Tratamiento fisicoquímico y biológico del nejayote

Abstract

RESUMEN El nejayote es el agua residual proveniente del proceso de nixtamalización que se caracteriza por poseer un pH alcalino, así como valores elevados de concentración de materia orgánica disuelta y suspendida. Es por ello que se considera dentro de los efluentes líquidos más contaminantes vertidos en diferentes cuerpos de agua. El uso de biopolímeros ha demostrado su efectividad en el tratamiento de distintos tipos de aguas residuales, como las generadas en las empresas agroindustriales y de las industrias del petróleo y textil. En este trabajo se realizaron tres tipos de tratamiento: fisicoquímico, biológico y combinado (fisicoquímico-biológico). El tratamiento fisicoquímico consistió en la utilización de dos polisacáridos, el alginato y el quitosano, de manera independiente y secuencial, para disminuir la carga de contaminantes en el nejayote. El alginato (ALG) resultó ser más eficiente en la remoción de la carga orgánica que el quitosano (QUIT). Por otro lado, el tratamiento secuencial ALG-QUIT resultó más efectivo en la disminución de los contaminantes contenidos en el nejayote comparados con el tratamiento QUIT-ALG. Ambos biopolímeros son completamente biodegradables, por lo que se consideran una tecnología ambientalmente amigable que se podría aplicar a nivel industrial. Para el tratamiento biológico se usaron las cepas fúngicas Bjerkandera adusta 4312, Trametes versicolor 8272, Phanerochaete chrysosporium 4521 y Trametes trogii 8156. La muestra de nejayote a tratar se ajustó a las condiciones óptimas de pH para el crecimiento del hongo y se mantuvo la temperatura constante (28 ºC) en una cámara bioclimática. La cepa que removió con mayor eficiencia la DQO fue Bjerkandera adusta 4312. El tratamiento se realizó en matraces Erlenmeyer de 2,000 mL y las condiciones donde se observó un mejor desempeño por parte del hongo fueron las siguientes: pH 4.5 tamaño del inóculo del 10 % (p/v) de biomasa (base húmeda) y nejayote sin esterilizar. La presencia de agentes antioxidantes disueltos en el nejayote como el ácido ferúlico, ácido cinámico, aminoácidos como la lisina, metionina, cisteína, limitaron la medición de la actividad enzimática de la lacasa, manganeso peroxidasa y lignino peroxidasa. La eficiencia del tratamiento biológico en cultivo sumergido resultó mostrar una diferencia significativa en la disminución de la DQO hasta el onceavo día y se logró disminuir hasta un 52 % de la DQO en el nejayote completo inoculado con Bjerkandera adusta 4312. Por otro lado, en el nejayote control se removió 29.8 ±01.71 % de la DQO. La presencia de organismos alcalinófilos propios del nejayote, si bien remueven materia orgánica del nejayote, el tratamiento con el hongo disminuye el tiempo de tratamiento y aumenta la remoción de la DQO. El tratamiento combinado (biológico seguido del fisicoquímico y viceversa) mejoró la eficiencia de remoción de la DQO, concentración de fenoles totales, azúcares reductores y de sólidos totales. Sin embargo, resultó más eficiente aplicar primero un tratamiento fisicoquímico (ALG-QUIT) seguido del tratamiento biológico con Bjerkandera adusta 4312, que removió el 86 % de la DQO, mientras que al realizar primero el tratamiento biológico, seguido del tratamiento fisicoquímico, se alcanzó una remoción menor de la DQO (79.45 % ).

ABSTRACT The nejayote is the residual water coming from the nixtamalization process that is characterized by having alkaline pH as well as high concentration values of dissolved and suspended organic matter. Consequently, it is considered within the most polluting liquid effluents discharged to different water bodies. The use of biopolymers has proven its effectiveness in the treatment of different types of wastewater, such as agroindustry, oil and textile industries. In this work three types of treatment, physicochemical, biological and combined (physicochemical-biological), were performed. For the physicochemical treatment, two polysaccharides, alginate and chitosan, were used to reduce the pollutant load of the nejayote. The application of both polymers was performed independently and in a sequential manner. Alginate (ALG) proved to be more efficient in removing organic matter than chitosan (QUIT) and sequential treatment ALG-QUIT was more effective in reducing contaminants contained in nejayote compared to QUIT-ALG treatment. Both biopolymers are completely biodegradable, so their application is considered as an environmentally friendly technology, in such a manner that it can be applied at industrial level. Bjerkandera adusta 4312, Trametes versicolor 8272, Phanerochaete chrysosporium 4521 y Trametes trogii 8156 fungal strains were used for biological treatment. B. adusta was more effective for the treatment, also showed growth in a wider range of pH. The sample of nejayote to be treated was adjusted to the optimum pH value for fungus growth and the constant temperature (28 ºC) was maintained in a bioclimatic chamber. It was observed that the amount of inoculum was less significant than the pH value. Treatment was given in 2000 mL Erlenmeyer flasks and the conditions applied to nejayote without any filtration treatment were the following: pH 4.5, inoculum size: 10 % p/v of biomass (wet base), and unsterilized nejayote. The presence of antioxidant agents dissolved in nejayote such as ferulic acid, cinnamic acid, amino acids such as lysine, methionine, and cysteine, limited the measurement of the enzymatic activity of laccase, manganese peroxidase and lignin peroxidase. The efficiency of the biological treatment in submerged culture resulted with a significant difference in the decrease of COD value until the eleventh day and it was possible to decrease up to 52% of the COD in the complete nejayote inoculated with Bjerkandera adusta 4312. While in the control nejayote, it was removed only 29.8 ± 01.71% from original COD value. Although the alkalinophil organisms typical of the nejayote residue reduce the organic matter in a considerable manner, the treatment with this fungus decreases the treatment time and increases the COD removal. Combined treatment (biological followed by physicochemical and vice versa) improved the efficiency of COD removal, concentration of total phenols, reducing sugars and total solids. However, it was more efficient to apply first a physicochemical treatment (ALG-QUIT) followed by biological treatment with Bjerkandera adusta 4312, which removed 86 % from the original COD value. While when the physicochemical process followed the biological treatment, a lower COD removal value (79.45 %) was achieved.