Remoción de percloroetileno en dos tipos de sistemas anaerobios continuos

Paola Zárate-Segura. Elvira Ríos-Leal, Fernando Esparza-García, Jaime García-Mena,

 José L. Sanz, Marcelo Zaiat y Héctor M. Poggi-Varaldo

Paola Zárate Segura. Ingeniero Bioquímico, Escuela Nacional de Ciencias Biologicas (ENCB), Instituto Politécnico Nacional (IPN). Estudiante de posgrado, Centro de Investigaciones y Estudios Avanzados (CINVESTAV-IPN) México.

Elvira Ríos-Leal. Químico Fármaco-biólogo, Universidad Autonoma de México. Especialista en Cromatografía, ENCB-IPN y UNAM. Profesora-Investigador, CINVESTAV-IPN, México.

Fernando Esparza-García. Químico Bacteriólogo Parasitólogo y Doctor en Ciencias Biológicas en Microbiología, ENCB-IPN. Profesor-Investigador, CINVESTAV-IPN, México.

Jaime García-Mena. Químico Bacteriólogo Parasitólogo, ENCB-IPN. Doctor en Ciencias en Biología Molecular, CINVESTAV-IPN. Investigador, CINVESTAV-IPN, México.

José L. Sanz. Licenciado en Ciencias Químicas, Licenciado en Ciencias Biológicas y Doctor en Ciencias, Universidad Autónoma de Madrid (UAM). Profesor, UAM, Madrid, España.

Marcelo Zaiat. Ingeniero Químico, Maestro en Ciencias, Universidade Federal de São Carlos-UFSCar, Brasil. Doctor en Ciencias en Ingeniería Hidráulica y Saneamiento, Universidade de São Paulo, Brasil. Profesor, Escuela de Ingeniería de São Carlos, Universidade de São Paulo (EESC/USP), San Carlos, SP, Brasil.

Héctor M. Poggi-Varaldo. Ingeniero Químico, Universidad de la República Oriental del Uruguay. Maestro en Ingeniería Ambiental, Universidad Nacional Autónoma de México. Doctor en Ciencias en Biotecnología, CINVESTAV-IPN. Investigador, CINVESTAV-IPN. Dirección: CINVESTAV-IPN, Departamento de Biotecnología y Bioingeniería. Apartado Postal 14-740, C.P. 07000, México D.F., México. e-mail: hectorpoggi2001@yahoo.com

Resumen

Se evaluó y comparó el desempeño de dos reactores mesofílicos metanogénicos de mezcla completa escala laboratorio (RMC1, RMC2) y un reactor metanogénico de lecho fluidizado (RANLEF, con carbón activado granular como soporte) para remoción de percloretileno (PCE) tras adicionar una moderada cantidad de metanol en el afluente. Los reactores fueron operados con cargas de 0,07 y 1gDQO·l^-1·d^-1, y tiempos de retención hidráulica de 15 y 1d, respectivamente. El diseño experimental consistió en tres períodos de operación: régimen metanogénico con metanol como fuente de C (periodo 1), igual con aclimatación a 20mgPCE·l^-1 (periodo 2.1) o 40mgPCE·l^-1 (2.2), e igual con 40mgPCE·l^-1 en RANLEF y RMC1, y 20mgPCE·l^-1 en RMC2 (periodo 3). La eficiencia de PCE y DQO fue más alta en RANLEF en el primer periodo; el CH₄ en biogás y el incremento de cloro fueron similares en los tres reactores. Durante el periodo 2.2 la remoción de PCE alcanzó 81% en RANLEF, sugestivo de buena aclimatación a mayor entrada de PCE; la remoción de DQO se mantuvo alta, y el contenido de CH₄ en biogás alcanzó un valor medio de 64% v/v, indicando un régimen metanogénico satisfactorio. Los RMCs experimentaron un deterioro drástico en su desempeño al aumentar PCE de 20 a 40mg·l^-1, por lo que se regresó el RMC1 a 20mg·l^-1. El desempeño de RMC2 se mantuvo bajo, sugiriendo un impacto negativo sobre la metanogénesis y remoción de PCE. En contraste, el RMC1 con 20mg·l^-1 se recuperó del estado transitorio negativo, exhibiendo desempeño similar al RANLEF alimentado con 40mg·l^-1. En el período 3, el RANLEF con 40mg·l^-1 y el RMC1 con 20mg·l^-1 mostraron desempeño similar, mientras que el RMC2 con 40mg·l^-1 exhibió una disminución en la eficiencia de remoción de DQO, baja productividad de biogás y contenido de CH₄ en biogás, pero la remoción de PCE estuvo cerca de RANLEF y RMC1. La eficiencia de descloración del RMC2 fue significativamente menor que la del RANLEF, el cual fue más robusto y estable en el proceso anaerobio de remoción de alta concentración de PCE.

