Ante l a magnitud d b l a i n v w s i b n e5 necesario considerar o t r a s

h

c

i

-r

c c

6-

n

t ! b.4

-

I u

*c ! u

R

,

L

i

'

_I...

J

_{NOMBRE: Maria d e l S o c o r r o G a r c i a R o j a s .}

TELEFONO: 3-96-57-14

MATRI CULA: 833;24676

NOMBRE: G i s e l a S i l v a G u t i e r r e z .

TELEFONO: 6-70-63-92

MATRICULA: 83323493

c L A v E - - & Z - 3 . W

_____---

7

-cas

/CARRERA: I n g e n i e r i a B i o q u i m i c a I n d u s t r i a l .

TRIMESTRE: 87-0

HORAS SEMANA: 20 HRS

LUGAR DONDE SE LLEVARA A CARO: L a b o r a t o r i o s d e l D e p a r t a m e n t o d e

R i o t e c n o l o g i a e n e l e d i f i c i o S d e e s t a U n i d a d .

FECHA DE I N I C I O : 7 d e s e p t i e m b r e d e 1987.

/FECHA DE TERMINACION: 7 d e f e b r e r o d e 1988

JNüMRRE DEL. TUTOR INTERNO: Jean P i e r r e G u y o t .

/TITULO: C e l e c c i b n d e F u e n t e s P o t e n c i a l e s d e I n b c u l o s N a t u r a l e s

.

/

p a r a D i g e s t o r e s A n a e r o b i o s .

G i s P i a S i i v % G u t i e r r e z .

* SELECCION DE FUENTES POTENCIALES

DE

INOCULOS NATURALES PARA DIBESTOREB ANCHROBIOS.

c

1 . ANTECEDENTES.

L a t o t a l i d a d de l a s aguas reBidUale6 producidas en

MBxico en

1985

f u e de 160 in3/., de l o s c u a l e s e1 17.5% f u b t r a t a d o y s o l o e l 9.25X

r e s u l t b con l a s e f i c i e n c i a % esperadas (SEDUE 1985).

A h

asi l a gran mayoria cuenta solamente con tratamiento primario.

Para t r a t a r 20.5 m5/s en 15 plantas de tratamiento proyectadas para i n s t a l a r s e o? el ‘periodo 1983-2000, NAFINSA (1986) ha calculado que SR necesitarah $ 27,905,000.00 a precio% de 1985, s i n considerar la’s rede8 de a l c a n t a r i l l a d o . Re6pecto d e l a demanda potencial

se

prevben, en e l mismo estudio, 922 plankas

de

tratamiento*con una i n v w s i b n d e

175,943,000.00 para el rnicmo peribdo.

Ante l a magnitud d b l a i n v w s i b n e5 necesario considerar o t r a s

opciones

a

l o s sistemas convencionales, con o b j e t o de r e d u c i r costos s i n s a c r i f i c a r e f i c i e n c i a s de tratamiento.

E l tratamiento anaerobio

se

presenta como una a l t e r n a t i v a apropiada por l a a l t a e f i c i e n c i a de l o s nuevos procesos de tratamiento de aguas negras. Particularmente el proceso de lecho granular de t i p o üüSü que esta bien adaptado para el problema que

so

presenta en

e1

p a i s : porque t i e n e a l t o s rendimientos,

es

de f h c i l instalacibn y mantmimiento, necesita poca mano d e obra, por i o que

es

de b a j o

costo.

Este t i p o d e p r a e s o

se

c a r a c t e r i z a p w una a l t a retoncibn de biomasa activa, por medio de l a formacibn de lodos granulados que tienen buenas capacidades de retención.

En el

reactor RS disehada una

campana de decantación que f a c i l i t a ademhs l a separaci&n del gas producido, de l a biomasa y del efluente.

r r

.. .

.

..

....

"_<

.

2.

JUSTIFICACION.

E l arranque de

estos

t i p o s

de

d i g e s t o r e s

es

d i f i c i l y toma tiempo

(2-3

meses), a menudo por f a l t a d e un inoculo bien adaptado.

Cldemhs, en

Hbxico

todavia

no

se

conocen

fuentes

d e abastecimiento de e s t o r inóculos, de donde surge l a necesidad d e determinar l a r

actividades metanogbnicas de v a r i a s fuentes potenciales de: e s t i c r c o l , lodos activados de plantas de tratamiento de aguas negras y sedimen- tos.

*-

I

c-

...,.

3.

INTROD!JfXION.

3 ,

Los avances en los sistemas de tratamiento anaerobiri de# aguar negras v i a metarro

se

han venido desarrollando

en los

altimos

ahos.

Estos

sistemas estan basados

en

l a rctencibn de l a micro-

f l o r a metanogbnica, especialmente a q u e l l a s que convierten Lcido acetic0 a metano.

E l '

resultado

es

una mayor concentracibn

-

dm

" --.A-

-__.-- -_^_

E5QüEMA

.

. .

DEL

DIGESTOR

UR50

-J:

.

.

...

.

M a t c r i a OrgAni ca Car bohi dr ato.

P r o t e l n a r

L l

p i dos

I

( 1 ) H i d r b l i s i s y Fermentacibn

I

Ac i dos O r asos

'

1'

.

i h r h i d r o g e n a c i bn

'icetogbnica. ( 2 )

D e u a r b o x i l a c i b n

Ac e t ato. ( 3 )

For mac i bn

de metano reducido ( 3 )

1

CH,

+

H,,0

Fig. Esquema de t r e s artados para l a degradación anaerobia

completa de materie orghnica, muestra una r u t a g m e r a l y presenta l o s

t r e s grupos metabblicos de l a r bacterias: ( 1 ) b a c t e r i a s fermentativas#

.

Etapas de l a fetmentacíon mctanogfmica:

La fermentacíbn metanog&nica ha s i d o separada

dentro

d e v a r i o s esquemas, ínvolucrando difRrRnteS etapas

o

grupos metaboiicos de bac-

terias

en orden del

mls

f A c í l de e x p l í c a r í a microbíologia, qulmica y cínCtíca de 106 procesos. Sí bien

estos

grupos de b a c t e r i a s pueden s e r Separados

en

un esquema, SU f i s í o l o e í a y metabolismo es

interdependiente.

