Remoción de colorantes de aguas residuales de la industria textil, mediante el empleo de bagazo y microorganismos

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(1)Facultad de Química-Farmacia. Departamento de Ingeniería Química.. Trabajo de Diploma Título: Remoción de colorantes de aguas residuales de la industria textil, mediante el empleo de bagazo y microorganismos.. Autor: Dayami Valladares Aguilar. Tutor: Dra. Isabel Cabrera Estrada. Consultante: Dra. Layanis Mesa Garriga. Curso: 2013-2014..

(2) Índice Introducción…………………………………………………………………………………………1 Capítulo 1.Revision bibliográfica………………………………………………………………4 1.1 Problemas de contaminación ambiental……………………………………………………4 1.2 La contaminación de las aguas……………………………………………………………...5 1.3 Impacto ambiental de la industria textil……………………………………………………..6 1.3.1 Los colorantes textiles…………………………………………………………………….8 1.3.2. La textilera Desembarco del Granma…………………………………………………10. 1.3.3 Métodos de remoción de los colorantes de las aguas residuales…………………..11 1.4 La biosorción…………………………………………………………………………………12 1.4.1 Biosorbentes usados. Ventajas y desventajas………………………………………..14 1.4.2 Los microorganismos usados en la remoción de color………………………………16 1.4.2.1 Los hongos basidiomicetos ligninolíticos. La degradación de lignina……………...17 1.5 Análisis de esquemas tecnológicos para el tratamiento de aguas residuales ……………………………………………………….................................................................19 1.6. Conclusiones Parciales……………………………………………………………………21. Capítulo 2. Diseño experimental……………………………………………………………...22 2.1 Caracterización de las aguas residuales de la textilera…………………………………22 2.2 Determinación de las curvas de calibración de los colorantes objetos de estudio…............................................................................................................................. 23 2.3 Estudio Experimental………………………………………………………………………..25 2.3.1 Selección de la cepa de hongo a emplear………………………………………………25 2.3.2 Microorganismos y condiciones de cultivo………………………………………………25 2.3.3 Descripción de la inoculación……………………………………………………………..26 2.3.4. Diseño de experimentos………………………………………………………………….27 2.3.4.1 Procedimiento Experimental……………………………………………………….......28 2.4 Análisis de los resultados…………………………………………………………………...30.

(3) Índice 2.5 Estudio cinético de la adsorción del colorante azul con biomasa muerta……………..34 2.5.1 Ajuste a un modelo de isoterma………………………………………………………..35 2.6 Evaluación de la remoción de color mediante el uso del bagazo………………………37 2.6.1 Estudio cinético de la adsorción del colorante azul con bagazo de caña.………………………………………………………………………………………………41 2.6.2 Ajuste a un modelo de isoterma…………………….………………………………….42 2.7. Determinación de actividad enzimática…………………………………………..……43. 2.8. Conclusiones Parciales………………………………………………………………….44. Capítulo 3 Propuesta de Inversión.…………………………………………………………..46 3.1 Descripción del proceso de tratamiento de aguas residuales…………………………..46 3.2 Selección del equipamiento…………………………………………………………………47 3.3. Balance de materiales de la primera alternativa…………………………………………48 3.3.1 Propuesta del esquema tecnológico……………………………………………………..50 3.4. Análisis económico………………………………………………………………………….53 3.4.1. Costo de adquisición del equipamiento…………………………………………………53 3.4.2. Costo Total de Inversión………………………………………………………………….54 3.4.3. Costo Total de Producción………………………………………………………………55 3.5. Externalidades……………………………………………………………………………….57 3.6 Conclusiones Parciales……………………………………………………………………...57 Conclusiones…………………………………………………………………………………….58 Recomendaciones………………………………………………………………………………..59 Bibliografía…………………………………………………………………………………………60 Anexos..

(4) Introducción El desarrollo industrial de las últimas décadas ha implicado la liberación a los ecosistemas naturales, de grandes cantidades de compuestos químicos residuales de elevada toxicidad y limitada posibilidad de biodegradación, lo que en algunos casos ha determinado su acumulación en la cadena trófica. Una situación particularmente crítica se enfrenta con los efluentes coloreados producidos por varias industrias como la textil, papelera, alimentaria y cosmética entre otras. En muchos países estos efluentes son convencionalmente tratados mediante la combinación de métodos físicos y químicos que aunque resultan efectivos son considerados costosos, propician la acumulación de grandes cantidades de lodos residuales y requieren altos niveles de energía (Mahmoodi et al., 2009; Arun y Bhaskara, 2010) En Cuba el tratamiento tradicional de los efluentes se circunscribe a las lagunas de oxidación con adición de estiércol vacuno, el cual no permite una degradación exhaustiva de los compuestos coloreados. En varias universidades del país se están desarrollando investigaciones encaminadas a la introducción de los métodos biológicos para el tratamiento de efluentes fuertemente coloreados provenientes de la producción de alcohol (vinazas) y del proceso de pulpeo del bagazo (licor negro) y del café (Rodríguez-Pérez et al., 2006; García-Oduardo et al., 2008; Rodríguez-Pérez et al., 2008). Sin embargo los efluentes de la industria textil, considerados entre los más contaminantes de todos los sectores industriales, han sido muy poco estudiados. La industria textil genera en los procesos de teñido y estampado enormes volúmenes de aguas residuales con elevado contenido de colorantes y otros compuestos. Estos efluentes son una mezcla de colorantes, químicos auxiliares, sales, ácidos, bases, compuestos organoclorados y ocasionalmente metales pesados (Mishra y Kumar, 2009). Los colorantes comerciales son estables a la luz, la temperatura, acción de detergentes y a la degradación microbiana lo que propicia su acumulación en los sistemas acuáticos, por lo que son considerados compuestos recalcitrantes. Algunos colorantes causan alergias, dermatitis y son tóxicos, mutagénicos y/o carcinogénicos (Wesenberg et al., 2003; Dos Santos et al., 2007). La presencia de colorantes en los efluentes provoca una disminución del oxígeno disuelto y reduce el paso de la luz solar a través de los cuerpos de agua disminuyendo la fotosíntesis de las plantas acuáticas, efectos que en su conjunto impiden la recuperación natural de los sistemas acuáticos (Raghukumar et al., 2008; Tahir, 2009; Vaithanomsat et al., 2010). 1.

(5) Introducción En las últimas décadas se han desarrollado diversas estrategias para el tratamiento de residuales empleando hongos y bacterias. Estos procesos biológicos brindan las ventajas de que son más baratos, no dañan el medio ambiente y producen pocas cantidades de lodos (Awaluddin et al., 2001; Deveci et al., 2004; Majeau et al, 2010). Los microorganismos más eficientes en la degradación de colorantes sintéticos son los hongos basidiomicetos de la podredumbre blanca (HPB). Estos hongos producen enzimas ligninolíticas extracelulares e inespecíficas, capaces de degradar la lignina y varios compuestos xenobióticos de estructura análoga. El sistema multienzimático de los HPB está compuesto fundamentalmente por las enzimas lacasa, manganeso-peroxidasa y lignina-peroxidasa, aunque también participan otras oxidasas inespecíficas (Asgher et al., 2009; Alí et al., 2009) La inclusión de residuos agroindustriales en el medio de producción de enzimas ligninolíticas tales como la cáscara de café, bagazo de caña de azúcar, paja de trigo, poda de árboles, entre otros, son muy beneficiosos porque incrementan la producción enzimática, disminuyen los costos del proceso y es posible la reutilización del residuo disminuyendo el impacto que causa su acumulación (Levin et al., 2008; Winquist et al., 2008; Elisashvili et al., 2009; Gassara et al., 2010). El tratamiento biológico de los efluentes textiles utilizando la biomasa fúngica tiene como principales desventajas que el proceso es lento (requiere de varios días) y el volumen de residuos se incrementa por la generación de biomasa que en muchos casos contiene colorantes residuales adsorbidos en su superficie. El procedimiento con enzimas es una opción atractiva para el tratamiento de efluentes por su bio-compatibilidad y la facilidad y simplicidad en el control del proceso (Soares et al., 2001; Ryan et al., 2007; Vanhulle et al., 2008). La Comunidad Científica Internacional reconoce que la situación de los residuos es un problema global que requiere una atención urgente. La contaminación por colorantes es uno de estos problemas y por ello que sea importante la toma de conciencia y la búsqueda de alternativas para su solución. Problema de investigación científico: Presencia de colorantes en las aguas residuales textiles de la textilera Desembarco del Granma. Hipótesis: Si los hongos de podredumbre blanca pueden emplearse en un bioproceso 2.

