EVALUACIÓN DE UN BIORREACTOR DE MANTO DE LODO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE PARA EL TRATAMIENTO DE VINAZAS

EVALUATION OF AN UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET BIOREACTOR FOR THE TREATMENT OF VINASSE

INTRODUCCIÓN

La tecnología para el tratamiento anaerobio de aguas residuales ha sido aplicada en el tratamiento de aguas residuales provenientes de diferentes industrias tales como: destilerías, tenerías, textil, de la pulpa y el papel y procesadoras de alimentos (Buzzini et al., 2002; Kasum et al., 2002; Ramasamy et al., 2004; Chavez et al., 2005). Para tal propósito, se han desarrollado diversas configuraciones de reactores tales como el reactor anaerobio por contacto (Nahale, 1991), reactor de lecho fluidizado (Iza, 1991), reactor anaerobio de película fija (AFFR) (Rao et al., 2005) y el reactor de manto de lodo anaerobio de flujo ascendente, conocido comúnmente como UASB, desarrollado entre los años 1976-1980 por el Profesor Gae Lettinga de la Universidad de Wageningen en Holanda (Iñiguez-Covarrubias y Camacho-López, 2011). El primer reactor UASB se aplicó para el tratamiento de agua residual de refinería de azúcar de remolacha en Holanda (Lettinga, 1980). Después de que el primer reactor UASB a escala piloto fuera operado con éxito, se utilizaron muchos reactores de este tipo a escala real para tratar diferentes tipos de aguas residuales industriales. Actualmente este reactor se aplica de forma extensiva debido a su efectividad en aguas residuales con una alta carga orgánica y a sus ventajas económicas (Lettinga et al., 1997; Buzzini et al., 2002; Kusum et al., 2002; Mahmoud et al., 2003; Chavez et al., 2005).

El estado de Chiapas, en particular en la región de la meseta comiteca, se encuentran cultivos de Agave americana L. y Agave salmiana Otto ex Salm-Dyck los cuales son utilizados para obtener una bebida alcohólica (bebida espirituosa) típica de la región llamada Comiteco (Reynoso-Santos et al., 2012). Actualmente el proceso de elaboración se lleva acabo de manera artesanal en donde se obtienen 0.85 L de residuo/L mosto proveniente del proceso de destilación, que son arrojados a los cuerpos de agua superficiales o utilizados como agua de riego generando eutrofización de los cuerpos de agua superficiales, lixiviación de nitratos a las aguas subterráneas y reducción de los niveles del oxígeno disuelto (Vlyssides et al., 1997). En suelo, puede ser una amenaza para la fertilidad debido al desequilibrio de los nutrientes o incluso a concentraciones nocivas de los mismos (Kannabiran y Pragasam, 1993). Por tal razón el objetivo de este trabajo de investigación fue evaluar un biorreactor UASB para tratar las vinazas provenientes de la destilación alcohólica del Comiteco.

METODOLOGÍA

Obtención de la materia prima

Las vinazas utilizadas fueron proporcionadas por la Empresa Balún Canán, S.A. de C.V. establecida en el municipio de Comitán de Domínguez, Chiapas, producto de un lote de destilación, las cuales fueron almacenadas a 4^oC hasta su utilización.

Análisis fisicoquímicos

Los sólidos sedimentables (SS, mL/L) se determinaron según a la norma mexicana NMX-004 (2000), sólidos suspendidos totales (SST, mg/L), sólidos totales volátiles (SVT, mg/L) y sólidos disueltos totales (SDT, mg/L) se llevaron a cabo siguiendo la norma mexicana NMX-034 (2001). El pH de las muestras se determinó con un potenciómetro marca HACH modelo SenSion 3 (influentes y efluentes), la acidez se determinó siguiendo la norma NMX-036 (2001). El análisis de la demanda química de oxígeno (DQO, mg O₂/L) se realizó de acuerdo a la norma mexicana NMX-030 (2001) mediante la técnica de reflujo cerrado/espectrofotométrico (influentes y efluentes). La demanda bioquímica de oxígeno (DBO₅) se realizó de acuerdo a la norma mexicana NMX-028 (2001).

