Las aguas residuales domésticas o los efluentes procedentes de la digestión anaerobia de residuos se caracterizan por sus altas cargas en nutrientes. Éstos deben ser retirados del agua residual antes de su descarga para evitar la contaminación y eutrofización de las aguas naturales. En esta tesis se ha evaluado el potencial de la simbiosis entre algas y bacterias como tecnología de tratamiento de aguas residuales (TAR) económica y sostenible. El objetivo es desarrollar nuevas estrategias de operación que puedan consolidar esta biotecnología.
En este contexto, los resultados obtenidos en el Capítulo 3 demostraron que el consorcio alga-bacteria utilizado presentó un mayor rendimiento en la depuración de aguas residuales. Este tándem presentó una mayor versatilidad y robustez metabólica bajo distintas condiciones de estrés en comparación con un cultivo axénico de Chlorella sorokiniana. Como consecuencia, se puso de manifiesto el potencial de la asociación entre algas y bacterias para tratar aguas residuales.
Además, la capacidad fotosintética de las microalgas para fijar CO2 puede ser aplicada como biotecnología para eliminar el CO2 presente. Tanto en aguas residuales, como en el biogás producido durante el proceso de digestión anaerobia. Suponiendo una disminución de la huella de carbono asociada al proceso global. En base a esta idea, en el Capítulo 4 se evaluó el rendimiento durante el TAR en un fotobiorreactor anóxico-aerobio con un consorcio de algas y bacterias en el que se alcanzó una eficacia máxima de eliminación del carbono inorgánico del 98%.
Asímismo, en el Capítulo 5 se estudiaron los mecanismos de eliminación involucrados en la captura simultánea de CO2 del biogás. También se observó la eliminación de C y nutrientes de digestatos diluidos en un reactor de lagunaje de alta carga interconectado con una columna de absorción. En este estudio, la baja intensidad lumínica aportada al sistema, junto con la baja velocidad de recirculación de líquido desde el reactor a la columna de absorción, conllevó una baja absorción de C-CO2 (55%). Aún así, esta eliminación de C-CO2 del biogás supuso un aumento en el contenido energético del mismo del 19%, lo que demuestra el potencial del proceso combinado de TAR con depuración del biogás.
En el Capítulo 6 se evaluó el potencial de las algas como sustrato durante el proceso de digestión anaerobia en un sistema integrado de crecimiento-digestión anaerobia de biomasa algal. Los resultados mostraron que ≈ 50% del C inicial en forma de biomasa se hidrolizó y transformó mayoritariamente en biogás (90% del C hidrolizado). Lo hizo con una composición del 30% (v/v) de CO2 y del 70% (v/v) de CH4. Ello puso de manifiesto el potencial de la digestión anaerobia como una de las alternativas más económicas y eficientes en la valorización energética de las microalgas.
Finalmente, se cuantificaron las emisiones de N2O en un reactor de lagunaje de alta carga (Capítulo 7) y en un fotobiorreactor anóxico-aerobio (Capítulo 4). El objetivo fue evaluar el impacto de la producción de N2O en la huella de C en los procesos de TAR con algas y bacterias. Los factores de emisión de N2O obtenidos en ambos estudios (≈2,6 10-5 g N-N2O/g N-entrada) fueron significativamente menores que los reportados típicamente en EDARs convencionales (IPCC). Esto pudo confirmar que las emisiones de N2O en sistemas alga-bacteria no comprometen la sostenibilidad ambiental de los TAR en lo que respecta a su contribución en el calentamiento global del planeta.
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