MXPA99008133A - Biodegradacion de lodos oleosos - Google Patents

Abstract

Se describe un método para la biodegradación de un lodo basado en petróleo comprendiendo una mezcla de hidrocarburos de petróleo. El método comprende formar una solución acuosa en un reactor de unaemulsión aceite-en-agua del lodo basado en petróleo, cultivo bacteriano y nutrientes para el cultivo bacteriano, teniendo el cultivo bacteriano la capacidad de crecer en hidrocarburos de petróleo como fuenteúnica de carbono y habiendo sido aislado de un suelo contaminado con hidrocarburos o lodo conteniendo hidrocarburos u otros ambientes ricos en bacterias degradantes de hidrocarburos, manteniendo la solución acuosa bajo condiciones aeróbicas en el reactor a una temperatura de al menos 10§C durante un período suficiente para reducir la cantidad de hidrocarburos por al menos 25%, y descargar la solución acuosa teniendo una cantidad reducida de hidrocarburos del reactor. El método puede ser usado en lodo conteniendo aromáticos, resinas y asfaltenos.

Description

BlODEGRADA lON "DE LODOS OLEOSOS La presente invención se dirige al tratamiento de lodos oleosos, y en particular a la biodegradación de lodos oleosos a productos ambientaímente aceptables. Como tal, la presente invención se dirige al tratamiento de composiciones con altas concentraciones de hidrocarburos de petróleo total/lodo, ejemplos de las cuales son lodos oleosos de refinería, lodos de fondos de tanques y buques tanques de almacenamiento de petróleo, lodos de residuos de pozos oleosos, las así llamadas emulsiones tratadoras o aceite de fango, lodos oleosos de procesamiento de sólidos conteniendo desechos oleosos incluyendo lodos centrifugados, finos de arcilla, y residuos de cieno de perforación. En contraste con los procesos de tratamiento de agua de desecho utilizando bajas concentraciones de hidrocarburos de petróleo totales o procesos para la producción de proteína de células simples, biomasa o células bacterianas - La b.odecjradación de materiales oleosos crudos ha sido dirigida principalmente a la limpieza, es decir, bio-remediación, de suelos y bordes I de playas contaminados con petróleo, como un resultado de derrames de petróleo en tierra de, por ejemplo, tanques de almacenamiento subterráneos, o de buques petroleros en el mar. Tal bio-remediación de hidrocarburos generalmente involucra la creación de condiciones en el suelo o en el borde de Ja playa que promuevan el crecimiento de 'm?croo ganÍsmos usando los hidrocarburos de petróleo, facilitando la conversión de jos hidrocarburos a biomasa y/o su degradación, de manera última a dióxido de carbono y agua. Los hidrocarburos son la fuente de carbono para crecimiento microbiano, aunque puede ser necesario adicionar otros ingredientes, especialmente nitrógeno y fósforo, como fertilizantes. Los microorganismos también requieren un rango de iones inorgánicos para el crecimiento, pero tales iones generalmente están presentes en cantidades adecuadas en la tierra que está siendo tratada. Los procesos de bio-remediación generalmente utilizan microorganismos aeróbicos que requieran la aereación/oxigenación al maximizar el contacto del material contaminado con oxígeno atmosférico a través de procedimientos de cultivo de suelo o al aerear usando sistemas de bombeo de aire a presión positiva y negativa. Se entiende que la jerárquica general de actividad microbiana en petróleo crudo es aIifáticos>aromáticos> res inas>asf áltenos. Así, los hidrocarburos de alto peso molecular y aromáticos son más difíciles de degradar, comparado con los alcanos menores. También se han usado sistemas de tratamiento líquido-sólido para degradar hidrocarburos de petróleo. Sin embargo, se encuentran largos periodos de tratamiento de degradación, por ejemplo, 50-100 días. El tratamiento de tierras de acietes crudos de desecho y lodos oleosos de refinería ha sido usado por muchos años como un método de disposición de petróleo y lodo. Las velocidades de biodegradación y crecimiento microbiano tienden a ser subóptimas en procesos de cultivos de tierra y el proceso no se controla fácilmente. Además, el proceso es influenciado por la composición del suelo, clima y temperatura, así como los métodos usados para cultivo en los procesos de cultivo de tierras. Para grandes refinerías, se tienen que consignar grandes áreas de tierra para tal proceso, y más aún, el primer paso en el proceso involucra la contaminación del suelo con los aceites a ser degradados. La patente estadounidense 3 899 376 describe un sistema de tanque simple o múltiples que se dirige principalmente a tratamiento de aguas de desecho. El proceso utiliza una cepa bacteriana particular de una colección de cultivos para el proceso de bio-remediación. La patente estadounidense 5 364 789 describe un limpiador microbiano que comprende al menos una cepa de microbios que ingiere hidrocarburos y un biocatalizador que transforma los hidrocarburos en substancias no tóxicas. El biocatalizador incluye un surfactante no iónico, una sal que absorbe cloro, al menos un nutriente de microbios y agua. Se declara que el limpiador puede ser usado virtualmente en cualquier situación que requiera la remoción de hidrocarburos, incluyendo limpiar tierra contaminada y tratar derrames de petróleo en suelo y agua. La patente estadounidense 5 271 845 describe un proceso para tratamiento de petróleo de hidrocarburo que es corregible para atacar por enzimas hidrolíticas extracelulares, una propiedad no compartida por los principales componentes de hidrocarburos de petróleo. La patente estadounidense 5 364 789 describe un limpiador microbiano, el cual, entre otras aplicaciones, puede ser usado par remover lodos oleosos. Este limpiador es desventajoso ya que se usan altas proporciones de tratamiento del limpiado.