Summary

Performance was evaluated and compared in two lab-scale mesophilic methanogenic complete mix reactors (RMC1, RMC2) and a methanogenic fluidized bed reactor (RANLEF) for removal of perchloroethylene (PCE) when fed a moderate concentration of methanol. The RMCs and RANLEF were operated at loading rates of 0.07 and 1gCOD·l^-1·d^-1, and hydraulic retention times of 15 and 1 day, respectively. The experimental design consisted of three periods of operation: methanogenic regime with methanol as carbon source (1); same with acclimation to 20 (2.1) or 40mgPCE·l^-1 (2.2); and same with 40mgPCE·l^-1 in RANLEF and RMC1 and 20 mgPCE·l^-1 in RMC2 (3). In the first period both PCE and COD removals were higher in RANLEF; biogas CH₄ content and chloride increase were similar in the three reactors. During period 2.2, PCE removal increased up to 81% in RANLEF, suggesting a good acclimation to the higher inflow PCE concentration; COD reduction remained high, and CH₄ in biogas indicated a satisfactory methanogenic regime. The RMCs experienced drastic performance impairments upon increase of inflow PCE (20 to 40mg·l^-1), and RMC1 was returned to operate with 20mgPCE·l^-1. RMC2 performance remained poor, showing a drastic deterioration of methanogenesis and PCE removal. By contrast, RMC1 with 20mgPCE·l^-1 recovered from the negative transient state and exhibited similar performance to that of RANLEF fed 40mg·l^-1. In period 3, RANLEF with 40mg·l^-1 and RMC1 with 20mg·l^-1 showed similar performances, whereas RMC2 kept with 40mg·l^-1 exhibited impaired COD removal, lower biogas productivity and CH₄ biogas content, but a PCE removal very close to RANLEF and RMC1. The dehalogenation efficiency of RMC2 was significantly lower than that of the RANLEF, which appears to be a more robust and stable anaerobic process for the effective removal of high concentrations of PCE.