(6) Introducción para reducir o eliminar el color en disoluciones coloreadas, se podrá proponer un sistema de tratamiento por biosorción para aguas residuales contaminadas con sustancias colorantes que incluya el uso de estos microorganismos. Objetivo General: Evaluar la factibilidad técnica, económica y ambiental del empleo de los hongos de podredumbre blanca en un bioproceso para la remoción de colorantes textiles Objetivos específicos: 1.. Evaluar la utilización del bagazo de caña de azúcar en la remoción de color en las. aguas simuladas a escala de laboratorio. 2.. Seleccionar. experimentalmente la cepa de hongo más adecuada, dentro de las. disponibles, para su posterior empleo con el objetivo de remover colorantes. 3.. Evaluar experimentalmente, para el hongo seleccionado, los factores que inciden en. la remoción de color de las aguas simuladas a escala de laboratorio 4.. Determinar experimentalmente la capacidad de biosorción de la biomasa fúngica. inactiva. 5.. Definir las etapas y operaciones de una sección de una planta de tratamiento de. aguas residuales donde se emplee la biosorción en la remoción de color. 6.. Valorar el impacto económico ambiental de la propuesta.. 3.

(7) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica 1.1 Problemas de contaminación ambiental. Durante mucho tiempo, el hombre ha utilizado el medio ambiente sin analizar las consecuencias de acción, proteger al mismo constituye un reto para la humanidad en el planeta, el mal manejo de los recursos y adopción de comportamientos no ecológicos constituyen unas de las problemáticas fundamentales. La industria es un motor de crecimiento económico y, por lo tanto, clave del progreso social. Sin embargo, demasiado a menudo la necesidad de maximizar el proceso productivo excluye de la planificación la protección del Medio Ambiente. (Ortiz, 1998) El Medio Ambiente es un sistema complejo y dinámico de interrelaciones ecológicas, socioeconómicas y culturales que evoluciona a través del proceso histórico de la sociedad, abarcando la naturaleza, la sociedad, lo creado por la propia humanidad y como elemento de gran importancia las relaciones sociales y culturales, de aquí la importancia de su cuidado y preservación para hacer posible la vida en el planeta. Con la aparición en los 90 del concepto de Desarrollo Sostenible y de la Agenda 21 en la Cumbre de la Tierra en 1992, Rio de Janeiro, Brasil, se dirigen los trabajos en un enfoque integral de globalización, introduciéndose un sistema de conceptos, como el de actuación responsable, las auditorias, las evaluaciones ambientales y la gestión integrada de estos problemas. (León, 1999) Cuba desarrolla importantes acciones para lograr una sociedad con una cultura general integral acorde con sus principios y realidades, lo que presupone trabajar de manera dirigida y sobre bases científico-técnicas, en temas medulares que permitan una adecuada comprensión de los problemas que se presentan en la cotidianidad relacionados con calidad y medio ambiente de los procesos de producción y servicios. (Reyes, 2007) El medio ambiente puede ser contaminado de diversas maneras, de las cuales todas son dañinas en mayor o menor grado. Los tipos de contaminación que existen son: la contaminación atmosférica, la contaminación de las aguas y la contaminación del suelo. (http://www.monografias.com/trabajos34/contaminaciónambiental/contaminaciónambientall.html) 4.

(8) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica 1.2 La contaminación de las aguas El agua es la sustancia que está más ampliamente distribuida sobre la superficie terrestre y en los tejidos de los organismos vivientes. En los ríos, océanos, nubes y casquetes polares, así como en nuestros líquidos corporales, es el medio en el que se cumple la mayoría de las transformaciones fisicoquímicas, en particular las de importancia biológica. Se entiende por contaminación del medio hídrico o contaminación del agua a la acción o al efecto de introducir algún material o inducir condiciones sobre el agua que, de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación a sus usos posteriores o sus servicios ambientales. Según la OMS (Organización Mundial de la Salud), el agua está contaminada cuando su composición se haya alterada e modo que no reúna las condiciones necesarias para ser utilizada beneficiosamente en el consumo humano y animal. (www.es.wikipedia.org). Infinidad de estudios evidencian cada día que la llegada de residuos de todo tipo al subsuelo conducirá a una contaminación progresiva, tal vez irreversible de las aguas subterráneas. Téngase en cuenta que las aguas subterráneas pueden ser junto con el mar, el último receptor de la contaminación y que el poder autodepurador de los acuíferos es limitado y solo eficaz en un margen reducido de condiciones fisicoquímicas y biológicas.(http://www.tecnun.es) Afortunadamente la experiencia adquirida en los últimos años ha conducido a un consenso cada vez más generalizado sobre la necesidad acuciante de una protección efectiva de la calidad como aspecto inseparable de la cantidad de agua subterránea disponible. La prevención, es sin duda el mejor método de protección da la calidad y como tal debería ser potenciado al máximo. El origen de la contaminación de las aguas, puede resumirse en estos dos grandes grupos según:(Alami, 2010) . por aguas provenientes de fenómenos naturales (erosión, etc.).. . por aguas residuales de las actividades humanas (albañales domésticos, residuales industriales, actividades agrícolas, etc.).. Según el tipo de industria y de los procesos que en ellas se realizan son las diferentes características de los residuales generados y con ello viene dado el grado de contaminación a la naturaleza. Normalmente en los países desarrollados muchas industrias poseen eficaces sistemas de tratamientos de las aguas, sobre todo las que 5.

(9) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica producen contaminantes más peligrosos, como son los metales tóxicos. Numerosas industrias generan efluentes que descargan en el ambiente cantidades sustanciales de una gran variedad de contaminantes inorgánicos y orgánicos, tornándose en un serio problema ambiental debido a su potencial toxicidad para los organismos, y en muchos casos, para los seres humanos. En particular, las industrias textiles distribuidas en todo el mundo, generan grandes volúmenes de agua de descarte durante sus operaciones, que contienen colorantes disueltos y otros productos como agentes dispersantes, sales, emulsificantes y metales pesados. Los colorantes son generalmente tóxicos o carcinogénicos, o derivan de carcinógenos conocidos, y su descarga en los cursos de agua como desechos industriales resulta en condiciones anóxicas para los ecosistemas acuáticos, debido a la reducción de la concentración de oxígeno disuelto. (Kahaled, 2009). 1.3 Impacto ambiental de la industria textil. El desarrollo industrial de las últimas décadas ha implicado la liberación de grandes cantidades de compuestos químicos residuales, de elevada toxicidad y limitada posibilidad de biodegradación, a los ecosistemas naturales. Los problemas asociados con la descarga de efluentes coloreados por varias industrias como la textil, papelera, alimentaria, cosmética entre otras, son considerados por científicos académicos y por las industrias (Mahmoodi et al., 2009; Enayatzamir et al., 2010; Arun y Bhaskara, 2010) El aumento en la firmeza del color, así como la estabilidad y resistencia de los colorantes a la degradación ha hecho que la concentración de estos compuestos no disminuya, aún después del tratamiento convencional de los efluentes (Andleeb et al., 2010). Algunos colorantes causan alergias, dermatitis y son tóxicos, mutagénicos y/o carcinogénicos. (Wesenberg et al., 2003; Dos Santos et al., 2007; Ofomaja, 2009; Alí et al., 2009). Además, la presencia de colorantes en los efluentes provoca una disminución del oxígeno disuelto y reduce el paso de la luz solar través de los cuerpos de agua disminuyendo la fotosíntesis de las plantas acuáticas, efectos que en su conjunto impiden la recuperación natural de los sistemas acuáticos. Es por ello que la descarga de efluentes coloreados en el curso de los recursos hídricos constituye una problemática ambiental a considerar desde el punto de vista de los sistemas acuáticos (Raghukumar et al., 2008; Tahir et al., 2009). 6.

