BIOMETAL

Biotransformación de Cromo hexavalente en reactores anaerobios

-Alba América Moreno González Maestría en Ciencias del Agua -Víctor Hugo García González Maestría en Ciencias del Agua -Mayra Paulina Alférez Luna Licenciatura en Ingeniería Ambiental -Leticia Rangel Gutiérrez Licenciatura en Ingeniería Ambiental -Diana Soto Luna Licenciatura en Ingeniería Ambiental -Mariana Servicio Social Universitario -Rosaura Godínez Servicio Social Universitario Responsable : Arodí Bernal Martínez

EVALUAR DIFERENTES SUSTRATOS PARA LA DISMINUCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE

The microbial consortium comes from a plant, wastewater treatment, where there is evidence that domestic effluents containing Cr (VI).

MICROORGANISMS

RESULTS

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 1 2 3 4 5 6

mg

Cr(V

I)/

L

Time (days)

50

250

500

ppmCr(VI )

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Cr

(VI)

mg

/LTime (days)

50

250

500

ppm

Cr(VI)

The behavior of the microorganisms exposed to different concentrations of Cr (VI), using the natural carbon sources is show in the Figure X with A) Whey and B) Slaughterhouse wastewater.

A) Whey B) Slaughterhouse wastewater.

RESULTS

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

3

4

5

6

7

8

9

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42

Cr

(VI)

mg/

L

pH

time (days)

250 mg/L Cr (VI) 500 mg/L de Cr (VI)

pH Cr (VI)

In Figure X presents the behavior of a series of injections of Cr (VI). Whey with feeds of 100 mL/d. The pH remained constant at values close to 8, since the concentration of chromium (VI) fell entirely on the fourth day. This same behavior was presented to over four reinjection.

5

3ra etapa: Disminución de Cr (VI) por microorganismos

Fuentes de carbono sintética

Glucosa Lactato Piruvato Acetato

Glucosa Lactato Piruvato Acetato

Fuente de

carbono

pH POR

(mV)

%

Disminución

Tiempo

(días) Inicial Final

Piruvato 12.67 12.04 -89.2 1.9 10

Lactato 10.06 9.06 71.8 4 10

Acetato 12.41 12.03 -49.45 2.4 10

Glucosa 11.98 11.02 -337.5 100 10

Fuente de

carbono

pH POR

(mV)

%

Disminuci

ón

Tiempo

(días) Inicial Final

Piruvato 11.61 12.15 -19.35 40.6 10

Lactato 5.43 5.62 233.5 96.2 10

Acetato 12.22 12.08 10.55 37.3 10

Glucosa 11.97 11.07 -355.5 87.6 10

Eficiencia de disminución a diferentes concentraciones de Cr (VI) para las cepas obtenidas.

a) b

)

400 mgCr (VI)/L,

500 mgCr(VI)/L,

3ra etapa: Disminución de Cr (VI) por microorganismos

Fuentes de carbono sintética

Glucosa Lactato Piruvato Acetato

■ 750 mg/L 1000 mg/L

Fuente de

carbono mg/L

pH mV

%

Disminución

Tiempo

(días) Inicial Final

Glucosa 750 12.41 12.44 -355 100 17

1000 12.73 12.90 -400.8 99.4 17

Fuente de

carbono

pH mV %

Disminución

Tiempo

(días) Inicial Final

Piruvato 12.85 12.09 -87.5 8.5 10

Lactato 10.68 10.36 48.1 5.4 10

Acetato 12.45 12.09 -58 5.8 10

Glucosa 12.14 11.23 -367.5 100 10

Eficiencia de disminución a diferentes concentraciones de Cr (VI) para las cepas obtenidas.

a) b)

650 mgCr(VI)/L

7

3ra etapa: Disminución de Cr (VI) – Controles abióticos Fuentes de carbono sintética

■ 110 mg/L

■ 220 mg/L

■ 400 mg/L

■ 500 mg/L

■ 650 mg/L

■ 750 mg/L

■ 1000 mg/L

Piruvato Lactato

Acetato Glucosa

Concentración inicial y final de mg Cr (VI)/L residual en controles abióticos (sin microorganismos) para cada FCN.

