Tratamiento de aguas grises con lodos aerobios granulares en reactores de lote secuenciado Público Deposited
Los reactores de lote secuenciado (SBR) de lodos aerobios granulares constituyen una tecnología novedosa, con gran potencial de aplicación en el tratamiento de aguas residuales. Se ha demostrado que los SBR son sistemas compactos en los que es posible la eliminación simultánea de materia orgánica y nutrientes, mientras que el lodo granular presenta altos niveles de compactación y sedimentación, junto con la capacidad de resistir compuestos tóxicos y altas cargas orgánicas. Debido a ello, esta tecnología podría ser una opción para el tratamiento descentralizado eficiente de aguas grises, y producir agua tratada para su reutilización in situ. La aplicación de esta estrategia permitiría una reducción de la demanda de agua doméstica, por lo que constituye una alternativa importante y valiosa en países con alta escasez de agua potable. En este trabajo se evaluó el desempeño de un SBR de lodos aerobios granulares para el tratamiento de aguas grises. Se diseñó un experimentó para el cultivo de gránulos aerobios utilizando aguas grises como influente, comparando el proceso de transformación de la biomasa con un sistema de referencia, alimentado con un medio sintético con una fuente de carbono altamente biodegradable. Esto permitió determinar el efecto de la compleja composición de las aguas grises sobre la morfología y las propiedades físicas y cinéticas de la biomasa. Los resultados mostraron que la composición del influente afecta las propiedades de los gránulos. La alimentación con un medio sintético indujo el crecimiento de gránulos con una morfología bien definida y estructura compacta, con un índice volumétrico de lodos (IVL) de 22.4 mL g-1, y una velocidad de sedimentación de zona (ZSV) de 13.1 m h-1; mientras que la alimentación con aguas grises altamente contaminadas condujo al crecimiento de gránulos con pobres propiedades de sedimentación. Se observó que las propiedades de los gránulos cultivados con aguas grises fueron dependientes de la carga orgánica específica (Bx). Cuando el sistema fue operado a los valores más altos de Bx (4.4 kg DQO kgVSS-1 d-1) la biomasa exhibió una morfología filamentosa y las propiedades de sedimentación más bajas (IVL = 165 mL g-1 y ZSV = 10 m h-1), sin embargo la reducción en Bx (2.0 kg DQO kgVSS-1 d-1) indujo una mejora en las propiedades (IVL = 98 mL g- 1 y ZSV = 13 m h-1) y morfología, permitiendo la operación estable. En un segundo experimento se analizó el efecto de la reducción de la duración de la etapa de aireación sobre las propiedades físicas y cinéticas de la biomasa granular. Con la reducción de la etapa de aireación también se acortaron los periodos de ayuno de sustrato, lo cual afectó las propiedades de sedimentación y compactación del lodo granular (25% en el IVL, 15% en la ZSV, 22% en la concentración de biomasa en el gránulo (κg)). Esto llevó a la conclusión de que la existencia de períodos de ayuno es fundamental en el desarrollo de biomasa compacta y estable. Se considera que la operación con altos valores de Bx y períodos cortos de ayuno de sustrato conduce a la existencia de gradientes de difusión del sustrato, que se producen cuando la hidrólisis del sustrato particulado se lleva a cabo localmente, en la superficie de los gránulos, durante la etapa de reacción aerobia. Esta condición evita la difusión de los productos de hidrólisis a las capas internas de los gránulos, debilitando su estructura y promoviendo la competencia de las bacterias formadoras de flóculos con los microorganismos filamentosos.
A novel technology with a great potential on the wastewater treatment field are the sequencing batch reactors (SBR) of aerobic granular sludge. It has been demonstrated that the SBR are compact systems in which it is possible the simultaneous removal of organics and nutrients, whereas the granular sludge presents a high level of compaction and settling velocities, alongside with the ability of resisting toxics and high organic loading rates. Therefore, it is consider that this technology could be an option for the efficient decentralized treatment of greywater and produce treated water for onsite reuse. The application of this strategy would allow a considerable reduction on the domestic water demand, so it is an important and valuable alternative in countries with high water drinking scarcity. In this work it was evaluated the performance of a SBR of aerobic granular sludge for the treatment of greywater. It was designed an experiment for the cultivation of aerobic granules using greywater as feed, comparing the process of transformation of the biomass with a reference system, fed with a synthetic medium containing a highly biodegradable carbon source. This allowed determining the effect of the complex composition of greywater on the morphology and physical and kinetic properties of the biomass. The results shown that the feeding composition affects the properties of the aerobic granules. The feeding with a readily biodegradable synthetic media induced the growth of granules with a well- defined morphology and compact structure, with a sludge volume index (SVI) of 22.4 mL g-1, and a zone settling velocity (ZSV) of 13.1 m h-1, whereas the feeding with a highly load polluted greywater led to the growth of granules with poorer sedimentation properties. It was observed that the properties of the granules cultivated using greywater were dependent of the specific organic loading rate applied (Bx). When the system was operated at the highest Bx (4.4 kg COD kgVSS-1 d-1) the biomass exhibited a filamentous morphology and the lowest sedimentation properties (SVI=165 mL g-1 and ZSV=10 m h-1). However the reduction in Bx (2.0 kg COD kgVSS-1 d-1) induced an improvement in the physical properties (SVI=98 mL g-1 and ZSV=13 m h-1) and morphology to support a stable operation. On a second experiment it was analyzed the effect of the reduction of the aeration stage length on the physical and kinetic properties of the granular biomass. With the reduction of the aeration stage there were also shortened the starvation periods, affecting the granular sludge settling and compaction properties (25 % SVI, 15% ZSV, 22% granule biomass concentration (κg)). This led to the conclusion that the existence of starvation periods is fundamental in the development of compact and stable biomass. It was thought that the operation with high Bx values and short starvation periods leads to the existence of steep substrate diffusion limitation gradients, which are produced when the hydrolysis of the particulate substrate is carried locally, on the surface of the granules, during the aerobic reaction stage. This condition avoids the diffusion of the hydrolysis products to the inner layers of the granules, weakening its structure and promoting the competition of the floc-forming bacteria with the filamentous microorganisms.
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