Procesos biológicos de sulfatorreducción en biopelículas para la precipitación de metales.

Abstract

"La contaminación ambiental por metales pesados es un asunto de importancia debido a su impacto en la salud pública, el medio ambiente y finalmente en la economía. La sulfato reducción se ha convertido en una alternativa para el tratamiento de aguas residuales que contienen metales. El objetivo general de este trabajo fue estudiar la aplicación de procesos biológicos de sulfatorreducción en reactores de biopelícula para la precipitación y recuperación de sulfuros metálicos en una sola etapa. En primera instancia se estudió la competencia entre los microorganismos sulfatorreductores y metanogénicos en un reactor anaerobio de lecho de lodos de flujo ascendente (UASB) que fue operado en continuo durante más de 240 días, para desarrollar biomasa sulfatorreductora a partir de un lodo granular de origen metanogénico. La demanda química de oxígeno (DQO) removida por sulfatorreducción fue de 20% y la concentración total del sulfuro alcanzada fue de 310 mg/L. Los valores de actividad sulfatorreductora y metanogénica (0.29 g DQO-H2S/g SSV-d y 0.35 g DQO-CH4/g SSV-d, respectivamente) corroboraron el desarrollo de bacterias sulfatorreductoras (BSR). La presencia de BSR que oxidan incompletamente el sustrato a acetato, permitió que los organismos metanogénicos no estuvieran limitados por sustrato y, consecuentemente, no fueran completamente desplazados por las BSR al final de la operación del reactor. Posteriormente, se propuso un reactor de lecho fluidificado inverso (LFI) para la precipitación y recuperación de metales. El reactor LFI se operó en continuo durante 320 días y se obtuvieron eficiencias de precipitación de Fe, Zn y Cd mayores a 99.0%. Los sulfuros metálicos recuperados ascendieron al 90% de la masa teórica esperada predominando la pirita (FeS), esfalerita (ZnS) y greenockita (CdS). La carga de metales no afectó el desempeño del reactor aún a valores de pH tan bajos como 5.0. La remoción de DQO fue de 54%, lo cual sugirió la oxidación incompleta del sustrato por las BSR inmovilizadas en la biopelícula, esto fue corroborado por la acumulación de acetato en el efluente y la nula producción de alcalinidad. Finalmente, se estudió el desarrollo de una biopelícula sulfatorreductora capaz de oxidar completamente el sustrato orgánico. Para tal efecto, se utilizó la presión de selección por sustrato realizando tres diferentes pruebas en un reactor LFI alimentado con una mezcla acetato/lactato con las siguientes proporciones en base a DQO: 50/50, 80/20 y 90/10."

"The environment contamination by heavy metals is an important matter due to its negative impact over the public health, the environment and the economy. Sulfate reduction has become and alternative for the treatment of wastewaters that contain heavy metals. The general objective of this work was to study the application of biological sulfate reduction processes in biofilm reactors for metal precipitation and recovery of the metal sulfides in one step. First of all, the competence between methanogens and sulfate reducers was studied in an UASB reactor that was operated for over 240 days, for the development of sulfate reducing biomass from a methanogenic granular sludge. The chemical oxygen demand (COD) removed by sulfate reduction was 20% and the total sulfide concentration reached in the reactor was 310 mg/L. The specific sulfate reducing and methanogenic activities of the granular sludge pointed out to the development of sulfate reducing bacteria (SRB). The presence of SRB that oxidize incompletely the substrate to acetate, allowed the permanence of methanogens that were not limited by substrate, and in consequence were not completely displaced by the SRB at the end of reactor operation. Afterwards, a down-flow fluidized bed reactor (DFFB) was proposed for the precipitation and recovery of metals. The DFFB reactor was operated continuously during 320 days and precipitation efficiencies over 99.0% of Fe, Zn and Cd were obtained. The recovered metal sulfides amounted to 90% of the theoretical mass expected to be precipitated; pyrite (FeS), sphaleryte (ZnS) and greenockite (CdS) predominated in the precipitate. The metal loading rate did not affect the reactor performance even at pH values as low as 5.0. The COD removal efficiency was close to 54%, which suggested an incomplete substrate oxidation by the immobilized SRB, this was confirmed by the high concentration of acetate in the effluent and the absence of alkalinity production. Finally, the development of a sulfate reducing biofilm able to oxidize completely the substrate was studied. To achieve this, a selection pressure by substrate was used; three different assays were carried out in the DFFB reactor that was fed with a mixture of acetate/lactate with the following ratios on a COD basis: 50/50, 80/20 and 90/10 during 21 days."