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PROCEEDINGS OF THE

THIRD INTERNATIONAL ALUMNI SEMINAR: Green Engineering

Memorias del

TERCER SEMINARIO INTERNACIONAL DE EX-BECARIOS DE ALEMANIA:

Ingeniera verde

April 13 / Abril 13, 2012

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ISBN 978-607-7807-07-0 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

Laboratorios de Ingeniera Qumica Ambiental y de Qumica Ambiental Facultad de Qumica 04510 Mxico D.F.

ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIAS, ARTES, TECNOLOGA Y HUMANIDADES, A.C. Memorias del TERCER SEMINARIO INTERNACIONAL DE EX-BECARIOS DE ALEMANIA: Ingeniera verde / Proceedings of the THIRD INTERNATIONAL ALUMNI SEMINAR: Green Engineering Responsables de la publicacin / Publication responsible people: Dra. Marisela Bernal-Gonzlez Profa. Dra.-Ing. Mara del Carmen Durn-Domnguez-de-Baza Dra. Georgina Fernndez-Villagmez M. en C. Rolando Salvador Garca-Gmez Dra. Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval Ing. Rosalba Jurez-Garduo Correos electrnicos / e-mail: marisela_bernal2000@yahoo.com.mx, mcduran@servidor.unam.mx, georginafernandez@cancun.fi-a.unam.mx, rolandoga2000_a@yahoo.com, cuquisgssast@yahoo.com.mx, rosalba.juarez@ccadet.unam.mx MXICO D.F. MXICO Espaol-English / Spanish-Ingls La presentacin y contenido de los trabajos presentados son responsabilidad de los autores / Presentation and contents of presented papers are the sole responsibility of authors Esta publicacin utiliza el punto decimal / This publication uses the decimal point

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PREFACIO A LA PRIMERA

EDICIN FOREWORD TO FIRST

EDITION

Esta obra est basada en las contribuciones de los moderadores y conferencistas de las cuatro Mesas Redondas que conformaron la actividad de este Tercer Seminario Internacional sobre Ingeniera verde, enmarcados cada uno con una conferencia magistral inicial y una final, que dieron la pauta para la discusin general y enriquecieron la discusin constructiva de los participantes. Esperamos que los lectores disfruten, tanto la parte tcnico-cientfica como el acercamiento holstico de estas investigaciones, cuya meta ltima es brindar a los responsables, quienes en su desempeo profesional llevan a cabo actividades de ingeniera y tecnologa de manera inteligente para afectar menos al entorno, como se ha hecho desde hace milenios y como se sigue haciendo actualmente en prcticamente todo el Planeta Tierra. El personal acadmico de los Laboratorios de Ingeniera Qumica Ambiental y de Qumica Ambiental, del Colegio de Ciencias y Humanidades de su Plantel Sur y de la Facultad de Ingeniera, todos ellos de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico, que editan este libro, con el apoyo de la Academia Mexicana de Ciencias, Artes, Tecnologa y Humanidades, A.C., y del Servicio Alemn de Intercambio Acadmico, DAAD, han deseado siempre transmitir el conocimiento generado por sus colegas y sus pares de otras instituciones, as como por sus graduados de maestra y de doctorado, hacia el pblico interesado en actualizar sus conocimientos en campos cientficos que tienen

This book is based on the contributions of the moderators and speakers of the four Round Tables that were the core of this Third International Seminar on Green Engineering, framed with an opening and a closing key note conferences that gave the overall focus for the general discussion and enriched by the comments of the participants. We hope the readers enjoy the techno-scientific part as well as the holistic approach of this research, that has as the ultimate goal to give the responsible professional people in charge of engineering and technological activities, an option to use them in an intelligent manner, with minimum affectation to the environment, avoiding the traditional ways done during millennia along the whole Planet Earth. The academic personnel of the Laboratories for Environmental Chemical Engineering and Chemistry, the College of Sciences and Humanities, and the Faculty of Engineering, all of them belonging to the National Autonomous University of Mexico, that edit this book, with the support of the Academy of Sciences, Arts, Technology, and Humanities, and the German Academic Exchange Service, DAAD, wishes to transmit the knowledge generated by the graduate students (masters and doctors) during their research activities, as well as those generated by researchers and peers from other institutions, to the interested people that are willing to maintain and actualize their

