite detección 2,78

fragilis Valor mínimo 100 < límite detección 2,00

* A efectos de cálculo se ha considerado, en aquellos casos en que la determinaciónestá por debajo del límite de detección, un valor de <1 ufp/100 ml.

De los datos de la Tabla 10 se desprende:

• En el caso de los bacteriófagos de Bacteroides fragilis se consiguióuna eliminación completa en el 100% de las muestras, en función dellímite de detección.

• En cuanto a los colifagos somáticos y bacteriófagos F-RNA los por-centajes de muestras en las que hubo eliminación completa, en fun-ción del límite de detección fueron, respectivamente, del 27% y 36%.

• De acuerdo con los análisis realizados, las reducciones medias oscila-ron entre 1,86 unidades logarítmicas en el caso de los bacteriófagosF-RNA y 3,26 unidades logarítmicas en el caso de los colifagos somá-ticos. Los resultados, para los fagos F-RNA, son similares a los reco-gidos en otras plantas (USEPA, 2001).

• Las reducciones anteriores se han basado en el establecimiento de unvalor inferior a 1 ufp/100 ml en aquellos casos en que las determina-ciones estuvieron por debajo del límite de detección, siguiendo lasrecomendaciones del equipo del Doctor Lucena.

Giardia y CryptosporidiumEl número de estos microorganismos, se determinó con el método EPA1.623 y posterior detección por sistema láser de barrido computeriza-do (Galofré et al., 2001), de ocho muestras de agua de alimentación(volumen filtrado 10 l) y filtrada (volumen filtrado 500 l), entre los días

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26 de junio y 12 de julio de 2002; se obtuvieron los siguientes resulta-dos (Tabla 11).

Tabla 11 - Giardia y Cryptosporidium.Reducción en el número de quistes y ooquistes

Número (quistes/l)Agua de Agua Reducción(%) Viabilidad

alimentación filtrada en agua de alimentación (%)

Giardia Valor máximo 28 0,012 99,98 < 14

Valor medio 12 0,005 99,93 < 7

Valor mínimo 3 < 0,004* >99,87 0

Cryptos- Valor máximo 53 <0,004* >99,99 < 23

poridium Valor medio 23 < 0,004* >99,94 < 12

Valor mínimo 3 < 0,004* >99,87 < 4

* Valor límite de detección. Se ha utilizado este valor a efectos de cálculo

De los resultados anteriores puede deducirse:

• Que tanto para el caso de la Giardia como del Cryptosporidium la efi-cacia de este sistema en la eliminación de quistes fue muy elevada,prácticamente siempre superior al 99,9%.

• En ambos casos, en la práctica totalidad de las muestras, el númerode quistes por litro en el agua filtrada fue inferior a 0,004 (límite dedetección <1 quiste/250 l).

• Que el porcentaje de quistes viables, determinado según la penetra-ción del colorante SYTO 9 en el interior de éstos, fue bajo en amboscasos, comprendido entre 0 y 14% en el caso de la Giardia y entre 4 y23% en el caso del Cryptosporidium.

Huevos de helmintos parásitosLa determinación de huevos de helmintos parásitos se realizó medianteel método recomendado por la OMS; se tomaron cuatro muestras, dos,a la entrada del tratamiento terciario y dos, a la salida; se obtuvieron lossiguientes resultados (Tabla 12).

Tabla 12 - Huevos de helmintos parásitos

Entrada al terciario Salida del terciario

Huevos de Trichuris sp. 1/100 l en muestra 1 Ausencia

Huevos de Estrongílidos 1/100 l en muestra 2 Ausencia

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La existencia de dos análisis no permitió conclusiones generalizadas,aunque la eficacia del sistema de microfiltración puede considerarsetotal, al lograrse ausencia de huevos de helmintos parásitos. En amboscasos los valores de entrada fueron inferiores a los valores establecidoscomo límites en el proyecto de normativa de reutilización que está ela-borando el MIMAM.

Comportamiento de las membranasEl comportamiento de las membranas se controló mediante los tests deintegridad y la velocidad de ensuciamiento de las mismas.

Los resultados de los tests de integridad se reflejan en la gráfica siguien-te (Figura 4).

Figura 4 - Ensayo de integridad de membranas por pérdida de presión (PDT)

Hasta el día 22 de mayo, la caída de presión indicaba rotura de fibras,problema que fue solucionado por los técnicos de Vivendi Water a par-tir de dicha fecha. De todas formas, al ser los resultados de eliminaciónde Escherichia coli inferiores a los previstos, se optó por la reposicióndel módulo que se encontraba en peores condiciones.

Respecto a la velocidad de ensuciamiento, ésta fue la esperada, segúnlas especificaciones de Vivendi Water, una vez determinadas la frecuen-cia y la duración de los contralavados.

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La sustitución del Memclean empleado en las limpiezas cáusticas, a par-tir del 20 de junio, por un producto alternativo (Genesol 40) y aportando,como medida complementaria, hipoclorito sódico, en dosis de 3 mg/l enel agua de alimentación, aumentó sensiblemente los períodos entre lim-piezas, que llegaron incluso a duplicarse.

Consumo energético y de productos químicosLos consumos y costes unitarios, tanto de productos químicos, como deenergía eléctrica, se recogen en la tabla siguiente (Tabla 13).

