Oxidación y adsorción simultánea de amonio y azul ácido 74 en un reactor híbrido de flujo ascendente - Téllez Pérez, Sylvia Karina (Universidad Autónoma Metropolitana, 2017)
En las últimas décadas se ha incrementado el uso de diversos compuestos en la industria química y textil, entre ellos colorantes, altas cargas de DQO, así como nitrógeno amoniacal, entre otros. Asimismo, la generación y descarga de efluentes industriales textiles a los ecosistemas acuáticos y terrestres (sin la debida supervisión de autoridades ambientales) ha incrementado de manera proporcional. Este acto ha tenido como consecuencia la perturbación de dichos ecosistemas, contaminando ríos, presas, lagos, etc., causando efectos negativos en los organismos acuáticos, limitando los procesos naturales como la fotosíntesis. Al mismo tiempo ha sido motivo de daños a la salud humana de los pueblos aledaños a estos ecosistemas. Así como también ha sido razón de la limitación del recurso hídrico. Simultáneamente, la generación e innovación de tecnologías para el tratamiento de estos efluentes antes de ser descargados, se ha incrementado últimamente, sin embargo, la mayoría de estas tecnologías debido a su ingeniería demandan costos y espacios de operación considerables por lo que su implementación a nivel industrial o piloto es escasa. En recientes estudios, se han propuesto sistemas de tratamiento de más de un contaminante a la vez en sistemas independientes o secuenciales. Sin embargo, recientemente la propuesta de sistemas híbridos se ha pensado como una tecnología que podría mejorar los costos y espacios de operación, así como el tratamiento simultáneo de diversos contaminantes. Por lo cual, el objetivo de este estudio fue desarrollar una estrategia para tratar simultáneamente dos contaminantes, amonio y el colorante azul ácido 74 (ab74), mediante diversos tratamientos: Lacasa comercial (Lac), lodos activados (LA), lodos pre tratados (LPT), carbón activado (CA), y lodos activados soportados en carbón activado (CA+LA). Estos tratamientos fueron evaluados en sistemas en lote para obtener sus parámetros cinéticos enzimáticos y metabólicos, para determinar el tratamiento con mejores características de operación para posteriormente implementar dicho tratamiento en un reactor híbrido de flujo ascendente para la oxidación y adsorción simultánea de amonio y el colorante azul ácido 74 en una misma unidad experimental bajo condiciones aerobiasanaerobias. Esto en una fase nitrificante mediante lodos activados y carbón activado en soportes de poliuretano, y en una segunda fase anaerobia bajo condiciones desnitrificantes con lodos activados soportados en espuma de poliuretano sin carbón activado. Se han investigado adsorbentes amigables al ambiente de bajo costo como alternativas a costosos tratamientos para la eliminación de colorantes. Asimismo, se han encontrado lacasas bacterianas en lodos activados, sin embargo, su contribución aún no ha sido cuantificada. El zimograma y la oxidación de 2,2'-azinobis-(3-etilbenzotiazolin-6sulfonato) confirmaron la presencia de lacasas en LA y LPT. Ensayos de inhibición evidenciaron la contribución de lacasas para decolorar el ab74; decolorando 23.2 % y 19.1 % con LA y LPT, respectivamente. La decoloración del ab74 más efectiva se observó en CA+LA comparada con LA y LPT. CA+LA mostró un interesante efecto sinérgico en la decoloración del ab74; con una eficiencia de 76.6 ± 11.0 % y una tasa específica de decoloración de 5.9±0.4 mg ab74 /h gtratamiento. Posteriormente, estos mismos experimentos fueron evaluados en presencia de 100 mg/L de N-NH4+ en el cual se observó que para el tratamiento de CA+LA se obtuvieron las mejores eficiencias de decoloración y oxidación de amonio de 88.61 ± 0.1% y 72.62 ± 0.11%. Además, como resultado novedoso, LA fue capaz de regenerar in situ la capacidad de adsorción del carbón activado; esos resultados son prometedores para ser aplicados en el tratamiento de aguas residuales en un sistema híbrido propuesto. En una segunda etapa del presente estudio se implementó el tratamiento de CA+LA en el reactor híbrido evaluando una concentración de amonio de 100 mg N-NH4+/L en presencia de 30, 60 y 90 mg ab74/L. El sistema operó de manera eficiente a una concentración de 30 mg ab74/L con una eficiencia de consumo de amonio de 99.2 ± 0.5 %, una eficiencia consumo de nitrito (ENO2-%) de 63.5 ± 26.8 % y una eficiencia de consumo de nitrato (ENO3-%) de 54.8 ± 28.6 %. Debido al eficiente consumo de los productos de la oxidación del amonio y a la eficiencia de consumo de amonio a la salida del reactor híbrido, los resultados sugieren que el proceso nitrificante se acopló al proceso desnitrificante en una misma unidad experimental y se apreció la oxidación simultánea del ab74 con una eficiencia de 66.6 ± 5.6 % y una eficiencia de consumo de COT de 49.0 ± 8.8. Los resultados mostraron que tratamiento CA+LA implementado en el sistema híbrido tuvo la capacidad