Tesis doctoral de Marta Coma Bech
La eliminación de nutrientes es una de las mayores preocupaciones para mantener el ciclo natural del agua después de la influencia del hombre. El crecimiento continuo de la población alrededor del planeta hace del tratamiento de aguas residuales un requerimiento y un desafío a la vez. Las estaciones depuradoras de aguas residuales (edar; acrónimo en inglés, wwtp) tienen que tratar caudales más elevados con las mismas instalaciones construidas años atrás. La necesidad de construcción de nuevas edar en áreas más reducidas es otro de los puntos que requiere una solución. Con este fin, los reactores discontinuos secuenciales (rds; acrónimo en inglés, sbr) han sido el punto de mira de diferentes estudios y aplicaciones gracias a su reducido impacto en lo que a utilización de espacio se refiere. Además, estos reactores son extremadamente flexibles y adaptables a cambios de operación para la regulación de efluentes, como seria la eliminación de nutrientes. Sin embargo, la problemática de las limitaciones en cuanto a espacio y el tratamiento de altas cargas dirigen la investigación a sistemas más compactos. la eliminación biológica de nutrientes (ebn; acrónimo en inglés, bnr) ha sido investigada durante décadas. Por otro lado, la continua demanda de agua conduce a las edar a trabajar a su máxima capacidad. El incremento de carga conlleva eventualmente a una desestabilización de la población microbiana y, en consecuencia, a la pérdida del proceso de eliminación de nutrientes. Cuando la perturbación de las reacciones biológicas se produce en un mismo reactor, la recuperación de la estabilidad del sistema requiere diferentes condiciones de operación para la eliminación de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. Operando con los dos procesos de manera simultánea requiere una solución de compromiso en cuanto a las condiciones de trabajo. Por esta razón, diferentes cambios consecutivos de operación son necesarios para cada nutriente cuando aparece una desestabilización del sistema antes de acoplar todas las reacciones biológicas. Con este fin, la presente tesis describe un protocolo de trabajo para la recuperación y estabilización de la eliminación de nitrógeno y fósforo después de un incremento de carga. El estudio enfoca diferentes condiciones de operación como la estrategia de alimentación o la distribución en la duración de las fases. La nitrificación debería ser el primer proceso a ser recuperado, ya que se ve fuertemente afectado por una edad del lodo baja, posible consecuencia del aumento de carga a tratar. Alargar la fase aerobia a cuenta de una parte de la fase anaerobia, pero aún más aplicar largos periodos aerobios evitando el tiempo de respuesta entre fases, mejoraría el proceso de nitrificación. Cuando la oxidación del amonio aumenta, la concentración de nitratos crece en el reactor. La eficiencia de desnitrificación, pues, será el próximo objetivo a tener en cuenta, ya que los nitratos son el interferente principal en la eliminación del fósforo debido a la competencia de los dos procesos para la materia orgánica. Cuando se trabaja con una estrategia de alimentación por etapas, una distribución de volumen mayor en la primera alimentación en el inicio del ciclo reducirá la cantidad de nitratos a la salida del reactor. Del mismo modo, aumentará la cantidad de materia orgánica disponible para el proceso de eliminación biológica de fósforo. Finalmente, como último paso de mejora, las fases anaerobias deberán ser suficientemente largas para estabilizar la captación de materia orgánica y aumentar la bioacumulación de fósforo. en referencia a la compactación y reducción de la producción de biomasa activa se refiere, el lodo granular aerobio ha sido propuesto durante los últimos años como alternativa para el tratamiento de aguas residuales. Comparado con los sistemas convencionales de lodos activos, estos microorganismos encapsulados permiten una acumulación de grandes cantidades de biomasa activa en un solo reactor, presentando una estructura microbiológica más densa y una mejor sedimentabilidad. Todas estas características permiten que el lodo granular aerobio sea propuesto como una alternativa viable para la reducción del espacio de las depuradoras y para el tratamiento de cargas más elevadas. En contraposición, el proceso de granulación tiene todavía muchos parámetros desconocidos que son necesarios investigar. Además, para la formación de sistemas granulares en aguas residuales de baja carga, como por ejemplo las aguas urbanas que presentan cargas de materia orgánica menores a 1 kg dqo¿m-3d-1, el proceso de granulación se ralentiza y son necesarios periodos más largos para llegar al estado estacionario. en la presente tesis se han llevado a cabo estudios comparativos de granulación en aguas residuales sintéticas y reales con concentraciones similares a las urbanas. Primeramente, una estrategia de reducción del tiempo de sedimentación fue aplicada para seleccionar los agregados de biomasa con sedimentación más rápida. Esta metodología fue llevada a cabo en reactores idénticos, tratando diferentes volúmenes de agua residual. Se observó que relaciones volumétricas de cambio de 40-50% mejoraban la formación del gránulo, en contraposición a relaciones de cambio mayores, aunque éstas incrementaran la carga aplicada sobre el sistema. Este hecho fue debido principalmente a un mayor lavado de la biomasa, afectando al proceso de granulación y al rendimiento de eliminación de nutrientes. Uno de los principales problemas del tratamiento de agua residual es el bajo contenido de material orgánico soluble. Por lo que a los reactores granulares se resfiere, el uso de agua residual sin pretratar en vez de agua residual sedimentada o decantada puede favorecer la agregación de biomasa flocular en partículas, ya que aporta cargas orgánicas más elevadas. en lo que la ebn en lodo granular se refiere, los microorganismos se sitúan el mismo agregado de biomasa en vez de en diferentes reactores. Por esa razón, las bioreacciones del nitrógeno y el fósforo tienen unas interacciones más fuertes entre ellas. El proceso simultáneo de nitrificación y desnitrificación, a veces junto a la eliminación biológica de fósforo, se ha observado en el tratamiento de aguas residuales de baja carga debido a la difusión del oxígeno en los gránulos. La influencia del nitrito y el nitrato como productos de la nitrificación se evaluó en procesos simultáneos de lodo granular. El nitrito a la vez que el nitrato era viable para la eliminación simultánea de nitrógeno y fósforo, aunque a igual concentración de los dos, el nitrato permitía una mayor eliminación de fósforo. Contrariamente, la nitrificación-desnitrificación usando nitrito como producto intermedio permitía una reducción de los requerimientos de materia orgánica. Sin embargo, debe tenerse en cuenta la concentración de nitrito ya que la eliminación de fósforo puede ser inhibida en presencia de elevadas concentraciones de ácido nitroso. Así pues, el nitrito puede mejorar la eliminación simultánea en gránulos cuando los agregados presenten un tamaño suficientemente grande para permitir la difusión de nutrientes en el centro y, así, prevenir los procesos de inhibición.
Datos académicos de la tesis doctoral «Biological nutrient removal in sbr technology: from floccular to granular sludge«
- Título de la tesis: Biological nutrient removal in sbr technology: from floccular to granular sludge
- Autor: Marta Coma Bech
- Universidad: Girona
- Fecha de lectura de la tesis: 11/05/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Jesús Colprim Galcerán
- Tribunal
- Presidente del tribunal: ignasi Rodríguez-roda layret
- gilda Carvalho (vocal)
- nico Boon (vocal)
- mathieu Sperandio (vocal)