Resumo

Avaliou-se e comparou-se o desempenho de dois reatores mesofílicos metanogênicos de mistura completa escala laboratório (RMC1, RMC2) e um reator metanogênico de leito fluidizado (RANLEF, com carvão ativado granular como suporte) para remoção de percloretileno (PCE) depois de adicionar uma moderada quantidade de metanol no afluente. Os reatores foram operados com cargas de 0,07 e 1gDQO·l^-1·d^-1, e tempos de retenção hidráulica de 15 e 1d, respectivamente. O projeto experimental consistiu em três períodos de operação: regime metanogênico com CH₄ como fonte de carbono (1), igual com aclimatação a 20mgPCE·l^-1 (2.1) ou 40mgPCE·l^-1 (2.2), e igual com 40mgPCE·l^-1 em RANLEF e RMC1, e 20mgPCE·l^-1 em RMC2 (3). A eficiência de PCE e DQO foi mais alta em RANLEF no primeiro período; o CH₄ em biogás e o incremento de cloro foram similares nos três reatores. Durante o período 2.2 a remoção de PCE alcançou 81% em RANLEF, sugestivo de boa aclimatação a maior entrada de PCE; a remoção de DQO se manteve alta, e o conteúdo de CH₄ em biogás alcançou um valor médio de 64% v/v, indicando um regime metanogênico satisfatório. Os RMCs experimentaram um deterioro drástico no seu desempenho ao aumentar PCE de 20 a 40mg·l^-1, pelo que se regressou o RMC1 a 20mg·l^-1. O desempenho de RMC2 se manteve baixo, sugerindo um impacto negativo sobre a metanogênesis e remoção de PCE. Em contraste, o RMC1 com 20mg·l^-1 se recuperou do estado transitório negativo, exibindo desempenho similar ao RANLEF alimentado com 40mg·l^-1. No período 3, o RANLEF com 40mg·l^-1 e o RMC1 com 20mg·l^-1 mostraram desempenho similar, enquanto que o RMC2 com 40mg·l^-1 exibiu uma diminuição na eficiência de remoção de DQO, baixa produtividade de biogás e conteúdo de CH₄ em biogás, mas a remoção de PCE esteve perto de RANLEF e RMC1. A eficiência de descloração do RMC2 foi significativamente menor que a do RANLEF, o qual foi mais robusto e estável no processo anaeróbio de remoção de alta concentração de PCE.

Palabras Clave / Descloración Reductiva / Metanogénesis / Percloretileno / Reactor Anaerobio / Reactor de Lecho Fluidizado / Reactor de Mezcla Completa /

Recibido: 26/04/2004. Modificado: 15/09/2004. Aceptado: 21/09/2004.

 

Entre los contaminantes organoclorados catalogados como peligrosos se encuentra el tetracloroetileno, también conocido como percloroetileno o PCE (CEPA, 1993). Este compuesto ha sido usado por más de 50 años por su efectividad como solvente, así como por algunas características como no ser inflamable, no contribuir a la formación de "smog" o destrucción del ozono en la atmósfera (CEPA 1993). El PCE ha sido uno de los solventes primarios usados en tintorerías, en la limpieza de metales, como solvente desengrasante y en aerosoles (HSIA, 1999) registrando una demanda de 156000 toneladas métricas a nivel mundial (EPA, 1998).

El PCE es considerado recalcitrante en ambiente aerobio (Vogel y McCarty, 1985). Su transformación biótica se lleva a cabo generalmente en ambientes anaerobios (van Eekert, 1999). Se han utilizado consorcios anaerobios, que realizan la deshalogenación secuencial reductiva del PCE, probablemente por cometabolismo (Vogel y McCarty, 1985; Chang et al., 1998; Wu et al., 1998; Prakash y Gupta, 2000; Cope y Hughes, 2001; López-Navarrete et al., 2003).

En otros estudios se ha encontrado o usado bacterias deshalorespiradoras capaces de utilizar compuestos clorados como aceptores de electrones en procesos de respiración anaerobia, tales como Dehalospirillum multivorans (Newmann et al., 1996; Höbert et al., 1998; Cirpka et al., 1999), Dehalococcoides ethenogenes (Damborsky, 1999, Duhamel et al., 2002) y Desulfitobacterium sp. (Suyama et al., 2001).

En la mayoría de los casos en que se ha observado la remoción de PCE con consorcios metanogénicos se ha encontrado que a bajas concentraciones de PCE tiene lugar la decloración reductiva, pero hay acumulación de intermediarios tóxicos y eventualmente carcinogénicos (más tóxicos que el PCE) como son el dicloroetileno (DCE) y el cloruro de vinilo (CV; Vogel et al, 1987; Mohn y Tiedje, 1992), debido a que no puede ser reducido a eteno o transformarlo hasta metano (Vogel y McCarty, 1985; Chang et al., 1998; Wu et al., 1998; Prakash y Gupta, 2000; Cope y Hughes, 2001).

