Novel anaerobic packed-bed reactor application for wastewater remediation
- Autores: Yonhara García Martínez
- Directores de la Tesis: Azael Fabregat Llangostera (dir. tes.), Agustí Fortuny Sanromà (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Rovira i Virgili ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Josep Font Capafons (presid.), Julian Carrera Muyo (secret.), Albin Pintar (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Nanociencia, Materiales e Ingeniería Química por la Universidad Rovira i Virgili
- Materias:
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- Resumen
En las últimas décadas, el planeta ha sufrido los efectos adversos del desarrollo incontrolado de diversas actividades humanas, como la urbanización, agricultura, transporte e industria. El aumento de los niveles de vida y la demanda de los consumidores ha incrementado la contaminación de los ambientes acuáticos, marinos y terrestres con una amplia gama de productos químicos, entre los que podemos encontrar productos farmacéuticos, pesticidas, compuestos aromáticos, colorantes azoicos, entre otros. Por lo que su eliminación de las aguas se ha convertido en un área de interés para la investigación ambiental, puesto que se conoce muy poco acerca de los impactos potenciales que pueden tener sobre la salud humana y el medio ambiente. En la actualidad, no existen procedimientos para su regulación y eliminación de aguas residuales, debido a su diversidad, toxicidad y diferencia de concentraciones, y por tanto, son difíciles de degradar en las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales.
Varios métodos físicos, físico-químicos y biológicos han sido investigados para la remoción de estos contaminantes recalcitrantes de las aguas residuales, pero cada uno de ellos ha presentado limitaciones técnicas y económicas. Sin embargo, la degradación microbiana de tales sustancias ha demostrado ser una de las tecnologías más atractivas, considerando sus características económicas, ambientales y su relativa simplicidad tecnológica. Por otra parte, el empleo de diferentes materiales de carbono ha demostrado que este material es eficiente como soporte poroso inerte, buen adsorbente para la eliminación de una amplia variedad de micro-contaminantes y actúa como portador de electrones. Por tanto, se ha encontrado que las bio-películas son adecuadas para la eliminación de contaminantes recalcitrantes, debido a su elevada concentración de biomasa microbiana y su capacidad para inmovilizar tales contaminantes. La remoción de contaminantes emergentes presentes en aguas residuales ha sido ampliamente investigada en condiciones aerobias, pero muy pocos autores han estudiado su degradación en condiciones anaerobias.
Por ello, el presente trabajo se ha centrado en la utilización de un innovador reactor anaerobio agitado de lecho empacado de flujo ascendente (USPBR) para la eliminación de nitratos, clorobenceno (CB), ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D), ibuprofeno (IBP) y el colorante Acid Orange 7 (AO7); teniendo en cuenta que son candidatos prioritarios en la lista de compuestos nocivos. En esta configuración de bio-reactor el carbón activado (AC) y el material carbonoso a base de lodos (SCM) se emplean como material de soporte para los microorganismos. Por otra parte, se hace necesario estudiar la adsorción de algunos de estos contaminantes sobre AC, a fin de delinear entre cuánto de la eliminación de los compuestos es debido a la adsorción por el AC y cuánto a la bio-transformación. Además, estudios cinéticos han sido llevados a cabo con vistas a determinar si existe alguna influencia en la tasa de degradación y sobre la bio-película en particular al aumentar la concentración del contaminante en la alimentación.
Los resultados revelaron que para el caso de los nitratos, tratados en un USPBR utilizando como material de soporte SCM, se obtuvieron elevadas velocidades de degradación, 35,64 gNO3- L-1 d-1, en un tiempo espacial muy corto (2 min). Lo que demuestra que el SCM es un potencial catalizador de bajo coste y compite eficientemente con los comerciales. Por otro lado, los estudios de la capacidad de adsorción del resto de micro-contaminantes estudiados sigue el orden IBP <2,4-D
Una vez comprobado el éxito del tratamiento, la siguiente parte de la tesis se enfocó en la preparación y caracterización de nuevos materiales de soporte, con el propósito de mejorar sus propiedades texturales y superficiales químicas, con vistas a utilizarlos como mediadores redox en el biorreactor. De esta forma se podría aumentar la velocidad de la reacción y controlar su selectividad. Los estudios de adsorción del IBP sobre algunos de los materiales modificados mostraron que los materiales tratados con urea aumentan la capacidad de adsorción del material original. Lo cual confirma que las propiedades texturales de los materiales carbonosos tienen una función primordial en la adsorción de contaminantes recalcitrantes. Por otro lado también se observó, que la presencia de grupos nitrógeno en la superficie de los materiales aumenta su basicidad y esto generalmente, favorece la adsorción de este tipo de micro-contaminantes.
Finalmente, se estudió la mineralización completa del colorante AO7 en un sistema integrado anaerobio-aerobio, teniendo en cuenta que los productos de degradación de la reducción del AO7 son más tóxicos que el contaminante original. El sistema integrado está compuesto por el USPBR acoplado a un biorreactor de membrana aerobia. La unidad aerobia contiene AC y el cultivo mixto, seguido de un módulo de membrana de microfiltración. Los resultados demuestran que los productos de la reducción son eficazmente degradados en la etapa aerobia, con una remoción total de 80,28% en un tiempo de residencia hidráulico total del proceso de aproximadamente 49 h.