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una aplicacin directa al mejoramiento de la calidad de vida, no solamente de la raza humana sino de todas las especies que conviven con nosotros y que nos dan un ambiente pleno. Esperamos contar con la retro-alimentacin de nuestros lectores, ya que esta interaccin permite enriquecer el conocimiento. En la actualidad, cuando las comunicaciones humanas avanzan a velocidad vertiginosa, el contacto con otras personas se da ya no solamente por lo mtodos tradicionales como ste, un libro, sino por medio de las redes internacionales (internet, por su nombre en ingls), a travs de las cuales podemos interactuar con personas en cualquier sitio del planeta. En la pgina que contiene los datos de esta edicin se encuentran nuestros correos electrnicos para establecer esta comunicacin. Buen viaje al mundo de los metales pesados y de la ingeniera verde y sus aplicaciones en nuestra industria qumica y de proceso y, particularmente, para mejorar y mantener nuestro entorno!

scientific treasured learnings with direct application to the well being not only of humans but also of all the species that share with us the whole habitat and give us a healthy environment. We also hope to receive the retrofeeding from our readers since this interaction will mutually enrich knowledge. Presently, when human communications advance at vertiginous speed, the contact with other persons is given, not only using traditional methods such as this book but using modern technological approaches such as internet, through which people from all over the world can interact. The electronic mail of the publication responsible authors are available for these interactions. Bon voyage to the world of the green engineering and its applications in our process industry and, particularly, to improve and maintain our environment!

Profa. Dra.-Ing. Mara del Carmen Durn Domnguez de Baza Dra. Georgina Fernndez-Villagmez

Dra. Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval

Responsables del Tercer Seminario Internacional sobre Ingeniera verde Responsible persons of the Third International Seminar on Green Engineering

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AGRADECIMIENTOS

ACKNOWLEDGMENTS

Las organizadoras desean reconocer al

DAAD de Alemania por el apoyo

financiero para realizar el Tercer

Seminario Internacional sobre Ingeniera

verde con fondos del Ministerio Federal

para la Cooperacin Econmica y el

Desarrollo de la RFA.

To Germanys DAAD for the financial

support to conduct this Third

International Seminar on Green

Engineering with funds of the German

Federal Republics Federal Ministry for

Economic Cooperation and

Development.

Tambin agradecen a la Universidad

Nacional Autnoma de Mxico, a travs

de varias de sus dependencias acadmicas,

por el apoyo en infraestructura y servicios.

To the National Autonomous University

of Mexico, that through some of its

academic entities, supported this event

with its infrastructure and services.

Finalmente, reconocen el altruista y

generoso apoyo del personal acadmico y

administrativo de los Laboratorios de

Ingeniera Qumica Ambiental y de

Qumica Ambiental de la Facultad de

Qumica de la UNAM, para la realizacin

de este evento.

To the academic and administrative

personnel of the Laboratories for

Environmental Chemical Engineering

and Chemistry of the Faculty of

Chemistry, UNAM, that with their

generous and altruistic support made

possible the realization of this event.

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Index

ndice

Pag./Page

Foreword to first edition

Prefacio a la primera edicin 3

Acknowledgments

Agradecimientos

5

Presentations Index

ndice de presentaciones 7

Program of the Seminar

Green Engineering

Programa del Seminario

Ingeniera Verde

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The twelve principles of green engineering

Los doce principios de la ingeniera verde 11

Round Tables

Green Engineering

Mesas Redondas

Ingeniera Verde

13

Final Report Informe Final

15

Papers

Contribuciones 21

Photographs gallery Galera de fotos

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Map

Mapa 40

Information Informes

41

Photographic section Seccin de fotografas 153

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THIRD INTERNATIONAL ALUMNI SEMINAR /

TERCER SEMINARIO INTERNACIONAL DE EX-BECARIOS DE ALEMANIA

GREEN ENGINEERING / INGENIERA VERDE

PROGRAM / PROGRAMA Friday April 13, 2012 / Viernes 13 de abril de 2012. Teaching Center / Centro de Docencia* 08:00-08:30 Registration / Inscripcin 08:30-09:00 Opening ceremony /Ceremonia de Inauguracin Welcoming words from DAAD Regional Director for Mexico and Central America Central /

Palabras de bienvenida del Director Regional para Mxico y Amrica Central del DAAD, Dr. Hanns Sylvester

Official opening statement from the UNAM Faculty of Engineering Director representative / Inauguracin oficial por parte del Ing. Gonzalo Lpez de Haro, Secretario General de la Facultad de Ingeniera en representacin del Director de la Facultad de Ingeniera de la UNAM, Prof. M. en A. Jos Gonzalo Guerrero-Zepeda

