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Evaluación del tratamiento biológico para la remoción del color índigo del agua residual industrial textil, por un consorcio microbiano, en lecho fluidizado

Quintero Rendón, Luz Adriana (2012) Evaluación del tratamiento biológico para la remoción del color índigo del agua residual industrial textil, por un consorcio microbiano, en lecho fluidizado. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín.

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Resumen

El objetivo del presente estudio fue evaluar el sistema de remoción de color índigo azul de un efluente de tintorería a través del tratamiento biológico con células inmovilizadas en un reactor piloto de lecho fluidizado. Con este estudio de carácter explorativo, de preparación de terreno para próximas investigaciones, se pretende dar un aporte a la investigación de los tratamientos de aguas textiles con colorantes complejos, estudiar las bacterias pertenecientes a los medios de crecimiento nativo y su capacidad de adaptación a efluentes textiles, evaluar materiales de soporte para la adhesión de bacterias y estudiar los RTLF, los cuales han sido estudiados cada vez con mas frecuencia en los tratamientos de efluentes industriales complejos. El siguiente estudio consta de dos etapas, la primera etapa fue desarrollada a escala de laboratorio, y la segunda etapa, a escala piloto. La primera etapa, inició con un muestreo en una empresa de teñido de índigo, a partir de las muestras de sedimento y líquido, tomadas de las descargas de agua utilizadas en la producción de tintura de hilo con color índigo y, a través de diferentes experimentos en medios de crecimiento, sólido y líquido, fue realizado el aislamiento de seis bacterias nativas. De las bacterias aisladas, se conformó un consorcio bacteriano nativo, el cual incrementa la eficiencia de remoción de carga orgánica, debido a la sinergia y al complemento de actividades metabólicas de cultivos mixtos dentro de una comunidad microbiana (Serna et al., 2009). Las cepas con mejor capacidad de decoloración se combinaron para conformar cuatro consorcios I, II, III, y IV, con el fin de potenciar el proceso de decoloración. Los porcentajes de remoción que se alcanzaron fueron, 64, 73, 76 y 59 %, respectivamente. Las cepas individuales no presentaron tan buen resultado, como lo hacen los consorcios (Guerrero et al., 2010). Las cepas 1, 4, y 5 fueron registradas a través de análisis SEM. En esta etapa también fue evaluada la toxicidad de los siguientes materiales de soporte, propuestos para ser utilizados en el RTLF, vidrio residual, dos plásticos reciclados diferentes, y carbón de antracita, a través de medios sólidos de cultivo y visualización de crecimiento bacteriano. El carbón antracita y el plástico reciclado No.2, fueron sugeridos a partir de ésta evaluación. Paralelo a los anteriores estudios realizados en el laboratorio de microbiología industrial de la Universidad Nacional Sede Medellín, en el Laboratorio de Biorremediación y Desarrollo Tecnológico, de La Facultad de Minas, fueron desarrollados los siguientes estudios a escala de laboratorio y escala piloto. Los protocolos de validación y calibración para el seguimiento de los procesos, fueron rigurosamente realizados, los cuales corresponden a los parámetros de DBO, DQO y color. El protocolo de DBO es producto de la tesis para ser utilizado en el laboratorio de Biorremediación, los demás parámetros DQO y color, fueron empleados en el presente estudio. Con la información de la caracterización físico-química y bioquímica del efluente textil, fueron analizadas las concentraciones de los diferentes parámetros y el posible origen durante el proceso textil, además, esta información presentó elementos para formular un efluente sintético textil. Este fue realizado con cuatro diferentes fuentes de carbono, índigo, y tres surfactantes de tipo no iónico (Alcohol ceto estearílico de 23 moles de óxido de etileno, Alcohol tridesílico de 6 moles de óxido de etileno y NOVASINTEX DS SS). Este efluente sintético fue utilizado durante las pruebas de aislamiento, conformación de consorcio y evaluación en el RTLF. La segunda etapa del presente estudio evaluó la adaptación de un consorcio microbiano nativo (inóculo de una planta de agua residual industrial textil), a un efluente simulado de tintorería, la viabilidad de utilizarlo en el RTLF, con material de soporte, y el efecto de la concentración de color en la eficiencia de remoción de la demanda química de