Tecnología AnMBR AnoxyMem® para tratamiento de efluentes en la industria lechera

La tecnología Anaerobia MBR es una solución largamente debatida para la industria que combina las ventajas de dos tecnologías bien conocidas: la solución compacta y robusta de MBR y la digestión anaerobia. No obstante, sobre todo la parte de membranas presenta unos retos importantes que se han descrito en la literatura extensamente. 

Este artículo presenta la descripción y los resultados de una instalación de Biorreactor de Membrana Anaerobio a escala completa que funciona en la industria lechera. Toda la depuradora está en operación desde finales de 2015 y ha producido resultados excelentes. 

AnoxyMem^® es una tecnología de Biorreactor de Membrana Anaerobio (AnMBR) propia de SYMBIONA, desarrollada tras años de investigación interna en la empresa. La solución une los beneficios de un reactor anaerobio mesófilo CSTR (el reactor del tanque con agitación continua) estándar y una tecnología de separación por membranas avanzada y energéticamente eficiente. Se diseñó para tratar efluentes con concentraciones altas de DQO, TSS y FOG (aceites y grasas), así como lodos industriales tales como los lodos secundarios y de flotación.

La Cooperativa Lechera "OSM Lowicz", el cliente de SYMBIONA, es una de las fabricantes de productos lácteos más grandes de Europa Central. En el año 2014 SYMBIONA firmó el contrato para la renovación y expansión de la depuradora principal del grupo, incluyendo el diseño y la construcción, en un espacio muy limitado, de una planta de digestión anaerobia nueva para tratar el estiércol con alto contenido de grasa, con la garantía de parámetros.

La cantidad de lodos a procesar en la parte anaerobia - y en concreto los de flotación y los lodos activados en exceso - ascendía a 150 m³/d, con la cantidad de sólidos secos asumida de 12.000 kg DS/d.

Reducción masiva de DQO y DS con un tiempo de retención hidráulica (HRT) corto en la digestión de lodos

Los lodos de la unidad de flotación se mezclan con los lodos aerobios, así como lodos y residuos de producción de otras fábricas del grupo OSM Lowicz. El efluente combinado es bombeado al reactor AnoxyMem^®, diseñado para asegurar una manera específica de mezclado en el reactor. La concentración de DQO de esta mezcla en la entrada varía entre 75.000 mg/l y >120.000 mg/l, con una concentración de sólidos muy alta, sobre el 6%. El proceso de fermentación ocurre a 37°C  en condiciones mesófilas clásicas.

A continuación, la biomasa del digestor circula por el sistema de separación por membranas AnoxyMem^®, donde se separa totalmente del efluente depurado (permeado). La biomasa concentrada se recicla de vuelta al digestor, mientras que el permeado limpio, con DQO bajo y sólidos suspendidos cercanos a cero, se redirige al sistema de eliminación biológica de NH₄-N (desamonificación) y después se vierte.

El sistema de membranas tubulares propio de SYMBIONA, que forma parte de la solución AnoxyMem^®, está instalado en serie fuera del reactor anaerobio. Esto permite llevar a cabo servicios de mantenimiento sin parar el proceso de fermentación metánica y posibilita una expansión fácil en el futuro, sin obras de construcción. La instalación está controlada por un sistema de control autónomo que asegura una flexibilidad grande independientemente de las condiciones en la entrada. Su objetivo consiste en optimizar el consumo de energía y de sustancias químicas en los procesos de fermentación metánica y separación por membranas.

Rendimiento operativo

El uso de membranas (como una barrera física para los lodos digeridos) permite controlar el crecimiento de biomasa y su retención en el digestor. Como resultado, el tiempo de retención de los lodos (SRT - sludge/biomass retention time) es muy largo, y AnoxyMem^® alcanza la conversión casi total de FOG (aceites y grasas) y TSS (total de sólidos suspendidos) en biogás de alto valor. Por otro lado, el tiempo de retención hidráulica muy corto (HRT <12 días) hace que el reactor sea 3 veces más pequeño que un digestor anaerobio estándar. Por lo tanto, se puede ahorrar espacio valioso y utilizarlo para una expansión futura de la planta de digestión anaerobia.

El rendimiento medio de la producción alcanza casi 1450 Nm³/kg VS (de sólidos volátiles), con una reducción de sólidos orgánicos secos de >87%, es decir un 30% más que una planta AD clásica.

La reducción de DQO es mayor que cualquier otro tipo de reactor anaerobio de alto rendimiento. Llega al 99,7%, es decir, de unos 75.000 mg/l de DQO quedan menos de 300 mg/l tras filtrar.

El sistema de membranas AnoxyMem^® diseñado específicamente para estas aplicaciones, trata flujos altos de manera estable y fiable, sin verse afectado por factores tales como grasas, fibras, sarro y obstrucción. Gracias a su diseño especial, la operación CIP no se necesita a menudo, lo que reduce los costes operativos.

Producción de energía y reúso de calor pleno

El biogás producido por el sistema AnoxyMem^® es rico en metano, con concentraciones excedentes del 70% de CH₄ (hasta 75%). Después de salir del digestor, el biogás se limpia, seca, acumula y después se utiliza como combustible en un sistema de cogeneración. El alto rendimiento de la producción de biogás garantiza condiciones estables para toda la planta.

Un factor importante consistía en que el inversor quería producir y recuperar calor. Por lo tanto, el calor de la cogeneración se utiliza simultáneamente de tres maneras: 

a) Para calentar el reactor anaerobio (esto es eficiente gracias al pequeño tamaño del digestor y la recuperación de energía del permeado); 
b) En el módulo ORC para una generación adicional de energía eléctrica 
c) Para el secado térmico de lodos, para reducir la cantidad final de lodos introducidos en el reactor AnoxyMem® a aproximadamente el 1% de los lodos totales introducidos al reactor. 

Como un 75% de la energía térmica se utiliza y alcanza la denominada cogeneración de alta eficiencia, la planta recibe Certificados Verdes por cada kWh de energía producida.    

Después de más de un año en operación, se puede constatar que el reactor AnoxyMem^® asegura una operación y generación de biogás estables, gracias a la reducción de sólidos secos (DS) eficiente (hasta un 90%), con la reducción de DQO en hasta un 99,7% y el Tiempo de Retención Hidráulica relativamente corto, superando con creces el rendimiento de cualquier otro sistema de digestión anaerobia estándar. 

La solución AnoxyMem^® en la Cooperativa de Lowicz es uno de los Biorreactores Anaerobios de Membranas (AnMBR) más grandes del mundo; es un ejemplo de una solución novedosa que permite a las empresas tratar lodos y estiércoles compuestos y de cargas altas.

La cooperación continúa: SYMBIONA está evaluando métodos de producción de abonos a partir del permeado de AnoxyMem^® rico en nitrógeno (que actualmente se somete a un tratamiento posterior en el sistema de eliminación biológica de amonio), incluyendo la precipitación de estruvita o concentración por membranas, y el cliente está considerando una extensión del sistema para producir más electricidad. 

Además, SYMBIONA sigue desarrollando AnoxyMem^® como una solución idónea para cargas de DQO altas y lodos o estiércoles en nuevas aplicaciones como la industria lechera, POME, bioetanol y producción de alimentos.

La aplicación descrita ha sido ganadora del premio Best International Commercial Plant en los Anaerobic Digestion and Bioresources Association Awards 2017 en Gran Bretaña. 

Descarga el reportaje completo en PDF aquí.

Justyna Dziewota-Jablonska, Wojciech Pietraszek

SYMBIONA
www.symbiona.com