MX2011000127A - Reactor electrobioquimico. - Google Patents

Abstract

Un método para retirar un compuesto objetivo de un líquido puede incluir disponer dos superficies activas a fin de estar separadas por una distancia. Las superficies activas pueden colocarse dentro de un flujo del líquido y pueden ser capaces de soportar una carga eléctrica, el crecimiento biológico y/o enzimas y proteínas. El método puede incluir además desarrollar una población de microorganismos concentrados sobre las superficies activas en donde la población de microorganismos se configura o es capaz de la transformación de los compuestos objetivo. El método puede incluir además desarrollar enzimas o proteínas concentradas sobre las superficies activas, en donde las enzimas o proteínas se configuran o son capaces de la transformación de los compuestos objetivo. El método puede incluir además aplicar una diferencia potencial entre las dos superficies activas. Los microorganismos y la diferencia potencial pueden ser suficientes en combinación y/o con nutrientes específicos, para retirar el compuesto objetivo del líquido y mantener la población de microorganismos. Las enzimas y proteínas y la diferencia potencial pueden ser suficientes en combinación, para retirar el compuesto objetivo del líquido.

Description

REACTOR ELECTROBIOQUIMICO SOLICITUD RELACIONADA Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos Copendiente Serie No. 61/076,873 presentada el 30 de Junio de 2008, la cual se incorpora en la presente mediante la referencia en su totalidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los metales y otros inorgánicos como arsénico, selenio, mercurio, cadmio, cromo, nitrógeno, etc., son difíciles de retirar a niveles que cumplan con el agua potable corriente y los criterios de descarga en muchos países. Por ejemplo, en los Estados Unidos, el nivel máximo de arsénico en 2006 para aguas potables se estableció en 10 ppb; esto puede en poco tiempo ser el caso en otros países. Los niveles máximos contaminantes (MCL) de metales en el agua potable en los Estados Unidos pueden variar de 0.0005 hasta 10 mg/1, y pueden ser aún inferiores. Los metales e inorgánicos comúnmente regulados incluyen el antimonio, arsénico, asbestos, bario, berilio, cadmio, cromo, cobre, cianuro, flúor, plomo, mercurio, nitrato, nitrito, selenio y talio.

Existes varias clases de métodos de tratamiento para el retiro de metales, inorgánicos y orgánicos. Las - - tecnologías utilizadas para tratar suelos, desechos y agua contaminados con metal y con inorgánicos, incluyen principalmente: solidificación/estabilización, vitrificación, lavado de suelos/extracción de ácido, osmosis inversa, intercambio iónico, tratamientos biológicos, separaciones físicas, recuperación pirometalúrgica y lavado de suelos in situ por tecnologías de tratamiento de contaminantes de suelos y desechos. La precipitación/co-precipitación, la filtración por membrana, adsorción, el intercambio : iónico y las barreras reactivas permeables son las tecnologías de tratamiento más comunes para tratar agua contaminada, mientras que la electrocinética, la fitocorrección, con el tratamiento biológico son la tecnología común de tratamiento para retirar los contaminantes en suelos, aguas de desecho y aguas potables.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un método para retirar un compuesto objetivo de un líquido puede incluir disponer dos superficies activas a fin de estar separadas por una distancia predeterminada. Las superficies activas pueden colocarse dentro de un flujo del líquido y pueden ser capaces de soportar una carga eléctrica y crecimiento biológico. El método puede incluir además desarrollar una población de microorganismos concentrados sobre las superficies activas en donde la población de microorganismos se configura o es capaz de actuar, transformar o unirse al compuesto objetivo. El método puede incluir además aplicar una diferencia de potencial entre las dos superficies activas. Los microorganismos y la diferencia de potencial pueden ser suficientes en combinación para retirar el compuesto objetivo del liquido y mantener la población de microorganismos. '.

Adicionalmente, el sistema para retirar un compuesto objetivo de un liquido puede incluir dos superficies activas dispuestas á una distancia de separación, y sustancialmente paralelas entre si. Puede conectarse operativamente una fuente eléctrica a cada una de las superficies activas en una manera a fin de proporcionar una diferencia de potencial entre las dos superficies activas. En otra configuración, la población de microorganismos puede estar presente sobre cada una de las dos superficies activas. Adicionalmente, el sistema puede incluir una trayectoria de flujo suficiente para dirigir la mayor parte del liquido para hacer contacto con cada superficie activa y suficiente para dirigir la mayor parte del liquido a través de la distancia.

Las características más importantes de la invención se han delineado, más bien de manera amplia, de manera que pueda entenderse mejor la siguiente descripción detallada de la misma, y de manera que pueda apreciarse mejor la presente contribución a la técnica. Otras características de la presente invención se volverán más claras a partir de la siguiente descripción detallada de la invención, tomada con los dibujos y reivindicaciones acompañantes, o puede aprenderse mediante la práctica de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de predominio para la precipitación de AS2S3 en equilibrio con diversas especies químicas como se reporta en la literatura.

La Figura 2 es un diagrama de Eh-pH para diversas especies de arsénico.

La Figura 3 es un diagrama de Eh-pH para, sistemas N2-O2-H2O.

Las Figuras 4A y 4B son diagramas de Eh-pH para diversos sistemas de selenio.

La Figura 5 es un reactor electrobioquímico que tiene un canal abierto que fluye paralelo hacia y más allá de los electrodos cargados de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 6 es un reactor electrobioquímico que tiene un lecho de material conductivo de gran área superficial permeable a la solución en un canal que fluye perpendicular y a través de los electrodos cargados de acuerdo con otra modalidad de la presente invención.

Las Figuras 7A y 7B son una representación de un sistema de reactor electrobioquímico probado sin (7A) y con potencial aplicado (7B) y utilizado para evaluar el 'retiro de - - arsénico de acuerdo con una modalidad de la presente invención .

Las Figuras 8A y 8B son una representación de un sistema de reactor electrobioquimico probado con (8A) y sin (8B) el potencial aplicado para evaluar el retiro de selenio de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 9 es una gráfica de los potenciales medidos a través del EBR y el biorreactor convencional utilizado para retirar arsénico de las aguas de prueba.

La Figura 10 es una gráfica del retiro de arsénico de diversas soluciones de prueba que compara el EBR con un reactor construido de manera similar operado sin voltaje aplicado .

