APLICACIONES DE LA BIOOXIDACION DEL ION FERROSO

BIOOXIDACION DEL ION FERROSO Fe2+

+

H+

+ 1/4O2

microorganismos

Fe 3+ + 1/2 H2O

O2 Fe2+

CELULA

Fe3+

ACIDITHIOBACILLUS FERROOXIDANS MOVIL POR FLAGELO POLAR

GRAM-NEGATIVA

Se encuentra aislada o en parejas

FORMA BACILAR (1 x 0.5 µm)

MESOFILA

ACIDOFILA

Temperatura optima de crecimiento: 31ºC

Crece en un rango de pH entre 1 y 5

Soporta la presencia de iones metálicos de Zn, Ni, Cu, Al, Co, Mn, etc... AUTOTROFA ESTRICTA ESTRICTAMENTE AEROBIA

QUIMIOLITOTROFA OBLIGADA (crece sobre el ion Fe(II) y especies reducidas del S)

DESULFURACION DE GASES COMBUSTIBLES

EXTRACCION DE METALES CONTENIDOS EN MENAS SULFURADAS

APLICACIONES POTENCIALES DE LA BIOOXIDACION DEL ION FERROSO

? DEPURACION DE AGUAS PROCEDENTES DE MINAS DE SULFUROS METALICOS

BENEFICIO DE ESCORIAS DE LA INDUSTRIA PIROMETALURGICA DEL COBRE

DEPURACION DE LAS AGUAS DE DRENAJE DE LAS MINAS DE SULFUROS

Biolixiviación natural

MS

Mx+ SO42-

H+

Biooxidación controlada neutralización

Destrucción de Agua la flora y depurada fauna

L S

INCONVENIENTES DEL TRATAMIENTO PIROMETALURGICO DE MENAS DE SULFUROS DE Cu

MENA

TRITURACION

CONCENTRADO

FUSION

MOLIENDA

FLOTACION

CONVERSION

CONCENTRADO

ELECTROREFINO

Cu

PROBLEMAS: - PERDIDA DE Cu EN LAS ETAPAS SUCESIVAS DE CONCENTRACION (flotación, fusión y conversión). - LIMITES ESTRICTOS EN LA COMPOSICION DE LA MATERIA PRIMA. - EFLUENTES Y RESIDUOS CONTAMINANTES (colas de flotación, SO2 Y escorias) - ELEVADOS CONSUMO ENERGETICO (en molienda y fusión)

PROBLEMAS EN EL APROVECHAMIENTO DEL BIOGAS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

BIOGAS CO2 CH4 > 50% H2S > 1000 ppm y otros

DIGESTION ANAEROBIA DE SUSTANCIAS BIODEGRADABLES

(EDAR)

ENERGÍA

Subproducto de alto valor energético

EXTRACCION DE METALES DE MENAS SULFURADAS

DESULFURACION DE GASES COMBUSTIBLES

MINERAL O CONCENTRADO (SMe) GAS COMBUSTIBLE SIN SH2

Meº Fe(III)

Fe(III) SX/EW

LIXIVIACION OXIDACION DE SULFURO SMe + 2Fe3+ → Sº + Me2+ + 2Fe2+ METALICO

BIOOXIDACION 2Fe2+ + ½ O2 + 2H+

células

ELIMINACIÓN DE H2S OXIDACION DE SULFURO SH2 + 2Fe3+ → Sº + 2H+ + 2Fe2+ DE HIDROGENO

2Fe3+ + H2O

Fe(II) Residuo sólido

Fe(II)

S

S

L

Sº

L

O2

GAS COMBUSTIBLE CON SH2

BAJOS COSTES DE INVERSION Y OPERACION - PRESION ATMOSFERICA. - TEMPERATURA MODERADA - NO ES NECESARIA UNA MOLIENDA INTENSIVA - NO ES NECESARIO OBTENER CONCENTRADOS FINALES DE FLOTACION - CONSUMOS DE AGENTE LIXIVIANTE Y CATALIZADOR TEORICAMENTE NULOS

ELEVADOS RENDIMIENTOS DE EXTRACCION (> 95% PARA TIEMPOS DE RESIDENCIA DEL MINERAL DEL ORDEN DE HORAS)

ECONOMICAS

VENTAJAS DE LOS PROCESOS I.B.E.S Y B.R.I.S.A. TECNICAS EXTRAORDINARIA FLEXIBILIDAD RESPECTO DEL MATERIAL A TRATAR

MEDIOAMBIENTALES TRATAMIENTO CERRADO SIN EFLUENTES LIQUIDOS

INGENIERIA CONCEPTUAL DE LOS PROCESOS I.B.E.S Y B.R.I.S.A. MINERAL O CONCENTRADO

Fe(III)

LICOR FERTIL

O2 Fe(III) Fe(II)

M2+

LIXIVIACION

MS

L S

BIOOXIDACION BIOOXIDACION Fe(II) RESIDUO FINAL

BAJOS COSTES DE INVERSION Y OPERACION

PRODUCTIVIDAD SUFICIENTE PARA CUBRIR LA DEMANDA DE Fe(III) DE LOS SISTEMAS A NIVEL INDUSTRIAL

OBJETIVOS DEL DISEÑO TAMAÑO EN EL QUE SEA FACTIBLE EL CONTROL DE LA OPERACION (CONDICIONES DE FLUJO, AERACION Y TEMPERATURA)

CONFIGURACION DEL BIORREACTOR OPERACION EN CONTINUO

MODELO DE SUSPENSION BACTERIANA (RTAC)

