haluros orgánicos adsorbibles

En las plantas de tratamiento de agua, los haluros orgánicos se adsorben utilizando GAC o PAC en tanques agitados. ^{[ 6 ]} El carbón cargado se separa utilizando una membrana hecha de materiales como polipropileno ^{[ 9 ]} o nitrato de celulosa. ^{[ 1 ]} La medición de los niveles de AOX dentro y fuera de la zona de tratamiento muestra una disminución en las concentraciones de haluros orgánicos. Algunos procesos utilizan una filtración de GAC de dos etapas para eliminar los precursores de AOX y, por lo tanto, reducir la cantidad de AOX en las aguas tratadas. ^{[ 11 ]} Un proceso de filtración de dos etapas consiste en dos filtros de GAC en serie. El primer filtro se carga con GAC agotado, mientras que el segundo filtro se carga con GAC nuevo. Esta configuración es preferida por su mayor eficiencia y mayor capacidad de procesamiento. El GAC se reemplaza cíclicamente y la mezcla de haluro orgánico-carbón extraída se envía luego para un tratamiento biológico o químico posterior, como la ozonización para regenerar el GAC. ^{[ 1 ] [ 11 ]} A menudo, estos tratamientos químicos, si bien son efectivos, plantean desafíos económicos para las plantas de tratamiento.

Una opción más atractiva económicamente para el tratamiento de los haluros orgánicos es mediante la utilización de agentes biológicos. Recientemente, se han utilizado bacterias (Ancylobacter aquaticus), hongos ( Phanerochaete chrysosporium y Coiriolus versicolor ) o enzimas sintéticas en la degradación de compuestos orgánicos clorados. ^{[ 3 ]} Los microorganismos degradan los compuestos halogenados mediante procesos aerobios o anaerobios. Los mecanismos de degradación incluyen la utilización del compuesto como fuente de carbono para energía, cometabolito o como aceptor de electrones. ^{[ 3 ] [ 8 ]} Cabe señalar que la acción enzimática o microbiana podría estar regulada mediante inhibición por retroalimentación: el producto final de la serie inhibe una reacción en el proceso. Un ejemplo de un microbio que puede degradar AOX se muestra a continuación en las Figuras 1 ^{[ 12 ]} y 2. ^{[ 13 ]}

Un ejemplo de decloración de hidrocarburos alifáticos clorados (HAC), como el percloroetileno (PCE), por Dehalococcoides ethenogenes se ha ilustrado anteriormente. El PCE es uno de los HAC altamente clorados para los que no se conocen microorganismos capaces de degradación aeróbica. ^{[ 12 ]} El alto carácter electronegativo del PCE le confiere capacidad de agente oxidante mediante la aceptación de electrones por cometabolismo o deshalorespiración. En el cometabolismo, la reducción del PCE se hace posible gracias a la utilización de un metabolito primario como fuente de carbono y energía. En la deshalorespiración, la transferencia de electrones desde la oxidación de moléculas pequeñas (el H₂ _es la principal fuente; pero también se pueden utilizar glucosa, acetato, formiato y metanol) al PCE genera la energía necesaria para el crecimiento bacteriano. El hidrógeno involucrado en este mecanismo suele ser producto de otro proceso, como la fermentación de moléculas simples como azúcares u otras moléculas complejas como ácidos grasos. ^{[ 12 ]} Además, debido a la competencia de los metanógenos por H ₂ , las bacterias decloradoras favorecen las bajas concentraciones de H _{2 y a menudo se establecen a través de compuestos de fermentación de liberación lenta como ácidos grasos y biomasa bacteriana en descomposición.} ^{[ 14 ]} Si bien varias enzimas y transportadores de electrones están involucrados en el proceso, dos enzimas realizan las reacciones de decloración: la deshidrogenasa reductiva de PCE (PCE-RDasa) y la deshidrogenasa reductiva de TCE (TCE-RDasa). La PCE-RDasa normalmente se encuentra libre en el citoplasma mientras que la TCE-RDasa se encuentra unida a la membrana citoplasmática externa. Estas enzimas normalmente utilizan un clúster de iones metálicos como el clúster Fe-S para completar el ciclo de transferencia de electrones. ^{[ 12 ]} El hidrógeno se oxida para generar dos protones y dos electrones. La eliminación del primer cloruro, que es realizada por la PCE-RDasa, reduce el PCE a TCE por deshalogenación reductiva, donde un hidruro reemplaza al cloro. El cloruro perdido del PCE gana los dos electrones y el protón que los acompaña para formar HCl. El TCE puede reducirse a cis -dicloroeteno (cis-DCE) mediante PCE-RDasa o TCE-RDasa. Las reducciones posteriores a cloruro de vinilo (VC) y etileno son realizadas por TCE-RDasa. La decloración de PCE a cis-DCE es más rápida y termodinámicamente más favorable que la decloración de cis-DCE a VC. La transformación de VC a etileno es la etapa más lenta del proceso y, por lo tanto, limita la velocidad global de la reacción. ^{[ 14 ]}La tasa de decloración reductiva también está directamente correlacionada con el número de átomos de cloro y, por lo tanto, disminuye a medida que disminuye el número de átomos de cloro. ^{[ 14 ]} Además, si bien varios grupos de bacterias como Desulfomonile , Dehalobacter , Desulfuromonas , etc., pueden realizar la deshalogenación de PCE a TCE, solo el grupo Dehalococcoides puede realizar la decloración reductiva completa de PCE a eteno . ^{[ 14 ]}

