Granulación aerobia

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.

A granulación aerobia é un tratamento biolóxico utilizado nas estacións depuradoras de augas residuais que adoita utilizar sistemas baseados en lodos activos. Estes sistemas xeralmente requiren grandes superficies para a implantación das diversas unidades de tratamento e posterior separación da biomasa, debido á pobre sedimentabilidade dos lodos. Nos últimos anos desenvolvéronse novas tecnoloxías buscando melloras nestes sistemas.

Gránulos Aerobios

Biomasa aerobia granular[editar | editar a fonte]

Unha definición para distinguir entre un gránulo aerobio e un simple flóculo con boa sedimentabilidade foi proposta nos debates que tiveron lugar durante o 1st IWA-Workshop Aerobic Granular Sludge en Múnic (2004) e di:

Os gránulos que forman un lodo granular aerobio son agregados de orixe microbiano que non coagulan en condicións de baixo estrés hidrodinámico e que sedimentan significativamente máis rápido que os flóculos de lodo activo. (de Kreuk et al. 2005[1])"

Formación dos gránulos aerobios[editar | editar a fonte]

Reactor SBR, con gránulos aerobios

A biomasa granular aerobia fórmase en reactores descontinuos secuenciais (Sequencing Batch Reactors, SBR) sen materiais de soporte. Estes sistemas cumpren os requirimentos necesarios para a formación dos gránulos, como son:

Períodos de saciedade-fame: empréganse tempos curtos de alimentación para crear períodos de saciedade seguidos de períodos de fame (Beun et al. 1999[2]), caracterizados pola presenza ou ausencia de materia orgánica no medio líquido, respectivamente. Con esta estratexia de alimentación obtense a selección dos microorganismos adecuados para a formación dos gránulos. Cando a concentración de substrato no medio líquido é alta, os organismos que forman gránulos poden almacenar materia orgánica en forma de poly-''β''-hidroxibutirato que poden consumir no período de fame, por tanto estes organismos estarán en vantaxe nesas condicións sobre os organismos filamentosos.
Tempos curtos de sedimentación: esta presión selectiva hidráulica sobre os microorganismos permite reter a biomasa granular dentro do reactor, mentres a biomasa floculenta é lavada. (Qin et al. 2004[3])
Estrés hidrodinámico: as probas amosan que a aplicación de altas forzas de corte favorece a formación de gránulos aerobios e mellora as características físicas dos mesmos. Os gránulos soamente se forman con valores de esforzo cortante superiores a un valor umbral de 1,2 cm/s en términos de velocidade superficial ascensional do aire nun reactor SBR. Fórmanse gránulos máis regulares, más redondeados e máis compactos canto máis alta sexa a forza de corte hidrodinámica. (Tay et al., 2001[4] ).

Vantaxes[editar | editar a fonte]

O desenvolvemento de biomasa en forma de gránulos aerobios ten sido obxecto de estudo debido ás súas aplicacións na eliminación de materia orgánica e compostos de nitróxeno e fósforo das augas residuais. Os gránulos aerobios en reactores SBR presentan varias vantaxes comparados cos tratamentos convencionais de lodos activos:

Estabilidade e flexibilidade: Os sistemas SBR poden adaptarse a condicións flutuantes, permitindo evitar sobrecargas e tóxicos.
Excelente sedimentabilidade: Precisase un sedimentador secundario máis pequeno en comparación cos lodos activos convencionais, isto tradúcese en menores requirimentos de superficie para a construción da estación de tratamento.
Boa retención da biomasa: Pódense alcanzar concentracións de biomasa máis altas dentro do reactor polo que se poden tratar maiores cargas de substrato.
Presencia de zonas aerobias e anóxicas dentro dos gránulos que permiten realizar diferentes procesos biolóxicos no mesmo sistema. (Beun et al. 1999[5] )
O custo de operación dunha planta de tratamento de augas residuais traballando con lodo aerobio en forma granular pode ser un 20% menor que traballando con lodos activos convencionais. O espazo requirido pode reducirse ata un 75%. (de Kreuk et al., 2004[6]).

