PUESTA EN MARCHA Y OPERACIÓN DE UN REACTOR UASB HÍBRIDO DESNITRIFICANTE AUTOTROFO A PARTIR DE NITRATO

Abstract

Various anthropogenic activities generate effluent discharges with high levels of contaminants such as sulfur compounds, nitrogen, phosphorus, etc., causing an environmental imbalance in the ecosystem, mainly in underground and surface bodies of water, in addition to the imbalance own cycles natural. There are alternatives physicochemical to capture contaminants in effluents but they have the disadvantage of moving the problem from one medium to another without removing alternatives. This drawback does not occur in biological processes, since the contaminant is used in the metabolism of microorganisms and finally changed into harmless environmental compounds. Within the different biological processes that may be used there are autotrophic denitrification, where microorganisms reduce nitrogen compounds such as nitrate and nitrite, and oxidized sulfur as elemental sulfur and thiosulfate compounds, producing chemical species such as nitrogen gas and sulfate, having the advantage that they are harmless to the environment. This work consists in the implementation and operation of a hybrid anaerobic up flow reactor (UASB hybrid) laboratory scale, fed with synthetic wastewater containing nitrate and thiosulfate to perform autotrophic denitrification, and is part of the project FONDECYT Nº1130108 - 2013 "Simultaneous bio-elimination of nitrogen and sulfur in the Presence and absence of complex organic matter". The reactor with a working volume of 1,7 [L], was fed with synthetic wastewater at different speeds increasing nitrogen load (VCN) 0,1 [Kg N/m3/d] and to obtain the maximum tolerated by the system. To determine the removal efficiency of denitrification concentrations of nitrate, sulphate and thiosulphate were measured in the reactor effluent, in addition to the pH during the entire operation. The operation was continued for 92 days, with a S/N ratio of 6,51 (condition limiting nitrate), where the temperature was maintained around 33°C and pH values close to 7,4. The maximum VCN reached by the reactor is 0,8 [Kg N/m3/d] before destabilization with a removal efficiency of 77% nitrate, sulfate production 1150 [mg/L] (50% of theory) and concentration of thiosulfate 960 [mg/L] in the effluent (97% theoretical consumption), with a TRH equal to 5,9 [h]. However, VCN 0,5 [Kg N/m3/d] improved production and removal of compounds, corresponding to a removal efficiency of 83% nitrate, sulfate production of 1930 [mg/L] was observed (84% of theory) and thiosulfate concentration 1090 [mg/L] (87% theoretical consumption) in the effluent, with TRH equal to 9,5 [h]. According to the study removal of contaminants in reactors with the same power and right S/N, it is noted that the fixed bed reactor with up flow with zeolite supports greater VCN of operation compared with the hybrid UASB. To continue the study on this technology, it is recommended to increase vs 1 [m/h] if the settling properties of microorganisms is higher, to increase turbulence and transfer between microorganisms and contaminants from the effluent, together with the measurement nitrite and sulfite to determine existence of intermediates.Diversas actividades antropogénicas generan descargas de efluentes con altos contenidos de contaminantes tales como: compuestos de azufre, nitrógeno, fósforo, etc., provocando un desequilibrio ambiental en los ecosistemas, principalmente en cuerpos de aguas subterráneos y superficiales, además del desbalance de los propios ciclos naturales. Existen alternativas físico-químicas para capturar los contaminantes en los efluentes pero éstas tienen la desventaja que trasladan el problema de un medio a otro sin eliminarlo. Este inconveniente no se produce en los procesos biológicos, ya que el contaminante es utilizado en el metabolismo de los microorganismos y transformado finalmente en compuestos inocuos al medio ambiente. Dentro de los diferentes procesos biológicos que pueden utilizarse existe la desnitrificación autótrofa, donde microorganismos reducen compuestos de nitrógeno como nitrato y nitrito, y oxidan compuestos de azufre como tiosulfato y azufre elemental, produciendo especies químicas como el gas nitrógeno y el sulfato, presentando la ventaja de que éstos son inocuos en el medio ambiente. Este trabajo consiste en la puesta en marcha y operación de un reactor anaerobio de flujo ascendente híbrido (UASB híbrido) a escala de laboratorio, alimentado con agua residual sintética conteniendo nitrato y tiosulfato para llevar a cabo la desnitrificación autótrofa, y se enmarca dentro del proyecto FONDECYT Nº1130108 – 2013 “Simultaneous bio-elimination of nitrogen and sulphur in the presence and absence of complex organic matter”. El reactor con un volumen útil de 1,7 [L], se alimentó con agua residual sintética a diferentes velocidades de carga nitrogenada (VCN) creciente desde 0,1 [Kg N/m3/d] y hasta obtener la máxima tolerada por el sistema. Para determinar la eficiencia de remoción de la desnitrificación se midieron las concentraciones de nitrato, tiosulfato y sulfato en el efluente del reactor, además del pH durante toda la operación. La operación fue continua durante 92 días, con una razón S/N de 6,51 (condición nitrato limitante), donde la temperatura se mantuvo alrededor de 33°C y el pH con valores cercanos a 7,4. La VCN máxima alcanzada por el reactor es de 0,8 [Kg N/m3/d] antes de su desestabilización con una eficiencia de remoción de nitrato del 77%, producción de sulfato de 1150 [mg/L] (50% del teórico) y concentración de tiosulfato de 960 [mg/L] en el efluente (consumo del 97% teórico), con un TRH igual a 5,9 [h]. Sin embargo, a VCN de 0,5 [Kg N/m3/d] se observó una mejor remoción y producción de los compuestos, correspondiente a una eficiencia de remoción de nitrato de 83%, producción de sulfato de 1930 [mg/L] (84% del teórico) y concentración de tiosulfato de 1090 [mg/L] (consumo del 87% teórico) en el efluente, con un TRH igual a 9,5 [h]. Según el estudio de la remoción de contaminantes en otros reactores con la misma alimentación y razón S/N, se destaca que el reactor de lecho fijo con flujo ascendente con zeolita soporta una mayor VCN de operación en comparación con el UASB híbrido. Para continuar con el estudio en este tipo de tecnología, se recomienda aumentar la vs a 1[m/h] si la sedimentabilidad de los microorganismos es mayor, para aumentar turbulencia y transferencia de materia entre microorganismos y contaminantes del afluente, junto con la medición de nitrito y sulfito para determinar existencia de compuestos intermedios.