La Figura 11 es una gráfica del retiro de selenio a partir de diversas aguas de mina utilizando un biorreactor convencional de dos etapas sin potencial aplicado y un tiempo de retención de 44 horas y un EBR de una sola etapa con un tiempo de retención de 22 horas y un potencial aplicado de 3 voltios.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Ahora se hará referencia a las modalidades ejemplares, y se utilizará en la presente el lenguaje especifico para describir la misma. Si embargo se entenderá que no se pretende limitar asi el alcance de la invención. Los cambios y modificaciones adicionales ¡ de las características inventivas ilustradas en la presente, y las aplicaciones adicionales de los principios de la invención como se ilustran en la presente, que puedan ocurrírsele a alguien con experiencia en la técnica relevante y que tenga posesión de esta descripción, se consideran dentro del alcance de la invención.

Definiciones Al describir y reivindicar la presente invención, se utilizará la siguiente terminología de acuerdo con las definiciones establecidas a continuación. ] Debe notarse que, como se utiliza en esta especificación y reivindicaciones anexas, las formas singulares "un", "una" y "el" incluyen los referentes plurales a menos que el contexto claramente lo dicte de otro modo. Así, por ejemplo, la referencia a "una superficie activa" incluye una o más de tales superficies activas y la referencia a "una etapa de desarrollo" incluye la referencia a una o más de tales etapas.

Como se utiliza en la presente, "sustancial" cuando se utiliza con referencia a una cantidad o magnitud de un material, o una característica específica del mismo, se refiere a la cantidad que es suficiente para proporcionar el efecto para el que el material o característica fue ¡destinado a proporcionar. El grado exacto de desviación permisible puede en algunos casos depender del contexto específico. De manera similar, sustancialmente libre de" o lo similar se refiere a la falta de un material, característica, elemento o agente identificado en una composición. Particularmente, los elementos que se identifican como estando "sustancialmente libres de" son ya sea los que se encuentren completamente ausentes de la composición o se incluyan solo en cantidades que son lo suficientemente pequeñas para no tener un efecto medible sobre la composición.

Como se utiliza en la presente una pluralidad de elementos, elementos estructurales, elementos composicionales y/o materiales pueden presentarse en un listado común por conveniencia. Sin embargo, estas listas deben interpretarse considerando que cada miembro de la lista se identifica individualmente como un miembro separado y único. Así, ningún miembro individual de tal lista debe entenderse como un equivalente de facto de cualquier otro miembro de la misma lista en base únicamente a su presentación en un grupo común sin indicaciones de lo contrario.

Las concentraciones, cantidades, grosores, parámetros, volúmenes y otros datos numéricos pueden expresarse o presentarse en la presente en un formato de rangos. Debe entenderse que tal formato de rangos se utiliza únicamente por conveniencia y brevedad y así debe interpretarse flexiblemente para incluir no solo lo;s valores numéricos explícitamente citados como los límites del rango, - - sino también para incluir todos los valores .numéricos individuales o sub-rangos que se abarcan dentro del rango como si cada valor numérico y sub-rango se citara explícitamente. Como una ilustración, un rango numérico de "aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5" debe interpretarse que incluye no solo los valores explícitamente citados de aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5, sino también se incluyen los valores individuales y sub-rangos dentro del rango indicado. Así, incluidos en este rango numérico se encuentran los valores individuales tale's como 2, 3, y 4 y los sub-rangos tales como de 1-3, de 2-4 y de 3-5, etc. Este mismo principio se aplica a los rangos que citan solo un valor numérico. Además, tal interpretación debe aplicarse independientemente de la amplitud del rango o las características a describirse.

Modalidades de la Invención Un método mejorado para retirar un compuesto objetivo de un líquido puede incluir disponer dos superficies activas a fin de estar separadas por una distancia. Las superficies activas pueden colocarse dentro de un flujo del líquido y pueden ser capaces de soportar una carga eléctrica y el crecimiento biológico. El método puede incluir además desarrollar una población de microorganismos concentrados sobre las superficies activas en donde la población de microorganismos se configura o es capaz de actuar o trans ormar el compuesto objetivo. El método puede incluir además aplicar una diferencia de potencial entre las dos superficies activas. Los microorganismos y la diferencia de potencial pueden ser suficientes en combinación para retirar el compuesto objetivo del liquido y mantener la población de microorganismos .

En un aspecto, el compuesto o compuestos; objetivo se recuperan del liquido. El método puede utilizarse para retirar uno o una pluralidad de compuestos objetivo. Las superficies activas pueden ser las mismas o diferentes y pueden comprender un material homogéneo o un material heterogéneo. En una modalidad, las dos superficies activas comprenden o consisten esencialmente de diversas formas de carbón activado. La etapa de desarrollar una población de microorganismos puede ocurrir antes o después de la etapa de aplicar una diferencia de potencial. La diferencia de potencial puede ajustarse para optimizar los resultados, aunque el potencial sea relativamente bajo. Como un lineamiento general, el voltaje puede ser desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 110 V,; y con frecuencia desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 10 V.

La cantidad de voltaje que puede ;aplicarse generalmente depende de la aplicación, pero debe variar entre la cantidad mínima que efectúa una mejora en el retiro o recuperación del compuesto objetivo, y un rango más alto que es menor a la cantidad que dañe o reduzca la población de microorganismos. Aunque existen aplicaciones de tratamiento de agua en donde se utiliza el voltaje para reducir o eliminar microorganismos, la presente aplicación de voltaje es para mejorar la actividad de la población de microorganismos para retirar los compuestos objetivo, y como tal, un voltaje suficiente para ocasionar el daño a la población de microorganismos disminuye inherentemente la eficacia del sistema. Las variaciones del tamaño del reactor, en los microorganismos particulares utilizados y en otros parámetros del diseño del reactor pueden afectar la cantidad del voltaje que es óptima.

Las superficies cargadas descritas en la presente pueden tener un gran área de superficie y pueden incluir o consistir esencialmente de carbón activado, metal y/o grupo funcional de carbón activado impregnado, metales tales como platino, grafito y muchas otras aleaciones metálicas, geles y plásticos conductivos en múltiples configuraciones. Las configuraciones de electrodos pueden incluir varillas de electrodos, placas, telas, gránulos, etc., presentes en configuraciones de gran área de superficie. Estos materiales también pueden contener bacterias inmovilizadas, incorporadas o unidas y/o microbios o materiales microbianos específicos, tales como proteínas y enzimas conocidas por su capacidad - - para unir, transformar o degradar diversos metales, inorgánicos u orgánicos.

El voltaje aplicado provee un suministro continuo de electrones y un colector de electrones que permite a las biopeliculas microbianas o superficies impregnadas de enzimas retirar o transformar los contaminantes de manera más efectiva .

