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PROCESOS BIOLÓGICOS AEROBIOS
Nombre: Dr. Julián Carrera Muyo
Institución: Universitat Autònoma de Barcelona(España)
Curso sobre tratamiento y reciclaje de aguas residuales industriales
mediante soluciones sostenibles – Montevideo 23-24 agosto 2016

¿QUÉ ES UN PROCESO AEROBIO?
 PROCESO BIOLÓGICO

Se producen de forma natural en ríos, estuarios,
mares, etc.
En tratamiento de aguas residuales,
intensificamos el proceso en reactores aerobios.

Es esencial el rendimiento (Y), ya que marca:
1) La cantidad de nueva biomasa formada (residuo)
2) La cantidad de oxígeno requerido

¿Cuántos kilogramos de oxígeno se requieren
para oxidar un kilogramo de DQO?
¿Cómo se aporta el oxígeno a los reactores
aerobios?

¿POR QUÉ Y CUANDO SE UTILIZAN?
Los procesos biológicos son más económicos que los procesos
físico-químicos.
Los procesos biológicos pueden ser aerobios y anaerobios.
Los procesos biológicos aerobios consumen más energía que los
anaerobios pero también consiguen mayores eficacias de
eliminación y pueden eliminar materia orgánica y nutrientes.

¿QUÉ SE ELIMINA?
Se elimina, esencialmente, materia orgánica que suele medirse
en forma de Demanda Química de Oxígeno (DQO).
También se suele utilizar la Demanda Biológica de Oxígeno
(DBO) pero es un análisis con muchos problemas.
Además, se pueden eliminar nutrientes, básicamente, nitrógeno
y fósforo.

¿QUÉ SE ELIMINA?
Tipos de DQO Significado
DQO total Toda la materia orgánica (MO)
DQO particulada La MO en forma sólida
DQO coloidal La MO en forma coloidal
DQO soluble La MO disuelta en el agua
DQO biodegradable La MO que puede eliminarse en
el proceso biológico
DQO no biodegradable La MO que no puede eliminarse
en el proceso biológico
DQO fácilmente biodegradable La MO biodegradable de forma
rápida
DQO difícilmente biodegradable La MO biodegradable de forma
lenta
 La DQO se puede clasificar en diferentes categorías:

LODOS ACTIVOS
 Hace 100 años, Ardern y Lockett descubrieron los lodos
activos y, con ello, como depurar las aguas residuales

LODOS ACTIVOS
 La estructura esencial de los lodos activos son los
flóculos de bacterias pero también hay protozoos que
se alimentan de bacterias y juegan un papel esencial

LODOS ACTIVOS
 El esquema básico es un reactor aerobio y un
sedimentador

LODOS ACTIVOS
 En el reactor aerobio ocurre el proceso biológico y en el
sedimentador se separa la biomasa del agua depurada.
 En un sistema de lodos activos son fundamentales varios
parámetros operacionales: tiempo de residencia hidráulico,
tiempo de residencia celular, relación de recirculación,
concentración de oxígeno disuelto, carga orgánica, etc.

LODOS ACTIVOS
 El tiempo de residencia
hidráulico (TRH) y la carga
orgánica se calculan según:

LODOS ACTIVOS
 El tiempo de residencia
celular (TRH) se calcula
según:

LODOS ACTIVOS
 Los lodos activos siempre se diseñan juntos con otras
operaciones asociadas: pre-tratamiento, desinfección, etc.
 El sedimentador puede substituirse por una membrana.

LODOS ACTIVOS
 Los lodos activos también pueden diseñarse para eliminar
nitrógeno además de materia orgánica.

LODOS ACTIVOS

GRÁNULOS AEROBIOS
 GRÁNULOS AEROBIOS
 ¿Qué es la biomasa granular aerobia?
 ¿Para qué sirve? ¿Cuáles son sus ventajas?
 ¿Por qué es una tecnología de futuro?

GRÁNULOS AEROBIOS
 ¿Qué es la biomasa granular aerobia?
2 mm
 Son agregados de origen
microbiano, que sedimentan
mucho más rápido que los
lodos activos y que se forman
bajo condiciones de estrés
hidrodinámico

GRÁNULOS AEROBIOS
 La formación de gránulos aerobios se realiza, casi
siempre, en reactores discontinuos secuenciados (SBR)
y utilizando una o varias de estas técnicas:
a) Régimen FEAST-FAMINE
b) Bajo tiempo de sedimentación
c) Altas fuerzas de estrés hidrodinámico conseguidas con la
velocidad ascensional del aire

GRÁNULOS AEROBIOS
Biomasa floculenta
Agregado microbiano poco
denso
Adecuadacapacidad
sedimentación
ɸ: < 0.2 mm
IVL: 100-200 mL g-1
VS: 8-10 m h-1
Biomasa granular
Agregado microbiano
compacto y denso
Excelentecapacidad
sedimentación
ɸ: > 0.2 mm
IVL: < 50 mL g-1
VS: 50-100 m h-1

 Diversos sectores industriales producen efluentes que contienen
nitrógeno amoniacal y compuestos fenólicos.
 Los tratamientos físico-químicos actuales son caros y no
completamente efectivos.
GRÁNULOS AEROBIOS
 ¿Para qué sirve? ¿Cuáles son sus ventajas?

GRÁNULOS AEROBIOS
 Los actuales sistemas de depuración biológicos basados en
lodos activos no pueden hacer frente, en numerosas ocasiones,
a estos efluentes industriales.
 Uno de los principales problemas es la inhibición de la
nitrificación.

