Chapter 5 High Speed ACCI Bus
5.2 Circuit Implementation
5.2.1 Differential pulse receiver
A eficiencia de eliminación de Nitróxeno total (NT) rexistrada nos Humidais Construídos (HC) é variable, atopándose desde porcentaxes elevadas de eliminación arredor do 90% ata eliminacións por baixo do 11%, pasando pola consideración de que a eficiencia de eliminación non supera o 50% incluso tendo un deseño óptimo (Ji et al., 2012; Xu et al., 2013). Na Táboa 10 recóllense algunhas opcións de HC híbridos que alcanzan capacidades de tratamento de ata 40 g N/m2·d e unha porcentaxe de eliminación na
gama de 25 – 95% do NT. Estas son cargas de unha orde de magnitude maior que a dos
HCs convencionais que se atopan na gama de 1,4 – 3,5 g N/m2·d (Vymazal, 2007).
De feito, non hai HC subsuperficiais convencionais que por sí mesmos acaden a eliminación de todo o NT, debido á súa incapacidade de alternar condicións aerobias e anóxicas para os dous procesos principais de eliminación de nitróxeno: nitrificación e denitrificación, respectivamente (Hu et al., 2014). Polo tanto, como mellorar a eficiencia de eliminación de nitróxeno nos HC converteuse nun punto chave nesta área, encamiñando os estudos cara procesos de deseño máis sofisticados, como os HC híbridos (HCH) ou os HC en etapas, configuracións que inclúen recirculación da auga residual (AR), multialimentación, aireación artificial, entre outros (Tanner et al., 2012; Hu et al., 2014). Ademais de mellorar a eliminación de nitróxeno, estas novas configuracións nos HC tamén teñen o obxectivo de aumentar as cargas aplicadas e reducir a área requirida.
Song et al. (2011) indicaron que para obter as máximas taxas de denitrificación en HC, é necesario ter, por unha banda, as condicións ambientais óptimas, e por outra, as comunidades denitrificantes activas en etapa estabilizada. Mais as taxas de denitrificación reais están restrinxidas pola temperatura, pH, dispoñibilidade de carbono, entre as principais condicións ambientais, e pola etapa de construción do HC, entre o estado das comunidades denitrificantes. Neste caso, aínda que non está claro
54 canto tempo é necesario para chegar ás condicións apropiadas para que as comunidades bacterianas teñan a máxima actividade de denitrificación, as principais taxas rexistradas non foron significativamente diferentes entre o primeiro e o segundo ano de operación (Song et al., 2011).
Como se indica na Táboa 10, algunhas configuracións de HCH acadan tratamentos no
rango de 10 – 40 g N/m2·d, con unha porcentaxe de eliminación de N entre o 40 e o 86%.
Estes son resultados para cargas de nitróxeno con unha orde de magnitude maior que a
dos HC convencionais que operan no rango de 1,4 – 3,5 g N/m2·d (Vymazal, 2007).
Foladori et al. (2013) compararon un HC FV convencional (FV-C) deseñado con área superficial específica de 3,6 m2/h.e. con tres HC FV de alta carga con área superficial
específica de 1,4 – 1,8 m2/h.e.. As tres configuracións usadas nos HC FV de alta carga
foron: i) recirculación intermitente (FV-R), ii) aireación artificial intermitente (FV-A), e iii) combinación de ambos (FV-AR). Os resultados atopados foron unha eficiencia de eliminación de NTK alta en todos os sistemas: 72% no FV-R, 74% no FV-A, 76% no FV-AR, e 80% no FV-C, pero o NT eliminado variou do 25% (FV-C), 45% (FV-R), 47% (FV-A), e 71% (FV-AR), polo que tanto a recirculación como a aireación aumentan a taxa de eliminación de NT desde 1,5 g N/m2·d no FV-C, ata 6,1 e 5,6 g N/m2·d nos FV-R e FV-A,
respectivamente, e cando se aplica a combinación de ambos (FV-AR) a eficiencia de
eliminación é a mais elevada, acádanse os 8,6 g N/m2·d.
