colorantes azoicos

Biodegradación de colorantes azoicos por

bacterias inmovilizadas sobre carbón

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INGENIERÍA EN SISTEMAS AMBIENTALES ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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BIODEGRADACIÓN DE COLORANTES AZOICOS POR BACTERIAS

INMOVILIZADAS SOBRE CARBÓN ACTIADO

Gestión de Residuos Peligrosos

ISA. Angel García Machorro

9-6-2015



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INTRODUCCIÓN

Muchas diferentes técnicas se utilizan en un intento de eliminar con eficacia y eficiencia los colorantes azoicos

de los efluentes de aguas residuales de la industria textil y otras industrias relacionadas con medio de

contraste, entre los que son los de cuero, alimentos, cosméticos, fotografía en color, la industria farmacéutica

y de productos de papel.

Los colorantes utilizados más frecuentemente por las empresas textiles son los azoicos cuya característica

principal es el enlace insaturado de dos moléculas de nitrógeno, -N=N- (azo) (Kuppusamy y Briones, 1997); se

clasifican en reactivos, metálicos, dispersos, básicos, ácidos, directos y mordantes.

Estos colorantes son una especie de tintes sintéticos que pueden contener uno o más grupos azo, y cada

enlace generalmente se encuentra unido a dos grupos aromáticos, usualmente aminas. La degradación de los

tintes que presentan compuestos azo se realiza en dos pasos: el rompimiento del enlace azo y la

mineralización parcial o total de productos intermediarios; esto es de gran importancia debido a que los

productosintermediarios de muchos tintes azo tales como benzidina, 2-naftilamina y otras aminas aromáticas,

son carcinógenas o de otro modo tóxicas (Chacón y col., 2002).

Por tantas razones medioambientales y sanitarios, es esencial para eliminar por completo estos colorantes

azoicos antes de que lleguen a los efluentes que salen a la aprobación de la gestión de abastecimiento de agua

tanto como los tintes y sus productos de degradación intermedios que son muta génicos y pueden convertirse

en cancerígenos en condiciones anaeróbicas.

Los métodos físicos y químicos que se han utilizado para la eliminación de colorantes azoicos incluyen

adsorción, coagulación y procesos de membrana. Tecnologías de membrana son muy efectivos, pero utilizan

cantidades significativas de energía. Por otra parte, los procesos biológicos desarrollados hasta ahora han sido

relativamente ineficaz.

El uso de carbón activado reside en la capacidad para conducir electrones, además de ser un mediador redox

que contiene estructuras de superficie quinónica, así como otros grupos funcionales, como los anillos

aromáticos. Una alta concentración de colorante sobre la superficie del carbón ayuda de transporte de

electrones desde el donante de electrones de acetato a la vinculación azoicos desde la catálisis tiene lugar

principalmente en la capa de adsorción.

Se ha reportado que el uso de carbón activado beneficia la reducción de los colorantes azo al funcionar como

mediador redox (van der Zee y col., 2003) y como soporte de bacterias (Barragán y col., 2006), ya que provee

una superficie adecuada para el crecimiento de microorganismos y los grupos en la superficie de éste pueden

participar en la reacción.



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RESUMEN

La degradación de colorantes azo de la industria textil ha sido el objetivo de varios investigadores debido al

interés que este problema de contaminación ha generado. Los colorantes reactivos son más difíciles de

degradar ya que son altamente solubles en agua debido a los grupos sulfonados en su molécula. En esta

práctica se estudió la degradación del colorante naranja bajo condiciones anaerobias a nivel matraz y en un

reactor anaerobio de flujo ascendente con lecho fijo de biomasa soportada en carbón activado (se utilizó un

consorcio adaptado de microorganismos). Se estudiaron las condiciones de degradación del colorante a nivel

matraz y se analizó el efecto del pH de la solución, utilizando carbón activado como soporte para formar

biopelículas y como mediador redox para la reacción, además de THQ. La cantidad de carbón activado y de

inóculo utilizados son los factores clave en la degradación, obteniendo mayores porcentajes de remoción a pH

5, de 87 a 97%. El diseño de experimentos aplicado al reactor en operación continua indica que los factores

que influyeron principalmente en la eficiencia de degradación son la concentración inicial de colorante y

cantidad de dextrosa (sustrato), para la remoción de color, y el tiempo de residencia en el reactor para la

remoción de DQO. La cinética de reducción se estudió a nivel matraz y en continuo y se observó que la

velocidad de reacción disminuye al aumentar la concentración, además, los perfiles respecto al tiempo

mostraron un comportamiento no lineal.