MODELO DE PELICULA BACTERIANA SOPORTADA

CONFIGURACION DEL BIORREACTOR C.B.R.: COMPLEJIDAD MECANICA

LECHO FLUIDIZADO: LECHO FIJO: - FACIL OPERACION - ESTABILIDAD DE LA BIOPELICULA - ELEVADA CONCENTRACION DE CELULAS POR UNIDAD DE VOLUMEN DE REACTOR

DIFICULTADES EN EL CONTROL DE LA OPERACION: - DESESTABILIZACION DE LA BIOPELICULA - PROBLEMAS DE ESTABILIDAD EN EL FLUJO LIQUIDO

LECHO FIJO DE RIEGO POR PERCOLACION: GAS Y LIQUIDO EN CONTRACORRIENTE

MODO DE OPERACION

GAS

LECHO FIJO INUNDADO: GAS Y LIQUIDO EN CORRIENTES ASCENDENTES LIQUIDO

GAS

ELECCION DEL TIPO DE BIORREACTOR REACTORES DE LECHO FIJO DE RIEGO POR PERCOLACION Canalizaciones y zonas muertas

área de contacto gas-líquido no es controlable; similar a la superficie expuesta por el lecho

Tiempo medio de residencia no controlable durante la operación

A NIVEL INDUSTRIAL: - Amplia superficie de reactor. Temperatura no controlable (intemperie) - Tiempo medio de residencia y aeración no controlable durante la operación

BIORREACTOR DE LECHO FIJO INUNDADO Condiciones de flujo

El aire disperso como burbujas

Riego de la Biomasa más homogéneo Mayor tiempo medio de residencia por unidad de volumen de reactor

Tiempo medio de residencia controlable durante la operación

Control de la superficie de contacto G-L

Elevadas áreas de interfase G-L

LECHO FIJO INUNDADO

LECHO FIJO DE RIEGO POR PERCOLACION

LECHO FLUIDIZADO

CONTACTOR BIOLOGICO ROTATORIO

0

500

1000

2000 1500 2500 3000 PRODUCCION DE Fe(III) (g/h·m2)

3500

4000

INOCULO CELULAS DE ORIGEN DISTINTO DEL LUGAR DE APLICACION

CELULAS AUTOCTONAS DEL LUGAR DE APLICACION

ADAPTACION Los medios sintéticos de A LAS NECESIDADES REALES resiembra son similares a los DE LOS PROCESOS licores reales de proceso INDUSTRIALES

pH = 1.25

EFLUENTES DE LAS MINAS DE RIOTINTO

[Cu] = 20 g/L [Zn] = 5 g/L [NaCl] = 7.5 g/L

EJEMPLOS

KEROSENO + LIX 984N

CULTIVO MIXTO Acidithiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans Acidiphillium organovorum Acidiphillium facilis Acidiphillium cryptum

LA POROSIDAD INTERNA ES POCO INFLUYENTE.

BIOPELICULAS ESTABLES CON MATERIALES MUY DISTINTOS: PVC,

LA BIOPELICULA TAPONA LOS POROS

POLIURETANO, POLIESTIRENO, CARBON ACTIVO, MINERAL MARGINAL, VIDRIO,

ARENA SILICEA

SOPORTE DE LA BIOMASA LA GRANULOMETRIA INFLUYE SOBRE LA PRODUCTIVIDAD AFECTANDO: -AL ÁREA DE LA INTERFASE S/L -AL FLUJO DE LOS FLUIDOS

MATERIAL: •NO MANUFACTURADO •DE BAJO PRECIO •ACCESIBLE •CON EL QUE SE CONSIGUEN LAS MAYORES PRODUCTIVIDADES

3mm: RIEGO MAS HOMOGENEO

7mm: SE CONSIGUEN LAS MAYORES PRODUCTIVIDADES

METODOLOGIA DE CARGA DE BIOPELICULAS IMPREGNACION

PREPARACION DEL SOPORTE AIRE

RECIRCULACION

10 días

AIRE

CONTINUO

PREPARACION DEL INOCULO

CONDICIONES DE OPERACION pH

[Fe]

< 1 CONDICIONANTES METABOLICOS >1.7 PROBLEMAS DE FLUJO (PRECIPITACION DE JAROSITA)

> 15g/L INHIBICION

TEMPERATURA: 30-35 ºC, LA PRODUCTIVIDAD DESCIENDE LINEALMENTE CON EL DESCENSO DE LA TEMPERATURA

CAUDAL DE LIQUIDO

NO HAY ARRASTRE DE CELULAS SIGNIFICATIVO PARA CARGA HIDRAULICA1.7 PROBLEMAS DE FLUJO POR PRECIPITACION DE JAROSITA

[Fe] >

Varianza (min2)

Varianza normalizada

N

[Fe(II)] < 1.5 g/L BIOPELICULA NO ESTABLE: QUIMIOTAXIS

0,015 0,012

E(t)

Tiempo Caudal de medio de 15g/Llíquido INHIBICION residencia (mL/h) (min)

1970

97.7

3136.8

0.33

3.05

2406

79.1

1883.5

0.30

3.32

0,009

3.73 2832 65.7 DESCIENDE 1154.0 LINEALMENTE 0.27 TEMPERATURA: 30-35 ºC, LA PRODUCTIVIDAD CON EL 0,006

DESCENSO DE LA TEMPERATURA

0,003 0 0

50

100 150 tiempo (min)

200

250

DISMINUYE EL TIEMPO MEDIO DE RESIDENCIA DEL LIQUIDO

FLUJO MENOS MEZCLA CELULAS SIGNIFICATIVO PARA CARGA COMPLETA HIDRAULICA[biomasa]transferencia [O2]consumo