Microalgae-based wastewater treatment processesImplementation in aquaculture sector and WWTP

Zusammenfassung

Los Objetivos de Desarrollo Sostenible desarrollados por las Naciones Unidas recogen que "poner fin a la pobreza debe ir de la mano de estrategias que desarrollen el crecimiento económico y aborden necesidades sociales, incluyendo la educación, la salud, la igualdad y las oportunidades laborales, al tiempo que se aborda el cambio climático y se trabaja para preservar los océanos y bosques” (United Nations, 2019). Estos objetivos pueden ser abordadodos empleando diferentes estrategias, siendo un factor común a parte de ellos el uso, la reutilización y el tratamiento del agua residual de manera sostenible. Asimismo, la biotecnología de microalgas es un campo de estudio cada vez más relevante, siendo una aplicación central del mismo el tratamiento de aguas residuales. Como resultado, los procesos basados en microalgas para el tratamiento de aguas residuales se han convertido en un campo de investigación de gran interés. En este sentido, la presente Tesis ha enfrentado este reto desde dos puntos de vista: el tratamiento de aguas residuales en la acuicultura y en las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas. El objetivo principal de la presente Tesis ha sido desarrollar un conocimiento sólido sobre nuevas tecnologías sostenibles para el tratamiento de aguas residuales, desarrollando nuevas soluciones basadas en el empleo de microalgas. Para lograr este objetivo, esta Tesis está estructurada en dos partes: una parte experimental correspondiente al tratamiento de aguas de acuicultura basado en microalgas, que se describe en el Capítulo 2 y el Capítulo 3; y una segunda parte relacionada con el desarrollo de modelos matemáticos para mejorar la implementación a escala industrial de procesos basados en microalgas en plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas, descrito en los Capítulos 4 y 5. La idoneidad de los sistemas de tratamiento de aguas residuales basadas en microalgas en su empleo en acuicultura se ha estudiado a escala laboratorio, siendo el objetivo principal evaluar cómo la calidad del agua tratada de un sistema de acuicultura afecta a la tasa de crecimiento y a la eficiencia de eliminación de nutrientes de dos especies ampliamente conocidas de microalgas. Posteriormente, se utilizó un co-cultivo de estas dos especies de microalgas, también para el tratamiento de agua procedente de la acuicultura, para poder desarrollar un sistema de tratamiento más robusto en comparación con los monocultivos. Esta solución se testeó a escala de laboratorio y luego se comparó con un co-cultivo a escala piloto llevado a cabo en un fotobiorreactor abierto. Para determinar el estado del arte del modelo matemático de las microalgas, se ha realizado una revisión bibliográfica para definir las debilidades y fortalezas de los modelos desarrollados actualmente. Entre ellos, solo un pequeño número son modelos integrados, a pesar de que la integración de los procesos basados en microalgas en los modelos de planta completa es primordial para aumentar su implementación a gran escala. Para enfrentar este reto, se implementó un modelo matemático describiendo las transformaciones de las microalgas en la biblioteca de modelos Plant Wide Model (PWM) ya existente. Por último, es necesario realizar una validación del modelo desarrollado para asegurar su correcto funcionamiento para su uso en la evaluación de la implementación de estos procesos a escala industrial en estaciones depuradoras de aguas residuales. La Tesis concluye con un capítulo que recoge las conclusiones más significativas, la bibliografía consultada para su desarrollo y un apéndice que incluye una descripción detallada de la metodología de modelado matemático utilizada.