Procedimiento de purificación biológica de una disolución acuosa que contiene perclorato de amonio y eventualmente nitratos.

Procedimiento de purificación biológica de una disolución acuosa que contiene perclorato de amonio,

yeventualmente también unos iones nitratos, caracterizado porque comprende:

- una secuencia de nitrificación/desnitrificación; siendo las etapas de nitrificación y de desnitrificaciónrespectivamente llevadas a cabo, en condición aerobia con unas bacterias nitrificantes en presencia de unsustrato carbonado mineral y de elementos nutricionales, en condición anaerobia con unas bacteriasdesnitrificantes en presencia de un sustrato carbonado orgánico y de elementos nutricionales; y,

- realizar, separadamente de dicha por lo menos una secuencia de nitrificación/desnitrificación, en condiciónanaerobia, con bacterias reductoras de iones percloratos en presencia de un sustrato carbonado orgánico yde elementos nutricionales, una etapa de reducción de los percloratos;

siendo dicha etapa de reducción de percloratos realizada por separado y aguas abajo de dicha secuencia denitrificación/desnitrificación, cuando dicha disolución acuosa contiene iones nitratos.

Procedimiento de purificación biológica de una disolución acuosa que contiene perclorato de amonio y eventualmente nitratos.

La invención se refiere principalmente a un procedimiento de purificación de una disolución acuosa en la que se disuelve perclorato de amonio. El procedimiento en cuestión es un procedimiento biológico. La invención encuentra en particular aplicación en un contexto de tratamiento de disoluciones acuosas industriales residuales contaminadas por perclorato de amonio durante la producción de perclorato de amonio, de la fabricación o de la destrucción de productos que contienen perclorato de amonio.

El procedimiento conviene más particularmente para la purificación de disoluciones acuosas que contienen perclorato de amonio y nitratos.

El procedimiento de la invención está adaptado muy particularmente al tratamiento de las disoluciones acuosas residuales producidas durante la fabricación o la destrucción de materiales energéticos (propergoles para la autopropulsión o la seguridad en el automóvil, explosivos civiles y militares, etc.) que contienen en su composición perclorato de amonio y nitratos, por ejemplo nitrato de sodio.

Más allá de su vida útil especificada, las municiones y en particular los materiales energéticos que contienen deben ser destruidos. Esta destrucción se puede efectuar por combustión, pero dicha combustión libera humos y no es conveniente en el plano medioambiental. Un procedimiento más interesante consiste en triturar los materiales energéticos bajo el agua. Dichos materiales energéticos, en particular los propergoles utilizados para los aceleradores de lanzaderas espaciales o los misiles balísticos, están constituidos frecuentemente por más del 50% en masa de polvo de perclorato de amonio. Los propergoles destinados a los dispositivos “airbag” para la seguridad en el automóvil pueden contener perclorato de amonio y nitratos (por ejemplo nitrato de amonio, nitrato de sodio, nitrato de guanidina, nitrato básico de cobre, etc.) . Las disoluciones acuosas de la trituración contienen, por lo tanto, en el estado disuelto, una gran cantidad de perclorato de amonio y eventualmente unos nitratos. Estas disoluciones acuosas deben ser purificadas antes de su liberación. Una instalación industrial, para ser polivalente, debe por lo tanto poder tratar unas disoluciones acuosas residuales que contienen perclorato de amonio sin nitratos (adicionales) y perclorato de amonio con, además, nitratos.

La técnica anterior describe unas familias de bacterias susceptibles, para algunas, de oxidar los iones amonios, para otras, de reducir los iones nitratos y nitritos, y para otros de reducir los iones percloratos.

Se debe subrayar que las bacterias capaces de reducir los iones percloratos son también capaces de reducir los iones nitratos/nitritos. En presencia conjunta de iones percloratos y de iones nitratos/nitritos, existe por lo tanto, en un reactor en condición anaerobia, una competición entre el consumo de los iones percloratos y el de los iones nitratos/nitritos por dichas bacterias, siendo dicha competición por otra parte siempre muy favorable para el consumo de los iones nitratos/nitritos. En efecto, en presencia conjunta de iones percloratos y de iones nitratos/nitritos, el consumo de dichos iones percloratos empieza de manera significativa sólo cuando dichos iones nitratos/nitritos han sido consumidos por las bacterias.

