Estudio a escala piloto del efecto de diferentes condiciones de operación sobre la eliminación de nutrientes en un cultivo de microalgas

Abstract

[ES] El ritmo de crecimiento de la población en las últimas décadas, el desarrollo tecnológico y los cambios en el modo de vida de la sociedad están afectando negativamente a la calidad y la disponibilidad de los recursos naturales disponibles, entre ellos el agua. El modelo de gestión hídrica actual está obsoleto, por lo que es necesario un cambio generalizado en el que se tenga en cuenta la necesidad de tratamiento y recuperación las aguas contaminadas tras su utilización. A su vez, las técnicas a aplicar deben estar basadas en la sostenibilidad tanto económica como medioambiental, siendo una de estas opciones alternativas la utilización de cultivos de microalgas. Las microalgas tienen la capacidad de eliminar tanto la materia orgánica como los nutrientes presentes en el agua. La utilización de este tipo de cultivo para el tratamiento de aguas residuales supone una reducción de las necesidades energéticas, y por tanto da como resultado un proceso más económicamente rentable que los convencionales fangos activos. Del mismo modo, la biomasa generada tiene aplicación industrial en otros ámbitos por lo que pasa a considerarse subproducto en lugar de residuo. El objetivo principal de este trabajo ha sido la determinación experimental de la influencia de las características del alimento, el tipo de aireación, la variación de temperatura y la intensidad lumínica en la eliminación de nutrientes de un efluente de un reactor anaerobio de membranas mediante un cultivo de microalgas en planta piloto. Durante el período de experimentación se han determinado los rendimientos de eliminación de nutrientes (amonio y fosfato), se ha estudiado el crecimiento del cultivo y se ha observado la evolución poblacional de las especies de microalgas presentes, todo ello con la finalidad de relacionar los resultados con las condiciones de operación presentes en cada ensayo. Tras el período de experimentación los resultados mostraron que el uso de un alimento artificial permitía un desarrollo del cultivo similar al observado en condiciones normales. La reducción del tamaño de burbuja, promovió la proliferación de cianobacterias en el medio, desplazando así el equilibrio poblacional. La influencia de la variación de temperatura se comprobó que no fue significativa, planteando la hipótesis de que durante los ensayos los cultivos se mantenían en el rango de temperatura óptima de crecimiento. La reducción de la intensidad lumínica afectó negativamente al crecimiento de la biomasa en el cultivo, provocando una reducción de la actividad fotosintética que se tradujo en la disminución de los rendimientos de eliminación.

[CA] El ritme de creixement de la població en les últimes dècades, el desenvolupament tecnològic i els canvis en el mode de vida de la societat estan afectant negativament a la qualitat i la disponibilitat dels recursos naturals disponibles, entre ells l’aigua. El model de gestió hídrica actual està obsolet, pel que és necessari un canvi generalitzat en el que es tingui en compte la necessitat de tractament i recuperació de les aigües contaminades després del seu ús. Al mateix temps, les tècniques a aplicar deuen d’estar basades en la sostenibilitat tant econòmica com ambiental, sent una d’aquestes opcions alternatives el ús de cultius de microalgues. Les microalgues tenen la capacitat d’eliminar tant la matèria orgànica com els nutrients presents en l’aigua. La utilització d’aquest tipus de cultiu per al tractament d’aigües residuals suposa una reducció de les necessitats energètiques, i per tant esdevé un procés més econòmicament rentable que fangs actius convencionals. A més, la biomassa generada té aplicació industrial pel que passa a considerar-se subproducte en lloc de residu. L’objectiu principal d’aquest treball ha estat la determinació experimental de la influencia de les característiques de l’aliment, el tipus de ventilació, la variació de temperatura i la intensitat lumínica en la eliminació de nutrients d’un efluent procedent d’un reactor anaerobi de membranes mitjançant un cultiu de microalgues en una planta pilot. Durant el període d’experimentació s’han determinat els rendiments d’eliminació de nutrients (amoni i fosfat), s’ha estudiat el creixement del cultiu i s’ha observat la evolució poblacional de les especies de microalgues presents, tot amb la finalitat de relacionar els resultats amb les condiciones d’operació presents en cada assaig. Acabada la experimentació, els resultats van mostrar que el ús d’un aliment artificial permetia un desenvolupament del cultiu similar al observat en condicions normals. La reducció de la mida de bombolla va promoure la proliferació de cianobacteries en el medi, amb el desplaçament de l’equilibri poblacional com a conseqüència. La influencia de la variació de temperatura es va comprovar que no va ser significativa, plantejant la hipòtesi de que durant els assajos els cultius es van mantenir dins del rang de temperatures òptimes de creixement. La reducció de la intensitat lumínica va afectar negativament al creixement de la biomassa en el cultiu, provocant una reducció de l’activitat fotosintètica que es va traduir en la disminució dels rendiments d’eliminació.

[EN] The population growth rate during last decades, technological development and changes in the lifestyle of society are negatively affecting the quality and availability of natural resources, including water. Current management model of water is obsolete, so it is necessary a global change. The new model must take into account the treatment and recovery requirements for polluted water after its use. Moreover, applied technologies should be based on sustainability values. One of these new methods is the use of microalgae cultures. Microalgae are able to remove organic matter and nutrients contained in water. The use of this kind of culture for wastewater treatment decreases energy needs. Therefore, microalgae cultures involve more cost-effective technology than conventional activated sludge process. In addition, generated biomass can be used in industry so then it can be regarded as by-product rather than waste. The aim of this work was the experimental determination of the influence of food features, type of ventilation, temperature variability and light intensity in nutrient removal in effluent from AnMBR pilot plant. During experimental period, nutrient removal yields (ammonia and phosphate) were determined, growth rate was studied and microalgae species evolution was observed. The main target of these procedures was to relate the results with operational conditions in each test. After experimental period, results showed that the use of an artificial feed allowed a similar development compared with harvests under normal conditions. The bubble size reduction promoted the proliferation of cyanobacteria. The influence of temperature variation was not significant, and it can be explained with the hypothetical statement that photobioreactors were operating under optimal temperature range. Light intensity reduction reported negative effects on microalgae growth, consequently photosynthetic activity reduced and elimination yield lowed.