1

I Z T A P A L A P A División de Ciencias Biológicas y de la Salud

TRATAMIENTO DE VINAZAS DE LA PRODUCCIÓN DE ALCOHOL

ETÍLICO POR SISTEMAS ANAEROBIOS.

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PARA LA MAESTRÍA EN BIOTECNOLOGÍA

EN EL LABORATORIO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

Presentado por: Ingeniero Alfredo Fuentes Moyado

Tutor: Dra. Mónica Alicia Meráz Rodríguez

2

SEMINARIO DE REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

1. INTRODUCCIÓN: ..................................................................................................................... 4

1.1. MANEJO DE MELAZAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL ............................ 4

1.2. CARACTERÍSTICAS DE LAS VINAZAS ...................................................................... 6

1.3. COMPARACIÓN DE VINAZAS DE OTRAS FUENTES ............................................. 8

1.3.1. VINAZAS TEQUILERAS ......................................................................................... 8

1.3.2. VINAZAS VÍNICAS ................................................................................................... 9

1.4. TRATAMIENTOS DE LAS VINAZAS PARA DISMINUIR SU CARGA CONTAMINANTE ....................................................................................................................... 10

1.4.1. COMPOSTAJE Y FERTILIZACIÓN ..................................................................... 11

1.4.2. FISICO-QUÍMICOS ................................................................................................ 11

1.4.3. ANAEROBIOS ........................................................................................................ 12

1.5. TRATAMIENTO ANAEROBIO ..................................................................................... 13

1.5.1. HIDRÓLISIS Y ACIDOGÉNESIS ......................................................................... 14

1.5.2. ACETOGÉNESIS ................................................................................................... 15

1.5.3. METANOGÉNESIS ................................................................................................ 17

SINTROFÍA: ............................................................................................................................ 21

1.6. POSTRATAMIENTO DE VINAZAS ............................................................................. 23

2. JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................................... 24

2.1. ANTECEDENTES DIRECTOS ..................................................................................... 25

3. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 28

3.4. GENERAL ........................................................................................................................ 28

3.5. PARTICULARES ............................................................................................................ 28

4. METODOLOGÍA ..................................................................................................................... 28

4.1. HIPÓTESIS ..................................................................................................................... 30

4.2. DISEÑO EXPERIMENTAL ............................................................................................ 30

5. CALENDARIO DE ACTIVIDADES ...................................................................................... 31

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................... 32

Tabla 1 Producción de melaza y alcohol por zafra ........................................... 5

Tabla 2 La composición química de algunas melazas ...................................... 5

3

Tabla 3 Parámetros y límites NOM-064-ECOL-1994 ......................................... 7

Tabla 4 Composición y rendimiento vinazas de diferentes sustratos .............. 10

Tabla 5 Resumen de antecedentes tratamientos anaerobios en vinazas ........ 26

Figura 1 Tratamientos a vinazas ........................................................................ 11

Figura 2 Degradación de glucosa en Hidrólisis y Acidogénesis ......................... 15

Figura 3 Vía Wood-Ljungdahl ........................................................................... 17

Figura 4 Metanogénesis (Vías catabólicas). ...................................................... 20

Figura 5 Vía de Óxido-reducción de heterodisulfuro. ......................................... 21

Anexo 1 Resumen de tratamientos ....................................................................... 37

4

1. INTRODUCCIÓN:

1.1. MANEJO DE MELAZAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL En la producción de sacarosa a partir de caña de azúcar, se obtienen

diferentes subproductos como son el bagazo, proveniente del picado y

prensado inicial al que se somete la caña, la cachaza o lodo de las

prensas-filtro, que se obtiene después de clarificar el jugo, la melaza final o

miel C, se recolecta cuando ya se ha llevado a cabo la concentración por

evaporación y centrifugación y no queda más azúcar cristalizable por

extraer.

Este último producto se utiliza como materia prima en:

a) Alimento para animales, generalmente mezclado con forrajes y/o

granos.

b) Producción de etanol, mediante fermentación y posterior

destilación.

c) Para la obtención de biomasa, como medio de cultivo óptimo para

Saccharomyces cerevisiae (Fajardo y Sarmiento, 2007)

d) En la producción de Glutamato Monosódico.

e) Obtención de ácido cítrico, base para la fermentación de

Aspergillus niger (Cárdenas Salcedo, 2008).

f) Otro uso reportado por Vega y col., en 2007, es como base para

la obtención de Espuma Rígida de Poliuretano (ERP)

g) Obtención de ácido láctico por Lactobacillus rhamnosus (Castro y

col. )

1.1.2. Producción de melazas en México por Ingenios Azucareros.

Según el Consolidado Nacional Estadísticas de la Agroindustria de la

Caña de Azúcar 2002-2012 emitido por la Unión Nacional de Cañeros

A. C. CNPR, la producción de melaza en el país se pude ver en la

tabla 1

5

Tabla 1 Producción de melaza y alcohol por zafra

Concepto

Unidad

ZAFRAS 2011/12 2010/11 2009/10 2008/09 2007/08 2006/07 2005/06 2004/05 2003/04 2002/03

MIELES A

85º BRIX

POR TON.

DE CAÑA Kg 3 6.814 3 7.715 3 4.394 3 5.074 3 8.183 3 6.062 3 8.027 3 7.221 3 6.702 3 7.707

MIELES A

85º BRIX

APORTADAS

A FAB. DE

ALCOHOL Ton 6 5,234 8 3,642 4 8,368 5 3,959 7 5,285 1 61,939 2 10,725 2 70,005 1 45,108 1 63,548

ALCOHOL

PRODUCIDO L 15,309,262 19,342,5

17 11,826,693 14,504,4

73 19,427,526 38,865,9

59 50,068,096 59,326,6

46 34,558,142 39,244,0

28 ALCOHOL

PRODUCIDO

POR TON.

DE MIEL

L 2 34.682 2 31.255 2 44.514 2 68.803 2 58.051 2 40.004 2 37.600 2 19.724 2 38.155 2 39.954

FUENTE: Unión Nacional de Cañeros, A.C.‐CNPR Comité Ejecutivo Nacional 2010‐2014 Estadísticas de la Agroindustria de la Caña de Azúcar 2003‐2012 (CNPR, 2012)

Los procesos más comunes para la extracción se sacarosa, son a partir de caña

de azúcar o remolacha azucarera, en ambos se producen mieles finales, y su

apariencia es de un líquido viscoso obscuro, con gran cantidad de sólidos,

azúcares invertidos y otros elementos, que se detallan en la tabla 2 Tabla 2 La composición química de algunas melazas

COMPONENTE FUENTE CAÑA (%) REMOLACHA (%)

AZÚCARES TOTALES 45‐55 48‐52 SACAROSA 25‐35 46‐52

AZÚCARES REDUCTORES 20‐35 0.5‐4.0 pH 5‐5. ̴7.0

CENIZAS 10‐16 10‐12 MATERÍA ORGÁNICA NO

AZUCAR 10‐12 12‐17

ALMIDÓN/POLISACÁRIDOS 0.5 0.8 – 2.2 CALCIO 0.4.0.8 0.1‐0.5 SODIO 0.1‐0.4 0.5‐1.0

MAGNESIO 0.05‐0.98 0.1‐0.15 FÓSFORO 0.03‐0.1 0.02‐0.07 AZUFRE 0.3‐0.8 0.15‐0.5

VALOR TÍPICO (ppm) BIOTINA 1.2‐3.2 0.04‐0.13

ACIDO FÓLICO 0.04 0.2 RIBOFLAVINA 2.5 0.4

COBRE 2.2‐38 2.5 MANGANESO 4‐300 3.0

ZINC 4‐48 0.15 FUENTE: Jacques, K.A., Lyons , T.P, Kelsall, D.R. 1995, The Alcohol Text book, a reference for the beverage, fuel and industrial alcohol industries, Nottingham University Press, 4th Edition, page 77

6

Uno de los principales destinos de las melazas de caña de azúcar es la

producción de etanol, donde principalmente levaduras del género Saccharomyces

degradan los azúcares solubles presentes en la miel final y producen etanol

como principal producto.

La principal contaminación en las melazas es por Leuconostoc mesenteroides, el

cual causa polimerización en las moléculas de sacarosa formando cadenas largas

de azúcares no fermentables llanadas dextranas. Otra contaminación posible en

las melazas es Zymomonas mobilis, la cual puede fermentar azúcares y producir

etanol, pero reduce compuestos azufrados y da el olor a sulfuro de hidrógeno, que

es indeseable en la calidad del etanol (Jakques y col., 1995).

La adición de ácidos como sulfúrico, clorhídrico y fosfórico son utilizados para

mantener un pH bajo y así evitar la contaminación por los microorganismos antes

citados.

1.2. CARACTERÍSTICAS DE LAS VINAZAS

El efluente residual de una destilería contiene un alto % de materia orgánica e

inorgánica disuelta (7 a 10%) de los cuales el 50% pueden ser azúcares

reductores y 10 a 11% pueden ser proteínas (Doble and Anil, 2005).

Es caracterizado por su color, alta temperatura, bajo pH y alto contenido de

cenizas. Los metales presentes en la vinaza son Fe, Mn, Zn, Cu, Cr, Cd y Co, un

alto contenido de K, Cl-, Ca++, SO4=. Este efluente tiene un color caramelo, que se

encontrado como contaminante de mantos acuíferos (Doble and Anil, 2005). Su

disposición junto con el nitrógeno y fósforo en cuerpos de agua puede dar lugar a

la eutrofización.

Algunos componentes solubles en las vinazas son acetaldehído, etanol,

propilenglycol, 2,3-butanodiol, glicerol, eritritol, arabinitol, manitol, inositol,

7

sacarosa, ácido acético, ácido láctico, ácido fórmico, ácido quínico, (Dowd y col.,

1994).

