Reducción Anaerobia de Colorantes Azo y el Impacto de los Mediadores Redox a 55 C.

Transcripción

1 H 2 HO H 2 HO H H OH OH OH OH SO 3 a SO 3 a ao 3 S ao 3 S Reducción Anaerobia de Colorantes Azo y el Impacto de los Mediadores Redox a 55 C. Rosa Elena Yaya Beas Agosto 23 Supervisores: Andre dos Santos Jules van Lier

2 Contenido 1. Introducción 1.1 Colorantes Azo 1.2 Reducción anaerobia de los colorantes azo 2.Objetivos 3.Materiales y métodos 3.1 Lodo 3.2 Compuesto patrón 3.3 Mediador redox 3.4 Análisis 3.5 Experimentos 4 Resultados 4.1 Experimentos batch 4.2 Experimentos continuos 5 Conclusiones 6 Recomendaciones para futuros experimentos

3 1.1 Colorantes Azo 1. Introducción clase de colorantes más utilizados (aproximadamente 7% de los colorantes) Ellos pueden ser subdivididos en colorantes reactivos, ácidos, directos, básicos, dispersos pigmentados, grasos, solventes, dispersos, etc.

4 1.1 Colorantes Azo 1. Introducción Estructura química OH HCOCH 3 H 3 C Amarillo Disperso 3

5 Los métodos físicos o químicos tienen sus limitaciones (producción de lodos, costo elevado o no son efectivos para todos los colorantes) 1.1 Colorantes Azo 1. Introducción Los colorantes reactivos presentan poca capacidad de fijación en las fibras (5%) Las aguas residuales del proceso de coloración son generalmente descargadas a elevadas temperaturas (4-7 C)

6 1.1 Colorantes Azo 1. Introducción Tratamiento biológico: tratamiento aerobio Son muy resistentes en la degradación en condiciones aerobias (diseñados para ser resistentes) El principal mecanismo de remoción en sistemas aerobios es la absorción del color en el lodo. Sin embargo, los colorantes reactivos tienen una baja tasa de absorción y un elevado residual de color en los efluentes tratamiento anaerobio El tratamiento anaerobio permite a los colorantes azo y otros colorantes ser decolorados

7 1. Introducción 1.2 Reducción anaerobia de los colorantes azo Reducción del enlace azo formando las aminas aromáticas Aminas aromáticas: presentan menor color y son resistentes a futuras degradaciones anaerobias Algunas aminas aromáticas inestables pueden ser convertidas a CO 2 y CH 4 en reactores metanogénicos La degradación de aminas aromáticas puede realizarse bajo condiciones aerobias.

8 1. Introducción 1.2 Reducción anaerobia de los colorantes azo en reactores metanogénicos Reducción enzimática directa de los colorantes azo substrato oxidación + e- e- e- e- e- e- e- e- enzimas CO CO 2 CH 2 CH 4 4 Reacción biológica R1-1=2-R2 R1-H 2 R2-H 2 Reducción del Colorante azo Reacción química Colorante Azo aminas aromáticas

9 1. Introducción 1.2 Reducción anaerobia de los colorantes azo en reactores metanogénicos Reducción enzimática indirecta de los colorantes azo oxidación + substrato e- e- e- e- e- e- e- e- enzimas CO CO 2 CH 2 CH 4 4 Reacción biológica Mediador-R (ox.) Mediador-R (red.) R1-1=2-R2 R1-H 2 R2-H 2 Reducción del Reacción química Colorante Azo Colorante azo Aminas aromáticas

10 2. Objetivos Evaluar la reducción biótica y abiótica del colorante azo a 55 C. Verificar la mejora en la remoción del color debido a la adición del substrato y AQDS. Verificar la mejora en la remoción del color y la estabilidad del proceso para diferentes concentraciones de AQDS y la oxidación del substrato. Evaluar la capacidad de los reactores anaerobios para realizar la remoción continua del color a 55 C

11 3.1 Lodo 3. Materiales y métodos Fuente Reactor anaerobio de flujo ascendente (RAFA) mesofílico a gran escala. Aguas residuales de una fábrica de papel holandesa (Cia Eerbeek) Climatización Climatizado en un reactor EGSB durante 3 meses a la temperatura de 55 C Glucosa : AGV (1:3) Sin AQDS y colorantes

12 3. Materiales y métodos 3.2 Compuesto patrón (Colorante Azo) Reactivo Rojo (RR2) HO H Cl OH Cl Cl Cl OH HO H OH OH SO 3 a ao 3 S SO 3 a ao 3 S Antes de la hidrólisis Después de la hidrólisis

