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Explorando soluciones biológicas para aguas
industriales “complicadas”
Dr. Julián Carrera Muyo
Departamento de Ingeniería Química, Biológica y Ambiental
Universitat Autònoma de Barcelona
Coordinador RED TRITÓN – Programa CYTED
Seminario Técnico
Oviedo 4/5-julio-2019
Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
Diversos sectores industriales producen efluentes que
contienen compuestos fenólicos y nitrógeno amoniacal.
Los tratamientos físico-químicos actuales son caros y no
completamente efectivos.
Seminario Técnico
Oviedo 4/5-julio-2019
Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
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 del proceso
de eliminación de nitrógeno.
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Oviedo 4/5-julio-2019
Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
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
2 mm
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Oviedo 4/5-julio-2019
Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
Reactores más compactos
Mayor resistencia a compuestos inhibitorios y elevadas cargas
orgánicas
Mayor estabilidad ante largos periodos de hambruna
Estratificación de distintas poblaciones celulares
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Oviedo 4/5-julio-2019
Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
Bioaumentación
con bacterias
especializadas
(degradadoras de
compuestos
fenólicos)
bacterias
especializadas
gránulos
¿Cómo obtener gránulos
con capacidades diversas?
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
Biomasa granular
Régimen
continuo de
alimentación
Inoculación con gránulos
nitrificantes
y bioaumentación
Biodegradación
completa o-cresol
con nitritación en el
mismo reactor
Condiciones de operación:
• DO: 3.0-4.0 mg O2 L-1
• pH: 8.0 ± 0.2
• T: 30 ± 0.5 °C
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
Adecuada relación
nitrito/amonio para un
posterior reactor
anammox
Total ausencia de nitrato
Con una alta carga
orgánica de o-cresol
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Oviedo 4/5-julio-2019
Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
Time (day)
136.5 137.0 137.5 138.0 138.5 139.0
[o-c
resol] (
mg L
-1)
0100200300400500600700800900
1000
N-c
oncentr
ation (
mg L
-1)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
[o-cresol] eff
[NH4
+]
[NO2
-]
[NO3
-]
[o-cresol] inf
La biomasa granular aerobia es capaz de hacer frente a
choques de carga de compuestos fenólicos
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
Day-0 Day-123
La granulación se mantiene estable a pesar de la adición
del compuesto fenólico
Tamaño de gránulo:
1.3 mm
Velocidad de
sedimentación: 50 m/h
IVL5: 11 mL/g
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
A B
C D
E
Seno del líquido
Interior del gránulo
Azul – Todas las bacterias Verde – NOB (nitrito a nitrato)
Amarillas – Consumidoras de o-cresol Rojas- AOB (amonio a nitrito)
La clave del éxito es el desarrollo de un gránulo con diversas
poblaciones bacterianas estratificadas
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
Bacterias consumidoras DQOBacterias nitrificantes H
ete
rótr
ofo
s
Ca
pa
lím
ite
de
l lí
qu
ido
Ce
ntr
o d
el g
rán
ulo
Líquido
[SU
BST
RA
TO]
Profundidad Gránulo
Fenoles
NH4+
Nitri
ficante
s
NO2-/ NO3
-
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
¿Puede enfrentarse este tipo de reactor a situaciones de
alternancia de compuestos fenólicos en el efluente?
Es lo que se conoce como Sequentially Alternating Pollutants
(SAP) scenarios y son situaciones comunes en la industria.