Hasta l a fecha se reconoce una degradací&n anaerobia de l a materia organíca que c o n s i s t e

en

tres

etapas:

.

La primera etapa involucra l a s b a c t e r i a s h i d r o l l t i c a s fermentati- vas. Estas b a c t e r i a s producen principalmente

a

p a r t í r d e l a . materia w g h n i c a i n i c i a l acidos grasos v o l l t i l e s iAGV'65), etanol, hidropeno y CO*

.

A

este

n i v e l íntervíenen b a c t e r i a s fermentativas c l l s i c a s iclos-

t

ri di a, bsci

1 1

us,

Q t C .

.

.

)

.

La

segund; etapa

es

;calizada por medio de un complejo d e b a c t e r i a s llamadas b a c t e r i a s a c e t o g h i c a s productoras oblígadas de hidrogeno

(OHPA).

Este

grupo degrada los. A O V ' s y etanol

im

acetato;

CO*

e

H s

,

pero s e necemíta e s t a r

en

estrecha r e l a c í b n con b a c t e r i a s hidrogeno- f f l i c a s , de t a l manera que

no re

acumule el hidrbgeno producido que

es

un inhíbídor de l a reacc'ibn acctogLníca. Tal r e l a c í b n de interdependen c i a para el hidropeno

.

5e

llama t r a n s f e r e n c i a interespecies db hidrogeno

La

t e r c e r a etapa e s t a c o n r t í t u í d a por b a c t a r í a s iactanogenicas que

SR pueden d í h d i r principalmente

en

dos grupos metabblícosr

- l a s b a c t e r i a s metanogCnícas h i d r o g e n o f í l í c a r , l a s cuales u t i l i z a n el hídrbgeno producido por l a s etapas

anteriores

para reducir el COI

en

CHd

.

- l a s bacteria8 metinog&nícar a c e t í c l l s t í c a s que transforman el acetato en CHq y COc

.

Esta transformacibn cuenta con

e1

70%

en l a

produccíbn

d e metano en

lor

dlgR8tOreS.

E l mantenimiento de b a j a s concentraciones de hídrbgeno en

el

e c o r í s tema e5 esencial para l a e f í c í e n c í a de l a fermentacíbn p w dos r a -

zones.

Primero,

l a

produccíbn de electrones reducidos d!unínuye

productos del píruvato t a l e s

como

propíonato, butírato, etanol y l a c t a t o '

e

incrementa l a fwmacíbn de acetato, por

las

b a c t r r í a s

fermentativas

a

condícibn de que

esten

en

r e l a c í b n con b a c t e r i a s hidrogenof!lícas para

l a

remoción permanente del hídrbgeno producido. Segundo, es esencial para e1 catabolísmo de propíonato y

otros

acídos graoos

a

acetato Q hídrbgmo, para ser tamodínamícamrntr f a v o r a b l e , por ejemplo:

se

necesita una presíbn p a r c i a l de hidrbgeno inferior a Id'atm para hacer f a c t i b l e l a degradacíbn del propionato.

La destruceibn de l a matería o r g l n i c a e s t a relacionada dirrctamentr

con l a proüuccíbn de metano. La e f í c í r n c í a de

la

fernantacibn

esta

vínculada con.ri tiempo de rMtenCibn del n i t R r i i 1

en

e1 reactor y l a carga volum&trica w g l n í c a . En casí toda5 l a s fermentacíoner anarro-

.

Í‘

i.

r

.

~

L”

T

L

r

L,

cr

BI BL

I

OORAF I A

Lettinga A. F.

M.

Van Velsen 6. W. Hobwa, W. de Zeeun 81 A. Klapwijk,

Use of t h e Sludge Blanket

turn)

Reactor Concept f o r Bi,ological treatment. Wastewater treatment, Especi a l 1 y f o r Anaerobic

(Biotechnology and Bioengineering. Vol. XXII. pp. 499-734 (1980)

).

Heinrich F. Kas#ar and .Karl Wuhr.mann. Cinetic parameters and r e l a t i v e turnovers ’

04

some

important c a t a b o l i c r e a c t i o n s i n Digesting Sludge.

Applied and Environmental Microbiology, July 1978 p. 1-7.

Heinrich F. Karpar and Karl Wuhrmann. Product I n h i b i t i o n in Sludge Digestion. Microbial Ecology 41241-248 (1978).

Michael J. Mc Inerney ‘and.Marvin P. Bryant. ‘Rmview

o + ’

Mcthsno Fermentation Fundamentals. Cap. 2 Fuel

Gas

Production from Biomass.

Mah Robert A-, The Methanogenic Bacteria, their Ecology and Phisiology. Trends i n the Biology of Fermentation f o r Fuels and Chemicals. (1981).

Mah Robert A. and Smith Michael R. T h e Prokaryotes. A Handbook on Habitats, I s o l a t i o n , and I d e n t i f i c a t i o n o+ Bacteria. 1981. Printed

in

M A .

L. Van Den Berg. Developments

i n

Methanogenesis from Industrial

Wastewater. CAN. J. Microbiol.

Vol.

30, 1984, p. 975-987.

. . .

* I

-.

3 .

NOMBRE: Maria del Socorro Garcia hojas

TELEFONO:

3-96-57-14

MATRICULA:

83324676

NOMBRE: Gisela Silva Gutierrez.

TELEFONO:

6-70-63-92

MATRICULA:

83323493

CARRERA: Ingenieria Bioquimica Industrial

TRIMESTRE:

87-0

HORAS SEMANA:

20

HRS

LUGAR DONDE SE LLEVARA A CABO: Laboratorios del Departamento d e

Biotecnologia en el edificio S de esta Unidad.

FECHA DE INICIO:

7

de septiembre de

1 9 8 7 .

FECHA DE TERMINACION:

7

de febrero de

1 9 8 8 .

NOMBRE DEL TUTOR INTERNO: Jean Pierre GUYGt.

TITULO: Selecci6n d e Fuentes Potenciales d e In6culos Naturales

para Digestores Anaerobios.

Ma. del

ro

Garcia hojas.

R

_____

Gisela Silva isutierrez.

SELECCION DE FUENTES POTENCIALES DE INOCULO5 NATURALES PARA DIGECTOFCEC ANAEROBIOS.

