Estudio del tratamiento de un agua residual industrial procedente de la industria textil con un biorreactor de membranas. Análisis y seguimiento de la separación de microfibras

Abstract

[ES] En el presente Trabajo Fin de Máster (TFM) se realiza un estudio sobre el tratamiento con un biorreactor de membranas (MBR), de aguas residuales provenientes de la industria textil, poniendo especial atención en cómo afectan las microfibras que contienen estas aguas al sistema de depuración. Para ello, se utiliza un agua residual simulada dopada con microfibras de algodón. En primer lugar, se lleva a cabo la puesta en marcha del sistema MBR sólo con agua de red, para probar el sistema y la membrana. Una vez comprobado, se realiza un ensayo añadiendo microfibras al agua de red, comprobando su efecto. Seguidamente, se efectúa la puesta en marcha del reactor MBR añadiéndole fango de depuradora junto con agua residual sintética. Una vez estudiado el sistema con fango y sin microfibras, se estudia el efecto de estas. Para ello, se pone de nuevo en funcionamiento el sistema de fangos activos al que se adicionan microfibras de algodón, de concentración conocida, al agua residual sintética. Con ello, se pretende evaluar y comparar la eficacia del tratamiento biológico y el ensuciamiento de la membrana en ambos ensayos (sin y con la adición de microfibras). Para controlar el comportamiento del sistema de fangos activos se efectúa un seguimiento de los siguientes parámetros: demanda química de oxígeno (DQO), nitrógeno en forma de nitrógeno amoniacal (N-NH4+), nitrógeno total (NT), nitrógeno en forma de nitritos (N-NO2-), nitrógeno en forma de nitratos (N-NO3-), fósforo total (PT), fósforo en forma de fosfatos (P-PO43-), pH, conductividad, turbidez y concentración de productos microbianos solubles (carbohidratos y proteínas). Por otro lado, en los ensayos con adición de fibras al agua o al fango, se realiza el seguimiento de las microfibras presentes en el sistema mediante un conteo visual. Adicionalmente, para estudiar el comportamiento de la membrana en cualquiera de los ensayos, se evalúa su ensuciamiento realizando un seguimiento de la presión transmembranal, del caudal de permeado obtenido y, se realiza una observación microscópica mediante un microscopio electrónico de barrido asociado a la técnica de emisión de rayos X (FESEM-EDX). Se pretende, con este proyecto, fomentar el uso de la tecnología de membranas para el ámbito de tratamiento de aguas residuales industriales de origen textil, con el fin de reutilizarla dentro de la empresa y buscar una economía circular para lograr la meta de residuo cero. De esta forma, se trabaja en un futuro más sostenible y se fomentan algunos de los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) de la Agenda 2030, como son el ODS-6 Agua limpia y saneamiento, el ODS-12 Producción y consumo responsables y el ODS-14 Vida submarina. Tras evaluar y discutir los resultados obtenidos experimentalmente, se concluye el trabajo realizando una estimación del presupuesto requerido para realizar este estudio.