La solicitud de patente FR 2 788 055 describe unas bacterias que pertenecen a los géneros Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosomonas y Nitrobacter para la nitratación de los iones amonios. Esta misma solicitud de patente y la solicitud FR 2 864 561 citan los géneros de bacterias Pseudomonas, Micrococcus, Denitrobacillus, Spirillum y Achromobacter para la reducción de los iones nitratos y nitritos. Las patentes US nº 6.423.533 y US nº 5.302.285 describen unas cepas de bacterias (denominadas DM-17 para la primera patente y HAP1 para la segunda) capaces de tratar por reducción los iones percloratos y los iones nitratos. Las publicaciones científicas "Microbial Degradation of Perchlorate: Principles and Applications", en Environmental Engineering Science, volumen 20, número 5, 2003, y “Dechloromonas agitata gen. nov., sp. nov and Dechlorosoma suillum gen. nov., sp. nov., two novel environmentally dominant (per) chlorate reducing bacteria and their phylogenetic position", en International Journal of Systematic and Evolutionar y Microbiology, 2001, 51, 527-533, también informan de géneros y especies de bacterias aptas para reducir los iones percloratos.

Estos documentos de la técnica anterior precisan que estas bacterias están presentes en el medioambiente, en particular en los lodos activados de estaciones de depuración y en los lodos sedimentarios.

Estas bacterias se han utilizado para realizar unos procedimientos de tratamiento de disoluciones acuosas que contienen iones percloratos y amonios.

El procedimiento descrito en la solicitud de patente FR 2 788 055 es un procedimiento en dos etapas que consiste en tratar una disolución acuosa de perclorato de amonio con unas bacterias en dos reactores sucesivos: en un primer reactor, en condición aerobia, con un lodo activado que contiene bacterias nitrificantes, en presencia de por lo menos una fuente de carbono mineral y de elementos nutricionales para el metabolismo de estas bacterias, y después en un segundo reactor en condición anaerobia, con un lodo activado que contiene bacterias desnitrificantes y bacterias reductoras de los iones perclorato, en presencia de por lo menos una fuente de carbono orgánico y de elementos nutricionales para el metabolismo de estas bacterias.

La primera etapa de nitrificación llevada a cabo en un reactor aerobio consiste por lo tanto en oxidar los iones amonios (NH4+) en iones nitratos (NO3-) y nitritos (NO2-) . Los parámetros que influyen en esta reacción son el pH, la concentración en oxígeno disuelto y la concentración en carbono mineral. La actividad bacteriana provoca una ligera acidificación. Para conservar una actividad máxima, el pH debe permanecer constante y neutro. Con este fin, se aporta sosa al reactor. Se puede inyectar también aire en dicho reactor para favorecer el aporte de oxígeno. La fuente de carbono está constituida generalmente por el CO2 contenido en el aire en contacto con, o inyectado en, el reactor. Unos elementos nutricionales a base de oligoelementos son necesarios para el desarrollo de las bacterias del lodo del reactor. Los oligoelementos aportados pueden consistir en una mezcla de CaCl2, MgSO4, KHPO4 y FeCl3. Las cantidades de sales minerales inyectadas son ventajosamente: (KH2PO4/N=0, 5) ; (MgSO4/N=0, 27) ; (CaCl2/N=0, 04) . El cloruro férrico se aporta asimismo según la relación: FeCl3/N=0, 015. Los oligoelementos se introducen generalmente de manera constante y regular por un sistema de bomba automatizada.

La segunda etapa realizada en un reactor anaerobio consiste en una desnitrificación por reducción de los nitratos (NO3-) y nitritos (NO2-) en nitrógeno gaseoso (N2) y una reducción de los percloratos (ClO4-) en cloruro (Cl-) . Una aportación de sustrato carbonado orgánico se realiza introduciendo por ejemplo metanol o ácido acético en el reactor. Unos elementos nutricionales se aportan de la misma manera que en la etapa anterior. Los parámetros controlados que influyen en esta reacción son la temperatura, el pH, la concentración en oxígeno. Se recuerda ahora que las bacterias capaces de reducir los iones percloratos son también capaces de reducir los iones nitratos/nitritos. Existe por lo tanto una competición entre las reacciones de desnitrificación o de reducción de los iones percloratos en el reactor anaerobio, favorable a la primera (desnitrificación) y que altera por lo tanto el rendimiento de la segunda (reacción de los iones percloratos) . El rendimiento del procedimiento de tratamiento de los percloratos no está, por lo tanto, en este contexto, optimizado. Las duraciones de tratamiento son largas, típicamente:

- de 3 días para la degradación de los iones nitratos/nitritos durante los cuales el consumo de los iones percloratos es insignificante; y después

- de 27 días para alcanzar una reducción de más del 80% de los iones percloratos presentes;

en el ciclo de una instalación industrial.

