DeammRecirc

PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO

El proyecto DeammRecirc se basa en las experiencias recientes y el éxito de la utilización de deammonificación para convertir el amoníaco en nitrógeno atmosférico en otras aplicaciones de tratamiento de aguas residuales. Este método ha sido probado para su uso en sistemas de recirculación RAS de la acuicultura de especies de agua dulce y marina.

Mediante el uso de un reactor de deammonificacion dentro de circuito RAS, el amoniaco se puede convertir en nitrógeno atmosférico en un solo paso. Las bacterias de deamonificación se han adaptado a las cualidades del agua de los circuitos RAS. Los avances en comparación con los circuitos abiertos incluyen la reducción de las necesidades de uso de oxígeno, agentes tampón, menor huella de carbono, reducción de los niveles de nitratos, la reducción de contaminación por nitrógeno al medio receptor, la reducción de costos de bombeo y el tratamiento necesario de agua de aporte.

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Actuaciones: 

EJECUCIÓN Y PRINCIPALES RESULTADOS OBTENIDOS
El proyecto DeammRecirc ha desarrollado con éxito su propio inóculo anammox adaptado a condiciones de salinidad marina y ha ideado una estrategia de enriquecimiento que se puede utilizar en otras piscifactorías. Se construyó un prototipo que ha sido operado en continuo durante 10 meses.

La desnitrificación parcial y los estudios de la acidificación de los lodos marinos en diferentes condiciones han permitido entender y controlar mejor la producción de nitrito. El suministro de amonio suficiente a partir de lodos todavía requiere más investigación y durante el proceso de enriquecimiento de anammox en ambos reactores, ha sido necesaria la dosificación de productos químicos.

El proyecto ha sido coordinado por Cyklar-Stulz GmbH, una compañía suiza especializada en tecnología de deamonificación para eliminar el nitrógeno en el sector de las aguas residuales municipales e industriales. El consorcio lo han constituido los siguientes socios industriales: Formoplast Kunststoffbehalterbau und-vertrieb GMBH (Alemania), ARAconsult GMBH (Austria), teqma, tecnologias y equipos para el medio ambiente, SL (España), Hardingsmolt AS (Noruega), Anglesey Aquaculture Ltd (Reino Unido) y la Asociación de Acuicultura Marina de Sudáfrica (África del Sur).

Además, el consorcio ha incluido cuatro socios de centros de investigación (RTD): Teknologisk Institutt AS (Noruega), Aqua Consult Ingenieur GMBH (Alemania), el Instituto de Ingeniería Sanitaria y Gestión de Residuos (ISAH) de la Universidad Gottfried Wilhelm Leibniz de Hannover (Alemania) y el Centro de Investigación de Acuicultura Sostenible (CSAR) de la Universidad de Swansea (Reino Unido).

El concepto del proyecto se basa en las experiencias recientes y el éxito de la utilización de bacterias anaerobias anammox para convertir directamente el amoníaco en nitrógeno atmosférico en otras aplicaciones de tratamiento de aguas residuales.

El ciclo del nitrógeno, mostrando la vía directa de deamonificación, pasando de amoníaco a nitrógeno atmosférico con el consiguiente ahorro de oxígeno y de la adición de un sustrato de carbono.

En las piscifactorías que utilizan sistemas de recirculación de acuicultura (RAS), los peces excretan amonio como residuo metabólico tóxico, que debe ser eliminado de manera eficiente del sistema a fin de optimizar las condiciones de crecimiento de los peces.

Los sistemas RAS actuales utilizan filtros biológicos aerobios para transformar el amonio a nitrato, un proceso que utiliza oxígeno además de reducir los niveles de pH en el agua. El nitrato se acumula en el agua de los sistemas RAS y debe lavarse periódicamente generando vertidos al medio. Esto puede ser fuente potencial de la eutrofización de las aguas receptoras obligando además a un consumo de agua para reemplazar la pérdida, lo que incrementa los costes de tratamiento de agua. El proyecto DeammRecirc ha querido trasladar el proceso de deamonificación al sector de la piscicultura para eliminar el nitrógeno del agua del sistema directamente a nitrógeno atmosférico, lo que reduce los costes de explotación originados por el consumo extra de oxígeno, agentes tampón, aportes de agua y la reducción de la contaminación por nitrógeno al medio receptor.

Como el anammox (cuya estequiometria se muestra arriba) es un proceso anaerobio y el agua de los sistemas RAS está oxigenada para la respiración de los peces, el concepto se ha basado en tomar la corriente de agua que el sistema RAS utiliza para purgar el lodo de los filtros de tambor, tratando esta agua rica en nitratos y el lodo (véase la figura 2). El lodo fresco se usa para bajar rápidamente el nivel de oxígeno en el agua del sistema, la creación de condiciones anaerobias y en el mismo reactor, la desnitrificación parcial transforma el nitrato a nitrito. El Anammox (véase la ecuación anterior) requiere tanto nitrito como amonio. El Amonio se forma lentamente en el reactor de acidificación pero el lodo tomado de este reactor se almacena durante 5 días, proporcionando concentraciones más elevadas de amonio. Así el efluente de ambos sistemas se añade al reactor anammox.