oxígeno, DQOT y DQOS, y el color del agua residual textil simulada. A través de consideraciones y previa información de la literatura, fue realizado el diseño, la construcción y el montaje de la planta piloto para el tratamiento de agua textil con dos reactores, CSTR (baño tina o efluente sintético) y RTLF. Posteriores evaluaciones de los materiales de soportes, las mallas y los difusores de aire, en el RTLF, determinaron la configuración final del RTLF. En montajes especiales, fueron realizados estudios de bioaumentación y bioadaptación de un inóculo tomado del efluente textil en un reactor discontinuo, a escala de laboratorio para la preparación del consorcio. Después de determinar decoloración de índigo en la unidad de bioaumentación, a través del modo discontinuo, fue realizada la puesta en marcha del RTLF. La operación del RTLF comenzó a través de la inmovilización y la adherencia de bacterias en la antracita, la cual fue registrada por medio de SEM. Posterior a la adherencia, fue evaluado el efecto de la carga en la eficiencia del RTLF. El RLF fue alimentado continuamente durante tres fases, con concentraciones de índigo de 50, 70 y 100 mg/L, con un tiempo de retención hidráulica (TRH) de 24 h, con caudal de alimentación de 16.6 L/d, y caudal de aire de 20 l/min, durante 16 días. Los resultados a escala de laboratorio indicaron que es posible lograr el tratamiento aeróbico de agua residual textil, después de obtener un inóculo adaptado a las fuentes de carbono de tensoactivos e índigo. En el reactor trifásico, los efluentes con más alta remoción de DQO, total, soluble y color soluble fueron 93,1%, 96,4% y 88%, respectivamente. Los mejores resultados para la remoción de DQO total y color soluble fueron logrados con la carga de 50 mg Color /L.d, mientras que el mejor resultado para la remoción de DQO soluble se logró con la máxima carga de 100 mgColor L-1d1. El RTLF presentó excelentes resultados empleando un TRH de 24 h, el cual es inferior al evaluado en estudios anteriores. Las bacterias aisladas, el consorcio microbiano, y el inóculo nativo, presentaron adaptación al efluente textil. Sin embargo, el fenómeno de decoloración, debe ser estudiado más profundamente. La calidad del efluente del tratamiento puede ser evaluado para incorporar un tratamiento terciario que disminuya las concentraciones de sólidos disueltos, para ofrecer un agua de reuso al proceso de teñido textil. Con este trabajo se justifica el empleo de reactores versátiles, como lo es el RTLF, para el tratamiento de efluentes textiles., Abstract: The purpose of the current research was to evaluate a system of indigo blue removal from an effluent of dry cleaning through biological treatment with immobilized cells from a pilot scale fluidized bed reactor. This study attempts to explain the preparation for following researches, aiming to support research on textile wastewater treatment with complex dyes, it also aims to study bacteria from the original culture media and their adaptation capacity to textile effluents, to evaluate materials to support bacteria adhesion and to study the RTLF, which have been frequently studied on water treatment with complex dyes. The following study has two stages, the first one was developed on laboratory scale, and the second one was at pilot scale. The first stage began with sampling at a company of indigo dry cleaning, using samples of liquid and sediment taken from residual water used during production of indigo thread dyes. Several experiments on liquid and solid culture media led to isolation of six native bacteria. A native bacteria consortium was formed from isolated bacteria, which increases efficiency in removal of organic matter due to the synergy and supporting features in metabolic activities of mixed cultures in the microbial community (Serna et al., 2009). Strains with more capacity to decoloration were combined in four consortiums I, II, III, y IV, in order the Removal percentages achieved were 64, 73, 76 and 59 % respectively. Individual strains didn´t show as good results as those of the consortiums (Guerrero et al., 2010). Strains 1, 4, and 5 were registered through SEM analysis. At this stage was tested the toxicity of the following support materials, proposed to be used on RTLF, residual glass, two different recycled plastics, and anthracite carbon, through solid culture media and bacterial growth monitoring. Anthracite carbon and recycled plastic number 2 were suggested from this test. The following research on laboratory and at pilot