Degradación aerobia de cloruro de vinilo

Abstract

Debido a las altas concentraciones que se emiten de cloruro de vinilo el proceso de oxicloración para la producción del PCV, así como la acumulación de este contaminante a consecuencia de la degradación incompleta de compuestos altamente clorados como el tricloroetileno o percloroetileno se ha incrementado el interés por desarrollar tecnologías biológicas para la degradación de este compuesto, ya sea mineralizarlo o transformarlo a un contaminante menos agresivo para el medio ambiente como para el ser humano.

Se han evaluado diversos métodos para el control y eliminación de compuestos cloraros. Los tratamientos biológicos muestran algunas ventajas, siendo la biofiltración un sistema donde se aprovecha la capacidad de los microorganismos para degradar compuestos recalcitrantes. En el presente trabajo se presenta una propuesta para la degradación del CV y otros contaminantes por medio del desarrollo de un consorcio microbiano capaz de degradar compuestos organo-clorados como el cloruro de vinilo (CV), cis-dicloroetileno, trans-dicloroetileno, tricloroetileno (TCE) y eteno. Para lo cual se utilizó tezontle como soporte, dado que investigaciones anteriores han demostrado que proporciona nutrientes y humedad necesarios para el desarrollo y mantenimiento de microorganismos.

En la primera etapa del estudio se evaluó si el consorcio microbiano es capaz de degradar diferentes concentraciones de CV 20, 40 y 60 µM encontrando que en un periodo de 15 días se obtienen porcentajes de remoción del 55, 76 y 83% respectivamente con velocidades de consumo de 0.96, 2.57 y 4.23 µM/día.

Posteriormente, se llevaron a cabo experimentos con el fin de elucidar el efecto que tiene la degradación en una mezcla de contaminantes, ya que en una corriente real no se encuentran contaminantes puros. Debido a lo anterior, el consorcio microbiano fue expuesto a una mezcla de sustratos (eteno y CV). El consorcio degradó ambos contaminantes sin observar fase de adaptación, durante el proceso el mecanismo de degradación predominante fue la mineralización del contaminante (producción de CO2 y H2O). Durante ciertas etapas de cinética a las diferentes concentraciones evaluadas se determinó la acumulación momentánea del intermediario metabólico, eteno. Al aumentar la concentración de este ultimo compuesto y con una concentración pequeña de CV (20 µM) se observó la inhibición de la degradación del contaminante objetivo (CV), el consorcio microbiano consumió preferentemente el sustrato de fácil degradación. Las concentraciones que se evaluaron en mezcla de sustratos fueron 20, 60, 80 y 93 µM encontrando que las concentraciones que presentaron los mejores porcentajes de remoción fueron las concentraciones de 60 y 80 µM.

Como parte importante de la investigación se demostró que el consorcio era capaz de degradar otro tipo de contaminantes además del CV y eteno. Lo anterior se evaluó debido a que el CV y otros de los intermediarios de la degradación anaerobia del tricloroetileno (TCE), cis-trans-dicloroetileno (DCE), pueden estar presentes en efluentes gaseosos. El consorcio fue capaz de degradarlos bajo condiciones aerobias obteniendo porcentajes de remoción de 89%, 49% y 58% respectivamente.

Por medio de la adaptación del consorcio a contaminantes como eteno y CV los porcentajes de remoción para el CV aumentaron, mientras que los tiempos de remoción fueron menores a los obtenidos con el consorcio adaptado a diclorometano (DCM) como sustrato selectivo. Mediante la adaptación, el porcentaje de remoción se incrementó del 57% al 76%.

En el sistema de biofiltración de 250 mL se evaluó la degradación del eteno a dos diferentes concentraciones 40 y 270 µM. Estas fueron consumidas en 7 horas de cinética. Mientras que el sistema de biofiltración de 1.9L fue posible degradar hasta un 83% de CV (550 µM) en un tiempo máximo de 160 horas. Después de 72 horas de operación el consumo del contaminante se detuvo, debido posiblemente a la pérdida de humedad del sistema o a la falta de nutrientes para el consorcio microbiano.

ABSTRACT

Due to the high concentrations of vinyl chloride emitted in the oxychlorination process for the production of the polyvinyl chloride or PVC, and the accumulation of this contaminant as a result of an incomplete degradation of highly chlorinated compounds such as trichloroethene or perchloroethylene, there is an increasing interest in developing biological technologies for the degradation of this compound, either by mineralization or transformation into a less aggressive contaminant for both the environment and humans.

Several methods have been evaluated for controlling and removing chloride compounds. Biological treatments have some advantages over conventional technologies, being the biofiltration a system in which the microorganism´s capability is taking into account to degrade recalcitrant components. This work presents a method for the degradation of vinyl chloride and other contaminants through the development of a microbial consortium, able of degrading organochlorine compounds such as vinyl chloride (VC), cis and trans- dichloroethene (DCE), trichloroethene (TCE) and ethene. To achieve this, lava rock was used as a support, as previous studies have shown that provides nutrients and moisture needed for the development and sustenance of microorganisms.

At the first stage of this study, the potential of the consortium to degrade VC at different concentrations 20, 40 and 60 µM was evaluated. Reductions of 55, 76 and 83%, respectively, were obtained after 15 days with velocities of consumption of 0.96, 2.57 and 4.23 µM/day.

Afterwards, a series of experiments were done to elucidate the effect of degradation in a mixture of pollutants since in a real flow, pollutants are not pure components. The microbial consortium was exposed to a mixture of substrates (ethene and VC). The consortium degraded both molecules, without observing the lag phase. In this process, mineralization was the predominant mechanism of degradation (CO2 and H2O production). During certain kinetics stages, at the tested concentrations, it was determined the instant

accumulation of the metabolic intermediate, ethene. Degradation inhibition of the contaminant target (VC) was observed by increasing the concentration of ethene and for smaller concentrations of VC (20 µM) as the microbial consortium preferably consumed easily degradable substrate. The concentrations evaluated in mixed substrates were 20, 60, 80 and 93 µM, finding that the best removal percentages at concentrations of 60 and 80

µM.

As an important part of the work, it was also showed that the consortium was able to degrade other contaminants in addition to VC and ethene. This was evaluated because the VC and other intermediaries in the anaerobic degradation of TCE, cis-trans-DCE might be present in the gaseous emissions. The consortium was able to degrade these components under aerobic conditions obtaining removal percentages of 89%, 49% and 58%, respectively.

Through the adaptation of the consortium to contaminants such as ethene and the VC, the removal percentage of VC increased, whereas clearance times were lower than those obtained with the consortium adapted to DCM as a substrate selective. Through adaptation, the removal percentage increased from 57% to 76%.

The biofiltration system of 250 mL was evaluated for ethane degradation at two different concentrations 40 and 270 µM. These were consumed in 7 kinetics hours. While the 1.9 L biofiltration system was able to degrade up to 83% of VC (550 µM) in a maximum of 160 hours. After 72 hours of operation, the pollutant degradation was stopped, possibly due to loss of system moisture or lack of nutrients for the growing of the microbial consortium.