Inf Final Tratamiento de Vinaza

BIO-TRANSFORMACIÓN DE VINAZA EN UN SISTEMA AEROBIO

Elaborado por: Carlos Alberto Lozano MorenoSupervisado por: Astrid Xiomara Garzón

Diciembre 2011

1. INTRODUCCIÓN

El problema más grande que presentan las destilerías destinadas a la

producción de biocombustibles es el manejo de los grandes volúmenes de

vinaza logrados después del proceso de destilación, por lo cual, se han

desarrollado varias tecnologías destinadas a disminuir la cantidad de vinaza

generada en el proceso de producción de alcohol.

Las características de las vinazas obtenidas como efluentes de la producción

de alcohol a partir de la fermentación de las mieles finales de la caña de

azúcar, en las destilerías, varían muy poco, independientemente del

tratamiento de las mieles finales, del sistema de fermentación o de la

recuperación o no de las levaduras.

Entre las tecnologías más usadas para la disminución de litros de vinaza

generado por litro de alcohol producido, se encuentra la recirculación de

vinaza al proceso fermentativo lo cual permite una generación cercana a 3

litros de vinaza/ litro de alcohol producido. Aunque la recirculación de vinaza

tiene un gran impacto ambiental dado la disminución en volumen de vinaza

producido, sigue siendo elevado el volumen de vinaza a tratar. Entonces,

surgen tecnologías alternativas para el tratamiento y aprovechamiento de la

vinaza y sus características químicas como la producción de abonos bio-

orgánicos y la utilizando como suplemento alimenticio para ganado.

Por lo cual, la búsqueda de nuevas tecnologías que permitan reducir el

impacto ambiental de la vinaza, han sido impulsadas al encontrarse

microorganismos que se pueden desarrollar en un medio a base de vinaza y

además estos microorganismos tienen grandes potencialidades que permiten

la obtención de productos atractivos comercial y ecológicamente (entre los que

se destacan biocombustibles, biopolímeros, otros).

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Sabiendo que la vinaza proviene de un proceso fermentativo llevado a cabo

por un microorganismo prácticamente inocuo, que tienen una carga orgánica

muy alta, que el volumen es tres veces al alcohol producido y que además

esta sustancia cuenta con propiedades nutricionales atractivas para el

desarrollo de diversos microorganismos, animales y plantas. Surge la

necesidad de una bio-transformacion con ensayos aeróbicos para evaluar si

existe una disminución de la contaminación ambiental y la obtención de

tecnologías que generen un valor agregado a los ingenios.

3. OBJETIVOS

3.1OBJETIVO GENERAL

Evaluar el comportamiento de los contaminantes presentes en la vinaza

con la inyección de aire.

3.2OBJETIVOS ESPECIFICOS

Comparar la vinaza obtenida de Compostaje y vinaza de Bio-Destileria.

Evaluar ácidos volátiles, DBO y DQO.

Evaluar la carga microbiana presente en las muestras.

CUBA 180% vinaza

4. DESCRIPCIÓN ENSAYOS BIO-TRANSFORMACIÓN DE VINAZA

Figura 1. Protocolo montaje de ensayos

4.1Condiciones de análisis

Cuadro 1. Descripción de los análisis realizados

INOCULO VINAZA

DURACION (Dias)

FRECUENCIA DE

MUESTREO (Dias)

Compostaje 15 5

Bio-Destileria 30 5

SOLIDOS TOTALES

ANALISIS MICROBIOLOGICOS

MESOFILOS BAL PSEUDOMONAS COLIFORMES LEVADURAS

ANALISIS FISICOQUIMICO

PH BRIXACIDEZ

VOLATIL COLOR DBO DQO TURBIDEZ FAN

Nota:Los ensayos fueron realizados en condiciones aeróbicas y por duplicado.

5. ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS

5.1. Sitio toma de muestra: la vinaza fue tomada de las piscinas de compostaje y llevada a la destilería para el análisis correspondiente.