La remoción de PCE con consorcios anaerobios metanogénicos se ve influenciada por el tipo de donador de electrones. Se ha utilizado acetato (Chang et al., 1998), metanol y sacarosa (López Navarrete, 2003), etanol (Cirpka et al., 1999) propionato, butirato (Kennes et al., 1998), acetona, mezclas de fuentes de carbono (Chang et al., 1998; Vogel and McCarty, 1985; Leahy y Shreve, 2000; Prakash y Gupta, 2000; Mayor et al., 2002). Se ha establecido que la fuente de carbono asociada a mayor remoción del PCE es el metanol (Prakash y Gupta, 2000). Otros factores que inciden en la remoción del PCE son el origen del consorcio microbiano y el tiempo de adaptación de éste al contaminante (Kennes et al., 1998; Leahy y Shreve, 2000).

Se han obtenido remociones de PCE de hasta 97% en reactores de mantos de lodos granulares (UASB por sus siglas en inglés) a escala laboratorio alimentados con 2000mgDQO·l^-1 (acetato de sodio, metanol y acetona) y 50mgPCE·l^-1, con un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 0,5 días (Prakash y Gupta, 2000). Estos investigadores también exploraron el aumento en la relación PCE:DQO y observaron un efecto no negativo aparente en la remoción de PCE. Sin embargo al incrementar la relación PCE:DQO aumentó la aparición de intermediarios más nocivos que el PCE (DCE y CV). Por otro lado, van Eekert et al. (2001) realizaron experimentos en lote con lodos granulares metanogénicos no aclimatados al PCE provenientes de un UASB. Utilizaron 0,5gDQO·l^-1 de metanol y ca. 3mg·l^-1 PCE inicial con un tiempo de incubación de 62d, en el que obtuvieron »25% de remoción de PCE. En otro ensayo realizado en minirreactores en lote con cultivos mixtos alimentados con butirato como fuente de C y 20mgPCE·l^-1, se obtuvo remociones hasta de 99% de PCE usando microrganismos provenientes de una planta de tratamiento de efluentes (Kennes et al., 1998). Vogel y McCarty (1985) obtuvieron remociones entre 70 y 99% en columnas de laboratorio empacadas con perlas de vidrio operando con 100mg·l^-1 de acetato y 20mg·l^-1 PCE en la alimentación, con TRH de 4d. Hasta ahora, no hay investigaciones que hayan utilizado reactores biológicos de lecho fluidizado para la remoción de PCE, a pesar de las potenciales ventajas y efectividad de este tipo de reactor para la remoción de compuestos tóxicos (Poggi-Varaldo y Rinderknecht-Seijas, 1996; Estrada-Vázquez et al., 2004; Garibay-Orijel et al., 2004).

El objetivo de este trabajo fue evaluar y comparar el desempeño de un reactor de lecho fluidizado y de reactores de mezcla completa sobre la remoción de PCE en régimen metanogénico.

Materiales y Métodos

Reactores

La operación de los biorreactores mesofílicos (dos reactores de mezcla completa, RMC1 y RMC2, que operaron independientemente, y un reactor anaerobio de lecho fluidizado, RANLEF) se dividió en tres períodos, cada una con diferentes condiciones de operación, como se indica en la Tabla I. El diseño experimental consistió en tres periodos de operación:

 

1. Régimen metanogénico con 1000mgDQO·l^-1 de metanol como fuente de carbono, sin la adición de PCE,

2. Régimen metanogénico con metanol y la aclimatación al PCE en dos etapas: con 20mgPCE·l^-1 (2.1) y con 40mgPCE·l^-1 (2.2); en la última parte de la etapa 2.2 el RMC1 regresó a 20mgPCE·l^-1) y

3. Régimen metanogénico con metanol y 40mgPCE·l^-1 en el RANLEF y RMC2, y 20mgPCE·l^-1 para el RMC1.

Todos los sistemas fueron alimentados con 1000mgDQO·l^-1 de metanol en el afluente. La operación de los reactores se inició con inóculo no anaerobio y no aclimatado (Estrada-Vázquez et al., 2001, 2003). Los reactores de mezcla completa (RMC) así como el reactor anaerobio de lecho fluidizado (RANLEF) fueron operados con cargas orgánicas volumétricas (B_V) de 0,066 y 1,0gDQO·l^-1·d^-1 y un TRH de 15 y 1d, respectivamente.

