BIODEGRADACIÓN AEROBIA DE COLORANTES TIPO

BIODEGRADACIÓN AEROBIA DE COLORANTES TIPO AZO
(ROJO ÁCIDO 151)
Quezada Maribel, Buitrón Germán*
Coordinación de Bioprocesos Ambientales,
Instituto de Ingeniería, UNAM. Ciudad Universitaria,
Ap. Postal 70-472, Coyoacan 04510. México D.F.
FAX:616-21-64
RESUMEN
La fabricación de los diferentes productos textiles se lleva a cabo a partir de varios procesos, los cuales
generan un gran número de sustancias contaminantes en sus aguas residuales. Dentro de estos
contaminantes sobresale el color debido a su difícil destrucción (generalmente sólo es removido por
adsorción). De los colorantes disponibles en el mercado, aproximadamente el 50% corresponde a los
compuestos azo. El término azo se aplica a los colorantes sintéticos orgánicos que presentan el grupo
cromóforo azo (-N=N-). Se ha reportado que estos colorantes son difícilmente degradados aerobiamente. Sin
embargo, con un proceso adecuado de aclimatación es posible obtener su degradación. Se estudió la
biodegradación aerobia del rojo ácido 151, a través de un filtro sumergido piloto, empacado con una piedra
volcánica porosa (tezontle) y operado en forma discontinua secuencial. El colorante se aplicó a los
microorganismos, provenientes de una planta de tratamiento de aguas residuales urbanas como única fuente
de carbono y de energía. Se lograron obtener eficiencias de eliminación del 70 al 93% de colorante, con
velocidades comprendidas entre 1.6 y 13.93 mg/d·lreactor y entre 2.1 y 18.33 mg/d·lempaque. El intervalo de
concentraciones estudiado varió entre 25 y 160 mg colorante/l.
Palabras clave: colorantes azo, proceso SBR, biodegradación, xenobiótico, industria textil
INTRODUCCION
La fabricación de los diferentes productos textiles se lleva a cabo a partir de procesos como limpiado, lanzado,
estirado, acabado, teñido, etc. Debido a estos procesos la industria textil genera agua residual con un gran
número de contaminantes, dentro de los cuales podemos encontrar a los fenoles, sulfuros, cromo y colorantes
entre otros. Estos últimos son uno de los contaminantes que llama la atención, debido a su dificil degradación.
Los principales colorantes utilizados a nivel mundial en la industria textil, papelera, alimenticia, cosmética y
farmaceútica son los del tipo azo, de los que existen aproximadamente 3000 tipos (Bishop y Jiang, 1994). Los
colorantes azo son compuestos orgánicos sintéticos que se caracterízan por la presencia de un grupo
cromóforo (-N=N-). Este grupo esta unido por un lado a un núcleo aromático o heterocíclico, y por el otro lado
puede estar unido a una molécula insaturada de tipo carbocíclica, heterocíclica o alifática.
Se ha observado que la degradación de los colorantes azo consiste en 2 pasos. En medio anaerobio, el
primero es la ruptura del enlace azo (Wuhrmann et al., 1980), y el segundo paso será la mineralización de los
compuestos intermediarios. Esto es de gran importancia , en lo que respecta a salud pública, debido a que los
productos intermediarios de muchos colorantes azo, tales como benzidina, 2-naftilamina y otras aminas
aromáticas son carcinógenas o tóxicas (Anliker, 1979).
Algunos autores han reportado que la degradación de los colorantes azo resulta difícil por medio de
tratamientos aerobios (Bishop y Jiang, 1994). Sin embargo, con un proceso adecuado de aclimatación de los
microorganismos es posible obtener su degradación (Kulla, 1981).
El presente trabajo tiene como objetivo el estudio de la degradación de un colorante tipo azo (rojo ácido 151),
por medio de un sistema aerobio con biomasa fija operado en forma SBR (Sequencing Batch Reactor). Un
ciclo clásico del proceso SBR se divide en cinco fases: llenado, reacción, decantación, vaciado y un período
de tiempo muerto.
METODOLOGIA
El inóculo se obtuvo de una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas. Se utilizó el colorante rojo
ácido 151 (Ec. 1) como única fuente de carbono y energía con concentraciones de 25 a 160 mg/l. Se
adicionaron nutrientes como nitrógeo y fósforo, además de algunos oligoelementos.
OH
Na +O3 S
N=N
N=N
Ec. 1
El estudio se realizó en un filtro sumergido, empacado con una piedra volcánica porosa (tezontle), de 2.0 a 2.5
cm de diámetro. El reactor tuvo un volumen útil de 6 litros y funcionó de modo SBR. Las fases de llenado y
vaciado duraron 10 minutos cada una y la de sedimentación 30 minutos. El volumen intercambiado en cada
ciclo fue de 4.5 litros (75 % del volumen útil).
El estudio se realizó en un intervalo de temperatura de 15 a 22.5 °C y la concentración de oxígeno disuelto
siempre fue superior a 2 mg/l.
