Biodegradación anaerobia de compuestos petroquímicos - Castilla Hernández, Patricia (Universidad Autónoma Metropolitana, 2006)
One of the main source of marine pollution is that caused by hydrocarbons, from this, oil transportation spills has a small contribution. The main contribution is due to daily operations carried out by cargo ships; between them tanks and containers washing operations that are discarded without treatment during petrochemical compounds transportation. In this work the anaerobic biodegradation of petrochemical compounds from washing wastewaters, such as alcohols (methanol, ethylene glycol and isopropanol), acetic acid esters (methyl, ethyl, isopropyl acetate, acetic anhydride) acrylic acid esters (methyl and butyl acrylate) and aromatics (o-m-p-xylene y styrene). Firstly, methyl and isopropyl acetate besides methyl and butyl acrylate biodegradadbility separately was tested in batch systems. As well as the degradation level and IC50 concentration of these chemicals mixed by chemical structure similarity. The hydrolysis rate was higher for methyl and isopropyl acetate (0.051 y 0.049 gCOD·gVSS-1·d-1) compared to methyl and butyl acrylate (0.014 y 0.032 gCOD·gVSS-1·d-1), while methane produced was 87, 32, 11 y 5%, respectively. In mixtures, hydrolysis rates for acrylic acid esters, acetic acid esters and alcohols were de 0.039, 0.032 y 0.023 gCOD·gVSS-1·d-1 and methanization levels of 54, 93 y 91%, respectively. Accordingly to substrates and intermediaries formed, acrylic acid presence diminished the hydrolysis rate of its esters, afecting negativaly methane production, since it caused a toxic effect on aceticlastic and propioniclastic bacteria. While isopropanol and its intermediary ketone prevented that acetic acid esters and alcohols mixtures to be completely broken down. IC50 values found for alcohols mixtures, acetic acid and acrylic acid were 16, 19 y 0.25 gCOD·L1 . In the other hand, biodegradability of all chemicals mixed together was evaluated in a UASB reactor fed at low concentration level (mass ratio of 0.1 gCOD·gVSS-1), the increase in organic loading rate (Bv) was determined on removal efficiency and some chemicals were not degraded at high HRT. The chemicals were added one by one to make up a complex mixture, from them isopropanol and acrylic acid led to a renoval eficiency diminution to 60% y 83% respectively, requiring around 40 days for its recovery. Methyl acrylate and ethyilenglycol addition led the reactor short instability periods while with the addition of the rest of the chemicals the reactor remained stable. Mean removal efficiency was around 95% when all chemicals were added, and methane production reached 84%. When Bv increased to 2.3, 3.2, 3.6, 4.8 y 6.5 gCOD·L-1·d-1 removal efficiencies diminished to 93, 87, 84, 79 y 74%. For the two higher loading rates, only alcohols were completely removed. Finally, the effect of methanol, ethanol, ethylene glycol, isopropanol and butanol on acrylic acid degradation was tested, and at the contrary, the effect of acrylic acid on the biodegradtion of these alcohols was determined. Results showed that although some of the alcohols like etanol and butanol, favored the acrylic acid consumption specific rate, the toxic effect on methanogenic aceticlastic bacteria was not eliminated but only slightly diminished. The contrary resulted in the case of propioniclastic bacteria, where the toxic effect toxicity was increased. It was found that acrylic acid was toxic to ethanol fermenting acetogenic bacteria, affecting slightly to butyrate consumers and without any effect on methylotrophic and butanol oxidizing bacteria.; Una de las principales fuentes de contaminación marina es la causada por hidrocarburos, donde la transportación de petróleo no refinado tiene una pequeña contribución No obstante, la mayor aportación se debe a operaciones rutinarias realizadas por buques de carga; entre las que se encuentra