La legislación ambiental mediante conducto de NOM-064-ECOL-1994 estable

límites máximos de contaminantes en las descargas de aguas residuales a

cuerpos receptores provenientes de la industria de la destilería y a tal efecto se

presentan en la siguiente tabla.

Tabla 3 Parámetros y límites NOM-064-ECOL-1994

PARAMETROS LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES PROMEDIO DIARIO INSTANTÁNEO pH (unidades de pH) 6-9 6-9 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) mg/L

200 240

Demanda química de oxígeno (DQO) mg/L

260 360

Grasas y aceites (mg/L 10 20 Sólidos sedimentables (mL/L) 1.0 2.0 Sólidos suspendidos totales (mg/L) 200 240 Fósforo total (mg/L) 5 6 Nitrógeno total (mg/L) 10 12

El rendimiento de vinazas/etanol en promedio es de 10-15 L de vinaza por 1L de

etanol destilado.

Debido a la gran carga orgánica de este efluente residual, es recomendable utilizar

un tratamiento anaerobio, visto ecológica y económicamente, ya que apunta a

una minimización de costos de operación y producción, así como el

aprovechamiento de un recurso energético como es el metano (López y col.,

2011).

Ahora bien si estimamos la relación de litros de vinaza/litros de etanol en 12 L y

retomando los datos de la tabla 1, encontraríamos que la cantidad de vinazas

producidas en la zafra 2011/2012 fue de 183, 711, 144 L y que se produjeron

2.816 L de vinaza/Kg de de melaza.

Se han hecho muchos estudios e investigaciones encaminados al tratamiento de

los efluentes de destilería para disminuir su carga contaminante. Pérez y col., en

1997 hacen la comparación de dos reactores anaerobios, tanque agitado y filtro

anaerobio, en la depuración de vinazas vínicas y obtiene porcentajes de 77-80%

de remoción de DQO. Durán y col., en 1988 realiza caracterización de vinazas y

8

evalúa tratamiento combinado de tres reactores anaerobio y un aerobio, utiliza

parámetros de caracterización como pH, alcalinidad mg CaCO3/L, Turbiedad NTH,

Sólidos Totales mg/L, DBO5 (mg O2/L), DQO (mg O2/L), NK mg N/L, N Amoniacal

mg N/L, Sulfatos mg/L. Bautista y Durán en 1998 Utiliza como materia prima 1)

vinaza cruda o fresca 2) vinaza con previo tratamiento anaerobio y 3) vinaza con

tratamiento anaerobio-aerobio. Se analizaron las vinazas basándose en los

parámetros mínimos a medir que establece la NOM-064-ECOL-1994. Esta

investigación va dirigida al re-uso y aplicación en suelo.

Bermúdez y col., en el 2000 Caracterizan vinaza con parámetros como pH,

humedad, densidad, DQO, DBO, ST, SV, cenizas, Ca, Mg, proteínas, P, Cl y NT.

Y realizan la neutralización de vinaza con cal viva y sosa caústica. Adición de

nutrimentos nitrogenados y fosfatados, urea y superfosfato simple para evaluar su

carga contaminante. Rivera y col., en 2002, Menciona que la vinaza no es un

efluente tóxico pero su disposición implica un serio problema ambiental, utiliza las

condiciones del reactor en T (20-24 °C) y utiliza vinazas de dos fuentes y hace

mediciones de pH, DBO%, DQO, NT, P ST, SST y Sulfatos. Obtiene porcentajes

de remoción para carga orgánica de 72 y 82.5.

1.3. COMPARACIÓN DE VINAZAS DE OTRAS FUENTES

1.3.1. VINAZAS TEQUILERAS

La fabricación de tequila se lleva a cabo mediante la obtención de inulina

(polisacárido de fructosas con algunas ramificaciones) el cuál por hidrólisis

en condiciones controladas de pH y Temperatura, libera los azúcares para

la fermentación. De los lavados y cocción se obtienen dos diferentes mieles

o melazas, miel amarga, que proviene del primer lavado del agave y no es

aprovechable para el proceso debido a las impurezas, principalmente ceras

y resinas presentes en la cutícula del agave, y la miel dulce es la utilizable

en el proceso debido al contenido de azúcares con un Brix promedio de 24°.

Posterior a la fermentación se lleva a destilación, donde en la primera

9

columna (destrozadora) se obtiene el efluente residual (vinaza) con un pH

entre 3.2 y 3.5, DQO de 60,000 mg/L y se generan en promedio de 10 a 11

litros de vinaza por litro de tequila (Ibarra y col., 2010), que es similar a los

valores reportados por Lyon y colaboradores en 1995 donde refieren

pH<3.9, DQO entre 25 y 60 g/L y el volumen generado de 7 a 10 L de

vinaza porLitro de tequila producido (Ibarra y col., 2010).

El mezcal se obtiene de un proceso de fermentación y destilado, y reporta

Robles y col., en el 2012, que los parámetros obtenidos para las vinazas de

mezcla denotan pH entre 3 y 5, DQO hasta 150,000 mg/L .

1.3.2. VINAZAS VÍNICAS

En este residual se encuentra presente un alto contenido de potasio,

principalmente proveniente de sales tartáricas que se generan en la difusión

ácida de las vinazas para producir ácido tartárico. Las sales solubles de

magnesio se pueden encontrar en otros contaminantes, el manganeso se

encuentra de 1 a 3 mg/L y se encuentra principalmente en las semillas. Los

niveles de zinc se ven afectados por el uso de hexacianoferrato de potasio

usado para la eliminación de hierro en el vino. El plomo se ha encontrado

en altas concentraciones en este tipo de vinazas por su pH bajo que

favorece la solubilidad de este elemento proveniente de los dispositivos

utilizados en la destilación. Se encuentran ácidos orgánicos como láctico,

succínico, tartárico, acético y málico, carbohidratos (hexosas), proteínas

solubles y compuestos fenólicos entre 29 y 474 mg/L (España y col., 2011).

La tabla 4 presenta una comparación de la composición y rendimiento

vinazas de diferentes sustratos, tomada de (España y col., 2011)

10

Tabla 4 Composición y rendimiento vinazas de diferentes sustratos

Fuente de azúcar Jugo de caña Melaza de

caña Uvas (vino) Agave (tequila) Sorgo dulce Melaza de

remolacha BOD (g/L) 16.7 39.5 14.54-16.3 20.6 46 27.5-44.9 COD (g/L) 30.4 84.9-95 26-50.2 55.2-66.3 79.9 55.5-91.1 NT (mg/L) 102-628 153-1230 104.9-650 na 800 1800-4750 PT (mg/L) 71-130 1-190 65-118.4 41 1990 160-163 K (mg/L) 1733-1952 4893-11000 118-800 240-345 na 10000-10030 ST (mg/L) 1356 1500-3480 120 780-880 na 3500-3720 pH 4.04-4.6 4.46-4.8 3-4.2 3.4 4.5 4.3-5.35 Cu (mg/L) 4 0.27-1.71 0.2-3.26 0.36-4 37 2.1-5* Cd (mg/L) na 0.04-1.36 0.05-0.08 0.01-0.2 na <1* Pb (mg/L) na 0.02-0.48 0.55-1.34 0.065-0.5 na <5* Fe (mg/L) 16 12.8-157.5 0.001-0.077 35.2-45 317 203-226* Fenoles (mg/L)

na 34 29-474 44-81 na 450*

Rendimiento (L/L etanol)

13 12-20 11.6 10-12 14.3-16 9-15

Referencia 1 2 3 4 5 6 NT, nitrógeno total; PT, fósforo total; ST, sulfato total; na, dato no disponible. *Unidad es (mg/Kg). Referencia 1: Baez‐Smith (2006), Wilkie et al. (2000); Salomon and Lora (2009); Cail and Barford (1985a). Referencia 2: Baez‐Smith (2006), Wilkie et al. (2000); Pathak et al. (1999); Kannan and Upreti (2008); Chindankumar et al. (2009); Hutnam et al. (2003). Referencia 3: Bustamante et al. (2005); Vlyssides et al. (2005); Wilkie et al. (2000). Referencia 4: Ilangovan et al. (1997); CIATEJ (2005); Orendain (2006); Méndez et al. (2010); Buitrón and Carvajal (2010); López et al. (2010). Referencia 5: Wilkie et al. (2000); Gnansounou et al. (2005); Cail and Barford (1985b). Referencia 6: Wilkie et al. (2000); Jiménez et al. (2006); Hutnan et al. (2003); Decloux et al. (2002); Tejada and González (2006); Madejón et al. (2001).

1.4. TRATAMIENTOS DE LAS VINAZAS PARA DISMINUIR SU CARGA CONTAMINANTE

Existen diferentes alternativas para los tratamientos aplicados a los efluentes de

destilería, los más importantes pueden observarse en una distribución de acuerdo

a la figura 1.

11

Figura 1 Tratamientos a vinazas

Fuente: webapp.ciat.cgiar.org/.../061122_Tratamiento_de_Vinazas-N_Marriaga.pdf

1.4.1. COMPOSTAJE Y FERTILIZACIÓN

Gómez y Rodríguez (2000) estudiaron los efectos de la aplicación de

vinaza en combinación con la fertilización mineral, sobre la productividad

del cultivo. Armengol et al. (2003) evaluaron el efecto acumulativo y

residual de aplicaciones de vinaza diluida con agua en diferentes

concentraciones, en algunas propiedades químicas de vertisoles y los

rendimientos de la caña de azúcar durante cinco años.

1.4.2. FISICO-QUÍMICOS

Mc-Pearson y col.,en 2002 realiza una concentración con evaporador de

triple efecto y refiere disposición de concentrado para alimento de animales.