INTRODUCCION

Los

digestores anaerobios ofrecen mayores ventajas para los procesos anakrobios, ya que no requieren equipo n i energía para

la aereación, -tienen una limitada producción de desecho y

producen metano (McCarty 1964). Los reactores de tipo avanzado tales como e l digestor de lecho de lodos y

el

de pelicula fija, ofrecen buenas alternativas para e l tratamiento de desechos

líquidos (Noyola 1988). ~

.

El reactor anaerobio de lecho de lodos (UACB: Upflow Anaero- bic Sludge Blanket), (Lettinga et a l

.,

1980,1982) de flujo ascendente, ejerce una cierta selectividad sobre los microorgani- smos presentes, favoreciendo l a formación en l a parte inferior de un lodo g r a n u h r con buenas propiedades de sedimentación, l o que = d a una^ alta retención de biomasa activa en e l reactor. Además se

caracteriza por tener un colector de gas que asegura una buena sepaEación liquido-gas-sólido.

A 1

arrancar un reactor UACB, lo

ideal es inocularlo con un volumen suficiente de algun inóculo

~. apropiado disponible. (Arias y Noyola, 1987).

El reactor tubular de pelicula fija es un filtro anaerobio empacado en forma ordenada, lo-cual crea canales bien definidos, (Van den Berg y Lentz, 1 9 7 9 ) , como en todo reactor de biomasa

-

fija sobre soporte, los tiempos de arranque son importantes, debido a que l a adhesión y el posterior crecimiento de los mic.roprganismos para formar l a biopelícula son procesos lentos, sobre todo en anaerobiosis.

La destrucción de l a materia orgánica esta relacionada directamente con l a producción de metano. La eficiencia de la fermentación . esta vinculada con e l tiempo de retención del mate-

rial en e l reactor y l a carga volumétrica orgánica. En casi todas las fermentaciones anaerobias el paso limitante es l a transforma- ción del acetato en metano. Los parametros del medio ambiente y

nutrientes tienen l a necesidad de mantener un nivel óptimo, para

l a

eficiencia de l a fermentación.

Dentro de estos digestores, l a conversión de compuestos orgánicos a productos terminales como

CH4

y

C O L

,

consiste en una serie de reacciones realizadas por un consorcio de bacterias.

La fermentación metanogénica, ha sido separada dentro de un esquema, involucrando diferentes etapas y grupos metabólicos de bacterÍas por el orden mds'fdcil de explicar l a microbiologia, química y cinética de los procesos. Aunque estos grupos de bacte- rias puedan ser separadas en un esquema, su fisiología y metabo-

Hasta la fecha s e reconoce una degradaci6n anaerobia de

la

materia orgánica que consiste en

tres etapas:

(McInerney

8i

Bryant,

1980).

La primera etapa involucra

l a s

bacterias hidroliticas fer-

mentativas.

Estas bacterias producen principalmente

a

partir

d e

la materia orgánica inicial ácidos grasos volátiles

CPG~Vs),

eta-

nol,

H s y

CO$,

'

.

A

este nivel intervienen bacterias fermentativas cldsicas

(clos-

tridia, bacillus, etc..

. ) .

La segunda etapa

es

realizada por medio de una complejidad

de

bacterias 'llamadas

bacterias acetog6nica.s producto.ras obliga-

das

d e hidr6gdno ( O H P A ) .

Este

grupo degrada los

ñBVs .y

etanoi en

acetato,

C o a

e

HL

pero

se necesita estar en

estrecha

relaci6n con

bacterias hidrogenofilicas,

de tal manera que

no

se acumule el

hidr6geno producido que

es un inhibidor de la reacci6n

ace-

togénica.

Tal

relación de interdependencia para

el

hidr6geno se

llama transferencia interespecies de hidr6geno.

-

L a tercera etapa esta constitui&a

por bacterias meta-

nogénicas que s e pueden dividir principalmente en dos grupos

metab6licos:

I -_

-

Las bacterias metanogénicas hidrogen-of

ilicas,

las cuales

utilizan

el .hidr6geno

producido-

p o r l a s

etapas anteriores para

reducir el

C O L en

CH4

.

-

Las

bacterias

metanogénicas acetoclásticas que -transforman

e1

acetato en CH4

y

C O Z .Esta transformaci15n cuenta con el

70%

( S m i t h y Mah, ,1966)

en la producción d e metano en los digestores.

El

mantenimiento de bajas c6ncentraciones de hidr6geno en

el ecosistema!

es esencial para l a

eficiencia d e la fermentaci6n

por

dos razones:

Primero,

la producci6n de electrones reducidos

que disminuye los productos-

del piruvato,~tales

como:

propionato,

butirato,

etanol

y

lactato e incrementa la formaci6n de acetato,

por

las bacterias fermentativas

a

condici6n

de

que esten

en

relaci6n

con

bacterias hidrogenof ilicas para

la

remoción

permanente del hidr6geno producido.

Segundo, es esencial para el

catabolismo d e propionato y otros ácidos grasos

a

acetato e

hidrcjgeno,

p a r a ser

termodinamicamente favorable, por ejemplo: se

necesita una

'

presi6n parcial de hidrógeno inferior

a

10"-4

a t m

para hacer factible la degradación del propionato.

.~ ~

-

Mat

e

r

i

a

O

rg

án

i c

a

Caibohidra

tos

Proteinas

L i p

idos

1

( 1 )

Hidrdlisis

y

Fermentacidn

Acidos Grasos

Deshidrogenacidn

acetogénica.

(2)

$-

I

Acetato

HA

Hidrogenac i6n

acetogénica.

( 4 )

+

coz

- 1

Descarboxilaci6n

d e acetato.

(3)

Formacidn de

metano reducido.

( 3 )

3

-

Rasado en el esquema de degradación de la materia orgánica en anaerobiosis, este trabajo se propone analizar- l a composición .

microbiana de posibles fuentes de inóculos para recomendar e l USO

de astos en digestores anaerobios, debido a que existen pocas instalaciones para abastecer de inóculos ya adaptados, es necesario encontrar fuentes de inóculos apropiados para digestores especificos del tipo UACB y Tubular.

