Colorante Azo

OH
N
HO
NH2N
N
NH
HO
NH
N
H2N
SO3 Na SO
3Na
N
N
N
N
OH
NaO 3S
OH
OH
NaO3 S
Reducción Anaerobia de
Colorantes Azo y el Impacto de los
Mediadores Redox a 55°C.
Rosa Elena Yaya Beas
Supervisores:
Andre dos Santos
Jules van Lier
Agosto 2003
Contenido
1. Introducción
1.1 Colorantes Azo
1.2 Reducción anaerobia de los colorantes azo
2.Objetivos
3.Materiales y métodos
3.1 Lodo
3.2 Compuesto patrón
3.3 Mediador redox
3.4 Análisis
3.5 Experimentos
4 Resultados
4.1 Experimentos batch
4.2 Experimentos continuos
5 Conclusiones
6 Recomendaciones para futuros experimentos
1. Introducción
1.1 Colorantes Azo
• clase de colorantes más utilizados
(aproximadamente 70% de los colorantes)
• Ellos pueden ser subdivididos en colorantes
reactivos, ácidos, directos, básicos, dispersos
pigmentados, grasos, solventes, dispersos,
etc.
1. Introducción
1.1 Colorantes Azo
• Estructura química
OH
N
N
H3C
Amarillo Disperso 3
NHCOCH3
1. Introducción
1.1 Colorantes Azo
• Los colorantes reactivos presentan poca
capacidad de fijación en las fibras (50%)
• Las aguas residuales del proceso de
coloración son generalmente descargadas a
elevadas temperaturas (40-70°C)
• Los métodos físicos o químicos tienen sus
limitaciones (producción de lodos, costo
elevado o no son efectivos para todos los
colorantes)
1. Introducción
1.1 Colorantes Azo
Tratamiento biológico:
tratamiento aerobio
• Son muy resistentes en la degradación en
condiciones aerobias (diseñados para ser
resistentes)
• El principal mecanismo de remoción en sistemas
aerobios es la absorción del color en el lodo. Sin
embargo, los colorantes reactivos tienen una baja
tasa de absorción y un elevado residual de color en
los efluentes
tratamiento anaerobio
• El tratamiento anaerobio permite a los colorantes azo
y otros colorantes ser decolorados
1. Introducción
1.2 Reducción anaerobia de los colorantes azo
• Reducción del enlace azo formando las aminas
aromáticas
• Aminas aromáticas: presentan menor color y son
resistentes a futuras degradaciones anaerobias
• Algunas aminas aromáticas inestables pueden ser
convertidas a CO2 y CH4 en reactores
metanogénicos
• La degradación de aminas aromáticas puede
realizarse bajo condiciones aerobias.
1. Introducción
1.2 Reducción anaerobia de los colorantes azo en
reactores metanogénicos
Reducción enzimática directa de los colorantes azo
substrato
e-
CO
CO22
e-
e-
e-
e-
e-
R1-N1=N2-R2
e-
Reducción del
Colorante
azo
oxidación
e-
enzimas
+
CH
CH44
Reacción biológica
Colorante
Azo
R1-NH2
R2-NH2
aminas
aromáticas
Reacción química
1. Introducción
1.2 Reducción anaerobia de los colorantes azo en
reactores metanogénicos
Reducción enzimática indirecta de los colorantes azo
Mediador-R
(ox.)
substrato
e-
CO
CO22
e-
ee-
e-
enzimas
+
R1-N1=N2-R2
e-
e-
CH
CH44
Reacción biológica
Reducción del
Colorante
azo
oxidación
e-
Colorante
Azo
Mediador-R
(red.)
R1-NH2
R2-NH2
Aminas
aromáticas
Reacción química
2. Objetivos
• Evaluar la reducción biótica y abiótica del colorante azo
a 55°C.
• Verificar la mejora en la remoción del color debido a la
adición del substrato y AQDS.
• Verificar la mejora en la remoción del color y la
estabilidad del proceso para diferentes concentraciones
de AQDS y la oxidación del substrato.
• Evaluar la capacidad de los reactores anaerobios para
realizar la remoción continua del color a 55°C
3. Materiales y métodos
3.1 Lodo
Fuente
• Reactor anaerobio de flujo ascendente
(RAFA) mesofílico a gran escala.
• Aguas residuales de una fábrica de papel
holandesa (Cia Eerbeek)
Climatización
• Climatizado en un reactor EGSB durante
3 meses a la temperatura de 55°C
• Glucosa : AGV (1:3)
• Sin AQDS y colorantes
3. Materiales y métodos
3.2 Compuesto patrón (Colorante Azo)
Reactivo Rojo (RR2)
Cl à OH
Cl
OH
N
HO
N
NH
N
SO3 Na
Antes de la hidrólisis
N
N
N
Cl
Cl à OH
NaO 3S
HO
N
N
SO3 Na
NH
N
N
OH
NaO3 S
Después de la hidrólisis
3. Materiales y métodos
3.3 Mediador redox
OH
O
SO3H
SO3H + 2 [H]
HO3S
HO3S
O
AQDS
Antraquinona-2,(6)(di)sulfonato
OH
AH2QDS
Antrahidroquinona-2,(6)(di)sulfonato
3. Materiales y métodos
3.4 Análisis
•Absorbancia
•pH
•DQO
•PRO
•Glucosa
•Anilina
•Ácidos Grasos Volátiles
(AGV)
•Sólidos suspendidos volátiles
(SSV)
•Producción de metano
3.5 Experimentos
• Experimentos Batch:
Glucosa: AGV ( 1:3)
Botellas de 117 ml (50 ml medio basal)
Concentración de lodo: 1.3 ±0.1gSSV/l
3. Materiales y métodos
3.5 Experimentos
• Experimentos continuos
2 reactores de lecho expandido
(reactores EGSB)
Glucosa: AGV (1:3)
Temperatura: 55°C
2
1
Reactor anaerobio de lecho expandido
EGSB (Expanded Granular Sludge Bed)
Biogas
Efluente
Lecho
de lodos
Influente
recirculación
Incremento del
contacto del lodo con
el desagüe
4. Resultados
4.1 Experimentos Batch
• Reducción biótica y abiótica de colorante azo a 55°C
Absorbancia a 539 nm (AU cm-1)
12
10
colorante
8
colorante + co-substrato
colorante+AQDS
colorante + co-substrato+AQDS
6
control sin lodo
4
2
0
0
1
2
3
Tiempo (días)
4
5
6
k / [VSS](dia-1.g-1L)
4. Resultados
3
4.1 Experimentos Batch
2
Efectos de la dosis del AQDS en la
reducción del colorante azo y
estabilidad del proceso.
