Implementation and preparation of a methodology for a laboratory-scale Bioaugmented Membrane Bioreactor (MBR) treatment plant for the treatment of denim wastewater

Abstract

[EN] This work is part of the project called Textile Membrane Bioreactors (TEX-MEM), carried out at the Norwegian University of Life Sciences (Ås, Norway), in the Department of Water and Environmental Engineering. It arises from the need to conserve the quality of aquatic ecosystems due to textile industries emissions, one of the most polluting and water consuming in the world. The production of denim fabric is made with indigo dye, this artificial dye presents a deep blue colour that causes damages in the aquatic ecosystems. It is proposed to treat these industrial effluents through the use of Membrane Bioreactor (MBR) technology and bioaumentation, this technology is being increasingly used in water treatment, due to the improvement of effluent quality. In this work, a MBR aerobic system has been started at laboratory scale. A bibliographical review of the last 10 years of research on the use of MBR and bioaumentation in dye removal has been carried out. From the bibliographic research, a synthetic textile wastewater (STW) similar to effluents from the denim textile industry has been created, which will be used as an influent to the laboratory plant. The work consisted in the assembly and organization of a laboratory-scale pilot plant, in which automated pump systems and real-time pressure data reading were implemented. Ultrafiltration (UF) modules have been developed and their operating characteristics such as resistivity and permeability have been studied, the washing stages and the cleaning cycles have been controlled. In addition, a laboratory work methodology that consists of the study of the characteristics of reactor sludge has been developed to study: capillary suction time (CST), Z potential, mixed liquor suspended solids (MLSS), hydrophobicity, or dissolved oxygen; as well as membrane permeate characterization: chemical oxygen demand (COD) and absorbance. In addition, the results obtained from the first month of work have been analysed. The study achieves the start up two aerobic membrane bioreactors, with the same characteristics, one of them (MBR1) is the control and the other one (MBR2) has been inoculated with specific bacteria (bioaumentation) that degrade the indigo dye. The results obtained allow the study and laboratory work of this TEX-MEM project to continue, which is currently under data collection phase. In addition, it is important to note the importance of checking how bioaugmentation influences MBR performance and the behaviour of Ultrafiltration (UF) modules.

[ES] Este trabajo se enmarca dentro del proyecto llamado Birreactores de Membrana para la industria textil (TEX-MEM), llevado a cabo en la Norwegian University of Life Sciences (Ås, Noruega), en el departamento de Agua e Ingeniería Ambiental. Surge de la necesidad de conservar la calidad de los ecosistemas acuáticos por la contaminación debida a las industrias del sector textil, uno de los más contaminantes y que más agua consume en el mundo. La producción de tela vaquera se realiza con el colorante indigo, este tinte artificial presenta un color azul intenso que causa daños en los ecosistemas acuáticos. Se propone un tratamiento de estos efluentes industriales mediante el uso de la tecnología de los Biorreactores de Membrana (MBR) y la bioaumentación, esta tecnología está siendo cada vez más utilizada en el tratamiento de aguas, debido a la mejora de la calidad de los efluentes. En este trabajo se ha iniciado un sistema de MBR aerobio a escala de laboratorio. Se ha realizado una revisión bibliográfica de los últimos 10 años de investigaciones en el uso de MBR y la bioaumentación en la remoción de tintes. A partir de la búsqueda bibliográfica, también se ha creado un agua sintética (STW) similar a los efluentes de la industria textil del denim que se utilizará como influente a la planta del laboratorio. El trabajo ha consistido en el montaje y organización de una planta piloto a escala de laboratorio, en la cual se han implantado sistemas de automatización de bombas y lectura de datos de presión a tiempo real. Se han elaborado módulos de ultrafiltración (UF) y se han estudiado sus características de funcionamiento iv como la resistividad y permeabilidad, se han controlado las etapas de lavado y los ciclos de limpieza. Además se ha creado una metodología de trabajo de laboratorio que consiste en el estudio de las características del fango de los reactores: tiempo de succión capilar (CST), potencial Z, sólidos suspendidos totales (MLSS), hidrofobicidad, u oxígeno disuelto; así como del permeado de las membranas: demanda química de oxigeno (COD) y absorbancia. Además se han analizado los resultados obtenidos del primer mes de trabajo. El estudio consigue poner en marcha dos biorreactores de membrana aerobios, con las misma características, uno de ellos (MBR1) de control y el otro (MBR2) al que se le han inoculado bacterias específicas (bioaumentación) que degradan el colorante indigo. Los resultados obtenidos permiten continuar el estudio y los trabajos de laboratorio de este proyecto TEX-MEM, que actualmente se encuentra en fase de recogida de resultados. Además cabe comentar, la importancia de comprobar cómo influye la bioaumentación en los MBR y el comportamiento de los módulos de UF.

[CA] Aquest treball s'emmarca dins del projecte anomenat Birreactores de Membrana per a la indústria tèxtil (TEX-MEM), dut a terme en la Norwegian University of Life Sciences (Ås, Noruega), en el departament d'Aigua i Enginyeria Ambiental. Sorgeix de la necessitat de conservar la qualitat dels ecosistemes aquàtics per la contaminació deguda a les indústries del sector tèxtil, un dels més contaminants i que més aigua consumeix en el món. La producció de tela vaquera es realitza amb el colorant indigo, aquest tint artificial presenta un color blau intens que causa danys en els ecosistemes aquàtics. Es proposa un tractament d'aquests efluents industrials mitjançant l'ús de la tecnologia dels Biorreactors de Membrana (MBR) i la bioaumentación, aquesta tecnologia està sent cada vegada més utilitzada en el tractament d'aigües, a causa de la millora de la qualitat dels efluents. En aquest treball s'ha iniciat un sistema de MBR aerobio a escala de laboratori. S'ha realitzat una revisió bibliogràfica dels últims 10 anys de recerques en l'ús de MBR i la bioaumentación en la remoció de tints. A partir de la cerca bibliogràfica, també s'ha creat un aigua sintètica (STW) similar als efluents de la indústria tèxtil del denim que s'utilitzarà com influent a la planta de laboratori. El treball ha consistit en el muntatge i organització d'una planta pilot a escala de laboratori, en la qual s'han implantat sistemes d'automatització de bombes i lectura de dades de pressió a temps real. S'han elaborat mòduls d'ultrafiltración (UF) i s'han estudiat les seues característiques de funcionament com la resistivitat i permeabilitat, s'han controlat les etapes de llavat i els cicles viii de neteja. A més s'ha creat una metodologia de treball de laboratori que consisteix en l'estudi de les característiques del fang dels reactors: temps de succió capil·lar (CST), potencial Z, sòlids suspesos totals (MLSS), hidrofobicitat, o oxigen dissolt; així com del permeat de les membranes: demanda química d'oxigene (COD) i absorbància. A més s'han analitzat els resultats obtinguts del primer mes de treball. L'estudi aconsegueix crear dos biorreactors de membrana aerobis, amb les mateixa característiques, un d'ells (MBR1) de control i l'altre (MBR2) al que se li han inoculat bacteris específics (bioaumentación) que degraden el colorant indigo. Els resultats obtinguts permeten continuar l'estudi i els treballs de laboratori d'aquest projecte TEX-MEM, que actualment es troba en fase de recollida de resultats. A més cal comentar, la importància de comprovar com influeix la bioaumentación en els MBR i el comportament dels mòduls d'UF.