Granulación aerobia

A granulación aerobia é un tratamento biolóxico utilizado nas estacións depuradoras de augas residuais que adoita utilizar sistemas baseados en lodos activos. Estes sistemas xeralmente requiren grandes superficies para a implantación das diversas unidades de tratamento e posterior separación da biomasa, debido á pobre sedimentabilidade dos lodos. Nos últimos anos desenvolvéronse novas tecnoloxías buscando melloras nestes sistemas.
dereita|miniatura|260px|Gránulos Aerobios

 Biomasa aerobia granular 
Unha definición para distinguir entre un gránulo aerobio e un simple flóculo con boa sedimentabilidade foi proposta nos debates que tiveron lugar durante o 1st IWA-Workshop Aerobic Granular Sludge en Múnic (2004) e di:

 Formación dos gránulos aerobios 
dereita|miniatura|220px| Reactor SBR, con gránulos aerobios

A biomasa granular aerobia fórmase en reactores descontinuos secuenciais (Sequencing Batch Reactors, SBR) sen materiais de soporte. Estes sistemas cumpren os requirimentos necesarios para a formación dos gránulos, como son:

Períodos de saciedade-fame: empréganse tempos curtos de alimentación para crear períodos de saciedade seguidos de períodos de fame (Beun et al. 1999Beun J.J., Hendriks A., Van Loosdrecht M.C.M., Morgenroth E., Wilderer P.A. and Heijnen J.J. (1999). Aerobic granulation in a sequencing batch reactor. Water Research, Vol.  33, No. 10, pp. 2283-2290.), caracterizados pola presenza ou ausencia de materia orgánica no medio líquido, respectivamente. Con esta estratexia de alimentación obtense a selección dos microorganismos adecuados para a formación dos gránulos.  Cando a concentración de substrato no medio líquido é alta, os organismos que forman gránulos poden almacenar materia orgánica en forma de poli-β-hidroxibutirato que poden consumir no período de fame, por tanto estes organismos estarán en vantaxe nesas condicións sobre os organismos filamentosos.

Tempos curtos de sedimentación: esta presión selectiva hidráulica sobre os microorganismos permite reter a biomasa granular dentro do reactor, mentres a biomasa floculenta é lavada. (Qin et al. 2004Qin L. Liu Y. and Tay J-H (2004). Effect of settling time on aerobic granulation in sequencing batch reactor. Biochemical Engineering Journal, Vol. 21, No. 1, pp. 47-52.)

Estrés hidrodinámico: as probas amosan que a aplicación de altas forzas de cizalla favorece a formación de gránulos aerobios e mellora as características físicas dos mesmos. Os gránulos soamente se forman con valores de esforzo cortante superiores a un valor limiar de 1,2 cm/s en termos de velocidade superficial ascensional do aire nun reactor SBR. Fórmanse gránulos máis regulares, máis arredondados e máis compactos canto máis alta sexa a forza de cizalla hidrodinámica. (Tay et al., 2001Tay J.-H., Liu Q.-S. and Liu Y. (2001). The effects of shear force on the formation, structure and metabolism of aerobic granules. Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 57, Nos. 1-2, pp. 227-233.  ).

 Vantaxes 
O desenvolvemento de biomasa en forma de gránulos aerobios ten sido obxecto de estudo debido ás súas aplicacións na eliminación de materia orgánica e compostos de nitróxeno e fósforo das augas residuais. Os gránulos aerobios en reactores SBR presentan varias vantaxes comparados cos tratamentos convencionais de lodos activos:

Estabilidade e flexibilidade: Os sistemas SBR poden adaptarse a condicións flutuantes, permitindo evitar sobrecargas e tóxicos.

Excelente sedimentabilidade: Precisase un sedimentador secundario máis pequeno en comparación cos lodos activos convencionais, isto tradúcese en menores requirimentos de superficie para a construción da estación de tratamento.

 Boa retención da biomasa: Pódense alcanzar concentracións de biomasa máis altas dentro do reactor polo que se poden tratar maiores cargas de substrato.