Dávila y col., en 2009 evalúa la remoción de sólidos totales en vinazas

mediante la aplicación de electrocoagulación con electrodos de aluminio,

refiere la remoción del 37% de sólidos en vinaza, controlando el parámetro

de pH. Iñiguez y Hernández, en 2010, evalúan la remoción de sólidos en

las vinazas tequileras, mediante un floculante de poliacrilamida (PAM). En

otro estudio se evalúa el uso de electrodos de fierro y aluminio en un

12

proceso por electrocoagulación para lograr la separación más eficiente de

los sólidos que se utilizan como inhibidores de la corrosión y de la remoción

de color como parámetro de calidad del proceso (Ojeda, et al., 2012).

1.4.3. ANAEROBIOS

Diferentes tecnologías para reducir las características contaminantes de las

vinazas. Tratamientos anaeróbicos como primer paso han resultado los más

adecuados para reducir los componentes contaminantes de las vinazas,

(Cronin and col., 1998, Pant and Adholeya 2007a, Satyawali and

Balakrishnan 2008, Mohana et al. 2009) citados por (España, 2011).

Rodríguez y col., en 2005 Utiliza rector UASB para la metanización de la

vinaza y realiza un tratamiento aerobio para la degradación de color con

Pleurotus sp el cual se sumergió con agitación en zaranda y se aisló de la

luz solar. Hace mención de melanoidinas son tóxicas, refiere una remoción

de carga orgánica de 80% en anaerobiosis y de este efluente un 95% de

diminución por tratamiento aerobio obteniendo valores de DQO por debajo

de 5 g/L. otro que publicó sobre degradación de color es González, y col.,

en 2006 y hace revisión del tema de aplicación de tratamientos por enzimas

fúngicas en la degradación del color de vinazas provocado por

melanoidinas refiere que éstas pueden representar desde un 70 a 80% del

peso de las sustancias coloreadas. Baez , en 2006 Recopilación de datos

para la evaluación técnica del proceso de producción de metano mediante

digestión anaerobia en el efluente de destilería y refiere que de un

tratamiento aerobio de vinaza de destilería se puede generar de 3.6 a 10.6

MW de electricidad. (Del Real y col., en el 2011 evalúa un consorcio

microbiano obtenido del fluido ruminal vacuno en el tratamiento anaerobio

de vinaza diluida al 30 %, se obtienen datos de disminución de DQO en

56.77% a los 21 días, se obtiene que por cada gramo de DQO disminuido

se generan 971.2 ml de gas.

Del Real y col., en 2011 estudian la factibilidad del empleo de un consorcio

microbiano en el tratamiento de vinazas, donde se obtienen datos de

13

disminución de DQO en 56.77% a los 21 días, se obtiene que por cada

gramo de DQO disminuido se generan 971.2 ml de gas. López y col., en

2011 evalúa los tratamientos anaerobios en dos reactores UASB y EGSB

con vinazas diluidas, Obtiene valores de remoción promedio de la carga

orgánica de 69% en el reactor UASB, en el reactor EGSB se alcanzó una

remoción promedio de 68% alcanzando una dilución de vinaza al 45%.

1.5. TRATAMIENTO ANAEROBIO Los procesos biológicos han desempeñado un papel importante en el

tratamiento de aguas residuales municipales y comparados con otros como

los procesos fisicoquímicos, son más simples y menos caros debido a que

no requieren de pH extremo, o temperatura elevada, o un alto potencial de

oxidación, es reconocida la capacidad de los procesos biológicos para

eliminar una amplia gama de contaminantes, tanto orgánicos como

inorgánicos, ha llevado a la integración de estos en muchos sistemas de

tratamiento de residuos industriales (Cervantes y col., 2006).

Estos procesos involucra diferentes microorganismos, ya sea aquellos que

toman los compuestos para síntesis o los que generan productos, se

pueden distinguir los autótrofos, quienes utilizan CO2 como fuente de

carbono únicamente, y los heterótrofos, que consumen casi toda la materia

orgánica como fuente de carbono. Los principales constituyentes de las

células son polímeros construidos por monómeros y son azúcares de

polisacáridos, ácidos grasos de lípidos, nucleótidos de ácidos nucleicos

(ADN, ARN) y aminoácidos de proteínas.

En la clasificación de microorganismos encontramos dos dominios que son

de interés para los tratamientos de residuales; Bacteria y Archaea, en éstas

últimas encontramos metanógenas, por ejemplo Methanobacterium, que

son anaerobias estrictas y su metabolismo es único en el ámbito de la

Biología porque obtienen su energía produciendo gas natural siendo el H2

su fuente de energía. Otro tipo de procariotas son las homoacetógenas,

estas usan CO2 como aceptor de electrones (Madigan y col., 2003)

14

Estos microorganismos participan en la producción de biogas y la

producción de este consta de 4 etapas:

a) Hidrólisis

b) Acidogénesis

c) Acetogénesis

d) Metanogénesis.

1.5.1. HIDRÓLISIS Y ACIDOGÉNESIS

La hidrólisis de materia orgánica genera en la fermentación una gama de

productos que comprenden diversos ácidos grasos volátiles (AGV): acético,

propiónico, butírico, alcoholes, hidrógeno y dióxido de carbono (Straüber y

col., 2012).

Las principales bacterias involucradas en este proceso son anaerobias

estrictas o facultativas y pertenecen a diferentes géneros: Clostridium,

Bacteroides, Bacillus, Enterobacter, Pelobacter y Acetobacterium (Fajardo,

1997)

Las etapas iniciales en la digestión anaeróbica, hidrólisis y acidogénesis,

dependiendo de la composición de la alimentación y las condiciones del

proceso la hidrólisis de la materia orgánica se lleva a cabo por exoenzimas

bacteriales y puede ser una etapa limitante en la formación de metano. Una

propuesta para solucionarlo es la inoculación al reactor con bacterias que

tengan alta actividad hidrolítica. Otra medida que se sugiere para aumentar

la eficiencia hidrolítica es la separación de las etapas hidrolítica/acidogénica

y acetogénica/metanogénica (Ziganshin, et al., 2011)

Las moléculas orgánicas solubles son fermentadas por varios organismos

formando compuestos que pueden ser utilizados directamente por las

bacterias metanogénicas (acético, fórmico, H2) y compuestos orgánicos

más reducidos (láctico, etanol, propiónico, butírico, principalmente)

(Campos, 2001). Las cantidades de los productos de fermentación varían

en función del consumo de H2 por parte de las bacterias que utilizan

hidrógeno. Cuando el H2 es eliminado de forma eficiente las bacterias

15

fermentativas no producen compuestos reducidos como el etanol,

favoreciendo la producción de H2 y la liberación de energía en forma de

ATP (Pavlostathis y Gómez, 1991), citado por Campos (2001).

La eliminación continua de H2 por oxidación con CO2 llevada a cabo por

bacterias metanogénicas hidrogenotróficas, estimula la acción de las

bacterias fermentativas en la hidrólisis y acidogénesis.

La ruta de degradación de la glucosa proporciona como principales

productos AGV´s, H2 y CO2. La principal ruta metabólica para la

degradación de glucosa es Embden-Meyerhof-Parnas, como se muestra en

la figura siguiente (Campos, 2001). Figura 2 Degradación de glucosa en Hidrólisis y Acidogénesis

1.5.2. ACETOGÉNESIS Durante la Acetogénesis, el ácido acético es producido por dos

mecanismos, la Acetogénesis por hidrogenación y por deshidrogenación. La

Acetogénesis por hidrogenación es el mecanismo por el cual se produce

16

acetato como producto final y único de la reducción de CO2 + H2, debido a

su analogía con la homofermentación láctica, también se le conoce como

homoacetogénesis (Almeida, et al., 2011).

En digestión anaerobia la etapa de acetogénesis suele referirse a la

acetogénesis por deshidrogenación, y específicamente, a la oxidación de

ácidos grasos de cadena larga y corta (volátiles), las bacterias encargadas

de esta vía son las conocidas como bacterias reductoras obligadas de

protones o productoras obligadas de hidrógeno. Ellas son inhibidas

inclusive por una pequeña presión parcial de hidrógeno, por lo cual sólo

pueden sobrevivir en asociaciones sintróficas con microorganismos que

consumen hidrógeno, como los metanógenos acetoclásticos e

hidrogenotróficos, las bacterias homoacetogénicas y bacterias sulfato

reductoras (Almeida, et al., 2011).

La sintrofía es un caso especial de cooperación simbiótica entre dos tipos

de microorganismos metabólicamente diferentes, los cuales dependen el

uno del otro para le degradación de un cierto sustrato, la mayoría de las

veces por razones de conservación de energía. El término fue utilizado para

describir la relación simbiótica de las bacterias fermentadoras que oxidan

ácidos grasos con metanógenos oxidadores de hidrógeno según Schink en

1997 citado por Almeida, et al (2011). Actualmente se emplea para describir

la relación de bacterias fermentadoras que oxidan alcoholes, como la

Thermoanaerobium brockii, la cual oxida etanol, también se encuentran

bacterias que oxidan compuestos aromáticos, aminoácidos; Boone y Bryant

en1980 citados por Almeida, et al (2011), aislaron Syntrophobacter wolinii,

la cual sólo beta-oxida propionato a acetato. A pesar de ello, un organismo

puede tener una amplia afinidad por distintos sustratos, tal como la

Syntrophomonas wolfei, la cual beta-oxida ácidos grasos con un tamaño de

cadena de 4 a 7 carbonos.

Hay dos grupos de procariotas anaerobios estrictos que usan CO2 como

aceptor de electrones en el metabolismo energético, ellos son los

homoacetogénicos y los metanógenos. Ambos tienen al H2 como donador

17

de electrones, ambos generan gradientes de iones H+ o Na+, pero la

Acetogénesis también implica conservación de energía mediante la

fosforilación a nivel sustrato.

La deshidrogenación acetogénica son aquellas reacciones en las cuales la

oxidación del sustrato está acoplado a la reducción de protones y como

resultado la formación de Hidrógeno + acetato (o ácidos grasos de cadena

larga) como productos finales. La producción de hidrógeno y acetato a partir

de etanol por el llamado S-organismo, ocurre únicamente con bajas

concentraciones de hidrógeno (Dolfing, 1988).