Cr(VI)+

8

Fuentes de carbono natural

3ra etapa: Disminución de Cr (VI) - Controles abióticos

■ 50 mg/L

■ 100 mg/L

■ 250 mg/L

■ 400 mg/L

■ 500 mg/L

■ 750 mg/L

■ 1000

mg/L

Suero

lácteo

Concentración inicial y final de mg Cr (VI)/L residual en controles abióticos (sin

microorganismos) para cada FCN.

Cr(VI)

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40 50

mg

/L C

r( V

I)

Tiempo (Días)

mg/L Cr (VI)

50

100

150

200

250

300

Mejor Resultado

Efecto del efluente de un codigestor anaerobio (Agua residual láctea + LR)----FC sobre la disminución del Cr (VI)

Figura 1. Efecto de la FC sobre la disminución de Cr (VI) bajo condiciones anaerobias.

Metodología:

10

1. Muestreo y caracterización

2. Proliferación consorcio

3. Efecto de las FC en reactores batch

50,100,200,250,300, 400mg Cr(VI)/L

F. C. sintéticas

F. C. alternativas

FCA= fuente de carbono alternativa ARL=Agua Residual láctea (izq.) ARD=Agua Residual Domestica CLR= Clarificado lodo residual.

NMX-AA-044-SCFI-2001

STANDARD METHODS 2005

Agua de Parangueo

Lixiviado QC (lote A,B)

FC Alternativas

Extremofilo

Adaptado FCA

PGALEL

L

ARL

ARD

CLR

ARL+ARD

ARL+ CL

4. Reducción de Cr(VI) en reactores discontinuos 1L (200,250,300 mg Cr(VI)/L y FCA)

5. Diseño y elaboración de un tren de tratamiento a escala

laboratorio (250, mg Cr(VI)/L y FCA)

P= piruvato G=glicerol A= acetato de sodio L= lactato EL= extracto de levadura T= PGALEL (piruvato, lactato, acetato, glicerol y extracto de levadura)

PRUEBAS EN BATCH, LIXIVIADO

Figura 2. Evolución de la reducción de Cr(VI) por el consorcio, a partir de diferentes composiciones de fuentes de carbono sintéticas.

LEL (91.3 % -3 días), PGALEL (83 %- 3 días), EL (89 %- 10 días).

0

10

20

30

40

50

0 2 4 6 8 10

C PGALEL GALEL ALEL LEL EL m

g C

r(V

I)/L

Tiempo (Días)

Resultados: Evaluación de la biotransformación de Cr(VI)

12

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15

mg

Cr(

VI)

/L

Tiempo (Días)

L50

T50

L250

T250

L300

T300

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15

mg

Cr(

VI)

/L

Tiempo (Días)

L50 T50 L250 T250 L300 T300 C

on

tro

l Ex

per

imen

tale

s

mg Cr(VI)/L

T= PGALEL L =Lactato

T50 – 4 días = 100% R L50 – 15 días =11.5% R

T250- 13días =100% R L250 – 15 días =10% R

T50 – 15 días = 1% R L50 – 15 días = 0% R

T250 –15 días =21% R L250 – 15 días = 4% R

FC LIX Comportamiento de reducción de Cr (VI)

ARD A

ARL A

CLR B

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10

mg

Cr

(VI)

/L

Tiempo (días)

CARD300

CARD400

CARD500

ARD300

ARD400

ARD500

0

5

10

15

20

0 2 4 6 8 10

mg

Cr(

VI)

/L

Tiempo (Días)

CARL300CARL400CARL500ARL300ARL400ARL500

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15

mg

Cr(

VI)

/L

Tiempo (Días)

C-CLR50CLR50C-CLR100CLR100C-CLR150CLR150C-CLR200CLR200C-CLR250CLR250C-CLR300CLR300

ARD el % de reducción varia con la concentración alcanzando hasta 34%

ARL alcanza una reducción del 100% tanto para inoculados como controles .