Los RMC consistieron en garrafones de vidrio de 2,5 litros mezclados por agitación magnética. Cada reactor se alimentó con dos bombas peristálticas, una bomba Masterflex C/L Cole Parmer, Barrington, Il., USA. Mod. 77120-50 de bajo gasto para la alimentación de una solución concentrada de PCE en metanol, y una bomba Masterflex L/S, Cole Parmer Mod. 7553-80 115v, 100rpm que alimentó la solución mineral con carga parcial de metanol. El RANLEF consistió en una columna de vidrio esbelta (0,05m de diámetro × 1,52m de altura) de 3,5l con volumen de operación (Vop) de 2,8l equipado con bombas peristálticas similares a las descritas para los RMC y además otra bomba peristáltica Masterflex L/S, Cole Parmer Mod. 7553-86 115v, 600rpm, para la recirculación de efluente tratado a la base del reactor. El volumen de lecho de biopartículas en reposo fue de 0,5 litros; las biopartículas llevaron como soporte carbón activado de 1,4mm de diámetro promedio. La biomasa adherida fue de 8,06mgN/g de biopartícula seca en promedio al inicio del primer período de operación. Los reactores se operaron en un cuarto mesofílico a 35ºC, fueron alimentados con agua residual sintética con la siguiente composición (en g·l^-1): metanol 0,666; K₂HPO₄ 3,5; KH₂PO₄ 2,7; MgSO₄7H₂O 0,005; FeCl₂ 0,0005; CaCl₂ 0,0005; CoCl₂ 0,0001; y (NH₄)₃PO₄ 0,0084. Se suplementó con NaHCO₃ comercial (0,4g·l^-1) para proveer alcalinidad y amortiguación del medio a un pH cercano a la neutralidad.

Análisis

Las determinaciones de demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos volátiles (SSV), pH, alcalinidad y cloruros se realizaron de acuerdo con APHA (1981). El CH₄ en el biogás se determinó por cromatografía de gases en un cromatógrafo GOW-MAC serie 580, con detector de conductividad térmica (Poggi-Varaldo et al., 1997). El factor a se determinó a partir de las alcalinidades (Ripley et al., 1986). Este factor indica la capacidad de amortiguamiento del medio y es una herramienta útil para el monitoreo de reactores anaerobios metanogénicos, ya que su valor se incrementa rápidamente cuando el sistema sufre una perturbación acidogénica y disminuye cuando el sistema se recupera (Poggi Varaldo y Oleszkiewicz, 1992).

Las determinaciones de PCE, tricloroetileno (TCE), cis-1,2-dicloroetileno (DCE) y cloruro de vinilo (CV) se efectuaron mediante la técnica cromatográfica con volatilización al espacio gaseoso (headspace) en un cromatógrafo de gases Perkin Elmer 1900 con detector de ionización de flama. El programa de temperaturas empezó a 90ºC y terminó a 190ºC, con una rampa de 6ºC/min y utilizó una columna Porapak N. (López-Navarrete et al. 2002; López-Navarrete, 2003).

Resultados y Discusión

Durante el primer período de operación (Tabla II) el desempeño de los reactores se caracterizó por una alta eficiencia de remoción de materia orgánica (h_DQO), productividades de biogás (I_g) razonables (mayor para el RANLEF por ser alimentado a mayor B_V que los RMC), contenido de CH₄ en el biogás entre bajo y moderado, y valores del factor a menores a 0,3 (indicador de régimen metanogénico estable). Puede concluirse que los tres reactores operaron con un régimen metanogénico bien establecido.