.~

MATERIAL Y METODOS

A ) Condiciones experimentales. Las técnicas anaerobias de Hungate (1969) y Balch et al., (1976), fuerón utilizadas a lo .,largo de este estudio, tanto para l a preparación de

los

medios de

cultivo como para l a transferencia de - sustratos y las inocula-

-

' ciones.

B)

CuantificaCión de I;as bacterras

.

Las bacterias anaero- bias fueron cuanCificadas utilizando l a técnica del número más probable

(NMP),

con

cinco

tubos, (Garcia et al., 1982). Los medios de Balch et a l (1979)- fueron utilizados para el cultivo de

I

las bacterias metanogénicas. Para las bacterias OHPA (obligate hydrogen-producing acetogenic bacteria) (McInerney & Bryant,

'

1981) se emplearon los mismos medios, excepto que los sulfatos fueron cambiados por cloruro.;, las muestras de inóculos fueron

, procesadas dentro de una recámara anaerobia tipo Coy y homogeni- zadas utilizando un maceradbr-de tejidos.

-

I

La determinación de

los

sólidos suspendidos totales ( S C T ) y

volátiles ( C S V ) , :se determinaron por los metodos estandares (1976).

E l metano se analizó por cromatografía de gas equipado con un detector de ionización de llama.

,

c

^.

=

-

h

r”

TABLA

1.

GRUPOS METANOGENICOS CUANTIFICABLES

L

c

Y

NOMBRE

SI

MBOLO

CUCTRATO

CARACTER DETERMINADO

rn

B.Fermentativas

F

Glucosa,

Crecimiento

B.OHPA

(Obligate

Hydrogen-Producing

OP

r

Propionato

Metano

Acetogenic Bacteria).

B.

OHPA

Obut

But

irato

Metano

-

- -

Metano

I

B.Acetoclásticas

A

Acet

at

o

T

-~

-

’ !

B.Hidrogenofilicas

H

H i d

r6geno

Metano

4

-

B.Metanogénicas

T

Acetato

+.For-

Metano

-

.

Totales

mato

+

H z

+ COZ

1

L-1

1

TABLA 2. PROCEDENCIAS DE LOS INOCULOS

TIPO DE LODO ~ PROCEDENCIA No.

-Lodo de un tanque de neutraliza- 1ng.Sta Clara,Los Reyes 1

ción de vinazas.. de Salgado Mich.

.

-Lodo de un tanque de separación de grasa.

-Lodo activado

de

planta de tra- tamAento de

aguas

negras.

-Lodo-activado adaptado.

-Lodo granular, -digestor UACH de 6 meses de operación.

-Liquido de fermentación de desechos de pulpa de café.

Ing.Sta Clara,Los Reyes 2

de Caigado Nich.

UNAN (México D,F) 3

UNAN (México D,F) 4

UAM

-

Iztapalapa 5

Ing.Café, Orizaba

Ver.

6

-Sedimento de un rio,recibiendo Kimberly Clarck, Ori zaba 7

desechos líquidos. Ver.

.

-Estiércol fresco de vaca.

-Lodo de Fosa séptica

Iztapalapa, México. 8

Ingenio, Alianza Popular 9

e

."i

F

Y

c TARLA No.3 RELACION DE PROPORCIONES DE CAD6 GRUPO TROFICO DENTRO

1

DE

CADA GRUPO METABOLIC0 POR MUESTRA.

i P L

-

Y Bacterias Metanogénicas

Bac ter1 as Hidrogenof

i

l i c a s

OHPPi

..

OHPA Y 3 H+A c_ H

a

T

-

No. MUESTRA

Ob

OP

-

H

-Ob

+

Qp

c:

1

d c

L

r

ir

r

L " F I r. & _ 3 4 3x10 1 i . 6 ~ 1 0

1 1.8

-

1 1.2x10 1 2.0x10

0 . 5

16

1 . 6

1 . 4

7 . 4

0. 4

0. 9

4

.. - ..

4 1.5

~

.

1 . 7 17.3

0. 2

-~

-

3

0 . 0 5

~

1

1

1 2 . 8 ~ 1 0

-

1 . 8

1 . 1

1 . 2

7 . 1

6

9.6

,

RESULTADOS

Se analizaron los diferentes grupos microbianos representa- tivos de cada una de las etapas de

la

transformaci6n anaerobica de la materia orgánica, con

el

propósito de establecer las poten-

.~ cialidades de cada muestra.

En l a primera etapa se comentarán

los

datos obtenidos por

~ ~ cada muestra con el fin de caracterizarlas, en una segunda etapa

se analizarán comparativamente cada uno de los grupos metabblicos entre cada una de las muestras, con el fin de mostrar los puntos similares, o las diferencias entre ellas.

.

1. CARACTERIZACION DE CAD& UNA DE LAS MUESTRAS.

-

Lodos de un tanque de neutralizaci6n de vinazas (muestra No. 1 )

Se aprecia que las bacterias fermentativas representan el grupo dominante, despues vienen las bacterias metanoghnicas hidrogenofilicas ( H ) y las bacterias OHPA utilizadoras de butira- to (Ob), las bacterias aceto-clásticas ( A ) , estan casi

en

l a misma proporci6n que las anteriores, las bacterias OHPA utiliza- doras de propionato ( O p ) , representan a l grupo minoritario.1

-

Lodos de un tanque de decantaci6n y separación de grasa y

aceite (muestra NO.^), de los desechos liquidos de un ingenio.

i

En esta muestra, proveniente del ingenio anterior, se nota que l a poblaci6n microbiana dominante esta representada por e l srupo de las bacterias metanogénicas hidrogenofílicas, y después las

Las OHPA se encuentran en una proporci6n más baja, pero ambos grupos (Op y Ob) presentan un número similar de bacterias.

La poblaci6n minoritaria esta constituida de las bacterias metanoghicas -acetoclAsticas, que se encuentran a un nivel muy bajo (3.3 x

lü"3

bacterias/g S S V ) .

. bacterias fermentativas.

-

Lodos activados procedentes de l a planta de tratamiento de aguas negras de l a UNAM (muestra _{N o . 3 ) .}

La poblaci6n dominante son las bacterias fermentativas,

E l conteo de las OHPA da un número inferior a los anteriores, siguiendole las bacterias hidrogenofilicas.

siendo las de mayor cantidad las utilizadoras de propionato.

