Eliminación simultánea de p_cresol, nitrato y sulfuro por desnitrificación litotrófica-organotrófica Public Deposited
En algunos efluentes de la refinación y transformación del petróleo (aguas amargas) es común encontrar concentraciones altas de sulfuro junto con compuestos orgánicos y nitrogenados. De las distintas opciones que existen para el tratamiento y eliminación de los contaminantes, los métodos biológicos tienen la ventaja de ser eficientes y a través de su manejo adecuado, los productos finales pueden ser más compatibles con el ambiente y los sistemas ecológicos. Para este proyecto se seleccionó a la desnitrificación como una opción para eliminar nitrato, sulfuro y materia orgánica en forma simultánea de aguas amargas sintéticas. Se llevaron a cabo pruebas en continuo y en lote. Para el trabajo en continuo se utilizó un reactor de tanque agitado, teniendo como referencia al consorcio en estado estacionario, en condiciones desnitrificantes con acetato (a una relación C/N estequiométrica). El trabajo consistió en disminuir gradualmente la velocidad de carga del acetato, sustituyéndola con el sulfuro necesario para reducir biológicamente al nitrato presente. Se trabajó a una relación S/N estequiométrica para oxidar el sulfuro hasta sulfato, presentándose períodos oscilatorios en la producción de éste último; se detectó también azufre elemental y en menor proporción tiosulfato. En todos los casos, las eficiencias de eliminación de los compuestos de interés (nitrato, acetato, sulfuro) fueron mayores que 90%. Al aumentar gradualmente la velocidad volumétrica de sulfuro, el rendimiento en la producción de nitrógeno molecular disminuyó hasta tener aproximadamente 50% del nitrato consumido como nitrito y transitoriamente se detectó óxido nitroso. Se operaron también 3 reactores UASB: R1 en condiciones desnitrificantes litotróficas con sulfuro, R2 en condiciones de lito-organotrofía con sulfuro y p-cresol y R3 en condiciones organotróficas con p-cresol. Para los tres reactores se alcanzaron eficiencias de eliminación mayores que 90%. En los tres casos se manejaron relaciones estequiométricas y para R2 el nitrato se encontraba en forma limitada. En R1 la producción de sulfato presentó un patrón oscilatorio representando en promedio el 56% del sulfuro consumido. La desnitrificación no se llevó a cabo en forma completa detectándose nitrito en el efluente. En R2 una parte del sulfuro consumido fue oxidado hasta sulfato (67%), se detectó acetato como intermediario de la oxidación del p-cresol, y el producto final de la desnitrificación fue N2. En el caso de R3 no se detectaron intermediarios de la desnitrificación; sin embargo, se detectó acetato en el efluente. Se realizaron pruebas en lote para estudiar el posible efecto tóxico del sulfuro (40, 70 y 225 mg S2-/L). Los resultados indicaron que el aumento en la concentración inicial de sulfuro produce un efecto inhibitorio en el cultivo afectando la velocidad específica de consumo del sulfuro, nitrato y nitrito. Con la mayor concentración probada (225 mg S2-/L) se detectaron intermediarios de la desnitrificación (nitrito y óxido nitroso) por un tiempo prolongado en comparación con las concentraciones menores. Para analizar la competencia entre el sulfuro y p-cresol presentes en forma simultánea en un proceso desnitrificante, se llevaron a cabo pruebas en lote (sulfuro, sulfuro/p-cresol y pcresol). Los resultados indicaron que el consumo del sulfuro no se ve afectado por la presencia de p-cresol, siendo el sulfuro el sustrato que se consume más rápidamente.
The effluents coming from the petroleum refineries (sour water) contain sulfide, ammonium and phenols among other contaminants. If we compare the different options for treatment and removal the contaminants, the biological methods have the advantage to be efficient and, if properly managed, their final products are environment friendly and minimize the ecological impact. For this project denitrification was chosen as an option to remove simultaneously nitrate, sulfide and organic matter using synthetic sour water. Continuous and batch cultures were carried out. The continuous experiment was performed in a continuous stirred tank reactor; the point of reference was the culture in steady-state denitrifying conditions with acetate (C/N stoichiometric ratio). Afterwards the acetate load was gradually reduced and at the same time the sulfide load was increased to reduce the nitrate. An S/N stoichiometric ratio was considered to oxidize sulfide to sulfate, oscillatory periods of sulfate production were detected as well as sulfur periods of accumulation and consumption. Additionally thiosulfate was detected but in less proportion. In all cases removal efficiencies were higher than 90% for the target contaminants (nitrate, acetate, sulfide). Increasing sulfide load resulted in molecular nitrogen reduction as 50% of the consumed nitrate was reduced to nitrite and N2O was temporarily detected. Three UASB denitrifying reactors were run in parallel: R1 operated under chemolithoautotrophic conditions with sulfide, R2 under litho-organotrophic conditions with sulfide and p-cresol and R3 under organotrophic conditions with p-cresol. For all the reactors the removal efficiencies were higher than 90%. Stoichiometric ratios were considered for all three reactors and in R2 nitrate was the limited substrate. R1 had an oscillatory sulfate production representing an average of 56% of the consumed sulfide, denitrification was incomplete and nitrite was detected in the effluent. In R2 67% of the consumed sulfide was oxidized to sulfate, acetate was detected as an intermediary of the p-cresol oxidation and a large fraction of the nitrate removal was recovered as N2. In R3 no denitrification intermediates were detected but acetate was present in the effluent. Batch assays to study possible sulfide toxic effect were conducted (40, 70 y 225 mg S2-/L). The results showed that increasing sulfide concentration causes an inhibitory effect over the culture, affecting mainly the specific consumption rates. With the highest concentration (225 mg S2-/L) some denitrification intermediates were detected (nitrite, nitrous oxide) over a long period of time compared with lower concentrations. In order to analyze the competition between sulfide and p-cresol in a denitrification process, 3 batch assays were run (sulfide, sulfide/p-cresol and p-cresol). The results pointed out that sulfide consumption was not affected by p-cresol, sulfide was consumed faster compared with p-cresol.
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