Presenza de zonas aerobias e anóxicas dentro dos gránulos que permiten realizar diferentes procesos biolóxicos no mesmo sistema. (Beun et al. 1999  )

O custo de operación dunha planta de tratamento de augas residuais traballando con lodo aerobio en forma granular pode ser un 20% menor que traballando con lodos activos convencionais. O espazo necesario pode reducirse ata un 75%. (de Kreuk et al., 2004de Kreuk, M.K.,  Bruin L.M.M. and van Loosdrecht M.C.M. (2004). Aerobic granular sludge: From idea to pilot plant. In Wilderer, P.A. (Ed.), Granules 2004. IWA workshop Aerobic Granular Sludge, Technical University of Munich, 26-28 September 2004 (pp. 1-12). London: IWA.).

 Tratamento de augas residuais industriais 
Nos traballos realizados con gránulos aerobios empregáronse principalmente augas sintéticas. Estes traballos estaban enfocados principalmente no estudo da formación dos gránulos, na súa estabilidade e na eficiencia da eliminación de nutrientes baixo diferentes condicións de operación, ademais da súa potencialidade na eliminación de compostos tóxicos. O potencial desta tecnoloxía para o tratamento de augas residuais industriais estase a estudar. Algúns resultados destes estudos son:

 Arrojo et al. (2004)Arrojo B., Mosquera-Corral A., Garrido J.M. and Méndez R. (2004) Aerobic granulation with industrial wastewater in sequencing batch reactors. Water Research, Vol. 38, Nos. 14-15, pp. 3389 – 3399 operaron dous reactores alimentados con augas industriais procedentes dun laboratorio de análises de produtos lácteos: DQO total: 1500–3000 mg/L; DQO soluble: 300–1500 mg/L; Nitróxeno total: 50–200 mg/L). Aplicáronse cargas orgánicas e de nitróxeno de 7 g DQO/(L·d) e 0,7 g N/(L·d) respectivamente, conseguíndose eficacias de eliminación do 80%.
 Cassidy e Belia (2005)Cassidy D.P. and Belia E. (2005). Nitrogen and phosphorus removal from an abattoir wastewater in a SBR with aerobic granular sludge. Water Research, Vol. 39, No. 19, pp. 4817-4823. obtiveron eficacias na eliminación da DQO e do fósforo de ata o 98%. Para o nitróxeno e os sólidos solubles volátiles (SSV) de ata o 97%. Empregouse un reactor granular alimentado con augas residuais dun matadoiro. (DQO total: 7685 mg/L;  DQO soluble: 5163 mg/L; TKN: 1057 mg/L e SSV: 1520 mg/L). Para obter estas altas eficacias de eliminación operouse o reactor cun nivel de saturación de osíxeno disolto (OD) do 40%, este é o valor óptimo determinado por Beun et al.(2001) para a eliminación de nitróxeno. Empregouse un período de alimentación anaerobio, o que axuda a manter a estabilidade dos gránulos cando a concentración de OD está limitada.
 Schwarzenbeck et al. (2004)Schwarzenbeck N., Erley R.  and Wilderer P.A. (2004). Aerobic granular sludge in an SBR-system treating wastewater rich in particulate matter. Water Science and Technology, Vol. 49, Nos. 11-12, pp. 41-46. trataron augas residuais procedentes da industria cervexeira, cunha alta concentración de materia orgánica particulada (0,9 g SST/L). Atopouse que as partículas cun diámetro medio menor que 25-50 µm se eliminaban cunha eficacia do 80%, mentres que con partículas con diámetros maiores que 50 µm soamente se alcanzaban eficacias do 40%. A capacidade dos gránulos aerobios de eliminar materia orgánica particulada débese á incorporación destas partículas na matriz da biopelícula e á actividade metabólica da poboación de protozoos que cobren a superficie dos gránulos.
 Inizan et al. (2005)Inizan M., Freval A., Cigana J. and Meinhold J. (2005). Aerobic granulation in a sequencing batch reactor (SBR) for industrial wastewater treatment. Water Science and Technology, Vol. 52, Nos. 10-11, pp. 335-343. trataron augas industriais procedentes de industrias farmacéuticas e observaron que os sólidos suspendidos na auga de entrada do sistema non eran eliminados no reactor.
 Tsuneda et al. (2006)Tsuneda S., Ogiwara M., Ejiri Y. and Hirata A. (2006). High-rate nitrification using aerobic granular sludge. Water Science and Technology, 53 (3), 147-154., trataron augas residuais procedentes dunha refinaría de metais (1,0-1,5 g NH4+-N/L e ata 22 g/L de sulfato de sodio), obtendo unha eliminación de nitróxeno de 1,0 kg-N/m³·d cunha eficacia do 95% nun sistema que contiña gránulos autotróficos.