13 3. Materiales y métodos 3.3 Mediador redox O OH SO 3 H + 2 [H] SO 3 H HO 3 S O HO 3 S OH AQDS AH 2 QDS Antraquinona-2,(6)- (di)sulfonato Antrahidroquinona-2,(6)- (di)sulfonato

14 3.4 Análisis 3. Materiales y métodos Absorbancia DQO Glucosa Ácidos Grasos Volátiles (AGV) Producción de metano 3.5 Experimentos Experimentos Batch: Glucosa: AGV ( 1:3) ph PRO Anilina Botellas de 117 ml (5 ml medio basal) Concentración de lodo: 1.3 ±.1gSSV/l Sólidos suspendidos volátiles (SSV)

15 3. Materiales y métodos 3.5 Experimentos Experimentos continuos 2 reactores de lecho expandido (reactores EGSB) Glucosa: AGV (1:3) Temperatura: 55 C 2 1

16 Reactor anaerobio de lecho expandido EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) Biogas Efluente Lecho de lodos Influente recirculación Incremento del contacto del lodo con el desagüe

17 4.1 Experimentos Batch 4. Resultados Reducción biótica y abiótica de colorante azo a 55 C 12 Absorbancia a 539 nm (AU cm-1) colorante colorante + co-substrato colorante+aqds colorante + co-substrato+aqds control sin lodo Tiempo (días)

18 4. Resultados k / [VSS](dia-1.g-1L) AQDS (mm) 4.1 Experimentos Batch Efectos de la dosis del AQDS en la reducción del colorante azo y estabilidad del proceso. 1 k / [VSS](dia-1.g-1L) AQDS (mm) co-substrato (mgdqo/l) AQDS (mm) Acetato Propionato Butirato

19 4. Resultados 4.2 Experimentos continuos Efectos del AQDS en la remoción del color. conc RR2 (mg/l) Periodo I II III IV V VI VII VIII IX X reactor Periodo I II III IV V VI VII VIII IX X Eficienia (%) C 2 1 conc RR2 (mg/l) reactor Tiempo (dias) 6 4 Eficiencia (%)

20 4.2 Experimentos continuos Eficiencia de remoción de DQO 4. Resultados COD DQO (mg/l) DQO DQO (mg/l) (mg/l) Periodo Periodo I II III IV V VI VII VIII IX X reactor 1 I I III IV V VI VII VIII IX X Eficiencia (%) Eficiencia Efficiency (%) (%) Tiempo Time (days) (días) reactor 2 Influente Efluente COD Eficiencia

21 concentración de RR2 y producción de metano. 4. Resultados 4.2 Experimentos continuos 1 2 conc RR2 (mg/l) reactor 1 conc RR2 (mg/l) reactor RR2 conc CH RR2 conc CH4 Tiempo(dias) Tiempo (días) CH4 prod (mg DQO/dia) CH4 prod (mg DQO/dia)

22 5. Conclusiones El AQDS no tiene efecto en la reducción del color producida en la respiración endógena sugiriendo que compuestos con propiedades mediadoras fueron liberadas durante la lisis de las células. La adición del substrato incrementó en 1.7 veces la reducción del color comparada con el control endógeno porque el substrato proporcionó los electrones para producir la ruptura del enlace azo. La adición de AQDS y substrato incrementaron en 2.6 veces la reducción del color comparada con el control endógeno porque el AQDS aceleró el transporte de electrones desde el co substrato hacia el colorante azo.

23 5. Conclusiones Elevadas concentraciones de AQDS fueron tóxicas. Hubo una inhibición en la oxidación del acetato y en la formación de metano, probablemente porque la generación de AH 2 QDS fue afectada. Los reactores anaerobios termofílicos mostraron elevadas eficiencias en la remoción del color en el orden de 95% para el reactor con AQDS y 9% para el reactor sin AQDS. El tratamiento anaerobio mostró una alta eficiencia para tratar el RR2 un colorante reactivo azo con el grupo reactivo triazyl el cual se sabe decrece la eficiencia de la reducción del color.

24 5. Conclusiones o se evidenció toxicidad alguna en términos de producción de metano en ambos reactores EGSB a pesar de una elevada concentración del colorante azo (1.35 g/l de RR2). o se evidenció una permanente absorción en el lodo. Probablemente, debido a la hidrólisis del colorante azo o elevada mineralización del lodo termofílico.

25 6. Recomendaciones para futuras investigaciones Realizar el estudio de la toxicidad de los colorantes azo en reactores anaerobios. Realizar el estudio de la secuencia del tratamiento termofílico anaerobio-aerobio hasta lograr una completa mineralización. Identificar los compuestos mediadores liberados durante la lisis de las células.

26 H 2 H 2 HO HO H H OH OH OH SO 3 a ao 3 S OH SO 3 a ao 3 S