El Distrito Sanitario Central de Contra Costa (Central San), que atiende a casi 500,000 residentes y más de 15,000 empresas en el condado de Contra Costa, California, enfrenta un desafío regulatorio. La Junta Regional de Control de la Calidad del Agua de la Bahía de San Francisco introdujo un mandato que requiere una reducción del 40 % en el nitrógeno inorgánico total (TIN) para el centro de San Francisco para el 2034. La planta de lodos activados convencional existente está diseñada para la eliminación de sólidos y compuestos orgánicos y no es capaz de eliminar nitrógeno. Se estimó que las soluciones tradicionales de mejora del tratamiento, como la construcción de nuevas cuencas de aireación y clarificadores, costarían aproximadamente USD 700 millones, una opción prohibitivamente costosa que se complicaba aún más por la presencia de suelo contaminado en el sitio de expansión propuesto.
Para abordar este desafío, Central San exploró la tecnología de reactor de biopelícula aireada por membrana (MABR) como una alternativa innovadora a los procesos de tratamiento convencionales. Central San se asoció con Veolia para hacer una prueba piloto de su sistema MABR ZeeLung, que permite intensificar el proceso y lograr más tratamiento dentro de la infraestructura existente. El MABR utiliza membranas permeables al gas para suministrar oxígeno directamente a una biopelícula que crece en la superficie de la membrana, creando condiciones favorables tanto para la nitrificación como para la desnitrificación. Los cartuchos ZeeLung MABR se sumergen en los tanques existentes para aumentar la capacidad de eliminación de nitrógeno de un sistema de lodo activado convencional.
De abril a noviembre de 2024, se operó un sistema piloto ZeeLung MABR (2.5-6 galones por minuto) en Central San con los siguientes objetivos:
- Confirmar la capacidad de la biopelícula MABR para eliminar el amoníaco a pesar de la presencia de cianuro de la incineración de sólidos que se sabe que inhibe los procesos de nitrificación convencionales.
- Determinar la tasa de eliminación de amoníaco mientras opera con tiempos bajos de retención de sólidos (SRT).
- Probar el control del espesor de la biopelícula en diferentes condiciones.
- Identificar la ubicación óptima para la implementación a gran escala del MABR de ZeeLung.
Resultado
El estudio piloto demostró con éxito que la tecnología ZeeLung MABR podría proporcionar la reducción necesaria de TIN mientras se utiliza la infraestructura de tratamiento existente de Central San. Entre las principales conclusiones cabe mencionar las siguientes:
- El objetivo de reducción del 40 % del TIN se logró utilizando MABR, que podría mejorarse con una integración total en la planta.
- Formación y nitrificación consistentes de biopelículas a pesar de la exposición al cianuro, un conocido inhibidor biológico de la eliminación de nitrógeno.
- Las tasas de eliminación de amoníaco alcanzaron el objetivo de 2 gramos por metro cuadrado de área de superficie de membrana por día.
- Las tasas de carga de carbono soluble más altas mejoraron la eficiencia de la reducción de TIN.
- El rendimiento estable se mantuvo incluso en las condiciones más desafiantes.
Estos resultados provienen de un programa piloto de siete meses que funcionó a 4 galones por minuto y validó el MABR ZeeLung como una solución de cumplimiento viable y rentable que evita grandes construcciones. Las pruebas exhaustivas a gran escala, programadas para 2026, proporcionarán datos de rendimiento adicionales.
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Figura 1: reducción del TIN durante las fases piloto 2 y 3. Se observó una eliminación de TIN superior al 40 % en la fase 3, cuando había suficiente carbono disponible para la desnitrificación en la biopelícula |
Figura 2: tasas de nitrificación del MABR en las fases piloto. Las fases tuvieron diferentes tasas de carga y fuentes de alimentación, donde la fase 1 tuvo la carga más baja de carbono y cianuro y la fase 3 tuvo la más alta. |
Conclusión:
Al aprovechar la tecnología ZeeLung MABR, Central San está posicionada para cumplir con las futuras regulaciones de eliminación de nutrientes de una manera rentable y sostenible. Este enfoque no solo minimiza los gastos de capital, sino que también maximiza la eficiencia de los activos de tratamiento existentes, sentando un precedente para soluciones innovadoras de gestión de aguas residuales en el Área de la Bahía y en toda la industria.