Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales que comprende una etapa de degradación biológica en donde el efluente se trata con bacterias en un medio que contiene sales y un surfactante no iónico,

seguido de una etapa de extracción líquido-líquido de los compuestos orgánicos no metabolizados anteriormente utilizando un surfactante no iónico y una sal como agente de segregación de fases.

Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos en aguas residuales. Este procedimiento encuentra aplicación en el tratamiento de efluentes industriales contaminados de sectores como por ejemplo el metalúrgico. También es adecuado para acoplar a efluentes obtenidos tras el tratamiento por lavado de suelos contaminados con hidrocarburos (Chi FH, 2010, Remediation of polycyclic Aromatic Hydiocarbon- contaminated soils by non-ionic surfactants: Column experiments. Environmental Engineering Science 28, 1-7), que es una de las técnicas que pueden ser empleadas tanto in situ como ex situ para la remediación de este tipo de enclaves.

Estado de la técnica

Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) son compuestos orgánicos formados por la fusión de dos o más moléculas de benceno. Se conocen irnos cien HAPs diferentes al existir una gran cantidad de isómeros, sin embargo la Agencia Estadounidense del Medioambiente (US EPA) solo ha definido como contaminantes prioritarios a dieciséis de ellos, entre ellos naftaleno, acenafteno, antraceno, trifenileno, fenantreno, benzo[a]pireno, benzo[a]antraceno, benzofurano, fluoranteno, pireno etc. De este grupo se elige el fenantreno como modelo de HAPs de bajo peso molecular y el benzo[a]antraceno y el pireno, como modelos de alto peso molecular.

El aumento de la industrialización y sobre todo de la utilización de derivados del petróleo y su combustión ha incrementado la contaminación con HAPs y suponen un considerable riesgo para los seres vivos (Jiang, Y.F., Wang, X.T., Wu, M.H., Sheng, G.Y., Fun, J.M. (2011) Contamination, source, Identification and risk assessment of polycyclic aromatic hydrocarbons in agricultural soil of Shanghai, China. Environmental Monitoring and Assessment 183, 139-150). Históricamente, los HAPs han sido considerados como los primeros agentes químicos causantes de tumores malignos en seres humanos, y han despertado una gran preocupación debido a su elevada persistencia medioambiental, como consecuenciav de su gran' hidrofobicidad. Debido1 a ello;" existen diversas

estrategias in situ o ex situ de tratamiento de estos compuestos, que a su vez se pueden dividir en métodos físicoquímicos y biológicos.

Los métodos físicoquímicos se basan en procesos de adsorción o desorción de los HAPs mediante el empleo de sustancias que favorecen estos procesos o bien el uso de distintos tipos de agentes oxidantes para la degradación de los mencionados contaminantes. De este modo, métodos tales como la sonicación (Sponza & Oztekin, 2010), adsorción (Yuan, M., Tong, S., Zhao, S., Jia, C.Q. (2010) Adsorption of polycyclic aromatic hydrocarbons from water using petroleum coke-derived porous carbón. Journal of Harzadous Materials 181, 1115-1120), floculación (Poerschmann, J., Trommler, U., Nyplova, P., Morgenstem, P., Górecki, T. (2008) Complexation-flocculation of organic contaminaras by the application of oxyhumolite- based humic organic matter. Chemosphere 70, 1228-1237), filtración (Fountoulakis, M.S., Terzakis, S., Kalogerakis, N., Manios, T. (2009) Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons and linear alkylbenzene sulfonates from domestic wastewater in pilot constructed wetlands and a gravel filter. Ecological Engineering 35, 1702-1709), ozonización (Russo, L., Rizzo, L., Belgiomo, V. (2012) Ozone oxidation and aerobio biodegradation with spent mushroom compost for detoxifícation and benzo(a)pyrene removal from contaminated soil, Chemosphere 87, 595-601) y fotodegradación (Sunches, S., Leitao, C., Penetra, A., Cardoso, V.V., Ferreira, E., Benoliel, M.J., Crespo, M.T.B., Pereira, V.J. (2011) Direct photolysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in drinking water sources. Journal of Hazardous Materials 192, 1458-1465) son los más comúnmente aplicados en procesos de remediación físicoquímicos de efluentes. Otro grupo destacable lo componen aquellos que utilizan sistemas acuosos bifásicos, competitivos incluso frente a otros procesos de extracción de PAHs mediante fluidos supercríticos (Ávila-Chávez, M.A., Trejo, A.,(2010) Remediation of soils contaminated with total petroleum hydrocarbons and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: Extraction with supercritical ethane. Industrial Engineering and Chemistry Research 49, 3342-3348). Se ha demostrado que este tipo de sistemas presentan una gran versatilidad, y han sido propuestos como técnica de separación para diversidad de compuestos de interés industrial presentes en disolución acuosa, como proteínas (Deive, F.J., Rodríguez, A., Pereiro, A.B, Araújo, J.M.M., Longo, M.A., Coelho, M.A.Z., Canongia Lopes, J.N., Esperanza, J.M.S.S., Rebelo, L.P.N., Marrucho, I.M. (2011) Ionic liquid-based aqueous biphasic System for lipase extraction. Green Chemistry 13, 390-396); (Ventura, S.P.M., Barros, R.L.F., Barbosa, J.M.P., Soares, C.M.F., Lima, A.S., Coutinho, J.A.P. (2012) Production and purifícation of an extracellular lipolytic enzyme using ionic liquid-based aqueous two-phase systems. Green Chemistry 14, 734-740), alcaloides (Freire, M.G., Neves,