Adicionalmente, un sistema para retirar un compuesto objetivo de un liquido puede incluir dos superficies activas dispuestas a una distancia de separación y sustancialmente paralelas entre si. Puede conectarse operativamente una fuente eléctrica hacia cada una de las superficies activas en una manera a fin de proporcionar una diferencia de potencial entre las dos superficies activas. La población de microorganismos puede estar sobre cada una de las dos superficies activas. Adicionalmente, el sistema puede incluir una trayectoria de flujo suficiente para dirigir la mayor parte del liquido para hacer contacto con cada superficie activa y suficiente para dirigir la mayor parte del liquido a través de la distancia. En un aspecto, el sistema puede instalarse in situ. En un aspecto adicional^ la instalación in situ puede incluir una corriente u otro cuerpo de agua fluyente, en donde la corriente natural del cuerpo fluyente proporciona la trayectoria de flujo. En otro ejemplo, el sistema puede ser parte de una barrera - - reactiva permeable que trata el agua de desecho del subsuelo a lo largo de una columna de agua, porciones de t una capa freática o lo similar.

Los microorganismos pueden actuar para corregir un compuesto objetivo. Los componentes, nutrientes de una solución inorgánica, incluyendo fuentes de carbón o energía (e.g., malazas, extracto de levadura, proteínas y lo similar) , pueden en ocasiones ser un material limitado para la síntesis y crecimiento celular microbiano. Los principales nutrientes inorgánicos necesarios por los microorganismos son N, S, P, K, Mg, Ca, Mg, K, Fe, Na y Cl . En una modalidad, los microbios pueden convertir nitratos o nitritos a gas de nitrógeno utilizándolos como aceptores de electrones terminales. El exceso de nitrato p nitrito presente recibe los electrones del sistema. En otra modalidad, los seleniatos y selenitas se reducen a selenio elemental. En aún otra modalidad, As (V) puede reducirse a As (III) y, en la presencia de sulfuros, As (III) puede precipitarse como AS2S3, como se muestra en la Figura 1. Como tal, la presente invención proporciona 'reactores electrobioquímicos que pueden crear condiciones reductivas suficientes de tal manera que estos inorgánicos se conviertan a formas insolubles o se degraden a dióxido de carbono y otros gases, e.g., nitrógeno.

Generalmente, los procesos redox pueden mediarse - - por microorganismos, que sirven como catalizadores para acelerar las reacciones. Estos microorganismos, incluyendo muchas bacterias, pueden utilizar reacciones redox en sus procesos respiratorios. En ambientes ricos en oxigeno, el oxigeno puede ser el aceptor natural de electrones, pero también pueden utilizarse otros aceptores de electrones y generalmente seguirán un orden distinto cuando el aceptor de electrones previo se ha consumido o casi se ha consumido en base a su potencial redox. Como un lineamiento, el orden se basa en la cantidad de energía disponible para el sistema proveniente del aceptor de electrones. Por ejemplo, el oxígeno proporciona la más alta cantidad de energía para el sistema; el nitrato proporciona una cantidad ligeramente menor. Esto se muestra en la Tabla 2.

El término redox representa un gran número de reacciones químicas que involucran la transferencia de electrones. Cuando una sustancia se oxida, transfiere electrones a otra sustancia, la cual se reduce entonces. El punto en el cual puede tener lugar una reacción dada se determina por la diferencia de potencial eléctrico o el potencial redox (Eh) en el agua; algunas reacciones liberan energía, otras requieren de la entrada de energía. El potencial redox y el pH pueden ser factores importantes que controlan la especiación y movilización inorgánica. Un diagrama de Eh-pH para el arsénico se muestra en la Figura 2. - - El diagrama representa las condiciones de equilibrio del arsénico bajo diversos potenciales redox y pH. El arseniato [As(V)] es dominante en agua oxigenada, el cual tiende a inducir altos valores Eh, mientras que el arseniato [As(III)] es dominante en agua no oxigenada. La conversión de As (V) a As (III) puede tomar un largo tiempo debido a los; procesos biogeoquimicos en el ambiente. Esta puede ser una de las razones del porqué As (V) puede encontrarse en algunas aguas anóxicas.

La secuencia inicia con el consumo de 02 y subsecuentemente se utiliza N03~. Los óxidos mangánicos se disuelven mediante la reducción de Mn2+ y subsecuentemente se produce NH4+ a través de la amonificación . Asi, en la ausencia oxigeno, los nitratos se degeneran fácilmente a gas de nitrógeno cuando se utilizan como aceptores de electrones.

Estos procesos pueden seguirse mediante la reducción de óxidos de hierro hidratados a Fe2+. Finalmente, S042~ puede reducirse a H2S y se produce CH4 a partir de la fermentación y metanogenesis . La reducción de As(V) se espera que ocurra normalmente después de la reducción de Fe (III) -óxido, pero antes de la reducción de SÓ2~. La información termodinámica describe solo el sistema en equilibrio e indica en general la dirección en la cual se moverá el sistema sin equilibrio.

La Figura 3 proporciona un diagrama de estabilidad - - de Eh-pH para el nitrato. Generalmente, el nitrato (NC>3~) puede estar presente en cantidades significativas en aguas que contienen oxigeno libre. Adicionalmente, el ión de amonio y el amoniaco pueden estar presentes en aguas muy reducidas. El ciclo del nitrógeno puede ser bastante complicado y aunque no se muestra por el diagrama de equilibrio de Eh-pH, puede ocurrir la transformación entre los diversos estados de oxidación casi, totalmente bajo la influencia de microbios. La Figura 4 proporciona un diagrama de Eh-pH para el selenio y selenio-hierro, respectivamente . Como se muestra a partir de las Figuras 3 y 4, los presentes reactores electrobioquimicos pueden utilizar ventajosamente los potenciales redox para corregir los compuestos objetivo a través de las reacciones con microorganismos, como se trató previamente .

La reducción de otras especies puede lograrse utilizando mecanismos de reducción similares. La Tabla 1 ilustra una muestra de algunos mecanismos de reducción ejemplares que pueden ocurrir bajo las condiciones de la presente invención. [ - - Tabla 1 Aunque no se propone la limitación, estos mecanismos incluyen la respiración, desnitrificación, reducción de manganeso, amonificación, reducción de hierro, reducción de sulfato y metanogenesis respectivamente.