09:00-09:45 Opening conference: Constructed Wetlands as a Green Technology / Conferencia inaugural: Humedales construidos o artificiales como una Tecnologa verde. Dr. Peter Kuschk, UfZ-Leipzig / Acadmico invitado del Centro de Estudios Ambientales de Leipzig

09:45-10:00 Questions and answers session / Sesin de preguntas y respuestas 10:00-10:15 Coffee break and Press reception / Receso para caf y entrevistas de prensa 10:15-12:00 First Round Table of Experts / Primera Mesa Redonda de Expertos. Moderator / Moderadora:

Dra. Georgina Fernndez, FI-UNAM 12:00-13:45 Second Round Table of Experts / Segunda Mesa Redonda de Expertos. Moderator /

Moderador: Prof. Dr. Felipe Lara, CCADET-UNAM 13:45-15:00 Brunch break / Tiempo para el almuerzo 15:00-16:45 Third Round Table of Experts. Moderator / Moderador: Prof. Enrique R. Baza-Rueda, Ph.D.,

FQ-UNAM / Tercera Mesa Redonda de Expertos. Prof. Enrique R. Baza-Rueda, Ph.D., FQ-UNAM

16:45-18:30 Fourth Round Table of Experts. Moderator / Moderadora: Dra. Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval, CCH Sur-UNAM / Cuarta Mesa Redonda de Expertos. Dra. Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval, CCH Sur-UNAM

18:30-19:15 Closing conference: Efficient use of the energy in the process industry - A sustainable option to reduce emissions of green house gases / Conferencia de clausura: Uso eficiente de la energa en la industria de proceso - Una opcin sustentable para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Prof. Enrique Rodolfo Baza-Rueda Ph.D. Department of Chemical Engineering, FQ-UNAM, Alexander von Humboldt Scholar / Departamento de Ingeniera Qumica, FQ-UNAM, Recipiendario de la Fundacin Alexander von Humboldt

19:15-19:30 Closing ceremony / Ceremonia de clausura y entrega de diplomas de participacin Closing declaration from German Embassy Scientific Attach Official in Mexico City /

Declaracin de clausura por parte del Agregado Cientfico de la Embajada de la RFA en la Ciudad de Mxico. Mr. / Sr. Hubertus von Rmer

19:30-20:00 Refreshments and non alcoholic drinks / Refrigerios y refrescos *College or Faculty of Engineering, University City (See enclosed map) / Cd. Universitaria (Ver mapa al final)

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THE TWELVE PRINCIPLES

OF GREEN

ENGINEERING1

LOS DOCE PRINCIPIOS DE

LA INGENIERA VERDE1

Green Engineering is an approach to engineering, design, and production based upon sustainability, minimum environmental impact and favorable economic and social aspects. Green engineering may be conducted within a framework of 12 principles:

La ingeniera verde es un acercamiento a la ingeniera, el diseo y la produccin basado en la sustentabilidad, el impacto mnimo al ambiente y los aspectos sociales y econmicos que sean ms favorables. La ingeniera verde puede conducirse dentro del marco de 12 principios:

1. Inherent sustainability and reduction of hazard.

2. Prevention more than treatment and/or remediation.

3. Easy separation. 4. Maximization of the efficiency in

the utilization of materials, energy, space, and time. This aspect of green engineering means that operations are performed with minimum consumption of materials and energy as rapidly as possible and in as little space as possible.

1. Sustentabilidad inherente y reduccin de la peligrosidad.

2. Prevencin ms que tratamiento y/o remediacin.

3. Separacin sencilla. 4. Maximizacin de la eficiencia en el

uso de los materiales, la energa, el espacio y el tiempo. Este aspecto de la ingeniera verde significa que las operaciones se realicen con el mnimo consumo de materiales y energa tan rpido como sea posible y en el menor espacio posible.

5. Driving processes by pulling

output: Using Le Chteliers principle to drive a process by

5. Uso de la fuerza motriz generada por la remocin de los productos: Uso del principio de Le Chtelier para dirigir

1 Introduccin a la qumica ambiental. Stanley E. Manahan. Coedicin UNAM-Editorial Revert. Mxico D.F. y Barcelona

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removing product rather than adding reactant. Just-in-time manufacturing in which product is made as needed by the consumer is an example of output-pushed processing.