JP-A-09038630 describe un sistema para el tratamiento de una suspensión oleosa usando un surfactante y bacterias, en el cual se adicionan altas cantidades de productos bacterianos y surfactantes. Se ha encontrado ahora un método para la biodegradación de una fracción de lodos de hidrocarburos de petróleo, usando tal método un reactor. De acuerdo a esto, un aspecto de la presente invención proporciona un método para la biodegradación de un lodo basado en petróleo, comprendiendo dicho lodo basado en petróleo una mezcla de hidrocarburos de petróleo, comprendiendo dicho método los pasos de: (a) formar una solución acuosa en un reactor de una emulsión aceite-en-agua, cultivo bacteriano y nutrientes para dicho cultivo bacteriano, siendo dicha emulsión aceite-en-agua una emulsión de dicho lodo basado en aceite en agua, teniendo dicho cultivo bacteriano la capacidad para crecer en hidrocarburos de petróleo como fuente única de carbono y habiendo sido aislado de un suelo contaminado con hidrocarburo o lodo conteniendo hidrocarburo u otros ambientes ricos en bacterias * degradantes de hidrocarburos, mediante técnicas de enriquecimiento microbiano usando hidrocarburos en el medio de selección, conteniendo dicho reactor hasta 50% en volumen de hidrocarburos de petróleo totales; (b) mantener dicha solución acuosa bajo condiciones aeróbicas en el reactor a una temperatura de al menos 1 0°C durante un periodo suficiente para reducir la cantidad de hidrocarburos por al menos 25%, y a un pH favorable para la promoción de crecimiento bacteriano y degradación de hidrocarburos; y (c) descargar la solución acuosa teniendo una cantidad reducida de hidrocarburos de petróleo totales de dicho reactor. En una modalidad preferida de la presente invención, los nutrientes comprenden compuestos biodisponibles de nitrógeno, fósforo y potasio, especialmente en los cuales el compuesto de nitrógeno es un ion de amonio, nitrato o nitrógeno orgánicos, y el fósforo es fosfato. En otra modalidad, el reactor contiene aproximadamente 5-50% en volumen de hidrocarburos de petróleo totales, especialmente aproximadamente 10-30% en volumen de hidrocarburos de petróleo totales. El lodo basado en petróleo contiene, de preferencia, hidrocarburos extraíbles con hexano en una cantidad en el rango de hasta 500 000 ppm, especialmente en el rango de 65 000-250 000 ppm. Para aclarar, la expresión hidrocarburos de petróleo totales (o TPHs) como se usa en la presente, se define como hidrocarburos extraíbles con hexano e hidrocarburos solubles en hexano. Todavía en otra modalidad, los nutrientes están en proporciones que corresponden a proporciones relativas en células bacterianas, y se suministran a concentraciones las cuales promueven altos niveles de crecimiento bacteriano y altas velocidades de degradación de hidrocarburos. En modalidades adicionales, los hidrocarburos de petróleo consisten de mezclas de hidrocarburos saturados, hidrocarburos aromáticos, resinas de hidrocarburos y asfáltenos, especialmente hidrocarburos de petróleo obtenidos de lodos de refinería de petróleo, del fondo de un tanque de almacenamiento para petróleo, de un cabezal de pozo en tierra o del lavado de una bodega en un buque tanque. En otras modalidades, la cantidad de nitrógeno requerida para soportar el proceso está en el rango de 50-1000 ppm, y de preferencia en el rango de 300-700 ppm, y la cantidad mínima de fosfato está en el rango de 10-200 ppm y de preferencia 50-1 50 ppm. En modalidades adicionales, la solución acuosa contiene un surfactante, más especialmente un surfactante no iónico o uno aniónico. El surfactante está en una cantidad suficiente para formar dicha emulsión aceite-en-agua, especialmente en la cual la cantidad de surfactante es menor que 2500 ppm y de preferencia menor que 1500 ppm. Se prefiere que la proporción de la cantidad de hidrocarburos de petróleo a surfactante sea al menos 40: 1 . En modalidades adicionales, la solución acuosa se trata en el reactor durante un tiempo de sostenimiento de al menos 7 días. En otras modalidades, el lodo es pretratado química o físicamente para mejorar la biodegradabilidad antes de, o durante, la biodegradación. Un aspecto adicional de la invención proporciona un método para la biodegradación de un lodo basado en petróleo, dicho lodo basado en petróleo comprende una mezcla de hidrocarburos de petróleo, comprendiendo dicho método los pasos de: (a) formar una solución acuosa en un reactor de una emulsión aceite-en-agua, cultivo bacteriano y nutrientes para dicho cultivo bacteriano, siendo dicha emulsión aceite-en-agua una emulsión de dicho Iodo basado en aceite en agua, teniendo dicho cultivo bacteriano la capacidad de crecer en hidrocarburos de petróleo como fuente única de carbono y siendo bacterias nativas en el lodo basado en petróleo, multiplicándose tales bacterias nativas y degradando el lodo, conteniendo dicho reactor hasta 50% en volumen de hidrocarburos de petróleo totales; (b) mantener dicha solución acuosa bajo condiciones aeróbicas en el reactor a una temperatura de al menos 10°C durante un periodo suficiente para reducir la cantidad de hidrocarburos por al menos 25%, y a un pH favorable para la promoción de crecimiento bacteriano y degradación de hidrocarburos; y (c) descargar la solución acuosa teniendo una cantidad reducida de dichos hidrocarburos de dicho reactor. El método de la presente invención se refiere a la biodegradación de un lodo basado en petróleo. El lodo basado en petróleo comprende una mezcla de hidrocarburos de petróleo y puede incluir contaminantes líquidos o sólidos no de petróleo y agua. La mezcla de hidrocarburos de petróleo normalmente comprendería una mezcla de hidrocarburos alifáticos, hidrocarburos aromáticos, resinas de hidrocarburos y asfáltenos.

