En aquesta tesi s’ha estudiat l’eliminació biològica de nitrogen en aigües residuals amb
alta càrrega d’amoni. Aplicant certes condicions d’operació en un sistema de llots actius
es pot aconseguir la nitrificació parcial o nitritació, que és l’oxidació de l’amoni a nitrit,
evitant la conseqüent oxidació d’aquest nitrit a nitrat. Aquesta reducció en el procés de
nitrificació aporta un seguit d’avantatges en front de la nitrificació convencional, tals
com la reducció de les necessitats d’oxigen en la nitrificació i de la matèria orgànica en
la desnitrificació, l’increment de la velocitat de desnitrificació i la reducció de la
producció de biomassa.
Aquesta tesi s’ha presentat com a compendi de publicacions. A continuació es presenta
un breu resum dels articles:
En l’Article I es presenta un sistema de nitrificació parcial format per una planta pilot
amb tres reactors de fangs actius en sèrie. Aquesta planta pilot es va inocular a partir de
llots d’una EDAR urbana i es va operar amb un llaç de control de la càrrega de nitrogen
aplicada que consisteix en la modificació del cabal d’entrada segons els valors d’OUR
mesurat als reactors. Utilitzant aquest llaç de control i treballant amb un temps de
residència cel·lular baix es va aconseguir rentar els bacteris nitrit-oxidants del sistema.
Simultàniament, també es va aconseguir tractar una elevada càrrega d’amoni i es va
demostrar la viabilitat del procés a llarg termini tot obtenint una nitrificació parcial amb
pràcticament només nitrit.
Posteriorment, en l’Article II, es presenta la desnitrificació del corrent de nitrit obtingut
amb el sistema desenvolupat en l’Article I. Aquesta desnitrificació es va realitzar
utilitzant diferents fonts de carboni tals com etanol, glicerol, lixiviats d’abocador i
finalment llots primaris i secundaris fermentats. Aquest estudi es va dur a terme en
reactors discontinus seqüencials (SBR) i es van obtenir bones velocitats de
desnitrificació per totes les fonts de carboni estudiades excepte pels llots secundaris
fermentats.
En l’Article III, es presenta l’estudi de l’efecte d’una llarga aturada del sistema de
nitrificació parcial tot deixant d’alimentar durant 30 dies. Aquest estudi es va realitzar
en quatre reactors discontinus que es van operar en diferents condicions d’aeració.
Durant aquest període de temps es va fer un seguiment de l’activitat dels bacteris
amoni-oxidants mitjançant respirometries i l’anàlisi FISH. Es va observar que és millor
aturar el sistema de nitrificació parcial en condicions anòxiques i, a poder ser, no més de
dues setmanes. Finalment, es va obtenir una recuperació ràpida del sistema utilitzant el
llaç de control per OUR emprat en la planta pilot de l’Article I.
Finalment, en l’Article IV es presenta l’estudi de l’efecte de les inhibicions per amoníac
i per àcid nitrós en els bacteris amoni-oxidants, a més de l’efecte d’aquestes inhibicions
en condicions de limitació per carboni inorgànic. Es va comprovar que la inhibició per
amoníac es pot descriure amb precisió amb al model cinètic Haldane i la inhibició per
àcid nitrós a un model d’inhibició no competitiva. Es va observar que l’efecte
d’aquestes inhibicions s’incrementa en condicions de limitació per carboni inorgànic,
sent molt més gran en el cas de l’àcid nitrós. / En esta tesis se estudia la eliminación biológica de nitrógeno en aguas residuales con
una alta carga de amonio. Aplicando ciertas condiciones de operación en un sistema de
lodos activos se puede conseguir la nitrificación parcial o nitritación, que es la
oxidación del amonio a nitrito, evitando la consecuente oxidación de este nitrito a
nitrato. Esta reducción en el proceso de nitrificación aporta unas ventajas frente a la
nitrificación convencional, tales como la reducción de les necesidades de oxigeno en la
nitrificación y de la materia orgánica en la desnitrificación, el incremento de la
velocidad de desnitrificación y la reducción de la producción de biomasa.
Esta tesis se presenta como compendio de publicaciones. A continuación se presenta un
breve resumen de los artículos:
En el Artículo I se presenta un sistema de nitrificación parcial formado por una planta
piloto con tres reactores de lodos activos en serie. Esta planta piloto se inoculó a partir
de lodos de una EDAR urbana y se operó con un lazo de control de la carga de
nitrógeno aplicada que consiste en la modificación del caudal de entrada según los
valores de OUR medidos en los reactores. Utilizando este lazo de control y trabajando
con un tiempo de residencia celular bajo se consiguió lavar las bacterias nitritooxidantes
del sistema. Simultáneamente, también se consiguió tratar una elevada carga
de amonio y se demostró la viabilidad del proceso a largo plazo obteniendo una
nitrificación parcial con prácticamente solo nitrito.