La presente invención puede orientarse : hacia un quimico objetivo especifico en un fluido y puede proporcionar consideraciones de diseño especificas para retirar el quimico objetivo, asi como el equipo especifico que puede utilizarse. Sin embargo, debe entenderse que, aunque las modalidades tratadas en la descripción pueden ser especificas, la aplicabilidad del método y equipo puede utilizarse para numerosos compuestos objetivo. En efecto, El presente método y equipo descritos en la presente pueden aplicarse igualmente para objetivar y retirar diversos compuestos objetivo de un fluido, en donde los microorganismos y la diferencia de potencial juntos afectan la preparación de los compuestos químicos, la solubilidad, dispersibilidad, unión y/o transformación o de otro modo mejoran el retiro o' recuperación del compuesto o compuestos objetivos. Por ejemplo, en una modalidad, los presentes reactores electrobioquímicos pueden tratar aguas residuales : de minas que contienen nitrato-N y arsénico.

Como se anotó previamente, un sistema para retirar un compuesto objetivo de un líquido puede incluir dos superficies activas dispuestas a una distancia de separación, y sustancialmente paralelas entre sí. Dos configuraciones no limitantes de reactores electrobioquímicos de la ; presente invención se muestran en las Figuras 5 y 6. La Figura 5 muestra un reactor de gasto tipo pistón 10 que tiene placas de electrodos paralelas 12 orientadas en paralelo a la dirección del flujo del fluido 14. Estos electrodos incluyen un material de gran área de superficie 16 eléctricamente conductivo, que soporta el crecimiento de los microorganismos 18 deseados. La Figura 6 ilustra otra configuración de gasto tipo pistón 20 en donde los electrodos 12 se : orientan perpendiculares a la dirección de flujo del fluido 22. Una entrada 23 de la solución alimentada puede introducir el fluido hacia el reactor 20 y el fluido tratado que tiene una concentración reducida del compuesto objetivo puede retirarse a través de la linea de efluentes 25. En este caso, el fluido a tratarse fluye a través de los electrodos en contraste a la modalidad de la Figura 5 en donde el fluido fluye más allá o a lo largo de los electrodos.

Las superficies activas puede ser de cualquier material que tenga una gran área de superficie que pueda soportar una carga eléctrica (conductiva) y pueda soportar además el crecimiento de microorganismos. Además, en una modalidad, la superficie activa puede ser moderadamente resistente al taponamiento, sobrecrecimiento y/o descomposición. Como un lineamiento muy general, los materiales adecuados para la superficie activa pueden incluir, pero no se limitan en ninguna forma, a plásticos, zeolitas, silicatos, carbones activados, almidones, ligninas, celulosas, materiales vegetales, materiales ¡animales, biomateriales y combinaciones de los mismos. En otra modalidad especifica de la presente invención, el ; sustrato puede ser un material mesoporoso. Las superficies de carbón activado y/o materiales que contienen platino, incluyendo carbones activados, pueden ser materiales efectivos para utilizarse como las superficies conductivas primarias. Estas - - superficies primarias pueden estar en contacto con otros materiales de grandes áreas de superficie conductivas más económicos, e.g., materiales de grandes áreas de superficie conductivos secundarios, proporcionando una gran área de superficie extendida para la transformación y/o unión de contaminantes. Por ejemplo, los materiales impregnados de plásticos, biopolimeros , piedra pómez, aluminio o hierro pueden utilizarse como el material de sustrato primario y/o secundario. Los materiales de soporte biológicos pueden tener grupos funcionales, que se seleccionan y optimizan para retirar un material objetivo particular. Por ejemplo, y a fin de incrementar la basicidad, los grupos de hidrógeno inactivo, carboxilo, lactona, fenol, carbonilo, éter, pirona, y cromeno son ejemplos no limitantes de grupos funcionales adecuados para un material de soporte biológico de acuerdo con la presente invención.

Puede conectarse operativamente una fuente eléctrica 24 a cada una de las superficies activas en una manera a fin de proporcionar una diferencia de potencial entre las dos superficies activas como se muestra en las Figuras 5 y 6. Una población de microorganismos puede estar sobre cada una de las dos superficies activas y los materiales conductivos de gran área de superficie más económicos. Adicionalmente, el sistema puede incluir una trayectoria de flujo suficiente para dirigir la mayor parte del líquido para hacer contacto con cada superficie activa primaria y suficiente para dirigir la mayor parte del líquido a través de la distancia.

El reactor electrobioquímico (EBR) puede formarse utilizando recipientes cilindricos como parte, de la trayectoria de flujo, orientados a fin de tener un diámetro sustancialmente vertical como se muestra en las Figuras 6-8. Puede utilizarse una placa perforada para suspender 'el carbón en la parte inferior y otro en la parte superior, formando así las áreas activas de gran superficie. La placa puede actuar como un sustrato para las superficies activas. Por lo tanto, la placa puede formarse de cualquier material adecuado que pueda ser conductivo (e.g., metal) o no conductivo (e.g., plástico) . En algunos casos, las placas no conductivas pueden ser útiles a fin de evitar la desintegración debida a la erosión electroquímica.

El reactor puede inocularse, en donde se desarrolla la población de microorganismos sobre las superficies activas, en una variedad de formas y en diferentes tiempos. En ocasiones, puede ser necesario o útil inocular de manera deliberada las superficies activas. En otras ocasiones, el fluido, tal como el agua a tratarse, puede tener una menor población de microorganismos asociada con el fluido que puede, con el tiempo y condiciones adecuadas, inocular de manera natural las superficies activas.

Puede utilizarse una cantidad y variedad de microorganismos para inocular las superficies activas, ya sea solos o en combinación. Ejemplos no limitantes de bacterias y algas que pueden utilizarse incluyen Cyanobacteria , Diatoms , Alcaligenes sp. , Escherichia sp. , Pseudomonas sp. , Desulfovibrio sp. , Shewanella sp., Bacillus sp. , Tháuera sp. , P. putida, P. stutzeri , P. alcaligenes, P. pseudoalcaligenes , P. diminuta, Xanthomonas sp. , incluyendo X. (Pseudomonas) maltophilia , Ale. Denitrificans, varios Bacillus species Bacillus species que son quimioheterótrofos versátiles incluyendo B. subtilis , B. megaterium, B. acidocaldarius, & B. cereus, Cellulomonas y Cellulomonas Fermentans , varias bacterias que reducen sulfatos incluyendo Desulfobacter, Desulfobulbus, Desulfomonas, Desulfosarcina, Desulfotomaculum, Desulfurocococcus, Desulfotomaculum, y Desulforomonas species, Nitrosomonas, Nitrobacter, Rhodobacter, Thiobasillus y Geobacter species, E. coli, y varias Achaea bacteria y combinaciones de los mismos. El consorcio de premezcla de los microbios identificados se desarrolló a alta concentración y se agregó a los reactores electrobioquimicos .