Inoculo vinaza compostaje

Aire

Inoculo Vinaza Bio-Destileria

Figura 2. Sitio toma de muestra piscina de compostaje

Figura 3. Cuba 1 montaje de los ensayos

Análisis Fisicoquímico

Cuadro 2. Protocolo análisis fisicoquímicos

Análisis 0 8 15 0 15 30

PH 4,35 7,9 7,89 4,56 8,4 8,9BRIX 7,8 6,8 6,2 9,3 8,6 8,2

ACIDEZ VOLATIL (ppm) 9944 1535 1297 12923 1265 1042

COLOR (% v/v a 375 nanometros OD) 0,069 0,104 0,138 0,112 0,333 1,433

TURBIDEZ (NFT) 4350 2840 2730 4240 19600 20600DBO mg02/l 53315 25970 10165 59940 24190 7145DQO mg02/l 68501 41670 29735 92716 64846 60758SOLIDOS TOTALES 7,7 6,6 6,3 9,2 8,6 8,4FAN (ppm) 157 27 0 145 75 0

CONDICIONES AEROBICAS VINAZA COMPOSTAJE VINAZA BIO-DESTILERIA

Días

Acidez volátil

0 8 15

VINAZA COMPOSTAJE 9944 1535 1297

VINAZA BIO-DESTILERIA 12923 1265 1042

1000

3000

5000

7000

9000

11000

13000

ppm

Grafico 1. Comportamiento de la acidez volátil

La acidez volátil disminuye rápidamente en ambos ensayos, esto se debe a la oxido reducción que hacen los microorganismo y a la presencia constante de aire lo cual convierte los ácido acético, ácido propiónico, ácido valérico, ácido isovalérico, ácido isobutírico y ácido butírico en ácidos menos volátiles.

Color

Figura 4. A. vinaza bio-transformación aerobia Bio-Destileria, B. vinaza bio-transformación aerobia compostaje, C. vinaza bio-transformación aerobia Bio-Destileria y Compostaje.

0 8 15

VINAZA COMPOSTAJE 0.069 0.104 0.138

VINAZA BIO-DESTILERIA 0.112 0.333000000000001

1.433

0.1

0.3

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

% v

/v a

375

nan

omet

ros O

D

Grafico 2. Comportamiento color

El color es más intenso en la vinaza obtenida de Bio-Destileria debido a la oxido-reducción del medio, al crecimiento acelerado de microorganismos aerobios y a la presencia de partículas complejas que contienen ciertos materiales colorantes.

A B C

6.1 pH

0 15 30

VINAZA BIO-DESTILERIA 4.56 8.4 8.9


0.51.52.53.54.55.56.57.58.59.5

Grafico 3. Comportamiento de pH

El pH aumenta debido al aceleramiento de crecimiento de los microorganismos, se ve evidenciado un aumento considerable en ambos ensayos.

6.2 FAN (amino nitrógeno libre).

Grafico 3. Comportamiento del FAN

0 8 15



10

30

50

70

90

110

130

150

170

ppm

El nitrógeno libre nos indica la rapidez que aumenta el metabolismo de los microorganismos en ambos ensayos permitiendo de esta forma disminuir el nitrógeno presente en la vinaza el cual es utilizado por estos para su reproducción.

6.3 Sólidos totales

Grafico 4. Comportamiento de sólidos totales

0 8 15



0.5

1.5

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5

9.5

% w

/w

La concentración de materia suspendida disminuye en ambos ensayos, y no es tan significativa para que pueda inferir en el proceso de evaporación dela vinaza.

6.4Brix

0 8 15



0.51.52.53.54.55.56.57.58.59.5

°

Grafica 5. Comportamiento del Brix

Los grados Brix disminuyen en ambos casos debido a que los microorganismos utilizan la sacarosa como fuente de energía y además nos da un indicio de la cantidad de solidos totales concentrados.

6.5Turbidez

Grafica 6. Comportamiento de turbidez

0 8 15



2500

7500

12500

17500

22500

NFT

La turbidez es más intensa en la vinaza obtenida de Bio-Destileriaesto se debe al crecimiento acelerado de microorganismos aerobios y la presencia de materiales en suspensión.

6.6 DBO Grafica 7. Comportamiento de DBO

0 8 15



10000

30000

50000

70000

90000

110000

mgO

2/l

En los dos ensayos la DBO disminuyó debido a la gran cantidad de microorganismos presentes en el medio. Lo cual, dificulta el proceso de óxido-reducción.

