DESNITRIFICACIÓN AUTÓTROFA A PARTIR DE NITRATO EN UN REACTOR EGSB, USANDO TIOSULFATO COMO AGENTE REDUCTOR

Abstract

La actividad industrial desarrollada en las últimas décadas y el intenso uso del recurso hídrico en las actividades humanas han generado diversos problemas ambientales, entre los que se encuentra la alteración a los ciclos naturales del nitrógeno y el azufre. Eutrofización de las aguas, problemas a la salud, toxicidad y acidificación de cuerpos de agua son algunas de las consecuencias del incremento de estos componentes en ecosistemas, aun en pequeñas cantidades. Si a lo anterior se suma la baja disponibilidad de agua dulce en varias regiones del planeta y el constante aumento demográfico, se resalta la necesidad de investigar soluciones y desarrollar tecnologías capaces de mitigar el impacto generado por las actividades humanas y su aporte de compuestos nitrogenados, permitiendo un mejor manejo de este recurso. Si bien existen procesos de eliminación de nitrógeno de aguas residuales, principalmente biológicos que han demostrado su utilidad, éstos generalmente requieren de materia orgánica, la cual debe ser añadida en caso de que el agua a tratar no la posea, además de altas cantidades de oxígeno que incrementan el costo de operación. Por lo tanto, procesos de remoción de nitrógeno en ausencia de materia orgánica y oxígeno aparecen como importantes y prometedoras alternativas capaces de reducir el costo operacional para dichos casos, manteniendo su efectividad. En consecuencia, este trabajo presenta un estudio a escala de laboratorio de un proceso de remoción de nitrógeno a partir de nitrato, utilizando bacterias autótrofas, en un reactor anaerobio de lecho granular expandido (EGSB) de 2,7 [L] construido enteramente de acrílico, utilizando el compuesto tiosulfato como donante de electrones, es decir, mediante la remoción simultánea de ambos compuestos. El trabajo experimental fue dividido en una primera etapa de enriquecimiento fedbatch (realizada en el mismo reactor) que se extendió por 22 días, y una posterior etapa de operación continua que se extendió durante 55 días a tiempo de retención hidráulico (TRH) constante de 1,1 [d], al igual que la velocidad superficial de 5,6 [m/h]. Esta etapa de operación fue desarrollada mediante el incremento paulatino de la velocidad de carga nitrogenada (VCN, 0,088 [𝑘𝑔 𝑁(𝑚3∙𝑑)⁄] inicial), modificando la concentración de nitrógeno en el influente sintético (concentración de 𝑁𝑂3−), de la mano del aumento proporcional de la concentración del resto de los compuestos que forman dicho influente: 𝑁𝑎2𝑆2𝑂3∗5𝐻2𝑂, 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3, 𝑁𝑎2𝐻𝑃𝑂4, 𝐾𝐻2𝑃𝑂4, 𝑁𝐻4𝐶𝑙 y micronutrientes. Se evaluó la respuesta de remoción presentada por la combinación proceso-reactor a través de la medición de sulfato en el influente, y de nitrato y tiosulfato tanto en el influente como en el efluente, para distintas razones S/N y concentraciones de nitrato, manteniendo un pH cercano a 7 y una temperatura cercana a 35℃. Los resultados obtenidos muestran remociones de nitrato mayores al 90% para VCN de hasta 0,75 [𝑘𝑔 𝑁(𝑚3∙𝑑)⁄] y remociones de azufre entre 77% y 85%. Se concluye que razones de alimentación nitrógeno limitantes (sobre 3, 85) son más favorables para la desnitrificación autótrofa y que el sulfato se presenta como un compuesto endógeno inhibidor. Finalmente, se puede mencionar que la operación con flóculos de bacterias desnitrificantes autótrofas en reactores con altas turbulencias, puede presentar problemas de sedimentabilidad, debido a la fragilidad y flotabilidad de los flóculos. Esta memoria se enmarca en el proyecto Fondecyt 1130108 “Simultaneus bio-elimination of nitrogen and sulphur in the presence and absence of complex organic matter”, enfocada en el desarrollo de tecnologías y procesos capaces de remover nitrógeno, azufre y materia orgánica de manera eficiente y económicamente sostenible.