En acetogénicos, la síntesis de acetato a partir de H2/CO2 producto de la vía

de monóxido de carbono deshidrogenasa/Acetil-CoA sintasa (CODH/ACS),

también referida como la vía Wood/Ljungdhal (Hattori, 2008).

Figura 3 Vía Wood-Ljungdahl

1.5.3. METANOGÉNESIS

La producción biológica de metano la lleva a cabo un grupo de

microorganismos con características que no son comunes con otros

microorganismos. Filogenéticamente, los metanógenos son Archaeobacteria,

un grupo que es distinguido de las bacterias por varias características,

18

poseen lípidos anclados a la membrana compuestos de isoprenoides

enlazados a glicerol u otros carbohidratos, contienen ácido murámico y

carecen de peptidoglucano son anaerobias estrictas y reciben el nombre de

metanógenas. Este grupo también incluye algunos microorganismos halófitos

y termófilos extremos y sulfuro dependientes (Bonne, et al., 1993).

Probablemente la característica más sobresaliente de las metanógenas sea

su extremada especialización en su catabolismo. Muchos metanógenos usan

solamente uno o dos sustratos, pero algunas cepas de Methanosarcina

pueden utilizar siete sustratos (Formiato, metanol, metil-aminas, sulfuro de

dimetilo, metanotiol acetato y CO2). Una de las principales consecuencias de

esta especialización es que en la mayoría de los hábitats anaerobios, los

metanógenos son dependientes de otros organismos para sus sustratos. Por

lo tanto, se requiere una red de alimentación que permita interactuar a los

grupos de anaerobios para convertir la mayoría de materia orgánica a

metano (Zinder, 1993).

La reacción catabólica que más se ha llevado a cabo por los metanógenos es

la reducción de CO2 a CH4 utilizando H2 como reductor. El hidrógeno el

producto de fermentación que más se forma en muchas especies de

bacterias anaeróbicas, hongos y protozoarios. Aquellos metanógenos que

utilizan hidrógeno y bióxido de carbono para la metanogénesis se denominan

hidrogenotróficos. Ha sido encontrado que algunas metanógenas

hidrogenotrópicas pueden también utilizar cadenas cortas de alcoholes como

donadores de electrones, oxidando alcoholes secundarios a cetonas y

alcoholes primarios a ácidos carboxílicos (Widdel, 1986), citado por Zinder

(1993).

El acetato es el producto final de varias vías fermentativas y puede ser un

importante precursor de la producción de metano. Solo dos géneros de

metanógenos son conocidos que usan acetato: Methanosarcina y

Methanothrix, ahora llamada Methanozaetha (Zinder, 1993).

19

En el metabolismo de metanógenos pueden observarse dos etapas, la

oxidativa y la reductora (Thauer, 1998).

En la etapa oxidativa la metil-Coenzima M es un intermediario central el cual

se forma de Coenzima M y acetato, CO2, compuestos reducidos del Carbono

1 (C1) como son metanol, metil tiol y metil aminas. La metil Coenzima M es

subsecuentemente reducida con la Coenzima B a metano con la concomitante

formación de el heterodisulfuro de coenzima M y coenzima B, reacción

exergónica, la cual es catalizada por metil coenzima M reductasa, irreversible,

no acoplada a la conservación de energía (Thauer, 1998).

En metanogénesis de CO2 y de Acetato, Metil-tetrahidrometanopterina (CH3-

H4MPT ) o N5-metiltetrahidrosarcinapterina (CH3-H4SPT) es un intermediario

en formación de metil-CoM. El grupo metil de CH3-H4MPT se transfiere a la

coenzima M en una reacción exergónica, junto con la conservación de la

energía mediante un gradiente electroquímico de sodio a través de la

membrana citoplasmática (Thauer, 1998).

A pesar de este hecho, la formación de metil-coenzima M desde acetato o

CO2, no es asociada con la fosforilación neta de ADP en la metanogénesis a

partir de acetato o CO2, son exergónicas y se dice que consumen más energía

que la que conservan en la transferencia de metilo (Thauer, 1998).

En la etapa reductora, ya que la generación de la heterodisulfuro en la parte

oxidativa del metabolismo aparentemente no se acopla con la formación neta

de ATP, la energía necesaria para el crecimiento de los metanógenos se debe

generar en la parte reductora, de hecho se ha demostrado que la reducción

del heterodisulfuro está ligado con la fosforilación de ADP mediante un

mecanismo quimio osmótico que involucra un gradiente electroquímico de

protones (H+) como intermediario.

Dependiendo del sustrato para el crecimiento de los metanógenos, los

electrones para la reducción derivan de la oxidación de cualquiera de los

siguientes; H2, el grupo carbonilo de la acetil-CoA, formiato, etanol o 2 -

20

propanol o de uno de los compuestos reducidos de C1, metanol compuestos,

metiltioles o metilaminas. Bajo condiciones estándar, el cambio de energía

libre asociada con la reducción del heterodisulfuro con H2, es -40 KJ mol-l,

con formiato es -43,5 KJ mol-l, con etanol (acetato como producto) es de -35

KJ mol-l y con metanol (CO2, como producto) es de -34 KJ mol-l, que es

suficiente para conducir la fosforilación de 1 mol de ADP (ΔG° '= +31,8 KJmol-

1) (Thauer, 1998).

Figura 4 Metanogénesis (Vías catabólicas).

Fuente: http://www.broadinstitute.org/annotation/microbes/methanosarcina/results_methano1_figure.html: Tres vías para la metanogénesis. Metanogénesis es una forma de respiración anaerobia usando una variedad de un carbono (C-1) o compuestos de ácido acético como un aceptor terminal de electrones. Las tres vías convergen en la reducción de metil-CoM para el metano (CH4). Muchos metanógenos pueden reducir el CO2 en metano utilizando electrones derivados por oxidación de H2 (la vía hidrogenotróficas, flechas rojas). Otros pueden utilizar compuestos C-1 tales como metanol o metilaminas con una molécula de C-1 compuesto que se oxida para proporcionar electrones para la reducción de tres moléculas adicionales de metano (la vía metilotrófica, flechas verdes). Todavía otros metanógenos pueden dividir acetato en un grupo metilo y un CO unido a la enzima, con el CO oxidado posteriormente para proporcionar electrones para la reducción del grupo metilo a metano (la vía acetoclastica, flechas azules). En todos los casos, un gradiente electroquímico se genera para su uso en la síntesis de ATP. La mayoría de los metanógenos poseen sólo una de las tres vías metanogénicas. Methanosarcina especies poseen los tres. CoM, la coenzima M; H4SPT, tetrahydrosarcinapterin, MF, metanofurano.

21

Figura 5 Vía de Óxido-reducción de heterodisulfuro.

Fuente: (Thauer, 1998)

SINTROFÍA: Aquí, sintrofía anaeróbica se define como un estilo de vida

termodinámicamente interdependiente donde la degradación de un

compuesto tal como un ácido graso se produce sólo cuando los productos

de degradación final, normalmente hidrógeno, formiato, acetato, se

mantienen en concentraciones muy bajas. Esto ocurre normalmente en

cooperación con un segundo microorganismo, generalmente un

metanógeno, que consume el producto con alta afinidad. Por ejemplo, la

degradación de butirato con la producción de hidrógeno y acetato es

termodinámicamente desfavorable a menos que estos metabolitos se

mantengan a niveles muy bajos por metanógenos (McInerney, et al., 2009).

Sintrofía anaerobia difiere de otros tipos de metabolismo microbiano como

el metabolismo aeróbico de ácido graso o la desnitrificación en el e lugar de

una sola especie, se requiere un consorcio microbiano interactuando para

mineralizar compuestos orgánicos (McInerney, et al., 2009).

Una amplia gama de compuestos que incluyen alcoholes, ácidos grasos y

aromáticos, aminoácidos, azúcares, y los hidrocarburos son sintróficamente

22

degradados. La sintrofía es esencial para la conversión completa de

polímeros tales como polisacáridos, proteínas, ácidos nucleicos, y lípidos a

CO2 y CH4. Inicialmente, las bacterias fermentativas hidrolizan los sustratos

poliméricos, tales como polisacáridos, proteínas y lípidos, y fermentan los

productos de hidrólisis de acetato de cadena larga y ácidos grasos, CO2,

formiato, y H2. Ácidos grasos, propionato de cadena , alcoholes, y algunos

aminoácidos y compuestos aromáticos son entonces metabolizados

sintróficamente a los sustratos metanogénico, H2, formiato y acetato

(McInerney, et al., 2009).

Consumo de hidrógeno en las reacciones sintróficas.

En la mayoría de los casos en la reacción sintrófica interviene el H2 que es

producido por un miembro de la relación y consumido por otro. Por este

motivo la sintrofía es conocida también como la transferencia entre

especies de H2. El organismo que consume el H2 puede ser cualquiera,

desnitrificantes, sulfato reductores, homoacetógenos, o metanógenos.

En el mecanismo de producción de ATP por sintrófos interviene tanto la

fosforilación a nivel sustrato como la oxidativa, dependiendo del sistema de

crecimiento de los organismos. La fosforilación a nivel sustrato puede tener

lugar durante la conversión de Acetil-CoA (generada por la beta oxidación

del etanol o el ácido graso) a acetato.

El metano que se obtiene de la metanogénesis biológica es de

extraordinaria importancia en el flujo de carbono de muchos hábitats

anóxicos, la conversión de sustancias de elevado peso molecular como

polisacáridos, proteínas y grasas a CH4 y CO2 es fruto de la interacción de

diversos grupos fisiológicos de procariotas.

