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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



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.

Seminario Técnico



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

Seminario Técnico



Reactores más compactos

Mayor resistencia a compuestos inhibitorios y elevadas cargas

orgánicas

Mayor estabilidad ante largos periodos de hambruna

Estratificación de distintas poblaciones celulares

Seminario Técnico



Bioaumentación

con bacterias

especializadas

(degradadoras de

compuestos

fenólicos)

bacterias

especializadas

gránulos

¿Cómo obtener gránulos

con capacidades diversas?

Seminario Técnico



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

Seminario Técnico



Adecuada relación

nitrito/amonio para un

posterior reactor

anammox

Total ausencia de nitrato

Con una alta carga

orgánica de o-cresol

Seminario Técnico



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

Seminario Técnico



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

Seminario Técnico



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

Seminario Técnico



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

-

Seminario Técnico



¿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

Seminario Técnico



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%

Seminario Técnico



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%

Seminario Técnico



¿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

Seminario Técnico



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

Seminario Técnico



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

Seminario Técnico



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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industriales “complicadas”

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