Optimización del tratamiento de aguas residuales domésticas utilizando microalgas y bacterias en un fotobiorreactor tipo HRAP

Abstract

El crecimiento continuo de la población y el consecuente aumento en la generación de residuos hace necesario mejorar las tecnologías actuales para conseguir procesos más sostenibles y que favorezcan el cuidado del medioambiente. Concretamente, la contaminación de las aguas se ha convertido en una de las problemáticas ambientales más importantes de nuestros días. Actualmente, se generan en el mundo 983 millones de m3/d de agua residual (Jones et al., 2021), lo que hace necesario buscar nuevas alternativas que optimicen su tratamiento. Una de las alternativas con mayor potencial se basa en el uso de consorcios de microalgas y bacterias operando en fotobiorreactores. Su acción simbiótica permite la remoción de contaminantes y la degradación de materia orgánica por medio de la fotosíntesis y respiración bacteriana. Por otra parte, la automatización de los procesos permite medir variables a través de sensores y visualizar sus valores en tiempo real. Surge así la oportunidad de estudiar la automatización y control de un sistema de fotobiorreactores para el tratamiento de aguas residuales, contemplando la variación del caudal de agua residual sintética por medio del Tiempo de Residencia Hidráulico, en condiciones de luz controladas que emulan el ciclo solar. En esta investigación se trabajó con 2 fotobiorreactores de 3.2 L cada uno, y con un inóculo de concentración 0.6 gSSV/L compuesto de Chlorella Sorokiniana y bacterias de fango aerobio. El sistema se alimentó con agua residual sintética y se trabajó con luz artificial variable para simular la luz del sol en ciclos de luz y oscuridad de 14 y 10 h respectivamente. En una primera etapa el Tiempo de Residencia Hidráulico fue de 5d, y luego de 28d de operación se trabajó con caudales variables. El sistema de automatización contempló la medición de oxígeno disuelto, pH y temperatura a través de sensores que por medio de un protocolo de comunicación permitían la visualización de los datos en un ordenador. Se realizaron técnicas analíticas para analizar el crecimiento de la biomasa y su correcta biorremediación. Los resultados obtenidos de oxígeno disuelto y pH, estuvieron directamente relacionados con la actividad fotosintética de las microalgas y a la actividad aerobia de las bacterias. Los rangos de operación presentaron un estado óptimo para el crecimiento de la biomasa, promoviendo la biorremediación del agua residual sintética. La biomasa fue capaz de degradar la materia orgánica en un 95% y de transformar el amonio en un 90%, lo que asegura que el proceso se llevó a cabo de la manera correcta favoreciendo el crecimiento y actividad de los microorganismos. Con respecto a la automatización, en futuras investigaciones es necesario depurar fallos en el sistema de monitorización y control, para tener un proceso que funcione adecuadamente y por consecuencia se pueda tener un control del oxígeno disuelto.