Los organismos clave en la conversión de compuestos orgánico complejos

a metano son los fermentadores secundarios, especialmente las bacterias

oxidativas de ácidos grasos productores de H2 (Syntrophomona wolfiil)

23

oxida ácidos grasos entre 4 y 6 carbonos y produce acetato, CO2 (Madiganl,

2003).

INHIBICIÓN

La inhibición en los tratamientos anaerobios se manifiesta generalmente por

una disminución en la tasa de producción de metano y la acumulación de

ácidos orgánicos según Kroeker y col (1979), citado por (Almeida, et al.,

2011). Los microorganismos trabajan en estrechos niveles de presión de

hidrógeno, temperatura, concentración de sustrato y contenido de sulfato

entre otros.

La fisiología, sus necesidades nutrimentales, la cinética de crecimiento y las

condiciones ambientales son diferentes en los microorganismos

metanógenos y los acidógenos. De acuerdo con Yemirel y Yenügin en el

2002, citado por (Almeida, et al., 2011), las fallas en el balance de las

condiciones de los microorganismos son las principales causas de

inestabilidad de los digestores anaerobios.

Los inhibidores inorgánicos citados frecuentemente se tienen amoniaco,

sulfatos y sulfuro de hidrógeno, algunos metales ligeros (Na, K, Mg, Ca y Al)

y metales pesados (Cr, Fe, Co, Zn, Cd).

Los compuestos orgánicos como los bencénicos, fenoles y derivados, otros

alcoholes, ácidos de cadena larga y lignina son los más citados (Almeida, et

al., 2011).

1.6. POSTRATAMIENTO DE VINAZAS Posterior al tratamiento anaerobio, la vinaza con menos carga orgánica puede

aprovecharse para el compostaje con cachaza, ya que está más diluida, y así

puede ser posible aplicar de 3 a 4 m3 por tonelada de cachaza y no menos de 1

m3 como sería sin tratamiento, en algunos casos se pude disponer de toda la

vinaza sin descargar a cuerpos de agua (Conil, 2006).

24

Para la remoción de color y carga orgánica se aplicó como pos-tratamiento

químico basado en floculación coagulación, obteniendo resultados de disminución

de DQO de un 90.9% posterior al tratamiento anaerobio y de este un 75%

adicional, mientras que en la remoción de color se determinaron que el tratamiento

anaeróbico bajo un 43.9% y la aplicación de floculación/coagulación un 99.6% del

valor anterior (Zayas, et al., 2007).

Cuando se comparó la remoción de la carga orgánica mediante tres reactores

anaerobios de lecho fluidizado, de manto de lodos y de lecho empacado y un

posterior tratamiento aerobio mediante un reactor de biodiscos alcanzó una

disminución entre 40 y 60 % de la DQO remanente (Durán de Bazúa, et al., 1988)

2. JUSTIFICACIÓN La gran carga orgánica que contiene el efluente residual de destilerías de alcohol

etílico y el deterioro que se ha causado a mantos acuíferos y suelos por la

descarga de las vinazas durante muchos años, la falta de conciencia ecológica y

económica que muchos empresarios y funcionarios públicos han demostrado ante

este problema, hace imperante la continuidad de las investigaciones para

tratamientos adecuados e inocuos a la naturaleza.

No obstante, aún existen industriales interesados en el medio ambiente, tal es el

caso del Ingenio San José de Abajo, quien ha permitido el uso de sus efluentes

para determinar por tratamiento anaeróbico la disminución de la carga orgánica y

evaluar la producción de metano así como la propuesta de realizar a nivel piloto

las pruebas necesarias para el uso del combustible en procesos nuevos o

adyacentes.

Tener como opción el tratamiento anaerobio nos permitirá reducir la carga

orgánica del efluente en forma importante, a su vez la generación de biogás rico

en metano, que puede ser aprovechado energéticamente. La proposición de

establecer dos etapas en el tratamiento anaerobio será benéfico en la degradación

de la materia orgánica, ya que el control de las etapas por separado nos permitirá

25

conocer más acerca de los productos de la hidrólisis y acidogénesis tan

importantes para la siguiente etapa en donde veremos la metanización.

La generación de lodos estabilizados permitirá su utilización en acondicionamiento

de suelos.

Las alternativas para el tratamiento de vinazas mediante procesos anaerobios

han despertado un interés especial debido al aprovechamiento energético implícito

López et al., 2012 señala que la vinaza puede ser tratada por reactores

anaerobios de alta tasa con resultados exitosos, (Bermúdez Savón , et al., 2000)

concluye que la carga orgánica de la vinaza puede reducirse en más de la mitad,

mediante un tratamiento anaeróbico, (Durán y col., 1988) determina, mediante un

análisis económico preliminar que el sistema de tratamiento de la vinaza podría

ser autofinanciable en la medida que se hiciera uso de los subproductos

generados por ese tratamiento, llevó a cabo la caracteriazción de vinazas y su

degradación en un sistema combinado de tres reactores anaerobios y un reactor

aerobio de biodiscos.

Debido a la sintrofía entre las bacterias acidógénicas y metanogénicas, donde los

factores de inhibición dependen de la presión parcial del hidrógeno, se propone el

uso de dos reactores, mediante los cuales podamos separar las etapas de

hidrólisis y acidogénesis de la acetogénesis y metanogénesis, esperando así la

conversión más efeiciente de la carga orgánica en biogas rico en metano

2.1. ANTECEDENTES DIRECTOS Las investigaciones realizadas con vinazas de destilería de alcohol etílico que

utilizan tratamientos anaerobios se resumen en la tabla 5.

26

Tabla 5 Resumen de antecedentes tratamientos anaerobios en vinazas

Tratamientos Anaerobios Tipo de reactor Condiciones de operación Resultados Etapas Referencias

UASB

Iniciales: DQO (73600 mg/L), pH (4.2-4.6), Neutralización con adición

de Sosa caústica NaOH 1N y Cal viva y suministro de nutrientes (2.59g

superfosfato simple y 5.48 g de urea). Finales: Remoción de DQO (%) y producción diaria de metano

(mL) en un periodo de 21 dias, digestión anaerobia más eficiente

entre 6.8 y 7.8 de pH, T= 30 °C. Se trabajó con vinaza sin dilución.

El porcentaje de remoción de DQO varía entre 52 y 57.5% los más altos obtenidos con

neutralización a partir de NaOH 1N. La producción de

metano es superior a 100 mL/día con las mismas

condiciones de neutralización.

1 (Bermúdez Savón, et al.,

2000)

UASB

Iniciales: DQO (67057 - 68077 mg/L), pH (4.5-4.7) en

caracterización y alimentación desde 462 mg/L hasta 20685 mg/L, pH en

promedio 7.3 con NaHCO3 y una mezcla de macro y micronutrientes, T de 20 a 25 °C. Finales: TRH = 48 Hrs., eficiencia de remoción de DQO

de 72.7 a 82.3%,

Eficiencia de remoción de DQO varía entre 72.7% y 82.3%. La producción de metano varía desde 0.28

m3/Kg DQOr hasta 0.38 m3/ KgDQOr. Disminucion de la

eficiencia de remoción a cargas organizas mayores a

10 Kg/m3d

1

(Rivera, et al., 2002)

UASB

Iniciales: dos reactores, separación de etapas acidogénica,

metanogénica. Caracterización DQO total = 112 g/L, pH entre 3.5 y 3.8

ajustado a 4.5 con NaOH y NaHCO3. Dilución inicial a 38 g DQO/L y

Termino de 106.84 g DQO/L. TRH de 3 a 12 días.

Elreactor acidogénico logró alimentarse con vinaza cruda de hasta 106.84 g DQO/L y el metanogénico con 124 g DQO/L con efeiciencias de 78.8%. La concentración promedio del metano en biogas que se obtuvo es

alrededor de 69%.

2

(Hernández, et al., 2000)

UASB Y EGSB

UASB: Dilución inicial de vinaza al 12% y final al 45%, pH de 4.6 hasta pH de 7.5 sin neutralización. En el

reactor EGSB, concentración inicial de vinaza al 12% llegando hasta

45% con agente neutralizante NaHCO3 para ajustar pH a 7.5.

UASB: remoción del orden de 70%. EGSB fluctuando

entre 60 y 65%.

1

(López, et al., 2012)

27

UASB

Tres reactores variando Temperatura 35, 45 y 55 °C, En caracterización pH entre 3.2-4.0, DQO = 73400 g O2/L. Alimentciones iniciales sin

diluir. Tiempos de residencia hidráulica de 35, 40 y 50 días.

Para los tres reactores a las tres temperaturas con un

tiempo de residencia hidrálica de 50 días se

obtuvieron remociones de 71, 72 y 59% con producción d biogas 29, 30 y 27 mol/L,

para 35, 45 y 55 °C respectivamente. Para el

TRH de 40 días, los porcentajes de remoción son

de 72, 74 y 67, con producción de biogas de 20, 31 y 28 mol/L. Para TRH de

35 días los porcentajes resultaron 60, 62 y 40%.

1

(Bernal González, et al.,

2002)

Reactor agitado

Reactor 4L agitado, T= 35 °C, vinaza 30% hasta adaptación y

posteriormente 100%, DQO entre 12.2 y 65 %, pH entre 4.4 y 5.5,

durante 21 días.

Porcentaje de DQO removida 56.77%,

generación de biogas 971.2 mL.

1

(Del Real Olvera Jorge, 2011)

UASB

Reactor anaerobio con TRH = 72 Hrs, T = 28-30 °C, adición de

NaHCO3 y recirculación del efluente.

Remoción de DQO en aproximadamente 70%.

1

(Rodríguez Pérez, et al.,

2005)

UDSB

Regimen semicontínuo, alimemtación 3 veces al día,

volumen de digestión 0.200 m3, DQO influente 16.25 Kg DQO/m3,

TRH 1 día, pH influente 7.

DQO final 1.6 Kg/m3, Efluente reciclado 25%,

1

(Pérez Pardo, et al., 2000)

2UASB

Dos reactores UASB, sin separar etapas de degradación.