La duración de tratamiento de los iones percloratos en presencia de iones nitratos/nitritos permanecerá aceptable cuando estos últimos están en cantidad limitada, es decir que proceden sólo de la oxidación de los iones amonios contenidos en la disolución a tratar, pero se vuelve redhibitoria cuando dicha disolución a tratar contiene también unos iones nitratos/nitritos (adicionales, presentes al inicio del... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de purificación biológica de una disolución acuosa que contiene perclorato de amonio, y

eventualmente también unos iones nitratos, caracterizado porque comprende: 5

- una secuencia de nitrificación/desnitrificación; siendo las etapas de nitrificación y de desnitrificación respectivamente llevadas a cabo, en condición aerobia con unas bacterias nitrificantes en presencia de un sustrato carbonado mineral y de elementos nutricionales, en condición anaerobia con unas bacterias desnitrificantes en presencia de un sustrato carbonado orgánico y de elementos nutricionales; y,

- realizar, separadamente de dicha por lo menos una secuencia de nitrificación/desnitrificación, en condición anaerobia, con bacterias reductoras de iones percloratos en presencia de un sustrato carbonado orgánico y de elementos nutricionales, una etapa de reducción de los percloratos;

siendo dicha etapa de reducción de percloratos realizada por separado y aguas abajo de dicha secuencia de nitrificación/desnitrificación, cuando dicha disolución acuosa contiene iones nitratos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas bacterias reductoras de los iones percloratos pertenecen a las especies Exiguobacterium mexicanum y/o Bacillus cereus y/o Staphylococcus warneri 20 y/o Staphylococcus pasteuri.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dichas bacterias nitrificantes, dichas bacterias desnitrificantes y dichas bacterias reductoras de los percloratos proceden de cepas de cultivos.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dichas bacterias nitrificantes, dichas bacterias desnitrificantes y dichas bacterias reductoras de los percloratos están presentes en un lodo activado.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho lodo activado procede de la depuración de aguas residuales urbanas o de un lodo sedimentario. 30

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 4 o 5, caracterizado porque dichas bacterias reductoras de los percloratos están presentes en un lodo activado extraído en un reactor con función de desnitrificación o en un reactor con funciones conjuntas de desnitrificación y de reducción de los iones percloratos.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 4 a 6, caracterizado porque dichas bacterias reductoras de los percloratos están presentes en un lodo especializado para la reducción de los percloratos.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho lodo activado especializado para la reducción de los percloratos se ha obtenido mediante un procedimiento que comprende: 40

- la introducción, en un reactor, vacío, en condición anaerobia, por un lado, de un lodo activado, seleccionado de entre un lodo de depuración de aguas residuales urbanas, un lodo sedimentario, y un lodo activado extraído en un reactor con función de desnitrificación o en un reactor con funciones conjuntas de desnitrificación y de reducción de los iones percloratos y, por otro lado, de un sustrato carbonado orgánico y

de elementos nutricionales;

- unas adiciones sucesivas de iones percloratos, ventajosamente en cantidades crecientes, en dicho reactor.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la reducción de los 50 percloratos se realiza en presencia de un sustrato carbonado orgánico seleccionado de entre el ácido acético, los jabones, tales como el carboxilato de potasio y de sodio, los ácidos grasos vegetales y sus mezclas.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los efluentes líquidos, al final

de por lo menos una de dichas etapas, se filtran para la obtención, por un lado, de un efluente depurado de materias 55 en suspensión y, por otro lado, de un retentado rico en bacterias, reciclado por lo menos en parte.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicha disolución acuosa contiene hasta 100 g/l de perclorato de amonio.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque dicha disolución acuosa contiene menos de 100 g/l de nitratos.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque se realiza en tres reactores,

un reactor de nitrificación, un reactor de desnitrificación y un reactor de reducción de los percloratos, montados en 65 serie.