6. Conservation of complexity.

un proceso sacando productos ms que agregando reactivos. Produccin justo-a-tiempo en la que el producto se manufactura cuando lo necesita el consumidor es un ejemplo de esto.

6. Conservacin de la complejidad.

7. Durability, but not immortality. 8. Meet the need without excess and

avoid overdesign. 9. Use of fewer kinds of materials.

7. Durabilidad pero no inmortalidad. 8. Cumplimiento de las necesidades

evitando sobrediseos. 9. Uso de menos tipos de materiales.

10. Utilization of available energy and materials.

11. Design for later use. 12. Maximization of the use of energy

and renewable materials rather than depleting resources.

10. Utilizacin de la energa y de los materiales disponibles.

11. Diseo para uso posterior. 12. Maximizacin del uso de energa y

materiales renovables ms que el uso de recursos no renovables.

GOAL:

META:

Applications from GREEN ENGINEERING to Mexico and other countries of the region to improve quality of life in an overall basis without affecting sustainability

Aplicaciones de la INGENIERA VERDE a Mxico y otros pases de la regin para mejorar la calidad de vida de manera holstica sin afectar la sustentabilidad

PRODUCT IN THE LONG TERM:

PRODUCTO EN EL LARGO PLAZO:

BOOK

LIBRO

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CONFERENCES AND ROUND TABLES /

CONFERENCIAS Y MESAS REDONDAS 09:00-09:45 Opening conference: Constructed Wetlands as a Green Technology /

Constructed Wetlands as a Green Technology / Conferencia inaugural: Humedales construidos o artificiales como una Tecnologa verde. Dr. Peter Kuschk*, UfZ-Leipzig / Centro de Estudios Ambientales de Leipzig (peter.kuschk@ufz.de), Hoang Nam Nguyen, Zhongbing Chen, Arndt Wiener, Shubiao Wu

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09:45-10:15 Receso / Coffee break 10:15-12:00 First Round Table of Experts. Moderator / Primera Mesa Redonda de Expertos.

Moderadora: Mrs. Prof. Dr.-Ing. Georgina Fernndez-Villagmez, FI-UNAM, DAAD Alumni

M I-1

Green engineering in the valorization of the wastewaters generated during the bio-etanol production / Ingeniera verde en la valorizacin de las aguas residuales generadas en la produccin de bio-etanol. Alejandra Castro-Gonzlez*, DAAD Alumni, UNAM, Faculty of Engineering / Facultad de Ingeniera, UNAM (alcastro@unam.mx), Mara del Carmen Durn-Domnguez-de-Baza, DAAD Alumni

23

M I-2

Process control for enhancing biopolymer production from wastewater / Control de procesos para mejorar la produccin de biopolmeros sintetizados de aguas residuales. Alejandro Vargas-Casillas*, DAAD Alumni, UNAM, Institute of Engineering / Instituto de Ingeniera, UNAM (AVargasC@iingen.unam.mx), Liliana Montao, Rodolfo Amaya

43

M I-3

Tensoactive agents (surfactants) use to improve the remediation procedures for contaminated soils / Uso de tensoactivos para mejorar la remediacin de suelos contaminados. Miguel ngel Ros-Enrquez*, DAAD Alumni, UV, Faculty of Chemical Sciences / Facultad de Ciencias Qumicas, UV, Coatzacoalcos (migrios@yahoo.com), J.A. Ros-Izquierdo, O. Guzmn-Lpez, M.C. Cuevas Daz

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12:00-13:45 Second Round Table of Experts. Moderator / Segunda Mesa Redonda de Expertos. Moderador: Prof. Dr. Felipe Lara Rosano, CCADET-UNAM, DAAD Alumni

M II-1

Construction and demolition wastes / Residuos de la construccin y demolicin. Constantino Gutirrez-Palacios*, DAAD Alumni, UNAM, Faculty of Engineering / Facultad de Ingeniera, UNAM (gupc@unam.mx)

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M II-2

Remediation of contaminated sites: Some examples / Revitalizacin de sitios contaminados: Casos de ejemplo. Luis Antonio Garca-Villanueva*, Georgina Fernndez-Villagmez*, DAAD Alumni, UNAM, Faculty of Engineering / Facultad de Ingeniera, UNAM (georginafernandez@cancun.fi-a.unam.mx)

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M II-3

Degradation of the herbicide atrazine by photo-Fenton processes at solar photocatalytic plant level / Degradacin del herbicida atrazina por medio de procesos foto-Fenton a nivel de planta solar fotocataltica. Antonio E. Jimnez-Gonzlez*, DAAD Alumni, UNAM, Center for Energy Research / Centro de Investigacin en Energa, UNAM (ajg@cie.unam.mx), Carlos Antonio Pineda-Arellano, Csar Prez-Franco, Eduardo Iragorri-Smano, Ana Gabriela Gutirrez-Mata, Ivn Salgado-Trnsito

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15:00-16:45 Third Round Table of Experts. Moderator / Tercera Mesa Redonda de Expertos.