Ji et al. (2012) rexistraron taxas de eliminación de NT de 62 – 96% en dous HC multi-
medio. Traballaron con VCOS de 3 – 6 g NT/m2·d e admitiron cargas de choque ata 28 g
NT/m2·d durante 4 semanas con porcentaxe de eliminación de 66 – 70% de NT.
Vymazal (2013) enquisou 60 HCHs de 24 países, e atopou que o sistema híbrido máis común é un FV-FHSS que se estivo usando para tratar tanto AR urbana como industrial. Neste estudo, atopouse que os HCH FV-FHSS son lixeiramente máis eficientes na eliminación de amonio que outras configuracións híbridas, incluíndo os sistemas FHSS- FV. Todos os tipos de HCHs son comparables con HC FV de etapa única en termos de
eliminación de N-NH4+. Os resultados indican que se o N-NH4+ é o parámetro obxectivo
para a eliminación, a combinación de diferentes tipos de HC nos que se inclúe unha
etapa de FV, non ofrece mellora na eliminación de N-NH4+ comparado con un HC FV
único. Sen embargo, a taxa de eliminación de NT resultou con un patrón moi diferente ás taxas de eliminación de N-NH4+. Os resultados indicaron que os HCHs eliminan
substancialmente máis NT que os HC de etapa única, tanto FHSS como FV. A máxima
eliminación de N-NH4+ e NT acadou os 15 e 20 g N/m2·d, respectivamente (Vymazal,
2013).
Zhang et al. (2015) fixeron unha revisión dos datos rexistrados en rexións tropicais e subtropicais entre o ano 2000 e 2013. Obtiveron mellores resultados de eficiencia de eliminación de contaminantes en sistemas híbridos, tanto de sólidos e materia orgánica
como de nitróxeno (80,7% N-NH4+, 80,8% N-NO3-, 75,4% NT) con respecto a HC de etapa
única. Algunhas dos rexistros están recollidos na Táboa 10. Atoparon que nos HCs de fluxo vertical teñen maior capacidade de eliminación de m.o. e sólidos que os de FHSS.
55
Táboa 10. Resultados de eliminación de N en diferentes configuracións de HC SS.
Configuration Influent COD/TN NLR (g N/m2·day) TN removal (%) Reference
Single bed TFCWwith multi-tide 7.5–8.9 28 85–86 Hu et al. (2014) Single bed TFCWwith recirculation 4.9a 35 43 Wu et al. (2011)
Four-stage TFCWs 4.5–8.8 22–43 64–76 Zhao et al. (2011) Four-stage TFCWs with step-
feeding 7.5 20 83 Hu et al. (2012)
Four-stage hybrid system 18.2 10 75 Kadlec et al. (1997)
Two-stage hybrid system 1.5a 1.1 63 Oovel et al. (2007)
C-VSSF (control) 6.0 6.1 24,6 Foladori et al. (2013) High load R-VSSF 6.0 13.5 45,2 Foladori et al.
(2013) High load A-VSSF 6.0 11.9 47,1 Foladori et al.
(2013) High load AR-VSSF 6.0 12.1 71,1 Foladori et al.
(2013) FGVd + FHSS + FV VCH 100 – 30 6,5 b 1,6 – 5,3b 50 – 80b Tunçsiper et al. (2009) FGVd + FHSS + FV VCH 30 + Recirc. 6,5 b 1,6 95b Tunçsiper et al. (2009) FGVd + FHSS + FV VCH 100 + Recirc. 6,5b 5,3b 60b Tunçsiper et al. (2009)
FV fluxo ascendente 2.5 8.0 34-54 Bai et al. (2014)
FVM 5.5 2.0 77-79 Bai et al. (2014)
FV multimedio 1 3,05 3 – 6 62 - 96 Ji et al. (2012) FV multimedio 2 3,05 28 66 - 70 Ji et al. (2012) HSSF Step-feeding 8.6a 1.3 83 Stefanakis et al.,
2011
HSSF+VF CW with recirculation 5.2 7-10 66.0 Ayaz et al. (2012) Five-stage, step-feeding aerate
HSSF 11.8 0.78 88.1 Li et al. (2014) VF+HSSF+HSF 6.0b 0.80 46 Avila et al. (2013) VF1 + VF2 + HF (HWF ou HLC)e 7,0b 24b 83 (summer HLC) Molle et al. (2008) FHSS + FV 9,6 11,11 62,3 Belmont et al. (2004) FHSS + FV 20,5c 4,70 c 69,5 c Singh et al. (2009)
FV + FHSS + FHS + lagoa 5,5a 5,4b 68,9b Brix et al. (2011)
FV + FHSS 29,5b 0,27 – 2,0b 52,4b Serrano et al.
