Fuente: Elaboración propia, 2017.
De acuerdo al proceso de oxidación del crudo mencionado en las pruebas preliminares se evidencia que este proceso es mucho más lento en el biorreactor ya que el volumen a degradar es mucho mayor a comparación de las mismas.
Como se observa en la Gráfica 8 y la Gráfica 9, en la fase exponencial las concentraciones de hidrocarburo comienzan a disminuir, lo que permite intuir que la actividad microbiana tuvo una relación directa con la degradación del hidrocarburo en el sistema; se evidencia que la oxidación del crudo comienza el día 6 (AM). Lo anterior se vio favorecido por las
condiciones de agitación del equipo las cuales siempre permanecieron estables, logrando así una homogenización del sustrato y una adecuada solubilidad del hidrocarburo, fenómeno que no sucedió constantemente en las pruebas preliminares.
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 C once nt rac ión ( m g /l ) Tiempo (Dias) Concentración Vs Tiempo
63
6. CONCLUSIONES
A partir de los resultados obtenidos en las pruebas específicas, se elaboró un
protocolo institucional para el uso del biorreactor a nivel planta piloto ubicado en el CTAS, de la Universidad de La Salle; el cual, mediante una práctica experimental permite degradar crudo. Éste contiene los insumos, materiales y equipos necesarios para el desarrollo de la misma, procedimientos para el uso y manejo del biorreactor, condiciones de temperatura, velocidad de agitación, concentración de consorcio microbiano, cantidad de hidrocarburo a trabajar y un instructivo de operación del Espectrofotómetro de fluorescencia ultravioleta “GENESYS 10S UV-Vis” que permite determinar la concentración de hidrocarburo en el agua. (Ver “Instructivo para el
uso del biorreactor en la remediación de agua contaminada con hidrocarburo”).
Se le hizo una actualización al equipo respecto a su infraestructura la cual consistió en
la instalación de un manómetro, válvula de seguridad y válvula de descompresión de manera que permita la operación, no solo en condiciones aerobias, sino que también anaerobias.
Por solicitud del Centro Tecnológico de Ambiente y Sostenibilidad, y teniendo en
cuenta el trabajo realizado durante el proyecto, se llevó a cabo una capacitación en la que se explicó los componentes del "Biodigestor", sistema operativo, ajuste de temperatura y velocidad de agitación.
Con el desarrollo del proyecto, no sólo se logró poner a disposición el biorreactor a nivel planta piloto, sino que también el Espectrofotómetro de fluorescencia64
7. RECOMENDACIONES
Para el buen funcionamiento del biorreactor se recomienda trabajar con aceite térmico
ya que con este sistema de calentamiento es posible operar con presiones muy bajas, dentro de una escala de temperaturas hasta 350 ºC. Los problemas de corrosión no existen, y por ende traen consigo bajo riesgo en su operación. Por otro lado, al trabajar siempre en esta fase traerá consigo un ahorro energético e hídrico importante. El nivel de mantenimiento de la chaqueta seria mínimo ya que esta se llenaría solo una vez.
Con el fin de promover el uso del biorreactor, se recomienda desarrollar prácticas en
las que la variable fundamental del proceso sea la disponibilidad de nutrientes.
En caso de cambiar las condiciones de trabajo establecidas en el proyecto, se
recomienda realizar las pruebas preliminares a nivel laboratorio que permitan escalar el proceso a nivel planta piloto.
Para favorecer el crecimiento microbiano en el sistema, se recomienda cambiar el
agua lluvia por agua residual doméstica.
Si se llevarán a cabo análisis de laboratorio que requieran ser validados por una
autoridad competente, se recomienda utilizar el “Test 0-57 de REF 985057 HC 300
para Nanocolor” o “TPH (Total Petroleum Hidrocarbons) método 10050 de HACH”.
Se recomienda inyectar oxígeno al biorreactor para prácticas en condiciones aerobias
65
Para incentivar el desarrollo de prácticas en condiciones anaerobias, se recomienda
66
8. REFERENCIAS
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Digestión de Hidrocarburos. Obtenido de
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Zamora editores. (s.f.). Gran diccionario enciclopédico Color. Santafé de Bogotá, Casanare, Colombia: Ediciones Nauta C.,S.A.
