En los últimos años, han surgido varios procesos de desnitrogenación nuevos tanto a nivel nacional como internacional, proporcionando nuevas vías para el tratamiento de aguas residuales de nitrógeno amoniacal con alta concentración. Estos incluyen principalmente nitrificación y desnitrificación de atajos, desnitrificación aeróbica y oxidación anaeróbica de amoníaco (ANAMMOX).

1. Nitrificación y desnitrificación de atajos

En 1975, Voets y otros descubrieron el fenómeno de la acumulación de NO2-N durante el proceso de nitrificación mientras estudiaban el tratamiento de aguas residuales de nitrógeno amoniacal con alta concentración, y propusieron por primera vez el concepto de nitrificación y desnitrificación abreviadas.

Dado que la oxidación del nitrógeno amoniacal requiere una gran cantidad de oxígeno, los costes de aireación se convierten en el gasto principal de este método de desnitrogenación. La nitrificación y desnitrificación abreviadas (oxidar el nitrógeno amoniacal solo a nitrógeno nitrito antes de la desnitrificación) puede ahorrar no solo el oxígeno necesario para la oxidación del amoníaco sino también la fuente de carbono necesaria para la desnitrificación. Ruiza y otros utilizaron aguas residuales sintéticas (simulando aguas residuales industriales que contienen altas concentraciones de nitrógeno amoniacal) para determinar las condiciones para lograr la acumulación de nitrito. Para lograr la acumulación de nitrito, el pH no es un parámetro de control crítico, pues cuando el pH está entre 6.45 y 8.95 ocurre la nitrificación total para formar nitrato; cuando el pH< 6.45 or pH >8,95, se inhibe la nitrificación y se acumula nitrógeno amoniacal. Cuando DO = 0,7 mg/L, el 65% del nitrógeno amoniacal se puede acumular en forma de nitrito, con una tasa de conversión de nitrógeno amoniacal superior al 98%. cuando HACER< 0.5 mg/L, ammonia nitrogen accumulation occurs; when DO >1,7 mg/L, se produce la nitrificación total para formar nitrato. Liu Junxin y otros realizaron un análisis comparativo de los efectos de la desnitrogenación de tipo nitrito y tipo nitrato para aguas residuales de nitrógeno amoniacal de alta concentración con una baja proporción de carbono a nitrógeno. Los resultados experimentales muestran que la desnitrogenación de tipo nitrito puede mejorar significativamente la eficiencia de eliminación total de nitrógeno, y las cargas de nitrógeno amoniacal y nitrato pueden casi duplicarse. Además, factores como el pH y la concentración de nitrógeno amoniacal tienen una influencia importante en el tipo de desnitrogenación.

Los resultados a escala piloto para el tratamiento de aguas residuales de coquización mediante nitrificación y desnitrificación abreviadas muestran que cuando las concentraciones de DQO, nitrógeno amoniacal, TN y fenol en el afluente son 1201,6, 510,4, 540,1 y 110,4 mg/L respectivamente, las concentraciones promedio del efluente son 197,1, 14,2, 181,5 y 0,4 mg/L. Las tasas de eliminación correspondientes son 83,6%, 97,2%, 66,4% y 99,6% respectivamente. En comparación con los procesos de desnitrogenación biológica convencionales, este proceso tiene una mayor carga de nitrógeno amoniacal y puede aumentar la tasa de eliminación de TN en condiciones de valores C/N más bajos.

2. Oxidación anaeróbica de amoníaco (ANAMMOX)

La oxidación anaeróbica de amoníaco (ANAMMOX) se refiere al proceso en el que el nitrógeno amoniacal se oxida directamente en gas nitrógeno utilizando nitrito como aceptor de electrones en condiciones anaeróbicas.

La ecuación de reacción bioquímica para ANAMMOX es:
NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂ ↑ + 2H₂O

Las bacterias ANAMMOX son autótrofos anaeróbicos obligados, lo que las hace muy adecuadas para tratar aguas residuales de nitrógeno amoniacal que contienen NO₂⁻ y bajas proporciones C/N. En comparación con los procesos tradicionales, la desnitrogenación basada en la oxidación anaeróbica de amoníaco tiene un flujo de proceso simple, no requiere una fuente externa de carbono orgánico, previene la contaminación secundaria y tiene grandes perspectivas de aplicación. Hay dos aplicaciones principales de la oxidación anaeróbica de amoníaco: el proceso CANON y la integración con un reactor único de alta actividad de eliminación de amoníaco sobre nitrito (SHARON) para formar el proceso combinado SHARON-ANAMMOX.

