ES2559111B2

ES2559111B2 - Procedimiento y sistema para la eliminación de microcontaminantes mediante un reactor con enzima inmovilizada en nanopartículas magnéticas y unidad de separación interna

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Publication number: ES2559111B2
Application number: ES201531599A
Authority: ES
Inventors: Yolanda MOLDES DIZ; Gemma EIBES GONZÁLEZ; Adriana ARCA RAMOS; Carlos VÁZQUEZ VÁZQUEZ; Alfonso Fondado Fondado; Jorge MIRA PÉREZ; Juan Manuel Lema Rodicio; Gumersindo Feijoo Costa; María Teresa MOREIRA VILAR
Original assignee: Universidade de Santiago de Compostela
Current assignee: Universidade de Santiago de Compostela
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: EP3372559A1; WO2017077159A1; EP3372559A4; ES2559111A1

Abstract

Procedimiento y sistema para la eliminación de microcontaminantes mediante un reactor con enzima inmovilizada en nanopartículas magnéticas y unidad de separación interna. La presente invención se refiere a un procedimiento y un sistema de eliminación de microcontaminantes orgánicos presentes en efluentes de EDAR o efluentes industriales por enzimas, peroxidasas o lacasas, inmovilizadas sobre nanopartículas magnéticas mediante el uso de reactor enzimático con separación magnética.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento y sistema para la eliminacion de microcontaminantes mediante un reactor con enzima inmovilizada en nanoparticulas magneticas y unidad de separacion interna

SECTOR TECNICO DE LA INVENCION

La presente invencion se refiere a un procedimiento y sistema de eliminacion de microcontaminantes organicos, tales como tintes industriales y compuestos disruptores endocrinos que estan presentes en efluentes de estaciones depuradoras de aguas residuales tras el tratamiento secundario, asf como en efluentes industriales.

ESTADO DE LA TECNICA

La descarga al medio acuatico de contaminantes organicos recalcitrantes afecta significativamente a la viabilidad de reutilizacion del agua tratada en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) debido a los posibles efectos perjudiciales que estos compuestos tienen sobre los seres vivos, incluso a concentraciones traza (pg L-1). Destacan los Compuestos Disruptores Endocrinos (CDE), un grupo de sustancias de origen natural o antropogenico con capacidad de alterar las funciones del sistema endocrino y, en consecuencia, pueden causar efectos adversos en un organismo y su progenie. Estos compuestos han sido catalogados como contaminantes emergentes y han recibido especial atencion puesto que son eliminados solo parcialmente en los procesos convencionales de las EDAr, liberandose de forma continua al medio ambiente (Liu Z. et al., 2009; Sci Total Environ 407: 731-748).

En los efluentes de empresas textiles o papeleras resulta muy caracterfstico, incluso tras un sistema de tratamiento convencional, la presencia de microcontaminantes organicos en los efluentes como son los tintes sinteticos, de naturaleza recalcitrante (Rani B. et al., 2014; Braz J Microb 45: 1055-1063).

En los ultimos anos se han desarrollado diferentes post-tratamientos para la eliminacion de microcontaminantes organicos basados en procesos de oxidacion avanzada como ozonizacion, fotodegradacion, hipoclorito u oxidos de cloro, fotocatalisis, ultrasonidos, etc. No obstante, por lo general, estos post-tratamientos son caros, tienen poca especificidad (Esplugas S. et al., 2002; Water Res 36: 1034-1042) y, en ocasiones, generan subproductos que potencialmente pueden resultar mas daninos que el compuesto original (Shapell N.W. et al., 2008; Environ Sci Technol 42: 1296-1300).

Una alternativa para la transformacion de estos microcontaminantes en productos menos toxicos es el tratamiento enzimatico, bien porque se favorezca la polimerizacion y transformacion en moleculas sin accion disruptora endocrina o bien porque se transformen en productos mas facilmente degradables (Galliker P. et al., 2010; J Colloid Interface Sci 349: 98-105).

Las enzimas oxidorreductasas se han aplicado con exito en la eliminacion de diferentes CDE, tales como el bisfenol A (BPA), nonilfenol, triclosan (Cabana H. et al., 2007; Eng Life Sci 7: 429-456) y tintes sinteticos como methyl green (MG), remazol brilliant blue B y reactive black (Kunamneni A. et al., 2008; Process Biochem 43: 169-178). Entre las oxidorreductasas se encuentran fundamentalmente dos tipos: peroxidasas, tales como lignina peroxidasa (LiP), peroxidasa versatil (VP), peroxidasa de rabano (HRP) y manganeso peroxidasa (MnP) u oxidasas, tales como lacasa (Lac).