ANEXO 1.
Instructivo para el uso del
biorreactor en la
remediación de agua
contaminada con
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INSTRUCTIVO PARA EL USO DEL BIORREACTOR EN LA REMEDIACION DE AGUA CONTAMINADA CON HIDROCARBURO
INSTRUCTIVO PARA EL USO DEL BIORREACTOR EN LA REMEDIACIÓN DE AGUA CONTAMINADA CON HIDROCARBURO
1. PROPÓSITO
En el presente documento se describen los requerimientos y procedimientos necesarios para hacer uso del biorreactor de la Universidad de La Salle. Con de fin de remediar agua
contaminada con hidrocarburos
2. APLICABILIDAD
El presente instructivo aplica para el uso del biorreactor el cual contiene agua impactada con hidrocarburo, esto con fines académicos y como parte de apoyo a los espacios académicos del programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria y otros programas interesados.
3. MARCO DE REFERENCIA
El biodigestor de la Universidad de La Salle se constituye por un sistema cerrado que a medida que una reacción procede en dicho reactor, la composición y la distribución relativa de los reactantes y productos cambia con el tiempo. La mezcla hace que la concentración de actantes y productos sea uniforme en todo el biodigestor. (Romero, 2008).
3.1.Biorreactor CTAS
Este cuenta con una serie de especificaciones en cuanto a características, materiales y condiciones de trabajo que se mencionaran a continuación:
3.1.1. Identificación del equipo
Biodigestor “biodigestor de fondo agitado con control de temperatura y volumen de 20 l para laboratorio” deberá identificarse como:
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● “Biodigestor de fondo agitado con control de temperatura y volumen de 20l
para laboratorio”
● Modelo: biodigestor ● Serie: 6215
3.1.2. Características del equipo
Es un biodigestor metálico, con control de velocidad de agitación, versátil y abierto a futuro a acoplarse con sistemas completos de Control de variables tales como iluminación LED, pH, mezcla y dosificación de gases, controles de niveles de medios, etc. (Innovaciones Actum S.A.S , 2016).
Alto: 1267.00 mm
Diámetro tanque: 246.00 mm
Volumen: El volumen neto del reactor es de 20L. 3.1.3. Materiales
Acero inoxidable 304 para el tanque y para los sistemas de soporte y calentamiento. Los elementos metálicos son construidos en acero inoxidable 304 unidos mediante
soldadura inoxidable TIG.
El vaso y chaqueta de calentamiento son fabricados en acero inoxidable 304 de alta
resistencia a fluctuaciones de calor. (Innovaciones Actum S.A.S , 2016).
3.1.4. Condiciones de trabajo general
El tanque soportara la esterilización con vapor saturado limpio a Pmin de 2.1 bar abs. (Innovaciones Actum S.A.S , 2016).
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Volumen efectivo de trabajo: el volumen útil de trabajo es del 80% del volumen
nominal, es decir de 16L aproximadamente. Geometría: cilíndrica y con bordes redondeado. Presión de trabajo: 3,78 -4,1 bar (abs)
Temperatura de trabajo: de T ambiente a 110°C. Mediante dos resistencias de
1000W cada una.
Bafles: 3 bafles, 304 acero inoxidable
3.1.5. Puertos
Tapa: 5 puertos PG13.5 dos de ellos con racor de 1/4 NPT (para Colfinger y
Termopozo), y Entrada del eje agitador. Fondo: Puerto de cosecha
Motor: Potencia 0,35HP con velocidad de 0 a 300 rpm, ±1 rpm
Cuenta con sello mecánico para la transmisión de movimiento a través de la tapa
superior. (Innovaciones Actum S.A.S , 2016)
3.1.6. Control simple
Control de Temperatura
Velocidad de Agitación: variable de 0 a 300 rpm.
Esterilización: el equipo soporta perfectamente los procesos de esterilización
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3.2.Operación del Biorreactor
En este numeral usted podrá reconocer el panel de control en el cual se ajustará
posteriormente la temperatura y la velocidad de agitación con la cual trabajará el sistema.