6.7 DQO Grafica 8. Comportamiento de DQO

0 8 15



10000

30000

50000

70000

90000

110000

130000

150000

170000

mgO

2/l

En los dos ensayos se observa una baja por la utilización de oxigeno de microorganismos y esto hace que se vea evidenciado con la disminución de la acidez volátil.

3 Análisis Microbiológico

Cuadro 3. Protocolo análisis microbiológicos

CONDICIONES AEROBICAS

VINAZA COMPOSTAJE VINAZA BIO-DESTILERIAAnálisis Días

0 8 15 0 15 30Mesofilos (ufc/ml)

3,00E+09 3,04E+09 1,18E+10 2,96E+04

2,34E+09 5,04E+08

BAL (ufc/ml)8,00E+0

7 3,44E+09 8,00E+08 7,20E+033,36E+0

9 3,36E+08

Pseudomonas (ufc/ml)

0,00E+00 9,00E+04 1,62E+04 0,00E+00

0,00E+00 0,00E+00

Coliformes (ufc/ml)

5,40E+07 5,00E+09 2,51E+10 1,86E+04

2,28E+08 6,00E+06

Levaduras (ufc/ml)

3,00E+09 1,23E+08 8,70E+07 7,60E+04

4,48E+08 4,80E+07

7.1 Mesofilos

Grafica 9. Comportamiento de mesofilos

0 8 15

VINAZA COM-POSTAJE

3000000000 3040000000 11800000000

VINAZA BIO-DESTILERIA

29600 2340000000 504000000

1.00E+093.00E+095.00E+097.00E+099.00E+091.10E+101.30E+10

ufc/

ml

Control positivo Crecimiento de coloniasControl negativo Ausencia de crecimientoFigura 5. Lectura presencia de colonias brillantes y redondas

Figura 6. Vista microscopio objetivo 100x bacillos Gram positivosLevaduras

7.2 Levaduras.Grafica 10. Comportamiento de levaduras

0 8 15

VINAZA COM-POSTAJE

3000000000 123000000 87000000

VINAZA BIO-DESTI-LERIA

76000 448000000 48000000

2.50E+087.50E+081.25E+091.75E+092.25E+092.75E+093.25E+09

ufc/

ml

Control positivo Crecimiento de coloniasControl negativo Ausencia de crecimientoFigura 7. Lectura presencia de colonias brillantes y blancas

Figura 8. Vista microscopio objetivo 100x Levaduras

7.3 Acido lácticas.

Grafica 11. Comportamiento de ácido lácticas

0 8 15

VINAZA COM-POSTAJE

80000000 3440000000 800000000

VINAZA BIO-DESTILERIA

7200 3360000000 336000000

2.50E+08

7.50E+08

1.25E+09

1.75E+09

2.25E+09

2.75E+09

3.25E+09

3.75E+09uf

c/m

l

Control positivo Crecimiento de coloniasControl negativo Ausencia de crecimientoFigura 9. Lectura presencia de colonias azules

Figura 10. Vista microscopio objetivo 100x bacillos Gram positivos

7.4 Coliformes totales.Grafica 12. Comportamiento de coliformes

0 8 15


VINAZA BIO-DESTILE-RIA

18600 228000000 6000000

2.50E+09

7.50E+09

1.25E+10

1.75E+10

2.25E+10

2.75E+10

ufc/

ml

Control positivo Crecimiento de coloniasControl negativo Ausencia de crecimientoFigura 11. Lectura presencia de colonias rojas

Figura 12. Vista microscopio objetivo 100x bacillos cortos Gram negativos

7.5 Pseudomonas.

Grafica 13. Comportamiento Pseudomonas

0 8 15



5.00E+031.50E+042.50E+043.50E+044.50E+045.50E+046.50E+047.50E+048.50E+049.50E+04

ufc/

ml

Control positivo Crecimiento de coloniasControl negativo Ausencia de crecimientoFigura 13. Lectura presencia de colonias verdes

Figura 14. Vista microscopio objetivo 100x bacillos cortos Gram negativos

Hubo más crecimiento por parte de algunos microorganismos como mesofilos y coliformes. A partir del 8 día las bacterias acido lácticas, levaduras y las Pseudomonas disminuyen en el tratamiento con vinaza de compostaje. Posiblemente, se deba a que los otros microorganismos están compitiendo por sustrato aumentando así su población e inhibiendo el desarrollo de estos. sin embargo las Pseudomonas no se observan en el tratamiento de la vinaza obtenida de Bio-Destileria.