De nuevo se encuentra que las bacterias acetoclasticas son e l grupo minoritario.

-

Lodos activados de l a misma procedencia que l a anterior, pero adaptados durante un mes con acetato (muestra N o . 4 ) .

La particularidad con

lo

anterior; es-que tenemos una repar- tici6n equivalente de los siguientes grupos metab6licos:Bacterias fermentativas, hidrogenofílicas, acetoclákticas y utilizadoras de but.irato, y no se destaca de manera significativa un grupo dominante.

En esta muestra el nivel mds bajo se encuentra con las bacte- ria's OHPA, utilizadoras de propionato.

'

-

Lodos de un UACB de 110 Lt

inoculado

c o n - lodos activados y alimentado con aguas negras (muestra NO.^), durante 6 meses.

Esta muestra se caracteriza, por provenir de un reactor anaerobio de tipo UASB en operac-i6n y puededervir de punto de referencia; las poblaciones dgminantes son la5 bacterias fermen- tativas, hidrogenofílicas y sorprendentemente

la5

bacterias OHPA

uti,lizadoras del prop-ionato, se debe notar -que las bacterias acetoclásticas son numerosas, alcanzando c-asi las cifras obteni- das, con los grupos mencionados. El grupo de menos represen- tabilidad esta constitufdo por losutilizadores de butirato.

-

-

Jugo de fermentación expontánea de desechos de pulpa de

I

café (muestra No.6).

~

3 Esta muestra se presenta como un liquido, por l o que no se analizaron los SST y los SCV. Tampoco se determinaron las bacte-

rias fermentativas. El principal intpres delanalisie de ~ esta

muestra'el determinar si habian potencialidades metanogénicas

y acetogénicas (OHPA). .Los datos estan expresados e m particular en este caso, en número de bac*rias p o r - m l de muestra. En esta muestra no se detectaron bacterias metanogénicas acetotlásticas, pero se encuentran bacterias hidrogenofilicas-a un nivel de 2.5 x

10*5 bacterias/ ml y bacterias OHPA a un nivel de 1.7 x 10*4

bacNterias/ ml por cada uno de

los

grupos (Op y Ob).

i

-

Sedimentos de un rio recibiendo desechos de una planta de Kimberly-Clarck (muestra N o . 7 ) .

Las bacterias fermentativas son las dominantes, después vie- nen' las bacterias metanogénicas hidrogenofilicas.

Se aprecia que las bacterias OHPA se encuentran a un nivel

sup'erior que las bacterias acetoclá<ticasr 6.3 X _10^3 bacterias/ g SSV para cada una de las OHPA y 3.1 x 10*3 bacterias/ 9 SSV

n

.",.

..""

.1.

d .

,?*

L..

-

-

Estiércol fresco de vaca (muestra NO.~).

Cdlo'se pudo caracterizar 1.6 x 10".6 fermentativas/ g SCV '',.

y 4.3 x lO"4 acetoclásticasi 9 CSV. Las bacterias hidrogenofí- licas no crecieron y

n o

se detectaron bacterias DHPA.

L I- ! L

r

ii r* u r( I , Li

n

I

-

Lodos de fosa séptica (muestra No.9).

Este lodo se caracteriza por un alto nivel en bacterias I fermentativas e hidrogenofilicas.

Después los grupos más representativos son las bacterias acetoclásticas y las bacterias utilizadoras de butirato. Las bacterias utilizadoras de propionato son las menos numerosas.

S i .se analiza en cada muestra, las proporciones relativas para las bacterias metanogénicas entre las hidrogenofilicas y las acetoclásticas (Tabla No.3 y Fig.3) se muestra que en l a mayoría de los casos hay más bacterias hidrogenofílicas que acetoclásti- cas, exceptuando en el caso de los lodos activados adaptados con acetato (muestra No.4) en los cuales se encuentran valores equi- valentes entre ambos grupos. Se ve claramente en l a muestra no. 2

(Lodos de decantor de grasa), un gran desequilibrio entre los dos grupos a favor de las bacterias hidrogenofilicas y en las muis- tras n o . 3, 7 y 9 una relacidn de casi 100 bacterias hidrogeno- filicas por bacteria acetoclástica (Tabla

No.3

y Fig.3). En --la - -

literatura se han reportado algunos dige,stores anaerobios una proporción más grande de bacterias metanogénicas hidrogenofilicas que de bacterias metanogénicas acetoclásticas (Guyot, Dolfing).

-

A l analizar l a relación (H

+

AI/T pobemos notar un rango-de valores entre 0 . 4 y 16 (Tabla N o . 3 ) . Las btacterias metanogénicas

tota'les son #representadas por aquellas que pueden utilizar hidrdgeno, acetato y for-to, dado los sustratos utilizados en

este trabajo. S i estos tres grupos de bacterias estuvieran prese- ntes en l a muestra deberíamos tener una relaci6n del orden de 1,

dado que

los

utilizadores de formato tambi,én consumen hidr6geho; pero se puede notar, por ejemplo en e l caso de Methanococcus

thermolithotrophicus (Belay et a l 1986) que el uso del hidr6geno y del formato depende del pH del medio del cultivo, además se sabe que el formato puede inhibir algunas ,bacterias metanoghnicas acetoclásticas, (Guyot 1986) consecuentemente si no hay i o pocas)

bacterias que utilizan el formato en l a muestra, se puede encon- trar este tipo de inhibici6n cuando se requiere cuantificar las

bacterias totales. ñdemás el hidr6geno influye tambien sobre el uso del acetato por las metanogénicas acetoclásticas (Baresi et a l 1978). Por tantas interferencia5 posibles entre el uso de estos sustratos metanogenicos, parece que ía cuantificación d e

la5 metanogénicas totales tal como l o han hecho varios autores (Weimin Wu, 1987) no es confiable y no se puede recomendar excep- to si se requiere conocer un orden muy aproximado en bacterias metanogénicas totales.

A 1 analizar las relaciones entre bacterias OHPA utilizado-

r

u

ra5 de propionato y bubirato se nota que para l a mitad de las muestras reportadas (Tabla No. 2) es decir, cuatro muestras

(No.

