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Renewable Energy, Biomass & Sustainability Vol 3 (1): 47- 52 (2021)

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ESCALAMIENTO DEL PROCESO DE ELIMINACIÓN DE GRASAS

EN AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES

V. C. M. Amaya G. I. Chávez, P. M. C. T. Moorillón Depto. de Ingenierías Química y Bioquímica, Instituto Tecnológico de Durango.

Av. Felipe Pescador 1830 Ote. 34080. Durango, Dgo., México. e- mail: [email protected]

Resumen La conservación de los recursos hidráulicos ha sido el principal tópico de este año. Los países tratan continuamente de mejorar los procesos del tratamiento de aguas residuales para aminorar el daño de este recurso tan valioso. Las grasas y aceites, al ser inmiscibles en el agua, forman natas y espumas que entorpecen el tratamiento físico o químico. Los métodos manuales son poco prácticos y deficientes. Partiendo de un estudio preliminar, se logró aislar e identificar microorganismos lipolíticos nativos. El objetivo fundamental de este trabajo fue la eliminación de grasa presente en las lagunas de aireación de la Planta Tratadora de Aguas Residuales del municipio de Durango (PTAR), mediante la utilización de Pseudomonas fluorescens como microorganismo de alta actividad lipolítica. Se diseñó y construyó un modelo a escala 1:250 de la laguna de aireación con semejanza geométrica y dinámica. Con un diseño experimental del tipo factorial, se obtuvo un mejoramiento en la degradación de grasas y aceites gracias al 61.5% de rendimiento proyectado en los resultados de P. fluorescens con solo el 5% de inóculo en un tiempo de 108h bajo condiciones ambientales. El enfoque económico perfila a este trabajo como una solución de bajo costo y además de largo alcance. Palabras clave: aguas residuales municipales, eliminación de grasas, escalamiento de procesos. Abstract Water resources conservation has been the main topic of this year. Countries continually try to improve the wastewater treatments processes to reduce the damage of this most valuable resource. Fats and oils, by their nature, are immiscible in water and by this reason, form skins and foams that hamper either physical or chemical treatments. Based on a preliminary study, in which native lipolytic microorganisms were isolated and identified. The main aim of this work was the elimination of fat present in the aerated lagoons of the Wastewater Treatment Plant of


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Durango, using Pseudomonas fluorescens as a high lipolytic activity microorganism. A model was designed and built with a scale of 1:250 from the aerated lagoon with geometric and dynamic similarity. With a factorial-type experimental design, an improvement on fats and oils degradation was obtained with 61.5% of efficiency, projected on the results of 5% inoculate concentration of P. fluorescens, 108h period and under environmental conditions. The economic approach to this work emerges as a low-cost solution and also far-reaching. Key words: municipal wastewater, fats removal, process scaling. Introducción La conservación de los recursos hidráulicos, la protección de las áreas de pesca y el mantenimiento de las aguas recreativas son preocupaciones adicionales en la actualidad. Esta necesidad alcanzó un máximo en la década de 1970. Se ha dicho en muchas ocasiones, y en parte sólo en broma, que la solución de la contaminación es la dilución. Para algunos contaminantes está afirmación tiene lógica, pues la purificación natural se hace cargo de ellos, siempre y cuando no sean cantidades grandes (Henry y Heinke, 1996). Desde el estallido de la época industrial, las empresas que hoy en día manejan agua en sus procesos están obligadas, por ley, a tener un tratamiento de la misma antes de derramarla al drenaje. Estas fábricas utilizan constantemente el agua para el lavado de equipos, residuos y materia prima. El método biológico para disminuir el contenido de grasa es conocido como un proceso de lodos activados, sin embargo, aún después de ese tratamiento permanece una alta concentración de grasas y aceites, la cual puede ser reducida con el uso de un microorganismo lipolítico nativo (Winkler, 1995; Arciniega-Tenemaza y Salazar-Chacha, 2021) Sabemos que las grasas son ésteres del glicerol y los ácidos grasos. Los microorganismos metabolizan las grasas solamente después de la hidrólisis del enlace éster, las enzimas extracelulares, llamadas lipasas, son las responsables de la reacción. Las fosfolipasas C y D rompen el enlace éster fosfato, son muy específicas y solo encontradas en algunas cepas microbianas. Se encuentra publicado el uso de Pseudomonas para la degradación de metales pesados como plomo, cromo, aluminio, entre otros; siendo esta área importante porque genera un gran interés de investigación (Brock y Madigan, 1993; Colquehuanca-Solis, 2021). En las lagunas de oxidación de la PTAR, se presenta una concentración de grasas y aceites de hasta 800mg/L a la salida del efluente, esto dependiendo de la época del año, según lo reporta el laboratorio de la PTAR. La norma oficial mexicana NOM-003-ECOL-1997, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reutilicen en servicios al público, establece una concentración máxima de grasas y aceite de 15mg/L en aguas residuales tratadas, por consiguiente se genera un problema en el manejo y disposición del efluente.