Aunque se muestran los reactores tipo flujo ascendente en las Figuras 6-8, debe notarse que puede utilizarse una variedad de diseños, incluyendo un flujo descendente, flujo horizontal, flujo a lo largo de cualquier - - trayectoria, gasto tipo pistón, semi-continuo, por lote, de lecho fluidizado, etc. Además, en donde pre-existe una trayectoria de flujo, las superficies activas pueden inserta'rse a una distancia de separación para formar un sistema para retirar un contaminante o compuesto objetivo. Tal es el caso con la formación in situ de un reactor electrobioquimico en una corriente de salida.

Volviendo ahora a la Figura 8b, un sistema para retirar al menos un compuesto objetivo de un liquido puede comprender a) un primer reactor electrobioquimico 30, que comprende i) dos superficies activas dispuestas a una distancia de separación y dispuestas sustancialmente paralelas entre si, ii) una fuente eléctrica conectada operativamente a cada una de las superficies activas para proporcionar una diferencia de potencial entre las dos superficies activas, y iii) una población de microorganismos sobre cada una de las dos superficies activas. El sistema puede comprender además un segundo reactor electrobioquimico 40 que comprende: i) dos superficies activas dispuestas a una distancia de separación y dispuestas sustancialmente paralelas entre si, ii) una fuente eléctrica ;conectada operativamente a cada una de las superficies activas para proporcionar una diferencia de potencial entre : las dos superficies activas, y iii) una población de microorganismos sobre cada una de las dos superficies ; activas, - - Adicionalmente, el sistema puede comprender una tubería 32 que conecta el primer reactor electrobioquímico con el segundo reactor electrobioquímico de tal manera que el líquido que sale del primer reactor electrobioquímico entra al segundo reactor electrobioquímico. Como se trató antes, el sistema también puede incluir una trayectoria de flujo suficiente para dirigir la mayor parte del líquido para hacer contacto con cada una de las superficies activas de cada reactor electrobioquímico y suficiente para dirigir la mayor parte del líquido a través de las distancias de cada reactor electrobioquímico .

Adicionalmente, los reactores electrobioquímicos pueden incluir cualquiera de las modalidades antes mencionadas tratadas a través de toda la presente descripción. Por ejemplo, el presente sistema puede incluir los microorganismos previamente tratados. Además, los reactores electrobioquímicos pueden ser los mismos o diferentes; e.g., tienen los mismos o diferentes componentes o se dirigen a los mismos o diferentes compuestos objetivo. EJEMPLOS Los siguientes ejemplos ilustran las diversas modalidades de la invención. Así, estos ejemplos no deben considerarse como limitaciones de la presente invención, sino son solamente para enseñar cómo se implementa la presente invención en base a los datos experimentales actuales. Como - - tal, se describen en la presente un número representativo de los sistemas.

Ejemplo 1 - Retiro de Contaminantes de Aguas Residuales de Minas El presente ejemplo se dirigió al retiro de arsénico, selenio y nitrato de diversas aguas de mina, y se probó además una combinación de microbios expuestos a diversas diferencias potenciales. Dos reactores idénticos con las mismas características, que se probaron lado a lado, se muestran en la Figura 7A y 7B. Uno de los reactores 7A, no tuvo un potencial aplicado a través de sus electrodos 12 (Reactor Rl) y el otro 7B, tuvo un potencial 24 aplicado a través de los electrodos 12 (Reactor R2) . Los reactores se fabricaron de plástico transparente. Los EBR' s probados fueron de varios diferentes tamaños y configuraciones. En una configuración, ambos lechos de carbono del cátodo y del ánodo se posaron sobre diafragmas perforados. El carbono utilizado fue de 20 x 20 mallas de tamaño o carbono activado granulado. Los lechos de carbono del cátodo y ánodo fueron de diferentes tamaños para determinar la efectividad de las diferentes configuraciones. Incorporados en cada lecho de carbono estuvo un sistema de electrodos firmemente sostenido sellado en el lado exterior con gel de silicio. Los electrodos ayudaron a mantener el gradiente potencial de reducción a través del reactor electrobioquímico . Varios - - tubos, que corren desde la placa superior y terminan en diferentes ubicaciones dentro de los EBR' s probados sirvieron para el propósito de muestrear y monitorear la transformación de los contaminantes de arsénico, selenio y nitrato-N. Se condujeron las pruebas de EBR' s sobre la mesa a una temperatura ambiente de ~25°C.

El ajuste del reactor electrobioquimico utilizado para el retiro de arsénico se muestra en general en las Figuras 7A y 7B e incluye dos reactores electrobioquimicos, respectivamente: uno sin un potencial aplicado (Figura 7A) y un segundo con el potencial aplicado (Figura 7B) ; dos puertos de muestreo sobre cada reactor 26; la fuente de energía 24; el mecanismo de bombeo (no mostrado) y tubos de conexión (no mostrados) ; y un contenedor alimentado con solución (no mostrado) . La Figura 8A muestra de manera similar un reactor electrobioquimico de una sola etapa de la presente invención y la Figura 8B muestra un reactor bioquímico de dos etapas sin el potencial aplicado utilizado para probar el retiro de selenio como se trató adicionalmente en el Ejemplo 2. En esta manera., la presente invención puede compararse en desempeño con o sin voltaje aplicado.

Aunque pueden utilizarse una variedad de microbios, los microbios utilizados fueron un consorcio de Pseudomonas y microbios que reducen el sulfato que pueden llevar a cabo de manera efectiva la reducción de arsénico, de As (V) a As (III), - - la reducción de selenio de seleniato y selenita a selenio elemental (para el Ejemplo 2) asi como la desnitrificación. Los mismos microbios se introdujeron tanto en los biorreactores estándar sin potencial aplicado como en los reactores electrobioquimicos . La Figura 9 muestra las diferencias en los potenciales medidos a través del Reactor 1 y el Reactor 2.

Las variaciones del desempeño entre el EBR con potencial aplicado (Reactor R2) y el EBR sin potencial aplicado (Reactor Rl) pueden explicarse al notarse que el en caso del reactor con el potencial aplicado (Figuras 7B, 8A) , el cátodo proporciona electrones adicionales , para la reducción de los compuestos de nitrógeno (nitratos y nitritos) a gas de nitrógeno, asi como a la reducción de sulfato a sulfuro, la reducción de arsenato a arsenita, y selenio a selenio elemental lo cual de otro modo tendría que proporcionarse por medio de la acción bacteriana y nutrientes adicionales. Los nutrientes se utilizan para establecer un ambiente de reducción y el crecimiento microbiano en el reactor sin el potencial aplicado (Figura 7A) . El EBR con el potencial aplicado mostró una mayor eficacia en el desempeño en comparación con el EBR sin el potencial aplicado.

