Tesis doctoral de Helio López Castillo
La eliminación biológica de nitrógeno amoniacal se ha llevado a cabo, habitualmente, a través del proceso convencional de nitrificación-desnitrificación. Sin embargo, los lixiviados generados en los depósitos controlados de residuos sólidos urbanos contienen elevadas cantidades de amonio y bajas concentraciones de materia orgánica biodegradable, así como una elevada salinidad. En este caso, para reducir el elevado coste económico que supone aplicar los procesos convencionales en este tipo de efluentes es conveniente desarrollar sistemas alternativos. uno de estos nuevos procesos biológicos se basa en el proceso anammox (acrónimo en inglés de anaerobic ammonium oxidation) previa nitritación parcial de amonio a nitrito. El proceso anammox es un proceso autotrófico que realiza la conversión de amonio y nitrito a nitrógeno gas bajo condiciones anaerobias. El menor consumo de oxígeno durante el proceso de nitritación parcial y la no necesidad de adicionar materia orgánica para desnitrificar representan un importante ahorro económico respecto a los tratamientos convencionales. este trabajo se centra en el estudio del proceso anammox y se enmarca dentro del proyecto europeo clonic (acrónimo en inglés de closing the nitrogen cycle from urban landfill leachate by biological nitrogen removal over nitrite and thermal treatment). El proyecto clonic (life 03 env/000140, 2003-2007), financiado por la unión europea dentro del programa life-medio ambiente ha sido llevado a cabo por la empresa cespa, en colaboración con el laboratorio de ingeniería química y ambiental (lequia) de la universidad de girona y la fundación agbar (aguas de barcelona) para minimizar el impacto económico y ambiental del tratamiento de lixiviados. el objetivo principal de este trabajo es el estudio de la operación y la aplicación del proceso anammox para la eliminación del nitrógeno amoniacal de los lixiviados de vertedero. Para alcanzar este objetivo se ha llevado a cabo la puesta en marcha y enriquecimiento de la biomasa anammox en un reactor sbr (acrónimo en inglés de sequencing batch reactor) a partir de una mezcla de fangos activos procedentes de distintas estaciones depuradoras de aguas residuales. una de las premisas más importantes para enriquecer un reactor anammox es que el inóculo seleccionado contenga bacterias anammox. Así, en primer lugar, se realizaron estudios previos que demostraron que la mayoría de los lodos seleccionados presentaban actividad anammox después de unos meses de enriquecimiento. Una vez seleccionado el inóculo, se identificaron las condiciones de operación óptimas para realizar la puesta en marcha del proceso anammox con especial énfasis en la configuración del ciclo de operación, el mantenimiento de las condiciones anaerobias, la composición del alimento sintético y la estrategia de alimentación. la estrategia de enriquecimiento se basaba en aplicar, inicialmente, un alimento sintético con una relación molar nitrito:amonio inferior a la estequiométrica (0.76 moles no2- por mol de nh4+) y una carga de nitrógeno de 0.02 kg n·m-3·d-1 para minimizar la presencia de nitrito en el reactor, tóxico para las bacterias anammox. Así, el día 60 de operación, el consumo de amonio y nitrito demostró la presencia de actividad anammox, que se corroboró mediante el resultado positivo de la técnica de detección molecular pcr (acrónimo en inglés de polymerase chain reaction), identificándose a la especie anammox como candidatus brocadia anammoxidans. una vez detectada la actividad anammox se incrementó tanto la relación molar nitrito:amonio como la carga de nitrógeno aplicada, hasta llegar a operar con la relación estequiométrica (1.32 moles no2- por mol de nh4+) y aplicar una carga de nitrógeno máxima de 1.60 kg n¿m-3¿d-1, obteniéndose porcentajes de eliminación de amonio y nitrito superiores al 99% al cabo de un año de iniciarse el estudio. cabe matizar que durante el enriquecimiento del proceso se han aplicado una serie de herramientas para realizar el seguimiento y verificar la actividad de la biomasa anammox. Estas técnicas se han basado en la comparación de las relaciones estequiométricas entre el nitrito y el amonio consumidos y entre el nitrato producido y el amonio consumido obtenidas experimentalmente con las relaciones teóricas. Además, también se ha realizado el seguimiento del ph y la determinación de la actividad específica de las bacterias anammox. una vez realizada la puesta en marcha de un reactor anammox con un afluente sintético, se aplicó esta tecnología al tratamiento de lixiviados de vertedero, previamente acondicionados mediante un proceso de nitritación parcial, aplicándose la misma estrategia que la utilizada para enriquecer la biomasa anammox. después de un periodo de adaptación se consiguió aplicar una carga media de nitrógeno de 0.28 kg n¿m-3¿d-1. Sin embargo, la presencia de materia orgánica biodegradable permitió el desarrollo de bacterias desnitrificantes heterotróficas. Estas bacterias eliminaban parte del nitrato generado por el proceso anammox y utilizaban el nitrito como sustrato, provocando una competencia entre ambos procesos. La evaluación de la coexistencia de estas dos comunidades bacterianas se realizó a partir del seguimiento de las relaciones estequiométricas entre los compuestos nitrogenados y del ph. Un consumo más elevado de nitrito, de nitrato y de protones adicionados durante el control de ph corroboró la presencia de los organismos desnitrificantes heterotróficos en el reactor anammox. a partir de los balances de amonio, nitrito y nitrato y teniendo en cuenta tanto el crecimiento de la biomasa heterotrófica como el consumo y generación de los diferentes compuestos de nitrógeno se cuantificó la contribución de cada proceso (anammox y desnitrificación heterotrófica) en la eliminación total de nitrógeno, que fue del 83.5%. Este nitrógeno se eliminaba, principalmente, a través del proceso anammox (79.7%) debido a que la baja biodegradabilidad de la materia orgánica limitaba su eliminación a través del proceso de desnitrificación heterotrófica (20.3%). como conclusión final, se ha conseguido enriquecer con éxito la biomasa anammox a partir de una mezcla de fangos de depuradora y posteriormente, se ha aplicado este proceso para el tratamiento de lixiviados de vertedero. Sin embargo, es necesario continuar realizando estudios a escala de laboratorio y de planta piloto para poder aplicar esta tecnología a escala industrial minimizando el impacto económico y ambiental.
Datos académicos de la tesis doctoral «Desarrollo del proceso anammox para el tratamiento de lixiviados:puesta en marcha y aplicación«
- Título de la tesis: Desarrollo del proceso anammox para el tratamiento de lixiviados:puesta en marcha y aplicación
- Autor: Helio López Castillo
- Universidad: Girona
- Fecha de lectura de la tesis: 01/12/2008
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- M. Dolors Balaguer Condom
- Tribunal
- Presidente del tribunal: manel Poch espallargas
- José Luis Campos gomez (vocal)
- xavier Flotats ripoll (vocal)
- albert Guisasola canudas (vocal)