procesos biolÓgicos aerobios - tratamiento y reciclaje de...

PROCESOS BIOLÓGICOS AEROBIOS

Nombre: Dr. Julián Carrera Muyo Institución: Universitat Autònoma de Barcelona (España)

Curso sobre tratamiento y reciclaje de aguas residuales industriales

mediante soluciones sostenibles – Montevideo 23-24 agosto 2016

¿QUÉ ES UN PROCESO AEROBIO?



PROCESO BIOLÓGICO




Se producen de forma natural en ríos, estuarios, mares, etc. En tratamiento de aguas residuales, intensificamos el proceso en reactores aerobios.

PROCESO BIOLÓGICO




Es esencial el rendimiento (Y), ya que marca: 1) La cantidad de nueva biomasa formada (residuo) 2) La cantidad de oxígeno requerido

PROCESO BIOLÓGICO




¿Cuántos kilogramos de oxígeno se requieren para oxidar un kilogramo de DQO? ¿Cómo se aporta el oxígeno a los reactores aerobios?

PROCESO BIOLÓGICO

¿POR QUÉ Y CUANDO SE UTILIZAN?



PROCESO BIOLÓGICO

Los procesos biológicos son más económicos que los procesos físico-químicos. Los procesos biológicos pueden ser aerobios y anaerobios.

Los procesos biológicos aerobios consumen más energía que los anaerobios pero también consiguen mayores eficacias de eliminación y pueden eliminar materia orgánica y nutrientes.

¿QUÉ SE ELIMINA?



PROCESO BIOLÓGICO

Se elimina, esencialmente, materia orgánica que suele medirse en forma de Demanda Química de Oxígeno (DQO). También se suele utilizar la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) pero es un análisis con muchos problemas.

Además, se pueden eliminar nutrientes, básicamente, nitrógeno y fósforo.

¿QUÉ SE ELIMINA?



Tipos de DQO Significado

DQO total Toda la materia orgánica (MO)

DQO particulada La MO en forma sólida

DQO coloidal La MO en forma coloidal

DQO soluble La MO disuelta en el agua

DQO biodegradable La MO que puede eliminarse en el proceso biológico

DQO no biodegradable La MO que no puede eliminarse en el proceso biológico

DQO fácilmente biodegradable La MO biodegradable de forma rápida

DQO difícilmente biodegradable

La MO biodegradable de forma lenta

La DQO se puede clasificar en diferentes categorías:

LODOS ACTIVOS



Hace 100 años, Ardern y Lockett descubrieron los lodos

activos y, con ello, como depurar las aguas residuales

LODOS ACTIVOS



La estructura esencial de los lodos activos son los

flóculos de bacterias pero también hay protozoos que

se alimentan de bacterias y juegan un papel esencial

LODOS ACTIVOS



El esquema básico es un reactor aerobio y un

sedimentador

LODOS ACTIVOS



En el reactor aerobio ocurre el proceso biológico y en el

sedimentador se separa la biomasa del agua depurada.

En un sistema de lodos activos son fundamentales varios

parámetros operacionales: tiempo de residencia hidráulico,

tiempo de residencia celular, relación de recirculación,

concentración de oxígeno disuelto, carga orgánica, etc.

LODOS ACTIVOS



El tiempo de residencia

hidráulico (TRH) y la carga

orgánica se calculan según:

LODOS ACTIVOS



El tiempo de residencia

celular (TRH) se calcula

según:

LODOS ACTIVOS



Los lodos activos siempre se diseñan juntos con otras

operaciones asociadas: pre-tratamiento, desinfección, etc.

El sedimentador puede substituirse por una membrana.

LODOS ACTIVOS



Los lodos activos también pueden diseñarse para eliminar

nitrógeno además de materia orgánica.

LODOS ACTIVOS



GRÁNULOS AEROBIOS



¿Qué es la biomasa granular aerobia? ¿Para qué sirve? ¿Cuáles son sus ventajas?

¿Por qué es una tecnología de futuro?

GRÁNULOS AEROBIOS

GRÁNULOS AEROBIOS



¿Qué es la biomasa granular aerobia?

2 mm

Son agregados de origen

microbiano, que sedimentan

mucho más rápido que los

lodos activos y que se forman

bajo condiciones de estrés

hidrodinámico

GRÁNULOS AEROBIOS



La formación de gránulos aerobios se realiza, casi

siempre, en reactores discontinuos secuenciados (SBR)

y utilizando una o varias de estas técnicas:

a) Régimen FEAST-FAMINE

b) Bajo tiempo de sedimentación

c) Altas fuerzas de estrés hidrodinámico conseguidas con la

velocidad ascensional del aire

GRÁNULOS AEROBIOS



Biomasa floculenta

Agregado microbiano poco denso

Adecuada capacidad sedimentación

ɸ: < 0.2 mm

IVL: 100-200 mL g-1

VS: 8-10 m h-1

Biomasa granular

Agregado microbiano compacto y denso

Excelente capacidad sedimentación

ɸ: > 0.2 mm

IVL: < 50 mL g-1

VS: 50-100 m h-1

GRÁNULOS AEROBIOS



Diversos sectores industriales producen efluentes que contienen

nitrógeno amoniacal y compuestos fenólicos.

Los tratamientos físico-químicos actuales son caros y no

completamente efectivos.

¿Para qué sirve? ¿Cuáles son sus ventajas?

