Una generalización del modelo de reacciones en serie y paralelo serie para reactores de mezcla completa / A generalization of the series and parallel-series reaction model for complete mix reactors

Este trabajo se organiza alrededor de cinco lemas. En los tres primeros lemas se generalizó el modelo de reacciones de primer orden consecutivas en serie en un reactor de mezcla completa en fase líquida y se obtuvo soluciones algebraicas para las concentraciones normalizadas del compuesto madre, especies intermedias, y compuesto producto final para un esquema de "p" pasos y p+ 1 especies. También se demostró que solamente existen soluciones algebraicas para la concentración máxima de la especie A2 y el tiempo de retención en que dicha concentración es alcanzada tA2,max. En los dos últimos lemas se desarrolló ecuaciones generales para las concentraciones normalizadas de reactivo, compuestos intermediarios y producto final del modelo paralelo-serie generalizado de reacciones de primer orden de dos ramas y "p" pasos en cada rama para un reactor de mezcla completa. Finalmente, se simuló la decloración reductiva de PCE de cuatro pasos y cinco especies químicas (reacciones en serie) utilizando uno de los modelos determinados aquí, así como la decloración reductiva del 2,4,6-triclorofenol (TCF) (arreglo en paralelo serie de dos ramas paralelas y 4 especies por rama) y sus intermediarios. Ambas simulaciones predijeron razonablemente bien las concentraciones de PCE y TCF, así como sus respectivos compuestos intermediarios para casos reportados en la literatura.

Remoción de percloroetileno en dos tipos de sistemas anaerobios continuos

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.

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.

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.

Evaluación del funcionamiento de un tambor rotatorio aplicado a la biorremediación de un suelocontaminado con hidrocarburos

Entre los procesos de biorremediación, los biorreactores de tambor rotatorio son una alternativa promisoria para la restauración ad situ de suelos contaminados con hidrocarburos. Se estudió el efecto del número de mamparas, tipo de mampara y velocidad de rotación, en el proceso de remoción de hidrocarburos tratados en un biorreactor tipo tambor rotatorio abierto a la atmósfera, de 4l de capacidad. Se utilizó suelo intemperizado tipo migajón-limoso, con una concentración promedio de 50000mg/kg de hidrocarburos totales de petróleo (HTPs). De acuerdo a los resultados obtenidos y un análisis de varianza, la velocidad de rotación es la variable más significativa (contribución del 96% de la varianza) en el proceso de remoción de hidrocarburos, observándose una velocidad óptima de 10rpm, en el intervalo 5-20rpm. El nivel máximo promedio de remoción de HTPs fue de 65%, cuando se operó el reactor con 4 mamparas acanaladas y 10rpm. El número y tipo de mamparas no tuvo efecto significativo sobre la remoción de HTPs. De acuerdo con los niveles de remoción alcanzados, se considera que los reactores abiertos a la atmósfera podrían ser aplicados exitosamente en el campo a la remediación de suelos intemperizados y altamente contaminados, con la ventaja de que los tiempos de tratamiento son los más bajos.

Among bioremediation processes, the rotating drum bioreactor is a promising alternative for the ad situ restoration of soils polluted with hydrocarbons. The effects of number and type of baffles, as well as rotating speed, on the hydrocarbon removal process were examined in a soil treated in a rotating open drum of 4l. An aged silty-loam soil was used, containing 50000mg/kg of total hydrocarbon oil (HTP). The rotating speed was the variable with the greatest effect on the degradation process, and an optimal speed of 10rpm was identified in the interval 5-20rpm. The maximal percentage of HTP removal obtained was 65%, when the drum was operated with 4 baffles and 10rpm. The number and type of baffles did not have a significant effect over the implemented operational conditions. According to the results obtained, the open drums could be successfully applied, with lower treatment times, to the remediation of aged heavily contaminated soil.

Entre os processos de biorremediação, os bioreatores de tambor rotatório são uma alternativa otimista para a restauração ad situ de solos contaminados com hidrocarbonetos. Estudou-se o efeito do número de membranas, tipo de membranas e velocidade de rotação, no processo de remoção de hidrocarbonetos tratados em um biorreactor tipo tambor rotatório aberto à atmosfera, de 4lts de capacidade. Utilizou-se solo intemperizado tipo "migajon-limoso" (pastoso-limoso), com uma concentração média de 50.000 mg/kg de hidrocarbonetos totais de petróleo (HTPs). De acordo aos resultados obtidos e uma análise de variação, a velocidade de rotação é a variável mais significativa (contribuição do 96% da variação) no processo de remoção de hidrocarbonetos, observando-se uma velocidade ótima de 10 rpm, no intervalo 5-20 rpm. O nível máximo médio de remoção de HTPs foi de 65%, quando se operou o reator com 4 membranas acanaladas e 10 rpm. O número e tipo de membranas não teve efeito significativo sobre a remoção de HTPs. De acordo com os níveis de remoção alcançados, se considera que os reatores abertos à atmosfera poderiam ser aplicados exitosamente no campo à remediação de solos intemperizados e altamente contaminados, com a vantagem de que os tempos de tratamento são os mais baixos.