Memorias del seminario internacional sobre: Tratamiento Integral de Efluentes Complejos de la Industria Petrolera
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- Marina Molina Rubio
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1 Memorias del seminario internacional sobre: Tratamiento Integral de Efluentes Complejos de la Industria Petrolera 10 y 11 de Febrero del 2011 de 9:00 a 15:00 Auditorio del Museo Memoria y Tolerancia Plaza Juárez Centro Histórico, Ciudad de México Frente al Hemiciclo a Juárez de la Alameda, metros: Juárez, Hidalgo y Bellas Artes. Organizador-responsable: Frédéric Thalasso Comité organizador: Victoria Veláquez, Juan Corona
2 Albert Guisasola Canudas, 11 febrero 2011
3 seleccionando microorganismos Para tratar varios compuestos biológicamente y de manera combinada, deberemos tener una población que: contenga aquellos microorganismos que nos interesan (e.g. PAO o AOB) no contenga aquéllos que no nos interesan (e.g., GAO o NOB) Es decir tenemos que seleccionar microorganismos Selección natural (Charles Darwin) entonces aquellos miembros de la población con características menos adaptadas (según lo determine su medio ambiente) morirán con mayor probabilidad. Entonces aquellos miembros con características mejoradaptadas sobrevivirán más probablemente.
4 sistemas redox (I) Tanto microorganismos como macroorganismos obtenemos la energía de actuar de catalizadores de reacciones químicas redox (reacciones de transferencia de electrones), extrayéndoles una parte de su energía A nivel microbiológico, si queremos predecir o explicar el comportamiento de un sistema acuático debemos conocer la cantidad de energía que pueden extraer los microorganismos de las diferentes reacciones químicas, la G, energía libre de Gibbs. G G = n F E n:moles electrones, F: constante de Faraday, C/mol e y E: potencial red oxid
5 sistemas redox (II) pe 0 = E 0 F/(2.303 RT) Adapted from: Environmental Science, Technology and Chemistry. Manahan Stanley E. nitrificación G 0 = nRT(pE 0 ) = * 1 * 8.314* 298*( ) = KJ
6 sistemas redox (III) Para que un proceso ocurra db debeser termodinámicamente viable ( G<0) Debeestar favorecido respecto los demás los microorganismos deben Debe estar favorecido respecto los demás, los microorganismos deben obtener más energía con éste que con otros.
7 Eliminación biológica de C 4 CH REDUCCIÓN : la especie que se reduce 4 acepta los electrones 2 0 CH 3 OH (CH 2 O) n OXIDACIÓN: la especie que se oxida da electrones + 2 HCOOH + 4 CO 2
8 Eliminación biológica de C 0 (CH2O) REDUCCIÓN : la especie que se reduce n O 2 acepta los electrones + 4 CO 2 H 2 O OXIDACIÓN: la especie que se oxida da electrones
9 Eliminación biológica de N 3 NH N N 2 O NO NO 3 OXIDACIÓN REDUCCIÓN
10 Eliminación biológica de P VFA Xil CoA GLY ATP Poly P PO 4 3 PHA NADH 2 Condiciones anaerobias Donador de electrones: Glicógeno Varios aceptores de electrones (VFA)
11 Eliminación biológica de P VFA ATP GLY Xil CoA Poly P PO 4 3 ATP NADH 2 PHA PHA GLY Poly-P Condiciones aerobias/anóxicas Donador de electrones: PHA Varios aceptores de electrones NADH 2
12 Eliminación biológica de S 2 H 2 S 0 S + 2 S 2 O 3 2 SO SO 4 2 OXIDACIÓN REDUCCIÓN
13 Donadores de electrones (compuestos reducidos) Materia orgánica Amonio Sulfhídrico Hidrógeno Aceptores de electrones (compuestos oxidados) Oxígeno Nitrato Sulfato Dióxido de carbono
