Biodegradación de 4-nitrofenol en un reactor batch secuenciado de 2 fases: demostración, concepto, cinética y modelaje

Biodegradación de 4-Nitrofenol en un reactor batch secuenciado de 2 fases: demostración concepto, cinética y modelaje.

Los objetivos de este trabajo fueron demostrar el potencial de un reactor batch secuenciado de 2 fases en la degradación de xenobioticos, y evaluar los parámetros cinéticos que conducen al modelo matemático del sistema. El compuesto de estudio elegido fue 4-Nitrofenol(4NP), un típico representante de fenoles sustituidos encontrados en muchos efluentes industriales que representan un impacto ambiental relevante en aguas residuales como subterráneas, este compuesto nunca antes ha sido remediado con un bioreactor 2 fases (TPPB), estos reactores están basados en el uso de una fase solvente orgánica biocompatible e inmiscible en agua, en contacto con una fase acuosaconteniendo los microorganismos. La ventaja de combinar el proceso de 2 fases con la tecnología SBR (reactor batch secuenciado) es un área prometedora para ser estudiado como una posible estrategia cuando la remoción de xenobióticos es realizada en condiciones críticas caracterizadas por altas concentraciones en el influente. Un típico ejemplo es la remediación de xenobióticos almacenados (pordesgracia una situación bastante común), que es la remoción de compuestos tóxicos almacenados en contenedores en grandes cantidades derivadas de cierres industriales o acumulación de sustancias que ya no se utilizan.

Los test de partición fueron llevados a cabo para determinar el solvente mas adecuado, para esto se evaluaron en frascos con operación batch, con agua destilada a diferentesrelaciones solvente/agua, repitiendo este procedimiento después con agua de grifo en lugar de agua destilada, obteniéndose en esta ultima menores valores debido probablemente a la diferencias de pH entre el agua destilada (5.1-5.8) y el agua de grifo (7.5-8.1) lo cual causa diferentes distribuciones de especies de 4NP en ambas fases. Entre los 3 solventes investigados (1-undecanol, 2-undecanona, yoleil alcohol), 2-undecanona fue el escogido debido a que presento un mayor coeficiente de partición en ambas situaciones, y una insignificante tendencia a formar emulsiones. Además, este mostró características de biocompatibilidad satisfactorias con respecto a la biomasa, con solo pequeños efectos en la cinética microbiana intrínseca.

Pruebas cinéticas fueron realizadas en un reactorbatch secuenciado operando en ambas configuraciones, 1 fase y 2 fases, mostrando el sistema de 2 fases una significante mejora en los procesos cinéticos en términos de reducir la inhibición e incrementar la tasa máxima de remoción. Para poder tener una comparación directa de los resultados en ambos sistemas, el reactor SBR B (sistema 2 fases), fue operado primero en modo convencional y caracterizadocinéticamente; entonces, el solvente fue agregado y las pruebas cinéticas realizadas trabajando con el sistema de 2 fases a la misma concentración de alimentación utilizados en la configuración de 1 fase. Para verificar la reproducibilidad de los datos obtenidos, todos los ensayos cinéticos fueron llevados a cabo con al menos 2 replicas bajo las mismas condiciones de operación.

Para elmodelo cinético de remoción de 4NP con inhibición, se utilizó la ecuación de Haldane modificada para obtener más información de los procesos cinéticos, en particular sobre la máxima tasa de consumo y la concentración crítica de sustrato correspondiente a la máxima tasa de remoción:

Donde C* = (Ks * KI)1/2 es la concentración critica de sustrato a la cual ocurre la máxima tasa de remoción; kmax esla máxima tasa de remoción observada a C=C*,
y β= (Ks/ KI)1/2 es un parámetro que representa el grado de los efectos inhibitorios (un valor mas pequeño de β proporciona una mayor reducción de la tasa de remoción a concentración alta de sustrato)

En los resultados obtenidos se puede apreciar una fase Lag en el modelo convencional de 1 fase. En cambio, en el sistema de 2 fases, la fase...