CLR la reducción es casi nula tanto para

experimentales como controles

REACTORES BATCH, FCA

Tabla 3. Porcentajes de reducción del metal con las diferentes FCA sin combinar .

mg Cr6+/L pH mg

Cr6+/L

Lix FC Inicial Final %

reducción

Tiempo

(d)

Inicial Final

300

C-ARD 211.9±0.4 193.3±0.2 8.7±0.2 6 9.7 9.3

ARD 186.3±0.4 163.2±0.1 12.4±1.5 6 10 10.0

400

C-ARD 376.9±0.2 363.4±0 3.6±0.2 6 9.3 10.4

A ARD 347.1±0.5 259.6±0.7 25.2±0.1 6 10.1 10.1

500

C-ARD 415.5±0.1 360.7±0.9 13.2±0.2 6 10.4 10.1

ARD 387.2±0.4 261.2±0.8 32.5±0.7 6 10.1 10.2

300

CARL 5.38±0.3 0±0.6 100±0.2 2 3.43 3.3

ARL 0.48±0.3 0±0.01 100±0.2 1 4 3.3

400

C-ARL 5.94±0.42 0±0.2 100±0.2 4 3.46 3.4

A ARL 2.8± 0.75 0±0.01 100±0.2 2 4.01 3.9

500

C-ARL 12.67±0.1 0±0.7 100±0.2 4 4.07 4.0

ARL 7.38±0.3 0±0.02 100±0.2 2 3.98 3.9

200 C-CL 178.97±0.3 177.51±0.1 0.8±0.1 15 10.42 10.1

CL 166..58±0.4 152..2±0.8 8.6±0.1 15 10.02 9.92

250 C-CL 223.98±0.2 222.98±0.2 0.4±0.1 15 10.51 10.32

B CL 192.7±0.4 185.21±0.01 3.88±0.4 15 10.18 9.92

300 C-CL 222.73±0.2 209.73±0.5 0.5±0.1 15 10.33 10.12

CL 197.55±0.3 183.94±0.01 6.88±0.2 15 10.42 10.13

SISTEMAS BATCH COMBINACIÓN DE FCA

15

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10

mg

Cr(V

I)/L

Tiempo (días)

ARD300

ARD400

ARD500

ARL+ARD300

ARL+ARD400

ARL+ADR500

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10

mg

Cr(

VI)

/L

Tiempo (días)

CARD300

CARD400

CARD500

CARL+ARD300

CARL+ARD400

CARL+ARD500

Co

ntr

ol

Exp

erim

enta

les

ARL= Agua Residual Domestica ARD=agua residual

CAR= control agua residual

300mg Cr(VI)/L ARD------- 12%---10 d

ARL+ARD-- 100%---6 d

10 días 300mg Cr(VI)/L CARD-------8.7%

CARL+ARD---- 93%

Reactores batch combinación de FCA

Mezcla mg Cr(VI)/L pH

mg

Cr(VI)/L

Fuente de

carbono

Inicial Final %

reducción

T(D) Inicial Final

300 C-ARL+ARD 174.9±0.6 80.6±0.6 53.9±0.6 9 5 6.9

ARL+ARD 178.5±0.3 0 100±0.2 9 9.4 9.5

400 C-ARL+ARD 318.9±0.3 103.1±0.2 56.9±0.2 10 6.7 7.2

ARL+ARD 319.8±0.3 10.9±0.1 96.6±0.1 10 9.3 9.5

500 C-ARL+ARD 336.6±0.5 295.8±0.7 12±1.3 12 7.3 7.8

ARL+ARD 390.3±2.3 174.4±0.02 55±0.7 12 9.6 9.6

200

C-ARL+CLR 174.9±0.6 80.6±0.6 1.9±0.6 12 7.4 7.31

ARL+CLR 178.5±0.3 0 100±0.2 10 7.4 4.5

250

C-ARL+CLR 318.9±0.3 103.1±0.2 2.29±0.2 14 8.46 8.34

ARL+CR_R 319.8±0.3 10.9±0.1 100±0.1 12 7.4 4.6

300

C-ARL+CLR 336.6±0.5 295.8±0.7 29.0±1.3 14 9.0 8.65

ARL+CLR 390.3±2.3 174.4±0.02 98.5±0.7 14 7.91 4.6

Tabla 7.1. Porcentajes de remoción de Cr (VI), en pruebas batch, con el uso de

dos mezclas de fuentes de carbono.

La mejor mezcla de FCA es ARL+ARD

100% de reducción en 9 días para 300 mg Cr(VI)/L

REACTORES DISCONTINUOS

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40

mg

Cr

(VI)

/L

17

Evaluación de la reducción de cromo (VI) en el reactor discontinuo empleando como fuente de carbono ARL+ARD (30:70 v/v) e inyecciones de 250 mg/L de Cr (VI).

