Towards an integrated removal of nitrogen and sulphur in biological treatments of tannery-like wastewaters

Resumen

El presente trabajo se centra en la integración de procesos novedosos para la remoción biológica de Nitrógeno y Azufre, específicamente en el proceso de anammox y la desnitrificación autotrófica a base de sulfuros. La desnitrificación parcial ha surgido como proceso innovador para actuar en sinergia con el anammox, como una alternativa a la nitritación parcial. En el caso de la desnitrificación impulsada por sulfuros, la desnitrificación autotrófica parcial (PAD) es otra alternativa valiosa. La integración de la PAD con el proceso anammox (PAD/A) es de especial interés para los tratamientos de aguas residuales ricas en compuestos de nitrogeno y azufre, como las derivadas de refinerías de petróleo, curtiembres y procesamiento de pescado. En el proceso PAD/A, la desnitrificación autotrófica debe operarse de manera que convierta el nitrato en nitrito, para proporcionar el nitrito requerido por el anammox; la desulfuración del biogás podría lograrse en la misma unidad, como alternativa sostenible a los tratamientos físico-químicos convencionales. En este marco, la presente tesis tuvo como objetivo profundizar en la aplicación del novedoso proceso PAD/A, en aguas residuales de alta carga en nitrogno y azufre. El anammox y la PAD se han estudiado en líneas de trabajo paralelas, abordando diferentes cuestiones relacionadas con los dos tratamientos innovadores. Las aguas residuales de curtiembres se seleccionaron como target para el PAD/A y se estudió la inhibición de la biomasa anammox. Se logró una rápida puesta en marcha de un reactor gas-lift anammox con cargas volumétricas hasta 0,48 gN-NO2-/l/d. Se observó la precipitación mineral en los gránulos después de 130 días de operación. Se realizó un estudio extenso para caracterizar la composición del precipitado, así como su impacto en el rendimiento del reactor, la actividad de la biomasa y la población microbiana. Los resultados ofrecen conocimientos útiles para la estabilidad a largo plazo de sistemas granulares anammox. El posible efecto inhibidor de los compuestos biorrefractarios y la salinidad de las aguas residuales de curtiembres se evaluó mediante experimentos en batch. Los resultados revelaron que no se pudo atribuir una inhibición evidente a los compuestos biorefractarios, mientras que se observó una influencia moderada debida al contenido de salinidad, que se puede abordar mediante una adecuada aclimatación de la biomasa. Se concluye que no existe ninguna limitación técnica para la aplicación del proceso anammox en las aguas residuales de curtiembres. El PAD se estudió en un reactor CSTR, alimentado con nitrato y sulfuro. El trabajo evaluó el efecto de los ratios S/N del influente y las condiciones de SRT sobre el rendimiento de la acumulación de nitritos. Se observó una acumulación exitosa de nitrito después de una semana de condición estable de limitación de S y se alcanzaron altos niveles de nitrito durante todo el trabajo experimental. En todas las fases experimentales se observó una eficiencia de acumulación de nitrito del 70-100%. Se observó un claro cambio de población microbiana: el género Sulphurimonas mostró una abundancia relativa del 90% en el inóculo y fue superado casi por completo por el genero Thiobacillus, después de 80 días de operación. Se especula que la eficiencia bioenergética microbiana es una posible razón subyacente del cambio de población. Se realizó un estudio de termodinámica para estudiar el cambio catabólico observado. Los resultados indican que a pesar de que la desnitritación es una reacción muy favorable, la desnitratación podría ser una respuesta energética valiosa en caso de limitación del donador de electrones. La estequiometría catabólica del proceso se presenta de forma agregada como herramienta de apoyo para el diseño y la optimización del complejo proceso de desnitrificación autrotrófica, ya que ofrece todas las reacciones intermedias y las posibles combinaciones de e-donador y e-aceptor.

Fecha de lectura	17 jun 2021
Idioma original	Inglés
Supervisor	Giulio Munz (Director/a) & David Gabriel Buguña (Director/a)