Tratamento de augas residuais industriais[editar | editar a fonte]

Nos traballos realizados con gránulos aerobios empregouse principalmente augas sintéticas. Estes traballos estaban enfocados principalmente no estudo da formación dos gránulos, na súa estabilidade e na eficiencia da eliminación de nutrientes baixo diferentes condicións de operación, ademais da súa potencialidade na eliminación de compostos tóxicos. O potencial desta tecnoloxía para o tratamento de augas residuais industriais estase a estudar. Algúns resultados destes estudos son:

  • Arrojo et al. (2004)[7] operaron dous reactores alimentados con augas industriais procedentes dun laboratorio de análises de produtos lácteos: DQO total: 1500-3000 mg/L; DQO soluble: 300-1500 mg/L; Nitróxeno total: 50-200 mg/L). Aplicáronse cargas orgánicas e de nitróxeno de 7 g DQO/(L·d) e 0,7 g N/(L·d) respectivamente, conseguíndose eficacias de eliminación do 80%.
  • Cassidy e Belia (2005)[8] obtiveron eficacias na eliminación da DQO e do fósforo de ata o 98%. Para o nitróxeno e os sólidos solubles volátiles (SSV) de ata o 97%. Empregouse un reactor granular alimentado con augas residuais dun matadoiro. (DQO total: 7685 mg/L; DQO soluble: 5163 mg/L; TKN: 1057 mg/L y SSV: 1520 mg/L). Para obter estas altas eficacias de eliminación operouse o reactor cun nivel de saturación de osíxeno disolto (OD) do 40%, este é o valor óptimo determinado por Beun et al.(2001) para a eliminación de nitróxeno. Empregouse un período de alimentación anaerobio, o que axuda a manter a estabilidade dos gránulos cando a concentración de OD está limitada.
  • Schwarzenbeck et al. (2004)[9] trataron augas residuais procedentes da industria cervexeira, cunha alta concentración de materia orgánica particulada (0,9 g SST/L). Atopouse que as partículas cun diámetro medio menor que 25-50 µm eliminábanse cunha eficacia do 80%, mentres que partículas con diámetros maiores que 50 µm soamente alcanzábanse eficacias do 40%. A capacidade dos gránulos aerobios de eliminar materia orgánica particulada débese á incorporación de estas partículas na matriz da biopelícula e á actividade metabólica da poboación de protozoos que cobren a superficie dos gránulos.
  • Inizan et al. (2005)[10] trataron augas industriais procedentes de industrias farmacéuticas e observaron que os sólidos suspendidos na auga de entrada do sistema non eran eliminados no reactor.
  • Tsuneda et al. (2006)[11] , trataron augas residuais procedentes dunha refinería de metais (1.0-1.5 g NH4+-N/L e ata 22 g/L de sulfato de sodio), obtendo unha eliminación de nitróxeno de 1,0 kg-N/m³·d cunha eficacia do 95% nun sistema contendo gránulos autotróficos.

Estudos en planta piloto[editar | editar a fonte]

A tecnoloxía de granulación aerobia para a aplicación no tratamento de augas residuais está amplamente desenvolta a escala de laboratorio. A experiencia en sistemas a gran escala é máis limitada, pero varias institucións realizan esforzos para desenvolver esta tecnoloxía.

  • Desde 1999, DHV Water, a Delft University of technology (TUD), a STW (Dutch Foundation for Applied Technology) e a STOWA (Dutch Foundation for Applied Water Research) traballan conxuntamente no desenvolvemento da tecnoloxía de lodos granulares aerobios (Nereda™). Basrándose nos resultados obtidos, púxose en funcionamiento unha planta piloto en setembro de 2003 en Ede (Holanda). O corazón da instalación consiste en dous reactores biolóxicos paralelos de 6 m de alto e 0,6 m de diámetro, operando cun volume de 1,5 m³.
  • A apartir de lodo granular aerobio, pero empregando un sistema de retención para os gránulos, o IRSA (Istituto di Ricerca Sulle Acque, Italia) desenvolveu un reactor granular con biofiltros operando por cargas secuenciales (SBBGR) cun volume de 3,1m³. Leváronse a cabo diferentes estudos nunha planta de tratamento de augas residuais localizada en Italia.
  • A tecnoloxía ARGUS Aerobic Granules Upgrade System basease no emprego de gránulos aerobios preparados en laboratorio, que se engaden posteriormente no sistema principal. Os gránulos fórmanse en pequenos biorreactores chamados propagadores e enchen o 2 ou 3% do reactor principal. Este sistema emprégase nunha planta piloto con un volume de 2,7 m³ localizada nunha industria farmacéutica en Hungría.
  • O Grupo de Enxeñería Ambiental e Bioprocesos da Universidade de Santiago de Compostela ten en marcha dende inicios do 2008 unha planta piloto de 100 L para a investigación da granulación aerobia.