La presente invención se dirige particularmente a la biodegradación de una mezcla de los hidrocarburos de petróleo de entre los alifáticos, aromáticos, resinas y asfáltenos. Tales mezclas de hidrocarburos de petróleo pueden ser obtenidas a partir de una variedad de fuentes. Por ejemplo, la mezcla puede estar en la forma de un lodo obtenido de una refinería de petróleo. El lodo también puede ser obtenido del fondo de un tanque de almacenamiento que ha sido usado para el almacenamiento de aceite de petróleo, siendo obtenido el lodo particularmente cuando el tanque de almacenamiento es limpiado o drenado. De manera alternativa, la mezcla de hidrocarburos podría ser un residuo de petróleo obtenido de alrededor de un cabezal de pozos en tierra, ser un material de finos de arcilla conteniendo petróleo o ser de la limpieaza de una bodega de un buque tanque usado para la transportación de productos de petróleo. La mezcla de hidrocarburos de petróleo, la cual es referida en la presente como un lodo, también puede ser obtenida de una variedad de otras fuentes. En cada caso, el lodo está caracterizado por tener una proporción substancial de hidrocarburos de petróleo finales pesados, los cuales pueden requerir uso de un agente de solubilización o surfactante para facilitar el mezclado y dispersión en agua, como una emulsión aceite-en-agua. El método de la presente invención se realiza en un reactor. Se prefiere que el reactor sea un reactor de etapa simple que está cargado con la solución descrita en la presente, que se permite incubar durante un periodo para reducir la cantidad de hidrocarburos dentro de la solución acuosa, y entonces se descarga subsecuentemente del reactor. No obstante, se entenderá que el reactor estaría en la forma de una serie de reactores en los cuales se pasa la solución acuosa de reactor a reactor antes de ser descargada finalmente del proceso para la biodegradación del lodo. En el método, una solución acuosa se alimenta al reactor. La solución acuosa está comprendida de una emulsión aceite-en-agua, cultivo bacteriano y nutrientes para el cultivo bacteriano. El lodo está en la forma de la emulsión aceite-en-agua. La cantidad de hidrocarburos de petróleo alimentada al reactor es gobernada primariamente por la formación de la emulsión aceite-en-agua. En particular, la solución acuosa puede contener hasta 50% en volumen de hidrocarburos de petróleo totales, dependiendo de los hidrocarburos particulares. En las modalidades preferidas, el reactor contiene 5-50% en volumen de hidrocarburos de petróleo totales, especialmente 10-30% en volumen. El lodo basado en petróleo contiene hidrocarburos extraíbles con hexano. En las modalidades preferidas, la cantidad de hidrocarburos extraíbles con hexano es hasta 500 000 ppm, especialmente en el rango de 65 000 - 250 000 ppm. Normalmente sería necesario incorporar un surfactante en la solución acuosa y someter la solución acuosa a agitación, con el fin de formar la emulsión aceite-en-agua. El surfactante es, de preferencia, un surfactante no iónico o aniónico, y se usa en una cantidad suficiente para formar la emulsión. No obstante, la cantidad del surfactante es de preferencia, menor que 2500 y particularmente menor que 1 500 ppm.

Además, la cantidad de surfactante, si se adiciona, se mantiene a un nivel tan bajo como sea consistente con la obtención de la emulsión aceite-enagua. En particular, se prefiere que la proporción de hidrocarburo de petróleo a surfactante sea al menos 40: 1 , y especialmente al menos 60: 1. La solución acuosa también contiene un cultivo bacteriano. El cultivo bacteriano usado en el método de la presente invención es un cultivo bacteriano que ocurre de manera natural. Tal cultivo puede ser aislado de un suelo contaminado con hidrocarburos o de lodo conteniendo hidrocarburos o de otros ambientes, incluyendo suelo o Iodo activado, el cual puede ser rico en bacterias degradantes de hidrocarburos, y se inocularon en un medio basal, como se describe en la presente. El cultivo bacteriano se selecciona por su capacidad para crecer en hidrocarburos de petróleo como la fuente predominante de carbono en el medio basal. Las técnicas de enriquecimiento bacteriano para aislamiento de un cultivo bacteriano capaz de crecer en hidrocarburos es bien entendida en la técnica. Las técnicas típicas comprenden adicionar una muestra de suelo, lodo u otro material conteniendo una gran población de bacterias a un medio acuoso conteniendo hidrocarburos como fuente única o predominante de carbono. También se adicionan otros componentes químicos incluyendo una fuente de nitrógeno inorgánico, fósforo y sales necesarios para soportar el crecimiento bacteriano. Tal medio puede ser usado para promover preferencialmente la multiplicación de bacterias degradantes de hidrocarburos usando métodos de cultivación microbiana aeróbica estándares, incluyendo incubación en recipientes de cultivo microbiano aereados. Se selecciona un eficiente cultivo degradante de hidrocarburos por transferencia de una pequeña cantidad del cultivo de crecimiento resultante a muestras adicionales del mismo medio y repitiendo el proceso una o más veces. El cultivo puede mantenerse o almacenarse usando métodos bien conocidos en la técnica. Con el fin de preparar un cultivo de alta densidad para usarse como un inoculo para degradación de lodo, el cultivo mantenido puede inocularse en un medio acuoso consistiendo de los nutrientes descritos en la presente, complementado con hidrocarburos de petróleo e incubados en un reactor aereado o fermentador u otro recipiente de cultivo. El volumen de inoculo preferido es 0.1 -20% en volumen de volumen de cultivo total, de preferencia 1 -5% en volumen. La concentración preferida de hidrocarburos de petróleo usado en este medio de desarrollo de inoculo es 0.5-5% , y puede obtenerse de varias fuentes incluyendo lodos de petróleo, petróleos crudos o aceites refinados, tales como diesel. Una proporción de aereación típica del reactor de inoculo es 0.1 -1 .0 volúmenes de aire por volumen de medio por minuto, con el cultivo incubado en el rango de temperatura 20-37°C por 1 -7 días, de preferencia a 27-33°C, a un pH mantenido generalmente en el rango 6.5-8.0, de preferencia en el rango 7-7.5. El cultivo bacteriano resultante puede ser usado para inocular el reactor conteniendo el lodo a ser degradado, a una proporción de 0.1 -20% de volumen de lodo total, de preferencia 1 -5%. Donde se requiere un volumen mucho mayor de inoculo, el inoculo resultante puede ser transferido como un inoculo a un recipiente de cultivo mayor y el proceso de desarrollo de cultivo se repite en la escala mayor.