En el periodo 2.1 (20mgPCE·l^-1 en la alimentación) se obtuvo eficiencias de remoción de PCE (h_PCE) entre pobres a moderadas (Tabla II). La remoción de materia orgánica (h_DQO) del RANLEF en el período 2.1 se mantuvo alta (Tabla II y Figura 1b), mientras que en RMC1 y RMC2 se observó una disminución importante de este parámetro. El relativo buen desempeño observado en el RANLEF podría explicarse por el efecto de protección difusional que la conformación de las biopartículas otorga a la biomasa adherida al soporte al formar gradientes de concentración a lo largo de la biopartícula misma (Rodríguez y Sanz, 1998; Estrada-Vázquez et al., 2001, 2004; López-Navarrete et al., 2002, Garibay-Orijel et al., 2004), fenómeno que no existe en los RMC pues la biomasa está como flóculos suspendidos.

El incremento neto de cloruros en el periodo 2.1 correspondió a una descloración de alrededor de 9mg·l^-1 (Tabla II y Figura 1d) cercana al 50% del total de 17,1mg·l^-1 presentes en los 20mgPCE·l^-1 alimentados, de lo que se puede inferir que la deshalogenación del PCE está llegando hasta la aparición de DCE, que es lo más comúnmente observado en ambiente metanogénico (Chang et al., 1998; Cirpka et al., 1999). No obstante, otros trabajos encontraron una decloración hasta CV, aunque utilizaron bajas concentraciones de PCE (1 a 10mg·l^-1), así como la suplementación del medio con otras fuentes de carbono (Chang et al., 1998; Wu et al., 1998; van Eekert, 1999).

Los valores del factor a cayeron dentro de la gama recomendada para los sistemas metanogénicos (0,1-0,3; Ripley et al., 1986; Poggi-Varaldo y Oleszkiewicz, 1992). El contenido de CH₄ en el biogás generado en los sistemas fue pobre (27-35%), y en general fue menor que los valores correspondientes a cada reactor en el periodo 1 (Tabla II). Esto parece ser congruente con la disminución de la remoción de materia orgánica del periodo 1 al 2.1, especialmente para los reactores de mezcla completa.

En el periodo 2.2 operando con 40mgPCE·l^-1 en la alimentación se observó un efecto transitorio y drásticamente negativo en la remoción de DQO de los RMCs, por lo que se decidió bajar la concentración a 20mgPCE·l^-1 para el RMC1 y mantener el RMC2 a 40mgPCE·l^-1. El RMC1 recuperó su desempeño (Tabla II y Figuras 1b, c) y durante el resto del período 2.2 mostró mayores eficiencias de DQO, producción de biogas y porcentaje de CH₄ en el biogás que el RMC2.

Curiosamente, se registró un aumento de h_PCE con respecto al período 2.1 en todos los reactores (Tabla II). El RANLEF (40mgPCE·l^-1) y el RMC1 (20mgPCE·l^-1) exhibieron similares h_PCE (»80%) y significativamente mayores a la del RMC2 (»63%). La mejora general de h_PCE en los reactores durante este periodo podría explicarse por el tiempo de aclimatación transcurrido hasta ese momento del experimento (»80d). Por otro lado la mayor h_PCE de RMC1 frente a RMC2 pudo deberse al aumento en la carga orgánica volumétrica de PCE (p_V= 1,33 y 2,66mgPCE·l^-1·d^-1, respectivamente; ver Tabla I), lo que probablemente pudo tener un efecto inhibitorio. La baja remoción de PCE en RMC2 pudiera relacionarse también con los hallazgos de Rodríguez y Sanz (1998), quienes encontraron efectos inhibitorios de ciertos compuestos clorados alifáticos (184mg·l^-1 de tetracloruro de carbono) sobre la metanogénesis a corto y mediano plazo en experimentos con minirreactores y 6gDQO·l^-1 de acetato de sodio. Aparentemente en dicho trabajo la inhibición comenzó a ser superada a partir de los 30 a 50 días de incubación.

