Characterization of s-oxidizing biomass through respirometric techniques under anoxic and aerobic conditions

Resumen

La monitorització de l’activitat biològica en biofiltres percoladors és complexa ja que implica l’estimació de la concentració de biomassa i el rendiment de creixement. Aquestes dades no són senzilles de calcular quan la biomassa creix de forma immobilitzada. En aquesta tesi es porta a terme la caracterització de biomassa sulfuroxidant extreta de diferents biofiltres percoladors, emprats per a la desulfuració de biogas, a través de tècniques respiromètriques i titrimètriques. Durant l’estudi realitzat amb biomassa SO-NR i tiosulfat com a donador d’electrons, no es va observar competència entre el consum de nitrat i de nitrit. Els productes finals de la reacció depenien de la relació inicial S2O3 2--S/NO3 --N però aquesta relació no tenia efectes sobre les velocitats de consum de tiosulfat ni de desnitrificació. Dels perfils respiromètrics també es va observar que els consums específics de nitrit depenien de les característiques de la biomassa. La respirometria anòxica acoblada a la titrimetria va ser la metodologia emprada per a resoldre l’estequiometria de la desnitrificació en dues etapes (NO3-NO2- N2). El model cinètic proposat per a descriure la desnitrificació es va calibrar i validar estimant els paràmetres cinètics que descrivien els perfils respiromètrics fent servir nitrat i nitrit amb biomassa aclimatada i no aclimatada a nitrit. Finalment, un cop a desnitrificació va ser ben caracteritzada, es va utilitzar sulfur com a donador d’electrons i es va proposar, calibrar i validar un model cinètic que descrivís completament el procés biològic. Un cop caracteritzada la biomassa SO-NR es va utilitzar la respirometria LFS per a estudiar els mecanismes implicats a la oxidació biològica de sulfur i sofre en condicions aeròbies. Fenòmens com l’stripping o oxidació química del suflur també es va caracteritzar ja que podien interferir a la mesura de l’activitat biològica. L’estequiometria del procés així com els mecanismes de degradació i el model cinètic es van proposar. El model es va calibrar i validar amb els perfils respiromètrics sense incloure cap selectivitat cap a la formació de sofre o sulfat en funció de la relació O2/S disponible. Es va observar que els bacteris consumien preferentment el sulfur tot i haver un excés d’oxigen al medi. En aquest cas es va utilitzar un model de consum de partícules per a descriure la oxidació del sofre ja que l’equació de Monod no descrivia un perfil tan sensible com el de l’oxigen dissolt. L’últim estudi inclòs en aquesta tesi és el d’aplicació d’una tècnica novedosa, la respirometria heterogènia, per a avaluar l’activitat biològica de les cèl·lules en estat immobilitzat. Es van estudiar els fenòmens de transferència de matèria, així com l’activitat sulfur-oxidant amb dos tipus de material de rebliment obtinguts de biofiltres percoladors. Es va desenvolupar un model matemàtic per a determinar els coeficients cinètics així com les propietats morfològiques del biofilm. Es va observar que la difusió de l’oxigen és el pas limitant en aquells biofilms amb elevada activitat biològica.