2

4

6

8

10

0 20 40

pH

Tiempo(dias)

Tiempo reducción por ciclo= 10±1.5 días

pH de 4.86 a 7.95

ARL+ARD (30:70 v/v)

Ciclo

REACTORES DISCONTINUOS

Evaluación de la reducción de cromo (VI) en el reactor discontinuo empleando como fuente de carbono ARL+ARD (50:50 v/v) e inyecciones de 250 mg/L de Cr (VI). Lixiviado A

18

0

20

40

60

80

100

0 20 40

mg

Cr(

VI)

/L

0 1 2 3 4 5 6 7

0 20 40

pH

Tiempo(días)

Reducción total de Cr(VI) 1-5 reiny.= 2 días

6-10 reiny. = 3 días

pH 0-20 días---4 a4.5

20-40 días—4.5 a 5.9

+ proporción ARL-----+ Lactato Potencial donador de ē

Menor tiempo de reducción*

*M. Michailides, A.G., et al (2012); Ferro O. M et al , (2010); Cuevas R.G. et al,.(2011)

M ARL+ARD (50:50 v/v)

HYBRID REACTOR REDUCTION OF

Cr(VI)

Mesophilic Digestor

Mesophilic sludges digestor

Reactor Feed Cr(VI)

Feed Reactor

V=1 L WWW+WWD

250 mg Cr(VI)/L HRT= 4 d

ST= 60 min . 25±1 °C

Lixiviado (250mg Cr(VI)/L Q= 1.27 mL /min

HRT= 3 d

V= 0.5 L WWW+WWD

V=1 L T= 35±1 °C HRT=20 d

Reduction reactor effluent

C.O=1.31 Kg BOD/Kg SSV.d

V=1 L C..O. =1.8 Kg BOD/Kg VSS. d

HRT= 30 d

Industrial leachates Carbon Source (50:50 v/v WWW+WWD) Efluent Sludge

35.5±1.5 g DBO/L

14.5±0.9 gBOD/L

TREATMENT OF INDUSTRIAL LEACHATES

PUBLICACIONES COMPLETAS EN MEMORIAS DE CONGRESO

1) - Alba América Moreno González, Sergio Antonio Silva Muñoz, Elcia Margareth Souza Brito, Germán Cuevas Rodríguez, Arodí Bernal Martínez (2014). Anaerobic biotransformation of hexavalent chromium in batch reactors. Memorias del Segundo Simposio Internacional de Bioingeniería Ambiental “Bioingeniería Ambiental”. ISBN: 978-607-441-330-4. 2) - Alba América Moreno González, Germán Cuevas Rodríguez, Arodí Bernal Martínez. (2014). Tratamiento biológico de lixiviados ricos en Cromo hexavalente generados en un industria. Memorias del XI Encuentro Participación de la mujer en la ciencia. ISBN: 978-607-952-285-8. 3) - Alba América Moreno González, Germán Cuevas Rodríguez, Arodí Bernal Martínez. (2014). Evaluación de dos fuentes de carbono sobre la biotransformación de Cromo hexavalente en reactores anaerobios. Memorias del XXXV Encuentro Nacional de la AMIDIQ. ISBN: 978-607-955-932-8. 4) -Alba América Moreno González, Germán Cuevas Rodríguez, Elcia Margareth Souza Brito, Arodí Bernal Martínez. (2013). Evaluación de la reducción de Cromo hexavalente procedente de un lixiviado industrial en sistemas anaerobios discontinuos. Memoria del Primer Simposio Internacional de Bioingeniería Ambiental. “Aplicaciones en Bioingeniería Ambiental. ISBN: 978-607-441-276-5. Universidad de Guanajuato.