1 , 2, 4, 9 ) se encuentra un número mayor de bacte'rias OHPA utili- zadoras de butirato que de propionato, que en dos muestras

(No.6

y

7)

e l número es equivalente y

en

las dos restantes

(No.3

y 5)

hay mbs utilizadoras de propionato que de butirato. Es decir que l a mayoría de las muestras se encuentra un número más grande,

o

igual de bacterias OHPA utilizadoras de butirato.

Dada la relación estrecha sintrófica que ligan las bacte- rias hidrogenofil.icas metanogénicas con las bacterias OHFA (McI- nernery % Bryant 1980), es interesante analizar l a relacidn entre

el número de bacterias metanogénicas hidrogenofilicas y el número de bacterias OHPA (Op

+

Ob). Se aprecia en l a Table No. 3 que en l a mayoria de

las

muestras hay un número mayor de bacterias hidrogenofilicas y : las muestras donde se encuentra un nrímero equivalente entre los dos grupos son las que corresponden a los lodos de l a fosa de-neutralización, lodos activados adaptados y

10s lodos granulares del reactor UASB.

- ~~

-

' 2 . COWARACION DE LOS DATOS ENTRE CADA UNO DE LOS GRUPOS

METAReLICOS.

~

-

Contenido

en

SSU. .

A pesar de un valor indicativo, este dato permite tener una

idea

de l a concentración en biomasa en los lodos. Se supone que :*y. más alto en este valor es el que tiene mayor contenido en biomasa - y - que se agregaran menores cantidades de minerales y

materia inerte en el reactor. A l ver l a gráfica no. 1 los lodos del 'tanque de neutralización tienen

el

porcentaje mák grande en

1 SCV (71.5%), siguiendole 10%~ sedimentos

(No.

7 ) . pero en ente caso dado e l número bajo de bacterias que se cuantificd podemos pensar q k gran parte de los CSV es inactivo y podria ser biomasa muerta y materia orgánica no bacteriana.

Los

lodos del reactor UACB íNo.5) y de l a fosa séptica

-

Bacterias Fermentativas.

Exceptuando para las muestras 7

y 8,

se puede apreciar q u e

las bacterias fermentativas s e encuentran distribuidas a niveles

entre

10 * 8

bacterias

/ g

SSV para la muestra

No. 3 y 9 , y t O " 7

bacterias

/ g SSV

para las demás.

La incidencia de la cantidad en las bacterias fermentativas

es de menor importancia, sabiendo que en general no es la etapa

fermentativa que es limitante, sólo en casos de sustratos

.~

particulares como telulosa o productos arom8ticos.

-

Bacterias Metanogénicas Hidrogenofilicas.

La gráfica

No.3

nos muestra que las muestr-as que contienen

los ntlmeros más ,.grandes

de estas bacterias son los lodos del

tanque de separac,ión

de grasa

y

aceite

( N o . 2 ) y

los lodos de:

la

fosa séptica

( l x l O " 8 y

4 . 2 ~ 1 0 ~ 8

respectivamente),

después s e

encuentra un nivel similar de hidrogenofilicas en

los lodos

activados adaptados

y

no adaptados y

en los lodos

del reactor

UñSB

(del orden de

10"7

bacterias/

g

d e

SSV).

El

nivel encontrado

en los lodos del tanque de neutralización y

el l~iquido

de--fer;men-

taci6n d e la

pulpa d e café no es despreciable?

-

Bacterias Metanogénicas acetoclásticas

íFig.3,

Las muestras que contienen la~-mayor cantidad de estas

bacterias de suma importancia para un

inóculo de digestor-anaero-

bio,

son

los lodos activados adaptados,

los lodos de la

fosa

séptica

y

los lod,os del digestor

UASB,

en estas muestras estas

"bacterias s e encuentran en el orden de:10^7 bacterias

/ 8 SSV.

Se

puede notar que"1os lodos activados

60

adaptados tienen ya

ni-

veles no despreciables.de bacterias metanogOnic.as~

de ambos grupos

y

que al adaptar estos lodos con acetato, s e puede incrementar d e

mane,ra sensible el nlimero de -bacterias acetoclásticas, hasta

alcanzar un ntlmero parécido a l o s , l o d o s

del digestor

UASB.

Parece

que en este digestor el nbmero de bacterias acetoclásticas perma-

nece constante ya que no es diferente al del i M c u l o después de

seis meses d e operación,

lo que verifica otras observaciones

hechas por Guyot et al

1,988

.

Los

lodos del tanque d e neutra-liza-

ci6n de vinazas tienen

un buen nhmero de acetoclásticas.

En

el esti&rcol fresco de vaca, en los lodos del tanque de

decantación

de grasa del mismo ingenio que del tanque de neutra-

lizaci6n,

y

en los sedimentos del río recibiendo efluentes de

Kimberly-Clarck,

el

nQmer.0

de bacterias acetoclásticas es m u y

bajo (inferior a

1 W 4

bacterias

/ g

SSV).

En

el

liquido de fermentaci6n de la pulpa de café no se

detectaron bacterias acetoclásticas.

i)

-

Aac%.erias _ClHFA u t i 1 i z a d o r a - de p r i k i c ~ n a t o ( F i g . 4 j

Las rnuet,t.ra% 3 y 5 present.at-8 10% n i v e l e - 8 rnds srarider,

(0.7i:iCt^7 y 1 . 1:.:10^7 tm=t.erias / g SSV) r e s p ~ c t . i v a m e n t e , l o que

corresponde a los l o d o s a c t i v a d o s

no

adaptados y. a

los

l o d n s de1

d i g e s t o r LIASB. Despu4s l a s muestras N o . 2 , 4 y

9

tietiers n i v e l e s del orden de 1O””E. b a c t e r i a s / 9 d e SSV. Podernos riotar que eri e l

casci de 1 tarique d e decaritac i ter, í

N o .

2 ) se encuent.ra iur~ n i v e l mas

grande 4c44 en e 1 casa

del

t.ansue

de rieut.ral

izacibn.

Los corsteos mds b a j o s

se

encuent.ran

en

los sedimentas ( N o . 7 ) y e l l i q u i d o

de

fet-ment.aciht-1 de p u l p a .de cafC NO.^),

en

e l e s t i & r c o l (No. 8 )

no

se

detect.aron

estas

b a c t e r i a r .