3. Eliminación de nitrógeno completamente autótrofa sobre nitrito (CANON)

El proceso CANON es un método que utiliza microorganismos completamente autótrofos para eliminar simultáneamente el nitrógeno amoniacal y el nitrito en condiciones de oxígeno limitado. En cuanto a la forma de reacción, es una combinación de los procesos SHARON y ANAMMOX realizados en el mismo reactor. Meng Liao y otros descubrieron en la Planta de Tratamiento de Lixiviados del Vertedero de Residuos Sólidos de Shenzhen Xiaping que cuando el oxígeno disuelto se controla en alrededor de 1 mg/L, el nitrógeno amoniacal afluente< 800 mg/L, and ammonia nitrogen load < 0.46 kg NH₄⁺/(m³•d), the CANON process can be achieved using an SBR reactor, with an ammonia nitrogen removal rate >95 % y una tasa de eliminación total de nitrógeno > 90 %.

La investigación de Sliekers y otros muestra que tanto los procesos ANAMMOX como CANON pueden funcionar bien en reactores de elevación por gas y alcanzar tasas de conversión de nitrógeno muy altas. Controlando el oxígeno disuelto a alrededor de 0,5 mg/L en un reactor de elevación por gas, la tasa de desnitrogenación del proceso ANAMMOX alcanzó 8,9 kg N/(m³•d), mientras que el proceso CANON alcanzó 1,5 kg N/(m³•d).

4. Nitrificación y desnitrificación simultáneas (SND)

Según la teoría tradicional de la desnitrogenación biológica, la vía de desnitrogenación generalmente incluye dos etapas: nitrificación y desnitrificación. Estos dos procesos deben llevarse a cabo en dos reactores aislados, o en el mismo reactor con ambientes anóxicos y aeróbicos alternados creados en el tiempo o el espacio. De hecho, ya hace años, en algunos procesos de lodos activados sin etapas anóxicas y anaeróbicas obvias, el fenómeno de la pérdida no asimilativa de nitrógeno se observó múltiples veces, y la desaparición de nitrógeno también se observó con frecuencia en los sistemas de aireación.

En estos sistemas de tratamiento, las reacciones de nitrificación y desnitrificación a menudo ocurren bajo las mismas condiciones de tratamiento y en el mismo espacio de tratamiento; por lo tanto, estos fenómenos se denominan Nitrificación/Desnitrificación Simultánea (SND). Actualmente, el proceso representativo para la nitrificación y desnitrificación simultánea es MBBR.

5. Desnitrificación aeróbica

La teoría tradicional de la desnitrogenación sostiene que las bacterias desnitrificantes son facultativas y su cadena respiratoria utiliza oxígeno como aceptor terminal de electrones en condiciones aeróbicas y nitrato como aceptor terminal de electrones en condiciones anóxicas. Por lo tanto, si va a ocurrir una reacción de desnitrificación, debe ser en un ambiente anóxico. En los últimos años, el fenómeno de la desnitrificación aeróbica ha sido continuamente descubierto y reportado, ganando gradualmente atención. Se han aislado algunas bacterias desnitrificantes aeróbicas, algunas de las cuales pueden realizar simultáneamente desnitrificación aeróbica y nitrificación heterótrofa (como T. pantotropha LMD82.5 aislada y analizada por Robertson y otros). Esto permite la nitrificación y desnitrificación simultáneas en el verdadero sentido dentro del mismo reactor, simplificando el flujo del proceso y ahorrando energía.

Los resultados experimentales de un reactor SBR que trata aguas residuales de nitrógeno amoniacal verificaron la existencia de desnitrificación aeróbica. La capacidad de desnitrificación aeróbica disminuye a medida que aumenta la concentración de oxígeno disuelto en el licor mezclado. Cuando la concentración de oxígeno disuelto es de 0,5 mg/L, la tasa de eliminación total de nitrógeno puede alcanzar el 66,0%.

La investigación experimental dinámica continua muestra que para lixiviados de nitrógeno amoniacal de alta concentración, la tasa de eliminación total de nitrógeno del proceso de desnitrificación aeróbica con lodos activados comunes puede alcanzar más del 10%. La velocidad de la reacción de nitrificación disminuye a medida que disminuye la concentración de oxígeno disuelto, mientras que la velocidad de la reacción de desnitrificación aumenta a medida que disminuye la concentración de oxígeno disuelto. El análisis cinético de la nitrificación y la desnitrificación muestra que cuando el oxígeno disuelto es de alrededor de 0,14 mg/L, se producirán nitrificación y desnitrificación simultáneas cuando la tasa de nitrificación y la tasa de desnitrificación son iguales. La velocidad es 4,7 mg/(L·h), con una constante de reacción de nitrificación KN = 0,37 mg/L y una constante de reacción de desnitrificación KD = 0,48 mg/L.

