Integración de etapa aeróbica a reactores anóxicos/anaeróbicos y caracterización del proceso combinado anóxico/anaeróbico/aeróbico para el tratamiento de riles pesqueros Integration of an aerobic step to anoxic-anaerobic reactors and characterization of the combined anoxic/anaerobic/aerobic process for the treatment of fishing effluents

Abstract

Para la remoción de los contaminantes presentes en vertidos de la industria del salmón, se requiere una combinación de procesos anóxicos, anaeróbicos y aeróbicos, siendo la opción óptima, la combinación de los tres procesos en el orden señalado. De esta forma, se ahorra en materiales, en elementos de control, se aumenta la estabilidad del sistema (debido a la mayor diversidad de microorganismos presentes) y se ahorra materia orgánica para la desnitrificación previa a la digestión anaeróbica. Así, el objetivo principal de este proyecto consistió en poner en marcha tres reactores filtro anóxico/anaeróbico/aeróbico bajo distintas razones de recirculación (2, 10 y sin reciclo), para el tratamiento de un RIL pesquero salino de alta carga orgánica proteica, y caracterizar los procesos de desnitrificación, digestión anaeróbica y nitrificación que ocurren bajo esta disposición novedosa en reactores compactos. Los reactores anóxicos/anaeróbicos disponibles en el laboratorio desde su habilitación el 2005, fueron efectivamente inoculados con biomasa nitrificante adaptada al RIL en estudio en la última zona provista de aireación. Posterior a la fijación y estabilización de esta biomasa en los reactores, comenzaron a operarse en el modo anóxico/anaeróbico/aeróbico. Alcanzado el estado estacionario, se evaluaron las eficiencias de remoción de materia orgánica y nitrogenada, el efecto del oxígeno disuelto en el flujo recirculado sobre la zona anóxica/anaeróbica, y se realizó una completa caracterización físico-química y microbiológica mediante técnicas moleculares a los reactores, con la finalidad de evaluar la influencia del reciclo sobre la composición y disposición de los compuestos y comunidades microbianas a lo largo de los reactores. Con una carga orgánica y nitrogenada de 1.0 kg COD/m3d y 0,15 kg NTK/m3d, respectivamente y a un tiempo de residencia de 2d, los tres reactores mostraron un 100% de eficiencia en la remoción de nitritos y nitratos en la zona anóxica-desnitrificante, y una remoción de TOC superior al 98%. Se observó una mayor eficiencia de remoción de nitrógeno total en el reactor de reciclo 10 (94,3%) que en el de reciclo 2 (46,6%), mientras que la remoción de materia orgánica no se vio afectada por la razón de reciclo. Se observó un leve efecto del OD en el flujo recirculado sobre la zona anóxica, presentándose una disminución del 20% en la eficiencia de remoción de N-NOx medida al primer quinto del reactor de reciclo 2 con 0,94 mgOD/L, sin embargo las eficiencias globales de remoción de N.NOx fueron en todos los casos de 100%. Entre dos modelos matemáticos, se determinó el más apropiado para predecir el efecto del OD recirculado sobre la desnitrificación, el cual mostró desviaciones de 19,6% para R-2 y nula para R-10. La utilización de un sustrato alternativo preparado con hidrolizado de pescado de proporción TOC/NTK 2,8 veces menor al RIL pesquero (2,8 veces más proteico) mostró una fuerte caída en el desempeño de la zona aeróbica de los reactores, disminuyendo a un 30% la remoción de nitrógeno en el reactor de reciclo 2, siendo incluso nula en el reactor de reciclo 10; mientras que la remoción de TOC no se vió afectada. El análisis poblacional de eubacterias y archaeas realizado a los reactores mediante la técnica de DGGE (electroforesis en gel con gradiente denaturante) mostró una diversidad de bandas que representan la variedad de bacterias y archaeas presentes en los reactores. Se observó una correlación entre los procesos químicos medidos y los grupos bacterianos identificados, siendo de particular interés el hallazgo de bacterias desnitrificantes-autótrofas que explican la desaparición de nitrógeno observada en la zona aeróbica de 39,5 y 54% en los reactores R-0 y R-2 respectivamente. De este modo, esta diferencia observada entre el amonio oxidado y NOx producidos, es atribuible a desnitrificación autótrofa, cuyas bacterias responsables corresponden a un tercio y un medio de la abundancia de bacterias nitrificantes halladas en los reactores R-0 y R-10. El hallazgo de grupos bacterianos responsables de procesos químicos no estudiados en esta tesis, como la oxidación del azufre y del metano, se plantean como un interesante tema de estudio, dado que involucran el posible abatimiento de H2S, gas altamente tóxico, y CH4, gas de efecto invernadero. Análisis de MDS y Cluster revelaron estratificación de microorganismos en los reactores R-0 y R- 2, mientras que el R-10 mostró una distribución más homogénea, con una reducción promedio de estratificación de 11% para bacterias y de 40% para archaeas en relación a los otros dos reactores; demostrando que una alta razón de recirculación sí afecta la estratificación de los microorganismos presentes en un reactor filtro, disminuyendo considerablemente al trabajar con reciclos altos. 3 Los resultados a la fecha muestran que la disposición propuesta con una distribución novedosa de reactores compactos, permiten tratar altas concentraciones de materia orgánica y nitrogenada de forma eficiente con ahorro total de materia orgánica destinada a la desnitrificación, gracias a la convivencia de comunidades complejas de microorganismos que coexisten y se distribuyen de acuerdo a la disponibilidad de los diversos sustratos liberados durante la degradación proteica y cuya identificación permite tener una visión más acabada del proceso, además de generar nuevas interrogantes respecto a procesos metabólicos aún no estudiados asociados a las diversas bacterias identificadas que colonizan este tipo de reactores, y que mediante la búsqueda de nuevas respuestas permitan optimizar aún mas el tratamiento de RILes pesqueros.