Caracterización con DQO= 52000 a 71000 mg/L, pH entre 4-4.5, SST entre 3000 y 4000 mg/L. En el primer reactor se ajusto pH co

Solución NAOH a 7-7.5, TRH = 3 días, vinaza diluída.

Porcentajes de remoción de DQO desde 12 hasta 56.5 %

aproximadamente ya pasando opor los dos

reactores. No se escriben en este trabajo los datos del pretratamiento con ozono.

1

(Ordoño & Rollon, 2012)

L F, L E y ML

Valores de pH entre 3.6 y 4.9, DQO 69000 mg O2/L, RLE y RML con

TRH = 2.5 días, para el reactor LF se alimentaron entre 58820 y 78941 mg DQO/L, pH entre 5.05 y 5.33 y TRH

2 días.

RLE y RML con eficiencias de remoción de DQO entre 55 y 65%, producción de 0.94 y 1.26 L de gas/L de litro de reactor por día. El

reactor LF, presenta eficiencia en remoción de

DQO de casi 70% y producción total de gas de 7 m3 or cada m3 de volumen

de lecho por día con un contenido de metano entre

70 y 80 % en volumen.

1

(Durán de Bazúa, et al.,

1988)

Del cuadro anterior podemos constatar que en previas investigaciones la

aplicación de tratamientos anaerobios es muy común para el efluente residual de

la producción de alcohol etílico, la mayoría mediante reactores UASB en una sola

etapa acidogénica y metanogénica mezcladas, Durán y col. (1988) utiliza tres

28

reactores en tratamientos por separado, manto de lodos, lecho fluidizado y lecho

empacado. Ordoño y Rollon (2012) acopla dos reactores UASB en proceso

completo, solo Hernández y col. (2000) realiza la separación de etapas y utiliza

alimentación cruda obteniendo remociones altas.

Es por eso que el desarrollo del proyecto se basará en la separación de las etapas

acidogénica y metanogénica a fin de verificar si esto lleva consigo una

optimización del proceso de degradación y producción de biogás rico en metano.

3. OBJETIVOS

3.4. GENERAL Disminuir de la carga orgánica del efluente de destilería de alcohol etílico

(vinazas) y su conversión a metano, mediante un proceso anaerobio en dos

fases Acidogénica-Metanogénica.

3.5. PARTICULARES 3.5.1. Implementar un proceso acidogénico que permita la mayor conversión

de la carga orgánica a compuestos de bajo peso molecular (alcoholes,

AGV´s) y su importancia en el tratamiento del efluente.

3.5.2. Establecer el TRH óptimo para la mayor conversión de la carga

orgánica en la fase acidogénica.

3.5.3. Determinar la relación entre los TRH de ambos reactores para la

óptima degradación de materia orgánica del efluente.

3.5.4. Determinar la cantidad de biogás rico en metano y la calidad del

efluente producido del reactor metanogénico.

4. METODOLOGÍA El tratamiento anaeróbico en este proyecto se llevará a cabo mediante dos etapas,

ambas en reactores espacialmente separados, en la primera fase se tendrá el

proceso de hidrólisis y acidogénico en un reactor SBR y en la segunda fase el

acetogénico y metanogénico en un reactor UASB. Para la alimentación se cuenta

29

con el efluente residual (vinaza) de la producción de etanol a partir de melaza

(miel final), proveniente del Ingenio San José de Abajo, ubicado en la

congregación del mismo nombre en el municipio de Amatlán de los Reyes,

Veracruz.

Debido a las características que se han observado en las vinazas en los reportes

de investigación que han realizado Zayas, et al. (2007), Durán de Bazúa, et al.

(1988), Agarwal et al. (2010) y Zúñiga Cerón & Gandini Ayerbe (2013), los

párametros a verificar seran: Demanda Química de Oxígeno (DQO) por el método

de reflujo cerrado, Carbono orgánico total (COT) mediante método 5310-C, Sólidos totales y volátiles (ST y SVT) gravimétrico según método 2540-B, Sólidos

súspendidos totales y volátiles (SST y SSV)) mediante método gravimétrico 2540-

D, Sólidos disueltos totales (SDT) mediante método gravimétrico 2540-C, Sólidos

volátiles totales (SVT) según procedimiento 2540-E gravimétrico, Amonio por

método 4500-F fenato, Sulfuro (S2-) por el método 4500-D colorimétrico, Sulfito

(SO32-) método yodométrico 4500-B y Sulfato (SO4=) método turbidimétrico, la

medición de pH según método 4500-173, Temperatura de acuerdo a 2500-52,

para el reactor acidogénico acides total titulable y en el reactor metanogénico

alcalinidad como CaCO3 y la relación de alcalinidad (S M E W W , APHA, 1999).

La concentración inicial del influente en el reactor acidogénico será de 25 g

DQO/L y un tiempo de recambio del volumen util del reactor ( tiempo de retención

hidraúlica TRH) de 12 horas se estima que la velocidad de carga orgánica (COV)

sea de 2.08 Kg/m3 h, se propone un SBR (Sequencing batch reactor) de 3 litros

de volumen nominal.

En la fase metanogénica se utilizará un reactor tipo UASB (Upflow anaerobic

sludge blanket) de volumen nominal de 9 litros , con un TRH de 36 horas ,

estimando un flujo de 0.225L/h.)

Las determinaciones en el flujo líquido y gas se mediran diariamente,

monitoreando Temperatura, pH, DQO, alcalinidad, concentración de iónes

30

amonio, sulfato y sulfuro y composición de biogas y contenido de AGV´s mediante

cromatografía de gases

Se llevarán a acabo mediciones a la entrada y salida de ambos reactores, los

parámetros con los que se midió la caracterización serán repetidos cada vez que

el lote de alimentación cambie.

4.1. HIPÓTESIS El cambio en el tiempo de recambio del volumen del reactor (TRH) en la fase

acidogénica modifica la relación de alcalinidad, la eficiencia de remoción de DQO

y la producción de biogás rico en metano.

4.2. DISEÑO EXPERIMENTAL El experimento se centrará en un solo factor que es el tiempo, será un diseño

completamente al azar (DCA) y su tratamiento será mediante ANOVA.

El factor tiempo tendrá tres niveles establecidos como TRH a diferentes valores:

TRH1= 8 horas

TRH2= 12 horas

TRH3= 16 horas

Las variables respuesta para este experimento serán:

• DQO removida que se obtendrá como ΔDQO= DQOf - DQOi. expresada

como g DQO/L d

• Relación de alcalinidad expresada como g HCO3 prod. / g AGV´s prod.

• Producción de biogás expresado como m3 CH4 / L d

Las unidades experimentales serán los intercambios de volumen del reactor

acidogénico con tres repeticiones.

31

5. CALENDARIO DE ACTIVIDADES

TRIMESTRES

2013-P 2013-O 2014-I

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 P R

2 P R

3 P R

4 P

R

5 P

R

6 P

R

1. Montar reactores acidogénico metanogénico.

2. Adaptación de inóculo en fase acidogénica.

3. Adaptación de inóculo en fase metanogénica.

4. Establecer parámetros de operación en acidogénico y acoplamiento en

serie de reactores.

5. Variación de la carga orgánica volumétrica (COV) y verificación de

respuesta.

6. Interpretación de resultados y análisis estadístico.

32

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Agarwal, R., Lata, S., Gupta, M. & Singh, P., 2010. Removal of melanoidin present in distillery effluent as a major colorant: A Review. Journal of Environmental Biology, Issue 31, pp. 521‐528.

Almeida, A. y otros, 2011. Expresión Genética en la digestión anaerobia: un paso adelante en la comprensión de las interacciones tróficas de esta biotecnología. Acta Química Mexicana, 3(6), pp. 14‐34.

Anil, D. M. a. K., 2005. Biotreatment of Industrial Effluents. Oxford, U.K.: Butterworth Heinemann.

Armengol, J. E., Lorenzo, R. & Fernández, N., 2003. Use of vinasse dilutions in water as an alternative for improving chemical properties of sugar cane‐planted vertisols. Cultivos tropicales, 24(3), pp. 73‐76.

Baez Smith, C., 2006. Anaerobic Digestion of Vinasse for the Production Of Methane in the Sugar Cane Distillery. Florida, USA, Smith Baez Consulting Inc..

Bautista Zúñiga, F. & Durán de Bazúa, C., 1998. Análisis del beneficio y riesgo potenciales de la aplicación al suelo de vinazas crudas y tratadas biologicamente. Revista Internacional de Contamiación Ambiental, 14(1), pp. 13‐19.

Beltrán, F. J., García Anaya, J. F. & Álvarez M, P., 1999. Winedistillery wastewater degradation. 1 Oxidative treatment using ozone and its effect on wastewater biodegradability. J. Agric. Food Chem., Volumen 47, pp. 3911‐3918.

Bermúdez Savón, R. C., Hoyos Hernández, J. & Rodríguez Pérez, S., 2000. Evaluación de la disminución de la carga contaminante de la vinaza de destilería por tratamiento anaerobio.. Revista Internacional de Contaminación Ambiental, 16(3), pp. 103‐107.

Bernal González, M. y otros, 2002. Efecto de la temperatura en tres reactores de lecho de lodos de flujo ascendente (RALLFA) sobre la remición de materia orgánica y l aproducción de metano utilizando agua residual (vinaza). Guanajuato, XII Congreso Nacional de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales FEMISCA.

Board, J. E. & Members, C., 1999. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20th ed. Denver: American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation.

Bonne, D. R., Whitman, W. B. & Rouviére, P., 1993. Microbiology: Diversity and Taxonomy of Methangens. En: J. G. Ferry, ed. Methanogenesis, Ecology, Physiology, Biochemistry and Genetics. London: Chapman and Hall, pp. 34‐80.

