Waste waters and gases containing sulfur compounds are generated by many industries and represent an environmental problem when the effluents are discharged without any previous treatment. Their emission to the environment is related to the acid rain, corrosion, bad odor and health problems due to the toxicity of such contaminants. In the anaerobic treatment of effluents containing oxidized sulfur compounds, sulfide is the end-product which is a corrosive and toxic compound. However, there are technologies based on the biological sulfur cycle that allows the transformation of sulfide into elemental sulfur which can be separated from the effluent by sedimentation. The produced elemental sulfur can be re-used as fertilizer or raw material for sulfuric acid production. In the anaerobic treatment of sulfate containing effluents, it is preferable that organic matter degradation and sulfate reduction occur simultaneously. The sulfate reducing bacteria are responsible of carry out this anaerobic process; due to the metabolic diversity of this bacterial group sulfate reducers can compete successfully with methanogenic archaea for the organic matter. The partial oxidation of sulfide to elemental sulfur is due to the action of several species from the genus Thiobacillus, which have the ability to excrete elemental sulfur outside the cell. In this work the sulfate reduction and the sulfide oxidation processes were studied, with the aim of establish the most important parameters that could be used as guides for the possible integration of both processes in a single reactor. Sulfate reduction was studied with two anaerobic reactors, a UASB reactor and an inverse fluidized bed reactor (IFB). Both reactors showed COD removal efficiencies around 90%. The sulfate reducing process used around 70- 75% of the COD removed and the methanogenic process was still present even when the COD/SO4 2- ratio was the stoichiometric (0.66). It was observed that the use of lactate in the influent promoted substantially the sulfate reducing process in both reactors. When the COD/SO4 2- ratio was lower than 1.0, a positive effect was observed on the sulfide production efficiency, meanwhile the same ratio negatively affected methane production. The IFB reactor showed that it is appropriate for the sulfate reduction process, in the same way as the UASB reactor. The formation of elemental sulfur in autotrophic cultures at sulfide loads of 0.7, 1.0 and 1.4 g S2-/L-day was 32, 72 and 74% respectively and sulfate was always present in the effluent of the reactor. When the effluent of an anaerobic reactor containing sulfide, was fed to the aerobic reactor an elemental sulfur recovery of 16 and 44% was attained. This low elemental sulfur recovery could be the result of the sulfide concentration variability in the influent. Sulfide oxidation to elemental sulfur in the aerobic reactor was possible using the effluent of an anaerobic reactor. The experiments performed to evaluate the sensitivity towards sulfide and oxygen in two microbial aggregates (granular sludge and attached biofilm) showed that with granular sludge methanogenesis was less tolerant to sulfide than when the process was carried out using the biofilm attached to the plastic matrix of the IFB reactor. In contrast, sulfate reduction in the biofilm had a higher tolerance to sulfide. When methanogenesis and sulfate reduction were carried out at the same time in presence of oxygen, the total process was not affected by the oxygen supplied, due to the action of sulfide oxidizing or facultative bacteria. The results showed that the integration of anaerobic and aerobic conditions could be possible in a single reactor and could be used as strategy for the complete transformation of sulfate to elemental sulfur.
Las corrientes de desecho de un gran número de industrias contienen compuestos azufrados disueltos que representan un problema ambiental cuando son descargados sin un tratamiento previo. Su emisión al ambiente esta asociada con la lluvia ácida, fenómenos de corrosión, olor desagradable y daños a la salud debido a la toxicidad de estos contaminantes. En el tratamiento anaerobio de las corrientes que contienen compuestos azufrados oxidados se produce sulfuro que es un compuesto extremadamente corrosivo y tóxico. Sin embargo existen tecnologías basadas en el ciclo del azufre que permiten la transformación del sulfuro en azufre elemental que al sedimentar puede separarse fácilmente de la corriente. El azufre recuperado puede servir como materia prima para la producción de fertilizantes o ácido sulfúrico. En el tratamiento anaerobio de efluentes ricos en sulfato la materia orgánica es removida simultáneamente con la sulfato reducción. Las bacterias reductoras de sulfato son las que llevan a cabo este proceso y gracias a su diversidad metabólica pueden competir con las bacterias fermentativas, acidogénicas y metanogénicas por la materia orgánica. La oxidación de sulfuro a azufre elemental se lleva a cabo por bacterias del género Thiobacillus que tienen la característica de depositar el azufre elemental fuera de la célula. En este trabajo se estudiaron los procesos de reducción de sulfato a sulfuro y su oxidación a azufre elemental, con el objetivo de establecer los parámetros más importantes para la posible integración de los dos procesos en un solo reactor. La reducción de sulfato se estudió en dos reactores anaerobios de alta tasa, uno de lecho de lodos de flujo ascendente y otro de lecho fluidificado. Ambos reactores presentaron eficiencias de remoción de DQO de alrededor de 90%. El proceso de sulfatorreducción utilizó entre 70 y 75% de la DQO removida y la metanogénesis se llevó a cabo aún cuando los reactores se operaron a la relación estequiométrica DQO/SO4 2- de 0.66. Se observó que el uso de lactato en la alimentación propició de forma sustancial la reducción de sulfato en ambos reactores. Cuando la relación DQO/SO4 2- fue menor a 1.0, se obtuvo un efecto positivo sobre la eficiencia de producción de sulfuro, mientras que afectó negativamente la eficiencia de producción de metano. El reactor LFI mostró ser adecuado para el proceso de sulfatorreducción, al igual que el reactor UASB. La formación de azufre elemental en cultivos autotróficos aerobios con cargas de sulfuro de 0.7, 1.0 y 1.4 g S2-/L-día fue de 32, 72 y 74% respectivamente. El sulfato siempre estuvo presente en el efluente del reactor. Al utilizar el efluente de un reactor anaerobio que contenía sulfuro como alimentación se logró tener 16 y 44% de recuperación de azufre elemental. Esta baja recuperación es atribuible a la variación de la concentración de sulfuro en el influente. Se logró la oxidación de sulfuro a azufre elemental tratando el efluente de un reactor anaerobio en un reactor aerobio. Los experimentos llevados a cabo para evaluar la sensibilidad al sulfuro y oxígeno disuelto en dos tipos de agregados microbianos (lodo granular y biopelícula) mostraron que la metanogénesis en el lodo granular es menos resistente al sulfuro que cuando se encuentra adherida al soporte, mientras que la sulfatorreducción en la biopelícula adherida mostró una mejor tolerancia a las altas concentraciones de sulfuro. Al llevar a cabo simultáneamente la sulfatorreducción y la metanogénesis en presencia de oxígeno, el proceso total no fue afectado por el oxígeno suministrado, puesto que este pudo ser usado por los organismos que oxidan sulfuro o por los organismos facultativos. Los resultados mostraron que la integración de condiciones anaerobias y aerobias podría ser posible en un solo reactor y utilizarse como una estrategia adecuada para la completa transformación de sulfato en azufre elemental.
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