5) - Leticia Rangel Gutiérrez y Arodí Bernal Martínez (2013). Aplicación de un sistema anaerobio con biomasa suspendida para la disminución de Cr (VI). Memorias del Verano de Investigación Científica 2013. ISBN: 978-607-441-248-2. Universidad de Guanajuato. 6) -Mayra Paulina Alférez Luna, Germán Cuevas Rodríguez, Arodí Bernal Martínez (2013). Disminución de Cr (VI) en lixiviados generados por una industria por microorganismos de un bioreactor anaerobio. Memorias del XXXI Encuentro Nacional y III Congreso Internacional de la AMIDIQ 7 al 10 de Junio de 2013, Mazatlán, Sinaloa. ISBN. 978-607-955-931-1. TRABAJOS PRESENTADOS EN CONGRESO COMO PONENCIA ORAL 1) -Alba América Moreno González, Arodí Bernal Martínez, Germán Cuevas Rodríguez. (2015). Biotransformación de Cromo hexavalente de un lixiviado en reactores anaerobios. 4th IWA Mexico Young Water Professionals Conference 2015 del 27 al 29 de abril Guanajuato, Guanajuato. México. 2) - Alba América Moreno González, Germán Cuevas Rodríguez, Arodí Bernal Martínez. (2014). Evaluación de dos fuentes de carbono sobre la biotransformación de Cromo hexavalente en reactores anaerobios. XXXV Encuentro Nacional de la AMIDIQ 6 al 9 de mayo de 2014, Puerto Vallarta, Jalisco.

3) -Alba América Moreno González, Germán Cuevas Rodríguez, Elcia Margareth Souza Brito, Arodí Bernal Martínez. (2013). Evaluación de la reducción de Cromo hexavalente procedente de un lixiviado industrial en sistemas anaerobios discontinuos. Memoria del Primer Simposio Internacional de Bioingeniería Ambiental 4 al 6 de Septiembre de 2013, Guanajuato, Guanajuato. 4) -Leticia Rangel Gutiérrez, Germán Cuevas Rodríguez, Arodí Bernal Martínez. (2013). Efecto del efluente de un codigestor anaerobio sobre la disminución de Cr (VI). XII Congreso Nacional y XVIII Congreso Internacional de Ciencias Ambientales 5-7 de Junio de 2013, Centro de Convenciones Cibeles, Ciudad Juárez, Chihuahua. 5) -Mayra Paulina Alférez Luna, Germán Cuevas Rodríguez, Arodí Bernal Martínez (2013). Disminución de Cr (VI) en lixiviados generados por una industria por microorganismos de un bioreactor anaerobio. XXXI Encuentro Nacional y III Congreso Internacional de la AMIDIQ 7 al 10 de Junio de 2013, Mazatlán, Sinaloa.

TESIS DE LICENCIATURA PRESENTADAS 1) -Mayra Paulina Alferez Luna (2015). Evaluación de la disminución de Cr (VI) por microorganismos provenientes de un bioreactor anaerobio alimentado con lixiviados con alto contenido del metal. Tesis de licenciatura en Ingeniería Ambiental. División de Ingenierías. Universidad de Guanajuato. Presentada el 18 de septiembre de 2015. 2) -Leticia Rangel Gutiérrez (2015). Efecto del efluente de un codigestor anaerobio sobre la disminución de Cr (VI) por microorganismos anaerobios. Tesis de licenciatura en Ingeniería Ambiental. División de Ingenierías. Universidad de Guanajuato. Presentada el 23 de enero de 2015.

TESIS DE MAESTRIA 1) -Alba América Moreno González. Tesis de maestría en ciencias del agua. Universidad de Guanajuato, concluida parte experimental y 80% de avance del escrito, fecha probable de defensa de tesis Diciembre 2015. 2) -Víctor Hugo García González. Tesis de maestría en ciencias del agua. Universidad de Guanajuato, concluida parte experimental y 80% de avance del escrito, fecha probable de defensa de tesis Enero 2016.

Informes de proyecto -Biotransformación anaerobia de Cr (VI) en reactores de lecho fijo y biomasa suspendida (2014). Informe final de proyecto a la Dirección de Apoyo al Posgrado y a la investigación de la Universidad de Guanajuato. Participantes, Germán Cuevas Rodríguez, Elcia Margareth Souza Brito. Responsable: Arodí Bernal Martínez. Artículo sometido Moreno-González A., Souza Brito EM., Cuevas Rodriguez G., Bernal Martínez A. Biotransformation of hexavalent chromium of an industrial leachate in anaerobic systems. Sometido a Water Science and Technology en Junio 2015.