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Estudio de la Reducción de Azufre Elemental y Producción de Sulfuro de Hidrógeno en Bioreactores Anaeróbicos

Escobar Antoine, Claudio Manuel
Herrera Zeppelin, Leandro
Vargas Valero, Tomás
Hernández Pavéz, José
Lienqueo Contreras, María Elena
Ruiz Filippi, Gonzalo

2009

  • Datos de edición Programa Cybertesis
  • Tipo de Documento Libro
  • Materia Biorreactores
    Sulfuro de hidrógeno
    Biofilm
    Azufre elemental
  • Descripción
    En el presente trabajo de tesis se estudió la reducción de azufre elemental y la producción de sulfuro de hidrógeno en dos diferentes tipos de bioreactores: reactor agitado mecánicamente y reactor gaslift. La importancia de este estudio radica en la comprensión de los distintos factores que se ven involucrados en este tipo de sistema bacteriano, con la finalidad de lograr un futuro desarrollo tecnológico de estos bioreactores para su ap ...
    En el presente trabajo de tesis se estudió la reducción de azufre elemental y la producción de sulfuro de hidrógeno en dos diferentes tipos de bioreactores: reactor agitado mecánicamente y reactor gaslift. La importancia de este estudio radica en la comprensión de los distintos factores que se ven involucrados en este tipo de sistema bacteriano, con la finalidad de lograr un futuro desarrollo tecnológico de estos bioreactores para su aplicación industrial. Tanto el reactor agitado mecánicamente como el reactor gaslift, fueron inoculados con cultivos de Desulfovibrio desulfuricans. La temperatura de los reactores se controló automáticamente en 30ºC y el pH se mantuvo constante automáticamente a 7,0 ± 0,2, mediante inyección de CO2. Ambos reactores fueron operados en modalidad batch para las fases líquida y sólida, y en forma continua para la fase gas (H2, H2S(g), CO2(g), H2O(vap)). Como sustrato energético se utilizó H2 y como fuente carbono se utilizó CO2. Los resultados experimentales mostraron que la principal limitante de la velocidad de reacción es la disponibilidad de superficie activa de las partículas de azufre. Esta va disminuyendo a medida que se recubre con biofilm, compuesto tanto por bacterias como por sustancias poliméricas extracelulares. La presencia de bacterias adheridas a la superficie de las partículas de azufre pudo ser detectada mediante microfotografías tomadas con SEM. Por otra parte, utilizando la técnica XPS se determinó que las sustancias poliméricas extracelulares estaban constituidas aproximadamente por 73% de proteínas y 27% de polisacáridos. Se pudo comprobar que no hay limitación por transferencia de masa gas líquido del hidrógeno. Tampoco se evidenciaron problemas por inhibición por producto (ácido sulfhídrico). Sólo se presentaron problemas de desorción del ácido sulfhídrico para una velocidad de gas igual a 5,1•10 - 4 m3N•m - 2•s - 1, en el reactor agitado mecánicamente. En los experimentos realizados en el reactor gaslift se obtuvo una tasa promedio de formación de H2S(g) de 65,6 ± 7,0 mg H2S•(g S) - 1•d - 1 (687 ± 71 mg H2S•(m2 S) - 1•d - 1), para un rango de v/v/m comprendido entre 0,17 y 0,93. Mientras que en el reactor agitado se obtuvo una tasa promedio de formación de H2S(g) de 50,7 ± 2,7 mg H2S•(g S) - 1•d - 1 (513 ± 38 mg H2S•(m2 S) - 1•d - 1), para un rango de v/v/m comprendido entre 0,22 y 2,97. De esta manera es más conveniente el empleo del reactor gaslift que el reactor agitado mecánicamente, ya que se logra un patrón de mezclado aceptable, una buena suspensión de azufre y mayores velocidades de formación de producto para menores consumos de potencia. Mediante el estudio de intermediarios de la reacción, fue posible detectar tiosulfato y otro compuesto más, que podría corresponder a un polisulfuro del tipo [Sn - 1(0)S(2 - )]2 - . Mediante el desarrollo de un modelo fenomenológico que describió la bioreducción de azufre elemental, se determinaron los parámetros cinéticos de la reacción en el reactor agitado mecánicamente: µmax (velocidad máxima de crecimiento específico celular) = 5,1•10 - 3 h - 1; kS1(constante de afinidad al aceptor terminal de electrones) = 8,7•10 - 3 M; kA (constante cinética de adherencia) = 1•10 - 1 h - 1; kd (constante cinética de desorción) = 6,5•10 - 5 h - 1; kS (coeficiente cinético para la reacción en la superficie) = 6,5•10 - 1 m•h - 1
  • Identificador 11205