Remoción simultánea de nitrógeno y carbono orgánico en SBR usando la tecnología de granulación aeróbica

• Autores: Bucci, Paula Lorena
• Año de publicación: 2021
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Caravelli, Alejandro Horacio
• Materia: Ingeniería; Carbono; Nitrógeno; Remoción de Contaminantes; Efluentes Tratados
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

En los últimos años incrementó la preocupación debido a la gran cantidad de aguas residuales que contienen elevadas concentraciones de nitrógeno (N) y que son vertidas indiscriminadamente a los cuerpos de agua sin ningún tipo de tratamiento, provocando graves problemas en la salud humana y en el medio ambiente. La remoción biológica de nutrientes (RBN) es considerada la técnica más económica y sustentable para satisfacer los requerimientos de descarga rigurosos. Si bien existen diferentes esquemas de procesos para la eliminación biológica de nitrógeno, estos presentan ciertas desventajas operativas y económicas: requerimiento de tanques aeróbico y anóxico separados, elevados costos implicados en la recirculación desde la zona aeróbica a la anóxica, la producción de óxidos de nitrógeno como producto final del proceso de desnitrificación en lugar de N2 debido a condiciones microaerofílicas generadas por la recirculación, la limitación de fuente de carbono en el tanque anóxico, costos adicionales que están asociados a la adición de carbono exógeno como metanol o acetato. No obstante, para resolver estas limitaciones e inconvenientes se ha desarrollado una nueva tecnología basada en el crecimiento de biomasa compacta y densa en forma de gránulos (agregados compactos) formados en un reactor discontinuo secuencial (SBR) con una etapa de disponibilidad de fuente de carbono y energía (FCE) y una de inanición, conocido como proceso “feast/famine”, que ofrece opciones de tratamiento de aguas residuales mucho más eficientes. Este tipo de reactores presenta ciertas ventajas: elevada flexibilidad para el tratamiento de diferentes efluentes, precisión y versatilidad en el funcionamiento, una operación mucho más sencilla, facilidad para la recolección de datos en línea mediante la utilización de sensores, menores costos de capital en aspectos constructivos, la utilización de un único tanque tanto para ambientes aeróbicos y anaeróbicos, requerimiento de menor aporte de energía, una adecuada interacción de oxígeno entre microorganismos y sustratos evitando la necesidad de controlar el oxígeno disuelto (OD), estratificación de los gránulos en capas con diferentes condiciones redox que brinda una gran potencialidad microbiana debido a la coexistencia de diferentes grupos metabólicos permitiendo una mayor eficiencia de eliminación de diferentes contaminantes e incrementando la capacidad y tolerancia frente al impacto de cargas tóxicas. Esto ha generado o ha despertado un gran interés en la utilización de reactores con modo de operación de SBR para el tratamiento de aguas residuales tanto municipales como industriales. En el presente trabajo de tesis se propuso desarrollar un proceso de tratamiento de efluentes de fácil operación, eficiente y confiable para la remoción conjunta de carbono orgánico y nitrógeno, mediante el uso de un SBR con biomasa granular operado con una única etapa de reacción aeróbica. Se ha trabajado con tres tipos de efluentes con diferentes niveles de biodegradabilidad y toxicidad lo que nos permitió estudiar en cada uno de ellos diferentes aspectos. En primer lugar un efluente de fácil biodegradación, a base de acetato de sodio y amonio, mediante el cual se ha obtenido una remoción eficiente de nitrógeno y carbono, se ha cuantificado mediante balances de masa la contribución del proceso de nitrificación-desnitrificación simultánea (NDS) en la remoción de nitrógeno inorgánico y se ha estudiado la técnica de titulación como herramienta potencial de monitoreo de los principales procesos que ocurren en el reactor, consumo de carbono orgánico y NDS, brindando prometedores resultados. Asimismo, se ha logrado caracterizar la comunidad microbiana presente en el SBR, mediante secuenciación de última generación (NGS) y estudios bioinformáticos, pudiendo detectar los géneros bacterianos principales y potenciales responsables de los procesos biológicos estudiados. En segundo lugar, se ha estudiado un efluente más complejo, basado en suero de queso suplementado con amonio, conteniendo carbono orgánico y nitrógeno en forma soluble y particulada. En este estudio se logró evaluar el efecto de los micronutrientes sobre la capacidad de nitrificación del sistema y obtener la relación DQO/N óptima para lograr una eficiente remoción de N y carbono orgánico. Asimismo, también se han determinado mediante técnicas de NGS y estudios bioinformáticos los principales géneros responsables de los procesos de remoción. Por último, se ha estudiado un efluente tóxico conteniendo básicamente fenol y amonio, en el cual se logró determinar la carga orgánica óptima de fenol que permitió lograr una remoción eficiente de nitrógeno y fenol evitando la inhibición por parte de este tóxico del proceso de nitrificación. En los tres sistemas se ha estudiado la formación de reservas intracelulares de glucógeno a partir de acetato, suero de queso y fenol, y su uso como fuente de carbono para el proceso de desnitrificación. A partir de esta investigación se ha demostrado que este tipo de bioreactores permite trabajar con sistemas microbianos granulares de elevada diversidad metabólica, lo cual implicó la ocurrencia de diferentes procesos biológicos logrando una remoción eficiente de carbono orgánico y nitrógeno, y que además presentó la capacidad de tolerar y degradar completamente un compuesto de elevada toxicidad como es el fenol.
Doctor en Ingeniería
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ingeniería