(10) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica La industria textil convencional utiliza grandes cantidades de agua y productos químicos en sus procesos. Esto supone un grave problema ambiental, debido a que pocas son las industrias que se encargan de depurar sus aguas residuales, vertiéndose directamente sin tratar a los ríos y convirtiéndolos en macabras sopas químicas, llenas de tintes sintéticos y otros tóxicos. Los tintes y colorantes sintéticos están diseñados para resistir la acción de la luz, agua y productos químicos en los tejidos, sin embargo, estas propiedades son precisamente las que impiden su biodegradación en el medio ambiente (Prasetyo, 1992). Estos tóxicos pueden ser disruptores hormonales, afectar al sistema reproductor e incluso ser carcinogénicos. Se incorporan a la cadena alimentaria y se filtran a los suelos y acuíferos subterráneos. Según las últimas investigaciones, hasta un 70% de los ríos, lagos. y. embalses. de. China. están. contaminados.. (http://opcionbio.es/blog/es/2012/04/24/contaminacion-de-la-industria-textil- %C2%BFhaysoluciones/) La Industria Textil se encuentra dentro del grupo industrial que mayor contaminación provoca al Medio Ambiente debido al gran consumo de agua y de productos químicos, los cuales son usados en dependencia del tipo de fibras a teñir, de aquí que sus residuales sean altamente contaminantes. Anualmente en el mundo son producidos más de 10000 tipos de colorantes y pigmentos y usados en las plantas de teñido e impresión. Los efluentes de un proceso textil generalmente presentan altas temperaturas y pH, además de alta concentración de materia orgánica, materia no-biodegradable, sustancias tóxicas como los surfactantes, detergentes, jabones y alcalinidad, cuando estos efluentes se descargan sin el debido tratamiento, se pueden observar diferencias en la coloración original del cuerpo de agua y la formación de espumas en su superficie; esto se origina por los tintes y tensoactivos, respectivamente. Los tóxicos y metales pesados en pequeñas concentraciones pueden acumularse en los tejidos de estos animales o incrementar el nivel tóxico del agua en los ríos, sus efectos se ven a largo plazo, pero igualmente son dañinos. (Vílchez, 2005) Es importante mencionar que muchas de las grandes industrias generadoras de estas descargas, no les proporcionan tratamiento alguno debido a los altos costos en el uso de productos químicos en los sistemas de depuración convencionales, o por que no cuentan con sistemas adecuados de reducción de colorantes. Actualmente se han desarrollado procesos, como la biosorción, que se ha planteado como una alternativa económica. 7.

(11) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica 1.3.1 Los colorantes textiles Los colorantes son sustancias orgánicas fluorescentes o de color intenso que dan color a una sustancia incolora, o bien a un sustrato, por medio de la absorción selectiva de la luz (Pandey et al., 2009). Alrededor de 10 000 colorantes y pigmentos diferentes son utilizados industrialmente y cerca de 0,7 millones de toneladas son producidas anualmente (Ibrahim et al., 2011). Para que un compuesto coloreado sea aplicado como colorante, requiere que tenga una adecuada estabilidad a la luz, así como la acción oxidante del cloro que contiene el agua de las ciudades. Por otra parte, el compuesto, en caso de ser soluble en agua debe tener afinidad por la fibra que se ha de teñir, a fin de que pueda ser fijado por la fibra de un baño acuoso caliente; en este caso se dice que es un colorante sustantivo. Si el compuesto coloreado es insoluble en agua requiere un proceso especial para que pueda ser aplicado a la fibra. (Fieser, 1968) Los colorantes se clasifican de acuerdo a su origen, propiedades químicas y sus aplicaciones. Según su origen los colorantes pueden ser naturales como la hematoxilina, el carmín y la orceina, o sintéticos o artificiales como lo son el azul de metileno, la safranina, el azul de anilina, el naranja G, etc. Los colorantes sintéticos son ampliamente utilizados en las industrias textiles, papeleras, cosméticas, de teñido de pieles, fotográficas, farmacéuticas y alimentarias. En comparación con los tintes naturales, tienen mayor variedad de colores, firmeza y moderados costos (Sathiya-Moorthi et al., 2007; Erkurt et al., 2007). Los colorantes comerciales tienen alta estabilidad a la luz, la temperatura, detergentes y al ataque microbiano (Urra et al., 2006; Najafi y Movahed, 2009), lo que dificulta su natural degradación en los sistemas acuáticos. Este es un rasgo deseable desde el punto de vista del consumidor, pero se traduce en una resistencia a la degradación, convirtiéndose así en compuestos recalcitrantes (Vanja et al., 2007). Los colorantes según su composición química, se pueden clasificar en tres grupos: azoicos, antraquinónicos y derivados del trifenilmetano (Rodríguez-Couto, 2009). Los colorantes azoicos constituyen una extensa clase de tintes industriales empleados comercialmente (Laowansiri et al., 2008; Erkurt et al., 2007; Liang et al., 2008). Los colorantes azo contienen al menos un doble enlace nitrógeno-nitrógeno (N=N) en su 8.

(12) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica estructura (Zollinger, 2003; Telke et al., 2011). Pueden dividirse en tres grandes grupos: mono, di, y poliazoicos que presentan uno, dos o más grupos cromóforos en la molécula respectivamente. Los colorantes antraquinónicos son, por lo general, colorantes de masas moleculares muy altas. Estos compuestos derivan de la antraquinona, producto de la oxidación del antraceno y dan teñidos muy sólidos. Los colorantes antraquinónicos constituyen la segunda clase más importante de los colorantes textiles, después de los azoicos (Dos Santos et al., 2007). Los colorantes también difieren en la manera en que interactúan con la fibra textil durante el proceso de teñido. Debido a esto han sido clasificados como: ácidos, básicos, tina, directos, dispersos, reactivos, entre otros (Husain, 2006; Sathiya-Moorthi et al., 2007). La mayoría de los colorantes ácidos pertenecen a los grupos azoicos y antraquinónicos (Somasiri et al., 2008). Además son colorantes solubles en agua y se utilizan en el teñido de piel, papel y yute. Los colorantes básicos, son colorantes que se disuelven en un medio acuoso, son muy brillantes y algunos son fluorescentes, pero tienen muy poca resistencia a la luz. Por ejemplo: el azul de metileno, colorante cargado positivamente, se une a componentes celulares cargados negativamente. En la industria textil, principalmente se usan en las fibras acrílicas, también tienen aplicación en la industria del papel, así como para fabricar algunos pigmentos y para la industria que procesa la piel. Los colorantes Cubas o tina son principalmente utilizados para el teñido y estampado del algodón, tienen excelentes propiedades de resistencia y un rango completo de tonos, son derivados de la antraquinona y del indigoide. Los colorantes directos fueron originalmente diseñados para teñir algodón, se aplican de una forma muy sencilla, algunos colorantes directos tienen usos más amplios que solo teñir el algodón y viscosa, pueden ser usados en papel, piel, lana, seda y nylon, también se pueden usar en el estampado textil. Los colorantes dispersos como su nombre lo indica dispersan muy bien en el medio acuoso, lo cual ayuda a cubrir la totalidad de la fibra y así lograr un teñido muy uniforme, principalmente su uso es para teñir fibras tales como acetato, nylon y poliéster. Son muy resistentes a la temperatura. Los Colorantes Reactivos tienen una buena solidez a la luz y al lavado, principalmente se usan para ser aplicados en algodón o en fibras celulósica, pueden ser aplicados en lana, 9.

