Estudio hidrodinámico de un biorreactor de lecho escurrido para la remoción de isopropanol - Cruz Díaz, Martín Rogelio (Universidad Autónoma Metropolitana, 2005)
En este trabajo se presenta el estudio hidrodinámico de un biorreactor de leche escurrido (BLE) en función del flujo másico superficial del líquido y de la disminución de la fracción vacía del lecho debido al crecimiento de biopelícula, utilizando isopropanol como sustrato modelo. Se obtuvo una capacidad de eliminación del 88 % y una mineralización de 67 % del isopropanol. El análisis se describe en cinco etapas (fracciones vacías) que definen el comportamiento del biorreactor bajo las condiciones propias de cada una. En el estudio de la hidrodinámica los resultados mostraron que para todos los casos la curva experimental de la distribución de tiempos de residencia (DTR) es asimétrica, lo cual es característico de los reactores de lecho empacado. La asimetría se debió a efectos de pared apreciables, particularmente a bajos flujos másicos del líquido. A altos crecimientos de biomasa y bajos flujos de líquido, se observó un cierto grado de canalamiento, recirculación interna y zonas muertas. Las curvas de DTR experimentales se aproximaron mediante los modelos de NCSTR y el modelo de dispersión axial (Levenspeil, 2001); el modelo de N-CSTR produce un mejor ajuste que el modelo de dispersión, aunque un mejor ajuste requeriría la utilización de modelos de dos o más parámetros para tomar en cuenta el intercambio de masa entre las zonas dinámicas de flujo y las zonas estáticas de líquido. Los resultados mostraron que el volumen de retención y la caída de presión se incrementan con el flujo másico del líquido para una misma fracción vacía del lecho. También conforme la fracción vacía del lecho se reduce por efecto del crecimiento de la biopelícula, los volúmenes de retención y la caída de presión aumentan. Por otro lado, se observó que el aumento de la velocidad másica superficial del líquido tiene un efecto insignificativo sobre la capacidad de eliminación de isopropanol, pero un efecto muy significativo en la producción de CO2. El aumento de la caída de presión mostró una estrecha relación con la evolución del metano como producto de degradación anaerobia, debido a la acumulación y engrosamiento de la biopelícula. La aparición de zonas estancadas en la etapa de taponamiento del biorreactor favorece la degradación anaerobia del isopropanol. Por último, se observó (inspección visual) que a flujos altos el esfuerzo de corte de las fases fluidas ejerce un control sobre el crecimiento de la biopelícula.