Fee
din
g co
mp
osi
tio
ns
Time (day)0 11 37 73 9052
NH4+
o-cresol
NH4+
o-cresol
p-nitrophenol
NH4+
o-cresol
NH4+
o-cresol
phenol
NH4+
o-cresol
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
N-c
oncentr
ation (
mg L
-1)
0
200
400
600
800
1000
Time (day)
0 15 30 45 60 75 90
[o-c
resol] (
mg L
-1)
0
20
40
60
80
100
[PN
P] , [p
henol]
(mg L
-1)
0
4
8
12
16
PNP[NH4
+] eff
[NO2
-] eff
[NO3
-] eff
[NH4
+] inf
[o-cresol] eff
[PNP] eff
[phenol] eff
[o-cresol] inf
[PNP] inf
[phenol] inf
PNP se acumula los
primeros días pero
después es consumido
totalmente
La nitritación parcial
apenas se va
afectada
La eliminación de
o-cresol es siempre
del 100%
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
N-c
oncentr
ation (
mg L
-1)
0
200
400
600
800
1000
Time (day)
0 15 30 45 60 75 90
[o-c
resol] (
mg L
-1)
0
20
40
60
80
100
[PN
P] , [p
henol]
(mg L
-1)
0
4
8
12
16
fenol[NH4
+] eff
[NO2
-] eff
[NO3
-] eff
[NH4
+] inf
[o-cresol] eff
[PNP] eff
[phenol] eff
[o-cresol] inf
[PNP] inf
[phenol] inf
El fenol es
completamente
consumido en
todo momento
La nitritación parcial
no se va afectada
La eliminación de
o-cresol es siempre
del 100%
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
¿Puede enfrentarse este tipo reactor a largos periodos
sin alimentación?
Es una situación que ocurre a veces a escala industrial
(puestas en marcha, vacaciones, accidentes, etc).
Fee
din
g co
mp
osi
tio
ns
Time (day)0 63 78 13590
NH4+
p-nitrophenol
SHUT
DOWN
Batch
A pulse of
NH4+
NH4+
p-nitrophenol
Recovery of NH4
+
oxidation
Recovery of simultaneous
biological processes
Granules left to settle
inside the reactor
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
N-c
on
cen
tratio
n (
mg L
-1)
0
200
400
600
800
1000
NL
RV (
g N
L-1
d-1
)
0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
Time (day)
0 20 40 60 80 100 120
[PN
P]
(mg L
-1)
0
5
10
15
20
PN
P lo
ad
ing
rate
(mg
PN
P L
-1 d
-1)
0
4
8
12
16
20
24
Total Starvation
Batch Mode
Continuous Mode
Continuous Mode
[NH4
+] eff
[NO2
-] eff
[NO3
-] eff
[NH4
+] inf
NLRV
[PNP] eff
[PNP] inf
PNP loading rate
Antes de la parada,
la operación del
reactor granular es
estable con
completa
eliminación del PNP
y nitritación estable
Se hace una parada
total de 10 días, sin
alimento ni aireación
Tras la fase de
parada, se reanuda
la operación en
batch por
precaución
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
N-c
on
cen
tratio
n (
mg L
-1)
0
200
400
600
800
1000
NL
RV (
g N
L-1
d-1
)
0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
Time (day)
0 20 40 60 80 100 120
[PN
P]
(mg L
-1)
0
5
10
15
20
PN
P lo
ad
ing
rate
(mg
PN
P L
-1 d
-1)
0
4
8
12
16
20
24
Total Starvation
Batch Mode
Continuous Mode
Continuous Mode
[NH4
+] eff
[NO2
-] eff
[NO3
-] eff
[NH4
+] inf
NLRV
[PNP] eff
[PNP] inf
PNP loading rate
Finalmente, y en
menos de dos
semanas, el sistema
recupera el mismo
nivel de
funcionamiento que
antes de la parada
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Explorando soluciones biológicas para aguas industriales “complicadas”
La biomasa granular aerobio presenta un buen potencial para el
tratamiento de aguas industriales.
Se pueden formar gránulos aerobios con diferentes poblaciones
microbianas estratificadas, lo que les confiere altas capacidades de
tratamiento.
La biomasa granular aerobio es capaz de hacer frente a situaciones
de composición cambiante del afluente y de hambruna prolongada.
No obstante, es una tecnología incipiente que requiere de detallados
protocolos de puesta en marcha y pruebas a escala piloto en
ambiente relevante.
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Explorando soluciones biológicas para aguas
industriales “complicadas”
Dr. Julián Carrera Muyo
Departamento de Ingeniería Química, Biológica y Ambiental
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