(13) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica nylon y en algunos casos en piel. Los colorantes reactivos son solubles en agua y se denominan así pues reaccionan químicamente con los grupos hidroxilos ionizados de las fibras de celulosa, formándose enlaces covalentes de tipo éster o éter entre el tinte y la fibra. Esta unión covalente asegura una gran solidez al lavado de las tinturas realizadas con ellos (Shenai, 1997). Los colorantes reactivos contienen un grupo cromóforo por ejemplo: azo, antraquinónicos, triarilmetano, y grupos reactivos, por ejemplo, vinil sulfona, clorotriacina, triclorpirimidina, entre otros. Los conocidos como Blancos Ópticos son compuestos sin color que fluorecen bajo la radiación de la luz ultravioleta, En la industria textil se usan para el blanqueo óptico de algodón o fibras celulósicas. La resistencia a la luz depende de cada colorante al igual que la resistencia a la temperatura. Sus usos son principalmente en tintas base aceite, lacas, veladoras, velas, cintas de máquinas de escribir. De acuerdo a sus aplicaciones se clasifican en la tabla 1.2 (Ver Anexo 1). Las aplicaciones de los colorantes son infinitas, desde el vidrio y el esmalte de la cerámica, hasta las artes gráficas, los textiles, las pinturas, los plásticos y los alimentos. En este caso se abordan los colorantes usados para textiles, los cuales se clasifican de acuerdo al tipo de fibra que tiñen y al tipo de proceso aplicado para ello. (Vargas, 2009) 1.3.2. La textilera Desembarco del Granma. La Empresa Textil “Desembarco del Granma”, situada en la provincia de Villa Clara, municipio Santa Clara, carretera a Camajuaní Km 2½; subordinada a la Unión Textil (UNITEX), Grupo. Empresarial de la ligera (GEIL) y perteneciente al Ministerio de. Industria (MINDUS). Cuenta con un proceso productivo muy complejo abarcando todos los procesos de la rama textil, desde el diseño, hasta el acabado final de los tejidos e hilos, un proceso de hilado de fibra de poliéster de alta tenacidad, y procesos de tisaje y tintorería, además de tener una Planta de Servicios de Ingeniería (vapor, gas, aceite caliente, clima, aire comprimido, agua tratada, entre otros). Dentro de sus principales producciones se encuentran el hilo de coser, tejidos planos blancos, teñidos, estampados y la gasa quirúrgica, que se introduce en el año 2010 producto de los convenios de colaboración Cuba-Venezuela con el objetivo de sustituir la importación de este producto en el país. 10.

(14) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica Esta empresa se caracteriza además como modelo de eficiencia de una organización Estatal Socialista que se complementa por su actualización en las tendencias y el servicio pleno al cliente nacional y extranjero, garantizando un aporte considerable de divisas al estado y el mejoramiento continuo de la calidad de vida, de productos y de procesos. También mantiene relaciones comerciales con más de 200 clientes, dentro de los que destacan las empresas de Confecciones, Provari, Industrias Locales, MINSAP, MINFAR, MININT, Turismo, las TRD. Además se produce todo el tejido de ataúd e hilo de coser que se consume en el país. La misión y visión de la fábrica están en correspondencia con las características de la empresa, se trabaja en lograr la garantía de la calidad en todos los procesos y en el incremento de la satisfacción y sentido de pertenencia de los trabajadores, para mejorar grandemente los servicios a los clientes. Se ha implementado un sistema de Gestión de la Calidad que permita la certificación primeramente del hilo y posteriormente de sus tejidos. 1.3.3 Métodos de remoción de los colorantes de las aguas residuales Existen muchos métodos para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con colorantes, muchos con muy buenos resultados y otros con no tan buenos, lo cierto es que a diario se estudian nuevas alternativas para preservar el cuidado del medio ambiente. En la tabla 1.2 se resumen los métodos más utilizados para el tratamiento de las aguas residuales de la industria textil. Se incluyen algunas tecnologías recientes como la filtración por membrana y los procesos fotoquímicos. (Kuhad et al. 2004; Anjaneyulu et al. 2005).Ver anexo 2 Métodos biológicos para el tratamiento de las aguas residuales de la industria textil El término biorremediación abarca una amplia variedad de procesos como la biosorción, la biodegradación (aerobia o anaerobia) y métodos enzimáticos. Para la decoloración, los reactores pueden contener cultivos mixtos, organismos aislados o enzimas aisladas (Kandelbauer & Guebitz 2005). Biodegradación Los hongos de la putrefacción blanca (PB) son los organismos más estudiados en la degradación de colorantes, debido a que son capaces de degradar sustratos complejos a través de un sistema enzimático no específico (Knapp et al. 2001). La decoloración de colorantes por hongo PB fue reportada por primera vez por Glenn & Gold (1983) quienes 11.

(15) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica evaluaron la decoloración de colorantes poliméricos sulfonados utilizando Phanerochaete chrysosporium. A partir de entonces se han publicado numerosos trabajos donde se evalúa la capacidad de P.chrysosporium y de otros hongos como Cyathus bulleri, Trametes versicolor, Phlebia tremellosa, Thelephora sp. para degradar colorantes Métodos enzimáticos Las células vivas se consideran como un reactor de decoloración en miniatura. Esta decoloración puede ser resultado de la retención física del colorante en la biomasa o de la transformación bioquímica del colorante a través del metabolismo celular. Algunas de las enzimas que se utilizan en la degradación de colorantes son lacasas, peroxidasas, monooxigenasas y dioxigenasas entre otras (Kandelbauer & Guebitz 2005). Las enzimas extracelulares como las lacasas y peroxidasas generalmente se producen por hongos cuya función natural es degradar la lignina. La habilidad de los hongos PB para degradar colorantes y otros compuestos xenobióticos se debe a la naturaleza no específica de su sistema enzimático. El uso de lacasas y peroxidasas para la degradación de compuestos xenobióticos resulta muy prometedor (Harvey & Thurston 2001). Se ha reportado la decoloración de una mezcla de colorantes, simulando un efluente real, a través de una lacasa comercial, además se obtuvo el modelo cinético de esta degradación (Cristóvão et al. 2009). También hay numerosos reportes de la degradación de colorantes azo, trifenilmetano y antraquinona utilizando la lacasa de Pyricularia oryzae, Trametes hirsuta, Pycnoporous sanguineus y Sclerotium rolfsii (Muralikrishna & Renganathan 1995; Abadulla et al. 2000; Pointing & Vrijmoed 2000; Ryan et al. 2003). Otro de los procesos que abarcan los tratamientos biológicos es la biosorción del mismo se abordara en el epígrafe siguiente. 1.4 La biosorción Un método novedoso para la remoción del color de efluentes es la adsorción de las sustancias coloridas en varios materiales como: aserrín, carbón activado, arcillas, suelos, composta, lodos activados, comunidades vegetales, polímeros sintéticos o sales inorgánicas coagulantes (Chandran et al. 2002). Al proceso que utiliza a la biomasa, se le conoce como biosorción; en este proceso la decoloración se alcanza por la saturación y posterior biosorción del colorante sobre las células, ocurriendo esto con o sin biodegradación del contaminante. Algunas especies de bacterias y hongos han sido 12.