Descripción y preparación del biorreactor

En la Figura 1 se indican las condiciones de diseño del biorreactor, éste fue construido en fibra de vidrio con un volumen de 4.4 L, con forma cilíndrica en virtud de las ventajas hidrodinámicas y la menor posibilidad de formación de zonas muertas. El biorreactor operó a un tiempo de retención hidráulica (TRH) de 24 h y se inoculó con 2 L de complejo microbiano anaerobio (obtenido de una planta de tratamiento de agua residual de una empresa embotelladora) previamente adaptado, con un contenido de 2.5 gST/mL.

Seguimiento del Biorreactor

Durante el periodo de evaluación del biorreactor se monitoreó la DQO. Los parámetros de control fueron temperatura, pH y factor alfa (α) el cual se obtiene de acuerdo al siguiente procedimiento (Speece, 1996): se tomaron 10 mL de muestra y se acidificó con HCl 0.1N hasta alcanzar un pH de 5.75 registrando los mL de HCl requeridos (V₁) este volumen corresponde a la alcalinidad bicarbonática. Posteriormente, esta muestra se llevó a pH 4.3 (V₂). El factor alfa se calculó mediante la siguiente ecuación:

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las características fisicoquímicas de las vinazas (influentes) en términos del DQO, DBO⁵, SST, SVT, SDT y SS así como temperatura y pH se muestran en la Tabla 1.

Como se puede ver en la Tabla 1, las vinazas tienen un pH por debajo del rango permisible indicado por la NOM-001-ECOL-1996 (5-10 unidades), por tal razón las vinazas al ser vertidas a un cuerpo de agua superficial se considera como un agente contaminante; debido a su bajo pH estas pueden causar acidificación (Lükewille et al., 1997). Por otro lado, la concentración de materia orgánica medida como DBO⁵ y DQO presentes en las vinazas son 1000 veces mayor que el límite máximo permitido por la NOM-001-ECOL-1996 (30-200 mg O²/L). Esta carga orgánica es debido a la presencia de sólidos disueltos y azúcares reductores, compuestos no volátiles procedentes del caldo de fermentación (alcohol), ácido acético, láctico, glicerol, melanoidinas y compuestos fenólicos y polifenólicos (Capasso et al., 1992; Sangave et al., 2007; Robles-González et al., 2010). Por tal razón es de vital importancia dar un tratamiento a estos efluentes agroindustriales, que por su índice de biodegradabilidad (0.85, obtenido de la relación DBO⁵/DQO) y materia orgánica, es factible un tratamiento biológico anaerobio como el que se lleva a cabo en los reactores UASB.

En la Figura 2, se observa el comportamiento del biorreactor con base en sus parámetros de control (pH y ) durante los 90 días de evaluación. Como se puede observar el pH en el biorreactor se mantuvo estable en el rango óptimo (6.8-7.4) para las Archaea metanogénicas reportado por Speece, (1996). Por otro lado el factor alfa ( es usualmente empleado para el control de la estabilidad del proceso anaerobio (Speece, 1996) y para medir la capacidad tampón del biorreactor. Como se puede ver, el biorreactor operó de manera adecuada debido a que su índice alfa se encontró dentro del rango óptimo de operación (0.2-0.4) reportado por Rojas, (2004).

El análisis de la DQO en la Figura 3 y Figura 4 muestra el comportamiento del biorreactor UASB durante el periodo de evaluación de 90 días, en donde se puede observar que el biorreactor operó de manera estable durante todo el periodo de evaluación, alcanzando un porcentaje de remoción mayor al 90%. Sin embargo aun cuando el porcentaje de remoción fue alto, se generaron efluentes con una DQO de 6500 mgO₂/L, los cuales presentan aun gran cantidad de materia orgánica biodegradable la cual puede ser utilizada como materia prima de procesos de oxidación avanzada, filtros percoladores, biodiscos o un segundo tratamiento anaerobio como lo reporta Robles-Gonzales et al. (2010).

CONCLUSIONES

De acuerdo a los resultados de este estudio se concluye que un tratamiento biológico anaerobio como el proporcionado por el reactor de manto de lodo anaerobio de flujo ascendente es una tecnología eficaz para llevar a cabo el tratamiento de vinazas de la bebida fermentada producida en Comitán, Chiapas, esto por su alto desempeño medido en términos de porcentaje de remoción de DQO mayor a 90%, alcanzando un perfil similar a los tratamientos aerobios. Por tal razón se recomienda el uso de este tipo de biorreactores debido a su ahorro económico en los gastos de energía en la operación de aireación de los procesos aerobios.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS