Resumen:
Los lodos granulares aerobios (AGS) están a la vanguardia del tratamiento biológico
de las aguas residuales. La eliminación de carbono y nitrógeno mediante AGS se
clasifica como un proceso de biodegradación. Por un lado, no se ha estudiado el
tamaño de los gránulos como técnica de rutina para evaluar el proceso de
biodegradación. Por otro lado, recientemente se ha estudiado el AGS como material
adsorbente para el tratamiento de aguas residuales. De hecho, se ha estudiado la
asimilación de contaminantes catiónicos mediante mecanismos de biosorción y
bioacumulación. Los mecanismos de los AGS son adecuados para el tratamiento
de aguas residuales complejas. De hecho, varios estudios han demostrado la
eliminación de contaminantes catiónicos polivalentes casi exclusivamente para
sustratos sintéticos, sin determinar la participación de los mecanismos de
bioacumulación y biosorción.
En este trabajo, se utilizó un enfoque experimental para establecer la eficiencia de
los gránulos aerobios para eliminar cationes polivalentes por biosorción y
bioacumulación, y para analizar su capacidad para reducir el contenido de nitrógeno
y materia orgánica por biodegradación en aguas residuales industriales complejas,
así como el efecto de la distribución del tamaño granular en su rendimiento.
Para estudiar la biodegradación se utilizaron AGS producidos con digestato
anaeróbico de estiércol avícola y lixiviados de relleno sanitario; mientras que los
AGS generados con lixiviados de relleno sanitario se utilizaron para examinar la
biosorción y la bioacumulación. La calidad del efluente se evaluó mediante las
eficiencias de eliminación de nitrógeno y demanda química de oxígeno (DQO) en
los reactores. Se cuantificaron los gránulos para el análisis metabólico, físico,
químico y de comunidades bacterianas. En particular, se estudió la biosorción de
cobre mediante la optimización del proceso y la determinación del paso limitante a
través del análisis de la transferencia de masa interna y externa, así como la
interacción con los sitios activos.
La eliminación anaeróbica de nitrógeno de AGS se predijo a través del diámetro
medio con menos de un 11% de error. Además, la tasa de sedimentación granular
aumentó con el diámetro de los gránulos con una correlación lineal (R2>0,98). Así,
el tamaño de los gránulos puede seleccionarse mediante el control de la velocidad
de sedimentación. Además, un proceso de dos pasos compuesto por (1) un reactor
de digestión anaeróbica (AD) y (2) un reactor AGS eliminó el 76,9% y el 78,3% de
la materia orgánica y el nitrógeno, respectivamente, cuando la primera unidad fue
operada en una configuración hidrolítica. Además, los mecanismos de biosorción y
bioacumulación del AGS representaron el 53 y el 47% de los cationes asimilados
del lixiviado de relleno sanitario, respectivamente. El 93% del cobre asimilado del
lixiviado de relleno sanitario fue por el mecanismo biosorción del AGS. La
optimización de la biosorción de cobre mediante una metodología de superficie de
respuesta mostró que para la mayor eliminación de cobre los parámetros como la
concentración de lodos, el pH y el tiempo de contacto fueron 1 g TS L-1, 6 pH y 6 h,
respectivamente. La adsorción en los sitios activos dominó la transferencia de masa
de cobre en el AGS.
Se ha demostrado la utilidad del tamaño de los gránulos para predecir la actividad
de eliminación anaeróbica de nitrógeno. Además, se ha demostrado la eficacia del
uso de AGS no sólo para la eliminación de nutrientes de aguas residuales
industriales complejas, sino también para utilizar AGS como material biosorbente
capaz de recuperar varios cationes valiosos, como los metales de cobre. La
implementación exitosa de esta tecnología contribuirá a maximizar su potencial en
el tratamiento de efluentes industriales.
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