Hybrid biological reactors for wastewater treatment : evaluation of innovative applications

RESUMEN: Esta tesis doctoral evalúa diferentes aplicaciones de procesos biológicos híbridos, que integran biomasa en suspensión y biopelícula en el mismo reactor, para el tratamiento de aguas residuales. Se presenta la experiencia alcanzada en una planta piloto configurada según el esquema UCT para eliminación de nutrientes, instalando reactores híbridos de lecho fijo en la etapa anóxica y la aerobia y tratando agua residual urbana. Los resultados demuestran el incremento de la capacidad del sistema en cuanto a eliminación de nitrógeno gracias a la existencia de biopelícula en los reactores híbridos, así como la capacidad de la biomasa en suspensión para eliminar fósforo. Además, se desarrolló un modelo utilizando AQUASIM para simular el comportamiento del sistema y, en concreto, de la biopelícula y la biomasa en suspensión presentes en el reactor anóxico híbrido. El modelo permitió establecer condiciones de operación que se consideran recomendables para lograr altos rendimientos de depuración en los reactores anóxicos híbridos. Por último, se propone y evalúa la aplicación de sistemas híbridos en reactores aerobios con membranas para sewer mining frente a otras más convencionales para lograr mejorar la calidad de las aguas superficiales mediante un análisis coste-eficacia aplicado a un caso de estudio.ABSTRACT: This PhD thesis evaluates different applications of hybrid biological processes, which integrate suspended biomass and biofilm in the same reactor, for wastewater treatment. The experience gained in a pilot plant treating urban wastewater configured according to UCT scheme for nutrient removal, having hybrid fixed bed reactors in the anoxic and aerobic stages, is presented. The results demonstrate that the presence of biofilms in the hybrid reactors increases the system capacity in terms of nitrogen removal, and also show the ability of the suspended biomass to remove phosphorus in these systems. An AQUASIM based model was developed to simulate the behavior of the system and, specifically, the behavior of the biofilm and suspended biomass present in the hybrid anoxic reactor. This model allowed to establish the operating conditions that are considered desirable to achieve high removal performance in hybrid anoxic reactors. Finally, the application of hybrid systems in aerobic reactors with membranes is assessed for sewer mining, in order to improve the quality of surface waters and evaluated compared to more conventional approaches through a cost-effectiveness analysis applied to a case study