de oxidar simultáneamente de amonio y ab74 en una misma unidad experimental, y de manera in situ el CA pudo regenerarse al mismo tiempo mediante LA, lo que sugiere ser una tecnología atractiva para el tratamiento de aguas residuales de estas características, mejorando las condiciones y costos de operación.; In the last decades, the use of many chemistry compounds had been increased in the chemistry and textile industry, as dyes, high loads of COD, nitrogen of ammonium, etc. At the same time the generation and discharge of textile industrial effluents to the aquatic and terrestrial ecosystems have increased in the same way. This act has as result, the perturbation of those ecosystems that affect rivers, water dams, lakes, etc., and it is the reason of negative effects on aquatic organisms where the natural processes are affected, as the photosynthesis. At the same time, this act has been the cause of damages on the human health of the people who live close to these ecosystems as well as the limitation of the hydric resource. Simultaneously, the generation and innovation of technologies for the treatment of this kind of effluents before to discharge them to the ecosystems have been increased recently, however, the most of these technologies because of their engineering have costs and considerable operation spaces, and that is the reason because their implementation at industrial or pilot level have been limited. In recent studies, systems of treatment have been proposed to remove more than one pollutant in independent or sequential systems. However, the propose of hybrid systems have been thought as a technology that could improve the costs and spaces of operation and the removal of many pollutants simultaneously. The aim of this study was, develop a strategy to treat simultaneously two pollutants, ammonium and acid blue 74 dye, through some treatments: Commercial laccase (Lac), activated sludge (LA), pre treated sludge (LPT), activated carbon (CA) and activated sludge supported into activated carbon (CA+LA). These treatments were evaluated in batch to obtain the kinetic and metabolic parameters. After this, the best treatment was selected to implement it in the hybrid reactor of ascendant flow for the simultaneous oxidation of ammonium and acid blue 74 dye in the same experimental unit under aerobic-anaerobic conditions. This was in a nitrifying phase by activated sludge and activated carbon into polyurethane foam. The second phase was operated under denitrifying conditions by activated sludge supported into polyurethane foam without activated carbon. Some ecofriendly adsorbents have been reported with low costs as alternatives to high cost treatments for the removal of dyes. At the same time, bacterial laccases have been reported into activated sludge, however their contribution had not been quantified. The zymography and the oxidation of 2,2’-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6sulfonic acid) confirmed the presence of laccases into LA and LPT. Inhibition studies evidenced the contribution of laccases to discolor the acid blue 74 dye, the efficiencies of discoloration were 23.2 % and 19.09 % for LA and LPT respectively. The best discoloration of ab74 was observed with the treatment of CA+LA in contrast with LA and LPT. CA+LA showed an interesting synergic effect in the discoloration of ab74, with a efficiency of 76.6 ± 11 % and 5.9 ± 0.4 mg ab74/h gtreatment. The same experiments were done in presence of N-NH4+ and it was observed the same behavior in the CA+LA treatment with the best efficiencies of discoloration and ammonium oxidation of 88.61 ± 0.1% and 72.62 ± 0.1%, respectively. Also, as a new result, LA showed the capacity to regenerate in situ the capacity of adsorption of CA, these results are promising to be applied in the waste water treatment into a hybrid system. In a second stage of this study, it was implemented the CA+LA treatment into the hybrid reactor evaluating 100 mg N-NH4+/L in presence of 30, 60 and 90 mg ab74/L. The system was operated with high efficiency until 30 mg ab74/L, with a efficiency of ammonium oxidation of 99.2 ± 0.5 % and the yield of products in the effluent were YNO2 of 0.1 ± 0.1 and YNO3 of 0.1 ± 0.1. Because of the low yield of products and the high efficiency of ammonium oxidation, the results suggested that the nitrifying process was linked to the denitrifying process in the same experimental unit and simultaneously it was observed the oxidation of ab74 with efficiency of 66.6 ± 5.6 % and 49.0 ± 8.8% for COT. The results showed that the CA+LA treatment operated in the hybrid system had the capacity to oxide simultaneously ammonium and ab74 in the same experimental unit, and LA showed the capacity to regenerate in situ the adsorption capacity of CA. This suggests that CA+LA is a novel technology for the treatment of waste water with these characteristics that improve the conditions and operation costs.