14
15 Adapted from: Environmental Science, Technology and Chemistry. Manahan Stanley E.
16 4 CH 4 DONADOR DE ELECTRONES: Matéria orgánica 0 (CH2O) n O 2 ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno: procesos aerobios heterótrofos + 4 CO H 2 2 O OXIDACIÓN REDUCCIÓN
17 3 NH + 4 O 2 DONADOR DE ELECTRONES: Matéria orgánica H 2 O 0 (CH2O) n NO ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno : aeróbico heterotrofo 2. Nitrato/Nitrito: bacterias desnitrificantes ifi + 4 CO 2 N 2 0 Se necesita una nitrificación previa? OXIDACIÓN REDUCCIÓN
18 3 NH + 4 O 2 DONADOR DE ELECTRONES: Matéria orgánica H 2 O 0 (CH2O) n NO 2 +3 ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno : aeróbico heterotrofo 2. Nitrato/Nitrito: bacterias desnitrificantes ifi + 4 CO 2 N 2 0 OXIDACIÓN REDUCCIÓN
19 NITRITACIÓN + DENITRIFICACIÓN BASADA EN NITRITO = NITRITE PATHWAY (SHORT CUT BIOLOGICAL NITROGEN REMOVAL) NITRIFICACIÓN PARCIAL: Oxidación biológica de amonio a nitrito AHORRO DEL 25 % DE LAS NECESIDADES DE AIREACIÓN NH 4+ NO 2 NO 3 Inhibición de los nitritoxidantes NOB b NOB < 1/SRT < AOB b AOB DESNITRIFICACIÓN VIA NITRITO: Reducción biológica de nitrito a nitrógeno gas: AHORRO DEL 30 40% DE LAS NECESSIDADES DE MATERIA ORGÁNICA NO 3 NO 2 N 2
20 DONADOR DE ELECTRONES: Matéria orgánica 0 (CH2O) n SO 4 2 S ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno : aeróbico heterotrofo 2. Nitrato/Nitrito: bacterias desnitrificantes ifi 3. Sulfato/azufre elemental : Sulfate Reducing Bacteria + 4 CO 2 H 2 S 2 OXIDACIÓN REDUCCIÓN
21 DONADOR DE ELECTRONES: Matéria orgánica (CH 2 O) n CO 2 (CH2O) (CH 3 OH) 0 2 ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno : aeróbico heterotrofo 2. Nitrato/Nitrito: bacterias desnitrificantes ifi 3. Sulfato/azufre elemental : Sulfate Reducing Bacteria 4. Fermentación: utilización ió de un aceptor de elctrones interno OXIDACIÓN REDUCCIÓN
22 CH 4 (CH2O) n CO 2 DONADOR DE ELECTRONES: Matéria orgánica ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno : aeróbico heterotrofo 2. Nitrato/Nitrito: bacterias desnitrificantes ifi 3. Sulfato/azufre elemental : Sulfate Reducing Bacteria 4. Fermentación 5. Metanogénesis OXIDACIÓN REDUCCIÓN
23 VFA ATP DONADOR DE ELECTRONES: Matéria orgánica GLY Xil CoA PHA Poly P NADH 2 PO 4 3 ATP PHA GLY Poly-P H 2 O PAO O 2 NADH 2
24 Eliminación i ió biológica i de CNPS Eliminación P Captación P Configuración (A 2 /O): Liberación P Recirculación interna (1 4 Q) R. anaerobio R. anòxico R. aerobia Sedimentador Afluente (Q) Efluente Recirculación externa (0.5 1 Q) Purga
25 Eliminación i ió biológica i de CNPS Eliminación N Desnitrificación Nitrificación Configuración (A 2 /O): Recirculación interna (1 4 Q) R. anaerobio R. anòxico R. aerobia Sedimentador Afluente (Q) Efluente Recirculación externa (0.5 1 Q) Purga
26 Eliminación i ió biológica i de CNPS Eliminación C Configuración (A 2 /O): Recirculación interna (1 4 Q) R. anaerobio R. anòxico R. aerobia Sedimentador Afluente (Q) Efluente Recirculación externa (0.5 1 Q) Purga
27 VFA ATP DONADOR DE ELECTRONES: Matéria orgánica GLY Xil CoA PHA Poly P NADH 2 PO 4 3 ATP PHA GLY Poly-P N 2 Denitrifying if i PAO (DPAO) NO 3 NADH 2
28 Eliminación i ió biológica i de CNPS Eliminación P Configuración (A 2 /O): Recirculación interna (1 4 Q) R. anaerobio R. anòxico R. aerobia Sedimentador Afluente (Q) Efluente Recirculación externa (0.5 1 Q) Purga
29 VFA ATP DONADOR DE ELECTRONES: Matéria orgánica GLY Xil CoA PHA Poly P NADH 2 PO 4 3 ATP PHA GLY Poly-P N 2 Nitrite DPAOi NO 2 NADH 2
30 0 H 2 DONADOR DE ELECTRONES: Hidrógeno 1 H 2 O
31 0 H 2 DONADOR DE ELECTRONES: Hidrógeno 1 H 2 O Adapted from: p Environmental Science, Technology and Chemistry. Manahan Stanley E.