(16) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica reportadas por su capacidad para remover colorantes utilizando el proceso de adsorción. También se puede lograr la eliminación del color mediante biosorción usando células de hongos (Fu & Viraraghavan 2002; Zhang et al. 2003; Bhole et al. 2004). En algunos casos, el mecanismo de decoloración implica, además de la biosorción, un proceso de degradación enzimática (Knapp et al. 1997; Park et al. 2007; Yesilada et al. 2010). Estos métodos no se han aplicado al tratamiento de aguas residuales en gran escala, debido a los problemas asociados con el manejo de la biomasa residual que se obtiene después de la biosorción (Kuhad et al. 2004). Un proceso de biosorción involucra una fase sólida (biosorbente) y una fase líquida (solvente, que es normalmente el agua) que contiene las especies disueltas que van a ser biosorbidas (sorbato, esto es, color). Debido a la gran afinidad del adsorbente por las especies del sorbato, este último es atraído hacia el sólido y enlazado por diferentes mecanismos. Este proceso continua hasta que se establece un equilibrio entre el sorbato disuelto y el sorbato enlazado al sólido. De manera general la adsorción puede verse de dos formas, física y química. La adsorción física o adsorción de "Van der Waals", es un fenómeno fácilmente reversible, es el resultado de las fuerzas intermoleculares de atracción entre moléculas de un sólido y de la sustancia adsorbida. La adsorción química o adsorción activada, es el resultado de la interacción química entre el sólido y la sustancia adsorbida. (Treybal, 2002) Entre los factores que afectan a la adsorción según Treybal se tienen:  Temperatura: Este efecto depende del calor de adsorción (cambio de entalpía). Generalmente, cuando la adsorción es de tipo físico, el calor de adsorción es negativo, lo que indica que la reacción es exotérmica y se favorece a bajas temperaturas. Por el contrario, cuando la adsorción es de tipo químico, el calor de adsorción es positivo, indicando que el proceso es endotérmico y se ve favorecido por altas temperaturas.  Dependencia del pH: La biosorción de cationes suele estar favorecida para valores de pH superiores a 4,5, mientras la adsorción de aniones prefiere un valor bajo de pH entre 1,5 y 4.  Presencia de otros iones: Para analizar el comportamiento de la biosorción ante la presencia de otros iones se deben tener en cuenta la cantidad de sitios en el material 13.

(17) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica biosorbente, la accesibilidad del sitio, la disponibilidad del sitio y la fuerza de unión entre el sitio y la especie química.  Solubilidad: Menor solubilidad, mejor adsorción.  Peso molecular: Grandes moléculas, mejor adsorción.  Polaridad: Menor polaridad, mejor adsorción.  Grado de saturación: Insaturados, mejor adsorción. Tipo de procesos y equipos. Como ya se ha indicado anteriormente, la biosorción es un proceso de contacto sólidolíquido que conlleva ciclos de sorción y desorción del colorante. Su configuración tecnológica es muy similar a la usada en el intercambio iónico o en las distintas aplicaciones del carbón activo. Así, la solución que contiene el colorante entra en contacto con la fase sólida mediante un sistema de flujo discontinuo, semicontinuo, o continuo. El contacto apropiado entre la solución y la fase sólida puede ser llevado a cabo en reactores de tanque agitado o de flujo continuo, que tienen en común algunas características pero difieren entre sí. Contacto discontinuo (tanque agitado). El biosorbente granulado o, en este caso de forma más eficiente, pulverizado, se pone en contacto con la disolución que contiene el colorante, manteniéndolo en suspensión mediante agitación en un grado tal que asegure la homogeneidad y la buena transferencia de materia entre las fases sólida y líquida. Para conseguir una buena mezcla en la suspensión se ha de cuidar la geometría del tanque y la agitación, con el objeto de evitar la aparición de efectos indeseables que puedan dañar las partículas sólidas del biosorbente. 1.4.1 Biosorbentes usados. Ventajas y desventajas. Los adsorbentes sólidos se utilizan generalmente en forma granular, los sólidos deben poseer ciertas propiedades de ingeniería que dependen de la aplicación a la que serán sometidos. La naturaleza química del sólido tiene mucho que ver con sus características de adsorción, pero una sola identidad es insuficiente para caracterizar su utilidad. En la adsorción gaseosa, la superficie significativa no es en la superficie bruta de las partículas granulares que se utiliza ordinariamente, sino la superficie mucho mayor de los poros internos de las partículas. (Treybal, 2002). 14.

(18) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica Los adsorbentes más utilizados son: Gel de sílice, Alúmina, Resinas Orgánicas y Carbón activo (granular y polvo). En la búsqueda de biosorbentes de carácter renovable y bajo costo, se han utilizado diferentes de origen biológico, estando formados por una biomasa de origen microbiano formada principalmente por algas, bacterias, hongos y levaduras. Los biosorbentes de origen vegetal están formados por residuos de origen agrícola y forestal, entre ellos destacan cortezas de árboles, restos de vegetales, cereales y frutos. Como parte del resultado de esta búsqueda económica, además se han encontrado biosorbentes como materiales de arcilla (bentonite, kaolinite), basuras agrícolas (la médula del bagazo, el zuro de maíz, la cáscara de arroz, la cáscara del coco), productos desechados industriales (el carbono desechado, el lodo de hidróxido de metales) y otros (el almidón, algodón).(Crini, 2005) La utilización de bagazo de caña de azúcar, para la remoción de contaminantes ha sido evaluada, mostrando resultados satisfactorios. El bagazo está compuesto de celulosa, hemicelulosa y lignina, como principales polímeros naturales. Presenta además, pequeñas cantidades de otros compuestos clasificados de conjunto como componentes extraños. Su insolubilidad en agua, solventes orgánicos y soluciones alcalinas, así como su resistencia apreciable al efecto de agentes oxidantes, diferencia la celulosa del resto de los componentes químicos de la madera. El peso molecular promedio de la celulosa de bagazo está en el rango de 150 000 a 350 000. Desde el punto de vista cuantitativo su presencia es semejante a las de todas las maderas, en el orden de 41 % a 44%. Las hemicelulosas abarcan un conjunto de polisacáridos diferentes cuya composición tienen como características comunes: solubilidad en solventes, reactividad frente a los ácidos y descomposición en azúcares y furfural. Estas propiedades las diferencian, analíticamente, del resto de los componentes químicos del bagazo. La lignina es el tercer componente en importancia cuantitativa del bagazo entre 20 % y 22% y representa un conjunto de polímeros amorfos, reticulados de altos pesos moleculares y naturaleza eminentemente fenólica. El resto de los componentes del bagazo, en conjunto, aportan el 10%. Muestran diferencias importantes con respecto a las maderas: el bajo por ciento de los componentes solubles en solventes orgánicos, los cuales no sobrepasan el 3 %, el contenido de cenizas del orden de 2% a 3% en bagazo, que si bien es superior al de las maderas, resulta muy inferior al de las pajas que abarcan 15.