Con el potencial aplicado al EBR con los electrodos de hierro, se esperó que la corrosión del electrodo de hierro se incrementara, incrementando así la suspensión de ferrihidrita en el reactor 2. Esto permitió el co-retiro adicional de As (V) con precipitación de hierro. El hierro también puede incluirse en la solución alimentada para mejorar la co-precipitación de hierro del arsénico. El incremento en la superficie de óxido de hierro con esta suspensión ayudó a la reducción de As (V) a As (III) en la sección superior del reactor.

En la prueba para el retiro de arsénico a una velocidad de flujo de 5.045 litros/dia, el EBR fue capaz de retirar todo el nitrógeno presente de la solución alimentada. La concentración de arsénico de 200 ppb en la alimentación también se redujo a 35 ppb en oposición a un biorreactor convencional que solo redujo la concentración de arsénico alimentado de 200 ppb a 75 ppb. La Figura 10 muestra el retiro de arsénico en una ronda prolongada de un sistema de biorreactor en par; un biorreactor convencional y un EBR con el EBR funcionando a diferentes voltajes. Tres voltios en este sistema produjeron los mejores resultados. Tres voltios redujeron el tiempo requerido para la reducción de arsénico y la cantidad de nutrientes utilizada en el sistema del biorreactor. El desempeño mejorado del EBR se debe al potencial aplicado que sostuvo el potencial de reducción en el reactor. Por lo tanto, un proceso de EBR, utilizado dos superficies activas dispuestas a una distancia de separación y teniendo una diferencia de potencial entre ellas, asi como - - el crecimiento de microorganismos sobre cada superficie activa, mostró una ventaja distinta en eficiencia para el retiro de arsénico de la solución.

Asi, la presente invención muestra que el EBR fue efectivo en el retiro de contaminantes. Además, los presentes resultados muestran que el EBR puede ser afectivo aún cuando se disminuya el requerimiento de nutrientes; proporcionando mediante esto inferiores costos operacionales . También se demostró; cuando el agua de mina se pasó a través de los reactores, que el sistema diseñado puede utilizarse para tratar una amplia variedad de cuerpos de agua de desecho con diferentes metales contaminantes.

A la luz de lo anterior, un conjunto de tales reactores electrobioquimicos que tienen la diferencia de potencial, opcionalmente en serie con un sistema de filtración que retiraría los desechos y se acoplaría con la unidad de purificación ultra-violeta, puede servir a las industrias y a las plantas de proceso que pretenden reciclar sus aguas al tratar los efluentes de su planta. Los beneficios a derivarse son numerosos e incluyen: inferior costo de la implementación de infraestructura y de ¡operación en comparación con otros métodos de tratamiento; el uso de reactores simples para producir de cientos a miles¦ de veces menos lodo que los procesos de precipitación de metal convencionales, que permite la descontaminación o - - recuperación de una cantidad de químicos objetivo en donde el reactor bioquímico electro-mecánico puede aplicarse a una variedad de líquidos así como a una variedad de compuestos objetivo .

Ejemplo 2 - Retiro de Selenio de Aguas Residuales de minas En otra modalidad ejemplar, el reactor electrobioquímico y métodos similares a los expuestos en la presente, se utilizaron para retirar selenio del agua. Las aguas de mina se obtuvieron de un sitio de mina potencial no revelado.

Se utilizaron tres reactores de 1.4 litros (aproximadamente) para la prueba del reactor. Todos los materiales utilizados en el reactor fueron acrílico o cloruro de polivinilo. Se corrieron en serie dos reactores de lecho fijo empacados con piedra pómez y carbón activado como se muestra en la Figura 8B. Se utilizó por separado un tercer reactor, un EBR empacado con piedra pómez y carbón activado con voltaje aplicado utilizando un suministro de energía CD para probar la reducción de selenio en agua de mina. Todos los tres reactores tienen puertos de muestreo similares en la parte superior para medir el pH, el potencial de reducción de oxidación (ORP) y la temperatura a diferentes profundidades. Los reactores se mantuvieron bajo condiciones anaeróbicas.

Se construyeron reactores electrobioquímicos a - - escala de laboratorio para investigar la aplicabilidad de un consorcio microbiano seleccionado para retirar altas concentraciones de selenio soluble, como seleniato y selenita y para mejorar los tiempos de reacción en los reactores electrobioquimicos . Se utilizaron para la prueba, tres reactores teniendo cada uno un volumen de 0.001387; m3. Las columnas de acrilico utilizadas para los reactores tuvieron una altura de 9.5 pulgadas y un radio de 1.5 pulgadas. Los reactores se sellaron con tapas de cloruro de polivinilo sobre la parte superior y la parte inferior teniendo un radio de 1.5 pulgadas y una altura de 2.5 pulgadas.

Se conectaron en serie dos reactores empapados con material de piedra pómez (roca volcánica) y carbón activado y se conectaron adicionalmente a una bomba y a agua alimentada. El agua alimentada fue agua de mina real conteniendo principalmente selenio como seleniato. El agua alimentada se introdujo al primer reactor (Reactor 1) desde la parte inferior, pasó a través del lecho empacado que soporta los microbios en la dirección ascendente, salió de la parte superior y después se introdujo desde la parte inferior del segundo reactor (Reactor 2) . El efluente se recolectó de la porción superior del segundo reactor. Se probaron los tiempos de retención de 22 y 44 horas para los reactores conectados en serie. Se mantuvieron las condiciones anaeróbicas en todos los reactores. Un reactor electrobioquimico (Reactor 3) fue un reactor electrobioquimico empacado con piedra pómez y carbón activado y tuvo un voltaje aplicado a través del reactor a través de un conjunto de electrodos incorporados en las capas de carbón activado en la parte superior y la parte inferior del reactor. Se utilizó material de carbón activado granulado como el electrodo en el sistema. La reacción se llevó a cabo con la mezcla del sustrato conteniendo seleniato y se utilizó el consorcio de microbios con la capacidad para catalizar el proceso de reducción y el de mina para la prueba.

