Biorremediacion

Biodesulfurización de queroseno con células inmovilizadas de Pseudomonas sp. No. 6 (aislado nativo) en un novedoso biorreactor de lecho de tubos con recirculación

Edelberto Silva1, Luis Caicedo2, Paula Pulido e Iván Lentijo

1 Departamento de Farmacia, Universidad Nacional de Colombia, A.A. 14490, Bogotá D.C., Colombia. Correo electrónico: esilvag@unal.edu.co

2 Departamento de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Colombia, A.A. 14490, Bogotá D.C., Colombia.

Recibido para evaluación: julio 26 de 2005

Aceptado para publicación: marzo 17 de 2006

RESUMEN

En este trabajo se realizó la biodesulfurización de queroseno con células inmovilizadas de Pseudomonas sp. ATCC 39327, en un sistema emulsionado, W/O 30/70 (v/v), con medio mínimo de sales (MMS) como fase dispersa. El sistema de inmovilización consta de dos paneles de 60 tubos cada uno. Los tubos de alta alúmina tienen 140 mm de largo, 6,6 mm de diámetro externo y 3,2 mm de diámetro interno, con una porosidad del 43% y capacidad de retención de 9,5x109 células/g de soporte, colocados dentro de una columna de vidrio enchaquetada, de 80 por 400 mm de zona de reacción, conectada a un tanque de recirculación, y el fluido se mueve con aire a razón de 8,8 pies3/h. Después de 120 horas de proceso a 30 ºC y presión atmosférica se obtuvo una remoción del contenido de azufre de 43% y una pérdida calórica menor del 2%.

Palabras clave: biodesulfurizacion, inmovilización celular, Pseudomonas.

SUMMARY

KEROSENE BIODESULFURIZATION BY IMMOBILIZED CELLS Pseudomonas sp. NO. 6 (NATIVE ISOLATED) AT A NEW BIOREACTOR OF PIPE BED WITH RECIRCULATION

In this work, the kerosene biodesulfurization was developed by immobilized cells of Pseudomonas spp. ATCC 39327, in an emulsioned system W/O 30/70 (v/v) with sales minimal medium as disperse phase. The immobilization system has two panels of 60 pipes each one. The “Alta Alumina” pipes has 140 mm long, 6,6 mm of external diameter and internal diameter 3,2 mm, with 43% porosity and retention capacity of 9,5x109 cells/g of support, put into jacked column, with a reaction zone of 80 by 400 mm of reaction zone, connected to recirculation tank, and the fluid is moved by air at 8,8 feet 3 /h. The process rendered a sulfur removal of 43% with a caloric lost of less than 2,0%, after 120 hours of treatment at 30 ºC and normal pressure.

Key words: biodesulfurization, immobilized cell, Pseudomonas.

INTRODUCCIÓN

Olor desagradable, toxicidad, disminución de la estabilidad de los productos del “cracking”, reducción del número de octano, corrosión (1) y aspectos ambientales como la generación de lluvia ácida y material particulado (PM10) (2) son algunos de los principales problemas relacionados con el contenido de azufre en los combustibles fósiles.

Para hacer frente a esta problemática global la legislación ambiental a nivel mundial ha estipulado diversas normas, cada vez más estrictas, referentes al uso de los combustibles fósiles, las emisiones atmosféricas, la protección de la calidad del aire y el contenido de azufre entre otras (3). En general, de acuerdo con la legislación colombiana, el contenido máximo de azufre permitido para las gasolinas debe ser inferior al 0,05% hasta enero 1 de 2006, fecha desde la cual debe disminuir a 0,03%. Para el diésel-ACPM la concentración permitida es de 0,05% desde enero 1 de 2002.

Existen diversas técnicas que incluyen tratamientos con ácido sulfúrico, soda cáustica, hipoclorito, cobre y sulfuro de plomo; por extracción con solvente e hidrogenación catalítica: hydrocracking, “hydroforming” e “hydrofining”. Este último proceso es el más usado en la industria del petróleo, el cual emplea catalizadores de óxidos metálicos, presiones y temperaturas altas y aún así no alcanzan a desulfurizar los tiofenos y benzotiofenos (4).

Un método alternativo o complementario a la hidrodesulfurización es la biodesulfurización, que remueve compuestos recalcitrantes empleando biocatalizadores; se espera que esta técnica ayude de manera efectiva en cuestión de costos y que pueda cumplir con las regulaciones de contenido de azufre. Importantes investigadores como Malik, Maliyants, Knetcht, Kodama, Labarde y Gibson han encontrado bacterias sulfatoreductoras y sus rutas metabólicas en la degradación de DBT, representativo de los compuestos organoazufrados (3).

Con el propósito de cumplir los requisitos exigidos, se considera la posibilidad de implantar la biodesulfurización (BDS) como un proceso alternativo y/o complementario a la hidrodesulfurización (HDS), con el que se logren remover los compuestos azufrados recalcitrantes (4-8). La BDS no requiere alta temperatura, presión o procesos colaterales, reduciendo significativamente los requerimientos energéticos, el capital y los costos de operación. Con ella se pueden lograr estándares ambientales mejorados a menor costo, no se altera significativamente el valor del calor de combustión y no degrada el octano.

La BDS es un proceso que actualmente se encuentra en fase de investigación, con estudios que abarcan el aislamiento y la caracterización de microorganismos desulfurizadores, los tratamientos con gas, carbón, petróleo y destilados del petróleo, así como el desarrollo de procesos con células libres e inmovilizadas en pequeña escala (9-11). Con miras a desarrollar un proceso que facilite el escalado, el presente estudio evalúa un nuevo sistema de inmovilización celular por adsorción y un nuevo reactor.

MATERIALES Y MÉTODOS

Microorganismo: Pseudomonas sp. No. 6. aislado nativo.

Medios de cultivo: medio mínimo de sales (MMS) (NaCl 1 g/L; NH4Cl 2 g/L; CaCl2H2O 0,01 g/L; FeCl36H2O 0,5 g/L; extracto de levadura 0,5 g/L.; agua destilada c.s.p. 1 litro). Caldo Luria (NaCl 5 g/L; extracto de levadura 5 g/L; peptona de caseína obtenida por digestión pancreática 10 g/L.; agua destilada c.s.p 1 litro).

Reactivos: queroseno (Ecopetrol), K2HPO4, KH2PO4, nitrógeno.

Soporte: es un haz de tubos de 140 mm de longitud, 5 mm de diámetro externo y 3 mm de diámetro interno, fabricado en ALTA ALÚMINA (Figura 1). Fue caracterizado de acuerdo con la norma ASTM C20-87. Se determinó el tamaño del poro y el área superficial disponible para la inmovilización, por medio de una prueba de adsorción física en el Sortómetro Autosorb Quantachrome del Laboratorio Instrumental de los Laboratorios de Ingeniería Química (LIQ) de la Universidad Nacional de Colombia. Se evaluó la resistencia térmica sometiendo los tubos de alúmina a presión de 20 psi y temperatura 121 ºC durante 15 minutos en autoclave con el fin de determinar su comportamiento bajo las condiciones propias del proceso de esterilización. Se determinó la cantidad

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