La producción y uso de energía son la mayor fuente de contaminación de los ecosistemas, esto como consecuencia del empleo excesivo e inadecuado de los combustibles fósiles y sus derivados. Entre los contaminantes de importancia y que es necesario disminuir sus emisiones al ambiente, se encuentran los compuestos de azufre, los cuales presentan problemas de toxicidad, corrosión y mal olor. El presente trabajo se dirige al tratamiento de compuestos reducidos de azufre, presentes en altas concentraciones en efluentes de desecho provenientes de la industria petrolera (aguas ácidas, amargas y desflemadas). En esta tesis se muestran los resultados de la operación, caracterización y modelado de un Sistema Sulfoxidante (SS) de tiosulfato (contaminante modelo) cuyo producto deseado es el azufre elemental. El capitulo 1 a manera de introducción se tocan temas como la contaminación por compuestos de azufre y medios de tratamiento: fisicoquímicos y biológicos; instrumentación en bioprocesos para la medición del potencial hidrógeno (pH), potencial de oxido-reducción (ORP) y oxígeno disuelto (DO); manifestando la relevancia que tienen para este trabajo. El modelado en bioprocesos también es abarcado. El capitulo 2 presenta los materiales y métodos usados, describiendo la conformación del SS, conceptos que ayudan a caracterizarlo, así también las técnicas de medición analíticas y microbianas. La presentación y discusión de los resultados se muestran en el capitulo 4, estos agregaron nuevos elementos de caracterización y conocimiento de la respuesta y limitaciones del SS a cambios operacionales en condiciones micro-aerobias. Se encontró que el SS posee una tasa de dilución critica (D crítica) en condiciones de limitación de oxígeno cercana a 0.8 d-1, valor que esta conforme a las condiciones experimentales a las cuales ya había sido operado el SS, así que la utilización de un soporte de microorganismos en el SS permitiría separar la velocidad de oxidación de la D crítica. Se propone un material denominado tubo Poliflex el cual puede ser usado como soporte de microorganismos para incrementar la velocidad de remoción biológica de compuestos reducidos de azufre, el cual resultó tener la mayor capacidad de adherir biomasa a su superficie que otros materiales probados, además de poseer la mayor densidad de área. El consorcio sulfoxidante mostró como característica particular la falta de adaptabilidad a cambios operacionales, es por eso que el SS con rango de operación en la tasa de dilución (D) mayores o cercanas a 1.0 d-1 y de limitación de oxígeno, no representa un buen estado de operación, pues los rendimientos y selectividad a azufre así como la conversión de tiosulfato son bajos comparados a los registrados a tasas D< 1 d-1 , además de que bajo este régimen de alimentación el SS es inestable, con riesgo a perder los microorganismos por un lavado, ya que la tasa de dilución critica para este SS es de 0.8 d-1 . La unidad que alimenta de oxígeno al SS llamada aireador provoca un efecto negativo en la oxidación parcial del tiosulfato a azufre elemental, pues al existir [O2]>1 mg /L se favorece la producción de sulfatos y el inmediato decremento en la producción de azufre, se demuestra que el aireador consume más del 50% del oxígeno alimentado al sistema, proponiéndose posibles criterios de diseño y operación para disminuir la oxidación total a sulfato. Se encontró experimentalmente que las concentraciones de tiosulfato (S2O3 2-), oxígeno disuelto (DO) y pH determinan principalmente el valor del ORP en el caldo de fermentación. Se propuso una correlación que puede ser útil para conocer de manera indirecta la concentración de S2O3 2- (difícil de medir en línea) a partir de la medición del ORP, pH y DO. Un modelo matemático del SS es propuesto, este predice en forma satisfactoria la concentración de azufre elemental, presentando ligeras desviaciones en la concentración de sulfato con relación a los datos experimentales para una serie de estados estacionarios. El SS objeto de estudio, arrojó información importante, a cuanto criterios de operación y diseño; además de técnicas de medición sencillas que podrían permitir conocer el estado de funcionamiento que guarda el SS, y que junto con el modelo matemático se podría proponer una estrategia de control que favorezca la formación de azufre elemental.
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