La solución acuosa alimentada al reactor también contiene nutrientes para el cultivo bacterinao. Puede usarse una amplia variedad de nutrientes para el cultivo bacteriano, como será entendido por personas expertas en la técnica. Tales nutrientes incluirán compuestos de nitrógeno, fósforo y potasio, y normalmente también incluirían una variedad de otros ingredientes. En particular, los nutrientes comprenden compuestos biodisponibles de nitrógeno y fósforo. En las modalidades, la cantidad de nitrógeno está en el rango de 50-1000 ppm y de preferencia 400-700 ppm, y la cantidad de fosfato está en el rango de 10-200 ppm, y de preferencia 50-150 ppm. Además de los compuestos de nitrógeno y fósforo, el nutriente también contiene concentraciones optimizadas de compuestos diferentes de nitrógeno, fósforo, carbono, oxígeno y sodio, requeridos para soportar el crecimiento bacteriano y por lo tanto, normalmente es necesario adicionar al reactor uno o más de magnesio, manganeso, azufre inorgánico u orgánico, calcio, hierro, cobre, cobalto, cinc, boro y molibdeno. Se apreciará que una guía para la selección de las cantidades relativas de nitrógeno, fósforo y otros nutrientes requeridos, relacione las concentraciones con las cantidades de estos componentes presentes en las células bacterianas. Al proporcionar un balance apropiado de nutrientes y mediante ajuste de concentración de nutrientes, es posible lograr altos niveles de crecimiento de bacterias degradantes de hidrocarburos y así, velocidades aceleradas de degradación de hidrocarburos. Por ejemplo, Greasham (1 993) "Biotechnology, a multivolume comprehensive treatise" (Biotecnolog ía, un tratado extenso de múltiples volúmenes" (Eds, Rehm, H.J. , et al) Vol. 3, p.1 31 , VCH, Weinheim) ha reportado que la composición elemental no de carbonos normal de componentes bacterianos mayores es nitrógeno 12.5%; fósforo, 2.5%; potasio, 2.5%; sodio, 0.8%; azufre, 0.6%; calcio, 0.6%; magnesio, 0.3%; cobre, 0.02%; manganeso, 0.01 % y hierro, 0.01 %). El uso de concentraciones y proporciones apropiadas de nutrientes tiene a evitar una situación donde el crecimiento sea limitado por supresión de un nutriente esencial, al tiempo que todos los demás nutrientes pueden estar presentes en exceso. El hidrocarburo proporciona la fuente de carbono para el crecimiento; el oxígeno se obtiene por aereación del cultivo; el sodio se proporciona en la forma de sosa cáustica, requerida para ajustar el pH. También se entiende que en algunos casos, algunos de estos componentes de nutrientes pueden estar presentes en cantidades suficientes en algunos lodos de petróleo o agua adicionada, de manera que la adición de nutrientes seleccionados puede no ser requerida en algunos casos. Una desventaja de depender de los nutrientes presentes como contaminantes en el lodo o agua es que sus concentraciones pueden ser variables, introduciendo así inconsistencias en el proceso. Un ejemplo de una composición de nutrientes es como sigue: N como NH , NO3, u N orgánico 500-700 ppm P como fosfato o forma relacionada 100-120 ppm K 50-90 ppm Mg 10 ppm Mn 1 -4 ppm S como sulfato o azufre orgánico 15 ppm Ca 8-1 2 ppm Ion férrico 1 ppm Cobre 0.5 ppm Surfactante (no iónico o aniónico) 1250 ppm Co, Zn, B, Mo 5-10 ppb cada uno Las proporciones relativas de estos nutrientes son similares a las proporciones normalmente encontradas en las composiciones de las células bacterianas. Otros ejemplos de composiciones de nutrientes están dados en los Ejemplos en la presente más adelante. La solución acuosa en el reactor es mantenida a una temperatura de al menos 10°C. Las temperaturas preferidas son 1 5-37°C, y especialmente 20-33°C. La solución acuosa es mantenida en el reactor durante un periodo suficiente para reducir la cantidad de hidrocarburo de petróleo total es 5-20 días, dependiendo del hidrocarburo de petróleo siendo tratado y las condiciones del reactor. Subsecuente al mantenimiento de la solución acuosa a la temperatura predeterminada durante un periodo, la solución acuosa se descarga del reactor. La solución acuosa tiene una cantidad reducida de hidrocarburos, incluyendo una cantidad reducida de los hidrocarburos del grupo comprendiendo los aromáticos, resinas y asfáltenos. La presente invención puede ser usada por la biodegradación de lodos, como se describe en la presente. En particular, puede usarse para la biodegradación de una combinación de componentes de hidrocarburos de entre las fracciones: saturados, aromáticos, resinas y asfáltenos.

También puede ser usada para degradar preferencialmente una proporción de los hidrocarubors, en una manera la cual provoca que la emulsión se rompa y facilite la separación de una fase de agua y una fase oleosa residual. El fase oleosa resiudal puede ser recuparada para reuso. De manera alternativa, la fase oleosa puede ser reciclada al siguiente ciclo de reactor siendo descargada solo la fase acuosa del reactor. La fase acuosa contiene altas concentraciones de bacterias degradantes de hidrocarburos. De esta manera, la fase acuosa puede usarse para procesos incluyendo procesos de bio-remediación de suelo, mediante atomización directa del agua en el suelo contaminado. De manera alternativa, las bacterias pueden recuperarse de la fase acuosa por métodos conocidos (filtración o centrifugación) y subsecuentemente, las bacterias pueden aplicarse en estos otros procesos. Donde los lotes subsecuentes de lodo van a ser degradados en el reactor, una porción del lodo degradado ascendiendo a, por ejemplo, 1 -20% del volumen del reactor, puede ser retenida en el reactor siguiendo descarga, como una fuente de inoculo para el siguiente lote de lodo. Además del proceso de degradación de lodo por lotes antes descrito, se prevee que la invención se extienda a procesos de reactores de alimentación por lote, continua o semi-continua. En el proceso de alimentación por lote, después del proceso en lote ha procedido durante algún tiempo, se agregan lodo y/o nutrientes/surfactantes adicionales en uno o más intervalos y se permite que el proceso continué. En procesos continuos o semi-continuos, se remueve el lote degradado del reactor y se reemplaza con lodo sin degradar y nutrientes/surfactantes en una base continua o a intervalos, respectivamente. La invención es ilustrada mediante los siguientes ejemplos. A menos que se declare de otra manera, todos los ejemplos de la invención ¡lustrados en la presente fueron conducidos bajo condiciones no estériles. Además, todas las reacciones de biodegradación ejemplificadas en la presente, usaron emulsiones aceite-en-agua.