 Estudos en planta piloto 
A tecnoloxía de granulación aerobia para a aplicación no tratamento de augas residuais está amplamente desenvolta a escala de laboratorio. A experiencia en sistemas a grande escala é máis limitada, pero varias institucións realizan esforzos para desenvolver esta tecnoloxía.

 Desde 1999, DHV Water, a Universidade de Tecnoloxía de Delft (TU Delft), a STW (Dutch Foundation for Applied Technology) e a STOWA (Dutch Foundation for Applied Water Research) traballan conxuntamente no desenvolvemento da tecnoloxía de lodos granulares aerobios (Nereda™). Baseándose nos resultados obtidos, púxose en funcionamento unha planta piloto en setembro de 2003 en Ede (Holanda). O corazón da instalación consiste en dous reactores biolóxicos paralelos de 6 m de alto e 0,6 m de diámetro, operando cun volume de 1,5 m³.
 A apartir de lodo granular aerobio, pero empregando un sistema de retención para os gránulos, o IRSA (Istituto di Ricerca Sulle Acque, Italia) desenvolveu un reactor granular con biofiltros que opera por cargas secuenciales (SBBGR) cun volume de 3,1m³. Leváronse a cabo diferentes estudos nunha planta de tratamento de augas residuais localizada en Italia.
 A tecnoloxía ARGUS Aerobic Granules Upgrade System baséase no emprego de gránulos aerobios preparados en laboratorio, que se engaden posteriormente no sistema principal. Os gránulos fórmanse en pequenos biorreactores chamados propagadores e enchen o 2 ou 3% do reactor principal. Este sistema emprégase nunha planta piloto cun volume de 2,7 m³ localizada nunha industria farmacéutica en Hungría.
 O Grupo de Enxeñería Ambiental e Bioprocesos da Universidade de Santiago de Compostela ten en marcha dende inicios do 2008 unha planta piloto de 100 L para a investigación da granulación aerobia.

Os estudos de viabilidade mostran que a tecnoloxía de lodos granulares aerobios pode ser moi prometedora (de Bruin et al., 2004de Bruin L.M.M., de Kreuk M.K., van der Roest H.F.R., Uijterlinde C. and van Loosdrecht M.C.M. (2004). Aerobic granular sludge technology: and alternative to activated sludge. Water Science and Technology, Vol. 49, Nos. 11-12, pp. 1–7) ). Baseándose no custo anual dun reactor granular (GSBR) con pretratamento e un GSBR con postratamento, estes sistemas son máis viables nun 6-16%. Unha análise de sensibilidade amosa que a tecnoloxía de lodos granulares é menos sensible ó prezo do chan, e máis sensible ós fluxos de augas pluviais. Debido á alta carga volumétrica que se pode tratar nun GSBR, a superficie necesaria é de só un 25% comparada cos sistemas tradicionais de referencia. Con todo, os sistemas GSBR soamente con tratamento primario non poden alcanzar os actuais estándares de depuración de augas residuais urbanas, principalmente debido ao exceso de sólidos en suspensión no efluente que superan os valores límite de emisión. Estes sólidos proveñen do lavado da biomasa non facilmente sedimentable.

 Notas 

Véxase tamén
 Ligazóns externas 
 programa Biogrup da USC
 DHV  Water 
 TUDELF Universidade de Delft
 STW Dutch Foundation for Applied Technology
 STOWA Dutch Foundation for Applied Water Research
 NEREDA
 IRSA Istituto di Ricerca Sulle Acque
 ARGUS

Categoría:Ecoloxía