Tabla 13 - Consumos y costes unitarios de la microfiltración

Producto Químico Consumo Coste Coste de (l/día) unitario producto químico

(€/l) (€/día) (€/m3)

Sosa cáustica al 50% 0,104 0,46 0,048 0,0007

Genesol 40 al 100% 0,062 4,50 0,279 0,0042

Hipoclorito sódico al 15% 1,35 0,30 0,405 0,006

Coste total de reactivos 0,732 0,0109

Energía eléctrica Consumo Coste Coste de (kWh/día) unitario energía eléctrica

(€/kWh) (€/día) (€/m3)

kWh 17,39 0,0541 0,941 0,01427

Coste total de reactivos más energía eléctrica 1,673 0,02517

En el caso de los consumos químicos, ya se ha indicado que desde eldía 10 hasta el 15 de julio, fecha de finalización de las pruebas, el tiem-po de dosificación de hipoclorito sódico se redujo a los 4,5 primerosminutos de cada ciclo de producción, equivalente a 5,4 horas al día. Lapermanencia de esta reducción no pudo comprobarse por problemas dedisponibilidad de la planta piloto, por lo que, a efectos de resultados delas pruebas, se han adoptado los consumos medios durante el períodode referencia.

Respecto al consumo energético, el valor de 17,39 kWh/día (0,264 kWh/m3), puede minorarse, dado que el rendimiento de la bomba de proceso,por su reducido tamaño, era del 50%, mientras que en instalacionesreales sería del orden del 75%. Dado que la energía consumida por elsistema de bombeo puede representar del orden del 60% de la del pro-ceso, un valor más adecuado, acorde con instalaciones similares en fun-

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cionamiento, sería del 85% del indicado, pudiendo adoptarse comocostes de energía eléctrica 0,800 €/día o 0,01213 €/m3.

CONCLUSIONES

La duración de las pruebas realizadas con la planta piloto de microfiltra-ción de Vivendi Water (Memcor CMF-S) fue sólo de cuatro meses, sevieron alteradas en múltiples ocasiones por problemas e incidencias, yel período de mayor estabilidad, y considerado de referencia para la eva-luación de resultados, fue el comprendido entre el 7 de junio y el 14 dejulio.

Las pruebas sirvieron fundamentalmente, considerando su duración, pa-ra conocer el funcionamiento del sistema, sus parámetros de operacióny rendimientos, con un agua de alimentación que puede considerarse debuenas características.

No pudieron conocerse, sin embargo, su eficacia y comportamiento conaguas depuradas con variaciones importantes en su calidad, especial-mente en lo relativo a la concentración de sólidos en suspensión o de laturbidez, problemas que se presentan con frecuencia en muchas esta-ciones depuradoras.

Tampoco se pudo averiguar la vulnerabilidad o robustez de las membra-nas, ni su vida media y comportamiento a medio y largo plazo, dado lolimitado de la experiencia.

En las condiciones del ensayo, se comprobó que la planta funcionó efi-cazmente trabajando con una carga hidráulica media sobre membrana,relativa al permeado, de 66 l/m2/h, y el porcentaje medio de recuperaciónfue del 86%.

La calidad del agua permeada cumplió los límites garantizados por elsuministrador, salvo el relativo a la contaminación fecal. Los valores deEscherichia coli oscilaron, durante el período de referencia, entre 87ufc/100 ml y ausencia (valor medio 9 ufc/100 ml). La ausencia se dio,únicamente, durante el tiempo en que se precloró el agua de alimenta-ción, con rendimientos de eliminación de cinco unidades logarítmicas.

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Conviene resaltar los buenos resultados obtenidos por el sistema res-pecto a quistes de Giardia, ooquistes de Cryptosporidium y huevos dehelmintos parásitos.

De los indicadores bacteriófagos utilizados, colifagos somáticos, bacte-riófagos F-RNA y bacteriófagos de bacteroides fragilis, solamente en elcaso de estos últimos se consiguió una eliminación completa en el100% de las muestras. Respecto a los bacteriófagos F-RNA, cuyascaracterísticas son similares a las de los virus entéricos humanos, lareducción media fue del orden de dos unidades logarítmicas. En el casode los colifagos somáticos, dicha reducción fue del orden de tres unida-des logarítmicas.

Las pruebas han permitido conocer, para las condiciones del ensayo, losconsumos de energía eléctrica, 0,264 kWh/m3, y de productos químicos;destacan el del hipoclorito sódico, cuyo consumo supone el 60% deltotal.

Los costes medios energéticos, teniendo en cuenta la minoración indi-cada en el apartado anterior, y de productos químicos, son los siguien-tes (Tabla 14).

Tabla 14 - Costes medios

Coste Productos Químicos Costes Energéticos

0,0109 €/m3 0,0121 €/m3

El buen funcionamiento y la eficacia del sistema del “Test de Integridadde Membrana”, permitieron a lo largo del período de pruebas verificar elestado de las mismas, detectar la rotura de capilares y propiciar suinmediata reparación. Este sistema de control ha demostrado ser unbuen elemento de ayuda para el mantenimiento del proceso de microfil-tración.

REFERENCIAS

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