EJEMPLO I Ei medio basal usado en este ejemplo contenía (por I): KH2PO4, 1 .0 g; Na2H PO4, 1 .5 g; MgSO4«7H2O, 0.2 g ; Na2CO3, 0.1 g; CaCI2.2H2O, 0.05 g; FeSO4, 0.005 g; MnSO4, 0.02 g; y solución de metales en trazas, 3 ml. La solución de metales en trazas contenía (por I): ZnCI2.4H2O, 0.0144 g; CoCI2, 0.012 g; Na2MoO4.2H2O, 0.012 g; CuSO4.5H2O, 1 .9 g; H3BO4, 0.05 g; y HCl, 35 ml. El pH inicial del nutriente se ajustó a 7.2. Se mantuvo una población de cultivo bacteriano mezclado en un fermentador de ciclón con un volumen de trabajo de un litro. Se seleccionaron bacterias degradantes de hidrocarburos de petróleo por su capacidad para crecer en hidrocarburos de petróleo como la única fuente de carbono en el medio basal antes descrito. Para iniciar la selección de cultivo bacteriano degrandante de hidrocarburos de petróleo, una población mezclada de bacterias, aislada de suelo contaminado con hidrocarburos, se inoculó en medio basal complementado con 2.0 g de NH4CI/I y 1 .0 g de NaNO3/l en el ciclón. El lodo A o B (60 g/l) se usó como fuente de carbono; los lodos son descritos más adelante. Se encontró que la población bacteriana alcanzó 108 a 1 010 CFU/ml en una semana. Posteriormente, el cultivo se mantuvo al remover 10% en volumen del reactor y reemplazar con 1 0% en volumen de medio basal fresco y lodo cada día. Usando este procedimiento, se mantuvo un cultivo activamente en crecimiento. Las muestras de lodos se recolectaron de diferentes estanques o lagunas ubicadas en diferentes refinerías de petróleo. El contenido de hidrocarburos de petróleo totales (TPH) (extraíbles con hexano) se determinó para cada lodo. La composición de los diferentes lodos se proporciona en la Tabla 1 .

Tabla 1 Fuente de lodo Soluble en Insolluble en Agua (%) hexano (%) hexano (%) Lodo A 25 13 62 Lodo B 13 3 84 Lodo C 12 11 77 Lodo D 65 15 20 Lodo E 31 16 53 Lodo F 22 6 72 Lodo G 89 11 0 EJEMPLO 11 El medio de nutrientes usado para biodegradación en este ejemplo consistió del medio basal complementado con 2.0 g de urea/1 y 1 .0 g de extracto de levadura/l. Las corridas para determinar la biodegradación de hidrocarburos de petróleo totales (TPH) con respecto al tiempo de incubación se realizaron en 250 ml de matraces Erlenmeyer conteniendo 1 0 ml de medio de nutriente y 10 g de lodo, dando una concentración de lodo final de 50% en los contenidos totales del matraz. Los matraces se inocularon con 0.6 ml de cultivo mezclado creciendo activamente del ciclón, se mantuvieron como se describió antes, y se incubaron durante 24 días a 25°C. El contenido de TPH residual se determinó como sigue. A diferentes intervalos de tiempo, los contenidos de matraces completos se extrajeron con 40 ml de hexano y se centrifugaron a 10 000 rpm durante 20 minutos. La capa de hexano (superior) se pipeteó y se transfirió a un frasco pre-pesado. Se permitió que el hexano se evaporara en una campana de ventilación y el petróleo residual se pesó para determinar los hidrocarburos de petróleo totales (TPH). Los resultados están dados en la Tabla 2.

Tabla 2 Tiempo de incubación (días) Degradación de TPH (%) 6 32 14 37 18 47 24 48 Se encontró que sobre un periodo de 18 días, ocurrió aproximadamente 47% de degradación de TPH. No se obtuvo ninguna diferencia significativa en niveles de degradación entre 18 y 24 días.

EJEMPLO lll Con el fin de investigar el efecto de surfactante en la biodegradación de TPH, se probaron 5 diferentes surfactantes a 0.25% de concentración. En cada prueba, se colocaron 10 ml de medio de nutrientes, 10 g de petróleo de lodo y 0.5 mi de solución surfactante madre (10% acuosa) en un matraz Erlenmeyer de 250 ml. Los contenidos del matraz se inocularon con 0.6 mi de cultivo creciendo activamente de un fermentador de ciclón y se incubaron en un agitador rotatorio (200 rpm) durante 14 días a 25°C. El contenido de TPH residual se determinó después de la extracción con hexano. Los resultados están dados en la Tabla 3.

Tabla 3 Surfactante Degradación de TPH (%) Ninguno 46 lgepalM R CO-630 66 BiosoftMR EN-600 63 SorbaxMR PM030 42 WitcomulMR 4078 41 Marlipal R O 1 3/120 45 Todos los surfactantes dieron una emulsión aceite-en-agua. De los 5 surfactantes probados, se encontró que 2 surfactantes viz. Igepal CO-630 y Biosoft EN600 fueron más efectivos. Se logró aproximadamente 66% de degradación de TPH en la presencia del surfactante de Igepal, comparado con 46% en una corrida de control en la ausencia de cualquier surfactante.