1
0
0
0.01
0.02
0.03
AQDS (mM)
1000
co-substrato (mgDQO/l)
k / [VSS](dia-1.g-1L)
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4 5 6 7
AQDS (mM)
8
9 10
800
600
400
200
0
0
0.02 0.12 0.6
1.2
5
10
AQDS (mM)
Acetato
Propionato
Butirato
I
Periodo
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
1600
1400
80
1200
conc RR2 (mg/L)
4.2 Experimentos
continuos
1000
60
800
40
600
400
20
Eficienia (%)
4. Resultados
100
200
Efectos del AQDS en la
remoción del color. reactor 01 0
0
0
20
I
Periodo
II
III
40
60
80
IV
V
VI
100
VII
VIII
120
IX
140
X
1600
100
1400
80
55°C
1000
60
800
40
600
400
20
2
1
200
0
reactor 02
0
0
20
40
60
80
100
120
Tiempo (dias)
RR2 Influente
RR2 Efluente
Eficiencia (%)
140
Eficiencia (%)
conc RR2 (mg/L)
1200
4. Resultados
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
100
3000
2500
2000
60
1500
40
1000
Eficiencia (%)
(%)
Eficiencia
80
20
500
0
0
0
5
11 14 18 25 32 38 47 52 59 67 73 80 84 88 94 101 108 115 118 121 122 125
reactor 01
Periodo
3500
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
100
3000
80
60
2000
1500
40
1000
20
500
0
0
0
5
11 14
18 25 32 38
reactor 02
47
52 59
Influente
67 73 80 84 88
Time (days)
Tiempo
(días)
Efluente
94 101 108 115 118 121 122 125
COD Eficiencia
Efficiency(%)
(%)
Eficiencia
2500
DQO (mg/L)
(mg/L)
COD
Eficiencia de
remoción de DQO
Periodo
3500
DQO(mg/L)
(mg/L)
DQO
4.2 Experimentos
continuos
4. Resultados
4.2 Experimentos continuos
1800
RR2 conc
CH4
1500
1500
1200
1200
900
900
600
600
300
300
0
reactor 01
CH4 prod (mg DQO/dia)
concentración de RR2 y
producción de metano.
conc RR2 (mg/L)
1800
0
0
17
38
55
73
89
104
115
123
Tiempo(dias)
1800
1800
RR2 conc
1500
1500
CH4
1200
1200
900
900
600
600
300
300
0
reactor 02
0
0
17
38
55
73
89
Tiempo (días)
104 115 123
CH4 prod (mg DQO/dia)
2
conc RR2 (mg/L)
1
5. Conclusiones
• El AQDS no tiene efecto en la reducción del color
producida en la respiración endógena sugiriendo que
compuestos con propiedades mediadoras fueron
liberadas durante la lisis de las células.
• La adición del substrato incrementó en 1.7 veces la
reducción del color comparada con el control endógeno
porque el substrato proporcionó los electrones para
producir la ruptura del enlace azo.
• La adición de AQDS y substrato incrementaron en 2.6
veces la reducción del color comparada con el control
endógeno porque el AQDS aceleró el transporte de
electrones desde el co substrato hacia el colorante azo.
5. Conclusiones
• Elevadas concentraciones de AQDS fueron tóxicas.
Hubo una inhibición en la oxidación del acetato y en la
formación de metano, probablemente porque la
generación de AH2QDS fue afectada.
• Los reactores anaerobios termofílicos mostraron
elevadas eficiencias en la remoción del color en el orden
de 95% para el reactor con AQDS y 90% para el reactor
sin AQDS.
• El tratamiento anaerobio mostró una alta eficiencia para
tratar el RR2 un colorante reactivo azo con el grupo
reactivo triazyl el cual se sabe decrece la eficiencia de la
reducción del color.
5. Conclusiones
• No se evidenció toxicidad alguna en términos de
producción de metano en ambos reactores EGSB a pesar
de una elevada concentración del colorante azo (1.35 g/L
de RR2).
• No se evidenció una permanente absorción en el lodo.
Probablemente, debido a la hidrólisis del colorante azo o
elevada mineralización del lodo termofílico.
6. Recomendaciones para futuras
investigaciones
• Realizar el estudio de la toxicidad de los
colorantes azo en reactores anaerobios.
• Realizar el estudio de la secuencia del
tratamiento termofílico anaerobio-aerobio
hasta lograr una completa mineralización.
• Identificar los compuestos mediadores
liberados durante la lisis de las células.
OH
N
HO
N
NH2
N
NH
H2N
HO
N
SO3Na
SO 3Na
N
N
OH
N
NH
N
OH
NaO3S
OH
NaO3 S