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Con el modelo a escala y el comportamiento real del microorganismo se puede lograr la implementación en la gran mayoría de las plantas de tratamiento internas de la industria de alimentos, refresquera, cervecera, químicas, escuelas, centros recreativos, gimnasios, talleres de servicio automotriz y otros más por mencionar. Este proyecto pretende escalar el proceso de eliminación de grasa propuesto por López-García y Ramos-Briceño (2006); donde se aislaron microorganismos lipolíticos y se identificó a Pseudomonas fluorescens como el de mayor capacidad lipolítica en pruebas de laboratorio in vitro. Metodología Se caracterizaron muestras de agua residual colectadas de la PTAR, tomando en cuenta como parámetros el contenido de grasa y aceite, el pH y la densidad óptica. Se inoculó P. fluorescens a diferentes concentraciones, en las muestras de agua residual para medir su comportamiento biodegradativo de grasas y aceites, todo esto, en un modelo construido con semejanzas geométrica y dinámica del prototipo de la PTAR, realizando las cinéticas a condiciones ambientales. Posteriormente, los datos obtenidos de las cinéticas de crecimiento de P. fluorescens a las diferentes concentraciones se cuantificaron y tabularon. Antes de realizar la cinética de crecimiento, se estableció un diseño experimental en función de variables involucradas. El diseño experimental fue de tipo factorial teniendo como variables la concentración de inóculo y el tiempo de propagación. Como constante, el flujo de aire suministrado en intervalos de 36h como se muestra en la tabla 1.

Tabla 1. Diseño experimental. Concentración de

inóculo Tiempo X1 X1 T1 X1 T2 X1 T3 X1 T4 X2 X2 T1 X2 T2 X2 T3 X2 T4 X3 X3 T1 X3 T2 X3 T3 X3 T4 X4 X4 T1 X4 T2 X4 T3 X4 T4

X1 Pseudomonas fluorescens al 5%. T1 Tiempo inicial, 0h. X2 Pseudomonas fluorescens al 10%. T2 Tiempo medio 1, 36h. X3 Pseudomonas fluorescens al 15%. T3 Tiempo medio 2, 72h X4 Pseudomonas fluorescens al 20%. T4 Tiempo final, 108h. Utilizando la construcción del diseño del modelo y con el agua residual como único medio de cultivo, se evaluó la cinética de crecimiento mediante turbidez, el pH (NMX-AA-008-SCFI-2000) y la capacidad lipolítica de P. fluorescens (NMX-AA-008-SCFI-2000). La determinación del contenido de grasas y aceites fue realizada a cada una de las muestras tomadas de las cinéticas de crecimiento. El método consiste en acidificar una muestra para


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extraer las grasas y aceites en solución, de tal manera que se separa la grasa por filtración y posteriormente es extraída con un solvente orgánico a través del aparato Soxhlet. Resultados Se confirmó la viabilidad y pureza de P. fluorescens aislada en un estudio preliminar (López-García y Ramos-Briceño, 2006) para la preparación de los inóculos a diferentes concentraciones (Figura 1).

Figura 1. Preparación del inóculo de P. fluorescens: (Izquierda) incorporación de agua destilada a cada uno de los tubos, (centro) inoculación de los matraces con agua residual

estéril, (derecha) desarrollo del inóculo en matraz.

Observando los datos expresados en porcentaje, se puede apreciar que la degradación de grasas y aceites presenta rendimientos entre 52 y el 61.5% de eficiencia, como lo muestran las gráficas 1.1, 1.2, 1.3 y 1.4 a diferentes concentraciones de inóculo incorporado.