--

B a c t e r i a s OHPA u t i l i z a d o r a s d e b u t i r a t o ( F i g . 4 )

-

Eri

este

casa

los

- l o d o %

de

l a f o s a s&pt.ica ( N o . ? ) y

los

I o d o s a c t i v a d o s adaptados (No. 4 ) t.ierieri l a rnds a l t a coricent.racibn en

este

grupo h a c t e r i a n o , 4.2:~<10”’7 y 0.9:~10”7 respect.ivamente,

Se

puede o h s e r v a r que en

l a s

muestras No.6 y 7 t a l como eri

41 caso d e l propionat.o

se

tiene

un n i v e l h a j o d e u t i l i z a d o r a s de

b u t i r a t o Y que tampoco

se

d e t e c t a r o n Q s t a s eri e l e s t i Q r c o 1 .

DISCUSION

-

En t o d a s l a s muestras que

se

c u a n t . i f i c a r o r i pcdemos riotar que

siempre encontramos b a c t e r i a s fermerit.at.ivas, bact.er i a s hidrogeno- f i l i c a s Y bact.er i a s OHPF, exceptuarido p a r a

estos

dos i(4lt.imos

grupos an

el

caso del e s t i h r c o l , aqui

se

debe i n s i s t . i r que rio

se

a g r e g o a p r o p t ~ s i t . c ~ l i q u i d a ruminal a los medios de c u l t . i v o para

el

e s t . i & r c o l ;

se

sabe

q u e

para- l a s tnacteria% h i d r u g e n o f i l i c a s

se

r e q u i e r e n unos f a c t o r e s n e c e s a r i o s para s u c r e c i m i e n t o , t a l _como

e1 metil but.irat.o e n t r e o t r o s ( B a l c h

et.

a1 1979) y que

ystos

factm-es

se

encuent.rari.en

el

l i q u i d o ruminal. Por l o m i s m o si no

podemos c r e c e r l a s b a c t e r i a s h i d r a g e n o f 1 1 i c a s tampoco l a s bact.e-

- r i a í OHPCI e n

e l

caso que e x i s t i e r a n en e l

rumen,

por f a l t a de l a

relacitan s i r i t r b f i c a

con

l a s h i d r o g e n o f i l i c a s . En e l s e n t i d o de

est&

e s t u d i o ,

que se

e n f o c a a d e t e r m i n a r huenos i n h c u l o s para

reactores a r ~ a e r o b i o s , e1 e s % . i & r c o l de vaca no puede ser uri huen

i n h c u l o dadas l a s e x i g e n c i a s n u t . r i c i o r i a l e s de

las

b a c t . e r i a s d e l rumen, s o b r e todo e l problema s e r i a a l n i v e l d e l arrarique d e l

r e a c t o r :

se

necesitaria

demasiado tiempo p a r a que

se

e s t a h l e z c a

e n

un medio

totalmente

d i f e r e n t e d e l rumen utna p a b l a c i t m e s t a b l o

compuesta de microf l o r a que p u d i e r a i n t e r c a m b i a r f a c t o r e s de

c r e c i m i e n t o .

Hemos . t e n i d o l a oportunidad de checar este punto a n i v e l d e

r e a c t o r e s LIASE de l a b o r a t o r i o i n o c u l a d o s con est.iCrcu1 _fresco en

P

L

c

La presencia de hidtmgenofilicas en casi todas las muestras parece ser constante. Se pudo ver que en general las bacterias .

hidrogenofilicas son más numerosas que las bacterias acetoclás- ticas y las iiHPFI.

E l hecho que haya una gran concentracibn de hidrogenofilicas es importante cuando se conoce su papel fisiológico de estas bacterias. Se puede decir que estas bacterias permiten l a aceto- génesis y protegen l a acetoclastia CMacI'nerney y Bryant, 1980;

Hemos podido notar que las con-centraciones en hidrogenofi- licas y OHPFI varian de un inóculo a otro, pero exceptuando en e l caso de las muestras 6, 7 y 8 ( ca.fej sedimentos y estiércol) podemos considerar que las concentraciones son a niveles adecua- dos, si se comparan con los datos del digestor UASB o con los datos de Dolfing (1985) obtenidos igualmente en reactor UASB.

Debemos hacer notar que en e l caso del tanque de separación

, de grasa se~observa un incremento en bacterias hidrogenofilicas y en utilizadoras de propionato, en comparación con el tanque de

neutralización; l o que se puede interpretar por un incremento en l a actividad de las bacterias implicadas en l a degradaci6n de

las

explicar el nivel inferior en bacterGs acetoclásticas a l tanque de neutralización, p o r 4 1 hecho de una inhibición de las bacte- rias por los compuestos que se acumulan en el decaneor: se ha

' reportado (Kostet-y Cramer1987) que-los ácidos grasos de larga

cadena inhiben !a metanogenesis a partir del acetato. FIsi,no se ' pueden recomendar

l o s

Lodos provenientes del decantor como inócu-

l o por las bajas concentraci&es en bacteria acetoclásticas meta-

,

nogénicas, exceptuando si se requiere un inóculo adaptado para l a , degradación de las grasas, se necesitaria encontrar una manera de

,

incrementar l a concentración en acetoclásticas.

t Es interesantg reportar que a l nivel del terreno, en ambos

tanques se pudo apreciar una buena producción de grandes burbujas

' de gas (sin olor de Hk S), pero el análisis de los datos micro-

biológicos (repetido dos veces en este caso), nos ensena las djferencias fundamentales entre-estas dos posibles f.uentes de

i nócul os.

E l punto más relevante es l a gran variación en bacterias

' metanagénicas acetoclásticas. Este grupo es de suma importancia para la metanogénesis dado que 70% de metano de un digestor proviene del acetato y

se

considera q u e - e n general l a degradación del acetato es l a etapa limitante de l a transformación de l a materia orgánica soluble en metano (Kaspar y Wuhrmann, 1978).

además este grupo de bacterias tiene tiempo de desdoblamientos muy grandes, entonces el.nive1 inicial de estas bacterias en los

inbculos va a condicionar también e l tiempo de arranque de un reactor hasta un nivel de estabilización.