El agua alimentada se bombeó hacia el tercer reactor. Todos los reactores fueron provistos con 3 puertos de muestreo para la medición del pH, el potencial de oxidación-reducción (ORP) en diferentes ubicaciones en el reactor. Se recolectaron las muestras para el análisis de selenio después de que el agua salió del Reactor 1 (efluente del Reactor 1) y el efluente salió del Reactor 2. El muestreo para el pH, ORP y la temperatura se realizó una vez en tres días. El tercer reactor EBR se probó por, separado para el retiro de selenio.

Los consorcios microbianos se probaron para determinar los efectos de diferentes nutrientes sobre el crecimiento y la reducción de selenio. Como se trató bajo la prueba para el retiro de arsénico (Ejemplo 1), se utilizaron muchas diferentes modificaciones de carbono para estimular la - - conversión de seleniato a selenio elemental en agua. Las bacterias requieren tres componentes principales de nutrientes: carbono, nitrógeno y fósforo para el crecimiento y otras actividades. Las cantidades estequiométricas de carbono pueden calcularse para varios retiros de inorgánicos. Aunque estas ecuaciones dan la cantidad de carbono necesaria para la reducción de metal, se requieren las cantidades adicionales de carbono para el crecimiento del microbio y para crear un ambiente de reducción. En consecuencia, se probaron diferentes modificaciones en esta investigación para observar la efectividad de diferentes nutrientes en combinación con el voltaje aplicado para estimular la reducción de seleniato y selenita a selenio elemental y mejorar el crecimiento de los microbios.

El diseño de esta prueba de un reactor electrobioquimico tiene las siguientes funciones fundamentales: (1) inmovilizar los microorganismos sobre un medio inerte, con un tiempo de retención óptimo del agua de mina para que los organismos actúen sobre el selenio y (2) construir una serie de reactores electrobioquimicos conectados en serie utilizando piedra pómez (material volcánico) u otros materiales de gran área de superficie como el material para las superficies activas (3) la porosidad natural de la piedra pómez forma un nicho y soporta el denso crecimiento bacteriano (4) además, los poros pueden ayudar a la transferencia de material (5) otra posible utilidad con la piedra pómez es que puede ocluir el selenio reducido en el reactor .

El agua de mina probada contuvo de manera natural selenio como seleniato y se utilizó como el , agua de alimentación y se utilizó TSB como nutriente. El análisis de selenio se condujo sobre una base diaria. Se utilizaron diferentes aguas de mina a través del curso del experimento que tuvieron un pH que varia desde 10.2 hasta 10.3. El pH en el agua de mina se ajustó a una concentración que varia entre 6.8 a 7.2 antes de bombearla a través de los reactores. Esto se realizó para evitar la toxicidad de la alta concentración de pH sobre la actividad de los microbios. Se midieron el pH y el potencial de Oxidación-Reducción (ORP) sobre i una base diaria a diferentes profundidades en el reactor y se registró la temperatura ambiente de manera frecuente.

El pH del agua se monitoreó sobre una base diaria para asegurar que se encuentra en el rango de condiciones fisiológicas normales de los microbios y que no es: tóxica o no inhibe la actividad de los microbios. Las mediciones de pH observadas para diferentes muestras fluctuaron entre pH 6.6 y 7.4 con alguna periodicidad en ambos reactores. La fluctuación puede atribuirse a efectos de dilución de la alimentación y la adición del medio. A través del curso de la prueba de los reactores electrobioquimicos, existió una - - disminución continua en el potencial de oxidación-reducción desde el día 0 al dia 83.

La Figura 11 proporciona una gráfica del retiro de selenio de varias aguas de mina utilizando un biorreactor convencional de dos etapas sin potencial aplicado y un tiempo de retención de 44 horas y un EBR de una sola etapa con un tiempo de retención de 22 horas y un potencial aplicado de 3 voltios y las Tablas 2 y 3 muestran una lista de metales agregados y retirados de la solución en un biorreactor convencional y en un EBR utilizando un electro · de metal compuesto y aguas de desecho de minas que contienen selenio.

Tabla 2 Elemento (µ?/1) Al S Fe Ni Cu Zn Aguas alimentadas 998.95 460.67 32.0 6.23 3.00 19.48 Efluente BEMR-1 (serie con 162.63 421.73 177.37 8.31 3.00 21.77 22 h de retención) Efluente BEMR-2 (serie con 58.17 339.88 255.68 11.49 4.05 32.51 44 h de retención) Efluente EBR (22 horas de 23.21 176.09 339.41 10.41 3.04 31.65 retención) Eluido de Piedra pómez (gm) 200.07 0.00 175.19 1.22 1.07 7.73 - - Tabla 3 Las curvas ORP mostraron un cambio drástico en los valores durante los 40 días iniciales en ambos reactores. El Reactor 1 mostró un potencial de reducción de oxidación negativo después de 35 dias y el Reactor 2 exhibió un valor negativo después de 40 dias de operación. Tendencias similares se observaron para las muestras recolectadas de diferentes ubicaciones del reactor indican las características del agua siendo similares a través de todo el reactor. La disminución en ORP, inicialmente debida a los nutrientes proporcionados, pudo ser indicativa de la acumulación de iones metálicos - i.e., selenio. Las, especies de seleniato deben existir a ORPs mayores en comparación al selenio elemental. La explicación posible para esto es el consumo de oxígeno del ambiente circundante por las bacterias y el nutriente agregado que crean un fuerte ambiente de - - reducción.

La transformación de seleniato a selenio elemental también se observó siendo mayor a través del periodo de ORP negativo. Los dos reactores se alimentaron en serie al agregar TSB al agua alimentada sobre una base diaria a una concentración de 3.75 g/l de agua de mina durante un periodo de 56 días. Se mantuvo un tiempo de retención de 12 horas correspondiente a una velocidad de flujo de 0.96 ml/min en cada reactor durante un periodo de 18 días. Cuando el tiempo de retención fue de 12 horas, se observó un promedio de reducción de 73% en el seleniato para ambos reactores. Sin embargo, el incremento del tiempo de retención a 22 horas en cada reactor incrementa la reducción de selenio a 83% de reducción promedio en el efluente del Reactor 1. Los cálculos para el desempeño de los reactores se realizaron al excluir los puntos extremos inferior y mayor. La adición de TSB al agua de alimentación dio como resultado la Reducción de selenio en el agua de alimentación por si misma. El agua de alimentación tuvo una caída significativa, en la concentración de seleniato en el día 41. Los reactores 1 y 2 en serie de los biorreactores sobre un promedio demostraron una reducción de 88.2% con un tiempo total de retención de 44 horas. El reactor electrobioquímico demostró una ¡reducción promedio de 91.5% con un tiempo de retención de 22 horas, Figura 11.