A partir del día 8 en el tratamiento de la vinaza obtenida de Compostaje se observó la presencia de organismos ciliados, los cuales obtienen su alimento de los microorganismos presentes en el medio.

7. ANALISIS DE LODOS RESULTANTES

Acidez volátil (ppm) 38900Color (% v/v a 375 nanometros OD)

0.145

pH 4.53Brix 8FAN (ppm) 0Mesofilos (UFC/ml) 300E+07BAL(UFC/ml) 264E+07Coliformes(UFC/ml) 300E+07Pseudomonas (UFC/ml) 256E+03Levaduras (UFC/ml) 57E+06

8. CONCLUSIONES

Olor desagradable que atrae la presencia de mosquitos e la vinaza de compostaje mientras que en la vinaza de bio-desetileria no se evidencio malos olores. En el tratamiento realizado con vinaza de compostaje se evidencia de lodos con alta carga microbiana se caracterizanlos siguientes microorganismo (mesofilos, coliformes totales, levaduras, acido lácticas, E. coli,Pseudomonas y ciliados)sin embargo en el tratamiento con vinaza de bio-destileria no se evidencio lodos. El porcentaje de remoción de DBO en los dos ensayos es más significativos debido a la disminución de los microorganismos presentes.

Mientras que en los dos ensayos la DQO el porcentaje de remoción esmáslento esto se debe a que no se evidencia microorganismo que en su metabolismo utilicen los contaminantes químico para su crecimiento.

El nitrógeno presente en los dos ensayos resulta bajo por lo que la adición de este nutrimento puede ser favorable para el desarrollo de la bio-transformacion aerobia. Ya que estos elementos son fundamentales para el desarrollo de procesos metabólicos esenciales como crecimiento, división celular, síntesis de energía. La presencia de protozoarios ciliados es conveniente ya que estos ayudan a eliminar los microorganismos patógenos y a disminuir la biomasa formada por bacterias muertas. Durante el proceso se desarrollan bacterias como la Pseudomonasla cual durante su metabolismo utiliza contaminantes de alta carga. La acidez volátil cae notablemente en los dos ensayos debido al proceso de oxido-reducción que está ocurriendo por la presencia de oxigeno.

9. RECOMENDACIONES

Si se va a emplear la bio-transformacion aerobia se deben construir piscinas acondicionadas con un manto para evitar la salida de malos olores. Con los lodos se propone realizar ensayos de bio-tranformacion anaerobia con los que se puede obtener biogás, emplearlos para realizar ensayos de bio-transformacion aerobio o directamente analizarlos para ser utilizados en fertiriego. Construir dos piscinas de vinazas garantizando un proceso 100% aerobio o anaerobio sin fluido constante de este material, por lo menos durante 1 mes

para que se puede garantizar la disminución de acidez volátil y la remoción de DBO y DQO. Realizar ensayo con vinaza en tratamiento aeróbico de destilería más Pseudomonas ya que es un saprofito del suelo , oportunista, cosmopolita, metabólicamente versátil, por poseer una dioxigenasa inicial, una tolueno dioxigenasa, es una buena candidata para las aplicaciones biotecnológicas, tales como agricultura, biocatalisis, biorremediacion, biocontrol en protección de las plantas y producción de bioplasticosy con esto observar si con la presencia de este microorganismo se acelera la remoción de DBO y DQO.

10.BIBLIOGRAFIA

Bermúdez R. C. (1991). Aprovechamiento de la vinaza de destilería en la alimentación. X foro de Ciencia y Técnica. Cuba.

Bermúdez R. C. (1991). Una variante alternativa para la alimentación animal: vinaza de destilería. Rev. Cubana de veterinaria 4.

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