Evaluación del coeficiente de retención de la fase gaseosa como criterio para el escalamiento de un biorreactor de columna de burbujas - Lizardi Jiménez, Manuel Alejandro (Universidad Autónoma Metropolitana, 2007)
Los problemas de contaminación con petróleo y derivados en México, requieren de la producción de consorcios microbianos biodegradadores de petróleo que satisfagan el mercado de biorremediación de suelos contaminados con petróleo, el biorreactor de columna de burbujas (BCB) es un equipo ampliamente usado para este fin. Para alcanzar los niveles de producción deseados se hace necesario el escalamiento de los BCB, entendiendo el escalamiento como la serie de etapas técnicas que permiten predecir con un riesgo mínimo las condiciones de operación de un equipo a cualquier otra escala con base en los resultados experimentales en una escala disponible. Para un correcto cambio de escala, es necesario considerar criterios de ingeniería. En el presente trabajo se seleccionó como criterio el coeficiente de retención de la fase gaseosa (εg ), que tiene que ver con tres principios físicos fundamentales para el escalamiento de un BCB: i) el coeficiente volumétrico de transferencia de masa (kla), ii) el número de Reynolds (Re) y iii) la energía necesaria para la agitación en el BCB. Se diseñó y evaluó el BCB (1.5 L) en forma abiótica determinándose algunos parámetros hidrodinámicos, tales como: el diámetro promedio Sauter (SMD),εg , velocidad de ascenso de las burbujas (Ub) y Re. Tres diferentes distribuidores de gas fueron estudiados, siendo el mejor de estos un tubo de acero inoxidable de 1/4 de pulgada de diámetro, con un doblez en forma de L, provisto de siete orificios equidistantes de 1 mm de diámetro, y con expulsión de aire hacia abajo. El BCB también fue evaluado de manera biótica, obteniéndose un consorcio microbiano con edad fisiológica y actividad constantes. Se determinó la influencia del εg sobre la producción del consorcio microbiano biodegradador de petróleo. La mayor concentración del consorcio microbiano se obtuvo para valores de εg entre 0.02 y 0.06. Los valores mas altos de rendimiento específico del consorcio microbiano se presentaron para el valor de εg de 0.024. Se demostró que las correlaciones empíricas obtenidas en la escala de 1.5 L fueron capaces de predecir el valor del εg en BCB de diferentes escalas (0.5 y 10.5 L). Se validó que utilizando el εg como criterio de escalamiento para BCB la producción del consorcio microbiano no cambia con el escalamiento.; The trouble pollution with oil in México makes necessary the production of microbial inoculants, that satisfies the commercial market of the bioremediation of petroleum contaminated sites. The bubble column bioreactor (BCB) is a device widely used for this purpose. In order to achieve the desired production levels, the bioreactor scale up is necessary, implicitly understood the scaling as the series of techniques that allow to predict, with minimal risks, the conditions under which one bioreactor must be operated based on the results obtained in the available experimental scale. For a succesful scale change, it is necessary to consider engineering criteria. We selected the criterion named gas hold up (εg ), related with three fundamentals physical principles: i) volumetric mass transfer coefficient (kla), ii) the Reynolds number (Re) and, iii) agitation energy. The abiotic system was designed and evaluated (in 1.5 L BCB); some hydrodynamic parameters were determinated, such as: Sauter mean diameter (SMD),εg , bubble rise velocity (Ub) and Re. Three different gas spargers were studied as well. A perforated pipe built of stainless steel with seven orifices of 1 mm diameter which expulses air to the bottom was the best one and was selected. The biotic system was designed and evaluated (in 1.5 L BCB), a microbial consortium of constant physiological age and activity was obtained. The variation of εg and its influence in the hydrocarbon-biodegrading microorganism production was also evaluated. εg values between 0.02 and 0.06 showed the higher microbial consortium concentration. The higher specific yield was obtained close to an εg value of 0.024. The empiric correlations obtained in 1.5 L scale for the prediction of εg were validated in two scales 0.5 and 10.5 L operated at 0.024 ofεg . We demonstrated that using the εg as scale criterion the microbial consortium production do not change with the scales.