EJEMPLO IV El efecto de la concentración de lodo sobre la biodegradación de TPH se investigó usando dos diferentes lodos a concentraciones de 20%, 50%> y 90%. Cada conjunto de matraces contenían lo siguiente: (a) 16 mi de medio de nutrientes y 4 g de lodo; (b) 10 ml de medio de nutrientes y 1 0 g de lodo; (c) 20 g de lodo y 2 ml de medio de nutrientes de fuerza 1 0x. Los matraces (250 ml) se inocularon con 600 ml de cultivo creciendo activamente de un fermentador de ciclón, y se incubó en un agitador rotatorio (200 rpm) a 25°C durante 14 días.

Los resultados están dados en la Tabla 4.

Tabla 4 Tipo de lodo Concentración de lodo Degradación de TPH (% % v/v de cantidad de inicio) Lodo A (a) 20 70 (b) 50 56 (c) 90 36 Lodo B (a) 20 91 (b) 50 81 (c) 90 56 Se encontró que la concentración de lodo afectó el grado de degradación de TPH.

EJEMPLO V Se formó un medio referido en la presente como medio NPK al reemplazar, KH2PO4 y Na2HPO4, en el medio de nutrientes, con fertilizante NPK (nitrógeno:fósforo:potasio) (1 5:30: 15) a una proporción de 0.8 g/l. todos los demás componentes en el medio fueron los mismos como se describió antes. Los experimentos fueron conducidos con dos lodos diferentes. Los matraces Erlenmeyer contenían 50% v/v de medio NPK y 50% v/v de lodo junto con 0.25% de surfactante (Igepal CO-630) basado en el volumen de cultivo total.

Otras condiciones fueron las mismas que aquéllas descritas en el Ejemplo ll l . Los resultados están dados en la Tabla 5.

Tabla 5 Fuente de lodo Medio Degradación de TPH (% de cantidad de inicio) Lodo A Nutriente 60 NPK 58 Lodo B Nutriente 73 NPK 71 No se observó ninguna diferencia significativa entre los resultados obtenidos con medio basal y con medio NPK.

EJEMPLO VI Se realizó la biodegradación de TPH en diferentes lodos en matraces bajo condiciones de agitación. Los matraces Erlenmeyer conteniendo medio NPK y lodo (50:50, v/v) se inocularon con el cultivo mezclado creciendo activamente, y se incubaron durante 14 días a 30°C.

Tabla 6 Tipo de lodo Concen itración de lodo Degradación de TPH (%) (%) A 50 61 B 50 76 D 12.5 54 E 50 89 G 1 0 42 Los resultados indican que puede obtenerse 42 a 89% de degradación de TPH usando este proceso. El lodo G, siendo un lodo de petróleo pesado, fue el que menos se degradó.

EJEMPLO Vil Se probaron fuentes de nitrógeno complejo alternativas a extracto de levadura usando Lodo A y Lodo B. Este experimento se realizó usando medio NPK 50% v/v, lodo 50% v/v y 0.25% v/v de Igepal CO-630 en matraces Erlenmeyer de 250 ml incubados a 25°C durante 14 días en un agitador rotatorio (200 rpm). Los resultados están dados en la Tabla 7.

Tabla 7 Tipo de lodo Fuente de nitrógeno compleja Degradación de TPH (% de cantidad de inicio) Lodo A Extracto de levadura 59 Sólidos de infusión de maíz 52 Proteína de semilla de algodón 51 Proteína de papa 49 Lodo B Extracto de levadura 75 Sólidos de infusión de maíz 85 Proteína de semilla de algodón 83 Proteína de papa 79 Todas las fuentes de nitrógeno alternativas probadas, a una concentración de cultivo final de 0.5 g/l, dieron un rendimiento similar a 0.5 g/l de extracto de levadura.

EJEMPLO VIII Se probó la biodegradación de diferentes fracciones de hidrocarburos usando matraces de Erlenmeyer de lodo B que contenían 50% v/v de lodo, 50% de medio NPK y 0.25% de Igepal CO630. Después de la inoculación con un cultivo creciendo activamente, los matraces se incubaron en un agitador rotatorio durante 14 días a 30°C. El contenido completo del matraz se extrajo una vez con hexano seguido por diclorometano. Después de la centrifugación ambos extractos se combinaron y el solvente se evaporó. El hidrocarburo residual se disolvió en hexano y se centrifugó. Un peso conocido de porción soluble en hexano se pasó a través de una columna (0.75 x 27 cm) de gel de sílice (activado a 100°C durante la noche). Aplicaciones sucesivas de hexano (120 ml), diclorometano (30 ml) y cloroformo: metanol (1 : 1 , 15 ml) produjeron fracciones conteniendo hidrocarburos saturados, aromáticos, y polares (resinas), respectivamente. Los resultados están dados en la Tabla 8.

Tabla 8 Fracción % de hidrocarburos % de degradación totales Saturada 73-77 73-77 Aromáticos 1 1 -13 65-69 Resinas 8-10 61 -63 Los resultados indican que se degradaron todos los componentes mayores de TPH.

EJEMPLO IX Se condujo este experimento para determinar si el pretratamiento con un proceso oxidativo avanzado (reactivo de Fenton viz. H2O2 + FeSO4) podría intensificar la degradación de TPH en lodo. Se realizó el pretratamiento y biodegradación subsecuente en el mismo matraz. Para el pre-tratamiento, el Lodo A se diluyó con agua para obtener 20 ml de un 50% v/v de concentración de lodo. pH de la mezcla se ajustó a 4.0 al adicionar HCl 4N. H2O2 y FeSO4 se adicionaron a concentraciones de 0.3% v/v y 10 milimolar, respectivamente. Los matraces se mantuvieron en un agitador rotatorio (200 rpm) a 25°C durante 2 días. Posteriormente, 2 ml de medio NPK (concentrado 10 veces) se adicionaron en forma sólida y el pH se ajustó a 7.0 por adición de solución de NaOH 2N. Los matraces se inocularon con un inoculo creciendo activamente (600 ml) de un fermentador de ciclón y se incubaron a un agitador rotatorio durante un periodo de 28 días. Se probaron los siguientes tratamientos: (a) ningún pre-tratamiento o adición de surfactante; (b) pre-tratamiento de reactivo de Fenton sin surfactante; (c) adición de 0.25% de Igepal CO-630, sin pre-tratamiento de Fenton; y (d) pretratamiento de reactivo de Fenton en la presencia de 0.25%) de Igepal CO-630. Los resultados están dados en la Tabla 9.