Os estudos de viabilidade mostran que a tecnoloxía de lodos granulares aerobios pode ser moi prometedora (de Bruin et al., 2004[12] ). Baseándose no custe anual dun reactor granular (GSBR) con pre-tratamento e un GSBR con post-tratamento, estes sistemas son máis viabiles nun 6-16% Unha análise de sensibilidade amosa que a tecnoloxía de lodos granulares é menos sensible ó precio do chan, e máis sensible ós fluxos de augas pluviales. Debido á alta carga volumétrica que se pode tratar nun GSBR, a superficie necesaria é de sólo un 25% comparada cos sistemas tradicionais de referencia. Con todo, os sistemas GSBR soamente con tratamento primario non poden alcanzar os actuais estándares de depuración de augas residuais urbás, principalmente debido ó exceso de sólidos en suspensión no efluente que superas os valores límite de emisión. Estes sólidos proveñen do lavado da biomasa non fácilmente sedimentable.

Notas[editar | editar a fonte]

  1. de Kreuk M.K., McSwain B.S., Bathe S., Tay S.T.L., Schwarzenbeck and Wilderer P.A. (2005). Discussion outcomes. Ede. In: Aerobic Granular Sludge. Water and Environmental Management Series. IWA Publishing. Múnic, pp.165-169)
  2. Beun J.J., Hendriks A., Van Loosdrecht M.C.M., Morgenroth E., Wilderer P.A. and Heijnen J.J. (1999). Aerobic granulation in a sequencing batch reactor. Water Research, Vol. 33, No. 10, pp. 2283-2290.
  3. Qin L. Liu Y. and Tay J-H (2004). Effect of settling time on aerobic granulation in sequencing batch reactor. Biochemical Engineering Journal, Vol. 21, No. 1, pp. 47-52.
  4. Tay J.-H., Liu Q.-S. and Liu Y. (2001). The effects of shear force on the formation, structure and metabolism of aerobic granules. Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 57, Nos. 1-2, pp. 227-233.
  5. Beun J.J., Hendriks A., Van Loosdrecht M.C.M., Morgenroth E., Wilderer P.A. and Heijnen J.J. (1999). Aerobic granulation in a sequencing batch reactor. Water Research, Vol. 33, No. 10, pp. 2283-2290.
  6. de Kreuk, M.K., Bruin L.M.M. and van Loosdrecht M.C.M. (2004). Aerobic granular sludge: From idea to pilot plant. In Wilderer, P.A. (Ed.), Granules 2004. IWA workshop Aerobic Granular Sludge, Technical University of Munich, 26-28 September 2004 (pp. 1-12). London: IWA.
  7. Arrojo B., Mosquera-Corral A., Garrido J.M. and Méndez R. (2004) Aerobic granulation with industrial wastewater in sequencing batch reactors. Water Research, Vol. 38, Nos. 14-15, pp. 3389 – 3399
  8. Cassidy D.P. and Belia E. (2005). Nitrogen and phosphorus removal from an abattoir wastewater in a SBR with aerobic granular sludge. Water Research, Vol. 39, No. 19, pp. 4817-4823.
  9. Schwarzenbeck N., Erley R. and Wilderer P.A. (2004). Aerobic granular sludge in an SBR-system treating wastewater rich in particulate matter. Water Science and Technology, Vol. 49, Nos. 11-12, pp. 41-46.
  10. Inizan M., Freval A., Cigana J. and Meinhold J. (2005). Aerobic granulation in a sequencing batch reactor (SBR) for industrial wastewater treatment. Water Science and Technology, Vol. 52, Nos. 10-11, pp. 335-343.
  11. Tsuneda S., Ogiwara M., Ejiri Y. and Hirata A. (2006). High-rate nitrification using aerobic granular sludge. Water Science and Technology, 53 (3), 147-154.
  12. de Bruin L.M.M., de Kreuk M.K., van der Roest H.F.R., Uijterlinde C. and van Loosdrecht M.C.M. (2004). Aerobic granular sludge technology: and alternative to activated sludge. Water Science and Technology, Vol. 49, Nos. 11-12, pp. 1–7)

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]