Comparación del transporte y biodegradación de hexano entre bacterias y hongos con diferentes configuraciones de reactores - Arriaga García, Sonia Lorena (Universidad Autónoma Metropolitana, 2005)
El tratamiento de contaminantes hidrofóbicos en biofiltros es a menudo limitado por la transferencia de masa de la fase gas a la fase acuosa donde comúnmente se encuentran los microorganismos. En este trabajo se estudió el transporte y la degradación de hexano como contaminante hidrofóbico modelo, en reactores de lecho fijo y tanque agitado de una y dos fases mediante el uso de bacterias y hongos. Los experimentos de degradación de hexano se llevaron a cabo en reactores de lecho fijo de 2.5 L empacados con Perlita y alimentados con cargas de hexano de 140 g.m-3 reactor.h-1. Los experimentos E1 y E2 partieron de un consorcio mixto que trataba gasolina sintética previamente aclimatado con hexano a pH 7 y pH 4, respectivamente. Mediante el control del pH y adición de antibacteriales se favoreció el predominio de poblaciones bacterianas (E1) y fúngicas (E2). Las Capacidades de Eliminación (CE) obtenidas con los biofiltros E1 y E2 fueron alrededor de 60 y 100 g.m-3 reactor.h-1, respectivamente. La máxima CE obtenida con el biofiltro E2 alcanzó valores de 150 g.m3 reactor.h-1, este valor es mayor que los que hasta el momento se han reportado con sistemas bacterianos. La adición de inhibidores bacterianos al reactor E2 no tuvo un efecto significativo (10%) sobre la CE del biofiltro, indicando el predominio de la actividad fúngica. La biomasa en el biofiltro fúngico fue de 187 mg.g-1 perlita seca, sin caídas de presión importantes (26.5 mm de H2O.m-1 reactor). Se aislaron dos cepas fúngicas del reactor E2 identificados como Cladosporium sp. y Fusarium solani. Experimentos preliminares en columnas (0.230 L), mostraron CE de hexano de 40 g.m-3 reactor.h-1 para Cladosporium sp. y 45 g.m-3 reactor.h-1 para Fusarium solani. El contenido de biomasa de estos experimentos fue de 30 mg.g-1 perlita seca, demostrando el potencial de estos hongos para la degradación de hexano. Fusarium solani fue seleccionado para llevar a cabo la biofiltración de hexano y pentano (E3), los datos experimentales de caída de concentración a lo largo del reactor sirvieron para ajustar el modelo matemático del biofiltro. El sistema E3 sostuvo CE de 90 g.m-3 reactor.h-1 en estado estable por más de 50 días con un máximo de 135 g.m-3 reactor.h-1. Experimentos en lote de muestras del biofiltro en diferentes días de operación, mostraron limitaciones de transporte de masa y el predominio fúngico. Se midieron las velocidades específicas de consumo en experimentos en lote en medio líquido de muestras de los biofiltros (E1, E2 y E3). Las velocidades específicas de consumo obtenidas en medio líquido fueron alrededor de 3 veces menores que las obtenidas en medio sólido (biofiltros). Estas pruebas indicaron que la presencia de una fase líquida limita el transporte de contaminantes hidrofóbicos a los microorganismos. Para los experimentos de dos fases, se seleccionó aceite de silicona debido a que no fue tóxico, ni biodegradado por F. solani, además de su alta afinidad por hexano. Los experimentos de dos fases se llevaron a cabo en un reactor de tanque agitado (RTA) y en un biofiltro. La CE máxima en función del tiempo de residencia del gas (CEgas) fue de 900 g.m-3 gas.h-1 en el RTA y en el reactor control (sin aceite de silicona) de 376 g.m-3 gas.h-1. La adición de 5% de aceite de silicona a un biofiltro fúngico (E4) mejoró la CE de 150 g.m-3 gas.h-1 (E2 y E3) a 277 g.m-3 gas.h-1 (ER 100%) con máximas de 554 g.m-3 gas.h-1. Los resultados confirmaron que el uso de poblaciones fúngicas presenta ventajas sobre las bacterias para la degradación de contaminantes hidrofóbicos. La adición de aceite de silicona al biofiltro y RTA incrementó el transporte de masa de hexano a los microorganismos y así las velocidades de consumo. Se midió el coeficiente de partición de hexano en muestras de los biofiltros (E1, E2 y E3) y la porosidad del lecho. Los resultados indicaron que el transporte de hexano a los microorganismos es dependiente del tipo de biopelícula (bacteriana, mixta y fúngica). Los valores del coeficiente de partición mostraron que el transporte de hexano a una biopelícula fúngica es 10 veces mayor que a una biopelícula bacteriana y 100 veces mayor que el transporte de hexano en agua. Se calculó la permeabilidad del lecho y la difusividad efectiva de hexano en las biopelículas, estos parámetros disminuyeron conforme aumentó el contenido de biomasa en los reactores. Lo cual indicó que el control del contenido de biomasa en un biofiltro es un parámetro de operación importante. Se plantea el uso de un modelo matemático basado en el modelo de Ottengraf y van den Oever (1986) para describir el perfil de concentración de hexano en el biofiltro. El modelo incluyó parámetros medidos experimentalmente: área superficial, espesor de biopelícula, difusividad efectiva y coeficiente de partición para el caso del biofiltro fúngico (E3). Los modelos que mejor ajustaron los datos experimentales fueron el de cinética de orden cero y de primer orden limitados por reacción con un error menor al 11%.