Biorreactores de lecho móvil y de membranas para el tratamiento de aguas residuales a bajo tiempo de retención hidráulicoEstudio de la influencia en la eliminación de contaminantes

Resumen

El constante incremento en la aparición de contaminantes de tipo emergente en las aguas residuales, unido a las cada vez más exigente y restrictiva normativa en materia de vertidos, hace imprescindible, de cara al futuro, redoblar los esfuerzos de investigación científica en busca de nuevos sistemas de tratamiento de este tipo de compuestos. Por ello, se realizaron diferentes análisis físico-químicos, microbiológicos y respirométricos durante 2 años en una planta piloto ubicada en la estación depuradora de aguas residuales (EDAR) Oeste de Granada, alimentada continuamente con agua residual procedente del tratamiento primario de la planta, a la cual se agregaron externamente contaminantes emergentes como el bisfenol A (BPA) y concentraciones crecientes de una serie de fármacos de diferente naturaleza, como ibuprofeno, carbamazepina y ciprofloxacina, con el propósito principal de analizar la capacidad de eliminación de dichos compuestos en un reactor biológico de membrana (BRM) y en un sistema híbrido compuesto por la suma de un reactor biológico de lecho móvil y un biorreactor de membrana (RBLM-BRM), trabajando en ciclos bajo condiciones operativas diferentes, considerando un bajo tiempo de retención hidráulico (TRH), con 6, 10 y 16 horas, sólidos suspendidos en licor mezcla (SSLM) en un rango de 3800 a 7800 mg/L y un tiempo de retención celular (TRC) que osciló entre 6 y 24 días. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Entre los resultados obtenidos, se puede destacar que la capacidad de eliminación y el ratio de degradación de los compuestos farmacéuticos en el sistema, de manera general, aumentaron con la temperatura y disminuyeron con el TRH y con el TRC. Acerca de la degradación de los compuestos de origen farmacéutico, en el sistema BRM, los tres compuestos presentaron una eliminación alta, especialmente en las concentraciones de dopaje menores. Como consecuencia del importante grado de biodegradabilidad asociado a su naturaleza, la eficiencia de eliminación del ibuprofeno fue siempre la más alta (de 94.7 a 97 %). Sin embargo, el rendimiento de eliminación alcanzado para la carbamazepina y la ciprofloxacina fue ligeramente inferior, con un rendimiento medio que osciló entre 67.5 y 94.8 % y entre 61.4 y 92.1 %, respectivamente. De manera similar, las tasas de degradación del ibuprofeno fueron de 0.0069 a 0.016 μg/((μgC0/L)·h·mgSSLM) mientras que en el caso de la carbamazepina y la ciprofloxacina los valores oscilaron de 0.0066 a 0.0154 y de 0.0068 a 0.0152 μg/((μgC0/L)·h·mgSSLM), respectivamente. Los sistemas híbridos mostraron una mayor resistencia a las bajas temperaturas pero una menor capacidad de eliminación de los fármacos. La tasa de degradación del sustrato para la eliminación de materia orgánica (rsu, H) aumentó en presencia de BPA, con porcentajes crecientes de 46.51 % para la fase 1, 24.39 % para la fase 2, 12.68 % para la fase 3 y 21.95 % para la fase 4, lo que supuso un consumo de materia orgánica más rápido que en ausencia de BPA. La presencia de BPA disminuyó la tasa de descomposición de la biomasa heterotrófica. Como consecuencia de los dopajes con los 3 fármacos comentados anteriormente, se observaron diferencias estadísticamente significativas en cuando la concentración de sólidos volátiles en el licor mezcla (SSVLM), debido a la disminución en la biomasa presente en el sistema BRM. Sin embargo, estas diferencias no se observaron en la eliminación de materia orgánica, ya que la mayor tasa de crecimiento celular anuló la mayor tasa de descomposición celular, debido al estrés químico causado por la adición de productos farmacéuticos en el sistema. Las tasas de eliminación de TOC, DQO y DBO5 fueron superiores a 83.78 ± 1.72, 89.70 ± 1.37 y 96.02 ± 0.26 %, respectivamente. Los resultados de esta investigación han ayudado también a mejorar nuestro conocimiento sobre las comunidades microbianas en tecnologías basadas en membranas para el tratamiento de aguas residuales urbanas, destacando la continua aparición de Tetrasphaera (1.1-19.2 % abundancia relativa) y la relevancia de los filotipos que no son comúnmente considerados en la familia Intrasporangiaceae. También se demostró que la estructura de la comunidad bacteriana se vio afectada principalmente por la tecnología elegida en cada momento, influyendo también de una manera importante las condiciones de TRC y TRH. CONCLUSIONES Finalmente, a modo de conclusión, podemos decir que a lo largo de esta investigación se ha demostrado que las tecnologías de biorreactores de lecho móvil y de membrana para el tratamiento de aguas residuales que funcionan con un bajo tiempo de retención hidráulico, garantizan una alta tasa de eliminación de contaminantes convencionales y emergentes (al menos entre los estudiados), mostrando una capacidad considerable para adaptar y estabilizar el fango en situaciones de estrés generado por un dopaje incremental con diferentes tipos y concentraciones de fármacos, pudiendo ser una alternativa técnicamente viable al tratamiento convencional mediante fangos activados, a la hora de considerar la posible ampliación del tratamiento biológico de una depuradora de aguas residuales diseñada para trabajar a media carga, que hoy es una necesidad generalizada que afecta a muchas plantas en todo el mundo.