3.2.1. Panel de control
Desde el panel de control se realizan todas las operaciones del equipo: Control de Temperatura; Encendido/ Apagado (Motor) de la Agitación, y Velocidad.
Ilustración 1. Panel de control
Fuente: Elaboración propia.
1. Variador de Velocidad. Permite establecer la velocidad de agitación y el estado del
motor de agitación.
2. Controlador de Temperatura. Permite establecer la temperatura al interior del
habitáculo de reacción.
3. Indicador luminoso. Muestra si está en operación o no.
4. Suiche de encendido.
1
2
4
3
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3.2.2. Temperatura
Permite mantener (controlar) un valor de temperatura al interior del biorreactor.
Ilustración 2. Control de temperatura
Fuente: (Innovaciones Actum S.A.S , 2016)
1. PV: (Valor Presente): Indica el valor actual de la temperatura promedio al interior
del lugar de reacción. Este se encuentra dado por la termocupla con la que cuenta el panel de control.
2. SV: (Valor De Consigna): Permite introducir el valor de temperatura que se desea
establecer al interior de la cabina.
3. OUT1: (Salida 1 del Control): Indicador del estado (OFF/ON) que activa las
resistencias eléctricas calefactoras del equipo.
NOTA: los ventiladores se activan simultáneamente con las resistencias eléctricas. 1
2 3
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3.2.3. Velocidad de agitación
La agitación deseada se alcanza mediante una rampa de aceleración / desaceleración que permite alcanzar el valor programado gradualmente, de forma segura.
A través de la HMI es posible el comando del convertidor, la visualización y el ajuste de todos los parámetros. Las funciones de las teclas y los campos de la pantalla activos en la HMI varían de acuerdo con el modo de operación.
Ilustración 3. HMI y sus elementos
Fuente: (Innovaciones Actum S.A.S , 2016) 1. Pantalla
2. Tecla Back Esc: Presione esta tecla para retornar al modo de monitoreo.
3. Tecla Subir: Presione la tecla para aumentar la velocidad. Presione esta tecla para
ir al próximo parámetro. Presione esta tecla para incrementar contenido del parámetro.
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4. Tecla Sentido de giro: Presione esta tecla para definir la dirección de rotación del
motor.
5. Tecla LOC/REM: Presione esta tecla para alterar entre el modo LOCAL y el
REMOTO.
6. Tecla JOG: Presione esta tecla para acelerar el motor hasta la velocidad ajustada en
P0122 por el tiempo determinado
7. Tecla OFF: Presione esta tecla para desacelerar el motor con tiempo determinado
por la rampa de desaceleración.
8. Tecla ON: Presione esta tecla para acelerar el motor con tiempo determinado por la
rampa de aceleración.
9. Tecla Bajar: Presione esta tecla para disminuir la velocidad. presione esta tecla
para ir al parámetro anterior. Presione esta tecla para disminuir el contenido del parámetro.
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3.3.Operación del Espectrofotómetro GENESYS UV- VIS 10S
A continuación, se describen las funciones del equipo.
Ilustración 4. Keypad Espectrofotómetro GENESYS UV- VIS 10S
Fuente: (Thermo Fisher Scientific Inc. , 2009)
1. Software screen. Pantalla que permite visualizar las herramientas del equipo. 2. Function keys. Activa la función que muestra en la parte superior de la tecla. 3. Esc. Permite retornar cualquier operación.
4. Dígitos. Permite ingresar valores a cualquier operación.
5. Subir/ bajar. Selecciona diferentes herramientas del panel de control. 6. Utility.
7. Test. Visualiza el menú de las aplicaciones del equipo.
11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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8. Print. Imprime los resultados y gráficas que se obtienen luego de los análisis. 9. Position keys. Selecciona la posición de la celda que desea analizar. B: Blanco / 1-5
posición de la muestra.