(19) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica rangos de 8% a 15%, por último, los compuestos solubles en agua, constituidos por residuos de sacarosa, otros azúcares y polisacáridos, son relativamente altos en relación con la madera. (Alomá, 2006) En la tabla 1.3 se resumen las características químicas del bagazo de caña de azúcar (Icidca, 1982). Ver Anexo 3 Los rangos y promedios más representativos de las propiedades físicas del bagazo (Icidca, 1987) se muestran en la tabla 1.4 .Ver Anexo 3 1.4.2 Los microorganismos usados en la remoción de color. Aunque los métodos químicos y físicos resultan efectivos son muy costosos, acumulan grandes cantidades de lodo residual, requieren altos niveles de energía y en muchas ocasiones, los productos de la degradación son tóxicos (Zouari-Mechichi et al., 2006; Rodríguez-Couto, 2009; Arun y Bhaskara, 2010). En las últimas décadas, científicos e investigadores han desarrollado diversas estrategias para el tratamiento de residuales empleando hongos y bacterias. Estos procesos biológicos brindan las ventajas de que son más baratos, dañan menos el medio ambiente y producen pocas cantidades de lodos (Deveci et al., 2004; Somasiri et al., 2008; Majeau et al., 2010). Las industrias textiles están enfrentando una gran presión por parte de las organizaciones que protegen el medio ambiente, quienes exigen el reemplazo de las tecnologías convencionales de tratamiento por nuevas que no dañen al ecosistema (Awaluddin et al., 2001; Vanhulle et al., 2008; Asgher et al., 2008b). Estudios realizados con bacterias aerobias muestran que ellas no son capaces de mineralizar los tintes presentes en los efluentes (Robinson et al., 2000; Kaushik y Malik, 2009) y que ciertos colorantes azoicos son resistentes al ataque de estos microorganismos (Plumb et al., 2001). Se ha demostrado además, que los cultivos de bacterias anaerobias son capaces de biotransformar estos compuestos (Somasiri et al., 2008), pero debido a la acción de la enzimas azo-reductasas presentes en muchos de estos microorganismos, se producen aminas no coloreadas que son tóxicas, mutagénicas y carcinogénicas (Seo et al., 2009), por lo que no constituyen una alternativa pertinente para el tratamiento biológico. Los hongos filamentosos y los basidiomicetos han sido ampliamente estudiados para la degradación de diversos compuestos orgánicos persistentes, entre ellos los colorantes textiles. Estudios comparativos entre estos dos grupos fúngicos demostraron que los 16.

(20) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica hongos filamentosos decoloran de manera limitada estos compuestos, mientras que las especies de basidiomicetos ligninolíticos muestran una amplia capacidad decolorativa (Mohorcic et al., 2006; Pant y Adholeya, 2007). De estos últimos los que han demostrado mayor eficiencia en la degradación de colorantes presentes en los residuales textiles son los hongos basidiomicetos de la podredumbre blanca (Erkurt et al., 2007; Asgher et al., 2009). 1.4.2.1 Los hongos basidiomicetos ligninolíticos. La degradación de lignina Los basidiomicetos pertenecen a la división Basidiomycota (Dávila y Vázquez-Duhalt, 2006). Una característica que los distingue es la producción de esporas de origen sexual (basidiosporas) en el exterior de una estructura especializada, que recibe el nombre de basidio (Hybelbauerová et al., 2008; Ruiz-Herrera et al., 2008). Los basidiomicetos se han clasificado en dos grandes grupos según el patrón de degradación que producen sobre el material lignocelulósico: Hongos de la podredumbre parda y Hongos de la podredumbre blanca, cuyo nombre deviene de la apariencia parda o blanquecina de la madera luego de ser atacada por estos hongos.. Los hongos de podredumbre blanca. son aerobios obligados, su nutrición es por. medio de la combustión biológica de la madera y materiales asociados, utilizan el oxígeno molecular como aceptor final de electrones. La vía metabólica de producción de energía interna es a partir de la glucólisis en el citoplasma y ciclo de Krebs en la mitocondria que es la misma de la mayoría de los organismos aeróbicos. (Kirk y Cullen, 1998) Los hongos de la podredumbre blanca, producen oxidorreductasas extracelulares, incluyendo lacasas, peroxidasas, y oxidasas productoras de H 2O2, que degradan fundamentalmente la lignina lo que conlleva a la acumulación de celulosa y hemicelulosa, dando lugar a un color blanco en el material lignocelulósico. La degradación de la lignina incluye una serie de cambios oxidativos que provocan la progresiva despolimerización y la liberación de compuestos de baja masa molecular que son metabolizados en algunos casos hasta CO2 y H2O (Kirk y Farrell, 1987). La capacidad, exclusiva de este grupo de hongos, de mineralizar la lignina en determinadas condiciones, ha despertado un gran interés. Estos hongos crecen en suelos ricos en materia orgánica, troncos y desechos agrícolas como pulpa de café, pajas de caña, paja de trigo, madera, aserrín y bagazo de caña de azúcar, tienen la capacidad de transformar y degradar el material lignocelulósico 17.

(21) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica por lo que desempeñan un papel fundamental dentro del ciclo del carbono en el planeta (Scalbert, 1991; Webster y Weber, 2007; Mishra y Kumar, 2009). Algunos ejemplos de dichos hongos son: . Trametes versicolor. . Trametes elegans. . Trametes villosa.. Ver figura 1, 2, 3, respectivamente en anexo 4 Enzimas ligninolíticas Las enzimas ligninolíticas involucradas en los procesos degradativos de compuestos fenólicos incluyen diferentes tipos de lacasa, peroxidasas y oxidasas (Alí et al., 2009). La presencia simultánea de estas enzimas no es común en todos los basidiomicetos, pues dependen del microorganismo en estudio (Songulashvili et al., 2007). Lignina-peroxidasa La LiP presenta una baja especificidad por el sustrato y cataliza la oxidación de compuestos aromáticos no fenólicos, en presencia de peróxido de hidrógeno, por un mecanismo consistente en la sustracción de un electrón del anillo aromático, dando lugar a los radicales catiónicos aromáticos correspondientes, los cuales conllevan a reacciones no enzimáticas que incluyen la ruptura de enlaces C-C y C-O (Caramelo et al., 1999). También se ha demostrado que es capaz de oxidar compuestos aromáticos fenólicos (Glenn et al., 1983). Manganeso-peroxidasa La enzima manganeso-peroxidasa (MnP) (Mn (II): H2O2 oxidorreductasa): requiere de la presencia de H2O2 como co-sustrato y la presencia de Mn2+ (presente naturalmente en la madera), y cataliza la oxidación de Mn2+ a Mn3+ (Raghukumar et al., 2008). Lacasas Las enzimas lacasas (lac) (benzenodiol: oxígeno oxidorreductasa) están presentes en la mayoría de los hongos de podredumbre blanca. El hecho que no se detecten en los hongos de podredumbre parda dio lugar a que fueran las primeras enzimas relacionadas con los procesos ligninolíticos. Las lacasas son glicoproteínas extracelulares que contienen generalmente cuatro átomos de cobre en su centro activo, su pH y temperatura óptima oscilan entre 2 y 5, 40 y 65 oC,. 18.

