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Título : Biodegradación anaerobia de tricloroetileno (TCE) en un reactor UASB
Autor : Dra. Guerrero Barajas, Claudia
Dra. García Peña, Elvia Inés
García Solares, Selene Montserrrat
Palabras clave : reactor UASB
tricloroetileno
TCE
Biodegradación anaerobia
Fecha de publicación : 12-nov-2010
Resumen : Current different reports indicate that sulfate reduction (SR) is an alternative to be used in wastewater treatment from many types of industrial effluents containing high sulfate concentrations as well as various organic pollutants such a trichloroethylene (TCE). Therefore, the general aim of this work was to study the biological process of sulfate reduction in order to use it for the biodegradation of TCE to less toxic compounds such as ethene using an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor inoculated with hydrothermal vents sediments. First at all, SR was carried out in long term batch-fed microcosms experiments incubated at mesophilic temperature using an initial sulfate concentration of 4000 mg/L and two different electron donors, lactate (500 mg DQO/L) and a mixture of volatile fatty acids (VFAs) (350 mg DQO/L). For lactate, SR reached up to 95% in 403 days and for VFAs SR was 95% in 209 days. Once SR was established in the microcosms, TCE was added to a final concentration of 100 and 260 μM for experiments with lactate and VFAs respectively. TCE biodegradation was 89% in 8 days for lactate experiments and 70% in 5 days for incubations using VFAs as substrate. At a second stage, the UASB reactor was inoculated with the sediments (4.7 g VSS/L) along with a sulfate concentration of 4000 mg/L and operated in a semi-continuous regime for a little longer than one year in order to enrich the sediments in sulfate reducing bacteria (SRB) within a robust microbial community. The operation of the reactor was divided in eight periods. Acclimation stage includes from period one to five (309 days), a span of time in which the bioreactor was maintained under appropriate conditions in order to enrich it in adequate biomass. During these periods, SR reached 98% with a H2S concentration of 2900 mg/L corresponding to 70% of sulfate conversion. The values obtained for the sulfate reducing activity (SRA) (188 mg DQO-H2S/g VSS*d) demonstrate the appropriate development of SRB in the inoculum of the bioreactor. During period VI (days 310-319) SR kinetics were carried out at hydraulic retention time (HRT) of 12 h at an initial sulfate concentration of 4000 mg/L, yielding 98% of sulfate reduction in the first 4 h. In this kinetics, the total H2S concentration was 1200 mg/L (which is equivalent to 30% of sulfate converted to H2S) along with a COD removal of 70% at the end of the kinetics. The TCE biodegradation under sulfate reducing conditions (initial sulfate concentration 4000 mg/L) in the UASB was conducted in period VII (days 320-348), for which two concentrations of TCE were tested (250 and 300 μM) along with three different HRTs (24, 12 and 8 h) for each TCE concentration. The best biodegradation efficiencies were 77% of TCE removal (TCE initial concentration 260 μM) at HRT of 8 h and 74% of TCE removal (TCE initial concentration 300 μM) at HRT of 12 h respectively. Under the established conditions for TCE biodegradation in the UASB reactor, SR was of 98% within the first 5 h at each TCE concentration and HRT. Finally, the objective of period VIII (days 349-365) was to determine SR, H2S production and COD consumption in the UASB after the period in which TCE was biodegraded in order to estimate the damage (if any) that TCE had caused to the microbial community in the reactor. The overall results of this work demonstrate that the reactor can function efficiently for both, sulfate and TCE removal in short periods of time. The present work will be used as background for precipitation of metals using the same reactor. Ongoing experiments to describe the microbial ecology of the UASB reactor are being conducted.