Campos Pozuelos, A. E., 2001. Tesis Doctoral: Optimización de la digestión anerobia de purines de cerdo mediante codigestión con residuos orgánicos de la industria alimentaria. Lleida, España: Universitat de Lleida, Escola tècnica superior d’Enginyeria Agrària, Departament de Medi Ambient i Ciències del Sòl.

33

Cárdenas Salcedo, N. E., 2008. Tesis "Aislamiento y selección de levaduras fermentadoras de melaza de caña de azúcar (Saccharum Officinarum)". Morelia, Michoacán: Facultad de Biología de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo..

Castro, G. B., Bustos, V. G. & Ramírez, J. A., s.f. Aprovechamiento biotecnológico de la melaza de caña de azúcar para la producción de ácido láctico utilizando Lactobacillus Rhamnosus. U.A.M. Mante – UAT. Cd. Mante, Tam..Dpto.de Ciencia y Tecnología, U.A.M. Reynosa-Aztlán –UAT. Reynosa, Tam..

Cervantes, F., Pavlostathis, S. & van Handel, A., 2006. Advanced biological treatment processes for industrial wastewaters: Principles and applications. 1 ed. London: IWA Publishing.

CNPR, U. N. d. C. A. C., 2012. Consolidado Nacional, México, d.F.: s.n.

Conil, P., 2006. Manejo de vinazas: Metanización y compostaje. Tecnicaña, 10(17), pp. 25‐28.

Cortéz, E. & Brossard Pérez, L., 1997. Experiences on vinasse disposal part II: Combustion of vinasse # 6 fuel oil emulsion.. Braz. Journal Chemical Engineering, 14(1).

Dávila Rincón, J., Marriaga Cabrales, N. & Machica Martínes, F., 2009. Remosión de sólidos totales de vinazas por electrocoagulación ‐ electroflotación. Dyna, Rev. Fac. Nac. Minas, 72(158).

Del Real Olvera Jorge, P. G. F. y. G. M. A., 2011. Factibilidad del empleo de un consorcio microbiano en el tratamiento de vinazas. Tecnología Química, XXXI(3), pp. 70‐80.

Dinopoulo, G., Rudd, T. & Lester, J. N., 1988. Anaerobic acidogenesis of a comples wastewater: I. The influence of operational parameterson reactor performance. Biotechnology and Bioengenieerring, Volumen 31, pp. 958‐968.

Dolfing, J., 1988. Acetogenesis. En: A. J. B. Zehnder, ed. Biology of anaerobic microorganisms. Canada: A John Wiley & Sons Inc, pp. 417‐468.

Dowd, M. K., Johansen, S. I., Cantarella, L. & Reilly, P. J., 1994. Low molecular weight organic composition of ethanol stillage from sugarcane, citrus waste and swet whey.. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 42(2), pp. 283‐287.

Durán de Bazúa, C. y otros, 1988. Caracterización de Vinazas y su degradación en un sistema combinado de tres reactores anaerobios y un reactor aerobio de discos.. Tecnología Ciencia Qímica IMIQ, 3(2), pp. 33‐43.

Ecología, 1994. Norma Oficial Mexicana 064 ECOL 1994. Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales, p. 1.

España Gamboa, E. y otros, 2011. Vinasses: characterization and tretments. Waste Manangement and Research, 19(12), pp. 1235‐1250.

34

Fajardo Castillo, E. E. & Sarmiento Forero, S. C., 2007. Tesis "Evaluación de la caña de azúcar como sustrato para la producción de Saccharomyces cerevisiae". Bogotá, D. C.: Pontifia Universidad Javeriana, Facultad de ciencias.

Fajardo Ortíz, C., 1997. Tesis "Producción de inóculos para reactores anaerobios". México, D. F.: Universidad Autónoma Metroplitana, División de Ciencias Biológicas y de la Salud.

Gómez, J. & Rodríguez, O., 2000. Efecto de la vinaza en la productividad de la caña de azúcar (Saccharum officinarum).. Rev. Fac.Agron (LUZ), Volumen 17, pp. 318‐326.

González, T. y otros, 2006. Enzimas fúngicas: ¿una alternativa para la decoloración de los efluentes de destilería?. ICIDCA Sobre los derivados de la caña de azúcar, XL(1), pp. 3‐12.

Hattori, S., 2008. Syntrophic acetate‐Oxidizing microbes in methanogenics enviroments. Microbes and Enviroment, 23(2), pp. 118‐127.

Hendrickson, E. L. & Leigh, J. A., 2008. Roles of Coenzyme F420‐Reducing Hydrogenases and Hydrogen‐ and F420‐Dependent Methylenetetrahydromethanopterin Dehydrogenases in Reduction of F420 and Production of Hydrogen during Methanogenesis. Journal of bacteriology, 190(14), pp. 4818‐4821.

Hernández, A., Meráz, M., Monroy, O. & Fajardo, C., 2000. Tratamiento anaerobio de vinazasde caña en un reactorUASB de dos etapas., México, D. F.: Depto.de Biotecnología, Universidad Autónoma Metropolitana‐Iztapalapa.

Ibarra Hernández, B. E., Cortéz Amador, C. & Botero González, J. F., 2010. Ingeniería de Tequilas. Bogotá, Colombia: Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería..

Iñiguez, G. & Hernández, R., 2010. Estudio para la rehabilitación de una planta de tratamiento de vinazas tequileras mediante un floculante polimérico de poliacrilamida (PAM). Revista Internacional de Contaminación Ambiental, 26(4), pp. 299‐311.

Jakques, K. A., Lyons, T. P. & Keisall, D. R., 1995. The Alcohol Text Book. Cuarta ed. s.l.:Nottingham University Press.

Jiménez, M. A., Borja, R. & Martín, A., s.f. Aerobic‐anaerobic biodegradation of beet molasses alcoholic fermentation wastewater.. En: Process Biochem. 38. s.l.:s.n., pp. 1275‐1284.

López, I. y otros, 2012. Tratamiento Anaerobio de vinaza de destilería de caña de azúcar. Montevideo, Uruguay, V encuentro Regional y XXVI Congreso Internacional de Ingenieria Química.

López, I., Passeggi, M. & Borzacconi, L., 2011. Cartel "Tratamiento anaerobio de vinaza de destilería: Factibilidad y potencial de recuperación energética.". Montevideo, Uruguay, Asociación interamericana de ingeniería sanitaria y ambiental, VII Congreso nacional AIDIS sección uruguaya.

35

Madigan, M., Martinko, J. & Parker, J., 2003. Brock Biología de los microorganismos. 10 ed. Illinois, USA: Pearson, Prentice Hall.

McInerney, M. J., Sieber, J. R. & Gunsalus, R. P., 2009. Syntrophy in Anaerobic Global Carbon Cycles. Curren opinion in biotechnology, 20(6), p. 623–632.

Mc‐Pearson Sánchez, D., Reyes Mayet, K. & Socarrás Fonseca, Y., 2002. Evaluación de alternativas para el aprovechamiento del mosto alcoholero de destilerías y la reducción de la contaminación ambiental. Tecnología Química, XXII(1), pp. 5‐9.

Metcalf & Eddy, I., 1991. Wastewater engineering: Treatment, Disposal and Reuse. Tercera edición ed. s.l.:Mc. Graw Hill, Inc..

Ojeda, A. E., Hing, C. R. & González, D. Y., 2012. Estudio comparativo del uso de electrodos de hierro y aluminio en el proceso de electrocoagulación de la vinaza.. CENIC Ciencias Químicas, Volumen 43.

Ordoño, E. E. & Rollon, A. P., 2012. The Effect of Ozonation Pre‐treatment in Enhancing the Biodegradability of Effluent from Distillery of Ethanol Fermented from Molasses. International Journal of Engineering and Applied Sciences, 1(2), pp. 47‐52.

Pérez García, M., Romero garcía, L. I. & Sales Márquez, D., 1997. Tecnologías anaerobias para la depuración termofílica de vertidos de destilerías vínicas. Ingeniería del agua, 4(2), pp. 7‐16.

Pérez Pardo, J. L., Bermúdez Savón, R. C. & Cárdenas Sánchez, J. R., 2000. Viabilidad Técnico‐Económica del establecimiento de un biodigestor UASB en la destilería NAUYÚ. Tecnología Química, XX(2), pp. 60‐68.

Rivera, A. y otros, 2002. Tratamiento de efluentes de destilería en un filtro anaerobio de flujo ascendente. Revista Internacional de Contaminación Ambienmtal, 18(3), pp. 131‐137.

Robles González, V., Galíndez Meyer, J., Rinderknecht Seijas, N. & Poggi Valardo, H. M., 2012. Treatment of Mezcla: A review. Journal of biotechnology, Issue 157, pp. 524‐546.

Rodríguez Pérez, S., Bermpudez Savón, R. C., Giardina, P. & Fernández Boizán, M., 2005. Tratamineto combinado (anaerobio ‐ aerobio) para la decoloración de la vinaza de destilería.. CENIC, Ciencias Biológicas, Volumen 36.

Straúber, H., Schróder, M. & Kleinsteuber, S., 2012. Metabolic and microbial dynamics during the hydrolytic and acidogenic fermentation in a leach‐bed process. Energy, sustainability and society a springer open journal, 2(13), pp. 1‐10.

Thauer, R. K., 1998. Biochemistry of methanogenesis :a tribute to Marjory Stephenson. Mycrobiology, Issue 144, pp. 2377‐2406.

36

Zayas, T., Romero, V., Meráz, M. & Salgado, L., 2007. Tratamiento de agua residual con alta carga orgánica y color provenientes del proceso de vinaza. Separation and purification Technology, Issue 57, pp. 268‐274.

Ziganshin, A. M. y otros, 2011. Bacteria and Archea involved in anaerobic digestion of destillers grains with soluble. Aplplied Micribiological an Biotechnology, 89(6), pp. 2039‐2052.

