Procesos de biodecoloración de efluentes coloreados simulados y reales

Abstract

Las industrias textiles consumen grandes cantidades de colorantes sintéticos y generan importantes volúmenes de efluentes líquidos coloreados. Por otra parte, la vinaza es el principal subproducto resultante de la obtención de bioetanol, un efluente de color marrón intenso. El destino final de ambos efluentes son los cuerpos de agua, los cuales causan el bloqueo de los procesos fotosintéticos en medios acuáticos, produciendo un daño en el medio ambiente. Con el fin de eliminar el efecto perjudicial de estos contaminantes se han utilizado algunos tratamientos físicos y químicos, sin embargo, son generalmente costosos y producen grandes cantidades de lodos y polución secundaria. Una alternativa es el tratamiento biológico de estos efluentes. La biodecoloración utilizando microorganismos con metabolismo oxidativo se considera promisoria ya que es beneficiosa para el medio ambiente y permite evitar la formación de aminas aromáticas cancerígenas a partir de los colorantes.En este trabajo se evaluó el tratamiento de colorantes textiles, un efluente textil y de vinaza por diferentes bioprocesos. En primer lugar, se utilizaron cultivos en medio líquido de Trichosporon akiyoshidainum HP-2023 usando células en crecimiento en suspensión. Los resultados observados fueron comparados con los obtenidos al utilizar la levadura en crecimiento inmovilizada en perlas de alginato de calcio. Además, se produjeron agregados enzimáticos reticulados (Cross-linked enzymes aggregates, CLEAs) con actividad decolorante, a partir de cultivos de T. akiyoshidainum HP-2023 y Trametes sp. #5, aislado de un efluente textil.Los tres tratamientos fueron efectivos tanto en la decoloración de colorantes textiles como en la decoloración de vinaza de caña de azúcar. Así, la decoloración de colorantes superó el 90% en 6 h de cultivo y la de vinaza alcanzó el 40% en 36 h. En todos los casos se demostró una reducción significativa de la toxicidad de los efluentes tratados. A su vez, los agregados enzimáticos con actividad lacasa demostraron ser capaces de decolorar diferentes colorantes textiles y vinaza, pero en volúmenes menores.La decoloración de colorantes textiles y vinazas por células de T. akiyoshidainum HP-2023 inmovilizadas en perlas de alginato de calcio fue el bioproceso más prometedor, ya que fue más rápido y permitió disminuir de manera más marcada la toxicidad inicial de losefluentes. Se demostró además que el sistema puede ser reutilizado con éxito en cuatro ciclos sucesivos, con una decoloración mayor al 90% para el colorante Negro Reactivo 5, una mezcla de cuatro colorantes azoicosy un efluente textil y una decoloración del 40% para el efluente vinaza.El proceso fue escalado a volúmenes de 3 L, en biorreactores instrumentados, con porcentajes y velocidades de decoloración similares a los registrados en ensayos en lotes. Los resultados obtenidos en este trabajo permiten proponer el uso de T. akiyoshidainum HP 2023 inmovilizada en perlas de alginato de calcio para el tratamiento eficiente de efluentes coloreados como una herramienta eco-amigable con el fin de reducir el impacto ambiental negativo causado por los efluentes industriales coloreados.

The textile industries consume large quantities of synthetic dyes and generate great volumes of colored liquid effluents. Another colored effluent is vinasse which is the main product resulting from bioethanol production and possesses an intense dark brown colour. The final destination of both effluents is water bodies, where cause the blockage of photosynthetic processes in aquatic organisms, generating damage to the environment. In order to abolish the detrimental effect of these contaminants some physical and chemical treatments have been used. Nevertheless, they are usually expensive and generate large amounts of sludge and secondary pollution. Thus, biological treatments have come to light as an alternative of the traditional approaches. Biodecolorization by microorganisms with oxidative metabolism is especially promising since it is beneficial for the environment and allows to avoid the formation of carcinogenic aromatic amines from the dyes. In this work, the treatment of textile dyes, textile effluent and vinasse was evaluated by different bioprocesses. First, cultures in liquid medium of Trichosporon akiyoshidainum HP-2023 were used as suspended growing cells. The observed results were compared with those obtained by using the immobilized yeast in calcium alginate beads. In addition, cross-linked enzymes aggregates (CLEAs) with decolorizing activity were produced from cultures of T. akiyoshidainum HP-2023 and Trametes sp. #5, isolated from a textile effluent. All treatments showed to be effective in the decolorization of both textile dyes and sugarcane vinasse. Textile dyes decolorization exceeded 90% in 6 h of cultivation and vinasse decolorization reached 40% in 36 h. Moreover, a significant reduction in the toxicity of the treated effluents was demonstrated when employing the different strategies. In addition, enzymatic aggregates exhibiting laccase activity proved to be able to decolorize different textile dyes and vinasse albeit using smaller volumes. Decolorization of textile dyes and vinasse by immobilized T. akiyoshidainum HP-2023 cells in calcium alginate beads depicted the most promising bioprocess, since it was faster and allowed decreasing more noticeably the initial toxicity of the effluents. Furthermore, it was demonstrated that the system can be successfully reused in four successive cycles, getting decolorization values greater than 90% for the Reactive Black 5 dye along with a mixture of four azo dyes and textile effluent and 40% for the vinasse effluent. The process was scaled to volumes up to 3 L, in instrumented bioreactors, reaching percentages and decolorization speeds similar to those registered in batch essays. The results herein obtained prompt the use of immobilized T. akiyoshidainum HP 2023 in calcium alginate beads for the efficient treatment of colored effluents as an eco- friendly tool in order to reduce the negative environmental impact caused by colored industrial effluents.