Las peroxidasas son hemo-protefnas que requieren la presencia de peroxido de hidrogeno como aceptor de electrones para llevar a cabo la oxidacion de los sustratos. Presentan potenciales de oxidacion de hasta 1,51 V. La enzima LiP (EC 1.11.1.13) se caracteriza por su alto potencial redox que permite la oxidacion de compuestos aromaticos fenolicos y no fenolicos como el alcohol veratrflico (Camarero S. et al., 1999; J Biol Chem 274: 10324-10330). En el caso de MnP (EC 1.11.1.14), esta enzima oxida Mn2+ a Mn3+, el cual actua como agente difusible oxidando tanto unidades fenolicas como no fenolicas a traves de la peroxidacion de lfpidos (Wariishi H. et al., 1988; Biochemestry 27: 5365-5370). La enzima VP (EC 1.11.1.16) es considerada un hfbrido entre MnP y LiP, ya que es capaz de oxidar el Mn2+ y tambien compuestos no fenolicos de alto potencial redox como el alcohol veratrflico (Wong D., 2009; Appl Biochem Biotech 157: 174-209). Finalmente, la enzima HRP (EC 1.11.1.7) permite la oxidacion de sustratos como compuestos fenolicos y aminas aromaticas (Ben-Pei W. et al., 2014; J Mol Catal B-Enzym 101: 101-107).

En varios estudios se ha demostrado la capacidad de las peroxidasas para degradar microcontaminantes. Como ejemplos se puede destacar que Cheng W. et al., 2012; Enzyme Microb Tech 50: 204-208 llevaron a cabo la degradacion de fenol, hormonas naturales como la estrona (E1), estradiol (E2) y estriol (E3), y hormonas sinteticas como el etinilestradiol (EE2) ) utilizando la enzima HRP. Taboada-Puig R. et al., 2011; Bioresour Technol 102: 6593-6599 emplearon VP inmovilizada en CLEAs para eliminar bisfenol A, nonilfenol, triclosan y 17 a-estradiol).

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Lacasa (EC 1.10.3.2) es una enzima con actividad fenoloxidasa que contiene atomos de cobre en su centro activo y cataliza la oxidacion de una amplia variedad de sustancias organicas, en un proceso acoplado a la reduccion del oxfgeno molecular a agua (Kunamneni A. et al., 2008; Process Biochem 43: 169-178). La amplia especificidad de sustrato, el empleo de oxfgeno como aceptor de electrones, y la generacion de agua como unico subproducto de la reaccion (Bourbonnais R. et al., 1990; FEBS 1: 99102), confieren a la enzima alta aplicabilidad en diversos procesos biotecnologicos. A pesar de que poseen un potencial redox maximo de 0,8 V, inferior al de las peroxidasas ligninolfticas, la presencia de sustratos de bajo peso molecular, denominados mediadores, permite la oxidacion indirecta de un amplio rango de compuestos fenolicos y no fenolicos (Canas A. et al., 2010; Biotechnol Adv 28: 694-705).

La capacidad de lacasas para eliminar microcontaminantes ha quedado demostrada en un gran numero de trabajos. Como ejemplo, se puede senalar que Auriol M. et al., 2008; Chemosphere 70: 445-452 emplearon lacasa de Trametes versicolor para eliminar la actividad estrogenica asociada a hormonas naturales y sinteticas. Lloret L. et al., 2010; Bioch Eng Journal 51: 124-131 usaron lacasa de Myceliophthora thermophila para eliminar diversos microcontaminantes del grupo de los antiinflamatorios: naproxeno, diclofenaco y diversas hormonas. Esta misma lacasa tambien se aplico con exito para degradar bisfenol A, nonilfenol y triclosan (Cabana H. et al., 2007; Chemosphere 67: 770-778).

No obstante, por razones tecnicas y economicas, en la mayorfa de los procesos catalizados por enzimas es necesario reutilizar o emplear de manera continua el biocatalizador, por lo que el empleo de enzima libre como tratamiento terciario no resulta viable (Katchalski-Katzir E. et al., 2000; J Mol Catal B-Enzym 10: 157-176). En este contexto, la inmovilizacion de enzimas puede ser considerada una alternativa.

La inmovilizacion de enzimas sobre soportes solidos ofrece numerosas ventajas sobre el uso de enzima libre, ya que la separacion de la enzima inmovilizada de la mezcla de reaccion mediante metodos ffsicos, tales como filtracion o sedimentacion (centrifugacion) es mas sencilla, y pueden ser utilizadas en repetidas ocasiones.

Entre los soportes, el empleo de nanopartfculas magneticas proporciona una serie de ventajas tales como elevada area superficial, carga de enzima alta, minimizacion de problemas de difusion y recuperacion facil y rapida del biocatalizador del medio de reaccion aplicando un campo magnetico externo. De este modo, las enzimas se someten a una tension mecanica mucho menor comparandolo con la centrifugacion y sedimentacion.

En varios estudios recientes se ha demostrado que es posible la inmovilizacion de las enzimas sobre diferentes tipos de nanopartfculas magneticas con resultados satisfactorios. Como ejemplo se puede destacar que Zimmermann Y. et al., 2011; Appl Microbiol Biot 92: 169-178 llevaron a cabo la inmovilizacion de lacasa Coriolopsis polyzona sobre nanopartfculas magneticas recubiertas de sflice. Kalkan N. et al., 2012; J Appl Polym Sci 123: 707-716 emplearon nanopartfculas magneticas recubiertas de quitosano para llevar a cabo la inmovilizacion de lacasa de Trametes versicolor. Tambien se ha demostrado la inmovilizacion de HRP sobre nanopartfculas magneticas (Corgie S. et al., 2012; Adv Funct Mater 22: 1940-1951).

