1. Introducción
La eliminación mejorada de nutrientes biológicos (BNR) es un componente crítico de los sistemas convencionales de lodos activados (CAS), cuyo objetivo es reducir las concentraciones de nitrógeno y fósforo para cumplir con las regulaciones de descarga de efluentes cada vez más estrictas. Los sistemas CAS tradicionales a menudo dependen de una aireación continua y parámetros operativos fijos, lo que puede limitar la eficiencia de la eliminación de nutrientes, particularmente bajo condiciones fluctuantes del afluente. El estudio investiga modificaciones operativas, incluida la aireación intermitente y la optimización de la edad de los lodos, para mejorar la eliminación de nutrientes sin cambios importantes en la infraestructura, proporcionando orientación práctica para modernizar las plantas existentes.
2. Materiales y métodos
Se diseñaron reactores-a escala piloto para comparar diferentes condiciones operativas. Los modos de aireación incluyeron ciclos de aireación continuos e intermitentes, mientras que los tiempos de retención de lodos (SRT) oscilaron entre 5 y 20 días. Las proporciones de carbono-a-nitrógeno (C/N) se ajustaron de 4 a 10 para evaluar su efecto en la eliminación de nutrientes. Como afluente se utilizó el efluente secundario municipal. Se controlaron diariamente las concentraciones de nitrógeno y fósforo. La composición de la comunidad microbiana se evaluó mediante secuenciación de ARNr 16S, centrándose en el enriquecimiento de bacterias nitrificantes y desnitrificantes bajo diversas estrategias operativas. Se implementaron estrategias de control adaptativo para evaluar la estabilidad del efluente bajo la variabilidad del afluente.
3. Resultados
La aireación intermitente combinada con una edad optimizada del lodo mejoró significativamente la eficiencia de eliminación de nutrientes. La eliminación de amonio superó consistentemente el 95 %, la eliminación total de nitrógeno osciló entre el 80 % y el 90 % y las concentraciones de fósforo total cayeron por debajo de 1 mg/L en condiciones óptimas. El análisis microbiano reveló un enriquecimiento selectivo de bacterias nitrificantes y desnitrificantes, lo que se correlacionaba con una mejor eliminación de nutrientes. El monitoreo continuo y el control adaptativo mantuvieron la calidad del efluente estable incluso cuando las concentraciones del afluente variaron. El análisis comparativo demostró que la aireación intermitente proporcionó una eliminación superior de nitrógeno y fósforo en comparación con la aireación continua, mientras que la SRT mejoró aún más el rendimiento del proceso.
4. Discusión
Los resultados indican que las modificaciones operativas en los sistemas CAS pueden mejorar significativamente la eliminación de nutrientes sin requerir costosas actualizaciones de infraestructura. La aireación intermitente crea condiciones aeróbicas y anóxicas alternas que favorecen la nitrificación y desnitrificación simultáneas. La edad optimizada del lodo mantiene una población microbiana equilibrada, lo que favorece una actividad biológica estable. El estudio destaca la importancia de comprender la dinámica de la comunidad microbiana y aplicar un control adaptativo para responder a la variabilidad del afluente. Estos hallazgos ofrecen una guía práctica para las instalaciones de tratamiento de aguas residuales que buscan mejorar la calidad de los efluentes de manera rentable-y al mismo tiempo cumplir con requisitos regulatorios más estrictos.
5. Conclusión
Se puede lograr una mejor eliminación de nutrientes biológicos en los sistemas de lodos activados convencionales combinando la aireación intermitente con una edad optimizada del lodo. Esta estrategia mejora la eliminación de nitrógeno y fósforo, promueve cambios beneficiosos en la comunidad microbiana y garantiza una calidad estable del efluente en condiciones variables. El enfoque comparativo proporciona un método viable y rentable-para modernizar las plantas CAS existentes, lo que demuestra que las modificaciones operativas pueden lograr beneficios ambientales y regulatorios sustanciales sin grandes inversiones en infraestructura.