Se puede observar que en los lodos activados hay una gran concentración de bacterias metanogénicas y que al adaptar estos lodos con acetato durante un mes, se logró montar l a concentración de bacterias ac5tqclásticas 100 veces. Estos lodos activados adaptados y los lodos de l a fosa séptica por sus niveles en bacterias acetoclásticas y en las demás bacterias,

et al, (1987) han utilizado

los

lodos activados con éxito para

Guyot 1986). . .

I

i

i

grasas. &demás en e l tanque de decantación de grasas se puede I

' parecen ser los mejores inóculos para reactores anaerobios. W. W u

.

~ 14

Y -7

u

P

Y

1

Y

m

t l

ii

1

inocular reactores UASB, estos autores mostraron l a presencia de bacterias metanogénicas en este inóculo haciendo una cuantificación de las bacterias metanogénicas totales por NMF en tres tubos.' Nuestros datos confirman los de W. Wu et a l y además ensenan de manera detallada l a influencia de adaptación de los

lodos sobre su composición. microbiana.

Otro detalle interesante para los paises .tropicales productores de café: no se detectaron bacterias acetotlásticas en fosas donde se produce una fermentación expontánea de pulpa de

cafe utilizando este criterio e l liquido de fermentación no debe

ser un buen inóculo, pero se necesitariln más datos de varios ~ .

lugares antes de sacar una conclusión definitiva.

,

CONCLUSION

Como inóculo para reactores anaerobios podemos recomendar=el- uso de los lodos de l a fosa septica y los lodos activados proce-

en este caso se recomienda de adaptar los lodos activados dejan- dolos por l o menos un mes con una alimentación semanal cok aceta-

to en orden de 5

gr/l,

l o que no afectará por otra parte e l nivel de las otras bacterias. además podernos, decir que al final de esta adaptación se obtuvieron lodos granulares con buena capacidad de

Como otra fuente de inóculo apare;cen los lodos de un tanque podría ser un; buena dentes de plantas de tratamiento aeróbicas de aguas resi&g.aies, -

-

decantacibn. I

de neutralización de vinazas de un ingenio,

alternativa en el' caso de que 'los .otros no estuvieran

-~

disponibles.

inoculación de reactores anaerobios.

El aso de sedimentos o de estiércol no se recomienda para l a - ~

i

r-

I

**

4 . e.-

...

CI

u

.-

u

CUANTIFICACION DE BACTERIAS ANAEROBIAS ESTRICTAS

Microorganismos/mg d e

SSV

3 w

.~

I

Muestras

%

CSV

F

H

A

T

OP

Ob

1

2

3

4

5

6

7

8

9

I .. -

71.54

5.1"7

-

4.-1"6

19.2

3.1*7

1 . 1 " 8

1.1AP -

1.1*7

26.43

25.74

3.1"7

1.1"7

37.81

-

1.1"7

--

2.1^7

-~

- _ P

3.1"5

64.06

6.1"s

4 . 1 ^ 4

20.49

2.1"6

41.09

4 . 1 A 8

4 .

1 * 8

_ -

9 . 1 A 5

3.1"3

4 .

l A 5

2.1"7

8 . l A 6

3 . 1 A 3

4.1"4

2.1"7

9 . P 6

7.1A6

10.

l"6

2 .

l A 7

3.1^6

6.1*5

4 . 1 " 4

1.1AP

5 . 1 A 5

2.1^6

7.1"6

3.1"6

1.1"7

2.1"4

6.1A3

2.1"6

2.1"6

4. l A 6

1.1"6

9.1"6

€ . l A 5

2 .

l"4

€.1"3

4.

lA7

Las muestras corresponden

-

a

l o s

inoculos encontrados en

los

lugares

de muectreo.

7SSV.

Porcentaje d e solidos suspendidos volatiles

F. Bacterias Fermentativas

~

Bacterias Metanogenicas:

A.

Bacterias Acetoclasticas

T.

Bacterias Totales

ANEXOS

MEDIO BASE ( 1 L t )

-Solución 'Mineral 1

(Ralch

et

a l 1975').

a -Solución Mineral 2

Balch e t ' a l 1979).

i s i n s u l f a t o s para l a s OHFA

-So

1 LIC i ó n , O 1 i goe lemen tos

(Balch e t a l 1979). -Solución Vitaminas

iBalch et a l 1979). -HezarsurPna

- E x t r a c t o , d e levadura

__

-Feptona

qe

c a s e i n a -Bicarbonato d e s o d i o

50 m i

50 m l

..

10 m l

-Solución d e N i C l 10 m l (10 mg/lOO m l )

-Solución '

FeSO

( 0 . 2 % ) 1 m l ( N o para l a s

- C i s t e i n a 0.5 m l

I

-

OHPfi)

_ -

NOTG: - .

- B a c t e r i a s F e r m e n t a t i v a s se pt-epat-6 una s o l u c i 6 n .concentrada

d e l 25% y

se

a g r e g o 0.1 m l d e e s t a s o l u c i ó n e n cada 5 m i d e

medio, se alimento atm normal d e N7.

-&act e r i a.5- OHFG

- U t i l i z a d o r a s d e P r o p i o n a t o : s o l u c i ó n concentrada d e p r o p i o n a t d ( 1 m l d e

ac.

pt-opionico + 0 . 4 g NaOH e n 9 m l d e

a g u a ) , se a g r e g 6 0.1 m l e n 5 m l d e medio.

- U t i l i z a d o r a s d e B u t i r a t o : misma solución concentrada, p e r o con ac. b u t i r i c o ,

se

a g r e g a l a misma cantifiad.

Se alimentan con atmosfera normal d e N 2 / COZ

.

Y

R

Y

R

u

1

L.

J

6

c

1

2

3

4

J

7

3

9

,

F I G .

1

.-

Porcentaje de SEW por muestra.

so?idos s cspendidos vo i d t i

ies)

i f

,-.

.,

_I

I

3

I:

1

i

<I

4

5

6

i

0

i

MUESTRAS

u

R

r

L

R

L

L

5

v1

F

F-

k

1

i

9

J

4

5

6

7

8

3

7

MUESTRAS

,

I"

u

r

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