scale was done alongside previous studies performed at the laboratory of industrial microbiology of Universidad Nacional, Sede Medellin and at the Biorremediation and Technological Development Laboratory, of Facultad de Minas. Validation and calibration protocols, used on monitoring the processes, were carefully followed; those are the parameters DBO, DQO and color. DBO protocol is a product of a thesis to be used in the Biorremediation Laboratory, the parameters DQO and color, were used in the current research. Concentrations of different parameters and their possible origin during textile process were analyzed with information from physical chemical and biochemical characterization of textile effluent, which allowed the formulation of a synthetic textile effluent. It was done with four different sources of carbon, indigo and three non ionic surfactants ( (Ceto stearic alcohol of 23 mol of ethylene oxide, tridecylic alcohol of 6 mol of ethylene oxide and NOVASINTEX DS SS). The synthetic effluent was used during isolation tests, consortium conformation and RTLF testing. The second stage of this research evaluated adaptation of the native bacterial consortium (inoculums from an industrial textile wastewater treatment plant) to a simulated dry cleaning effluent; it also tested the viability of using it in RTLF, with supporting materials, and the effect of color concentration on efficiency of removal of oxygen chemical demands, DQOT and DQOS, and removal of color from simulated textile wastewater. Some considerations and previous references allowed us to do the design, construction and assembly of the pilot plant for textile water treatment with two reactors, CSTR (synthetic effluent) and RTLF. Following tests of support materials, netting and air diffusers in the RTLF, determined the final configuration of RTLF. Special assemblies were used to study bio-increase and bio-adaptation of the inoculums taken from the textile effluent in a discontinuous reactor, at laboratory scale for consortium preparation. After determining indigo decoloration in the bio-increasing unit, through the discontinuous mode, RTLF was started. The operations of RTLF began through immobilization and adherence of bacteria to the anthracite, which was registered using SEM. After adherence, the effect of charge on efficiency of RTLF was tested. The RLF was supplied continuously during three phases, with concentrations of indigo 50, 70 and 100 mg/L, with a hydraulic retention time (TRH) of 24 h, a feeding caudal of 16.6 L/d and an air caudal of 20 l/min, for 16 days. Results at laboratory scale indicate that it is possible to do aerobic treatment of textile wastewater, after obtaining an inoculum adapted to carbon sources of surfactants and indigo. In the three phase reactor, the effluents with higher removal of total DQO, soluble DQO and soluble color were 93,1%, 96,4% y 88%, respectively. The best results for removal of total DQO and soluble color were achieved with an amount of 50 mg Color /L.d, while the best result for soluble DQO was achieved with a maximum amount of 100 mg Color L-1d1. The RTLF showed excellent results by using TRH for 24 h, which is less than that tested on previous studies. Isolated bacteria, microbial consortiums and native inoculums, got adapted to the textile effluent. However, decoloration phenomenon must be studied more deeply. Quality of the treatment effluent should be tested to add a third treatment to decrease concentrations of dissolved solids, in order to offer water reuse for textile dyeing. With this work is justified the use of versatile reactors as RTLF on treatment of textile effluent.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Cardona Gallo, Santiago Alonso
Palabras clave:Estudio exploratorio; Indigo; Surfactantes no iónicos; Aislamiento de cepas nativas; Consorcio bacteriano nativo; Células inmovilizadas; Reactor piloto de lecho fluidizado; Antracita; Carga orgánica./ Exploratory research; Indigo; non ionic surfactants; Native strains isolated; Native bacterial consortium; Immobilized cells; Pilot scale fluidized bed reactor; Anthracite; Organic load.
Temática:6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
Unidad administrativa:Sede Medellín > Facultad de Minas > Escuela de Química y Petróleos > Ingeniería Química
Código ID:7224
Enviado por : Biblioteca Sede Medellín Universidad Nacional de Colombia
Enviado el día :17 Agosto 2012 21:21
Ultima modificación:02 May 2013 14:19
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