10. Enter. Entra o selecciona valores o herramientas. 11. Clear. Elimina el último parámetro ingresado.
3.4.Consorcio Microbiano
Según la ficha técnica proporcionada por el proveedor “Epicore BioNetworks Inc.”; éste es una formulación única de múltiples componentes que promueven la biodegradación de petróleo crudo y productos derivados del petróleo en suelo contaminado y el agua dulce o salada en condiciones aerobias.
Estos contienen microrganismos naturales que poseen amplia gama de actividad oxidante que biodegrada crudos aromáticos crudos aromáticos, parafínicos o asfálticos a dióxido de carbono, agua y células microbianas. Así como también, metabolizan químicos intermedios tales como ácidos orgánicos, alcoholes, aldehídos, cetonas y ésteres producidos por la biodegradación del petróleo crudo. (Epicore BioNetworks Inc., 2017).
“EPIZYM-HC” inoculante es un ecosistema microbiano formulado con estabilizantes añadidos y estimulantes del crecimiento. Los microbios se derivan de fuentes naturales y son crecidas en condiciones de control de alta calidad para evitar la contaminación de microorganismos peligrosos. Son cultivados en una base de hidratos de carbono de origen natural que da al producto su aspecto granular general. Contiene más de 4,4 trillones de microorganismos aerobios facultativos por kg (2 trillones/libra). (Epicore BioNetworks
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Inc., 2017).
3.4.1. Modo de acción
El consorcio microbiano “EPIZYM-HC” utiliza la degradación microbiana para
descomponer hidrocarburos contaminantes, enzimáticamente convertirlos en condiciones aerobias en dióxido de carbono, agua y células microbianas. El tiempo requerido depende de la temperatura.
Dentro de los límites especificados, la eficiencia de los microbios y las enzimas del mismo varía con la temperatura. Típicamente, la biodegradación de petróleo crudo se duplica con cada aumento de 10°C de temperatura entre 10°C – 40°C. (Epicore BioNetworks Inc., 2017)
3.4.2. Almacenamiento del producto
Para el almacenamiento del producto se recomienda:
No guardar de forma continua a temperaturas superiores a 40°C. Almacenar fuera de la luz directa del sol en un área bien ventilada. Mantener los productos secos hasta que esté listo para hidratar.
No mezclar con cualquier material que no estén recomendados por “Epicore
BioNetworks Inc”, especialmente los biocidas y productos químicos agresivos.
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4. REQUERIMIENTOS
En este apartado usted encontrara la descripción de los equipos, materiales y reactivos que serán necesarios para llevar acabo la práctica.
4.1.Equipos y materiales
A continuación, se especificarán los materiales y equipos que serán necesarios para llevar acabo la práctica del laboratorio en el Biodigestor de la Universidad de La Salle.
4.1.1. Biorreactor
Es un contenedor cerrado y hermético dentro del cual se deposita el material orgánico (hidrocarburo) a degradar por medio de un consorcio microbiano. Sus componentes son:
IMAGEN COMPONENTE
Cuerpo del
Biorreactor
Habitáculo de reacción Válvula de descargaUniversidad de La Salle Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria Fecha de elaboración: Noviembre de 2017 Versión: 1.0 Total páginas: 25
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Termocupla
Mecanismos de
seguridad
Motor-reductor
Manómetro Válvula de seguridad Válvula descompresiónUniversidad de La Salle Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria Fecha de elaboración: Noviembre de 2017 Versión: 1.0 Total páginas: 25
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Hélice
Panel de control
Tabla 1. Componentes del biorreactor
Fuente: Elaboración propia, 2017. Control de temperatura Control de
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4.1.2. Implementos para análisis
La siguiente es una lista general de los implementos requeridos en el momento de la práctica.
Los reactivos y soluciones utilizados para los procesos realizados:
Crudo (hidrocarburo) Aguas lluvias
Hexano
Los materiales utilizados para la hidratación del consorcio microbiano “EPIZYM-HC”:
Balanza analítica Plancha de calentamiento Espátula Termómetro digital Vidrio de reloj Beaker de 250 ml
Consorcio microbiano “EPIZYM-HC”
Los materiales utilizados para la medición de los parámetros en la muestra de agua:
Beaker de 100 ml Pipeta aforada 5 ml Pipeteador
Universidad de La Salle