Innovación en biorreactores para el tratamiento anaerobio eficiente del agua de sentinas
El agua de las sentinas de los buques es una mezcla de agua de mar y líquidos residuales como combustibles, detergentes, partículas sólidas y aceites. La descarga de estos residuos oleosos al medio marino está prohibida por las normas de la MARPOL.aspx (Organización Marítima Internacional) y la legislación europea, de forma que se utilizan varios métodos para tratar el agua de sentinas. Estos métodos incluyen la separación por membrana, la electrocoagulación, la centrifugación y los agentes químicos. Sin embargo, estos métodos suelen acarrear contaminación secundaria, junto con costes elevados. Aunque el tratamiento biológico anaerobio es más sostenible, el proyecto ElectroSAnMBR, financiado con fondos europeos, descubrió que los compuestos orgánicos presentes en el agua de sentinas inhiben los microorganismos anaerobios, especialmente los metanógenos, lo cual reduce el rendimiento. ElectroSAnMBR ha desarrollado una tecnología innovadora que integra una celda de electrolisis (EC, por sus siglas en inglés) monocameral dentro de un biorreactor anaerobio de membrana sumergida (SAnMBR) llamado e-SAnMBR. Ioannis Vyrides, coordinador del proyecto, explica: «Como las membranas retienen la biomasa anaerobia, en lugar de ser arrastrados, los microorganismos, incluidos los metanógenos, se adaptan a las aguas residuales resistentes, se inoculan de manera efectiva y, por lo tanto, permanecen activos». Este efecto de la EC quedó demostrado mediante dos biorreactores piloto.
Biorreactor de electrolisis microbiana con celda anaerobia
El biorreactor anaerobio de e-SAnMBR está formado por dos electrodos. El ánodo ayuda a crear condiciones microaerobias, que contribuyen a la biodegradación de los denominados compuestos persistentes, aquellos que son difíciles de biodegradar; el cátodo ayuda a producir hidrógeno y, a continuación, los microorganismos convierten el dióxido de carbono en metano. El e-SAnMBR también contiene una membrana de microfiltración sumergida que retiene los microorganismos y los materiales orgánicos. Para crear este sistema electroquímico, el equipo probó en primer lugar cómo interactúa el agua de sentinas con la biomasa que contiene los microorganismos anaerobios biodegradantes, en este caso lodos granulares. Habida cuenta de que, normalmente, el diámetro de los gránulos de biomasa del e-SAnMBR era superior a 500 micrómetros, el oxígeno no podía penetrar hasta una profundidad suficiente para que los metanógenos de los gránulos ayudasen a crear las condiciones aerobias necesarias. Vyrides comenta: «Afortunadamente descubrimos que añadir la membrana de electrolisis microbiana (MEC, por sus siglas en inglés) a los lodos permitía que el biorreactor generase el hidrógeno y el oxígeno necesarios para las condiciones microaerobias que aceleran la biodegradación de los compuestos persistentes». Dos biorreactores piloto estuvieron en funcionamiento durante tres meses a lo largo de cinco ciclos experimentales. El e-SAnMBR contenía una membrana y electrodos de acero inoxidable de menos de un voltio, mientras que el SAnMBR contenía solo una membrana. Ambos SAnMBR mostraron tasas de eliminación de compuestos orgánicos elevadas, conocidas como tasas de eliminación de la demanda química de oxígeno (DQO), de casi el 75 % al funcionar con un tiempo de retención hidráulica (HRT, por sus siglas en inglés) elevado, de unos 12 días, que es el tiempo total que el agua de sentinas permanece dentro del biorreactor. Sin embargo, con un HRT menor (de unos 4 días), el e-SAnMBR mostró una tasa de eliminación de la DQO de casi el 50 % y el SAnMBR de casi el 40 %. Si bien la membrana de microfiltración sumergida de ambos biorreactores solo contribuyó con cerca del 10-15 % de la eliminación de la DQO, los efluyentes no contenían partículas.
Futuras oportunidades
La Directiva europea 2000/59/CE establece que los buques de más de 400 t deberán separar los hidrocarburos del agua para su tratamiento en tierra y verter el agua por la borda con el efluente sobrante, inferior a 15 g/L. Los buques de menos de cuatrocientas toneladas retendrán el agua de sentinas a bordo para su tratamiento en las instalaciones portuarias. El e-SAnMBR podría instalarse en buques para el tratamiento previo del agua de sentinas, con lo que se reduciría el volumen tratado en tierra. Vyrides añade: «Además, dado que la biopelícula del ánodo biodegrada parcialmente el agua de sentinas y el agua de sentinas no diluida inhibe la metanogénesis a HRT bajos, podríamos producir hidrógeno como gas final de cátodo, que es una fuente de energía renovable valiosa, en lugar de metano, que es un gas de efecto invernadero». Esto significa que el sistema podría funcionar a HRT bajos durante veinticuatro horas sin necesidad de productos químicos adicionales, para tratar eficazmente el agua de sentinas a la vez que se produce hidrógeno. En la actualidad, Ecofuel Cyprus está probando el e-SAnMBR. Esta investigación se llevó a cabo con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie.
Palabras clave
ElectroSAnMBR, biorreactor, biodegradación, sentinas, buque, metanógenos, microorganismos, hidrógeno, metano, celda de electrolisis, biomasa, compuesto persistente