Durante el proceso de desnitrificación se produce N2O, un gas de efecto invernadero, que provoca nueva contaminación. La investigación sobre los mecanismos relacionados aún no es lo suficientemente profunda y muchos procesos aún se encuentran en la etapa de laboratorio, lo que requiere más estudios antes de que puedan aplicarse efectivamente en la ingeniería práctica. Además, todavía se encuentran en fase de investigación experimental procesos como el proceso de desnitrogenación completamente autótrofa y la nitrificación y desnitrificación simultáneas, todos los cuales tienen grandes perspectivas de aplicación.

Matriz de monitoreo central YexSensor para la integración del sistema

Preguntas frecuentes (FAQ)

P1: ¿Por qué el control del oxígeno disuelto (OD) es tan crítico en la nitrificación de atajo?
   R: El control preciso de OD permite la supervivencia de las bacterias oxidantes de amoníaco (AOB) al tiempo que inhibe las bacterias oxidantes de nitrito (NOB). Mantener el OD en aproximadamente 0,7 mg/L garantiza que el amoníaco solo se oxida a nitrito, que es la piedra angular del proceso de atajo.

P2: ¿Cuáles son las principales ventajas del proceso ANAMMOX para los integradores de sistemas?
   R: Para proyectos a gran escala, ANAMMOX elimina la necesidad de fuentes externas de carbono y reduce los requisitos de oxígeno en un 60%, lo que reduce significativamente los gastos operativos (OPEX) y la huella de la planta.

P3: ¿Cómo garantiza YexSensor la estabilidad de los datos en entornos de alta concentración de amoníaco?
   R: Nuestro YEX-NHN-206 utiliza un electrodo selectivo de iones avanzado con algoritmos de compensación de interferencias integrados, diseñado específicamente para resistir los efectos de "envenenamiento" que se encuentran comúnmente en las aguas residuales industriales.

P4: ¿Se puede implementar el proceso CANON en un solo reactor?
   R: Sí. CANON combina nitritación parcial y ANAMMOX en un solo reactor controlando los niveles de oxígeno para permitir que las bacterias aeróbicas y anaeróbicas autótrofas coexistan en diferentes capas de la biopelícula o flóculo.

P5: ¿Cuál es el beneficio de la comunicación RS485 Modbus RTU para proyectos de aguas residuales?
   R: Facilita la integración perfecta en sistemas PLC y SCADA, lo que permite la transmisión de datos a larga distancia (hasta 1200 m) y la conexión en cadena de múltiples sensores en un solo cable, lo que reduce la complejidad de la instalación.

P6: ¿La temperatura afecta la precisión del monitoreo del nitrógeno amoniacal?
   R: Sí, la temperatura afecta significativamente la actividad iónica. Por lo tanto, el YEX-NHN-206 incluye un sensor de temperatura interno de alta precisión para compensación automática en tiempo real para garantizar la integridad de los datos en las diferentes temperaturas estacionales.

P7: ¿Por qué es esencial el control del pH para lograr la acumulación de nitrito?
   R: Si bien el OD es el factor principal, el pH fuera del rango de 6,45 a 8,95 puede inhibir la nitrificación por completo. Para procesos de atajo, mantener un pH óptimo garantiza que AOB permanezca activo mientras ayuda a suprimir el crecimiento de NOB.

P8: ¿La nitrificación y desnitrificación simultáneas (SND) son adecuadas para aguas residuales industriales de alta carga?
   R: SND es muy eficaz cuando se utiliza con portadores de biopelículas como MBBR, que crean las microzonas aeróbicas/anóxicas necesarias. Es particularmente útil para proyectos con espacio limitado y requiere un control preciso de OD de alrededor de 0,1-0,5 mg/L.

Resumen: Impulsando el futuro de la eliminación de nitrógeno

La transición de la eliminación tradicional de nitrógeno a procesos autótrofos avanzados y de atajos representa un salto significativo en la eficiencia de la ingeniería ambiental. Al integrar tecnología de detección de alto rendimiento como elYexSensor serie YEX-206Con procesos innovadores como ANAMMOX y CANON, los integradores de sistemas pueden ofrecer soluciones que no solo cumplen con las normas sino que también son altamente sustentables.

A medida que los estándares globales para el nitrógeno total (TN) continúan endureciéndose, la capacidad de monitorear y controlar estos sensibles procesos biológicos en tiempo real será el factor decisivo en el éxito de los proyectos modernos de tratamiento de aguas residuales industriales.

Soporte e integración de proyectos:
       Para obtener mapas detallados de registros Modbus, diseños de celdas de flujo personalizados o soporte de integración para proyectos de eliminación de nitrógeno a gran escala, comuníquese con el equipo de ingeniería técnica de YexSensor.