(2011)
FHSS + lagoa + FV 82 (56 – 88) Rivas et al. (2011) FVSf + FHSS con recirculación 64,5 Zhai et al. (2011)
FHSS + FHS 275,2 0,39 82,3 Masi et al. (2002) FV + FHSS + FHS + lagoa 37,7 0,35 90,0 Masi et al. (2002) FHSS + FV con recirculación 6,3 0,13 66 Brix et al. (2003)
a BOD/TN, b TKN, c N-NH
4+, d FGV: Filtro de grava vertical. Segundo explicacións do artigo, considérao a
primeira etapa do sistema híbrido de HC, é un FV pero sen plantas. e HWF: Horizontal Flow Wide bed/fine
media; HLC:Horizontal Flow Long bed/Coarse media. f Fluxo Vertical Sinuoso (Vertical Baffled Flow)
No tocante ao nitróxeno, o estudo de Zhang et al. (2015) confirmou que os HCs FV
56 nos HCs FHSS) debido principalmente a que a alimentación intermitente permite a transferencia de osíxeno, o cal favorece a biodegradación da m.o. nun ambiente oxidante. Sen embargo son os HCs FHSS os que teñen maior potencial para a redución
do N-NO3- debido as condicións anaerobias, aínda que sorprendentemente neste estudo
Zhang et al. observaron eficiencias de eliminación máis baixas nos HCs FHSS (42,5%) fronte aos HCs FV (73,3%). En canto a eficiencia dos HCs de FSS na eliminación do NT xeralmente atópase no rango do 40 ao 55%, dependendo do tipo de HC FSS e da carga aplicada, mais nos estudos revisados por estos autores para este período de tempo, atoparon unha estreita maior eficiencia de eliminación de NT no HCs de FV (53,3%) con respecto aos FHSS (50,0%).
ESTIMACIÓN DAS TAXAS REAIS DE NITRIFICACIÓN E DENITRIFICACIÓN
Hai diferentes modelos para simular o comportamento dos tratamentos nos HCs que se están a desenvolver por diferentes autores (Langergraber et al., 2009, Meng et al., 2014). Algúns deses modelos están baseados en caixas negras que só toman datos de entrada e saída, por exemplo modelos de regresión, primeira orde, Monod, etc. Outros modelos están baseados no proceso e estudan tamén o funcionamento dos procesos físico-químicos e microbiolóxicos dos humidais.
As taxas de nitrificación e denitrificación e o que cada unha achega a cada etapa da eliminación do N pode estimarse mediante balances de masa baseados na asunción de
que a diminución de N-NH4+ se debe á nitrificación, desprezando a perda de N debido a
asimilación pola biomasa e polas plantas (Hu et al., 2012). Segundo isto, pode darse un
aumento no N-NH4+ (ou valor negativo para a %N-NH4+ eliminado), o cal implica que se
produce mais N-NH4+ na amonificación que o que se reduce na nitrificación. Do mesmo
xeito un aumento no N-NOx- indica que na denitrificación se elimina menor cantidade
de N-NOx- do que se produce na nitrificación.
Hai dous casos de interese: o primeiro, no que todo o nitróxeno do influente se atopa en forma de amonio (neste caso a taxa de decrecemento do amonio coincide coa taxa de nitrificación), e o segundo, no que todo o nitróxeno do influente se atopa en forma
NOx (neste caso a taxa de eliminación de NOx será igual á taxa de eliminación de NT, e
ambas iguais á taxa de denitrificación).
As taxas de nitrificación e denitrificación que se obteñen mediante balances de masa, infórmannos das taxas reais nun sistema particular e para unhas condicións concretas (T, concentración, O2, POR, pH...). Os ensaios de actividade microbiana feitos en mostras
de substrato dan información das taxas de nitrificación e denitrificación potencial en condicións definidas.