Moderador: Prof. Enrique R. Baza-Rueda, Ph.D., FQ-UNAM, AvH Fellow M III-1

Effects on mango orchards of sulphur, niquel and vanadium emissions from a thermoelectric power plant at the Mexican Pacific coast / Emisiones de S, Ni y V de una central termoelctrica en la costa del Pacfico mexicano y su efecto en huertas de mango circundantes. Christina Siebe*, DAAD Alumni, UNAM, Institute of Geology / Instituto de Geologia, UNAM (siebe@unam.mx), Andrea Herre, Norma Fernndez-Buces

107

M III-2

Constructed wetlands for environmental education in senior high school system / Humedales artificiales para educacin ambiental en bachillerato. Mara-del-Refugio Gonzlez-Sandoval*, DAAD Alumni, UNAM, College for Sciences and Humanities South Campus / Colegio de Ciencias y Humanidades Plantel Sur, UNAM (cuquisgssast@yahoo.com.mx), Agustn Arregun-Rojas, Salvador-Alejandro Snchez-Tovar, Mara-del-Carmen Durn-Domnguez-de-Baza

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M III-3

Germination of Buchloe dactyloides and Cynodon dactylon on polluted soil with mining residues / Germinacin de Buchloe dactyloides y Cynodon dactylon en suelo contaminado con residuos mineros. Mara-Teresa Alarcn-Herrera*, DAAD Alumni, Center for Research in Advanced Materials / Centro de Investigaciones en Materiales Avanzados (teresa.alarcon@cimav.edu.mx), Mara-del-Rosario Delgado-Caballero, Alicia Melgoza-Castillo

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16:45-18:30 Fourth Round Table of Experts. Moderator / Cuarta Mesa Redonda de Expertos.

Moderadora: Mrs. Prof. Dr.-Ing. Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval, CCH Sur-UNAM, DAAD Alumni

M IV-1

Pesticides water contamination of the Irrigation District 011 in Mexicos Alto Ro Lerma / Contaminacin del agua por plaguicidas en el Distrito de Riego 011, Alto Ro Lerma de Mxico. Marisela Bernal-Gonzlez*, Special invitee, UNAM, Faculty of Chemistry / Facultad de Qumica, UNAM (marisela_bernal@hotmail.com, marisela_bernal2000 @yahoo.com.mx), Rosario Prez-Espejo, Carmen Durn-de-Baza, DAAD Alumni

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M IV-2

Use of carboxylesterases from Bacillus pumilus in biocatalysis for the production of industrial important compounds / Uso de carboxilesterasas de Bacillus pumilus en biocatlisis para la produccin de compuestos de inters industrial. Carolina Pea-Montes*, DAAD Alumni, UNAM, Faculty of Chemistry / Facultad de Qumica, UNAM (carpem72@yahoo.com), Eva Bermdez-Garca, Katia Ruiz-Noria, Nelson Cabrera-Salazar, Arturo Navarro-Ocaa, Amelia Farrs-Gonzlez

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M IV-3

Sulphur and metal transformation/fixation processes in constructed wetlands for wastewater treatment / El azufre y su efecto en los procesos de transformacin y fijacin de metales pesados en humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales. Peter Kuschk*, DAAD Expert, UfZ-Leipzig / Centro de Estudios Ambientales de Leipzig (peter.kuschk@ufz.de), Eva M. Seeger, Uwe Kappelmeyer, Arndt Wiessner, Diego Paredes

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18:30-19:15

Closing conference: Energy efficient use, strategy to reduce the climatic change negative effects: Industry and the reduction of green house gases emissions. / Conferencia de clausura: Uso eficiente de la energa, estrategia para reducer los efectos negativos del cambio climtico: La industria y la reduccin de emisiones de gases con efecto invernadero. Prof. Enrique Rodolfo Baza-Rueda, Ph.D. Department of Chemical Engineering, FQ-UNAM, Alexander von Humboldt Scholar / Departamento de Ingeniera Qumica, FQ-UNAM, Recipiendario de la Fundacin Alexander von Humboldt (erbr@unam.mx)

