Los biorreactores de membrana (MBR) se incluyen en las denominadas tecnologías de membrana, las cuales han experimentado un gran desarrollo en la última década. La aplicación de estas tecnologías permite la separación del licor de mezcla y el agua depurada mediante membranas (UF ó MF), obteniendo ventajas importantes frente a los procesos convencionales de depuración de aguas residuales, tales como mayor calidad del agua tratada, posibilidad de operar con altas concentraciones de biomasa, baja producción de fangos y tamaño compacto de la planta (Santos et al., 2011). Como resultado, la comunidad bacteriana de este sistema puede ser bastante diferente a la de un sistema convencional. Estos sistemas se utilizan tanto en aguas residuales industriales como en aguas urbanas, especialmente en aquellos casos en los que se plantea la posibilidad de reutilización de agua.
El principal inconveniente de los MBR es el ensuciamiento o fouling de las membranas, que produce la disminución del flujo de permeado, el aumento de la presión transmembranal 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 (Judd, 2011). El fouling está determinado por cuatro factores: diseño del módulo de membranas, parámetros de operación del proceso de filtración, características del tratamiento biológico y material de la membrana (Lyko et al., 2008). Al tratarse de un sistema biológico de tratamiento del agua residual, la principal causa del ensuciamiento son materiales coloidales o sustancias poliméricas extracelulares (EPS), que son metabolitos excretados por la biomasa (Ahmed et al., 2007). Están formadas por la suma de las sustancias poliméricas extracelulares extraídas (eEPS) y los productos solubles microbianos (SMP) (figura 1). Las eEPS forman parte de la capa exterior de las bacterias presentes en el agua residual y están formadas básicamente por proteínas y polisacáridos aunque también se encuentran en su composición, ácidos nucleicos, lípidos, ácidos húmicos, etc. Estas mismas sustancias pueden encontrarse disueltas en el licor de mezcla, constituyendo así los SMP. Ambos se acumulan sobre la superficie de la membrana durante la filtración causando el ensuciamiento de la misma. Su comportamiento sobre la superficie de la membrana y el mecanismo de ensuciamiento de los MBRs aún no está resuelto. En estudios previos (Trussell et al., 2006) se ha demostrado que los SMPs constituyen el mayor componente de la materia orgánica disuelta (MOD), pudiendo bloquear los poros de la membrana.
Por ello, es muy importante minimizar la concentración de SMP en los MBR. La identificación de las comunidades bacterianas relacionada con la biodegradación de los SMPs es fundamental para una mejor comprensión de la acumulación de los mismos en los MBRs y ayudar en la aplicación de estrategias de control más efectivas. Por todo ello, es importante tener establecido un protocolo de caracterización química del licor de mezcla para determinar los valores de eEPS y SMP contenidos y determinar su influencia en el ensuciamiento de las membranas. Hoy en día no existe ningún protocolo normalizado y en muchos trabajos se han publicado resultados que contradicen a otros autores (Drews, 2010) por lo que se propone utilizar diferentes métodos de extracción y de análisis de los EPS y SMP (Ras et al., 2008) y así poder establecer un protocolo de caracterización del licor de mezcla de un MBR.
Se tiene constancia de que las bacterias filamentosas que producen espumas (foaming) pueden ocasionar problemas no sólo en los procesos de fangos activos tradicionales, sino también en MBR (You y Sue, 2009). La presencia de bacterias filamentosas se ha asociado con el bioensuciamiento de las membranas en los MBR (Meng y Yang, 2007). Existe una necesidad clara de identificación de las comunidades bacterianas en muestras de MBR, que nos permitan una aproximación de cómo se comportan estas comunidades en sistemas biológicos con esta tecnología. La aplicación de técnicas moleculares para estudiar los sistemas de depuración ha aumentado la visión de la gran diversidad e interacción de los microorganismos presentes (Gilbride et al., 2006). Se ha recurrido al uso de técnicas moleculares de secuenciación masiva, que permiten estudiar la diversidad taxonómica y estructura espacial de comunidades bacterianas en su hábitat natural. El uso de la técnica de hibridación in situ con sondas marcadas con fluoróforos (FISH) proporciona los medios necesarios tanto para la identificación como para el estudio de poblaciones microbianas en forma cuantitativa (qFISH).
El objetivo de este trabajo es el estudio integral de dos biorreactores de membrana ubicados en plantas para el tratamiento de lixiviados de URBASER, a partir de la determinación de las comunidades bacterianas, SMP, eEPS y resistencia a la filtración, parámetros físicoquímicos y operacionales, para caracterizar los problemas de formación de espumas de origen biológico (foaming) y el bioensuciamiento de las membranas.
José Luis Alonso (1), Yolanda Moreno (1), Elena Zuriaga (2), Laura Moreno-Mesonero (1), Inmaculada Amorós (1), Julián Fernández-Navarro (1), José Antonio Mendoza (2), Amparo Bes (2), Cristina Alvárez (3), Eduardo Fernández (3).
(1) Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente. Universitat Politècnica de València.
(2) Instituto de Seguridad Industrial, Radiofísica y Medioambiental. Universitat Politècnica de València.
(3) URBASER.
José Luis Alonso, Yolanda Moreno, Elena Zuriaga, Laura Moreno-Mesonero, Inmaculada Amorós, Julián Fernández-Navarro, José Antonio Mendoza, Amparo Bes, Cristina Alvárez, Eduardo Fernández. 2016. Estudio de los problemas de bioensuciamiento de membranas y espumas de origen biológico en sistemas MBR de tratamiento de lixiviados. Revista Técnica de Medio Ambiente. 193. 18-26.