Estos resultados pueden considerarse el punto de partida para el desarrollo de reactores enzimaticos magneticos. Sin embargo, la bibliograffa disponible sobre configuraciones de reactores magneticos es muy limitada. A continuacion, se detallan algunas alternativas.

En investigaciones recientes se han empleado reactores enzimaticos magneticos, como es el caso de Wang F. et al., 2012; Bioresource Technol 110: 120-124 que disenaron un reactor de lecho fluidizado estabilizado magneticamente, o Duan X. et al., 2014; ChemPhysChem 15: 974-980 en el cual el reactor contaba con un sistema de electroimanes donde tenia lugar la reaccion, ambos para la degradacion de fenol en agua residual. Estos dos reactores presentan la desventaja de que es necesario tenerlos conectados a una fuente de alimentacion de corriente electrica, con los inconvenientes que esto conlleva (coste electrico, temperaturas elevadas...). Ardao I. et al., 2013; Proceedings of the 2nd European Symposium of Water Technology and Management, Belgium presentaron tambien una configuracion de reactor en continuo para la eliminacion de microcontamientantes en el cual el sistema de separacion era un iman en la corriente de salida que recoge las nanopartfculas y mediante un sistema de valvulas se invierte el flujo devolviendo las nanopartfculas al reactor.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

En un aspecto la presente invencion se refiere a un procedimiento de eliminacion de microcontaminantes organicos presentes en efluentes de EDAR o efluentes industriales por enzimas, peroxidasas o lacasas, inmovilizadas sobre nanopartfculas magneticas mediante el uso de reactor enzimatico con separacion magnetica.

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El procedimiento de eliminacion de microcontaminantes organicos, presentes en efluentes secundarios de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) o efluentes industriales comprende la operacion de un reactor discontinuo secuencial de acuerdo a las siguientes etapas:

a) aplicar un pretratamiento que disminuye la concentracion de solidos en suspension y coloides en el efluente;

b) bombear el efluente hacia una vasija de reaccion que contiene enzima con soportes magneticos que inmovilizan la enzima;

c) reaccion del efluente con enzima inmovilizada;

d) retener la enzima inmovilizada aplicando un campo magnetico externo;

e) descargar al medio acuatico la corriente limpia de microcontaminantes;

f) retirar el campo magnetico externo; y

g) bombear efluente fresco a la vasija de reaccion.

El pretratamiento disminuye la concentracion de solidos en suspension y coloides en el agua a tratar, con el fin de maximizar la estabilidad enzimatica en el reactor. En una realizacion particular de la invencion, el pretratamiento comprende hacer circular el efluente de la depuradora a traves de un lecho de arena de granulometrfa inferior a 1 mm o bien utilizar una membrana de microfiltracion para la filtracion del efluente antes de introducirlo en el reactor enzimatico.

En la vasija de reaccion se encuentra la enzima inmovilizada covalentemente sobre soportes solidos. Cuando se utilice una enzima peroxidasa la actividad de la enzima esta comprendida en el rango 50-1000 U/L. La actividad de la enzima LiP se determina mediante el ensayo descrito por Tien y Kirk (Tien M. y Kirk T.K., 1984; Proc Natl Acad Sci USA 81: 2280-2284), la medida de la actividad MnP o VP se lleva a cabo mediante el ensayo descrito por Taboada-Puig et al. (Taboada-Puig R. et al., 2011; Biotechnol Prog 27: 668-676) y la medida de la actividad HRP se realiza de acuerdo al procedimiento descrito por Bindhu et al. (Bindhu L. et al., 2002; J Appl Polym Sci 88: 1456-1464). Si se usa lacasa, la actividad enzimatica esta comprendida en el rango 100-1500 U/L, de acuerdo al protocolo de medida detallado en la bibliograffa (Zimmermann Y. et al., 2011; Appl Microbiol Biotechnol 92: 169-178). La temperatura de operacion en el reactor debe estar en el rango 10-40°C, preferentemente a 25°C y el pH debe estar comprendido entre 3-8, preferentemente pH 4,5 en el caso de que la enzima sea de tipo peroxidasa y pH comprendido en el rango 6-7 en el caso de que la enzima sea de tipo lacasa.

En una realizacion particular los soportes empleados para la inmovilizacion de la enzima son nanopartfculas magneticas recubiertas de sflice, con un tamano comprendido entre 4-40 nm, estando la la capa de sflice comprendida en el rango de 0,5-10 nm. Las nanopartfculas magneticas comprenden oxido de hierro magnetico (magnetita o maghemita) de un diametro preferente comprendido en el rango 320 nm y presentan propiedades superparamagneticas.