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Abril / April 13, 2012

FINAL REPORT INFORME FINAL

The German Academic Exchange Service, DAAD (in German), has granted financial and logistic support to organize Alumni events in important subjects to promote the interaction of the academic and industrial world with the society. With the active participation of more than 40 people, with the opening ceremony presided by Dr. Hanns Sylvester, Director of the DAAD Office for Mexico and Central America and by Dipl.-Ing. Gonzalo Lpez-de-Haro, representing Prof. M.A. Gonzalo Guerrero-Zepeda, Director of the UNAM Faculty of Engineering, the host institution for this Seminar.

El Servicio Alemn de Intercambio Acadmico, DAAD (en alemn), ha apoyado financiera y logsticamente la realizacin de seminarios de ex-alumnos en temas muy importantes para promover la interaccin del mundo acadmico e industrial con la sociedad. Con la participacin activa de ms de 40 personas, la ceremonia de inauguracin fue presidida por el Dr. Hanns Sylvester, Director de la Oficina del DAAD para Mxico y Centro Amrica y por el Ing. Gonzalo Lpez de Haro, en representacin del Prof. M.A. Gonzalo Guerrero-Zepeda, Director de la Facultad de Ingeniera de la UNAM, como entidad anfitriona.

The activities were focused to Green Engineering, as the third version of the Seminars carried out in March 2010 and April 2011, included the opening conference was delivered by Dr. Peter Kuschk, from the UfZ-Leipzig Halle, with the subject: Trends in the research for constructed wetlands for wastewater treatment. The closing key note conference Energy efficient use, strategy to reduce the climatic change negative effects: Industry and the reduction of green house gases was delivered by Prof. Enrique Rodolfo Baza-Rueda, Ph.D., from the Department of Chemical Engineering of the Faculty of Chemistry of the National Autonomous University of Mexico, and an Alexander von Humboldt fellow from the University of Heidelberg. The First Round Table participant was Mrs. Dr. Alejandra Castro-Gonzlez from the

Las actividades referentes a la Ingeniera Verde, siendo la tercera versin de los realizados en marzo de 2010 y en abril de 2011, incluyeron la conferencia inaugural impartida por el Dr. Peter Kuschk, del Centro de Estudios Ambientales de Leipzig-Halle, con el tema: Tendencias de la investigacin sobre humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales. La conferencia de clausura, impartida por el Prof. Dr. Enrique Rodolfo Baza-Rueda, del Departamento de Ingeniera Qumica de la Facultad de Qumica de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico y recipiendario de una beca de la Fundacin Alexander von Humboldt en la Universidad de Heidelberg, fue sobre: Uso eficiente de la energa, estrategia para reducir los efectos negativos del cambio climtico: La industria y la reduccin de emisiones de gases con efecto invernadero. Los participantes de las Mesas Redondas fueron la Dra. Alejandra Castro-Gonzlez, de la Facultad de

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UNAM Faculty of Engineering, who talked about the production of methane rich biogas from the production of bioethanol using sugarcane mills molasses. Dr. Alejandro Vargas-Casillas conference was related to process control for enhancing biopolymer production from wastewater. He belongs to the UNAM Institute of Engineering. Finally, Dr. Miguel ngel Ros-Enrquez from the Faculty of Chemical Sciences of the Veracruz University talked about the use of tensoactive agents (surfactants) to improve the remediation procedures for contaminated soils. The Moderator was Mrs. Prof. Dr. Georgina Fernndez-Villagmez from the UNAM Faculty of Engineering. The Second Round Table was moderated by Prof. Dr. Felipe Lara-Rosano, former director of the UNAMs Center for Applied Sciences and Technological Research, who last year (April 2011) gave a very interesting conference on the subject of green engineering from a systemic approach. The first speaker was Prof. Constantino Gutirrez-Palacios, M.S., from the UNAM Faculty of Engineering and his subject was about construction and demolition waste. Mrs. Prof. Dr.-Ing. Georgina Fernndez-Villagmez and her doctoral student Luis Antonio Garca-Villanueva, from the Faculty of Engineering presented a conference on Brownfields, that are real property, which expansion, redevelopment, or reuse may be complicated by the presence or potential presence of a hazardous substances, pollutants, or contaminants. Cleaning up and reinvesting in these properties protects the environment, reduces blight, and takes development pressures off greenspaces and working lands, giving some examples for Mexico. The third participation corresponded to Dr. Antonio E. Jimnez-Gonzlez from the UNAM Center for Energy Research and was

