Biorremediación de vinazas de la industria tequilera y mezcalera mediante tratamiento fisicoquímico y biológico

Abstract

Desde hace muchos años, el hombre ha impactado negativamente el medio ambiente. La contaminación del agua por actividades industriales, genera aguas residuales que son vertidas a suelos, drenajes, ríos, arroyos, lagos y al mar, pueden contener alta concentración de materia orgánica como colorantes, compuestos orgánicos halogenados, detergentes, melanoidinas, lignina y sus derivados, metales, sales y ácidos; muchos de estos compuestos son recalcitrantes a los tratamientos biológicos convencionales y causan toxicidad a los seres vivos. En México las industrias tequilera y mezcalera producen efluentes altamente contaminantes denominados vinazas, que requieren tratamientos adecuados para evitar que impacten negativamente al ambiente, ya que por sus características, como pH de 3-4, elevado contenido de sólidos, alta demanda bioquímica de oxígeno y demanda química de oxígeno, y presencia de compuestos orgánicos recalcitrantes, suelen ser muy dañinas para los suelos y cuerpos de agua donde son vertidas. El objetivo de este trabajo es proponer una alternativa de tratamiento para vinazas tequileras y mezcaleras, más eficiente y con potencial aplicación a nivel industrial, para que las descargas de este tipo de aguas residuales industriales cumplan con la regulación ambiental mexicana. Las vinazas tequileras y mezcaleras se caracterizan por su alto contenido de sólidos, elevados valores de demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) y de demanda química de oxígeno (DQO), bajo pH y un color café intenso; por lo que su descarga sin ningún tratamiento impacta severamente al ambiente. Tratamientos fisicoquímicos y biológicos, así como una combinación de ambos, fueron evaluados para depurar vinazas tequileras y mezcaleras. El uso de alginato de sodio para el tratamiento fisicoquímico de vinaza tequilera cruda, logró remover 37% de los sólidos totales, 70.6% y 14.2% de la DBO5 y la DQO respectivamente, y 60.3% de fenoles. Se evaluó el crecimiento de veinte cepas de hongos ligninolíticos o de la podredumbre blanca de la madera, en un medio sólido con agar y vinaza tequilera. Se seleccionaron las cepas Pleurotus ostreatus 7992 y Trametes trogii 8154 por su capacidad de crecer en dicho medio. Se comprobó que en cultivos de ambas cepas de hongos en medio líquido, hubo producción de enzimas ligninolíticas. Con ambas cepas de hongos ligninolíticos para tratar vinaza tequilera cruda, se logró reducir la DBO5 y la DQO en 88% y 89.7% respectivamente, y un 88.9% de fenoles con T. trogii 8154 y 89.2% con P. ostreatus 7992. 14 Con la aplicación secuencial del tratamiento fisicoquímico y el biológico, se logró remover un 93% de la DBO5 y la DQO. Por otra parte, el tratamiento fisicoquímico de vinaza mezcalera cruda usando alginato, removió 42.4% de los sólidos totales, 18.43% de DBO5, 40.7% de DQO y 56.9% de fenoles. La biorremediación de vinaza mezcalera cruda con P. ostreatus 7992 removió un 61.4% de la DBO5, 67.3% de la DQO y 71.9% de fenoles; mientras que con T. trogii 8154 se logró remover 62.6% de la DBO5, 67.9% de la DQO y 73.48% de fenoles. La aplicación secuencial de ambos tratamientos a vinaza mezcalera alcanzó remociones del 91.4% de la DBO5, 80% de la DQO y 82.6% de fenoles al emplear a P. ostreatus 7992; y 92.5% de la DBO5, 82.8% de la DQO y 85.1% de fenoles empleando a T. trogii 8154. Los resultados demuestran que el alginato, las cepas P. ostreatus 7992 y T. trogii 8154 tienen potencial para el tratamiento de vinazas a escala industrial, aunque deben considerarse futuras investigaciones principalmente sobre el proceso de biorremediación con P. ostreatus 7992 y T. trogii 8154 en condiciones de aireación, el diseño de equipo para realizar estos tratamientos a escala piloto y un análisis de costo-beneficio para implementarlos a nivel industrial.

Industrial activities give rise to pollution in municipal sewage systems, soils and superficial waters. Industrial wastewaters causes adverse impacts to environment if no treatment is applied to them prior to its discharge because they may have high organic content, which include dyes, lignin, melanoidins, phenolic compounds; and also inorganic compounds such as acids, salts and metal ions. Some of these compounds are recalcitrant to conventional wastewater treatments and are toxic to cells. The wastewaters generated in alcohol distilleries are an example of this environmental issue. In Mexico, production of tequila 100% agave in 2011 was 155.3 million liters (40% Alc. Vol.), which generates approximately 1,130 million liters of liquid residue from fermented and distilled agave must known as vinasses. Mezcal vinasses are other very high pollutant liquid residues from mezcal distilleries. The goal of this research is to find a more effective treatment for tequila and mezcal vinasses, with potential industrial application in order to comply with the Mexican environmental regulations. Tequila and mezcal vinasses are characterized by their high content of solids, high values of biochemical oxygen demand (BOD5), chemical oxygen demand (COD), low pH and intense colour; thus, disposal of untreated vinasses severely impacts the environment. Physicochemical and biological treatments, and a combination of both, were probed on the remediation of tequila and mezcal vinasses. The use of alginate for the physicochemical treatment of raw tequila vinasses reduced BOD5 and COD values 70.6% and 14.2% respectively, and 60.3% of phenols. Twenty white-rot fungi strains were tested in tequila vinasses-based solid media. Pleurotus ostreatus 7992 and Trametes trogii 8154 were selected due their ability to grow on tequila vinasses-based solid media. Ligninolytic enzymes production was observed in liquid cultures of both fungi. Using the selected white-rot fungi for raw tequila vinasses bioremediation, both COD and BOD5 were reduced 88% and 89.7% respectively. Applying sequential physicochemical and biological treatments, BOD5 and COD were reduced 93%, and 88.9% of phenols with T. trogii 8154 and 89.2% with P. ostreatus 7992. The physicochemical treatment of raw mezcal vinasse using alginate, removed 42.4% of total solids, 18.43% of BOD5, 40.7% of COD and 56.9% of phenols. Bioremediation of raw mezcal vinasse with P. ostreatus 7992 removed 61.4% of BOD5, 67.3% of COD and 71.9% of phenols; whereas T. trogii 8154 removed 62.6% of BOD5, 67.9% of COD and 73.48% of phenols. Sequential application of both treatments to 16 mezcal vinasse reached removals of 91.4% of BOD5, 80% of COD and 82.6% of phenols with P. ostreatus 7992; and 92.5% of BOD5, 82.8% of COD and 85.1% of phenols with T. trogii 8154. Results demonstrate that sodium alginate, P. ostreatus 7992 and T. trogii 8154 have potential for industrial treatment of TVs; nevertheless, for improve the treatments studied here it is necessary future research concerning mainly on aerated bioremediation process employing the strains P. ostreatus 7992 and T. trogii 8154, the design of equipment to carry out these treatments at pilot scale, and an analysis of cost-benefit for scale-up to industrial application.