La etapa de reaccion comprende agitar el efluente con la mezcla de enzima inmovilizada, durante un tiempo de reaccion prefijado, entre un intervalo de minutos o horas, dependiendo del caracter recalcitrante del compuesto objetivo y en un rango de velocidad de agitacion de 100 a 600 rpm.

En otro aspecto de la invencion en la etapa de reaccion del efluente con la enzima se lleva a cabo una etapa de control de la actividad enzimatica que comprende:

a) medir la actividad enzimatica en la vasija de reaccion;

b) si la actividad enzimatica en la vasija es menor que un valor mfnimo, se procede a la regeneracion de las nanopartfculas para inmovilizar enzima fresca;

El valor mfnimo de actividad enzimatica es de 100 U/L cuando la enzima es de tipo lacasa y de 50 U/L cuando la enzima es de tipo peroxidasa.

En una realizacion particular de la invencion la regeneracion de las nanopartfculas para inmovilizar de nuevo enzima fresca se realiza segun el procedimiento descrito en Zhao G. et al., 2011; J Phys chem 115: 6350-6359 para la posterior inmovilizacion de las enzimas siguiendo el procedimiento indicado en Zimmermann Y. et al., 2011; Appl Microbiol Biotechnol 92: 169-178.

En el caso de utilizar una enzima peroxidasa, debera adicionarse peroxido de hidrogeno al reactor con velocidad comprendida entre 5-100 pmol/Lmin; ademas si la enzima utilizada es MnP o VP se anade en continuo acido organico dicarboxflico a una velocidad comprendida en el rango 1-100 pmol/L min. Ademas, en el caso de utilizar una enzima peroxidasa se introduce en la vasija de reaccion el cofactor necesario para completar el ciclo catalftico de la enzima; en el caso de que la enzima sea de tipo LiP el cofactor comprende alcohol veratrflico que se anade con una velocidad comprendida en el rango 0,51000 pmol/Lmin; en caso de que la enzima sea de tipo MnP o VP el cofactor comprende Mn+2 que se anade a una velocidad comprendida en el rango 0,5-100 pmol/Lmin.

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En el caso de que la enzima utilizada sea lacasa, se mide la concentracion de oxfgeno disuelto en el reactor mediante un sensor de oxfgeno disuelto.

En otro aspecto de la invencion tras el periodo de reaccion la enzima inmovilizada es retenida por un campo magnetico externo aplicado en la vasija de reaccion (reactor), de forma que sea factible la descarga de la corriente tratada, libre de nanopartfculas. Es necesario tomar muestras en dicha corriente para determinar la actividad enzimatica (que debe ser nula al quedar retenida en el reactor) asf como la concentracion de microcontaminantes tras el tratamiento enzimatico en el reactor. En el caso de que la concentracion de contaminantes a la salida del reactor este por encima de un valor maximo fijado, se incrementa el tiempo de reaccion.

En otro aspecto, la invencion se refiere a un sistema de eliminacion de microcontaminantes organicos, presentes en efluentes secundarios de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) o efluentes industriales por enzimas, peroxidasas o lacasa mediante el uso de un reactor discontinuo secuencial basado en un reactor con enzima inmovilizada en nanopartfculas magneticas con un sistema de separacion magnetica que se acopla al reactor en la etapa de recuperacion de la enzima. El sistema de eliminacion de microcontaminantes organicos comprende:

a) un sistema de pretratamiento que reduce la concentracion de solidos en suspension y coloides en el efluente a traves de un lecho de arena de granulometrfa inferior a 1 mm o bien a traves una membrana de microfiltracion;

b) un primer sistema de bombeo;

c) una vasija de reaccion o reactor que comprende una solucion de enzima con soportes magneticosque inmovilizan la enzima;

d) un sistema de agitacion;

e) un sistema de control de actividad enzimatica de la solucion contenida en la vasija de reaccion;

f) un sistema de separacion magnetica;

g) un segundo sistema de bombeo; y

h) un sistema de medida de microcontaminantes en la vasija de reaccion enzimatica y en la salida del reactor.

En el sistema de eliminacion de microcontaminantes, el primer sistema de bombeo bombea el efluente desde el sistema de pretratamiento hacia la vasija de reaccion.

En una realizacion particular la vasija de reaccion o reactor comprende un reactor de tanque agitado. En una realizacion particular el tanque agitado comprende un sistema de agitacion con un agitador de 4 palas, recubierto de Teflon para evitar problemas de adsorcion de las nanopartfculas y de los compuestos a degradar.

En una realizacion particular los soportes empleados para la inmovilizacion de la enzima comprenden nanopartfculas magneticas recubiertas de sflice, con un tamano comprendido entre 4-40 nm, estando la capa de sflice comprendida en el rango de 0,5-10 nm. Las nanopartfculas magneticas comprenden oxido de hierro magnetico (magnetita o maghemita) de un diametro preferente comprendido en el rango 3-20 nm y presentan propiedades superparamagneticas.

El sistema de control de actividad enzimatica comprende:

a) un sensor de actividad enzimatica; y

b) un sistema de regeneracion de soportes y posterior inmovilizacion de enzima.