GRÁNULOS AEROBIOS
ELEVADO
REQUERIMIENTO
DE MATERIA
ORGÁNICA
Y ALTA
GENERACIÓN
LODOS
NITRIFICACIÓN
NH4
+
AOB
NO2
-
NO3
-
NOB
2
NO -
N2
DESNITRIFICACIÓN
 ¿Cómo se puede realizar la
eliminación biológica de
nitrógeno?
ELEVADO
REQUERIMIENTO
OXIGENO

GRÁNULOS AEROBIOS
NITRIFICACIÓN
PARCIAL AHORRO DE
HASTA UN 25% EN
LA CANTIDAD
DE
OXÍGENO
REQUERIDO
AHORRO DE ENTRE
UN 30-40% EN EL
REQUERIMIENTO DE
MATERIA ORGÁNICA
Y EN LA PRODUCCIÓN
DE LODOS
DESNITRIFICACIÓN
HETEROTRÓFICA
VIA NITRITO
4
NH +
AOB
2
NO -
3
NOB
2
NO -
N2
Limitar la
actividad de la
población
nitrito-oxidante
Evitar la
formNaOci-
ónde
nitrato
 ¿Existen otras alternativas?

NITRITACIÓN
PARCIAL
(sólo se
oxida el 50% de
todo el amonio)
AHORRO DE > 50%
EN LA CANTIDAD
DE OXÍGENO
REQUERIDO
NO SE REQUIERE
MATERIA
ORGÁNICA Y LA
PRODUCCIÓN
DE LODOS ES MÍNIMA
DESNITRIFICACIÓN
AUTÓTROFA
(PROCESO
ANAMMOX)
4
NH +
2
NO -
4
NH +
NO3
-
N2
ANAMMOX
GRÁNULOS AEROBIOS
 ¿Existen otras alternativas?

GRÁNULOS AEROBIOS
 ¿Qué son las bacterias Anammox?
 Bacterias autotróficas y
estrictamente anaerobias
 Obtienen la energía del
consumo de nitrito y amonio
en una relación
estequiométrica de 1.3:1
 Crecimiento lento
 Tendencia a agruparse en
forma granular

[amonio] [amonio]
[fenoles] ↓↓
[amonio] ↓↓
[nitrito] ↓↓
 Un sistema de dos etapas con biomasa
granular:
nitritación parcial con eliminación de
fenoles + anammox
GRÁNULOS AEROBIOS
 ¿Por qué los gránulos aerobios son una tecnología de
futuro?
[fenoles] [nitrito] [nitrato]

GRÁNULOS AEROBIOS
 ¿Cuál es la estrategia para alcanzar un reactor
granular aerobio con varias capacidades?
[N-NH4
+] = 1 g L-1
[N-NO2
-] = 0.5 g L-1
[N-NH4
+] = 0.5 g L-1
 Partimos de un
reactor granular
nitrificante que
produce un efluente
con una relación 1:1
de nitrito/amonio
(anammox)

2
[N-NH4
+] = 0.5 g L-1
[N-NO -] = 0.5 g L-1  Esperamos
conseguir unos
gránulos aerobios
complejos con
amonio-oxidantes y
degradadores de
fenoles
GRÁNULOS AEROBIOS
 Bioaumentamos el reactor con
bacterias degradadoras de fenoles
[N-NH4
+] = 1 g L-1

GRÁNULOS AEROBIOS
 En unas semanas se alcanza el objetivo pretendido
[o-cresol] = 0.1 g L-1
[N-NH4
+] = 1 g L-1
[N-NO2
-] = 0.5 g L-1
[N-NH4
+] = 0.5 g L-1
[o-cresol] = 0 g L-1
[N-NH4
+] = 1 g L-1
4
[N-NH +] = 0.5 g L-1
2
[N-NO -] = 0.5 g L-1

GRÁNULOS AEROBIOS
N-concentration
(mg
L
-1
)
200
400
600
800
4
[N-NH +
] effluent
2
[N-NO -
] effluent
3
[N-NO -
] effluent
4
[N-NH +
] influent
N-loading
rate
4
(g
N-NH
+
L
-1
d
-
1
)
0.3
0.0
1000
0.6
0.9
1.2
1.5
-
+
Ratio
[N-NO
2
]/[N-NH
4
]
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
3.0
2.5
N-loading rate
[N-NO -
]/[N-NH +
]
2 4
0 25 50 75
Time (day)
100 125 150
[o-cresol]
(mg
L
-1
)
0
200
900
400
0
1000
[o-cresol] effluent
[o-cresol] influent
A
B
C
 Alta carga de nitrógeno
 Adecuada relación
nitrito/amonio para un
posterior reactorAnammox
 Sin nitrato en el efluente
 Completa eliminación del o-
cresol incluyendo grandes
choques de carga

Universal NOB
AOB Acinetobacter
Acinetobacter
NH4
+
Compuestos fenólicos
AOB
O2
GRÁNULOS AEROBIOS
 ¿Cuál es la clave del éxito?
 Corte transversal gránulo + FISH (hibridación fluorescente in situ)

TRATAMIENTO Y RECICLAJE DE AGUAS INDUSTRIALES
MEDIANTE SOLUCIONES SOSTENIBLES FUNDAMENTADAS
EN PROCESOS BIOLÓGICOS. RED TEMÁTICA 316RT0508
Financiado por:

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