Además de la decloración de CAH, también se ha informado que los microbios actúan sobre hidrocarburos aromáticos clorados. Un ejemplo de una reacción donde se ha reducido el contenido de AOX aromático se muestra en la figura 2 anterior. ^{[ 8 ] [ 15 ]} Si bien se sabe poco sobre los mecanismos de deshalogenación de fenoles polihalogenados (PHP) y bencenos polihalogenados (PHB), se observó regioselectividad para la ubicación del haluro en el anillo aromático. ^{[ 8 ] [ 14 ]} Sin embargo, esta regioselectividad está dominada tanto por los potenciales redox para la reacción como por la familiaridad del microbio con la reacción. ^{[ 12 ]} Además, debido a la especificidad de la mayoría de los microbios junto con estructuras aromáticas complejas, para lograr una deshalogenación completa, se utiliza una mezcla de más de una especie de bacterias y/o hongos (a menudo conocida como consorcio). ^{[ 8 ]} La reacción en la figura 2 muestra la desbromación reductiva del 2,4,6-tribromofenol (2,4,6-TBP) por Ochrabactrum . ^{[ 13 ]} Con base en la degradación relativa de la molécula junto con los resultados analíticos, se ha postulado que la degradación del 2,4,6-TBP procede a través de la desbromación del orto -bromo en el primer paso por una deshalogenasa para producir 2,4-dibromofenol (2,4-DBP). Dado que hay dos orto- bromos, la desbromación de cualquiera de los carbonos orto produciría el mismo producto. Otras especies como Pseudomonas galthei o Azotobacter sp. mostraron preferencia por el para -haluro sobre los meta- u orto- haluros. Por ejemplo, Azotobacter sp. degrada el 2,4,6-triclorofenol (2,4,6-TCP) en 2,6-diclorohidroquinona debido a las diferencias de selectividad de la TCP-4-monooxigenasa entre el orto- y el para -haluro. Estas diferencias en la regioselectividad entre las especies pueden atribuirse a la especificidad de la estructura tridimensional de la enzima y su impedimento por interacciones estéricas. ^{[ 13 ]} Se ha postulado que un protón perdido por el grupo fenol del 2,4,6-TBP da como resultado la formación de un ion halofenolato cargado negativamente. El ataque posterior del para-El carbono reacciona con un anión hidruro del NAD(P)H mediante un ataque nucleofílico y un reordenamiento por resonancia, lo que resulta en la sustitución del bromo por hidruro y la formación de 2,4-DBP. Los pasos subsiguientes, siguiendo un patrón similar, producen 2-bromofenol y fenol en el paso final. El fenol puede ser metabolizado por microorganismos para producir metano y dióxido de carbono , o puede extraerse más fácilmente que las AOX. ^{[ 12 ] [ 13 ]}