La temperatura de operacion del reactor esta comprendida en el rango de 10-40°C, preferentemente 25°C; y el pH debe estar comprendido entre 3-8; preferentemente pH 4,5 en el caso de peroxidasas y pH 6-7 en el caso de lacasa.

En el caso de utilizar la enzima peroxidasa, el sistema de eliminacion de microcontaminantes ademas comprende un sistema de adicion en continuo de peroxido de hidrogeno, el cual es anadido con una velocidad comprendida en el rango 5-100 pmol/Lmin. El sistema de eliminacion de microcontaminantes ademas comprende un sistema de adicion en continuo de acido organico dicarboxflico cuando la enzima utilizada es manganeso peroxidasa, el cual se anade a una velocidad comprendida en el rango 1-100 pmol/Lmin. En el caso de que la enzima utilizada sea una peroxidasa, el sistema ademas comprende un sistema de adicion de cofactores necesarios para completar el ciclo catalftico; dicho sistema de adicion incorpora alcohol veratrflico, cuando la enzima utilizada es LiP, a una velocidad comprendida en el rango 0,5-1000 pmol/Lmin, y Mn2+ si la enzima utilizada es una enzima del tipo MnP o VP, a una velocidad comprendida en el rango 0,5-100 pmol/Lmin .

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En el caso de que la enzima utilizada sea lacasa, la vasija de reaccion ademas comprende un sistema de control de oxfgeno disuelto en la mezcla efluente-enzima que comprende un sensor de medida de la concentracion de oxfgeno disuelto.

En una realizacion particular de la invencion el sistema de separacion magnetica externa comprende una o varias varillas magneticas formadas por imanes permanentes alineados y montados con polaridad alternada, de manera que los polos del mismo signo de imanes contiguos esten enfrentados. En las proximidades de los polos el campo magnetico es no homogeneo y las partfculas son atrafdas a la region de campo mas intenso, que son las mas proximas a los polos.

En una realizacion particular el sistema de separacion magnetica comprende imanes toroidales de neodimio-hierro-boro con forma anular con polarizacion axial mantenidos juntos por medio de una varilla interior no magnetica con topes seguros en los extremos. En una realizacion particular los imanes toroidales tienen un diametro interno 6 mm, diametro externo de 15 mm y 6 mm de alto. Las nanopartfculas magneticas son retenidas en la pared exterior de fundas cilmdricas no magneticas y de pared suficientemente estrecha insertadas en la vasija y abiertas al exterior, en las cuales se introducen las varillas magneticas. Al retirar las varillas las nanopartfculas quedan libres y son arrastradas por el sistema de agitacion.

El segundo sistema de bombeo bombea la corriente limpia de microcontaminantes fuera del reactor.

El sistema de medida de microcontaminantes toma muestras del efluente de entrada al reactor y de la corriente de salida para determinar la concentracion de microcontaminantes tras el tratamiento enzimatico en el reactor.

En otro aspecto, la invencion se refiere al uso del metodo y sistema anteriormente descritos para la eliminacion de microcontaminantes organicos presentes en efluentes secundarios de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) o efluentes industriales.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Las modalidades detalladas en las figuras se ilustran a modo de ejemplo y no a modo de limitacion:

Figura 1. Diagrama esquematico del sistema de reactor enzimatico secuencial con varilla magnetica y su aplicacion en microcontaminantes. El influente entra al reactor, con una determinada concentracion de microcontaminantes, donde se encuentra la enzima inmovilizada en nanopartfculas magneticas en disolucion (Etapa I). Se deja reaccion durante el tiempo de operacion necesario en cada caso (Etapa II). Tras la etapa de reaccion se introduce la varilla magnetica y se retiene la enzima inmovilizada en las nanopartfculas magneticas por el campo magnetico (Etapa III). La corriente de salida del reactor se bombea obteniendose el efluente, que puede descargarse al ambiente acuatico al estar libre de microcontaminantes (Etapa IV). Por ultimo, se quita la varilla magnetica y comienza un nuevo ciclo adicionando influente.

Figura 2. Perfiles de concentracion (porcentaje respecto a la concentracion en la corriente de entrada) de BPA en los experimentos de degradacion (■ ) y en el control (■) en la corriente de salida del reactor y la actividad de lacasa inmovilizada en nanopartfculas magneticas (-) en el reactor enzimatico secuencial para el tratamiento de BPA (100 pg/L) por lacasa inmovilizada en 10 ciclos con un tiempo de operacion de 6 h.

Figura 3. Perfiles de concentracion (porcentaje respecto a la concentracion en la corriente de entrada) de MG en los experimentos de degradacion (■) y en el control (■) en la corriente de salida del reactor y la actividad de lacasa inmovilizada en nanopartfculas magneticas (-) en el reactor enzimatico secuencial para el tratamiento del tinte methyl green (20 mg/mL) por lacasa inmovilizada en 10 ciclos con un tiempo de operacion de 24 h.

