PROGRAMA DE DOCTORADO EN INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL TESIS DOCTORAL: Photosynthetic biodegradation of domestic and agroindustrial wastewater Presentada por Dimas Alberto García Guzmán para optar al grado de Doctor por la Universidad de Valladolid Dirigida por: Dr. Raúl Muñoz Torre Dra. Silvia Bolado PROGRAMA DE DOCTORADO EN INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL TESIS DOCTORAL: Biodegradación fotosintética de aguas residuales domésticas y agroindustriales Presentada por Dimas Alberto García Guzmán para optar al grado de Doctor por la Universidad de Valladolid Dirigida por: Dr. Raúl Muñoz Torre Dra. Silvia Bolado PROGRAMA DE DOCTORADO EN INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL Memoria para optar al grado de Doctor presentada por el Lic. en Química: Dimas Alberto García Guzmán Siendo tutores en la Universidad de Valladolid: Dr. Raúl Muñoz Torre Dra. Silvia Bolado Valladolid, septiembre del 2018 PROGRAMA DE DOCTORADO EN INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL Secretaría La presente tesis queda registrada en el folio número ______________ del correspondiente libro de registro número _________________. Valladolid ___________de ______________2018 Fdo. El encargado del registro #§DUVa Éscuela de Doc,torado Unlvarsldad de thlledolld Universidad deValladolid lmpreso 1T ATTI'oRIZAC|ÓN DE. DIRECÍOVA DE IES¡S (Art. 7.2 de la Normativa para la presentación y defensa de /a lesis Doctoral en la UVa) D./D" Raúl MuñozTorre ., con D.N.l./Pasaporte 16811991-A. Profesor/a del departamento de Departamento de lngenierÍa Química y Tecnología Ambiental Centro Escuela de lngeniería lndustriales (Sede Dr. Mergelina) Dirección a efecto de notificaciones Calle Prado de la Magda le na 5, 47 O11-, Val ladolid ............ e-mail [email protected]...... como Director(a) de la Tesis Doctoral titulada "Photosynthetic biodegradation of domestic and agroindustrial wastewater" ......... realizada por D./D' Dimas Alberto García Guzmán alumno/a del Programa de Doctorado lngeniería Química y Ambiental........... aublüa su presentación, considerando que dicho trabajo reúne los requisitos para ser presentado como Tesis Doctoral expresan su conformidad con dicha presentación. La tesis se presenta por compendio de.publicaciones con 3 papers Q1 publicados y uno en evaluación. Valladolid, !7 de septiembre de 2018 sR/sRA. PRESIDENTE/A DE LA COMTSTÓrrr OE DOCTORADO Secretaría Administrativa. Escuela de Doctorado. Casa del Estudiante. C/ Real de Burgos s/n. 47011-Valladolid. ESPAÑA Tfno.: + 34983 184343; + 34 983 423908; + 34 983 186471 -F¡x 983 186397 -E-mail: [email protected] w#§DUUa Escuela de Doctorado Unhersldad de \talladolld UnluornHcd deUalldolld lmpreso rT AUTORTZACIÓN DEL DTRECTOR/A DE TESTS (Art.lz de la Normativa para la presentación y defensa de la Tesis Doctoral en la UVa) D./pa Silvia Bolado Rodrígue4 con D.N.l. 1392458r-N Profesor/a del departamento de Departamento de lngeniería Ouímica y Tecnología Ambiental Centro Escuela de lngeniería lndustriales (Sede Dr. Mergelina) Dirección a efecto de notificaciones Calle Prado de la Magdalena S, 47oa\ Valladolid e-mail [email protected] como Director(a) de la Tesis Doctoral titulada "Photosynthetic biodegradation of domestic and agroindustrialwastewater" realizada por D Dimas Albefto García Guzmán alumno del Programa de Doctorado lngeniería Ouímica y Ambiental autoriza su presentación, considerando que dicho trabajo reúne los requisitos para ser presentado como Tesis Doctoral expresan su conformidad con dicha presentación. La Tesis se presenta por compendio de publicaciones con 3 artículos Or publicados y uno en evaluación Valladolid, 17 de septiembre de zorS El/La Director/a de la Tesis, Frmado d¡gitalñente por EOHm ROoRIGUEZ SIwIA - DNI 13924580N BOLADO RODRIGUEZ Nombre de re.oñoalml€ñb {N} c=ES, o=UNIVER5IDAD DE .r,. VALUDOLID, ou=CEtrIFlCADO ELEORON ICO DE EMPLEADO PIJBLICO, edalNumbeEIDCESi 3924580N, sn=80U0O RODRIGUU, stLVlA - DNt 13924580N gNenNlme=slLvrA, o=Boum RODR|GUEZStLUA- DNt r3924580N Fecha: 201 8.09.1 7 I 5:23:32 +02'00' Fdo. Silvia Bolado Rodríguez SR/SRA. PRESIDENTE/A DE LA COMISIÓN¡ OT DOCTORADO Secretarla Adminisúativa. Escuela de Doctorado. Casa del Estudiante. C/ Real de Burgos s/n. 4701l-Valladolid. ESPAÑA Tfno.: + 34 983 184343; + 34 983 423908; + 34 983 186471- Fax 983 186397 - E-mail: [email protected] PROGRAMA DE DOCTORADO EN INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL Reunido el tribunal que ha juzgado la Tesis Doctoral Titulada “Photosynthetic biodegradation of domestic and agroindustrial wastewater”, presentada por el Lic. Dimas Alberto García Guzmán y en su cumplimiento con lo establecido por el Real Decreto 99/2011 de 28 de enero de 2011. Acuerda conceder por _______________________________ la calificación de ___________________________. Valladolid, de 2018 PRESIDENTE SECRETARIO VOCAL Table of contents Table of contents Resumen ................................................................................................................................................ i Abstract ................................................................................................................................................ v List of publications included in the thesis ........................................................................................... ix Contribution to the papers included in the thesis ............................................................................... xi INTRODUCTION .................................................................................................................... 1 1.1 Wastewater pollution ............................................................................................................... 3 1.2 Photosynthetic wastewater treatment ...................................................................................... 6 1.3 Microalgae-based wastewater treatment ................................................................................. 9 1.3.1 Carbon Removal ..................................................................................................................... 10 1.3.2 Nutrient removal ..................................................................................................................... 12 1.3.2.1 Assimilatory nitrogen removal ...................................................................................... 13 1.3.2.2 Dissimilatory nitrogen removal ..................................................................................... 13 1.3.2.3 Abiotic nitrogen removal ............................................................................................... 14 1.3.3 Phosphorus removal ............................................................................................................... 15 1.3.3.1 Biological phosphorus removal ..................................................................................... 15 1.3.3.2 Abiotic phosphorus removal.......................................................................................... 16 1.3.4 Heavy metals removal ............................................................................................................. 16 1.4 Purple Phototrophic Bacteria-based wastewater treatment ................................................. 17 1.4.1 Carbon removal ...................................................................................................................... 18 1.4.1.1 Autotrophic CO2 fixation ............................................................................................... 18 1.4.1.2 Carbohydrate metabolism ............................................................................................. 18 1.4.2 Biological nutrient removal .................................................................................................... 19 1.4.2.1 Nitrogen assimilation ..................................................................................................... 19 1.4.2.2 Denitrification ................................................................................................................. 19 1.4.2.3 Nitrogen Fixation ........................................................................................................... 19 1.4.3 Biological phosphorus removal .............................................................................................. 20 1.4.4 Heavy metals removal ............................................................................................................. 20 1.5 Influence of operational and environmental parameters on the activity of algal-bacterial consortia and PPB .............................................................................................................................. 21 1.5.1 pH ............................................................................................................................................. 21 1.5.2 Dissolved oxygen ..................................................................................................................... 22 1.5.3 Temperature ............................................................................................................................ 23 1.5.4 Photosynthetically active radiation ....................................................................................... 23 1.5.5 Evaporation rates .................................................................................................................... 25 1.5.6 Hydraulic retention times ......................................................................................................