Descripción : Diferentes reportes actuales indican que la sulfato reducción (SR) es una alternativa para el tratamiento de agua residual de tipo industrial conteniendo altas concentraciones de sulfato (SO4-2) y contaminantes orgánicos, como diferentes compuestos clorados como el tricloroetileno (TCE). El objetivo general de este trabajo fue estudiar el proceso biológico de SR aplicado a la biodegradación de TCE hasta compuestos menos tóxicos como el eteno, en un reactor anaerobio de lecho de lodo de flujo ascendente UASB (por sus siglas en inglés), utilizando un sedimento marino proveniente de ventilas hidrotermales como inóculo. En primera instancia se estudió la SR en experimentos de microcosmos inoculados con sedimento a una temperatura mesofílica y operados en lote, mantenidos en incubación por periodos de tiempo con el fin de enriquecer los microorganismos sulfato reductores, usando una concentración inicial de SO4-2 de 4000 mg/L y utilizando dos donadores de electrones, lactato (500 mg DQO/L) y una mezcla de ácidos grasos volátiles (350 mg DQO/L), obteniendo una reducción de SO4-2 del 95% para el microcosmos con lactato como sustrato en 403 días y para el microcosmos con AGV´s la reducción de SO4-2 fue de 95% en 209 días. Una vez establecida la SR en ambos microcosmos, se continuó con la biodegradación de TCE a una concentración inicial de 100 μM para el experimento con lactato como sustrato obteniendo un 89% de biodegradación en los 8 días posteriores a la adición del TCE. En el experimento de microcosmos que utilizó AGV´s como donador de electrones la concentración inicial de TCE fue de 260 μM obteniendo una biodegradación del 70% en los primeros 5 días Posteriormente se inoculó un reactor tipo UASB con 4.7 g SSV/L de sedimento marino que fue enriquecido con una concentración inicial de SO4-2 de 4000 mg/L y fue operado en estado pseudo-estacionario, por un poco más de 365 días con el fin de desarrollar biomasa sulfato reductora. La operación del reactor UASB se dividió en ocho periodos, los primeros cinco periodos fueron de adaptación y desarrollo de la biomasa SR (309 días), obteniendo 98% de reducción de SO4-2 y 2900 mg/L de sulfuro de hidrógeno (H2S) correspondientes al 70% de conversión de la concentración inicial de SO4-2 a H2S. Los valores obtenidos para la actividad sulfato reductora (ASR) (188 mg DQO-H2S/g SSV*d) corroboran el desarrollo de bacterias sulfato reductoras (BSR) en el inóculo del reactor. En el periodo VI (días 310-319) se realizaron cinéticas de reducción de SO4-2 con un tiempo de retención hidráulico (THR) de 12 h y una concentración inicial de SO4-2 de 4000 mg/L obteniendo una reducción de SO4-2 del 98% en las primeras 4 h, la concentración total alcanzada de H2S fue de 1200 mg/L (equivalente al 30% de conversión de la concentración inicial de SO4-2 a H2S) y la demanda química de oxigeno (DQO) removida por la SR fue de 70% al finalizar la cinética. La biodegradación de TCE bajo condiciones SR en el reactor UASB se llevó a cabo en el periodo VII (días 320-348), probando dos concentraciones iniciales de TCE (250 y 300 μM) y tres diferentes THR´s (24, 12 y 8 h) para cada concentración, enriqueciendo el reactor con una concentración inicial de SO4-2 de 4000 mg/L. Los mejores porcentajes de biodegradación de TCE fueron de 77 y 74 % para la concentración de 260 μM con un THR de 8 h y para la concentración de 300 μM con un THR de 12 h, respectivamente. Bajo las condiciones impuestas en el reactor UASB para la biodegradación de TCE, la reducción de SO4-2 fue de 98% presentándose en las primeras 5 h de cada THR. Por último, el objetivo del periodo VIII (días 349-365) fue determinar el porcentaje de reducción de SO4-2, la producción de H2S y la oxidación del sustrato en el reactor UASB después de la biodegradación de TCE. Los resultados globales de este trabajo demuestran que el reactor es funcional para la remoción de ambos, sulfato y TCE en tiempos cortos y eficiencia alta. El presente trabajo se usará como antecedente para la precipitación de metales en el mismo reactor. Actualmente se están realizando análisis para la ecología microbiana del mismo.
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/15759
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