Figura 4. Perfiles de concentracion (porcentaje respecto a la concentracion en la corriente de entrada) de BPA en los experimentos de degradacion (■) y en el control (■) en la corriente de salida del reactor y la actividad de lacasa inmovilizada en nanopartfculas magneticas (-) en el reactor enzimatico secuencial para el tratamiento de BPA (100 pg/mL) por lacasa inmovilizada en 10 ciclos con un tiempo de operacion de 6 h.

EJEMPLOS

Ejemplo 1

El procedimiento anteriormente descrito se aplico para la degradacion del bisfenol A (BPA) para el tratamiento de aguas residuales mediante lacasa inmovilizada en nanopartfculas magneticas en un reactor discontinuo secuencial (SBR) con un volumen util de 20 mL acoplado a una varilla magnetica con

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el objetivo de retener la enzima y volver a reutilizarla de acuerdo al esquema recogido en la Figura 1. La concentracion media de enzima fue de 1000 U/L y la concentracion de BPA en el influente fue de 100 |jg/L. Las condiciones de operacion se detallan a continuacion: temperatura, 25°C; pH 6; agitacion, 150 rpm; 10 ciclos de 6 h cada uno.

La eliminacion de BPA se determino por cromatograffa de gases acoplada a espectrometrfa de masas. La actividad de enzima se determino espectrofotometricamente. Los resultados muestran que el sistema elimina en torno al 90% a lo largo de 10 ciclos. (Figura 2)

Ejemplo 2

Se aplico el procedimiento anteriormente descrito para la decoloracion de tintes en la degradacion del MG mediante lacasa inmovilizada en nanopartfculas magneticas en un reactor discontinuo secuencial (SBR) con un volumen util de 10 mL (Figura 1). La concentracion inicial de enzima fue de 1000 U/L y la del MG fue de 20 mg/L. Las condiciones de operacion fueron las siguientes: temperatura, 25°C; pH 5; agitacion, 150 rpm; 7 ciclos con un tiempo de operacion de 24 h.

La decoloracion del MG y la actividad de enzima se determinaron espectrofotometricamente. Los resultados muestran que se elimina en torno al 80% tras 10 ciclos (Figura 3).

Ejemplo 3

El procedimiento anteriormente descrito se aplico para la degradacion del bisfenol A (BPA) para el tratamiento de agua residual real mediante lacasa inmovilizada en nanopartfculas magneticas en un reactor discontinuo secuencial (SBR) con un volumen util de 500 mL acoplado a una varilla magnetica con el objetivo de retener la enzima y volver a reutilizarla de acuerdo al esquema recogido en la Figura 1. Se trata de un ensayo de aumento de escala La concentracion media de enzima fue de 250 U/L y la concentracion de BPA en el influente fue de 100 jg/L. Las condiciones de operacion se detallan a continuacion: temperatura, 25 °C; agua residual real (pH 7.41); agitacion, 150 rpm; 10 ciclos de 24 h cada uno.

La desaparicion de BPA se determino por cromatograffa de gases acoplada a espectrometrfa de masas. La actividad de enzima se determino espectrofotometricamente. Los resultados muestran que el sistema es capaz de eliminar BPA en un alto porcentaje (93%) tras 10 ciclos. (Figura 4).

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REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de eliminacion de microcontaminantes organicos, presentes en efluentes secundarios de estaciones depuradoras residuales (EDAR) o efluentes industriales que comprende un reactor discontinuo secuencial:

a. aplicar un pretratamiento al efluente que disminuye la concentracion de solidos en suspension y coloides en el efluente;

b. bombear el efluente hacia una vasija de reaccion que contiene enzima con soportes magneticos que inmovilizan la enzima ;

c. reaccion del efluente con la enzima inmovilizada;

d. retener la enzima inmovilizada aplicando un campo magnetico externo;

e. descargar al medio acuatico la corriente limpia de microcontaminantes;

f. eliminar el campo magnetico externo; y

g. bombear efluente fresco a la vasija de reaccion
2. El procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el pretratamiento comprende un tratamiento de filtracion.
3. El procedimiento segun las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que el pretratamiento comprende la utilizacion de una membrana de microfiltracion o un filtro de arena de granulometrfa inferior a 1 mm.
4. El procedimiento, segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la enzima inmovilizada se selecciona entre peroxidasas o lacasas.
5. El procedimiento, segun la reivindicacion 4, caracterizado porque la actividad de la enzima peroxidasa inmmovilizada se encuentre comprendida en el rango 50-1000 UL"1.
6. El procedimiento, segun la reivindicacion 4, caracterizado por que la actividad de la enzima lacasa inmovilizada se encuentra comprendida en el rango 100-1500 U L-1.
7. El procedimiento, segun las reivindicaciones 1 y 4 a 6, caracterizado porque la temperatura de operacion de la vasija esta comprendida en el rango de 10 a 40°C.
8. El procedimiento, segun las reivindicaciones 1 y 4 a 6, caracterizado porque el pH de la mezcla efluente y enzima inmovilizada en la vasija de reaccion esta comprendido en el rango 3 a 8.
9. El procedimiento, segun las reivindicaciones 1 y 4 a 8, caracterizado porque la etapa de reaccion del efluente ademas comprende las siguientes etapas de control de la actividad enzimatica :