el vertido de aguas de lavado de tanques o contenedores empleados en la transportación de compuestos petroquímicos, las que son desechadas al mar sin ser previamente tratadas. En este trabajo se evaluó la biodegradación anaerobia de compuestos petroquímicos presentes en aguas de lavado, entre los que se encuentran alcoholes (metanol, etilenglicol e isopropanol), ésteres del ácido acético (acetato de metilo, etilo e isopropilo y anhídrido acético), ácido acrílico y sus ésteres metil y butil acrilato y aromáticos (o-m-pxileno y estireno). En primer lugar en sistemas en lote se determinó la biodegradabilidad por separado de metil e isopropil acetato y metil y butil acrilato. Evaluando también el nivel de degradación y el índice de toxicidad (CI50) de las mezclas de compuestos agrupados como alcoholes, ésteres del ácido acético y ésteres del ácido acrílico. En los compuestos probados por separado la velocidad de hidrólisis fue mayor para el metil e isopropil acetato (0.051 y 0.049 gDQO·gSSV-1·d-1) en comparación con metil y butil acrilato (0.014 y 0.032 gDQO·gSSV-1·d1 ). El metano producido fue del 87, 32, 11 y 5%, respectivamente. En las mezclas, las velocidades de hidrólisis para los ésteres del ácido acrílico, ésteres del ácido acético y alcoholes fueron de 0.039, 0.032 y 0.023 gDQO·gSSV-1·d-1 y los niveles de mineralización de 54, 93 y 91%, respectivamente. De acuerdo al seguimiento de los sustratos e intermediarios formados, se encontró que la presencia de ácido acrílico disminuyó la velocidad de hidrólisis de sus ésteres, afectando negativamente la producción de metano ya que causó un efecto tóxico sobre las bacterias consumidoras de acetato y propionato. Mientras que el isopropanol y su intermediario acetona evitaron que las mezclas de ésteres del ácido acético y alcoholes se degradaran completamente. La CI50 encontrada para las mezclas de alcoholes, ésteres del ácido acético y ésteres del ácido acrílico fue de 16, 19 y 0.25 gDQO·L-1. Por otra parte en un reactor UASB se evaluó la degradación de la mezcla de los catorce compuestos alimentados a baja concentración y se determinó el efecto del incremento de la carga orgánica volumétrica (Bv) de la mezcla sobre la eficiencia de remoción, determinando los compuestos que no se degradaron a las Bv más altas. Los compuestos se adicionaron al reactor uno a uno hasta alcanzar la mezcla compleja, de estos el isopropanol y el ácido acrílico provocaron una disminución de la eficiencia de remoción hasta un 60% y 83% respectivamente, requiriendo alrededor de 40 días para su recuperación. El metil acrilato y etilenglicol llevaron al reactor a periodos cortos de inestabilidad y cuando los sustratos restantes se alimentaron permaneció estable. Con la mezcla de los catorce compuestos la eficiencia de remoción promedio fue alrededor del 95% y el metano producido alcanzó un 84%. Al incrementar la Bv a 2.3, 3.2, 3.6, 4.8 y 6.5 gDQO·L-1·d-1 las eficiencias de remoción disminuyeron en promedio hasta un 93, 87, 84, 79 y 74%. En las últimas dos Bv sólo los alcoholes se degradaron completamente. Finalmente se evaluó el efecto de metanol, etanol, etilenglicol, isopropanol y butanol sobre la degradación de ácido acrílico y a su vez se determinó el efecto del ácido acrílico sobre la degradación de estos alcoholes. Los resultados mostraron que aunque algunos alcoholes favorecieron la velocidad específica de consumo del ácido acrílico, como el etanol y butanol, esto no eliminó el efecto tóxico sobre las bacterias metanogénicas acetoclásticas aunque lo disminuyó ligeramente, caso contrario a las bacterias consumidoras de propionato sobre quienes los alcoholes acentuaron la toxicidad. Se encontró que el ácido acrílico es tóxico a bacterias acetogénicas consumidoras de etanol, afectando ligeramente a las consumidoras de butirato, pero no causó un efecto negativo sobre las bacterias metilotrofas consumidoras de metanol y bacterias que oxidan el butanol.