Tabla 9 Tratamiento Tiempo de incubación (días) 7 14 21 28 % de degradación de TPH Ninguno 28 42 46 53 Pretratamiento de Fenton (48 h) 36 61 64 65 Surfactante (0.25%) 42 61 66 72 Pretratamiento de Fenton (48 h) en 43 64 68 72 la presencia de surfactante (0.25%) Los resultados indican que el pre-tratamiento de lodos con un agente oxidativo o adición de surfactante aumentó significativamente el grado de degradación de TPH en petróleo de lodo.

EJEMPLO X Se evaluó el desempeño de la biodegradación de TPH en diferentes lodos en diferentes tipos de reactores. Los reactores probados fueron de diferente configuración y escala. Las pruebas de biodegradación en matraces Erlenmeyer se realizaron como se describió en otros ejemplos. Los fermentadores de ciclón fueron como se describió antes. Los reactores de alza de aire se ajustaron con rociadores y se conectaron a una fuente de aire. El mezclado en los reactores se logró al suministrar aire a la proporción de 0.5 volumen/minuto y 0.125%) de surfactante. Se usó medio NPK y lodo (50:50 v/v) en estos experimentos. Todos los reactores se inocularon con un cultivo mezclado creciendo activamente. Los resultados se presentan en la Tabla 10.

Tabla 1 0 Tipo Tipo de reactor E scala de Ti emp o de Biodegradación de p? 'oceso incubación de TPH lodo (li ¡tros) (d ías) (%) E Matraz Erlenmeyer 0.25 20 74 E Alza de aire 150 14 70 F Alza de aire 150 14 84 B Matraz Erlenmeyer 0.25 14 81 B Ciclón 1 8 85 C Alza de aire 18000 1 1 84 Los resultados muestran que la degradación de lodo eficiente ocurre en diferentes tipos de reactores aereados y a diferentes escalas de operación variando desdé laboratorio hasta escala de producción.

EJEMPLO XI Se evaluó la biodegradación de TPHs en finos de arcilla en cultivos de matraz con agitación. Los matraces conteniendo finos de arcilla (TPH, 1 0.5%>, p/v, y medio N PK 50:50, p/v) y 0.25%, p/v de Igopal CO-630 se inocularon con un cultivo creciendo activamente y se incubaron durante 14 días a 30°C. Se determinó el contenido de TPH residual y los resultados son mostrados en la Tabla 1 1 .

Tabla 1 1 Tiempo de incubación (días) % de degradación de TPH 7 77 14 92 Los resultados indican que puede lograrse 92% de finos de arcilla en 14 días usando este proceso.

Claims (38)

