Una tesis de la USC demuestra la viabilidad de la eliminación autótrofa de nitrógeno basada en el proceso anammox en aguas residuales urbanas

En el ámbito de la economía circular las aguas residuales constituyen una fuente de agua para reutilizar, de energía, de nutrientes y de otros recursos que pueden y deben ser valorizados. Cuando el agua residual es regenerada para su reutilización, constituye por una parte una fuente adicional de agua en especial en regiones caracterizadas por su escasez hídrica. Esta contribución de agua adicional disminuye la presión sobre las fuentes de agua fresca. Por otro lado, cuando esta es reutilizada en la agricultura, además de constituir una fuente alternativa de agua, el agua residual proporciona nutrientes (nitrógeno y fósforo) disminuyendo la necesidad de aplicar fertilizantes químicos. Sin embargo, la legislación sobre la reutilización de aguas limita el contenido de nutrientes del agua reutilizada atendiendo a las necesidades de los cultivos y las características del suelo. Este hecho junto con la gran variación estacional de la demanda de agua en la agricultura, hacen que sea necesario desarrollar alternativas para la eliminación de nitrógeno que permitan otros usos del agua o, en última instancia, su descarga al medio acuático.

La eliminación de nitrógeno en las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) se lleva a cabo en los sistemas convencionales de lodos activos mediante la combinación de los procesos de nitrificación-desnitrificación. Estos implican elevados consumos de energía, para suministrar el aire en los procesos aerobios, y de materia orgánica que se consume en la desnitrificación. Como alternativa actualmente se está explorando la implementación de procesos de eliminación de nitrógeno autótrofos basados en el proceso anammox. La finalidad de estos es transformar las EDAR en productoras netas de energía y facilitar la reutilización del agua haciendo un uso más eficiente de los recursos presentes en el agua residual. Este es el marco en el que se centra la tesis doctoral de la Ingeniera Química Alba Pedrouso Fuentes titulada “Assessment of the nitritation and anammox processes for mainstream wastewater treatment”. En esta tesis se estudia la aplicación en línea de aguas de la combinación de los procesos de nitritación parcial y anammox (NP/AMX) pues, comparados con los procesos convencionales, reducen el consumo de energía un 60 %, ya que tan solo es necesario oxidar la mitad del contenido amoniacal a nitrito. Además al ser procesos completamente autótrofos producen menos lodo y no requieren materia orgánica aumentando la recuperación de energía en forma de metano hasta un 67 %. Para aplicar estos procesos a la línea de aguas de las EDAR hay que tener en cuenta que esta se caracteriza por su baja temperatura, baja concentración de nitrógeno y gran variabilidad en cuanto a composición y caudal.

En esta tesis se estudió inicialmente la aplicación de estos procesos para el tratamiento de la fracción aguas negras originadas en un sistema descentralizado con redes separativas centrándose en el efecto de las posibles interrupciones en la producción de aguas residuales obteniendo resultados satisfactorios y alcanzando un efluente de alta calidad.

A continuación, se evaluó la viabilidad de aplicar los procesos de NP/AMX para el tratamiento de aguas residuales municipales caracterizadas por estar todavía más diluidas. El principal desafío identificado para la implementación de los procesos de NP/AMX en estas condiciones ha sido la represión de la actividad de las bacterias oxidantes de nitrito (BON), o proceso de nitratación, que compiten con las bacterias anammox por el nitrito y con las bacterias oxidantes de amonio (responsables del proceso de nitritación) por el oxígeno. Así, este trabajo se ha centrado especialmente en la supresión de la actividad de las BON y la posibilidad de alcanzar los límites de vertido para zonas sensibles en la Unión Europea en un sistema de NP/AMX. Se ha demostrado con éxito que la acumulación in situ de ácido nitroso libre (por encima de 0,02 mg HNO₂-N/L) en el reactor de nitritación es una buena estrategia para suprimir la actividad de las NOB sin que se vean afectadas por la presencia de materia orgánica residual y promoviendo la eliminación autótrofa de nitrógeno en la unidad anóxica. La principal conclusión es que es posible eliminar el nitrógeno de las aguas residuales urbanas autotróficamente mediante los procesos de NP/AMX alcanzando cargas comparables a las observadas en los sistemas de lodos activos. Esto se ha validado a escala piloto tanto en un sistema hibrido de lodos activos de lecho fijo (IFAS, del inglés Integrated Fixed-biofilm activated sludge) como en un sistema de dos etapas en el que los procesos de NP/AMX tienen lugar por separado. La mejor configuración dependerá de las características del agua siendo un parámetro determinante la relación nitrógeno-alcalinidad de las aguas residuales a tratar.

Los supervisores de la tesis doctoral son la Dra. Anuska Mosquera Corral, la Dra. Mª Angeles Val del Río y el Dr. Ramón Méndez Pampín todos profesores del Departamento de Ingeniería Química de la Universidade de Santiago de Compostela (USC). Todos ellos han participado en el desarrollo del proceso ELAN® junto con la empresa Aqualia y que ya se opera a escala industrial. El trabajo realizado en la presente tesis, desarrollada en el Grupo de Biotecnología Ambiental del centro CRETUS de la USC, se enmarcó en los proyectos MEDRAR (IN852A 2016) financiado por la Xunta de Galicia y Pioneer_STP (ID199 (EU)/PCIN-2015-22 (EAI)) financiado por la Unión Europea a través de WaterWorks 2014 Cofunded Call. Además, esta investigación ha dado lugar a la solicitud de una patente europea con la empresa Aqualia y el profesor José Luis Campos Gómez de la Universidad Adolfo Ibáñez (Chile). La defensa, que es un acto público, tendrá lugar el viernes 13 de diciembre a las 11:30 h en la Escola Técnica Superior de Enxeñaría de la USC.