Por lo tanto, se propuso un modelo cinético con cambio de orden para la reducción del colorante. Los

productos de degradación del colorante fueron identificados mediante la degradación ya que previamente

fueron inoculadas las muestras; estos fueron principalmente compuestos alifáticos como ácidos carboxílicos,

alcoholes y amidas.

OBJETIVO

Desarrollar en un sistema por lote la degradación de un azocolorante por bacterias inmovilizadas

sobre carbón activado.

Determinar la eficiencia del proceso de decoloración.



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METODOLOGÍA

RESULTADOS

Se obtuvieron los valores de absorbancia para concentraciones conocidas para realizar la curva tipo.

Tabla 1. Valores de concentración y absorbancia para realizar la curva tipo.

Curva tipo

Concentración (mg/L)

Absorbancia

50 3.3015

30 1.8215

20 1.2235

15 0.922

10 0.61

Se trabajó la solución ya preparada por los profesores

en condiciones estériles

A la solución se le añadió 2 mL de carbón conteniendo las

bacterias inmovilizadas

Se realizó la incubación a 35°C en una agitadora a 125

rpm durante 6 días

Se tomarón alicuotas de 3 mL del medio de cultivo en

condiciones estériles dentro de dos viales

eppendorff, utiliando micropipeta con puntas

estériles

Se centrifugaron las muestras a 3500 rpm por 20 min

Se procedió a leer la absrobancia en el

espectrofotómetro a 480 nm

Se interpoló la lectura de absorbancia en la curva tipo determinando la cantidad de

colorante residual



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Se realiza la curva tipo y se obtiene su ecuación de la recta.

Tabla 2. Absorbancia y concentración obtenida durante 6 días de la muestra Testigo y de la muestra del

inóculo.

Tiempo Absorbancia Concentración

de Muestra Muestra Testigo

Muestra Inóculo

Muestra Testigo (S0)

Muestra Inóculo (S)

Día 1 1.872 1.801 26.321 25.265

Día 2 1.901 2.082 26.753 29.446

Día 3 1.999 2.049 28.211 28.955

Día 4 1.95 2.192 27.482 31.083

Día 5 1.806 1.925 25.339 27.110

Día 6 1.809 1.842 25.384 25.875

Nota: La concentración se determinó utilizando la ecuación de la curva tivo despejando la “X” que en este caso

es la concentración y “Y” la absorbancia.

Gráfica 1. Curva tipo del colorante tipo naranja II.

y = 0.067x - 0.103R² = 0.997

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 10 20 30 40 50 60

Ab

sorb

anci

a

Concentración ppm

Curva tipo Naranja II



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Tabla 3. A partir de la concentración promedio se calcula Ln(S/So) y 1/S.

Tiempo (días)

Ln(S/S0) S-1

1 0.016 0.037

2 0.096 0.034

3 0.026 0.035

4 0.123 0.032

5 0.068 0.037

6 0.019 0.039

Se grafica Ln(S/So) para cinética de primer orden y S-1 para cinética de segundo orden en función del tiempo y

se determina a cual modelo de cinética se ajusta mejor.

Grafica 2. Remoción de colorante, modelo de primer orden.

y = 0.000x + 0.055R² = 0.001

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0 1 2 3 4 5 6 7

Co

nce

ntr

acio

n (

ln(S

/S0)

Tiempo

Remocion de colorante

Cinetica de 1er …



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Grafica 3. Remoción de colorante, modelo de segundo orden.

En la gráfica de cinética de primer orden se tuvo una coeficiente de correlación igual a 0.001 y en la gráfica de

cinética de segundo orden igual a 0.0783. Con valores tan bajaos no podemos afirmar que se ajuste mejor a

ninguno de los dos modelos, pero usaremos el modelo de cinética de segundo orden para calcular la constante

de velocidad (K):

1

𝑆=

1

𝑆𝑜+ 𝑘𝑡 𝑦 = 𝑎 + 𝑏(𝑥)

Y por lo tanto la constante b (pendiente de la recta) representa el valor de la constante de velocidad k que es

de 0.0004 dias-1.

El % de eliminación se obtiene de la siguiente forma.