Zinder, S. H., 1993. Micobiology: Physiological Ecology of Methanogens. En: J. G. Ferry, ed. Methanogenesis: Ecolgy, Physiology, Biochemistry and Genetics.. London: Chapman and Hall, pp. 128‐206.

Zúñiga Cerón, V. & Gandini Ayerbe, M. A., 2013. Caracterización ambiental de las vinazas de residuos de caña de azúcar resultantes de la producción de etanol. Dyna, 80(177), pp. 124‐131.

37

Anexo 1 Resumen de tratamientos

Autor Año Título Tratamiento Tipo Comentarios

Pérez García, M., Romero García, L.I. y Sales Márquez, D.

1997

Tecnologías anaerobias para la

depuración termofílica de vertidos de

destilerías vínicas

Comparación de dos reactores anaerobios: 1) Tanque agitado; 2) Filtro anaerobio.

Anaerobio

Remoción de DQO en 1, después de estabilizado, de 80%; en 2, después de estabilizarlo 77%.

Cortéz L.A.B. and L.E. Brosaard Pérez

1997 Experiences on vinasse disposal Part III: Combustion of vinasse-# 6 Fuel oil emulsion

Propuesta de mezcla de vinazas con combustible #6 oil

Combustión

Mezclas de hasta 50/50 % de combustible y vinaza son factibles, siendo la mezcla óptima de 95/5 %. No se mide la remoción de materia orgánica.

Durán de Bazúa Carmen, Medellín Pedro, Noyola Adalberto, Poggi Varaldo Hector, Zedillo Luis Eduardo

1998

Caracterización de vinazas y su degradación en un sistema combinado de tres reactores anaerobios y un reactor aerobio de discos

Anaerobio: 1 lecho fluidizado, 2 lecho empacado, 3 mantos de lodos. Aerobio: Biodiscos.

Mixto

Parámetros de caracterización: pH, alcalinidad mg CaCO3/L, Turbiedad NTH, Sólidos Totales mg/L, DBO5 (mg O2/L), DQO (mg O2/L), NK mgN/L, N Amon mg N/L, Sulfatos mg/L.

Bautista Zúñiga Francisco y Durán de Bazúa Carmen.

1998

Análisis del Beneficio y riesgo potenciales de la aplicación al suelo de vinazas crudas y tratadas biológicamente

Utiliza como materia prima 1) vinaza cruda o fresca 2) vinaza con previo tratamiento anaerobio y 3) vinaza con tratamiento anaerobio-aerobio.

mixto

Se analizaron las vinazas basándose en los parámetros mínimos a medir que establece la NOM-064-ECOL-1994. Esta investigación va dirigida al reúso y aplicación en suelo.

Beltrán Fernando J., Juan F.

García-Araya, and Pedro M.

A. Á lvarez

1999

Wine Distillery Wastewater Degradation. 1. Oxidative Treatment Using Ozone and Its Effect on the Wastewater Biodegradability

Adición de un flujo de ozono a vinazas diluidas, generando radicales libres que oxidan la materia orgánica.

Proceso unitario químico

Medición de la relación DBO/DQO

38

Bermúdez Savón Rosa Catalina, Hoyos Hernández Juan Alberto, Rodríguez Pérez Suyén

2000 Evaluación de la carga contaminante de la vinaza de destilería por tratamiento anaerobio

Caracterización de vinaza con parámetros como pH, humedad, densidad, DQO, DBO, ST, SV, cenizas, Ca, Mg, proteínas, P, Cl y NT.

Anaerobio

Neutralización de vinaza con cal viva y sosa caústica. Adición de nutrimentos nitrogenados y fosfatados, urea y superfosfato simple

Gómez J, Y Rodríguez O.

2000 Effects of vinasse on sugarcane (Saccharumofficinarum) productivity

Complementación de fertilizantes con vinaza de destilería durante etapas de crecimiento de la planta.de la planta

Fertilización No se realiza caracterización de vinaza.

Rivera Alejandro, González Jorge S., Castro Reinaldo, Guerrero Barbarita, Nieves Gertrudis.

2002 Tratamiento de efluente de destilería en un filtro anaerobio de flujo ascendente.

Menciona que no es un efluente tóxico pero su disposición implica un serio problema ambiental, utiliza las condiciones del reactor en T (20-24 °C) y utiliza vinazas de dos fuentes

Anaerobio

Mediciones de pH, DBO%, DQO, NT, P ST, SST y Sulfatos. Obtiene porcentajes de remoción para carga orgánica de 72 y 82.5.

Mc-Pearson Sánchez Drina, Reyes Mayet Katia, Socarrás Fonseca Yadira.

2002

Evaluación de alternativas para el aprovechamiento del mosto alcoholero de destilerías y la reducción de la contaminación ambiental

Concentración con evaporador de triple efecto

Físico

Disposición de concentrado para alimento de animales.

Armengol, J. E.; Lorenzo, R.; Fernández, Noemí

2003

Use of vinasse dilutions in water as an alternative for improving chemical properties on sugarcane planted vertisol

Aplicación de vinaza diluida para mejoramiento de rendimiento

Fertilización Tiempo de trabajo durante 5 años

Rodríguez Pérez, Suyén; Bermúdez Savón, Rosa Catalina; Giardina, Paola;

2005

Tratamiento Combinado (anaerobio-aerobio) para la Decoloración de la Vinaza de Destilería

Utiliza rector UASB para la metanización y para el tratamiento aerobio se sumergió con agitación en zaranda y se aisló de la luz solar.

mixto

Hace mención de melanoidinas son tóxicas, refiere una remoción de carga orgánica de 80% en anaerobiosis y de este efluente

39

Fernández Boizán, Maikel

un 95% de diminución por tratamiento aerobio obteniendo valores de DQO por debajo de 5 g/L.

González, Tania; Yagüe, Susana; Terrón, María del Carmen; Carbajo, José María; Arana, Ainoa; Téllez, Alejandro; González, Aldo E.

2006 Enzimas fúngicas: ¿una alternativa para la decoloración de los efluentes de destilería?

Revisión de tema de aplicación de tratamientos por enzimas fúngicas en la degradación del color de vinazas provocado por melanoidinas

Biológico

Refiere que las melanoidinas pueden representar desde un 70 a 80% del peso de las sustancias coloreadas.

Mercado Mata Carlos francisco

2006

Rendimiento de etanol y producción de vinaza con cuatro sustratos para la fermentación de melaza con Saccharomyces cerevisiae.

Evalúa la productividad de etanol y su relación litros de vinaza/litros de etanol, mediante la modificación de los sustratos para fermentación de Saccharomyces cerevisiae

Biológico

Encuentra mediante un tratamiento estadístico y tendencia de los resultados que se obtienen cuando el tratamiento combinado de temperatura y fosfato de sodio fue el mejor ya que produjo más volumen de etanol y menor cantidad de efluente de destilería.

Báez Smith Carmen

2006

Anaerobic Digestion of vinasse for the Production Of Methane in the Sugar Cane Distillery

Recopilación de datos para la evaluación técnica del proceso

Anaerobio

Refiere que de un tratamiento aerobio de vinaza de destilería se puede generar de 3.6 a 10.6 MW de electricidad.

40

Zaratti Francesco 2008

Los agro-combustibles: Entre ideología y tecnología

Análisis de los agro-combustibles, separando los aspectos ideológicos de los tecnológicos

ninguno

Refierese que en el mundo solo el 10% del azúcar producido se destina a etanol, de este el 65% se transforma en combustible, 22% va a la industria procesadora (alimentos o farmacéutica) y 13% para bebidas espirituosas.

Dávila Rincón Javier, Marriaga Cabrales Nilson, Machuca Martínez Fiderman

2009 Remoción de sólidos totales de vinazas por electrocoagulación y electro flotación

Evalúa la remoción de sólidos totales en vinazas mediante la aplicación de electrocoagulación con electrodos de aluminio.

Electroquímico

Refiere la remoción del 37% de sólidos en vinaza, controlando el parámetro de pH.

Iñiguez Gilberto y Hernández Rosaura

2010

Estudio para la rehabilitación de una planta de tratamiento de vinazas tequileras mediante un floculante polimérico de poliacrilamida (PAM)

Evalúa la remoción de sólidos en las vinazas tequileras, mediante un floculante PAM.

Floculación-coagulación

Refiere el uso de PAM en distintas concentraciones para encontrar el óptimo, añadiendo NaOH y CaO como neutralizantes de las vinazas.

Del Real Olvera Jorge, Prieto García Francisco, Gordillo Martínez Alberto

2011 Factibilidad del empleo de un consorcio microbiano en el tratamiento de vinazas

Se evalúa un consorcio microbiano obtenido del fluido ruminal vacuno en el tratamiento anaerobio de vinaza diluida al 30 %

Anaerobio

Se obtienen datos de disminución de DQO en 56.77% a los 21 días, se obtiene que por cada gramo de DQO disminuido se generan 971.2 ml de gas

López Iván, Paseggi Mauricio, Borzacconi Liliana

2011

Tratamiento anaerobio de vinaza de destilería : factibilidad y potencial de recuperación energética

Evalúa los tratamientos anaerobios en dos reactores UASB y EGSB con vinazas diluidas

Anaerobio

Obtiene valores de remoción promedio de la carga orgánica de 69% en el reactor UASB, en el reactor EGSB se alcanzó una remoción promedio de

41

68% alcanzando una dilución de vinaza al 45%

López Iván, Paseggi Mauricio, Odriozola Magela, Borges Luis, Borzacconi Liliana, Ramos Daniel

2011 Potassium inhibition in anaerobic treatment of distillery vinasse

Evalúa los tratamientos anaerobios en dos reactores UASB con alimentación sintética y EGSB con vinazas crudas

Anaerobio

Refiere que la concentración de potasio en la vinaza es inhibidor sólo en procesos batch, pero en procesos continuos no lo es, tal vez debido a la adaptación de la biomasa a las condiciones adversas.