Conversión de sulfato a azufre elemental en un reactor de lecho fluidificado inverso bajo condiciones de limitación de oxígeno disuelto Público Deposited

En corrientes de aguas residuales provenientes de industrias que utilizan ácido sulfúrico en sus procesos se encuentran altas concentraciones de compuestos oxidados del azufre. La aplicación de tecnologías anaerobias a estas aguas residuales ha sido problemática debido a la producción de sulfuro por acción de bacterias sulfato reductoras (BSR). La liberación de sulfuro es indeseable debido a su olor, toxicidad y propiedades corrosivas. Actualmente existen biotecnologías que implican la reducción biológica de sulfato a sulfuro y su subsiguiente oxidación del sulfuro a azufre elemental (S0 ) en condiciones limitadas de oxígeno por medio de bacterias sulfuro oxidantes (BSO) en sistemas espacialmente separados. En este trabajo se propuso y se estudió un proceso biológico con limitación de oxígeno que permitiera el desarrollo de BSR y BSO en un solo sistema, donde las BSO utilizarían los productos de degradación de las BSR (sulfuro y CO2) para la formación de S0 , usando un reactor de lecho fluidizado inverso (RLFI) que por sus características hidrodinámicas permitiría la recuperación del S0 en continuo. La biopelícula se obtuvo al operar el RLFI en lote por un periodo aproximado de 55 días, utilizando como material de soporte polietileno con una densidad aparente de 400 kg m-3. Las condiciones de operación fueron: velocidad descensional del líquido de 6.4 m h-1, flujo de aire de 3.5 L min-1, temperatura de 30°C, tiempo de retención hidráulica de 1 día y medio mineral con 40.6 mM de sulfato y 33.7 mM de lactato a una relación DQO/SO4 2- de 0.76. La formación de la biopelícula fue seguida a través de observaciones por microscopía electrónica de barrido y cuantificada como sólidos volátiles inmovilizados (SVI) por volumen de soporte seco. Después de 28 días de operación del RLFI en lote se alcanzó la mayor concentración de biomasa inmovilizada (2.4 kg SVI m-3) y el estado estacionario de la formación de la misma. La producción de S0 al final de la inmovilización fue de 18.7 mM S0 , que corresponde a una transformación del 50% del SO4 2- alimentado. La biopelícula mostró una actividad especifica sulfato reductora (AESR) de 79.50 mmol SO4 2- g SVI-1 d-1 y una actividad especifica sulfuro oxidante (AESO) de 30.76 mmol HS- g SVI-1 d-1 y no mostró actividad metanogénica. Por otro lado, se realizó un estudio sobre la aportación de la oxidación química del S2- en el proceso biológico, observando que la oxidación biológica del S2- fue 70% más rápida con respecto a la velocidad de oxidación química, por lo que el sulfuro producido por las BSR fue oxidado principalmente por acción biológica. Después de haberse obtenido la biopelícula con actividad sulfato reductora y sulfuro oxidante, el RLFI fue operado en continuo por 91 días, en tres etapas, a una relación DQO/SO4 2- de 0.66 y aumentando las velocidades de carga (Bv) de sulfato, lactato y oxígeno de forma estequiométrica para cada etapa evaluada. En la etapa I, la velocidad de carga de SO4 2-, lactato y oxígeno fue de 40.6, 27.2 y 20.64 mM d-1 respectivamente, la eficiencia de consumo (%Efc) de SO4 2- fue de 75% con una recuperación de S0 de 52%. El sulfuro residual fue de 2.6 mM d-1. En la etapa II (63.64 mM SO4 2- d -1, 43.9 mM lactato d -1 y 31.68 mM O2 d-1) los compuestos azufrados no presentaron cambios significativos en términos de consumo, transformación y recuperación de S0 con respecto a la etapa I. En la etapa III (92.47 mM SO4 2- d -1, 62.1 mM lactato d -1 y 46.56 mM O2 d-1) la %Efc de SO4 2- fue de 72%, con un decremento en la recuperación de S0 (30%) y un incremento en la concentración de S2- residual, siendo 6.4 veces mayor comparada con la etapa Respecto a la fuente carbonada, el lactato sólo fue parcialmente oxidado a acetato por el proceso sulfato reductor y parte del acetato residual fue fermentado a propionato. Por lo que el lactato no actuó como el principal donador de electrones. Lo anterior sugirió que el S0 formado pudo ser utilizado como donador alterno de electrones y se ciclaba dentro del sistema. La AESR no presentó cambios significativos durante las tres etapas. Sin embargo, la AESO disminuyó al aumentar las velocidades de carga en el sistema. Esto se atribuyó a una pérdida de biomasa en la biopelícula debido a un efecto de fricción entre las partículas por el incremento en el flujo de aire, que provocó problemas de espumado y la compactación del lecho, lo que limitó la transferencia de oxígeno. Esta limitación generó que la concentración de sulfuro incrementara en el sistema y que probablemente tuviera un efecto inhibitorio sobre las BSO principalmente. Esto indicaría que esta población fue más susceptible a los cambios de velocidad de carga en el reactor que las BSR. Los resultados mostraron que en la operación en lote la concentración de oxígeno, así como el régimen hidrodinámico del RLFI, permitieron la inmovilización de BSR tolerantes al oxígeno y de BSO que secretan el azufre elemental. Además de que se llevó a cabo la transformación del sulfato en azufre elemental de manera continua, disminuyendo así, el contenido total de azufre soluble en el agua residual. Por lo tanto, el proceso biológico alcanzado en el RLFI podría ser una biotecnología atractiva para la eliminación de compuestos azufrados y competir exitosamente con los sistemas reportados en la literatura.

Relaciones

En Conjunto Administrativo:

Descripciones

Nombre del atributoValores
Creador
Colaboradores
Tema
Editor
Idioma
Identificador
Palabra Clave
Año de publicación
  • 2007
Tipo de Recurso
Derechos
División académica
Línea académica
Licencia
Última modificación: 10/31/2022
Citaciones:

EndNote | Zotero | Mendeley

Elementos