Las h_PCE obtenidas en los reactores RANLEF y RMC2 en el período 2.2 se comparan favorablemente con remociones de 78% obtenidas por López-Navarrete et al. (2002) en ambiente metanogénico en minirreactores por lote incubados por 8 días con biopartículas no aclimatadas a PCE y con 40mgPCE·l^-1 en la alimentación. También resultaron similares con remociones de 80% encontradas por Wu et al. (2000) en minirreactores por lote con lodos granulares incubados durante 12 días.

Otro efecto del aumento de PCE sobre los reactores RMC1 y RMC2 fue la disminución del contenido de CH₄ en el biogás. Esto pudo deberse a la competencia que existe entre la deshalogenación del PCE y la producción de CH₄, así como a la mayor sensibilidad de la comunidad microbiana dispersa frente al PCE (Rodríguez y Sanz, 1998; Cope y Hughes 2001; Yang y McCarty, 2000).

De acuerdo a un balance de cloruros en los biorreactores, la descloración teórica máxima en el periodo 2.2 redundaría en una aparición de cloruros para el RANLEF y RMC2 de 34,2mg·l^-1, y para el RMC1 de 17,1mg·l^-1. Así, las eficiencias de deshalogenación fueron 34,3, 53,8 y 23,1% para el RANLEF, RMC1 y RMC2 respectivamente. Aunque las h_PCE en el RANLEF y RMC1 fueron similares, la eficiencia de descloración del RMC1 fue notoriamente superior a la del RANLEF. Este resultado pudo deberse a que la concentración de PCE en la alimentación fue menor para el RMC1 que para el RANLEF. En términos de cargas unitarias la p_V,RANLEF >> p_V,RMC (Tabla I). Ambos argumentos sugieren que el RANLEF pudo haber estado más estresado en términos del tóxico. Por otro lado, la mayor descloración en el RMC1 sugiere a su vez una mayor remoción de metabolitos intermediarios que en el RANLEF, según lo reportado por Vogel y McCarty (1985), Chang et al. (1998) y Prakash y Gupta (2000).

En el período 3 la eficiencia de remoción de PCE en todos los sistemas aumentó significativamente con respecto al período 2.2 alcanzando valores de 98% en promedio (Tabla II). Este aumento se debió probablemente a la aclimatación de los sistemas con respecto al tiempo de experimento (»140d). La remoción de PCE fue similar o mayor que la de 87-99% encontrada reportada por Vogel y McCarty (1985) en un estudio donde se utilizaron columnas empacadas con perlas de vidrio y alimentada con una solución de 20mgPCE·l^-1 y 100mg·l^-1 de acetato, con TRH= 4d. Chang et al. (1998) obtuvieron remociones de PCE del orden de 94%, usando minirreactores en lote inoculados con lodos anaerobios aclimatados a PCE, con un tiempo de incubación de 40d, de un medio conteniendo 50mgPCE·l^-1 y 300mg·l^-1 de acetato iniciales. Por su parte, Kennes et al. (1998) observaron 99% de remoción de PCE en minirreactores en lote con lodo granular aclimatados a PCE, a un tiempo de incubación de 6d y una concentración de PCE similar al presente estudio, usando butirato como donador de electrones. Wu et al. (2000) realizaron un estudio en minirreactores por lote (12d de incubación) y encontraron una remoción de PCE de 73,3% con lodos granulares y 91,5% con una mezcla de lodos anaerobios con carbón activado granular. Comparados con los estudios arriba mencionados nuestros reactores presentaron, en general, un mejor desempeño, con la cautela debida a las diferencias entre sistemas en lote y continuos (caso presente).