Los sólidos suspendidos, totales y fijos (SSV, SST y SSF) se determinaron de acuerdo con APHA (1992). La
concentración del colorante se determinó de la siguiente manera: se tomaron muestras diariamente del
sobrenadante del reactor, se adició 5 ml de metanol a cada muestra y se centrifugaron durante 15 min. a 4,500
r.p.m. Posteriormente, se pasó el sobrenadante de cada muestra a un espectrofotómetro Beckman, DU Series
600, para obtener la absorbancia y la concentración del colorante se obtuvo por medio de una curva de
calibración. También, se siguió el espectro se absorbancia del efluente entre 200 y 800 nm.
RESULTADOS Y DISCUSION
1.00
0.90
Ciclo 1
Ciclo 2
Ciclo 3
0.80
0.70
S/So
Concentración residual de RA 151
Hasta el momento el sistema piloto ha operado durante 146 días, equivalentes a 19 ciclos. En las figs. 1 y 2
se puede observar la cinética de eliminación del color en función del tiempo.
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0
5
10
15
20
Tiempo (días)
Fig 1. Cinética de eliminación del colorante RA 151 durantelos 3 primeros
ciclos
25
1
Ciclo
Ciclo
Ciclo
Ciclo
Ciclo
Ciclo
0.9
0.8
0.7
S/So
Concentración residual de RA151
Para los ciclos 1y 2 el tiempo de eliminación del 70 % del colorante fue de 9 días; miesntras que para los
ciclos 7, 8 y 9 fue de 24 horas. Para el ciclo 3 y 4 el tiempo de eliminación fue mayor a 12 días y para el
ciclo 5 y 6 fue de 6 y 4 días respectivamente. Cabe mencionar que para los ciclos del 9 al 19 el
comportamiento fue muy similar al de los ciclos 7, 8 y 9.
0.6
4
5
6
7
8
9
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
2
4
6
8
10
12
Tiempo (días)
Fig. 2. Cinética de eliminaciòn del colorante RA 151 del ciclo 4 al 9
La figura 3 muestra la evolucfón de la tasa volumétrica de eliminación de colorante, qV, Para el primer ciclo fue
de 12.44 mg/d·lreactor mientras que para los ciclos 2, 3 y 4 la tasa disminuyó a 8.89, 3.11 y 1.63 mg/d· lreactor .
respectivamente. El hecho de haber obtenido una alta tasa en el primer ciclo se puede explicar por la
adsorción del colorante sobre la biomasa y el material de soporte; en los ciclos siquientes (2, 3 y 4) el material
se saturó completamente y la tasa de eliminación observada fue debida a la degradación del colorante.
Posteriormente, del ciclo 5 al 19 la tasa de eliminación fue aumentando hasta obtener una tasa máxima de
13.93 mg/d· lreactor , lo cual indicó la adaptación de los microorganismos al colorante.
Se observó que a mayor temperatura se obtiene una mayor tasa de eliminación. Para 22.5 ° C, qV fue de
13.93 mg/d· lreactor, mientras que a 15 ° C, qV fue de 1.6 mg/d· lreactor.
14
qV (mg/d·l reactor)
12
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
No. de Ciclo
Fig 3. Tasa de eliminación del colorante RA 151 en 19 ciclos
Por otra parte, se obtuvo el espectro de las muestras del reactor con el fin de saber si durante la eliminación
del colorante se formaron productos intermediarios. La máxima absorbancia del RA 151 se obtuvo a 510 nm.
En la figura 4 se observa el espectro de una muestra (ciclo 10), en donde para el tiempo cero aparecen dos
picos, los cuales pertenecen al colorante. Después de 24 horas la absorbancia disminuyó considerablemente,
lo que nos indica la eliminación del colorante. Después de la degradación, no se observan nuevos picos que
pudieran indicar la presencia de productos intermediarios, por lo que no se puede afirmar que el colorante se
degradó hasta productos finales no tóxicos.
6.00
5.00
Absorbancia
Tiempo cero
4.00
Tiempo 1 (24 horas)
3.00
2.00
1.00
0.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
700.00
800.00
Longitud de onda (nm)
Fig 4. Espectro de una muestra de colorante RA 151 en uno de los ciclos
CONCLUSIONES
Se comprobó que la eliminación del colorante rojo ácido 151 es posible por medio de un sistema aerobio. Se
obtuvo una tasa máxima de 13.93 mg/d· lreactor. El sistema SBR es una buena alternativa para la aclimatación
de los microorganismos a compuestos xenobióticos, como es el caso de los coloantes azo. La máxima tasa
de eliminación del colorante se obtuvo a una temperatura de 22.5 ° C.
REFERENCIAS
Anliker R. (1979). Exotoxicology of Dyestuffs-A Joint Effort by Industry. 3. Págs. 59-74
APHA, AWWA, WPCF (1992). Standard methods for examination of water and wastewater. American Public
Health Association. 18 th ed. New York.
Bishop P. L. y Jiang H. (1994). Aerobic biodegradation of azo dyes in biofilms. Wat. Sci. Technol. 29. 10-11.
Págs. 525-530.
Kulla H. G. (1981). Aerobic Bacterial Dgradation of Azo Dyes. Microbial degradation of xenobitics and
recalcitrant compounds. FEMS Symp. No. 12. De. Academic Press, London. Págs. 387-399.
Wuhrmann K., Mechsner K. y Kappeler T. (1980). Investigation on Rate-Determining Factors in The Microbial
Reduction of Azo Dyes. Eur. J. Appl. Microbiol Biotechnol. 9. Págs. 325-338.