Una tesis del LEQUIA estudia la aplicación de un proceso PNA-Anammox en la línea principal de las EDAR urbanas

Uno de los principales retos de las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas (EDARs) es eliminar compuestos de nitrógeno de forma sostenible. El nitrógeno es necesario para el crecimiento de las plantas, pero si se vierte en exceso provoca la eliminación de las aguas y altera los ecosistemas acuáticos. En las EDARs convencionales del siglo XX el nitrógeno se eliminaba mayoritariamente a través de la acción combinada de dos tipos de bacterias. Un primer grupo, el de las nitrificantes, utiliza oxígeno para oxidar el amonio a nitrito, que a la vez se oxida a nitrato. El segundo grupo, el de las bacterias desnitrificantes, convierte estas formas oxidadas de nitrógeno en nitrógeno gas a través de la oxidación de la materia orgánica, que actúa como donante de electrones. Sin embargo, ambos tratamientos presentan una alta demanda de recursos y de energía: la nitrificación requiere aeración y la desnitrificación depende de la adición externa de materia orgánica.

El descubrimiento de las bacterias Anammox en 1995 cambió nuestra comprensión del ciclo de nitrógeno y abrió un nuevo camino para incrementar la sostenibilidad de las depuradoras de aguas residuales. A diferencia de las bacterias nitrificantes, las Anammox tienen la capacidad de llevar a cabo la oxidación autotrófica del ion amonio. La configuración más común de un proceso Anammox es la “nitritación parcial-anammox” (PNA), en la cual casi la mitad del amonio de entrada es transformado en nitrito por bacterias oxidantes (ammonia-oxidising bacteria, AOB) y el amonio restante es oxidado con bacterias Anammox (AnAOPB), que utilizan nitrito como aceptor de electrones y no precisan de oxígeno. Con la adopción de esta estrategia, el anammox se convierte en una tecnología viable para llevar a cabo un tratamiento de aguas residuales neutro energéticamente y con una mejora significativa de eficiencia en el uso de recursos. Así pues, en comparación con el proceso convencional de nitrificación-desnitrificación, la combinación nitritación parcial-anammox precisa de menos oxígeno y tiene, por lo tanto, menores costes de aeración; reduce la producción de lodos; y no requiere de la adición de materia orgánica para eliminar nitrógeno.  

Los procesos Anammmox ya se han aplicado para tratar agua de líneas secundarias de EDARs urbanas, con un alto contenido en nitrógeno y un ratio C:N bajo. No obstante, en los últimos años se ha incrementado el interés por implementar procesos basados en anammox en la línea principal, que contiene la mayoría del nitrógeno. La aplicación de la eliminación autotrófica de nitrógeno por PNA aún debe enfrentarse a algunos retos tecnológicos, como un crecimiento lento de las bacterias anammox, sobre todo a bajas temperaturas, y la represión del proceso de nitratación. La tesis doctoral “Operational strategies towards nitritation-anammox implementation for mainstream municipal wastewater treatment” de Tiago Vitor Akaboci ha explorado nuevas estrategias operacionales para abordar los retos mencionados anteriormente con el finde implementar un proceso estable PNA en la línea principal de EDARs urbanas. Concretamente, el autor la estudiado los siguientes parámetros: un contenido muy bajo de oxígeno disuelto (OD); el efecto de la temperatura; la influencia de distintas ratios de carbono inorgánico y nitrógeno; y la configuración del reactor (batch secuencial o flujo de pistón).

Los resultados muestran que con el control del OD a niveles muy bajos se consigue una eliminación promedio del nitrógeno 0.37 ± 0.07 kg N·m^-3·d^-1 a 25ºC. El investigador ha demostrado que un bajo nivel de DO no es suficiente para una nitritación completa, ya que la producción de nitrato de las bacterias oxidantes del nitrito (en inglés, NOB) es limitada y el potencial para alcanzar eficiencias de eliminación más altas, también. Cabe señalar que después de disminuir la temperatura operacional a 15ºC los procesos PNA se mantuvieron estables durante unos cuantos días, pero la operación de la actividad anammox a largo plazo se redujo frenando así la eliminación de oxígeno. Tiago Vitor Akaboci también estudió las comunidades bacterianas con técnicas moleculares de alto rendimiento, que pertenecen a los géneros Planctomycetes, Proteobacteria, Chloroflexi y Bacteroidetes.

El grupo de investigación LEQUIA de la UdG ha sido pionero en el desarrollo y escalado de procesos PNA para tratar efluentes complejos. Los supervisores de la tesis, el Dr. Jesús Colprim, el Dr. Maël Ruscalleda (actualmente en la empresa Createch360º) y la Dra. Maria Dolors Balaguer, han aplicado el proceso Anammox a efluentes de depuradora urbana y a lixiviados de vertedero. Esta tesis, financiada a través de una beca del gobierno del Brasil, constituye un paso adelante para aprovechar el gran potencial de las bacterias Anammox para ajustar el contenido de nitrógeno en aguas residuales de modo sostenibles. La defensa, que es pública, tendrá lugar el lunes 15 de julio en la sala de actos del edificio LEAR de la Universitat de Girona (Campus Montilivi).