Gráfica 1.1. Grasas y aceites Gráfica 1.2. Grasas y aceitesinoculación al 5% inoculación al 10%

Gráfica 1.3. Grasas y aceites Gráfica 1.4. Grasas y aceitesinoculación al 15% inoculación al 20%

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Conclusiones Pseudomonas flourescens demostró su capacidad lipolítica al degradar el contenido de grasa y aceite presente en las muestras de cada uno de los experimentos. Las condiciones óptimas de crecimiento para P. fluorescens, en el modelo a escala construido, fueron de una inoculación al 5%, en función al volumen de la muestra, con un tiempo de 108h y un rango de temperatura de 4 a 27° C. Se obtuvo el mayor rendimiento degradativo en la inoculación al 5%, el porcentaje reflejado en los datos fue del 61.5% de remoción de grasas y aceites de la muestra inicial.

Una inoculación inicial, en determinado porcentaje, tendrá lugar a la incorporación de una cantidad definida de una cepa microbiana, la cual podrá mantener su sobrevivencia en el medio de acuerdo a su interacción con el mismo, mayor si ésta es nativa. Finalmente, solo habrá un monitoreo de la concentración de dicha cepa en el medio sin necesidad de una inoculación posterior en un caso favorable. La forma más sencilla y económica para eliminar nuestros residuos es siempre la más buscada, lamentablemente la creación de productos innovadores, la aceleración de la tecnología y la falta de cultura estarán pisando los talones de ésta. Tratar con la microflora de las lagunas permitirá conocer soluciones más alcanzables y provechosas para el progreso de la PTAR, pues con la misma microflora se pueden realizar experimentaciones en los lodos activados y mejorar la degradación de la materia orgánica por medio de variaciones en la concentración y tipo de microorganismos en los lodos. Un ajuste en los lodos podría ser el inicio de formulaciones efectivas para la eliminación de residuos orgánicos en cualquier planta de tratamiento, río, lago y más. Referencias Arciniega-Tenemaza, A.E., Salazar-Chacha, J.P. (2021). Diseño de la planta de tratamiento

de agua residual mediante lodos activados para la Comunidad de Pesillo, parroquia Olmedo. Tesis Universidad Politécnica Salesiana. Quito, Ecuador.

Brock, Thomas D. y Madigan, T. Michael. (1993). “Diversidad metabólica entre los microorganismos”, Cap. 16 y “Las bacterias”, Cap. 19 en Microbiología. Prentice Hall Hispanoamérica S. A. México.

Colquehuanca-Solis, J. (2021). Determinación de coliformes totales y termotolerantes resistentes a antibióticos y metales pesados del tracto gastrointestinal de Oncorhynchus mykiss del rio Ramis. Tesis de licenciatura. Universidad Nacional del Altiplano. Puno, Perú.

Comisión Nacional del Agua. “NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-003-ECOL-1997, QUE ESTABLECE LOS LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CONTAMINANTES PARA LAS AGUAS RESIDUALES TRATADAS QUE SE REUSEN EN SERVICIOS AL PÚBLICO”. (Base de datos). http://www.cna.gob.mx/eCNA/Espaniol/Directorio/Default.aspx. 15 de marzo de 2006.


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Henry, Glynn J. y Heinke, Gary W. (1996). “Contaminación del agua”, Cap. 12 en Ingeniería ambiental. Pearson. México.

López-García, Ramón Eduardo y Ramos-Briceño, Flavio. (2006). Eliminación de grasas en aguas residuales municipales empleando un método biológico (Tesis). Instituto Tecnológico de Durango. Durango, Durango, México.

Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. “NORMA MEXICANA NMX-AA-005-SCFI-2000, ANÁLISIS DE AGUA - DETERMINACIÓN DE GRASAS Y ACEITES RECUPERABLES EN AGUAS NATURALES, RESIDUALES Y RESIDUALES TRATADAS - MÉTODO DE PRUEBA. (CANCELA A LA NMX-AA-005-1980 DEL 08-08-1980)”. (Base de datos). http://www.semarnat.gob.mx/ssfna/acercaSSFNA/PW/CD_NMX/NORMAS_MEXICANAS/NMX-AA-005-SCFI-2000.pdf. 15 de marzo de 2006.

Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. “NORMA MEXICANA NMX-AA-008-SCFI-2000, ANÁLISIS DE AGUA - DETERMINACIÓN DEL pH - MÉTODO DE PRUEBA. (CANCELA A LA NMX-AA-008-1980 DEL 27-03-1980)”. (Base de datos).. http://www.semarnat.gob.mx/ssfna/acercaSSFNA/PW/CD_NMX/NORMAS_MEXICANAS/NMX-AA-008-SCFI-2000.pdf. 15 de marzo de 2006.

Winkler, Michael A. (1995). “La contaminación y su control”, Cap. 1 en Tratamiento biológico de aguas de desecho. LIMUSA. México.

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