Remoción de compuestos nitrogenados de aguas residuales municipales usando un consorcio bacteriano

Abstract

The fulfillment of the sustainable development objective (SDO) number six "Clean Water and Sanitation" is a global challenge in both developed and developing countries. Water pollution impairs economic growth and the physical and environmental health of billions of people. According to the world health organization (WHO), two million tons of wastewater are discharged into the environment annually without prior treatment. Therefore, the integrated management of water resources is a requirement for environmental preservation and economic development, the removal of nutrients being one of the main drawbacks. Unfortunately, global nitrogen discharge has increased due to intensification of agriculture, high levels of atmospheric deposition, and increased residual per capita discharge due to changes in the population's diet. In this work, the efficiency of a bacterial consortium (Ecobacter WP) consisting of 8 bacterial strains of the genus Bacillus subtilis, Bacillus licheniformus, Bacillus megaterium, Bacillus cerus, Arthorbacter sp, Acinetobacter paraffineus, Corynebacterium sp, Streptomyces globisporus; for the removal of nitrogen compounds in domestic wastewater in a plug flow system, extended aeration and bioaugmentation (FLAEBI). In order to promote the nitrification and denitrification processes, three treatments were tested to establish the optimal concentration of the bacterial consortium at laboratory scale and its subsequent application in a wastewater treatment plant (PTARD) under outdoor conditions. The evaluation period was 15 days for each treatment in the laboratory and PTARD. The physicochemical parameters monitored both at laboratory and real scale were pH, temperature, dissolved oxygen and removal of COD, BOD5, ammonium, nitrites, and nitrates. The results indicated that the optimal concentration of the consortium was 30 mg / L, with a removal percentage of 92% of nitrate on a laboratory scale and 62% on a real scale, a difference that is attributed to the mode of operation that gave rise to different residence times, volume ratios that caused different concentration gradients, in addition to the different construction materials (fiberglass for laboratory scale and concrete for real scale) that can influence the stability of the flows. The consortium studied can be used to promote nitrification and denitrification processes that intervene in the removal of nitrogen compounds in plants with similar operating conditions, without investment in restructuring or design modification of the PTARD.

El cumplimiento del objetivo de desarrollo sostenible (ODS) número seis “Agua limpia y saneamiento” es un reto global tanto en países desarrollados como en los que están en vía de desarrollo. La contaminación del agua deteriora el crecimiento económico y la salud física y ambiental de billones de personas. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), dos millones de toneladas de aguas residuales son vertidas al ambiente anualmente sin previo tratamiento, por lo cual el manejo integrado del recurso hídrico es un requerimiento para la preservación ambiental y el desarrollo económico, siendo la remoción de nutrientes uno de los principales inconvenientes. Desafortunadamente, la descarga de nitrógeno global se ha incrementado debido a la intensificación de la agricultura, los niveles elevados de deposición atmosférica y el aumento en la descarga residual per cápita por cambios en la dieta de la población. En este trabajo se evaluó la eficiencia de un consorcio bacteriano (Ecobacter WP) conformado por ocho cepas bacterianas del género Bacillus subtilis, Bacillus licheniformus, Bacillus megaterium, Bacillus cerus, Arthorbacter sp, Acinetobacter paraffineus, Corynebacterium sp y Streptomyces globisporus para la remoción de compuestos nitrogenados en aguas residuales domésticas en un sistema flujo pistón, aireación extendida y bioaumentación (FLAEBI). Con el fin de promover los procesos de nitrificación y desnitrificación, se ensayaron tres tratamientos para establecer la concentración óptima del consorcio bacteriano a escala laboratorio y su posterior aplicación en una planta de tratamiento de aguas residuales (PTARD) bajo condiciones outdoor. El periodo de evaluación fue de 15 días para cada tratamiento en el laboratorio y PTARD. Los parámetros fisicoquímicos monitoreados tanto a escala laboratorio como real fueron pH, temperatura, oxígeno disuelto y remoción DQO, DBO5, amonio, nitritos, nitratos. Los resultados indicaron que la concentración óptima del consorcio fue de 30 mg/L, con un porcentaje de remoción del 92 % de nitrato a escala laboratorio y 62 % a escala real, diferencia que se le atribuye al modo de operación que dieron lugar a diferentes tiempos de residencia, relaciones de volumen que provocaron diferentes gradientes de concentración, además de los diferentes materiales de construcción (fibra de vidrio para escala laboratorio y concreto para escala real) que pueden influir en la estabilidad de los flujos. El consorcio estudiado puede ser utilizado para promover los procesos de nitrificación y desnitrificación que intervienen en la remoción de compuestos nitrogenados en plantas con condiciones similares de operación, sin inversión en reestructuración o modificación de diseño de la PTARD.