Thesis:

Estudio del comportamiento de reactores anaerobios de tipo ASBR frente a compuestos de difícil degradación y/o efectores negativos

La digestión anaerobia es una alternativa eficiente para el tratamiento de aguas residuales, destacando por la producción de biogás como fuente de energía. Dentro de sus tecnologías, los reactores tipo ASBR (Anaerobic Sequencing Batch Reactor) presentan gran flexibilidad operacional y han demostrado alta eficiencia frente a compuestos de difícil degradación, como el fenol. Esta investigación estudió el comportamiento operacional y poblacional de reactores anaerobios tipo ASBR frente a variaciones de temperatura y presencia de compuestos inhibitorios, evaluando el rendimiento, la estructura microbiana y la estabilidad del proceso. Se analizó el desempeño del reactor bajo temperaturas de 37, 31, 25 y 20 °C. Para mantener la eficiencia, el tiempo de reacción se incrementó de 24 h a 96 h al disminuir la temperatura. Se observó menor producción de biogás, acumulación de ácido propiónico y reducción en la eliminación de materia orgánica. El modelo ADM2 describió adecuadamente las etapas de acidogénesis y metanogénesis hasta 25 °C. El análisis DGGE mostró una menor diversidad microbiana al disminuir la temperatura, afectando principalmente a arqueas hidrogenotróficas. También se evaluó la respuesta del ASBR ante la presencia de fenol (120–1200 mg L⁻¹). Hasta 800 mg L⁻¹, la velocidad de degradación aumentó progresivamente (hasta 180 mg L⁻¹ d⁻¹), manteniendo una eliminación constante (~27 mg fenol g⁻¹ SSV d⁻¹). A 1200 mg L⁻¹, el proceso fue más lento y la eliminación se redujo. Un modelo sigmoidal reprodujo adecuadamente la cinética de degradación y el tiempo de retardo. El análisis DGGE evidenció cambios estructurales en la comunidad microbiana dependientes de la concentración de fenol, indicando un proceso adaptativo. A concentraciones elevadas, se enriquecieron especies más tolerantes, destacando miembros de la familia Anaerolineaceae. Los umbrales de alteración estructural y funcional fueron coincidentes, confirmando la relación entre la composición microbiana y el rendimiento del reactor.

Anaerobic digestion is an efficient alternative for wastewater treatment, standing out for its biogas production as an energy source. Among its technologies, Anaerobic Sequencing Batch Reactors (ASBR) offer high operational flexibility and have demonstrated strong efficiency in treating recalcitrant compounds such as phenol. This research examined the operational and microbial behavior of ASBR-type anaerobic reactors under temperature variations and in the presence of inhibitory compounds, evaluating reactor performance, microbial community structure, and process stability. Reactor performance was analyzed at temperatures of 37, 31, 25, and 20 °C. To maintain efficiency, the reaction time was increased from 24 h to 96 h as temperature decreased. Results showed reduced biogas production, accumulation of propionic acid, and lower organic matter removal. The ADM2 model accurately described the acidogenesis and methanogenesis stages up to 25 °C. DGGE analysis revealed decreased microbial diversity with decreasing temperature, mainly affecting hydrogenotrophic archaea. The response of the ASBR to phenol concentrations (120–1200 mg L⁻¹) was also evaluated. Up to 800 mg L⁻¹, the degradation rate progressively increased (up to 180 mg L⁻¹ d⁻¹), while phenol removal remained relatively constant (~27 mg phenol g⁻¹ VSS d⁻¹). At 1200 mg L⁻¹, the process slowed down, and removal efficiency decreased. A sigmoidal model accurately reproduced the degradation kinetics and lag time. DGGE analysis showed structural shifts in the microbial community depending on phenol concentration, indicating an adaptive process. At higher concentrations, more tolerant species were enriched, particularly members of the Anaerolineaceae family. The observed overlap between structural and functional alteration thresholds confirmed the relationship between microbial composition and reactor performance.