a. medir la actividad enzimatica en la vasija de reaccion;

b. si la actividad enzimatica en la vasija es menor que un valor mfnimo, se procedera a

regenerar los soportes y volver a inmovilizar enzima para anadir;
10. El procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 9, caracterizado porque si la enzima utilizada es una enzima del tipo peroxidasa, se anade en continuo en la vasija de reaccion peroxido de hidrogeno.
11. El procedimiento, segun la reivindicacion 10, caracterizado porque el peroxido de hidrogeno se anade a una velocidad comprendida entre 5 y 1000 pmol/Lmin.
12. El procedimiento, segun las reivindicaciones 1 y 4 a 11, caracterizado porque si la enzima utilizada es Manganeso Peroxidasa (MnP) o Peroxidasa Versatil (VP) ademas se anade en continuo acido organico dicarboxflico.
13. El procedimiento, segun la reivindicacion 12, caracterizado porque el acido organico dicarboxflico se anade con una velocidad comprendida entre 1 y 100 pmol/Lmin.
14. El procedimiento, segun las reivindicaciones 1 y 4 a 11, caracterizado porque ademas se anade en la vasija de reaccion el cofactor necesario para completar el ciclo catalftico de la peroxidasa.
15. El procedimiento, segun la reivindicacion 14, caracterizado por que el cofactor comprende alcohol veratrflico en el caso de que la enzima utilizada sea una peroxidasa del tipo Lignino Peroxidasa (LiP).

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16. El procedimiento, segun la reivindicacion 15, caracterizado porque el alcohol veratrflico se introduce a una velocidad comprendida en el rango 0,5-1000 pmol/Lmin.
17. El procedimiento, segun la reivindicacion 14, caracterizado porque el cofactor comprende Mn2+ en el caso de que la enzima utilizada sea peroxidasa del tipo MnP o del tipo VP.
18. El procedimiento, segun la reivindicacion 17, caracterizado porque el Mn2+ se introduce a una velocidad comprendida en el rango 0,5-100 pmol/Lmin.
19. El procedimiento, segun las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque ademas comprende medir la concentracion de oxfgeno disuelto en la vasija de reaccion cuando la enzima utilizada es de tipo lacasa.
20. El procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se mide la concentracion de microcontaminantes en la entrada de efluente y en la salida del reactor.
21. El procedimiento segun la reivindicacion 20, caracterizado porque si la concentracion de contaminantes en la corriente de salida esta por encima de un valor maximo fijado, se incrementa el tiempo de reaccion del efluente con la enzima inmovilizada y se recircula la salida a la corriente de entrada para volver a ser tratada.
22. El procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque, los soportes comprenden nanopartfculas magneticas cubiertas de sflice.
23. El procedimiento, segun la reivindicacion 22, caracterizado porque las nanopartfculas tienen un tamano comprendido en el rango de 4-40 nm.
24. El procedimiento, segun la reivindicacion 22, caracterizado porque la capa de sflice esta comprendida en el rango de 0,5-10 nm.
25. El procedimiento, segun las reivindicaciones 22 y 23, caracterizado porque las nanopartfculas magneticas comprenden oxido de hierro magnetico (magnetita o maghemita) de un diametro preferente comprendido en el rango 3 a 20 nm y presentan propiedades superparamagneticas.
26. El procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la reaccion comprende agitar el efluente con la mezcla de enzima inmovilizada y nanopartfculas magneticas.
27. Un sistema de eliminacion de microcontaminantes organicos, presentes en efluentes secundario de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) o efluentes industriales que comprende:

a. un sistema de pretratamiento que reduce la concentracion de solidos en suspension y coloides en el efluente;

b. un primer sistema de bombeo;

c. una vasija de reaccion o reactor que comprende una solucion de enzima con soportes magneticos que inmovilizan la enzima;

d. un sistema de agitacion;

e. un sistema de control de actividad enzimatica de la solucion contenida en la vasija de reaccion;

f. un sistema de separacion magnetica;

g. un segundo sistema de bombeo;

h. un sistema de medida de microcontaminantes en la vasija de reaccion enzimatica y en la salida del reactor.
28. El sistema, segun la reivindicacion 27, caracterizado porque el sistema de pretratamiento comprende un sistema de tratamiento de filtracion por membrana de microfiltracion.
29. El sistema, segun la reivindicacion 27, caracterizado porque el sistema de pretratamiento comprende un filtro de arena de granulometrfa inferior a 1 mm.
30. El sistema, segun la reivindicacion 27, caracterizado porque el primer sistema de bombeo bombea el efluente desde el sistema de pretratamiento hacia la vasija de reaccion.
31. El sistema, segun la reivindicacion 27, caracterizado porque la vasija de reaccion comprende un reactor de tanque agitado.