C.M.S.S., Marrucho, I.M., Canongia Lopes, J.N., Rebelo, L.P.N., Coutinho, J.A.P. (2010) High- performance extraction of alkaloids using aqueous two-phase systems with ionic liquids. Green Chemistry 12, 1715-1718), antibióticos (Soto, A., Arce, A., Khoshkbarchi, M.K. (2005) Partitioning of antibiotics in a two-liquid phase system formed by water and a room temperature ionic liquid. Separation and Purifícation Technology 44, 242-246) y antioxidantes (Ulloa et al, 2012a). El agente extractor utilizado en la separación de fases puede ser de distinta naturaleza química, entre los que destacan algunos tipos de polímeros como polietilenglicol, dextrano, alcohol polivinílico, sales orgánicas e inorgánicas (Ulloa, G., Coutens, C., Sánchez, M., Sineiro, J., Fábregas, J., Deive, F.J., Rodríguez, A., Núñez, M.J. (2012a) On the double role of surfactants as micoalga cell lysis agents and antioxidants extractants. Green Chemistry 14, 1044-1051, Ulloa, G., Coutens, C., Sánchez, M., Sineiro, Rodríguez, A., Deive, F.J., Núñez, MJ. (2012b) Sodium salt efifect on aqueous Solutions containing Tween 20 and Tritón X-102. Journal of Chemical Thermodynamics 47, 62-67), líquidos iónicos (Gutowski, K.E., Broker, G.A., Willauer, H.D., Huddleston, J.G., Swatloski, R.P. (2003) Controlling the aqueous miscibility of ionic liquis: Aqueous biphasic systems of water-miscible ionic liquids and water-structuring salts for recycle, metathesis and separations. Journal of the American Chemical Society 125, 6632-6633) y surfactantes (Weschayanwiwat, P., Kunanupap, O., Scamehom, J.F. (2008) Benzene removal from waste water using aqueous surfactant two-extraction with cationic and anionic surfactant mixtures. Chemosphere 72, 1043- 1048).

Por su parte, la eliminación de HAPs por métodos biológicos se realiza mediante la presencia de organismos vivos (Janbandhu, A., Fulekar, M.H. (2011) Biodegradation of phenanthrene using adapted microbial consortium isolated from petrochemical contaminated environment. Journal of Hazardous Materials 187, 333-340; Tiwari, J.N., Reddy, M.M.K., Patel, D.K., Jain, S.K., Murthy, R.C., Manickam, N. (2010) Isolation of pyrene degrading Achromobacter xylooxidans and chqracterization of metabolic product. World Journal of Microbiology and Biotechnology 26, 1727-1733) que pueden degradar estos compuestos en presencia de oxígeno (degradación aeróbica) o sin oxígeno (degradación anaeróbica).

A menudo, la utilización de una única técnica de remediación no permite alcanzar elevados niveles de eliminación del contaminante, por lo que es necesario plantear nuevos procedimientos que además de reducir la presencia de contaminantes a niveles residuales, mejoren la eficiencia desde un punto de vista económico y medioambiental.

Descripción de la invención

La presente invención propone un proceso de remediación de aguas residuales contaminadas por HAPs en dos etapas. La primera de ellas consiste en la degradación biológica de los HAPs por parte de microorganismos, más concretamente bacterias. La segunda etapa consiste en la extracción de los contaminantes aromáticos no biodegradados mediante sistemas acuosos bifásicos utilizando surfactantes no iónicos.

La presente invención consta de dos etapas diferenciadas, la primera de degradación biológica y la segunda de extracción líquido-líquido del efluente acuoso.

Degradación biológica

El efluente contaminado con HAPs se trata en un reactor que puede operar en discontinuo, semidiscontinuo o continuo, que contiene bacterias que se seleccionan de un grupo formado por las especies Pseudomonas stutzeri,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales que comprende:

a) tratar la corriente acuosa en un reactor biológico inoculado con bacterias en un medio de cultivo mínimo formado por sales y un surfactante no iónico,

b) separar la materia biológica de la solución acuosa,

c) extraer los compuestos orgánicos no metabolizados en la etapa a) utilizando un surfactante no iónico y una sal como agente de segregación de fases.

2. Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales, según reivindicación 1, que comprende además la reutilización del surfactante no iónico que se obtiene en la etapa c) en la preparación del medio de cultivo de la etapa a).

3. Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales, según reivindicaciones 1-2, caracterizado por utilizar una especie de bacteria que se selecciona del grupo formado por Pseudomonas stutzeri, Bacilus pumilus o Staphylococcus warneri o una combinación de éstas.

4. Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales, según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por utilizar como surfactante no iónico compuestos de fórmula (I), donde n es un número entero que se selecciona de 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 o una combinación de ellos.

5. Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales, según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por utilizar como surfactante no iónico compuestos de fórmula (II).

6. Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales, según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por utilizar como surfactante no iónico compuestos de fórmula (III).

O

7. Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales, según reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por utilizar como agente para la segregación de fases una sal que se selecciona del grupo formado por citrato potásico, tartrato potásico u oxalato potásico, o mía combinación de ellas.

8. Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales, según reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en la etapa a) las bacterias se inoculan en una concentración de 30-50 mL de inoculo por L de disolución.

9. Procedimiento para la eliminación de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales, según reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque en la etapa a) el surfactante no iónico está presente en una concentración entre 0,5- 2 gr de surfactante por L de disolución.

10. Uso del procedimiento descrito según la reivindicación 1, en aguas

residuales de origen urbano o industrial.

11. Uso del procedimiento descrito según la reivindicación 1, en aguas

residuales provenientes del tratamiento de suelos contaminados con compuestos orgánicos.