Escalamiento de biorreactores para co-composteo de suelos contaminados con petróleo - Aguilera Vázquez, Luciano (Universidad Autónoma Metropolitana, 1998)
La contaminación de los suelos se ha recrudecido en los últimos años. Una de las estrategias para solucionar el problema de la contaminación del suelo es la biorremediación la cual se define como la aplicación de tratamientos biológicos para limpiar compuestos tóxicos presentes en el ambiente (Cookson, 1995). Entre las técnicas actuales de biorremediación de suelos se encuentra el co-composteo, éste consiste en emplear el proceso de composteo para degradar los contaminantes que se hallan en el suelo. El composteo fue definido por Haug, (1993), como un proceso de descomposición y estabilización de sustratos orgánicos sólidos gracias a la actividad microbiana. En general, cuando se habla de composteo existen distintos tipos de biorreactores a gran escala donde se lleva un control de los parámetros de operación como son la humedad del medio, la aireación del material, la adición de nutrientes, entre otros. Para el diseño de los biorreactores adecuados para procesos de co-composteo es necesario que se realicen estudios de ingeniería y escalamiento, ya que es muy importante que se desarrollen sistemas eficientes de control de parámetros de operación. Esta necesidad surge de la falta de conocimientos sobre la fisiología de los microorganismos empleados en estos procesos desde el punto de vista de la ingeniería (Durand et al., 1 993). El objetivo general de la presente tesis es desarrollar criterios de escalamiento de un biorreactor de lecho empacado empleado en un proceso modelo de co-composteo para el tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos. La mezcla experimental modelo mediante eluso de la metodología de superficie de respuesta (MSR) para predecir el comportamiento de la actividad de agua (a,) y de la porosidad (E,) de la mezcla en función de su composición, y así, planear adecuadamente los experimentos de biodegradación de hidrocarburos por co-composteo (capítulo 5). La composición de la mezcla seleccionada fue (g/g Mezcla): bagacillo de caña, 0.14; suelo contaminado con hidrocarburos totales de petróleo, 0.13; agua, 0.6; y Iodos activados, 0.02, como inóculo. Además de nutrientes para el crecimiento microbiano. En la biodegradación de hidrocarburos la aireación es muy importante y por ello en el capítulo 6 se describe el estudio del efecto del No. de Reynolds para lechos empacados (N,) sobre el co-composteo por ser un parámetro que relaciona la aireación del lecho con términos correspondientes a la escala del biorreactor. Se emplearon columnas de vidrio de 50 g de capacidad como biorreactores para estudiar el efecto del N,, a pequeña escala; se probaron 4 niveles de N,, desde 0.0 hasta 1.1 9 para lo cual se varió el tamaño de partícula del bagacillo de caña y la tasa de aireación. A excepción del experimento realizado a N,, 0.0, la tasa de aireación empleada garantizó la cantidad necesaria de oxígeno para oxidar los hidrocarburos presentes durante el tiempo de composteo (150 horas). Se observaron parámetros como la a, del medio, pH, humedad, pérdida de materia seca, producción de CO,, consumo de O, y concentración de hidrocarburos presentes s. La concentración promedio inicial de hidrocarburos presentes en el medio fue de 47,800 f 15,176 ppm. Se alcanzaron porcentajes de biodegradación mayores al 50 Yo, en los experimentos realizados a valores mayores a 0.35 de NR, sin presentar diferencias significativas entre ellos. Para realizar el primer cambio de escala se seleccionaron los niveles de N,, de 0.17 y 0.43 para llevar a cabo el proceso de co-composteo en biorreactores acero inoxidable de 0.864 kg. La mezcla a compostear presentó una concentración inicial de hidrocarburos de 46000 ppm y se determinaron los mismos parámetros que en el estudio anterior. La biodegradación alcanzada fue del 80 Yo para el caso de N,, de 0.43 y de 48 Yo, en el caso de N,, de 0.17. Por último, se realizó un co-composteo en un biorreactor de 26.5 kg de capacidad (capítulo 7) a un nivel de NRe de 1.19, la tasa de aireación empleada no garantizó la demanda química de O,. La concentración inicial de hidrocarburos la mezcla experimental en el biorreactor de 26.5 kg fue de 41,200 ppm. La biodegradación alcanzada fue baja, 34 f 16 Yo debido, posiblemente, a una aireación inadecuada. En los experimentos realizados en 0.86 a 26.4 kg se observaron gradientes de temperatura en el empaque. A partir de las ecuaciones de balance adimensionales de calor se obtuvo el valor del No. de Biot de calor (NBic) cuyos valores se determinaron en función de las temperaturas observadas durante el co-composteo (capítulo 8). Se concluyó que el N,, acoplado al N,¡, puede emplearse como un criterio de escalamiento.