Optimization of the membrane aerated biofilm reactor for wastewater treatment

Abstract

RESUMEN: El Reactor de Biopelícula Soportada y Oxigenada por Membranas (RBSOM) se presenta como un nuevo modo de tratamiento de aguas residuales mucho más eficaz energéticamente. En el RBSOM, el oxígeno se transfiere directamente por difusión hacia la biopelícula sin formación de burbujas. Esta particularidad proporciona unas características excepcionales de transferencia de oxígeno, siendo posible obtener ahorros energéticos de hasta un 85% en comparación con los procesos convencionales de fangos activos. En la presente Tesis se han combinado experimentos y simulaciones matemáticas con el fin de proporcionar un conocimiento complementario al proceso RBSOM. Se han abordado estrategias para solventar la limitación del crecimiento excesivo de la biopelícula, y para minimizar los efectos perjudiciales de la retrodifusión de gases. Los resultados obtenidos evidenciaron que 1) los RBSOM combinados con fangos activos (RBSOM híbridos) tienen aplicaciones potenciales para la eliminación de nutrientes en aguas residuales de forma compacta y altamente eficiente, y 2) la ventilación periódica del lumen de las membranas de los RBSOM es una estrategia prometedora que permite maximizar tanto las tasas de transferencia de oxígeno (OTRs) como las eficiencias de transferencia de oxígeno (OTEs).

ABSTRACT: Membrane aerated biofilm reactor (MABR) is presented as an alternative approach that may provide new more energy-effective wastewater treatment option. In the MABR oxygen is transferred into the biofilm straight by diffusion and without bubble formation. These features, give exceptional oxygen transfer characteristics, being possible to obtain energy savings up to 85% compared to conventional activated sludge processes. In this Thesis experiments were combined with modeling in order to provide a complementary knowledge to the MABR process. Strategies to overcome biofilm thickness limitation, and to minimize the detrimental effect of gas back-diffusion, were addressed. Findings obtained, evidenced that 1) MABRs combined with activated sludge (hybrid MABR) have potential applications for compact energy-efficient wastewater nutrient removal, and 2) periodic venting applied to the lumen of MABRs is a promising strategy which allows to maximize both oxygen transfer rates (OTRs) and oxygen transfer efficiencies (OTEs).