procesos biológicos en ingeniería ambiental

PROCESOS BIOLOGICOS EN INGENIERIA
AMBIENTAL
TRABAJO PRÁCTICO N° 4
Degradación anaeróbica de un símil de un efluente industrial de
alta carga orgánica e identificación de un modelo aplicable al
proceso y determinación de sus parámetros a partir de la
información generada en un reactor discontinuo.
Lisandro G. Seluy
Santa Fe, Argentina, Octubre de 2014
1. OBJETIVOS:
Evaluar la implementación de un proceso no convencional para el tratamiento de un
símil de un efluente industrial de alta carga orgánica. Identificación de un modelo cinético
aplicable al proceso y determinación de sus parámetros.
2. FUNDAMENTOS
La fermentación con levaduras es un proceso milenario que se utiliza para la producción de
bebidas fermentadas como la cerveza, y el vino. En este proceso, los azúcares simples
presentes en el mosto obtenido a partir de cereales (cerveza) o presentes en el jugo de uva
(vino) son utilizados por levaduras, las cuales en condiciones anaeróbicas, los convierten
principalmente a CO2 y etanol. Aprovechando esta capacidad, se propone un proceso para
tratar efluentes de alta carga orgánica, en los que ésta se deba a un elevado contenido de
azúcares, de manera de convertir los azúcares a CO2 y etanol utilizando levaduras.
Este proceso se basa en el mismo principio de todos los procesos de tratamiento biológico: la
conversión de la materia orgánica disuelta en compuestos que se pueden remover fácilmente
del medio. En los procesos anaeróbicos convencionales, los principales productos son gases
(CH4, H2, CO2, etc.), los que espontáneamente se separan de la fase líquida y biomasa, la que
es retenida dentro del reactor y purgada de su interior (UASB) o es extraída desde el reciclo
(digestión anaeróbica).
En el tratamiento con levaduras, el CO2 producido se separa espontáneamente del medio,
permaneciendo la biomasa y el etanol. La biomasa puede removerse por centrifugación o
filtración, y el etanol puede separarse por destilación, una operación simple y ampliamente
conocida en la industria. De esta manera, además de la reducción de la DQO, pueden
obtenerse productos con valor agregado a partir de éstos efluentes de alta carga como son el
bioetanol y el CO2.
3. MATERIALES:
Reactor:
-
Reactores anaeróbicos de 500 mL, provistos de agitación
Efluente:
-
Extracto de levaduras (nutrientes)
-
Solución de Azúcar
Material volumétrico y determinaciones analíticas:
-
Vasos de precipitado de diferentes capacidades.
-
Reactivos para determinación de DQO
-
Tubos tipo hemólisis.
-
Espectrofotómetro.
-
Balanza analítica.
-
Digestor para DQO.
-
Destilador
4. PROCEDIMIENTO:
Degradación biológica
Montaje del reactor:
Armado del reactor de 300 mL con agitación y burbujeo en columna de agua.
Preparación del efluente (similar a efluente lácteo):
Pesar 30 g sacarosa
Pesar 1,5 g de extracto de levaduras
Disolver a un volumen final de 300 mL de agua destilada y agregar al reactor
Inóculo.
Se utilizó una cepa de levadura Saccharomyces cerevisiae var. comercial Windsor (Lallemand
Brewing Co., Felixstowe, Reino Unido). Antes de utilizarlo como inóculo para la
fermentación, el cultivo inicial de levadura se propagó aeróbicamente en medio YPD
(extracto de levadura 5 g/L, peptona 5 g/L y D-glucosa 20 g/L) y después se separó por
centrifugación.
Puesta en marcha del reactor
Agregar el inóculo al reactor de manera de obtener una concentración de levaduras de
aproximadamente 5 g/L. El docente a cargo lo asesorará al respecto.
Toma de muestra del medio
Con una Jeringa de 1 mL, tomar la muestra descartando el primer volumen.
Seguimiento del progreso del cultivo.
Realizar una toma de muestra cada 120 minutos y determinar biomasa, azúcares reductores y
etanol. Determinar la DQO inicial y final (luego de separar el etanol por destilación).
Biomasa
Se determina espectrofotométricamente a 600 nm, utilizando una curva de calibrado
previamente construida en el laboratorio. La curva es lineal hasta un valor de Absorbancia de
0,45.
Azúcares reductores
Se determina espectrofotométricamente, mediante la técnica de Miller (1959) que utiliza el
ácido dinitrosalicílico como reactivo de color.
Etanol
Se determina utilizando un sensor de dióxido de estaño desarrollado por el grupo de trabajo de
Procesos Biológicos.
5. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS:
 Graficar los valores de biomasa, etanol y azúcares reductores en el tiempo.
 Identificar un modelo que ajuste los datos experimentales (probar con Monod sin
decaimiento).
 Obtener los parámetros