Puesta en marcha de reactor UAF para desnitrificación autótrofa-heterótrofa simultánea

Abstract

La alta concentración de nitrógeno en aguas residuales representa un problema ambiental significativo con impactos adversos en los ecosistemas acuáticos y la salud humana, especialmente en un contexto de cambio climático y sequías. Para abordar esta problemática, se investigaron los procesos de remoción de nitrógeno, destacando la importancia de la desnitrificación mixotrófica. Este proceso ofrece ventajas como alta eficiencia en la remoción de nitrógeno, así como la capacidad de eliminar materia orgánica y compuestos azufrados, resolviendo las desventajas de los procesos de desnitrificación autótrofa y heterótrofa por separado. El propósito de esta memoria, enmarcada dentro del proyecto Fondecyt N°1201258, es la implementación y puesta en marcha de un sistema de desnitrificación mixotrófica en un filtro anaerobio de flujo ascendente (UAF) diseñado para tratar aguas residuales con presencia de nitrógeno, azufre y materia orgánica. Para ello, se realizó el montaje de dos reactores UAF de un volumen total de 800 mL, en donde se inocularon biomasas desnitrificantes autótrofas y heterótrofas previamente enriquecidas por separado en reactores SBR de 3L, y luego se alimentaron con un sustrato sintético que contenía nitrato, acetato y tiosulfato, con una relación C/N de 2,62 mol/mol y S/N de 2,85 mol/mol. La puesta en marcha de los reactores UAF se dividió en dos etapas; primero en formato fed batch para la adherencia microbiana y luego en operación continua hasta la estabilización, la cual se logra obteniendo un porcentaje de remoción de nitrato superior al 90% estable por al menos 3 tiempos de residencia hidráulicos (TRH). El enriquecimiento desnitrificante heterótrofo se operó por 111 días, con una relación de C/N de 2,62 mol/mol, en donde se alcanzó un máximo de remoción de nitrato de 87,11% y un máximo de remoción de materia orgánica de 98,43%. Los reactores UAF se operaron por 114 días, donde el primer reactor logró una remoción máxima de nitrato del 99,78% para una velocidad de carga nitrogenada (VCN) de 0,046 kgN/(m3·d), así como una remoción máxima de tiosulfato del 98,99% y acetato de 100%. El segundo reactor alcanzó una remoción máxima de nitrato del 95,38% para la misma VCN, una remoción máxima de tiosulfato del 47,54% y una remoción máxima de acetato del 100%. La competencia entre las biomasas autótrofa y heterótrofa se analizó mediante la participación relativa en la desnitrificación mixótrofica, la cual fue calculada bajo el supuesto de que el sulfato se producía únicamente a partir de la desnitrificación autótrofa, dando como resultado la cantidad de nitrato removido por ambas biomasas por separado. Se estableció como criterio que el rango de 40% a 60% era indicio de equilibrio en la desnitrificación. En el primer reactor, la participación promedio en la desnitrificación de la biomasa autótrofa y heterótrofa fue de 45,75% y 54,25%, lo que indicó un buen equilibrio según el criterio dado. En el segundo reactor, la participación promedio fue de 23,4% y 76,6% de la biomasa autótrofa y heterótrofa, respectivamente, lo cual indicó mayor dominancia de esta última, lo que sugirió que la alimentación no fue óptima para favorecer la biomasa autótrofa, por lo que la recomendación que nace es de aumentar la relación S/N durante la etapa de operación para potenciar la desnitrificación autótrofa. Ambos reactores completaron la puesta en marcha, ya que lograron una desnitrificación completa de manera estable, aunque el segundo reactor presentó problemas de fuga que alteraron sus resultados. En conclusión, la implementación de un reactor de desnitrificación mixotrófica demostró ser efectiva para reducir los niveles de nitrógeno en las aguas residuales, lo que contribuye a mejorar la calidad del agua y a mitigar los impactos ambientales negativos asociados con la contaminación por nitrógeno.