Operation, modeling and automatic control of complete and partial nitrification of highly concentrated ammonium wastewater
El tema d'estudi d'aquesta tesi és l'eliminació biològica de nitrogen d'aigües amb alta càrrega d'amoníac, més concretament, el procés de nitrificació (l'oxidació de l'amoni a nitrat). Aquesta reacció en dos passos, catalitzada per dos tipus de microorganismes (AOB...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2007 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:37074 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/37074 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Nitrificació Aigües residuals |
| Sumario: | El tema d'estudi d'aquesta tesi és l'eliminació biològica de nitrogen d'aigües amb alta càrrega d'amoníac, més concretament, el procés de nitrificació (l'oxidació de l'amoni a nitrat). Aquesta reacció en dos passos, catalitzada per dos tipus de microorganismes (AOB i NOB), pot patir problemes d'inhibicions per amoníac i àcid nitrós. Això és especialment important quan es tracta aigua amb alta concentració d'amoni i per tant, es necessita un control del procés adequat. Tot i així, aquestes inhibicions es poden utilitzar per a aconseguir nitrificació parcial (l'oxidació de l'amoni a nitrit), la qual combinada amb el procés de desnitrificació, aporta beneficis importants pel què fa a la utilització dels recursos. En aquesta tesi es mostra el desenvolupament i calibratge d'un model matemàtic per a descriure la cinètica i l'estequiometria de la nitrificació considerant les inhibicions mencionades anteriorment i tenint en compte els dos tipus de bacteris nitrificants i també els bacteris heteròtrofs. Es varen dissenyar experiments específics per a l'optimització dels paràmetres del model i amb l'ajuda d'eines d'identificabilitat de paràmetres, aquests experiments es van analitzar i millorar. Les constants d'afinitat pel substrat i els coeficients d'inhibició per substrat es van determinar dues vegades utilitzant biomasses diferents i es van obtenir resultats diferents. Això indicà que aquests paràmetres són variables i depenen de l'aclimatació de la biomassa. Es va utilitzar la tècnica d'hibridació fluorescent in situ (FISH) per a la detecció i quantificació de les fraccions bacterianes. Per a la detecció de la fluorescència es van utilitzar un microscopi d'epifluorescència, un microscopi confocal i un citòmetre de flux. Els resultats obtinguts es van comparar entre ells i es van discutir els seus avantatges i inconvenients tenint en compte la precisió dels resultats, la velocitat de l'anàlisi i la disponibilitat de l'equip. La millor metodologia va resultar ser l'observació del FISH amb el microscopi confocal encara que la citometria de flux no es va poder investigar prou a fons. El model matemàtic desenvolupat i calibrat en aquesta tesi es va utilitzar per a l'optimització de la posada en marxa d'un sistema de nitrificació completa. Es van optimitzar dues estratègies de control que posteriorment es van implementar experimentalment partint d'un inòcul procedent dels llots d'una estació de tractament d'aigües residuals urbanes. El controlador dissenyat es basava en la mesura de la velocitat del consum d'oxigen (OUR) en l'últim reactor del sistema i actuava sobre la càrrega d'entrada. Els resultats obtinguts es van comparar amb els resultats d'una posada en marxa amb control manual i es va demostrar que el control automàtic permet disminuir el temps de posada en marxa i augmentar l'estabilitat del procés. Posteriorment, els resultats experimentals es van simular amb el model matemàtic obtenint un bon ajust. Finalment, el nou model es va utilitzar per a fer prediccions del comportament del sistema a curt i llarg termini. L'enriquiment de la biomassa en microorganismes nitrificants es va comprovar mitjançant el FISH i la microscòpia confocal. La biomassa que es va obtenir després de la última posada en marxa del sistema es va utilitzar per a aconseguir la nitrificació parcial treballant a 25 ºC, 1.1 mg O2 L-1, pH de 8.3 i amb un set point d'OUR apropiat en el control automàtic. La nitrificació parcial es va mantenir de forma estable durant uns 120 dies amb una càrrega mitjana de 0.5 g N g-1 SSV d-1. L'anàlisi microbiològic amb FISH va demostrar que la població de NOB havia estat eliminada del sistema. Posteriorment, el sistema de control es va millorar amb l'adició de dues regles de control expert que van permetre l'operació estable del sistema davant d'importants pertorbacions externes. |
|---|