- - Por lo tanto, los dos biorreactores convencionales en serie que tienen un tiempo de retención de 44 horas demostraron una reducción promedio de 88.2% y el reactor 3 Electrobioquimico que tiene el potencial aplicado con electrodos externos, que es la operación de una sola unidad, demostró una reducción promedio de 91.5% en 22 horas. El reactor 3 electrobioquimico fue bastante más eficiente para reducir el selenio con solo la mitad del tiempo de reacción de los reactores electrobioquimicos 1 y 2, Figura 11.

Una vez que se inmovilizaron los contaminantes metálicos y objetivo utilizando los reactores bioquímicos de la presente invención, estos pueden aislarse y tratarse, eliminarse o recuperarse utilizando cualquier número de técnicas .

Debe entenderse que las disposiciones antes descritas son únicamente ilustrativas de la aplicación de los principios de la presente invención. Pueden idearse numerosas modificaciones y disposiciones alternativas por las personas de experiencia en la técnica sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención y las reivindicaciones anexas se proponen para cubrir tales modificaciones y disposiciones. Así, aunque la presente invención se ha descrito en lo anterior con particularidad y detalle en relación con lo que se considera actualmente ser las modalidades más prácticas y preferidas de la invención, - - será aparente para las personas de experiencia ordinaria en la técnica que pueden hacerse numerosas modificaciones, incluyendo pero sin limitarse a variaciones en tamaño, materiales, conformación, forma, función y manera de operación, instalación y uso sin apartarse de los principios y conceptos establecidos en la presente.

Claims (22)

REIVINDICACIONES

1. Un método para retirar un compuesto objetivo de un liquido que comprende: disponer dos superficies activas separadas por una distancia y colocarlas dentro de un flujo del liquido, siendo las superficies capaces de soportar una carga eléctrica y capaces de soportar el crecimiento biológico; desarrollar una población de microorganismos concentrados sobre las superficies activas, dirigiéndose dicha población de microorganismos al compuesto objetivo; y aplicar una diferencia de potencial entre las dos superficies activas, en donde los microorganismos y la diferencia de potencial son suficientes en combinación para retirar el compuesto objetivo del liquido y mantener la población de microorganismos .

2. El método de la reivindicación 1, en. donde el compuesto objetivo se recupera del liquido.

3. El método de la reivindicación 1, en! donde el compuesto objetivo comprende selenio.

4. El método de la reivindicación 1, en donde el compuesto objetivo comprende arsénico.

5. El método de la reivindicación 1, que comprende además retirar un segundo compuesto objetivo.

6. El método de la reivindicación 1, que comprende además retirar múltiples compuestos objetivo en donde al menos un compuesto objetivo es mercurio.

7. El método de la reivindicación 1, en donde las dos superficies activas comprenden carbón activado.

8. El método de la reivindicación 1, en donde la diferencia de potencial es desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 30 voltios.

9. El método de la reivindicación 1, en! donde la etapa de desarrollar una población de microorganismos es antes de la etapa de aplicar una diferencia de potencial.

10. El método de la reivindicación 1, en donde la etapa de desarrollar una población de microorganismos es subsecuente a la etapa de aplicar una diferencia de potencial .

11. El método de la reivindicación 1, en donde la diferencia de potencial es suficiente para reducir la población de microorganismos.

12. El método de la reivindicación 1, en, donde la etapa de desarrollar una población es subsecuente a; la etapa de aplicar una diferencia de potencial y los microorganismos son enzimas.

13. El método de la reivindicación 1, en donde la etapa de desarrollar una población es subsecuente a la etapa de aplicar una diferencia de potencial y los microorganismos son proteínas.

14. Un sistema para retirar un compuesto objetivo de un liquido, que comprende: dos superficies activas dispuestas a una distancia de separación y dispuestas sustancialmente paralelas entre si; una fuente eléctrica conectada de manera operativa a cada una de las superficies activas para proporcionar una diferencia de potencial entre las dos superficies activas; una población de microorganismos sobre cada una de las dos superficies activas; y una trayectoria de flujo suficiente para dirigir la mayor parte del liquido para hacer contacto con cada una de las superficies activas y suficiente para dirigir la mayor parte del liquido a través de la distancia.

15. El sistema de la reivindicación 14, en donde el sistema se dispone in situ.

16. El sistema de la reivindicación 14, en donde la trayectoria de flujo fluye paralela y más allá de las dos superficies activas.

17. El sistema de la reivindicación 14, en donde la trayectoria de flujo fluye perpendicular y a través de las dos superficies activas.

18. El sistema para retirar al menos un compuesto objetivo de un liquido, que comprende: ; a) un primer reactor electrobioquimico, que comprende: i) dos superficies activas dispuestas a una distancia de separación y dispuestas sustancialmente paralelas entre si, ii) una fuente eléctrica conectada de manera operativa a cada una de las superficies activas para proporcionar una diferencia de potencial entre las dos superficies activas, y iii) una población de microorganismos sobre cada una de las dos superficies activas; b) un segundo reactor electrobioquimico, que comprende : i) dos superficies activas dispuestas a una distancia de separación y dispuestas sustancialmente paralelas entre si, ii) una fuente eléctrica conectada de manera operativa a cada una de las superficies activas para proporcionar una diferencia de potencial entre ; las dos superficies activas, y : iii) una población de microorganismos sobre cada una de las dos superficies activas; c) un tubo que conecta el primer reactor electrobioquimico al segundo reactor electrobioquimico de tal manera que el liquido que sale del primer reactor electrobioquimico entra al segundo reactor electrobioquimico; d) una trayectoria de flujo suficiente para dirigir la mayor parte del liquido para hacer contacto con cada una de las superficies activas de cada reactor electrobioquimico y suficiente para dirigir la mayor parte del liquido a través de las distancias de cada reactor electrobioquimico^

19. El sistema de la reivindicación 18, en donde el sistema retira al menos dos compuestos objetivo.

20. El sistema de la reivindicación 19, en donde el primer reactor electrobioquimico retira un primer compuesto objetivo y el segundo reactor electrobioquimico retira un segundo compuesto objetivo.

21. El sistema de la reivindicación 19, en donde los microorganismos del primer reactor electrobioquimico son diferentes a los microorganismos del segundo reactor electrobioquimico. [

22 . El sistema de la reivindicación 19, en donde la trayectoria de flujo fluye perpendicular y a través de las dos superficies activas de cada uno de los reactores electrobioquimicos .