El término “biorreactor de membrana”(MBR) se aplica a todos los procesos de tratamiento de aguas o aguas residuales que integran una membrana de permeabilidad selectiva con un proceso biológico. Todos los procesos MBR comerciales actualmente disponibles emplean la membrana como un filtro, rechazando los materiales sólidos desarrollados por el proceso biológico para proporcionar un producto clarificado y desinfectado.
El primer MBR fue desarrollado comercialmente por Dorr-Oliver al final de los años 60, combinando la ultrafiltración con el proceso de lodos activados convencional, para tratar las aguas residuales domésticas de una embarcación. No obstante, el sistema Dorr-Oliver logró establecer el principio de acoplar un proceso de lodos activados convencional con una membrana para concentrar simultáneamente la biomasa mientras se genera un producto clarificado y desinfectado. Este sistema fue comercializado en Japón bajo licencia de Sanki Engineering, con cierto éxito hasta principios 1990. Paralelamente, desde finales de los 80 hasta finales de los años 90 fueron desarrollándose diversas tecnologías comerciales de este proceso, incentivadas por programas gubernamentales de Japón en articulación con la empresa privada de ese país.
Entre las diferencias de un proceso de lodos activados convencional y uno MBR se pueden destacar: que el uso de la filtración por membrana permite que un proceso MBR produzca un efluente de calidad significativamente mayor que el que se obtiene con un proceso convencional de lodos activados. En segundo lugar, la concentración de sólidos en suspensión en el licor mixto (MLSS) y el tiempo de retención de sólidos (SRT) están limitados en un proceso de lodos activados convencional por la necesidad de producir un lodo con buenas características de sedimentación en el clarificador secundario. Este no es un requisito para los procesos MBR, porque el efluente final se produce por filtración y no por sedimentación. Por lo tanto, tanto el MLSS como el SRT pueden ser mayores para los procesos MBR que los valores típicos utilizados para los lodos activados convencionales. Esto da como resultado un volumen de tanque de aireación más pequeño que se necesita para un proceso MBR que el que se necesita para lodos activados convencionales que tratan el mismo flujo de aguas residuales. Por otro lado, la necesidad de evitar que las membranas se ensucien aumenta los costos operativos por encima de los valores típicos de los lodos activados convencionales. El método que ha evolucionado para limpiar las membranas y evitar que se ensucien es una tasa bastante alta de aireación debajo del módulo de la membrana, de modo que las burbujas de aire mantengan limpia la membrana. Esto da como resultado un costo de aireación más alto que el que normalmente se requiere para los lodos activados convencionales.
La calidad típica del efluente del proceso MBR (basado en agua residual municipal) son:
| DBO5 | < 5 mg/L |
| Sólidos Suspendidos Totales | < 5 mg/L |
| NH3-N | < 5mg/L |
| Nitrógeno Total | < 10 mg/L |
| Fósforo Total | < 0,5 mg/L |
| Turbidez | < NTU |
Las diversas aplicaciones donde podemos utilizar el proceso MBR son para tratar: agua residencial municipal, agua residual industrial, agua residual en desarrollos comerciales ó institucionales, rehabilitación y/o modernización de plantas existentes, reúso de agua, agua residual de barcos, plataformas petroleras, faenas mineras, entre otras.
El mayor problema en este tipo de tecnología es el ensuciamiento de las membranas MBR, incidiendo tanto a nivel operacional como a nivel de costos. Dicho ensuciamiento produce una disminución en el flujo de filtrado. Por lo cual, para optimizar su rendimiento, dentro del diseño del proceso se establece un tiempo limitado de filtración, seguido de una limpieza con aire (ciclo de filtración + relajación); además de limpiezas química CIP cada seis meses (como mínimo) utilizando hipoclorito de sodio y ácido cítrico. Dependiendo del tipo de efluente que se esté tratando, las limpiezas químicas CIP pueden ser más periódicas por lo cual es importante tener un estricto control operacional del diferencial de presión (presión transmembrana) y de la calidad del efluente (turbidez).
Por todo lo antes expuesto, las ventajas que ofrece el proceso MBR a nivel técnico frente a tecnologías convencionales son claras, y es una opción muy valiosa para el reúso de aguas difíciles de tratar y con alta carga de contaminantes. La implementación de proyectos de MBR puede permitir obtener volúmenes de agua considerables para: riego de áreas verdes, reúso para procesos industriales, incluso si la legislación lo permitiera consumo humano.