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32. El sistema, segun reivindicacion 31, caracterizado porque el sistema de agitacion comprende un agitador de 4 palas, recubierto de Teflon para evitar problemas de adsorcion de las nanopartfculas y de los compuestos a degradar.
33. El sistema, segun la reivindicacion 27, caracterizado porque la enzima inmovilizada se selecciona de entre peroxidasa y lacasa.
34. El sistema, segun la reivindicacion 27, caracterizado porque el sistema de control de actividad enzimatica comprende:

a. un sensor de actividad enzimatica; y

b. un sistema de regeneracion de soportes y posterior inmovilizacion de enzima
35. El sistema, segun las reivindicaciones 27 y 30 a 34, caracterizado porque la temperatura de operacion de la vasija esta comprendida en el rango de 10 a 40°C.
36. El sistema, segun las reivindicaciones 27 y 30 a 34, caracterizado porque el pH de la mezcla efluente y enzima inmovilizada en la vasija de reaccion esta comprendida en el rango de 3 a 8.
37. El sistema, segun cualquiera de las reivindicaciones 27 y 30 a 36, caracterizado porque si la enzima utilizada es una enzima del tipo peroxidasa, ademas comprende un sistema de adicion de peroxido de hidrogeno en continuo en la vasija de reaccion.
38. El sistema, segun la reivindicacion 37, caracterizado porque el sistema de adicion de peroxido de hidrogeno anade peroxido de hidrogeno a una velocidad comprendida entre 5 y 1000 pmol/Lmin.
39. El sistema, segun las reivindicacion 37, caracterizado porque la vasija de reaccion comprende ademas un sistema de adicion en continuo de acido organico dicarboxflico cuando la enzima utilizada es MnP o VP.
40. El sistema, segun la reivindicacion 39, caracterizado porque el sistema de adicion de acido organico dicarboxflico anade acido organico dicarboxflico con una velocidad comprendida en el rango 1 y 100 pmol/Lmin.
41. El sistema, segun la reivindicacion 27, caracterizado porque la vasija de reaccion ademas comprende un sistema de adicion del cofactor necesario para completar el ciclo catalftico de la peroxidasa.
42. El sistema, segun la reivindicacion 41, caracterizado por que el cofactor comprende alcohol veratrflico si la enzima utilizada es una peroxidasa del tipo LiP.
43. El sistema, segun la reivindicacion 42, caracterizado porque el sistema de adicion del cofactor anade alcohol veratrflico a una velocidad comprendida en el rango 0,5-1000 pmol/Lmin.
44. El sistema, segun la reivindicacion 41, caracterizado porque el cofactor comprende Mn2+ si la enzima utilizada es una peroxidasa del tipo MnP o del tipo VP.
45. El sistema, segun la reivindicacion 44, caracterizado porque el sistema de adicion del cofactor anade Mn2+ a una velocidad comprendida en el rango 0,5-100 pmol/Lmin.
46. El sistema segun las reivindicaciones 27 y 30 a 45, caracterizado porque la vasija de reaccion comprende ademas un sistema de control de oxfgeno disuelto en la mezcla del efluente y enzima en el caso de que la enzima utilizada sea lacasa, que comprende un sensor de medida de la concentracion de oxfgeno disuelto.
47. El sistema, segun la reivindicacion 27, caracterizado por un sistema de separacion magnetica externa.
48. El sistema, segun la reivindicacion 47, caracterizado porque el sistema de separacion magnetica externa comprende una o varias varillas magneticas formadas por imanes permanentes alineados y montados con polaridades alternadas, que se introducen durante la fase de retencion en fundas no magneticas colocadas en la vasija de reaccion.
49. El sistema, segun la reivindicacion 27, caracterizado porque el segundo sistema de bombeo bombea la corriente limpia de microcontaminantes tras el tratamiento enzimatico en el reactor.

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50. El sistema segun la reivindicacion 27, caracterizado porque si la concentracion de contaminantes en la corriente de salida esta por encima de un valor maximo fijado, el sistema de control de actividad enzimatica incrementa el tiempo de reaccion del efluente con la enzima inmovilizada y recircula la salida a la corriente de entrada para volver a ser tratada
51. El sistema segun la reivindicacion 27, caracterizado porque, los soportes comprenden nanopartfculas magneticas cubiertas de sflice.
52. El sistema, segun la reivindicacion 51, caracterizado porque las nanopartfculas tienen un tamano comprendido en el rango 4-40 nm.
53. El sistema, segun la reivindicacion 51, caracterizado porque la capa de sflice esta comprendida en el rango 0,5-10 nm.
54. El sistema, segun las reivindicaciones 51 y 52, caracterizado porque las nanopartfculas magneticas comprenden oxido de hierro magnetico (magnetita o maghemita) de un diametro preferente comprendido en el rango 3 a 20 nm y presentan propiedades superparamagneticas.
55. Uso del procedimiento, segun las reivindicaciones 1 a 26, y del sistema, segun reivindicaciones, 27 a 54, para la eliminacion de microcontaminantes organicos presentes en efluentes secundarios de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) o efluentes industriales.