GRÁNULOS AEROBIOS



Los actuales sistemas de depuración biológicos basados en

lodos activos no pueden hacer frente, en numerosas ocasiones,

a estos efluentes industriales.

Uno de los principales problemas es la inhibición de la

nitrificación.

GRÁNULOS AEROBIOS



ELEVADO REQUERIMIENTO

DE MATERIA ORGÁNICA

Y ALTA GENERACIÓN

LODOS

NITRIFICACIÓN

NH4+

AOB

NO2-

NO3-

NOB

NO2-

N2

DESNITRIFICACIÓN

¿Cómo se puede realizar la

eliminación biológica de

nitrógeno?

ELEVADO REQUERIMIENTO OXIGENO

GRÁNULOS AEROBIOS



NITRIFICACIÓN PARCIAL AHORRO DE HASTA

UN 25% EN LA CANTIDAD

DE OXÍGENO REQUERIDO

AHORRO DE ENTRE UN 30-40% EN EL

REQUERIMIENTO DE MATERIA ORGÁNICA Y

EN LA PRODUCCIÓN DE LODOS

DESNITRIFICACIÓN HETEROTRÓFICA

VIA NITRITO

NH4+

AOB

NO2-

NO3-

NOB

NO2-

N2

Limitar la actividad de la población nitrito-oxidante

Evitar la formación de nitrato

¿Existen otras alternativas?

GRÁNULOS AEROBIOS



NITRITACIÓN PARCIAL (sólo se

oxida el 50% de todo el amonio)

AHORRO DE > 50% EN LA CANTIDAD DE OXÍGENO REQUERIDO

NO SE REQUIERE MATERIA ORGÁNICA Y LA PRODUCCIÓN

DE LODOS ES MÍNIMA

DESNITRIFICACIÓN AUTÓTROFA

(PROCESO ANAMMOX)

NH4+

NO2- NH4

+

NO3- N2

AN

AM

MO

X

¿Existen otras alternativas?

GRÁNULOS AEROBIOS



¿Qué son las bacterias Anammox?

Bacterias autotróficas y

estrictamente anaerobias

Obtienen la energía del

consumo de nitrito y amonio

en una relación

estequiométrica de 1.3:1

Crecimiento lento

Tendencia a agruparse en

forma granular

GRÁNULOS AEROBIOS



[amonio]

[fenoles]

[amonio]

[nitrito]

[fenoles] ↓↓

[nitrato]

[amonio] ↓↓ [nitrito] ↓↓

Un sistema de dos etapas con biomasa

granular:

nitritación parcial con eliminación de

fenoles + anammox

¿Por qué los gránulos aerobios son una tecnología de

futuro?

GRÁNULOS AEROBIOS



¿Cuál es la estrategia para alcanzar un reactor

granular aerobio con varias capacidades?

[N-NH4+] = 1 g L-1

[N-NH4+] = 0.5 g L-1

[N-NO2-] = 0.5 g L-1 Partimos de un

reactor granular

nitrificante que

produce un efluente

con una relación 1:1

de nitrito/amonio

(anammox)

GRÁNULOS AEROBIOS



[N-NH4+] = 1 g L-1

[N-NH4+] = 0.5 g L-1

[N-NO2-] = 0.5 g L-1 Esperamos

conseguir unos

gránulos aerobios

complejos con

amonio-oxidantes y

degradadores de

fenoles

Bioaumentamos el reactor con

bacterias degradadoras de fenoles

GRÁNULOS AEROBIOS



En unas semanas se alcanza el objetivo pretendido

[N-NH4+] = 1 g L-1

[o-cresol] = 0.1 g L-1

[N-NH4+] = 0.5 g L-1

[N-NO2-] = 0.5 g L-1

[o-cresol] = 0 g L-1

[N-NH4+] = 1 g L-1

[N-NH4+] = 0.5 g L-1

[N-NO2-] = 0.5 g L-1

GRÁNULOS AEROBIOS



N-c

oncentr

ation (

mg L

-1)

0

200

400

600

800

1000

[N-NH4

+] effluent

[N-NO2

-] effluent

[N-NO3

-] effluent

[N-NH4

+] influent

N-loadin

g r

ate

(g N

-NH

4

+ L

-1d

-1)

0.0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

Ratio [N

-NO

2

- ]/[N

-NH

4

+]

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

N-loading rate

[N-NO2

-]/[N-NH

4

+]

Time (day)

0 25 50 75 100 125 150

[o-c

resol] (

mg L

-1)

0

200

400

900

1000

[o-cresol] effluent

[o-cresol] influent

A

B

C

Alta carga de nitrógeno

Adecuada relación

nitrito/amonio para un

posterior reactor Anammox

Sin nitrato en el efluente

Completa eliminación del o-

cresol incluyendo grandes

choques de carga

GRÁNULOS AEROBIOS



Universal NOB

AOB Acinetobacter

Acinetobacter NH4

+

Compuestos fenólicos

AOB

O2

¿Cuál es la clave del éxito?

Corte transversal gránulo + FISH (hibridación fluorescente in situ)

TRATAMIENTO Y RECICLAJE DE AGUAS INDUSTRIALES MEDIANTE SOLUCIONES SOSTENIBLES FUNDAMENTADAS EN PROCESOS BIOLÓGICOS. RED TEMÁTICA 316RT0508

Financiado por:



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