Estudio del tratamiento del efluente de un reactor anaerobio de membranas sumergidas (SAnMBR) mediante un sistema de fangos activados

Abstract

El crecimiento acelerado de los núcleos urbanos ha provocado que las aguas residuales urbanas sean una fuente importante de contaminación ambiental, siendo necesario desarrollar e implementar tecnologías enfocadas a prevenir y mitigar los graves problemas de contaminación. El uso de un reactor anaerobio de membrana sumergida (SAnMBR) para el tratamiento de aguas residuales urbanas es una alternativa que permite transformar la materia orgánica en biogás y minimizar los fangos producidos. Sin embargo produce un efluente con concentraciones de nitrógeno y fósforo similares a las del agua residual afluente, con concentraciones moderadas de materia orgánica biodegradable y metano disuelto y en ocasiones concentraciones significativas de sulfuro. Por tanto, el efluente del SAnMBR en caso de no poder ser reutilizado directamente para uso agrícola, debe ser tratado para poder ser vertido, reutilizado en usos industriales y evitar la emisión del sulfuro y el metano a la atmósfera. Hasta la fecha, la mayoría de investigaciones sobre el postratamiento de efluentes anaerobios se centran en estudiar los procesos de nitrificación, desnitrificación y eliminación biológica de fósforo de forma aislada, incluyendo el trabajo de algunos autores que emplean el sulfuro y el metano disuelto en los procesos de desnitrificación. Sin embargo, el estudio conjunto de todos los procesos para el tratamiento del efluente real de un reactor SAnMBR que trata agua residual urbana no ha sido realizado. El objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido el estudio en conjunto de todos los procesos para el tratamiento del efluente de un reactor (SAnMBR) que trata agua residual urbana, mediante un proceso de fangos activados con configuración UCT. Tiene como fin conocer y cuantificar la influencia de diversos factores ambientales y de operación sobre el rendimiento y la eliminación biológica de nitrógeno, fósforo, sulfuro y metano disuelto presentes en el efluente de un SAnMBR que trata agua residual urbana. Inicialmente, se estudió el potencial de desnitrificación mediante la puesta en marcha y seguimiento de un reactor SBR (Sequencing Batch Reactor) a escala laboratorio, empleando los dadores de electrones (materia orgánica, sulfuro y metano disuelto) presentes en el efluente del SAnMBR. Posteriormente, se llevó a cabo el estudio en una planta piloto de fangos activados que permitió analizar la influencia de la temperatura, el tiempo de retención hidráulico (TRH) y la concentración de ácidos grasos volátiles, sulfuro y metano disuelto sobre los procesos de nitrificación, desnitrificación y eliminación biológica de fósforo. También, se estudió el efecto del sulfuro y el tiosulfato sobre la nitrificación mediante ensayos en laboratorio con fango de la planta piloto y fango procedente de estaciones depuradoras. Así mismo, se realizaron ensayos con sulfuro y ácidos grasos volátiles como dadores de electrones con el fin de evaluar su papel en la desnitrificación. Los resultados obtenidos en esta tesis permitieron determinar que el sulfuro actúa como inhibidor de la nitrificación. El TRH en este sistema tiene gran influencia, siendo necesarios TRH mayores a 16 h para disminuir el efecto inhibidor del sulfuro. También, se determinó que el tiosulfato no actuó como inhibidor de la nitrificación. Asimismo, se observó que además de los ácidos grasos volátiles, el sulfuro y el metano disuelto participan como dadores de electrones en la desnitrificación, observándose una mayor afinidad por el sulfuro que por los ácidos grasos volátiles. El seguimiento del proceso de eliminación biológica de fósforo ha permitido observar que los organismos acumuladores de polifosfatos presentan una elevada tolerancia a los cambios ambientales y operacionales experimentados en el sistema estudiado. Los resultados de esta tesis ponen de manifiesto que es posible combinar tratamientos anaerobios con sistemas de fangos activados y tratar efluentes provenientes de reactores anaerobios con un alto contenido de sulfuro. Esta combinación es de gran interés y presenta una alternativa tecnológicamente viable que permitiría la reutilización del agua tratada para varios usos.