(22) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica respectivamente (Murugesan et al., 2007; Quaratino et al., 2007). Son estables a pH entre 4,4 y 7,0 y temperaturas inferiores a 40oC. Ver figura 4 en el anexo 5. Las lacasas son enzimas de tipo poli-fenoloxidasas, pertenecientes al grupo de las llamadas oxidasas azules del cobre que, a diferencia de la mayoría de estas enzimas, reducen el oxígeno y producen agua en lugar de peróxido. Han sido caracterizadas como enzimas de baja especificidad de sustrato (Bourbonnais y Price, 1990; Giardina et al., 2009), participan en la degradación de compuestos de baja masa molecular derivados de la despolimerización de la lignina, como aldehídos, ácidos aromáticos e hidroquinonas. Se han atribuido tres posibles funciones a las lacasas fúngicas: formación de pigmentos, degradación de lignina y destoxificación (Madhavi y Lele, 2009). 1.5 Análisis de esquemas tecnológicos para el tratamiento de aguas residuales Teniendo en cuenta todos estos aspectos, existe una gran variedad de formas de operar, dependiendo de las características del agua, así como de la carga orgánica a tratar. Procesos biológicos aerobios  Cultivos en suspensión: Proceso de fangos activados (lodos activados), y modificaciones en la forma de operar: aireación prolongada, contacto-estabilización, reactor discontinuo secuencial (SBR).  Cultivos fijos: Los microorganismos se pueden inmovilizar en la superficie de sólidos (biomasa soportada), destacando los filtros percoladores (también conocido como lechos bacterianos o filtros biológicos). 1. Lodos activados: Consiste en poner en contacto en un medio aerobio, normalmente en una balsa aireada, el agua residual con flóculos biológicos previamente formados, en los que se adsorbe la materia orgánica y donde es degradada por las bacterias presentes. Junto con el proceso de degradación, y para separar los flóculos del agua, se ha de llevar a cabo una sedimentación, donde se realiza un recirculación de parte de los fangos, para mantener una elevada concentración de microorganismos en el interior de reactor, además de una purga equivalente a la cantidad crecida de organismos. Ver figura 5. en anexo 5 Dentro de los parámetros básicos de funcionamiento, más importante encontramos la aireación ya que la solubilidad del oxígeno en el agua es pequeña 19.

(23) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica 2. Lodos activados modificados. (Son procesos de fangos activados, pero se diferencian en la forma de operar). Aireación prolongada. Se suele trabajar con mayores tiempos de residencia, consiguiendo mayores rendimientos en la degradación de materia orgánica. Otra ventaja añadida es la pequeña generación de fangos de depuradora. Contacto estabilización: En el reactor de aireación se suele trabajar con menores tiempos de residencia (sobre una hora) pretendiendo que se lleve a cabo solo la adsorción de la materia orgánica en los flóculos. La verdadera degradación se realiza en una balsa de aireación insertada en la corriente de recirculación de fangos donde la concentración de fangos es mucho más elevada que en el primer reactor. Ver figura 6 en anexo 5. Reactores discontinuos secuenciales (SBR): Todas las operaciones (aireación y sedimentación) se llevan a cabo en el mismo equipo. Es una opción muy válida para situaciones en las que se dispone de poco espacio, como ocurre en muchas industrias. Son versátiles en cuanto a las condiciones de operación y habitualmente se utilizan columnas de burbujeo como reactores. 3. Procesos aerobios con biomasa soportada Otra de las formas para conseguir concentraciones suficientes de microorganismos, sin necesidad de recirculación, es favoreciendo su crecimiento en la superficie de sólidos. Se evitan de esta forma los posibles problemas en la sedimentación y recirculación de fangos, frecuente en los procesos clásicos de fangos activados. Filtros percoladores: También denominados filtros biológicos o lechos bacterianos. Son los sistemas aerobios de biomasa inmovilizada más extendidos en la industria. Suelen ser lechos fijos de gran diámetro, rellenos con rocas o piezas de plástico o cerámica con formas especiales para desarrollar una gran superficie. Sobre la superficie crece una fina capa de biomasa, sobre la que se dispersa el agua residual a tratar. Al mismo tiempo, ha de quedar espacio suficiente para que circule aire, que asciende de forma natural. El crecimiento de la biomasa provoca que parte de los microorganismos se desprendan de la superficie, y por lo tanto, seguirá siendo necesaria una sedimentación posterior para su separación del efluente. Ver figura 7 en anexo 5. 20.

(24) Capítulo 1.Revisión Bibliográfica Contactores Biológicos Rotatorios (RBC): Los biodiscos consisten en una serie de placas o discos, soportados en un eje y parcialmente sumergidos (40%) en una balsa que contiene el agua residual. El eje junto con los discos, gira lentamente. Sobre la superficie de los disco crece la biopelícula, que sucesivamente, se “moja” y entra en contacto con el aire, produciéndose la degradación de la materia orgánica. Son fáciles de manejar y convenientes cuando se trata de pequeños caudales. Normalmente el tamaño es de entre 1 y 3 m de diámetro, está separados unos 10-20 cm y con velocidades de giro de 0.5-3 rpm. 1.6 Conclusiones Parciales 1. Existe una necesidad acuciante de la protección efectiva de la calidad del agua como aspecto inseparable de la cantidad de agua disponible. La prevención de la contaminación es, sin dudas,. el mejor método de protección da la calidad y como tal debe ser. potenciado al máximo. 2 Los colorantes comerciales tienen alta estabilidad a la luz, la temperatura, detergentes y al ataque microbiano, lo que dificulta su natural degradación en los sistemas acuáticos. Este es un rasgo deseable desde el punto de vista del consumidor, pero se traduce en una resistencia a la degradación, convirtiéndose así en compuestos recalcitrantes 3. En los bioprocesos diferentes autores han utilizado biosorbentes de origen biológico,. de carácter renovable y bajo costo; formados en algunos casos por biomasa muerta, constituida por residuos agrícolas, forestales o industriales o, en otros, por una biomasa de origen microbiano (algas, bacterias, hongos y levaduras). 4. Las especies de basidiomicetos ligninolíticos muestran una amplia capacidad. decolorativa. De ellos los que han demostrado mayor eficiencia en la degradación de colorantes presentes en los residuales textiles son los hongos basidiomicetos de la podredumbre blanca. 5. Se puede lograr la eliminación del color mediante biorremediación usando células de. hongos. En algunos casos, el mecanismo de decoloración implica, además de la biosorción, un proceso de degradación enzimática.. 21.

(25) Capítulo 2.Diseño Experimental 2.1 Caracterización de las aguas residuales de la textilera Para la caracterización de las aguas residuales se tomaron dos puntos de referencia el primero a la entrada de la. planta de tratamiento de la fábrica y a la salida del mismo.. Los análisis realizados se muestran en la tabla 2.1 así como los límites máximos permisibles para el vertimiento de las aguas residuales según NC- 27:2012 Tabla 2.1.Análisis realizados a las aguas residuales Determinaciones. Unidad de medida. Límites máximos permisibles. Muestras Entrada. Salida. DBO5. mg/L. 300. 256.3. 25.2. DQO. mg/L. 90. 388.3. 56.12. pH. U de pH. 6 -9. 8.3. 8.20. Conductividad. µS/cm. 4000. 570. 1170. Sólidos Totales. mg/L. -. 636. 884. Sólidos Totales disueltos. mg/L. -. 285. 585. Sólidos sedimentables. ml/L. 10. 3. 2. La Demanda Química de Oxígeno se determinó experimentalmente por el método volumétrico y se compararon los resultados con datos reportados durante el mes de marzo en la fábrica. Los datos se muestran en la tabla 2.2. Ver anexo 6 Es importante aclarar que la composición del agua residual de una industria textil dependerá de las sustancias químicas que se usen durante el proceso. Los efluentes de la industria textil contienen una gran variedad de contaminantes provenientes de los diferentes procesos involucrados en la fabricación de fibras. Algunas causas de la toxicidad acuática son las sales como NaCl y Na2SO4 (provenientes del teñido), agentes surfactantes como fenoles, metales pesados que están presentes en los colorantes, compuestos orgánicos como solventes clorados (provenientes del lavado y la limpieza de 22.

