RESUM
El creixement accelerat dels nuclis urbans, l'explotació inadequada dels recursos naturals i la sensibilització i conscienciació de la societat envers a la qualitat ambiental, han posat de manifest la necessitat de desenvolupar i implementar tecnologies enfocades a prevenir, mitigar, corregir i compensar els greus problemes de contaminació d'origen antropogènic. Un dels problemes que presenta especial interès en l'actualitat és el tractament que ha de donar-se a les aigües residuals en funció de la seua destinació i tenint en compte la seua possible reutilització abans del seu abocament.
A nivell legislatiu, la Directiva 2000/60/EC del Parlament Europeu i el Consell d'Europa estableix un marc comunitari d'acció en l'àmbit de la política de l'aigua, i en quant a depuració d'aigua es refereix, la Directiva 91/271/EC estableix els límits d'abocament de contaminants procedents de les estacions de depuració d'aigua residual (EDAR), i introdueix el concepte de zones sensibles, en el qual s'estableix la importància d'eliminar nutrients, especialment nitrogen i fòsfor, de les aigües residuals, degut al seu impacte negatiu sobre els ecosistemes aquàtics.
Diversos estudis han posat de manifest la possibilitat d'optimitzar el funcionament de les EDAR mitjançant processos que permeten eliminar el nitrogen amoniacal via nitrit de corrents d'aigua residual amb elevada concentració d'amoni, com és el cas del corrent del sobrenedant deshidratat procedent de la digestió anaeròbia de fangs. La investigació també ha abordat la millora en la instrumentació i l'anàlisi del procés, promovent el desenvolupament de metodologies i estratègies que permeten monitoritzar, controlar i automatitzar en temps real el funcionament dels processos de nitrificació i desnitrificació via nitrit, per tal de complir els requisits d'abocament establerts en la normativa, minimitzar l'impacte ambiental negatiu i reduir costos operacionals en l'explotació de les EDAR.
L'objectiu fonamental d'aquest treball de tesi doctoral ha sigut l'estudi a escala de laboratori del procés d'eliminació de nitrogen via nitrit, per tal de eliminar l'amoni del corrent del sobrenadant de la deshidratació de fangs estabilitzats mitjançant digestió anaeròbia.
Inicialment, es van estudiar diverses estratègies per a l'engegada del procés SHARON operat per a la nitritació parcial. Després d'aconseguir un funcionament estable del procés, es va utilitzar biomassa procedent d'aquest reactor per tal d’estudiar l'efecte de diversos factors ambientals i d'operació sobre els organismes amonioxidants (AOB) i la qualitat de l'efluent del reactor SHARON, respectivament. Aquest estudi es va realitzar mitjançant experiments respiromètrics, els quals van permetre conèixer i quantificar la influència d'aquests factors ambientals i d'operació sobre el rendiment i l'estabilitat del procés SHARON. Els resultats de l'estudi s'arrepleguen i discuteixen en aquest document de tesi doctoral.
Posteriorment, es van estudiar diverses estratègies per a l'engegada del procés SHARON operat per a la nitrificació i desnitrificació via nitrit, emprant una font externa de matèria orgànica. A partir de l'anàlisi de la informació aportada pels sensors de pH, potencial redox i oxigen dissolt instal•lats en el reactor, i la seua relació amb les concentracions dels compostos nitrogenats durant les etapes d'engegada i seguiment del procés biològic, es va desenvolupar una estratègia de monitoratge mitjançant la qual es van establir els criteris de funcionament òptim del procés. Aquesta informació va ser emprada per a desenvolupar un sistema de control, basat en lògica difusa, utilitzant sensors de pH i potencial redox per a optimitzar els processos de nitrificació i desnitrificació via nitrit en un reactor SHARON.
El sistema de control desenvolupat integra dos algoritmes de control independents que permeten optimitzar la durada de les etapes aeròbies i anòxiques de cada cicle d'operació i, optimitzar el dosatge de matèria orgànica. El primer dels algoritmes permet ajustar de manera automàtica la durada de les etapes aeròbies i anòxiques a partir de l'anàlisi en temps real de l'evolució del perfil de pH en cada etapa, mentre que el segon algoritme utilitza la informació aportada pels sensors de pH i potencial redox per al control del dosatge de matèria orgànica a l'inici de l'etapa anòxica en cada cicle d'operació.
En aquest document de tesi doctoral es descriu el desenvolupament, implementació i validació del sistema de control en un reactor SHARON alimentat amb sobrenedant sintètic les característiques del qual reprodueixen la composició típica del sobrenedant de la digestió anaeròbia de fangs, i amb sobrenedant deshidratat de la digestió anaeròbia de fangs procedent de la EDAR del Barranc del Carraixet (València).
Els resultats de funcionament obtinguts després de la implementació i validació del sistema de control posen de manifest que és possible el control automàtic i en temps real del procés d'eliminació de nitrogen via nitrit amb sensors robusts i de baix cost, i que té com a principal avantatge la flexibilitat i capacitat d'adaptar-se en temps real a les característiques l'afluent i a l'estat del procés.