Ingeniera de la UNAM, quien habl sobre la produccin de biogs rico en metano a partir de los efluentes de las mieles finales de ingenios azucareros que producen bio-etanol. La conferencia del Dr. Alejandro Vargas-Casillas del Instituto de Ingeniera de la UNAM estaba relacionada con el control de proceso para potenciar la produccin de biopolmeros a partir de aguas residuales. Finalmente, el Dr. Miguel ngel Ros Enrquez, de la Facultad de Ciencias Qumicas de la Universidad Veracruzana habl del uso de tensoactivos (surfactantes) para mejorar los procesos de remediacin de suelos contaminados. La moderadora de la Mesa fue la Profa. Dra. Georgina Fernndez-Villagmez de la Facultad de Ingeniera de la UNAM. La Segunda Mesa Redonda fue moderada por el Prof. Dr. Felipe Lara-Rosano, ex-Director del Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnolgico de la UNAM, quien el ao pasado (Abril de 2011) imparti una interesante conferencia sobre el tema de la ingeniera verde desde el punto de vista sistmico. El primer conferencista fue el Prof. y M. en C. Constantino Gutirrez-Palacios, de la Facultad de Ingeniera de la UNAM, y su tema fue sobre los residuos de la construccin y la demolicin. La Profa. Dra. Georgina Fernndez-Villagmez de la Facultad de Ingeniera de la UNAM y su estudiante doctoral Luis Antonio Garca-Villanueva, presentaron una conferencia sobre los llamados en ingls terrenos oscuros o pardos, que es una definicin dada por la EPA de EEUU para aquellas propiedades cuya expansin, desarrollo o reutilizacin pueden verse complicados por la presencia de sustancias peligrosas o contaminantes. La limpieza y rehabilitacin de estas propiedades protege el ambiente, reduce los daos a la vegetacin y quita presin sobre la posible construccin de edificaciones sobre reas verdes y reas agrcolas, dando algunos ejemplos para Mxico. La tercera participacin fue del Dr. Antonio E. Jimnez-Gonzlez del Centro de Investigacin en

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focused to the degradation of the herbicide atrazine by photo-Fenton processes at a solar photocatalytic pilot plant level.

Energa de la UNAM y se refiri al tratamiento del herbicida atrazina usando un sistema solar fotocataltico a escala piloto con Fenton.

The Third Round Table was moderated by Prof. Dr. Enrique Rodolfo Baza-Rueda, who as mentioned before was an Alexander von Humboldt Scholarship recipient, former Director of the Faculty of Chemistry and former Coordinator of UNAMs Graduate Studies. The first speaker was Mrs. Dr. Christina Siebe-Grabach from the UNAMs Institute of Geology and her talk was about the effects on mango orchards of sulphur, niquel and vanadium emissions from a thermoelectric power plant at the Mexican Pacific coast. From the UNAMs College of Sciences and Humanities, Mrs. Prof. Dr.-Ing. Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval gave an interesting point of view on the constructed wetlands for environmental education in the senior high school system within the scope of the green engineering. The last conference in this Round Table was delivered by Mrs. Dr. Mara-Teresa Alarcn-Herrera, from CIMAV Chihuahua, who talked about germination of Buchloe dactyloides and Cynodon dactylon on polluted soil with mining residues.

La Tercera Mesa Redonda fue moderada por el Prof. Dr. Enrique Rodolfo Baza-Rueda, quien como ya se mencion, fue recipiendario de una beca de la Fundacin Alexander von Humboldt en la Universidad de Heidelberg y forma parte del Departamento de Ingeniera Qumica de la Facultad de Qumica de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico y Coordinador de Estudios de Posgrado de la UNAM. La primera conferencista fue la Dra. Christina Siebe-Grabach del Instituto de Geologa de la UNAM. Su pltica fue sobre los efectos del azufre, el vanadio y el nquel emitidos por una planta termoelctrica sobre huertos de mango en la costa del Pacfico mexicano. Del Colegio de Ciencias y Humanidades Plantel Sur de la UNAM, la Profa. Dra.-Ing. Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval ofreci un punto de vista muy interesante sobre el uso de humedales artificiales para la educacin ambiental del nivel de enseanza media superior en el mbito de la ingeniera verde. La ltima conferencia de esta mesa redonda fue la de la Dra. Mara-Teresa Alarcn-Herrera, del CIMAV de Chihuahua, quien habl sobre la germinacin de dos pastos, Buchloe dactyloides y Cynodon dactylon en suelos contaminados con residuos mineros.