(26) Capítulo 2.Diseño Experimental máquinas). También en el proceso de teñido se generan una gran cantidad de efluentes con colorantes ya que alrededor del 30% de estos compuestos se pierden debido a las ineficiencias del proceso de teñido y son descargados a los efluentes. Además en esta empresa la producción no es estable debido a la demanda de los clientes, existen períodos de producciones superiores mientras que también hay etapas donde la actividad es mínima. 2.2 Determinación de las curvas de calibración Para la determinación de las curvas de calibración de los colorantes objetos de estudio primeramente se realizó un barrido de longitud de onda ya que se desconocían los valores para los colorantes en cuestión. Se pesaron 0.01g del colorante y se llevó a un matraz de 100 mL, como estaba muy concentrado se realizaron varias diluciones hasta obtener un máximo de absorbancia. Este procedimiento se realizó para cuatro colorantes, pero al ser el azul uno de los más utilizados en la industria, se realizaron los experimentos con aguas simuladas en el laboratorio empleando el mismo y sus resultados se expresan a continuación. Los resultados de las curvas de calibración para los demás colorantes pueden verse en las figuras 7, 8, 9 del anexo 7. La longitud de onda a la cual se obtuvo el máximo pico de absorbancia corresponde a 575 nm para el colorante azul, según se observa en la figura 10.. Figura 10. Determinación de la longitud de onda para el colorante azul 23.

(27) Capítulo 2.Diseño Experimental Para determinar la curva de calibración se siguió el siguiente procedimiento: 1. Se prepararon disoluciones patrón. 2. Se pesaron 0.25 g del colorante y se llevó a un matraz de 500 mL. =. =. ∗. Ecuación 2.1. 0.25 g = 0.0005 500. Donde:. m: Masa V: Volumen ρ: Concentración másica 3. Pipetear 0.6, 1.8, 3.0, 4.2, 5.4, 10, 14.5, 18.5, y 22.5 mL y llevar a matraces de 50 mL cada uno. Los resultados de la concentración de las disoluciones aparecen en la tabla 2.3 Tabla 2.3. Concentraciones de diluciones realizadas para obtener curva patrón. V(mL). m(g). Cuando se lleva a 50 mL. En mg/L. 0.6. 0.00030. 0.000006. 6. 1.8. 0.00090. 0.000018. 18. 3.0. 0.00150. 0.000030. 30. 4.2. 0.00210. 0.000042. 42. 5.4. 0.00270. 0.000054. 54. 10. 0.00500. 0.000100. 100. 14.5. 0.00725. 0.000145. 145. 18.5. 0.00925. 0.000185. 185. 22.5. 0.01125. 0.000225. 225. 24.

(28) Capítulo 2.Diseño Experimental 4. Posteriormente ajustar espectrofotómetro a la landa determinada (575nm) y leer absorbancia de cada muestra. Estos resultados se muestran en la tabla 2.4 del anexo 7 Con los datos de la tabla 2.4 se obtuvo la gráfica de la figura 11, donde se aprecia un buen ajuste de los datos, con un R2 =0.9999, lo cual permite proceder a su uso para las determinaciones sucesivas que se requieren en el presente trabajo.. Absorbancia 3 2.5 2 Absorbancia. 1.5. Linear (Absorbancia). 1 y = 0.0115x - 0.011 R² = 0.9999. 0.5 0 0. 50. 100. 150. 200. 250. Figura 11. Curva de calibración del colorante azul 2.3 Estudio Experimental 2.3.1 Selección de la cepa de hongo a emplear. Como se planteó en el capítulo I, los hongos de podredumbre blanca son potencialmente buenos agentes biológicos para degradar colorantes en soluciones acuosas. Se hizo necesario realizar una valoración inicial para comparar cuál de las tres cepas disponibles es la que ofrece una mejor adaptación en cuanto a su crecimiento en medios que tienen incluidos concentraciones de colorante entre 150 y 300 ppm . 2.3.2 Microorganismos y condiciones de cultivo. Los microorganismos utilizados son Trametes versicolor, Trametes villosa y Trametes elegans, provenientes de una colección de la Universidad Nacional de Misiones en 25.

(29) Capítulo 2.Diseño Experimental Argentina, los cuales fueron reactivados por siembra en agar extracto de malta al 2% y resembradas periódicamente en placas Petri. 2.3.3 Descripción de la inoculación. Crecimiento. El medio de crecimiento utilizado es el propuesto por Fernández y col. (2009). Las composiciones se muestran en la tabla 2.5, se modificó la fuente de nitrógeno, ya que se sustituyó el extracto líquido de salvado de trigo por cloruro de amonio. Tabla 2.5. Composición del medio de cultivo empleado Nutriente. Concentración (g/L). Glucosa. 10. Peptona. 5. Cloruro de amonio. 2.20. Extracto de levadura. 2. Dihidrogenofosfato de potasio. 0.1. Sulfato de magnesio heptahidaratado. 0.05. Sulfato de manganeso monohidratado. 0.076. Obtención del inóculo Los micelios de Trametes versicolor, Trametes villosa y Trametes elegans se obtuvieron a partir de la inoculación de sus esporas en erlenmeyers de 250 mL con un volumen de medio de 100 mL de malta al 2%, potenciando las condiciones óptimas para su crecimiento según la literatura estudiada. Se variaron las agitaciones en los rangos recomendados por investigaciones anteriores apreciando por el tamaño y forma de crecimiento del micelio que en el rango de 140 a 160 rpm el mismo se desarrolló al cabo de tres días y con mayor agrupación. Luego se preparó el mismo medio pero esta vez con la incorporación de agar técnico al 2% (medio sólido) con el objetivo de conservar el hongo para su posterior uso. Se utilizaron tubos de ensayos y se depositaron aproximadamente 10 mL en cada uno, la 26.

(30) Capítulo 2.Diseño Experimental siembra se produjo en el flujo laminar (FASTER) para mantener condiciones estériles. Se incubaron a 30ºC en una incubadora (HERAEUS) y se observó el crecimiento fúngico. Para la selección de la cepa a trabajar se realizó un plaqueo con los cuatro colorantes y con los tres hongos estudiados. Los colorantes analizados fueron el Triactive Brown P4RD, el Triactive red PFB, el Triactive Yellow P5G y el Triactive Navy PN2R, dando un total de doce placas, cada una con su réplica para un total de 24 ensayos, más dos de control sin colorante para comprobar el crecimiento son 26. Cualitativamente se pudo apreciar el crecimiento del hongo midiendo el radio en las placas Petri y observando la decoloración del medio, basado en los resultados se eligió el hongo con mayor capacidad de decoloración y mayor velocidad de crecimiento que fue el trametes villosa así como se decidió trabajar con el colorante azul para los demás experimentos. Ver figura 12, 13, 14, 15 en anexo 8. Todas las muestras fueron esterilizadas durante 20 min a 120ºC en autoclave (TRADE RAYPA) 2.3.4. Diseño de experimentos. Se realizó un diseño de experimento del orden de 24, las variables estudiadas fueron: pH, agitación, concentración de colorante y tamaño de inóculo. A partir de la información ofrecida por la literatura, el hongo se desarrolla satisfactoriamente a valor de pH =5.5, por lo que se escogió como intervalo de trabajo valores de pH entre 4.5 y 6.5, manteniendo las características ácidas del medio para minimizar las afectaciones del desarrollo del microorganismo. La concentración de colorante se seleccionó atendiendo a condiciones de trabajo para efluentes textiles reportadas por la literatura. Para seleccionar la agitación se tuvo en cuenta que en las pruebas iniciales realizadas en medio líquido al cabo de tres días el micelio creció con mayor agrupación en el rango de 140 a 160 rpm. En cuanto al tamaño de inóculo se analizó el volumen o superficie del medio de crecimiento además la literatura recomienda porciones de un volumen equivalente al tamaño seleccionado para el desarrollo de los experimentos. En la tabla 2.6 se pueden observar los valores máximos, mínimos y los puntos centrales de los distintos parámetros analizar.. 27.