Bench-Scale Biopile Hydrocarbons Removal Optimization Using the Response Surface Methodology and Simultaneous Optimization

Optimización de la remoción de hidrocarburos en biopilas a escala de banco utilizando metodología de superficie de respuesta y optimización simultánea

En la actualidad, la generación de grandes volúmenes de lodos oleosos está asociada a operaciones industriales como la producción, el pretratamiento, el procesamiento, la separación de agua y el mantenimiento de tanques de almacenamiento. Las biopilas pueden ser más eficientes que otras técnicas para eliminar los hidrocarburos presentes en los lodos, pero su eficiencia de eliminación depende de las variables de operación. El objetivo de este estudio era determinar los mejores rangos de variables operativas a escala de banco para optimizar simultáneamente la eliminación de hidrocarburos en un prototipo de biopila. Esta investigación se realizó en el marco de un proyecto cubano y utilizó un protocolo experimental que integra varios métodos estandarizados y procedimientos de ingeniería en una serie de pasos. Se implementó un diseño Box-Behnken para tres factores y dos variables de respuesta: la masa de Hidrocarburos Totales de Petróleo (HTP) removida y la concentración final de HTP. Se obtuvo un óptimo simultáneo para una concentración inicial de HTP de 39 278 mg-kg-1 y unos contenidos de texturizante y humedad de 6,45 y 25,95%, respectivamente. Los rangos de variables obtenidos aseguran una solución de compromiso que maximiza la masa de TPH eliminada y mantiene la concentración de contaminante por debajo de la normativa cubana de eliminación. Los resultados se han utilizado para establecer las biopilas a escala piloto como etapa posterior del proyecto.

INTRODUCCIÓN

En general, se acepta que en la remediación de residuos y suelos contaminados con hidrocarburos intervienen procesos químicos, físicos y biológicos (Volke y Velasco 2002; Riser-Robert, 2019). El uso de métodos de biorremediación ha despertado un considerable interés en la investigación y actualmente proporciona ventajas sobre otros procesos de tratamiento (Kumar et al., 2011; Tyagi et al., 2011; Thapa et al., 2012; Varjani, 2017; Yuniati, 2017; de Oliveira et al., 2018). Entre los métodos de biorremediación, las biopilas son una tecnología ex situ en la que la estimulación de la actividad microbiana se consigue mediante la adición directa de nutrientes y texturizantes (residuos orgánicos agroindustriales), así como la aireación y el control de la humedad (Velasco y Volke, 2003; Prakash et al., 2015; EPA, 2017; Martínez et al., 2017; Ossai et al., 2020).

La eficiencia de eliminación de las biopilas está influenciada por un número considerable de variables, que pueden agruparse en tres categorías: las características del suelo y de los texturizantes, las características del contaminante y las condiciones climáticas.