Estudio de la influencia de la fuente de azufre y de la relación s/n en la desnitrificación simultánea heterótrofa -autótrofa

Abstract

El agua corresponde a un recurso esencial para la vida y actualmente cada vez es más escaso. El deterioro del ecosistema debido al crecimiento de las actividades industriales ha generado un aumento en los residuos líquidos que, al no ser tratados debidamente y depositados en cursos de agua natural, generan un daño irreparable. Esta investigación se enmarca en el proyecto Fondecyt N.º 1201258 “Development of advanced biotechnological processes for the removal of amoniacal nitrogen in the presence of sulfur and organic matter, by using chilean natural zeolites”, cuyo objetivo es desarrollar biotecnología para eliminar nitrógeno, azufre y materia orgánica desde residuos industriales líquidos (Riles), con la utilización de zeolita como soporte microbiano, con bajo costo y alta eficiencia. En este estudio se evaluará la desnitrificación autótrofa (DA) y la desnitrificación heterótrofa (DH) de manera simultánea. Esta investigación se lleva a cabo mediante el uso de dos reactores de lecho fijo con flujo ascendente (UAF) de 0,67 [L] de volumen efectivo, los cuales fueron inoculados con bacterias enriquecidas a una razón de 0,56 (g SSV heterótrofo/g SSV autótrofo). Estos reactores emplean zeolita chilena de 3-5 [mm] como soporte microbiano, brindando así las condiciones adecuadas para el desarrollo y la actividad microbiana necesaria en el proceso de desnitrificación. La operación de los reactores se llevó a cabo durante un periodo continuo de 271 días bajo condiciones controladas. Se mantuvo una temperatura constante de operación de 33±2 [°𝐶], y se alimentó con agua residual sintética con una relación C/N constante de 2,25 [g/g]. La velocidad de carga nitrogenada (VCN) se mantuvo estable en 0,1 [𝑘𝑔 𝑁−𝑁𝑂3−/(𝑚3∙𝑑)]. Se procedió a variar la razón S/N, inicialmente desde a 6,53 a 5,0 [g/g] con tiosulfato de sodio (𝑆2𝑂3 2−) como fuente de azufre. Posteriormente se implementó un cambio progresivo en tres pasos a sulfuro de sodio (𝑆2−) manteniendo constante la relación S/N y finalmente ésta se disminuyó en valores S/N desde 5,0 a 1,43 [g/g] (estequiométrica). Durante la operación con tiosulfato (día 1 al 197), el reactor 1 alcanzó un pH de 7,42±0,11, logrando una remoción de 93,3% de nitrato, 67,3% de tiosulfato y 99% de acetato. Mientras tanto, el reactor 2 se alcanzó un pH de 7,53±0,12, con una remoción de 83,9% de nitrato, 21,1% de tiosulfato y 98,8% de acetato. Destacando la razón S/N de 5,3 con valores de remoción de nitrato de 97,3% y 85,4% para el reactor 1 y 2 respectivamente. En la operación con sulfuro (día 197 al 271), el reactor 1 logró un pH de 7,72±0,10, con una remoción de 98,6% de nitrato, 63,0% de sulfuro y 85,4% de acetato. Por su parte, el reactor 2 alcanzó un pH de 7,85±0,12, con una remoción de 92,1% de nitrato, 56% de sulfuro y 31,3% de acetato. Se destaco la razón S/N de 1,6 con una remoción de 98,8% de nitrato para el reactor 1 y 98,5% para el reactor 2. Los reactores UAF operaron exitosamente con ambas fuentes de azufre, demostrando la posibilidad de desnitrificación heterótrofa autótrofa simultánea trabajando bajo ciertos parámetros de operación específicos. La razón S/N se identificó como una variable operacional crucial con un efecto significativo en la remoción de azufre, nitrógeno y carbono. Sin embargo, el reactor 2 presento una menor remoción de compuestos a lo largo de la operación y se puede deber principalmente a una diferencia en las concentraciones en la inoculación de los microorganismos o también que no haya quedado bien sellado y tenga filtración de oxígeno el cual los microrganismos lo prefieren como donador de electrones. Por otra parte, la zeolita como soporte microbiano aporta a la estabilidad y adaptabilidad de los microorganismos, permitiendo soportar la carga de altas concentraciones de compuestos en el proceso de desnitrificación. Finalmente, como recomendación principal es el cambio de las rejas metálicas circulares de acero inoxidables que van en la superior e inferior del relleno de zeolita, ya que esta última a estas se rompieron durante la operación y hubo un desprendimiento de biomasa, la cual al descender se acumulaba en la entrada de alimentación, por lo que es recomendable hacerlas dobles o de otro material como acrílico para que no se vea afectada la operación.