Towards granular biomass implementation for urban wastewater treatment

• Autores: Eduardo Isanta Monclús
• Directores de la Tesis: Julio Pérez Cañestro (dir. tes.), Julián Carrera (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2014
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Mario Diaz Fernandez (presid.), Juan Antonio Baeza Labat (secret.), Maite Serrano Vilalta (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología del medio ambiente
      • Tecnología de aguas residuales
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD 
• Resumen

  • Una alternativa al tratamiento de aguas residuales urbanas mediante lodos activos son los sistemas de biomasa granular. Las características morfológicas de la biomasa granular le confieren, principalmente, dos ventajas sobre la biomasa floculenta: (i) la habilidad de sedimentar más rápido, y (ii) la posibilidad de realizar simultáneamente procesos aerobios, anóxicos y anaerobios dentro. Dos sistemas basados en biomasa granular han demostrado potencial en el tratamiento de aguas urbanas. En primer lugar, los reactores secuenciales granulares (GSBR), donde se llevan a cabo los mismos procesos biológicos que en los sistemas de lodos activos, pero con las ventajas de la biomasa granular. En segundo lugar, un tratamiento de aguas residuales urbanas basado en tecnología anammox, el cual permitiría una depuración de aguas sin aporte o incluso productora de energía. Esta tesis busca incrementar el conocimiento de estos sistemas de biomasa granular, con el objetivo último de confirmar si la biomasa granular puede ser una alternativa real al tratamiento de aguas residuales urbanas con lodos activos. Para el tratamiento de aguas residuales urbanas con GSBRs, se realizaron dos estudios diferentes. En primer lugar, se estudió el tratamiento un agua residual de baja carga en un GSBR a escala piloto operado durante 11 meses. Se obtuvieron y mantuvieron gránulos maduros durante 5 meses. La eliminación biológica de nitrógeno fue principalmente vía nitrito. La eficacia de nitrificación fue del 75% y se obtuvo desnitrificación simultánea a la nitrificación durante las fases aerobias del GSBR. Se observó una acumulación progresiva de sales de fósforo (probablemente apatita) entre los días 150 y 300, que pudo influir negativamente en desestabilización de los gránulos al final del periodo experimental. En segundo lugar, se llevó a cabo un estudio mediante modelización matemática para determinar estrategias de control automático que permitan mejorar la eliminación biológica de nitrógeno en un GSBR. Se diseñaron simulaciones específicas para elucidar el efecto sobre la eficacia de nitrificación-desnitrificación de la concentración de oxígeno disuelto, el tamaño de gránulo, la ratio C/N del afluente y la carga volumétrica de nitrógeno. Los resultados de las simulaciones mostraron que se pueden obtener altas eficacias de eliminación de nitrógeno simplemente fijando la consigna de oxígeno disuelto apropiada. Esa consigna apropiada se puede encontrar fácilmente en función de la concentración de amonio en el efluente. Se usaron estos resultados para proponer una estrategia de control que mejorara la eficacia de eliminación de nitrógeno. Respecto al tratamiento de aguas residuales urbanas basado en tecnología anammox en un sistema de 2 etapas, se realizaron dos estudios adicionales. En el caso de la nitritación parcial, se operó un reactor granular de 2.5L trabajando en continuo, tratando un agua residual con una concentración de nitrógeno baja y a bajas temperaturas. Se obtuvo, durante más de 450 días, un efluente adecuado para alimentar un reactor anammox posterior, incluyendo más de 365 días a temperaturas iguales o menores a 15 ºC. Se usó un modelo matemático ya existente para explorar las razones que permitieron obtener nitritación parcial a temperaturas tan bajas. Finalmente, se usó la técnica de la pirosecuenciación para explorar cambios en la estructura de la comunidad microbiana de un reactor granular anammox tras un choque térmico. Tras el choque térmico, la capacidad de eliminación de amonio se redujo un 92%. Los resultados de la pirosecuenciación indicaron que la diversidad microbiana en el reactor aumentó a medida que el reactor se recuperaba del choque térmico. En general, los resultados de la pirosecuenciación fueron acordes con los resultados de eliminación de nitrógeno y con los test de actividad anammox realizados durante el proceso de recuperación. Se usó un primer anammox específico para determinar con precisión las especies anammox en el reactor.