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El concepto del prototipo DeammRecirc

El inóculo para el reactor anammox debían ser los gránulos del proceso DEMON Cyklar ® , que se utilizan con gran éxito para el tratamiento de aguas residuales en las depuradoras (EDAR). En un estudio de 8 meses se adaptaron lentamente los lodos DEMON ® a condiciones salinas en circuitos RAS, que representan las condiciones marinas para la lubina en Anglesey Aquaculture Ltd (AAL), así como a temperaturas más bajas que representan las condiciones más frías de agua dulce para los alevines de salmón en Hardingsmolt. Aunque fue posible mantener la actividad anammox para el lodo adaptado a temperaturas más frías en el agua dulce, el lodo perdía mucha actividad anammox a salinidades de más del 10 ‰. El agua de mar tiene una salinidad entre 33-37 ‰. El consorcio entendió que debería hacer crecer su propio inóculo anammox desde cero para abastecer el reactor anammox para el análisis con agua de mar. Esto ha alargado el proyecto ya que anammox es una bacteria de crecimiento lento. Sin embargo un inóculo desarrollado en la propia piscifactoría es sin duda una ventaja en las instalación con sistema RAS, que tienen estrictas políticas de bioseguridad para evitar enfermedades en los peces. Por lo tanto el inóculo se hizo crecer a partir de lodos de lubina en AAL en Swnasea por la Universidad de Swansea utilizando una estrategia de enriquecimiento innovadora ideada por la Universidad de Hannover.

Después de 4 meses, se evidenció la actividad anammox mediante el seguimiento químico intensivo y la actividad mostrada a partir de test de enriquecimiento en 15N, tanto en el inoculo como en el reactor anammox. El prototipo experimental DeammRecirc se instaló en el sistema RAS aislado de Swansea, cargado con lubina, en abril de 2012.

La actividad anammox en los reactores ha sido objeto de seguimiento durante 10 meses y alcanzó tasas de conversión anammox detectables con una carga de alimentación de 2,2 g / día de NH4-N y 1,1 g / día NO2-N. La extracción de ADN y la amplificación de PCR realizadas en muestras del inóculo han permitido identificar las especies que están presentes. A partir de las pruebas iniciales, parece que la especie anammox dominante es un pariente cercano a Candidatus Scalindua wagneri, una especie anammox presente en medios marinos.

Los estudios de desnitrificación parcial y de acidificación de los lodos marinos en diferentes condiciones han permitido entender y controlar mejor la producción de nitrito. El suministro de amonio suficiente a partir de lodos todavía requiere más investigación y durante el proceso de enriquecimiento de anammox en ambos reactores, ha sido necesaria la dosificación de productos químicos.

Es necesaria más investigación, desarrollo y pruebas antes de que la tecnología DeammRecirc se pueda utilizar en las piscifactorías comerciales. Sin embargo, este proyecto ha dado primeros pasos importantes en la elaboración de una estrategia de trabajo para el cultivo del inóculo y enriquecimiento en los reactores. El inóculo será conservado y enriquecido para poner en marcha estudios futuros. Se ha desarrollado un prototipo DeammRecirc que utiliza el lodo fresco lavado a contracorriente de un tambor filtrante (un producto de desecho en la mayoría de las granjas RAS) y una corriente parcial de agua RAS para permitir la desnitrificación parcial mediante anammox con producción de nitrógeno atmosférico.

Participantes: 

El proyecto cuenta con de 11 participantes, de los cuales cuatro son PYMES industriales, interesadas en el desarrollo y comercialización de la tecnología DeammRecirc, uno es una empresa usuaria final, otro de los participantes procede de Suráfrica con interés en transferir el desarrollo tecnológico para la industria de la acuicultura en su continente y cuatro participantes son centros de investigación, encargados de las actividades de investigación y desarrollo:
cyklar-stulz Abwassertechnik GmbH
formoplast Kunststoffbehälterbau und -vertrieb GmbH
ARA Consult Abwassermanagement
teqma, tecnologias y equipos para el medio ambiente, s.l.
Hardingsmolt
Anglesey Aquaculture Ltd
Marine Finfish Farmers Association of South Africa
Teknologisk Insititutt
Aqua Consult Ingenieur GmbH
Swansea University
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover

Duracion: 
Enero 2011 a Abril de 2013
Presupuesto: 
1.36 M €, co-financiado por la UE 7º PM
Comunicaciones: 

TI, 2011. Give away brochure at Aquanor, 2011, Trondheim produced by TI featuring aquaculture projects. DeammRecirc had 2 page spread.
Chingombe, P., Schneider, Y., Tenno T., Kvindesland S. and Wett B., 2013. Nitrogen removal from recirculation water and waste sludge in a marine RAS via partial denitrification and anammox. Poster at Nordic RAS workshop, Denmark, October 2013.
Tomingas, 2013. In prep. Partial denitrification in seawater RAS sludge - studies by Martin Tomingas, - work to be included in his PhD thesis at Tartu University, Estonia.
Schneider, Y., Tenno T., Chingombe, P., Kvindesland S. and Wett B., 2013. In prep. Temperature influences on anammox activity of DEMON® sludge . To be submitted to Journal of Applied Microbiology
Schneider, Y., Tenno T., Chingombe, P., Kvindesland S. and Wett B., 2013. in prep. Anammox enrichment from fish sludge. Characteristics of conversion and kinetics. To be submitted to Aquaculture Engineering.

http://deammrecirc.com/

DATOS DEL CORDINADOR
Dr. Ing. Geert Nyhuis cyklar-stulz Abwassertechnik GmbH info@cyklar.ch Website:www.cyklar.ch
Contacto en España - Carmelo Llorente, teqma tecnologías y equipos para el medio ambiente SL. cll@teqma.com, www.teqma.com