Remoción de nitrógeno en reactores anaerobios de alta tasa - Operación de reactores y modelado matemático

La digestión anaerobia se presenta como una alternativa sustentable para el tratamiento de efluentes tanto industriales como domésticos, principalmente debido a su balance energético positivo y su bajo costo operacional. Sin embargo, las tecnologías anaerobias presentan una importante desventaja: la baja remoción de nutrientes. Se han propuesto varias alternativas novedosas para la remoción de nutrientes en estos sistemas. Una alternativa para remover nitrógeno del efluente de un sistema anaerobio es la desnitrificación y metanogénesis simultánea (DMS). En la desnitrificación y metanogénesis simultánea, el efluente del sistema anaerobio es nitrificado y luego recirculado al reactor anaerobio y de esta forma la desnitrificación se realiza en el mismo reactor que la metanogénesis. Este proceso presenta la ventaja de no necesitar una fuente de energía externa, ya que se utiliza la materia orgánica presente en el efluente. Además, si se utiliza el proceso abreviado de nitrificación/desnitrificación a través de nitrito, se puede ahorrar aún más dado que se requiere menor aireación y se produce más biogás que si se usa la nitrificación/desnitrificación tradicional. Sin embargo, DMS es un proceso complejo con muchas interacciones entre los dos procesos lo cual hace que su control y operación sea dificultosa. Por otra parte, el nitrato, nitrito y los intermediarios de desnitrificación se han reportado como inhibitorios para los microorganismos metanogénicos. Además, DMS a través de nitrito es más complejo dado el mayor poder inhibitorio del nitrito con respecto al nitrato. A todo esto se suma una falta de conocimiento de las rutas metabólicas, mecanismos de inhibición y el rol de los microorganismos en estos procesos. En este trabajo se estudiará la DMS en reactores anaerobios tratando efluentes industriales del tipo lácteo, comparándose dos configuraciones de reactores anaerobios para saber cuál es más adecuada para llevar a cabo la DMS. Por otra parte, se desarrollará un modelo matemático capaz de predecir adecuadamente el comportamiento de los reactores anaerobios realizando DMS. Este modelo integrará una versión ligeramente modificada del modelo más aceptado de digestión anaerobia (ADM1) con la hidrodinámica de los reactores y los fenómenos de transferencia de masa. Con los resultados obtenidos de la operación de los reactores así como del modelo desarrollado se espera poder responder las incógnitas planteadas, particularmente qué configuración de reactor es más adecuada y cuáles son los mecanismos que permiten que la DMS ocurra en reactores en continuo.