Evaluación del desempeño de lagunas aireadas reacondicionadas con reactores de biopelícula de membrana aireada (MABR) frente a eventos climáticos extremos

Abstract

Introducción: En los sistemas de tratamiento de aguas residuales, como las lagunas aireadas y los sistemas de lodos activos, uno de los principales desafíos es el manejo de los incrementos de caudal debido a eventos de lluvia. Estos incrementos pueden afectar significativamente la eficiencia del tratamiento biológico, ya que alteran las condiciones óptimas para el crecimiento y mantenimiento de la biomasa microbiana, que es responsable de la degradación de los contaminantes. La tecnología MABR (Membrane Aerated Biofilm Reactor) ofrece una solución innovadora para estos desafíos, especialmente en lo que respecta al manejo de los incrementos de caudal y la estabilidad de la biomasa. Metodología: Para llevar a cabo este estudio, se utilizó el software SUMO©, una herramienta avanzada de simulación que permite modelar y optimizar procesos de tratamiento de aguas residuales. El modelo de estudio fue la PTAS Florida de ESSBIO, ubicada en la región del Biobío, donde se construyó un modelo base que representó la planta con lagunas aireadas convencionales. Luego, se incorporó un reactor MABR en el modelo para comparar su desempeño en comparación al sistema original. Se simularon diferentes escenarios, variando el número de casetes del MABR (5, 10 y 20) y se consideraron condiciones de verano, invierno y aumentos de caudal debido a lluvias extremas. Los parámetros clave, como la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), sólidos suspendidos totales (TSS) y nutrientes, fueron monitoreados para evaluar la eficiencia de cada sistema y el efecto de los distintos escenarios. Resultados: Los resultados mostraron que la implementación de MABR mejoró en cerca de un 20% la eficiencia en la depuración de algunos contaminantes de la planta, como los sólidos suspendidos totales, demanda biológica de oxígeno, etc. En todos los escenarios, las lagunas aireadas con MABR superaron a las tradicionales en la remoción de DBO, TSS y nutrientes. Incluso en condiciones de aumento de caudal, el sistema con MABR mantuvo un rendimiento estable, mientras que las lagunas convencionales superaron los límites permitidos por el Decreto Supremo 90 en algunos casos. El escenario con 20 casetes de MABR demostró ser el más eficiente, logrando una remoción óptima de contaminantes incluso bajo condiciones extremas. Conclusiones: Se concluye que la integración de MABR en lagunas aireadas es una solución viable y eficiente para mejorar el tratamiento de aguas residuales, especialmente en regiones con climas extremos como el Biobío. Esta tecnología no solo aumenta la capacidad de remoción de contaminantes, sino que también reduce los costos operativos y energéticos. El uso de SUMO© demostró ser una herramienta invaluable para la simulación y optimización de plantas de tratamiento, permitiendo anticipar y mitigar los efectos de eventos climáticos extremos. Este estudio aporta evidencia valiosa para la implementación de MABR en Chile y otras regiones, promoviendo soluciones sostenibles en el tratamiento de aguas residuales.

Introduction: In Wastewater treatment systems, such as aerated lagoons and activated sludge systems, one of the main challenges is managing flow increases due to rainfall events. These increases can significantly affect the efficiency of biological treatment, as they alter the optimal conditions for the growth and maintenance of microbial biomass, which is responsible for the degradation of contaminants. MABR (Membrane Aerated Biofilm Reactor) technology offers an innovative solution to these challenges, particularly in terms of managing flow increases and biomass stability. Methodology: To carry out this study, the SUMO© software was used, an advanced simulation tool that allows for the modeling and optimization of wastewater treatment processes. The focus of the study was the Florida WWTP (Wastewater Treatment Plant), located in the Biobío region, where a base model representing the plant with conventional aerated lagoons was constructed. Subsequently, an MABR reactor was incorporated into the model to compare its performance. Different scenarios were simulated, varying the number of MABR cassettes (5, 10, and 20), and conditions such as summer, Winter, and increased Flow due to extreme rainfall were considered. Key parameters, such as Biochemical Oxygen Demand (BOD), Total Suspended Solids (TSS), and nutrients, were monitored to evaluate the efficiency of each system. Results: The results showed that the implementation of MABR significantly improved the plant´s efficiency. In all scenarios, aerated lagoons with MABR outperformed traditional ones in the removal of BOD, TSS and nutrients. Even under increased flow conditions, the MABR system maintained stable performance, while conventional lagoons exceeded the limits allowed by Supreme Decrease 90 in some cases. The scenario with 20 MABR cassettes proved to be the most efficient, achieving optimal removal of contaminants even under extreme conditions. Conclusions: It is concluded that the integration of MABR into aerated lagoons is a viable and efficient solution for improving wastewater treatment, especially in regions with extreme climates like Biobío. This technology not only increases the capacity for contaminant removal but also reduces operational and energy costs. The use of SUMO© proved to be an invaluable tool for the simulation and optimization of treatment plants, allowing for the anticipation and mitigation of the effects of extreme weather events. This study provides valuable evidence for the implementation of MABR in Chile and other regions, promoting sustainable solutions in wastewater treatment.