Posteriormente, en el Artículo II, se presenta la desnitrificación de la corriente de
nitrito obtenida con el sistema desarrollado en el Artículo I. Esta desnitrificación se
realizó utilizando distintas fuentes de carbono tales como etanol, glicerol, lixiviados de
vertedero y finalmente lodos primarios y secundarios fermentados. En este estudio se
utilizaron reactores discontinuos secuenciales (SBR) y se obtuvieron buenas
velocidades de desnitrificación para todas las fuentes de carbono estudiadas excepto
para los lodos secundarios fermentados.
En el Artículo III, se presenta el estudio del efecto de una larga parada del sistema de
nitrificación parcial dejando de alimentar durante 30 días. Este estudio se realizó en
cuatro reactores discontinuos que se operaron en distintas condiciones de aireación.
Durante este período de tiempo se hizo un seguimiento de la actividad de las bacterias
amonio-oxidantes utilizando técnicas respirométricas y el análisis FISH. Se observó que
es mejor parar el sistema de nitrificación parcial en condiciones anóxicas y, a poder ser,
no más de dos semanas. Finalmente, se consiguió una recuperación rápida del sistema
utilizando el lazo de control por OUR utilizado en la planta piloto del Artículo I.
Finalmente, en el Artículo IV se presenta el estudio del efecto de las inhibiciones por
amoníaco y por ácido nitroso en las bacterias amonio-oxidantes, además del efecto de
estas inhibiciones en condiciones de limitación por carbono inorgánico. Se comprobó
que la inhibición por amoníaco se puede ajustar con precisión utilizando el modelo
cinético Haldane y la inhibición por ácido nitroso utilizando el modelo de inhibición no
competitiva. Se observó que el efecto de estas inhibiciones se incrementa en
condiciones de limitación por carbono inorgánico, siendo mucho mayor en el caso del
ácido nitroso. / Biological nitrogen removal of high-strength ammonium wastewater was studied in this
thesis. Applying specific operational conditions in an activated sludge system, partial
nitrification or nitritation (oxidation of ammonium to nitrite) was achieved, avoiding the
consequently oxidation of this nitrite to nitrate. This reduction in the nitrification
process provides some advantages in comparison to the complete nitrification process,
such as the reduction of the oxygen requirements during nitrification and the organic
matter during denitrification, the increasing of the denitrification rates and the reduction
of the biomass production.
This thesis was presented as a compendium of publications and a brief summary of the
papers are presented:
In Paper I, a partial nitrification system consisting of a pilot plant with three continuous
stirred tank reactors in series is presented. This pilot plant was inoculated with sludge
from a municipal WWTP and it was operated with a control loop of the nitrogen loading
rate which was applied modifying the inflow rate depending on the OUR values
measured in the reactors. With this control loop and low sludge retention time the
washout of the nitrite-oxidizing bacteria was performed. Simultaneously, almost a
complete partial nitrification to nitrite with a high nitrogen loading rate was achieved
during a long term operation.
Subsequently, in Paper II, the heterotrophic denitrification of the nitrite obtained with
the pilot plant developed in Paper I was presented. Different organic carbon sources
such as ethanol, glycerol, landfill leachate, fermented primary sludge centrate and
fermented secondary sludge centrate were used in the heterotrophic denitrification. This
study was carried out in sequential batch reactors (SBR) and a complete denitritation of
a high-strength nitrite wastewater was achieved using these organic carbon sources with
the exception of fermented secondary sludge centrate.
In Paper III the study of the effect of a long-term starvation of a partial nitrification
system during 30 days was presented. Four ammonium-starved reactors under different conditions of aeration were used. During this period the ammonia-oxidizing bacteria
activity was evaluated using respirometric tests and the FISH analysis. It was observed
that is better to shut-down a partial nitrification system under anoxic conditions and, if it
is possible, no more than two weeks. Finally, a fast recovery of the system was achieved
using the OUR control loop used in the pilot plant of Paper I.
Finally, in Paper IV a study of the inhibitory effect by free ammonia and free nitrous
acid on the ammonia-oxidizing bacteria under total inorganic carbon limitations and
without total inorganic carbon limitations was presented. It was observed that the
inhibition by free ammonia can be described accurately using the Haldane model and
the inhibition by free nitrous acid using a non-competitive inhibition model. The effect
of these inhibitions increased under total inorganic carbon limitation, being much higher
in the case of the free nitrous acid.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/84012 |
| Date | 27 January 2012 |
| Creators | Torà Suárez, Josep Anton |
| Contributors | Baeza Labat, Juan Antonio, Carrera Muyo, Julián, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | Catalan |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 122 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
Page generated in 0.0025 seconds