Optimización del proceso de eliminación biológica de fósforo en un reactor secuencial sbr y análisis comparativo con otras tecnologías

Resumen

Consciente de la problemática asociada a la eutrofización de las masas de aguas en el territorio europeo, la Unión Europea promueve, desde hace más de dos décadas, políticas encaminadas a combatir uno de los principales causantes de este fenómeno, el vertido de aguas residuales urbanas con alto contenido en nutrientes. Por ello, en los últimos años, gran parte de las estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR) han ido incorporando en su diagrama de flujo unidades específicas para la eliminación de nutrientes. En línea con la política europea, la Junta de Andalucía, a través del programa de Proyectos de Excelencia (Convocatoria 2010) de la Consejería de Economía, Innovación y Ciencia, financia el proyecto denominado “Mejoras en el rendimiento de eliminación de fósforo en un reactor secuencial (SBR) para el tratamiento de aguas residuales”, desarrollado por la Fundación CENTA. La presente tesis doctoral, titulada “Optimización del proceso de eliminación biológica de fósforo en un reactor secuencial SBR y análisis comparativo con otras tecnologías”, se constituye como uno de los principales resultados del mismo. Muchos estudios se han dirigido a potenciar la eliminación biológica de fósforo (enhanced biological phosphorous removal, EBPR), pero no han llegado a establecerse con claridad las condiciones ni configuraciones que garanticen la eliminación continua y eficaz del fósforo de los efluentes urbanos. Además, la mayoría de los estudios realizados hasta el momento han sido desarrollados a escala de laboratorio y pocas son las experiencias satisfactorias descritas en plantas de tratamiento reales. Por ello, el objetivo general de esta tesis doctoral es optimizar el funcionamiento de un sistema secuencial de tratamiento de aguas residuales a fin de incrementar el rendimiento en eliminación de fósforo y garantizar un vertido con un riesgo mínimo de eutrofización de masas de agua. Asimismo, se pretende aumentar el grado de conocimiento de la aplicación de estos sistemas secuenciales a escala real y analizar su potencialidad frente a otras tecnologías de tratamiento. Así, inicialmente, se realizan ensayos a escala de laboratorio con el objetivo de optimizar una serie de parámetros de operación, como son la edad del fango, la relación C:P y las pautas de aireación, a fin de fomentar la actividad de bacterias PAO y, por tanto, promover la eliminación biológica de fósforo en estos sistemas. Una vez analizados los distintos parámetros que pueden afectar a los procesos EBPR a escala de laboratorio, y con vistas a alcanzar el objetivo general del presente trabajo de tesis doctoral, se plantea la realización de ensayos en planta piloto a escala real con el doble objetivo de determinar las condiciones óptimas de operación y aumentar la eficiencia energética de este tipo de sistemas. Con el fin de incrementar los rendimientos y aportar estabilidad a las poblaciones microbianas implicadas en la eliminación de fósforo, se diseñan una serie de ensayos encaminados a combinar las características operacionales de los reactores SBR con la mejora en los rendimientos en eliminación simultánea de nitrógeno y fósforo que ofrecen los sistemas de biopelícula, mediante la adopción de sistemas SBBR. Estos estudios se dirigen a evaluar el proceso de colonización de bacterias PAO en distintos tipos de material de soporte (o carrier) y el efecto de sus propiedades físicas y el volumen aplicado en el reactor sobre los rendimientos en eliminación de nutrientes. Asimismo, se compara el funcionamiento de sistemas SBBR de cultivo soportado puro y cultivo híbrido, identificando la duración óptima de cada una de las fases del ciclo de operación (anaerobia, aerobia y anóxica). Otro capítulo de esta tesis se dedica al análisis del estado de implantación de sistemas SBR en España, en especial aquellos diseñados para la eliminación de nutrientes, con el fin de identificar casos de éxito de aplicación de esta tecnología en el tratamiento de aguas residuales urbanas. Por último, la tesis doctoral incluye un análisis comparativo de diferentes sistemas de depuración de aguas residuales, incluyendo los sistemas SBR, no solo en términos de eliminación de fósforo sino incorporando la evaluación de los impactos producidos por las cargas ambientales identificadas en cada uno de estos procesos. La investigación desarrollada pone de manifiesto que la tecnología SBR se constituye como una tecnología apropiada para la eliminación biológica de fósforo a escala real por su propia configuración y versatilidad de operación. Parámetros como la edad de fango, la relación C:P en el influente, la concentración de oxígeno disuelto y potencial redox durante cada una de las fases del ciclo y la duración de las mismas, se consideran clave para el fomento de la población de bacterias PAO así como de su actividad y, por tanto, para el aumento de los rendimientos de eliminación de fósforo por vía biológica. A su vez, se establece que la versatilidad que ofrecen los sistemas SBR los hacen susceptibles para la introducción de innovaciones basadas en el concepto de biopelícula que permiten aumentar los rendimientos en eliminación simultánea de nitrógeno y fósforo.