[CAT] En aquest Treball Fi de Màster (TFM) es realitza un estudi sobre el tractament amb un bioreactor de membrana (MBR) treballant amb aigües residuals industrials provinents de la indústria tèxtil. Posant especial atenció en com afecten les microfibres que contenen aquestes aigües al sistema de depuració. Per a això, s'utilitza una aigua residual simulada dopada amb microfibres de cotó. Primerament, es fa la posada en marxa del sistema MBR només amb aigua de xarxa, avaluant el comportament del sistema i la membrana. A continuació, s'assaja addicionant microfibres a l'aigua de xarxa, comprovant el seu efecte. Seguidament s'efectua la posada en marxa del reactor MBR afegint-li fang de depuradora juntament amb aigua residual sintètica, sense l'addició de microfibres. Una vegada estudiat el sistema amb fang i sense microfibres, es passa a avaluar l'efecte d'aquestes. Per a això, es posa de nou en funcionament el sistema de fangs actius al qual s'addicionen microfibres de cotó, de concentració coneguda, a l'aigua residual sintètica. Es pretén avaluar i comparar l'eficàcia del tractament biològic i l’embrutiment de la membrana en tots dos assajos (sense i amb l'addició de microfibres). Per a avaluar el comportament del sistema de fangs actius s'efectua un seguiment dels següents paràmetres: la demanda química d'oxigen (DQO), el nitrogen en forma de nitrogen amoniacal (N-NH4 + ), el nitrogen total (NT), el nitrogen en forma de nitrits (N-NO2 - ), el nitrogen en forma de nitrats (N-NO3 - ), el fòsfor total (PT), el fòsfor en forma de fosfats (P-PO4 3- ), el pH, la conductivitat, la terbolesa i la concentració de productes microbians solubles (carbohidrats i proteïnes). D'altra banda, en els assajos amb addició de fibres a l'aigua i al fang, es realitza el seguiment de les microfibres presents en el sistema mitjançant un comptatge visual. Addicionalment, per a estudiar el comportament de la membrana en qualsevol dels assajos, s'avalua el seu embrutiment realitzant un seguiment de la pressió transmembranal, del cabal de permeat obtingut i, es realitza una observació microscòpica mitjançant un microscopi electrònic d'escombratge associat a la tècnica d'emissió de raigs X (FESEM-EDX). Es pretén, amb aquest projecte, fomentar l'ús de la tecnologia de membranes per a l'àmbit de tractament d'aigües residuals industrials d'origen tèxtil, amb la finalitat de reutilitzar-la dins de l'empresa i buscar una economia circular per a aconseguir la meta de residu zero. D'aquesta manera, es treballa en un futur més sostenible i es fomenten alguns dels objectius de desenvolupament sostenible (ODS) de l'Agenda 2030, com són el ODS-6 Aigua neta i sanejament, el ODS-12 Producció i consum responsables i el ODS-14 Vida submarina. Després d'avaluar i discutir els resultats obtinguts experimentalment es conclou el treball realitzant una estimació del pressupost requerit per a realitzar aquest estudi. Paraules clau: aigua residual sintètica tèxtil; bioreactor de membranes; microfibres; embrutiment membrana; tractament biològic.

[EN] In this Master's Thesis (TFM) is carried out a study of the treatment with a membrane bioreactor (MBR) of wastewater from the textile industry, paying special attention in how the microfibers contained in this water affect the purification system. For this purpose, a simulated wastewater doped with cotton microfibers is used. First of all, the MBR system is started up with only tap water, evaluating the behaviour of the system and the membrane. Once the operation has been verified, it is tested by adding microfibers to the tap water, checking the effect. Then, the MBR reactor is started up by adding sewage sludge together with synthetic wastewater without the addition of microfibers. Once the system with sludge has been studied, the effect of the microfibers is evaluated. For this purpose, the activated sludge system is again put into operation with the addition of a known concentration of cotton microfibers to synthetic wastewater. The aim is to evaluate and compare the efficiency of the biological treatment and the membrane fouling in both tests (without and with the addition of microfibers). To evaluate the performance of the activated sludge system, the following parameters are measured: chemical oxygen demand (COD), nitrogen in the form of ammoniacal nitrogen (N-NH4+), total nitrogen (TN), nitrogen in the form of nitrites (N-NO2-), nitrogen in the form of nitrates (N-NO3-), total phosphorus (TP), phosphorus in the form of phosphates (P-PO43-), pH, conductivity, turbidity and the concentration of soluble microbial products (carbohydrates and proteins). On the other hand, in the tests with the addition of fibers to the water and sludge, the microfibers present in the system are monitored by means of a visual count. Additionally, to study the behaviour of the membrane in any of the tests, the fouling is evaluated by monitoring the transmembrane pressure, the permeate flow obtained and a microscopic observation by means of a scanning electron microscope associated with the X-ray emission technique (FESEM-EDX). The aim of this project is to promote the use of membrane technologies for the treatment of industrial textile wastewater, in order to reuse it within the company and seek a circular economy to achieve the goal of zero waste. In this way, some research is needed towards a more sustainable future and promote some of the Sustainable Development Goals (SDGs) of the 2030 Agenda, such as SDG-6 Clean Water and Sanitation, SDG-12 Responsible Production and Consumption and SDG-14 Undersea Life. After evaluating and discussing the results obtained experimentally, the work is concluded by making an estimate of the budget required to carry out this study.