Solamente el RANLEF y RMC1 exhibieron altas remociones de materia orgánica (94,3 y 93,3%, respectivamente), mientras que en RMC2 la remoción de DQO y los valores de las variables representativas de la metanogénesis (I_g y CH₄) fueron menores (Tabla II). La diferencia entre RMC1 y 2 pudo deberse a valores más altos tanto de las cargas volumétricas p_V en RMC2 que en RMC1 (Tabla I) como de las cargas por unidad de biomasa pX (9,6 y 5,5mgPCE·(gSSV·d)^-1, respectivamente).

El RANLEF mostró ser más robusto que el RMC2, tanto por el notable decaimiento de las variables representativas de metanogénesis del RMC2 así como su menor eficiencia de deshalogenación (21,9% para RMC2 y 34,2% para RANLEF; ver DCl- en Tabla II). El mejor desempeño del RANLEF podría explicarse por la mayor resistencia a tóxicos de la biomasa adherida o fija que a la biomasa dispersa ya mencionada más arriba (Rodríguez y Sanz, 1998; Estrada-Vázquez et al., 2001, 2004; López-Navarrete et al., 2002). Las cargas de PCE por unidad de biomasa pX para RMC1, RMC2 y RANLEF en el período 3 fueron 5,5; 9,6 y 17,8mgPCE·(gSSV·d)^-1 respectivamente, lo cual confirma que el RANLEF enfrentó condiciones más desfavorables de carga del xenobiótico, y aún así, su desempeño fue mejor.

Conclusiones

De la presente evaluación del desempeño de dos reactores de mezcla completa y un reactor anaerobio de lecho fluidizado en términos de remoción de PCE y materia orgánica, puede concluirse que:

Durante el primer período de operación los sistemas estudiados se comportaron de manera similar, con altos valores de remoción de materia orgánica y un régimen metanogénico robusto. Durante la primera etapa del segundo período (20mgPCE·l^-1) se observó un mejor desempeño en el RANLEF, que presentó valores más altos de remoción de materia orgánica y PCE en comparación con los reactores de mezcla completa. En la segunda etapa del segundo período (40mgPCE·l^-1) se observó un deterioro drástico transitorio de ambos reactores de mezcla completa por lo que se decidió dejar solamente RMC2 con 40mgPCE·l^-1 mientras que RMC1 fue alimentado con 20mgPCE·l^-1 en el afluente.

En el tercer período, y en relación a los dos reactores alimentados con 40mgPCE·l^-1, se observó mayores valores de remoción de materia orgánica (94,3%) en el RANLEF que el RMC2 (76,7%), a pesar de que la carga volumétrica de PCE (p_V) en el RANLEF fue 15 veces superior a la del RMC2 (40 y 2,67mgPCE·l^-1·d^-1, respectivamente). Curiosamente las remociones de PCE fueron similares en ambos reactores (>98%) aunque la eficiencia de deshalogenación fue 30% superior en el RANLEF (34,2 y 21,9% para RANLEF y RMC2 respectivamente). El RMC1 operado a 20mgPCE·l^-1 mostró un mejor desempeño que RMC2, con altos promedios de remoción de materia orgánica y PCE (93,3% y 98,7% respectivamente) y valores adecuados de otros parámetros relacionados al régimen metanogénica. Finalmente, el incremento de PCE suministrado en la alimentación pareció tener un efecto negativo significativo sobre el desempeño del tipo de reactor RMC, mas no sobre el RANLEF lo que sugiere una ventaja de este segundo tipo de sistema.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen la asistencia técnica de Rafael Hernández-Vera, del Grupo de Investigación en Biotecnología Ambiental y Procesos Anaerobios de Alta Tasa (GBPANAT) del CINVESTAV-IPN, así como el apoyo del CONACYT de México con una beca de posgrado a PZ-S, y del TESE y COSNET a través de un proyecto conjunto sobre reactores con aceptores de electrones simultáneos.

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