1 −𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑙 𝑑𝑖𝑎 𝑛

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 100

Y se obtiene la siguiente tabla de % de remoción para cada día.

Tiempo (días) 1 2 3 4 5 6

% Eliminación 0.000 10.06 8.23 16.19 1.34 3.28

Y la tasa de eliminación diaria

Tiempo (días) 1 2 3 4 5 6

y = 0.000x + 0.034R² = 0.078

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

0.040

0.045

0 1 2 3 4 5 6 7

Inve

rso

de

la c

on

cen

trac

ion

(1/

S)

Tiempo

Remocion de colorante

Cinetica de 2° orden



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Tasa de eliminación (mg*L-1*D-1) 0.0 2.97 2.39 5.03 0.36 0.85

DISCUSIÓN

Como se puede observar en la Tabla 2 la concentración en la muestra testigo va en aumento conforme pasan

los días, lo cual no debió ser siendo que no fue inoculada con bacterias, el único cambio que posiblemente

podría haberse observado en ésa muestra sería la disminución de la concentración debido al el efecto de

agitación tal vez. Un aumento en la concentración significa que la muestra fue contaminada mientras

realizábamos las pruebas y/o que no se llevó a cabo adecuadamente la sedimentación de las bacterias antes

de determinar la absorbancia.

Por otro lado si comparamos la concentración de la muestra testigo con la muestra inoculada a través del

tiempo podemos observar que el primer día sí obtenemos los resultados esperados, que la muestra inoculada

presente una concentración menor a la muestra testigo, dado que se estaba dando el efecto de degradación

del colorante debido a las bacterias. Pero a partir del segundo día parecería que la muestra inoculada tiene

una mayor concentración del colorante problema que la testigo lo cual sabemos que no puede ser porque de

alguna forma se está “generando” más colorante. Lo que pudo haber pasado es que la centrifugación no fue

adecuada previa a la lectura de la absorbancia o que al momento de tomar las muestra se resuspendió el

material sedimentado..

No podemos afirmar que la degradación del colorante Naranja II tiene a una cinética de primero o segundo

orden ya que los resultados no son fiables.

CONCLUSIÓN

Por los resultados obtenidos en el presente trabajo se llega a la conclusión de que se deben realizar el proceso

con un mayor cuidado y con condiciones adecuadas para no contaminar las muestras.

Debemos asegurarnos que después de llevar a cabo la centrifugación, se tomen adecuadamente las muestras

para obtener su absorbancia y tratar de no resuspender el material sedimentado.

LITERATURA CONSULTADA

Estudio de la degradación de un colorante azo rojo reactivo en un biorreactor anaerobio de flujo

ascendente, Instituto Tecnológico de Celaya, información obtenida el día 28 de Junio del año 2015.

http://www.iqcelaya.itc.mx/~richart/TesisDoctorado/2006%20Gonz%C3%A1lez%20Guti%C3%A9rrez.p

df

Cinética de degradación de colorantes textiles de diferentes clases químicas por hongos y bacterias

inmoviilizadas sobre fibra de agave, Garzon Rossana, información obtenida el día 4 de Julio del año

2015. http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/8222/1/tesis217.pdf

http://www.iqcelaya.itc.mx/~richart/TesisDoctorado/2006%20Gonz%C3%A1lez%20Guti%C3%A9rrez.pdf

http://www.iqcelaya.itc.mx/~richart/TesisDoctorado/2006%20Gonz%C3%A1lez%20Guti%C3%A9rrez.pdf

http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/8222/1/tesis217.pdf



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Decoloración de Colorante Azoico por Técnicas Químicos, Físicos y Biológicos, Dr. Mark Moskovitz y

Gary Witman, información obtenida el día 4 de Julio del año 2015.

http://www.dynamicadsorbents.com/spanishweb/decolorization2.htm

Aplicación de la energía solar ultravioleta al tratamiento de la contaminación por compuestos no

biodegradables centro de investigaciones energéticas, medioambientales y tecnológicos. Informcación

obtenida el día 4 de Julio del año 2015.

https://www.psa.es/webesp/areas/tsa/docs/descontaminacion_mediante_fotocatalisis.pdf

http://www.dynamicadsorbents.com/spanishweb/decolorization2.htm

https://www.psa.es/webesp/areas/tsa/docs/descontaminacion_mediante_fotocatalisis.pdf

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