1. REIVI NDICACIONES 1 . Un método para la biodegradación de un lodo basado en petróleo, comprendiendo dicho lodo basado en petróleo una mezcla de hidrocarburos de petróleo, comprendiendo dicho método los pasos de: (a) formar una solución acuosa en un reactor de una emulsión aceite-en-agua, cultivo bacteriano y nutrientes para dicho cultivo bacteriano, siendo dicha emulsión aceite-en-agua una emulsión de dicho lodo basado en aceite en agua, teniendo dicho cultivo bacteriano la capacidad para crecer en hidrocarburos de petróleo como fuente única de carbono y habiendo sido aislado de un suelo contaminado con hidrocarburo o lodo conteniendo hidrocarburo u otros ambientes ricos en bacterias degradantes de hidrocarburos, mediante técnicas de enriquecimiento microbiano usando hidrocarburos en el medio de selección, conteniendo dicho reactor hasta 50% en volumen de hidrocarburos de petróleo totales; (b) mantener dicha solución acuosa bajo condiciones aeróbicas en el reactor a una temperatura de al menos 10°C durante un periodo suficiente para reducir la cantidad de hidrocarburos por al menos 25%, y a un pH favorable para la promoción de crecimiento bacteriano y degradación de hidrocarburos; y (c) descargar la solución acuosa teniendo una cantidad reducida de hidrocarburos de petróleo totales de dicho reactor.
2. 2. El método de la reivindicación 1 , en el cual dichos nutrientes comprenden componentes qu ímicos de células bacterianas en proporciones que corresponden a proporciones relativas en células bacterianas que ocurren de manera natural, y suministrados a concentraciones que promueven altos niveles de crecimiento bacteriano y altas proporciones de degradación de hidrocarburos.
3. 3. El método de la reivindicación 1 o reivindicación 2, en el cual dichos nutrientes comprenden nitrógeno biodisponibles y fósforo.
4. 4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, en el cual el reactor contiene aproximadamente 5-50% en volumen de hidrocarburos de petróleo totales.
5. 5. El método de la reivindicación 4, en el cual el reactor contiene aproximadamente 10-30% en volumen de hidrocarburos de petróleo totales.
6. 6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -5, en el cual dicho lodo basado en petróleo contiene hidrocarburos extraíbles con hexano en una cantidad en el rango de hasta 500 000 ppm.
7. 7. El método de la reivindicación 6, en el cual la cantidad de hidrocarburos extraíbles con hexano está en el rango de 65 000-250 000 ppm.
8. 8. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -7, en el cual los hidrocarburos de petróleo consisten de mezclas de hidrocarburos saturados, hidrocarburos aromáticos, resinas de hidrocarburos y asfáltenos.
9. 9. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -8, en el cual la cantidad de nitrógeno está en el rango de 50-1000 ppm y la cantidad de fosfato está en el rango de 10-200 ppm .
10. 1 0. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -9, en el cual el compuesto de nitrógeno es un ion de amonio, nitrato o nitrógeno orgánico, y el fósforo es fosfato.
11. 1 1 . El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -10, en el cual existe un surfactante no iónico en una cantidad suficiente para formar dicha emulsión aceite-en-agua.
12. 12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -10, en el cual existe un surfactante aniónico en una cantidad suficiente para formar dicha emulsión aceite-en-agua.
13. 13. El método de la reivindicación 1 1 o reivindicación 12, en el cual la cantidad de surfactante es menor que 2500 ppm.
14. 14. El método de la reivindicación 1 1 o reivindicación 12, en el cual la cantidad de surfactante es menor que 1500 ppm .
15. 1 5. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -14, en el cual el nutriente contiene al menos uno de magnesio, manganeso, sulfato, azufre orgánico, calcio, ion férrico, cobre.
16. 16. El método de la reivindicación 1 5, en el cual el nutriente contiene adicionalmente cobalto, cinc, boro o molibdeno.
17. 17. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -16, en el cual dicha solución acuosa contiene un surfactante, siendo la proporción de la cantidad de hidrocarburo de petróleo a surfactante al menos 40: 1 .
18. 18. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -17, en el cual la solución acuosa se mantiene en el paso (b) al menos en dos reactores en serie antes de ser descargada en el paso (c).
19. 19. Ei método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -18, en el cual la solución acuosa se mantiene en el paso (b) durante un tiempo de sostenimiento de al menos 7 días.
20. 20. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -19, en el cual la composición relativa de los nutrientes refleja la composición relativa conocida de componentes requeridos para el crecimiento de bacterias.
21. 21 . El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -20, en el cual se retiene una proporción del lodo degradado en el reactor después de la descarga como un inoculo para el siguiente lote de lodo.
22. 22. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -21 , en el cual el reactor es operado como un sistema alimentado por lote, continuo o semi-continuo.
23. 23. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -22, en el cual el lodo es pre-tratado química o físicamente para mejorar la biodegradabilidad antes de, o durante la biodegradación.
24. 24. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -23 en el cual ocurre la degradación de hidrocarburos de petróleo parcial resultando en la separación de una fase acuosa y una oleosa, siendo reciclada dicha fase oleosa al siguiente lote de degradación de lodos.
25. 25. El método de la reivindicación 24, en el cual se recupera la fase oleosa separada.
26. 26. El método de la reivindicación 24, en el cual la fase acuosa separada es rica en bacterias degradantes de hidrocarburos y se usa como un inoculo bacteriano para acelerar la bio-remediación de suelo contaminado con hidrocarburos.
27. 27. El método de la reivindicación 24, en el cual las bacterias son recuperadas de la fase acuosa para uso subsecuente como un inoculo bacteriano.
28. 28. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -27, en el cual el lodo es un subproducto de procesamiento de carbón.
29. 29. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -27, en el cual el lodo es un lodo de refinería de petróleo.
30. 30. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -27, en el cual el lodo está en la forma de finos de arcilla conteniendo petróleo.
31. 31 . El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -27, en el cual el iodo es obtenido del fondo de un tanque de almacenamiento para petróleo.
32. 32. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -27, en el cual el lodo es un residuo de petróleo de un cabezal de pozos en tierra o del lavado de una bodega en un buque tanque.
33. 33. El método de cualquiera de ias reivindicaciones 1 -27, en el cual el residuo de petróleo comprende emulsiones tratadoras o aceite de fango.
34. 34. Un método para la biodegradación de un lodo basado en petróleo, comprendiendo dicho lodo basado en petróleo una mezcla de hidrocarburos de petróleo, comprendiendo dicho método los pasos de: (a) formar una solución acuosa en un reactor de una emulsión aceite-en-agua, cultivo bacteriano y nutrientes para dicho cultivo bacteriano, siendo dicha emulsión aceite-en-agua una emulsión de dicho lodo basado en aceite en agua, teniendo dicho cultivo bacteriano la capacidad de crecer en hidrocarburos de petróleo como fuente única de carbono y siendo bacterias nativas en el lodo basado en petróleo, multiplicándose tales bacterias nativas y degradando el lodo, conteniendo dicho reactor hasta 50% en volumen de hidrocarburos de petróleo totales; (b) mantener dicha solución acuosa bajo condiciones aeróbicas en el reactor a una temperatura de al menos 10°C durante un periodo suficiente para reducir la cantidad de hidrocarburos por al menos 25%, y a un pH favorable para la promoción de crecimiento bacteriano y degradación de hidrocarburos; y (c) descargar la solución acuosa teniendo una cantidad reducida de dichos hidrocarburos de dicho reactor.
35. 35. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -34, en el cual el inoculo comprende una o más cepas microbianas degradantes de hidrocarburos producidas por fermentación bajo condiciones no estériles.
36. 36. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -33, en el cual la temperatura en el paso (b) está en el rango de 20-37°C.
37. 37. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -33, en el cual la temperatura en el paso (b) está en el rango de 27-33°C.
38. 38. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 -27 , en el cual el lodo basado en petróleo está mezclado con suelo. RES UMEN Se describe un método para la biodegradación de un lodo basado en petróleo comprendiendo una mezcla de hidrocarburos de petróleo. El método comprende formar una solución acuosa en un reactor de una emulsión aceite-en-agua del lodo basado en petróleo, cultivo bacteriano y nutrientes para el cultivo bacteriano, teniendo el cultivo bacteriano la capacidad de crecer en hidrocarburos de petróleo como fuente única de carbono y habiendo sido aislado de un suelo contaminado con hidrocarburos o lodo conteniendo hidrocarburos u otros ambientes ricos en bacterias degradantes de hidrocarburos, manteniendo la solución acuosa bajo condiciones aeróbicas en el reactor a una temperatura de al menos 10°C durante un periodo suficiente para reducir la cantidad de hidrocarburos por al menos 25% , y descargar la solución acuosa teniendo una cantidad reducida de hidrocarburos del reactor. El método puede ser usado en lodo conteniendo aromáticos, resinas y asfáltenos.