32 4 CH 4 O 2 DONADOR DE ELECTRONES: Metano 2 CH 3 OH H 2 O
33 4 CH 4 DONADOR DE ELECTRONES: Metano SO CO 2 Consorcio de archaeas y SRB H 2 S 2
34 4 CH 4 DONADOR DE ELECTRONES: Metano NO NO CO 2 N 2 0
35 3 NH 4 + DONADOR DE ELECTRONES: Amonio 0 N N 2 O NO NO 3
36 3 NH 4 + DONADOR DE ELECTRONES: Amonio O 2 ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno : nitrificación H 2 O NO 2 O NO H 3 2 O
37 3 NH 4 + DONADOR DE ELECTRONES: Amonio 0 N 2 ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno : nitrificación 2. Nitrito : Anammox + 1 N 2 O + 3 NO 2 Aguas con altisimas relaciones N/C 2 Proceso lento (td = 11 días) Hace falta oxidar parcialmente el amonio a nitrito
38 3 NH 4 + DONADOR DE ELECTRONES: Amonio SO 4 2 S ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno : nitrificación 2. Nitrito : Anammox 3. Sulfato H 2 S NO NO 3
39 2 H 2 S O 2 DONADOR DE ELECTRONES: H 2 S 0 S H 2 O 2 ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno : sulfide oxidising bacteria (SOB) + 2 S 2 O 3 2 O 2 SO H 2 O + 6 SO 4 2
40 2 0 H 2 S S DONADOR DE ELECTRONES: H 2 S ACEPTOR DE ELECTRONES 1. Oxígeno : sulfide oxidising bacteria (SOB) 2. Nitrato/Nitrito S 2 O 3 2 SO 2 3 NO NO N SO 4 2
41 Resumiendo Cuál es el estado de oxidación de los compuestos que tengo que eliminar? Si introduzco algún aceptor/donador de electrones, cuál es la secuencia de reacciones favorecidas?
42 Ejemplo I colectoresde aguas residuales (exceso de donador de electrones) 1. Mucha DQO (AGV, Fermentables) 2. Sulfato 3. Poco oxígeno o nitrato 4. Biopelículas
43 Ejemplo I colectoresde aguas residuales
44 Ejemplo II aguas complejas Tabla 2. Composición resumida de aguas residuales efluentes de una refinería. Temperatura ( C) / 2.71 ph / 0.56 Oxigeno disuelto (mg/l) / 0.28 DQO (mg/l) / Carbono total (mg/l) / Carbonoorgánico orgánico total (mg/l) / Carbono inorgánico total (mg/l) / Nitrogeno total (mg/l) / N NH4+ (mg/l) / N NO2 (mg/l) / N NO3 (mg/l) / Sulfuro (mg/l) / Sulfato (mg/l) / Tiosulfato (mg/l) / Hidrocarburos totales (mg/l) / Fenol (mg/l) / 8.54 p Cresol (mg/l) / Benzoato (mg/l) / 0.28
45 Gracias por su atención preguntas?
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