Within the Fourth Round Table the first speaker was Mrs. Dr.-Ing. Marisela Bernal-Gonzlez, from the UNAM Faculty of Chemistry, who talked about pesticides water contamination of the Irrigation District 011 in Mexicos Alto Ro Lerma. Then, Mrs. Dr. Carolina Pea-Montes, also from the UNAM Faculty of Chemistry presented the use of carboxylesterases from Bacillus pumilus in biocatalysis for the production of industrial important compounds. The third speaker was Dr. Peter Kuschk, from the UfZ-Leipzig Halle,

En la Cuarta Mesa Redonda, la Dra.-Ing. Marisela Bernal-Gonzlez, de la Facultad de Qumica de la UNAM, fue la primera conferencista y habl sobre la contaminacin del agua por plaguicidas en el Distrito de Riego 011 en el Alto Ro Lerma de Mxico. Despus, la Dra. Carolina Pea-Montes, tambin de la Facultad de Qumica de la UNAM habl sobre el uso of carboxilesterasas de Bacillus pumilus en biocatlisis para la produccin de compuestos de importancia industrial. El tercer conferencista fue el Dr. Peter Kuschk, from the UfZ-Leipzig Halle, con una pltica sobre el azufre y

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with the subject: Sulphur and metal transformation/fixation processes in constructed wetlands for wastewater treatment. The Round Table was moderated by Mrs. Prof. Dr.-Ing. Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval, from UNAM CCH Sur.

los procesos de fijacin/transformacin en sistemas de humedales artificiales para tratamiento de aguas residuales. La Mesa Redonda fue moderada por la Mrs. Prof. Dr.-Ing. Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval, del CCH Sur de la UNAM.

The closing ceremony was presided by the three organizers, Mrs. Georgina Fernndez-Villagmez, Mrs. Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval, and Mrs. Mara del Carmen Durn-de-Baza with the honorable presence of Mr. Hubertus von Rmer, Scientific Attach from the German Embassy in Mexico City.

La ceremonia de clausura fue presidida por las tres organizadoras, las Dras. Georgina Fernndez-Villagmez, Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval y Mara del Carmen Durn-de-Baza, acompaadas por la honorable presencia del Agregado Cientfico de la Embajada de la RFA en Mxico, el Sr. Hubertus von Rmer.

Profa. Dra.-Ing. Mara del Carmen Durn-de-Baza, Facultad de Qumica, UNAM

Profa. Dra. Georgina Fernndez-Villagmez, Facultad de Ingeniera, UNAM

Profa. Dr.a Mara del Refugio Gonzlez-Sandoval, Colegio de Ciencias y Humanidades, UNAM

Responsables del Tercer Seminario Internacional sobre Ingeniera verde

Responsible persons of the Third International Seminar on Green Engineering

Abril/April 13, 2012

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CONFERENCIA INAUGURAL / OPENING CONFERENCE

Constructed Wetlands as a Green Technology

Humedales construidos o artificiales como una Tecnologa verde

Dr. Peter Kuschk*

UfZ-Leipzig / Centro de Estudios Ambientales de Leipzig (peter.kuschk@ufz.de)

Hoang Nam Nguyen, Zhongbing Chen, Arndt Wiener, Shubiao Wu

La presentacin se encuentra adjunta en un archivo tipo .pdf

Presentation is enclosed in a pdf file

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M I-1

Ingeniera verde en la valorizacin de las aguas residuales generadas en la produccin de bio-etanol

Green engineering in the valorization of the wastewaters generated during the bio-etanol production

Castro-Gonzlez, Alejandra*, Durn-Domnguez-de-Baza, Mara del Carmen**

*Facultad de Ingeniera, Universidad Nacional Autnoma de Mxico. Ciudad Universitaria, D.F., Mxico

**Laboratorios de Ingeniera Qumica Ambiental y de Qumica Ambiental, Departamento de Ingeniera Qumica, Facultad de Qumica, Universidad Nacional Autnoma de Mxico. Ciudad Universitaria,

D.F., Mxico Correos electrnicos: alcastro@unam.mx; mcduran@unam.mx

RESUMEN La produccin de etanol por mtodos biolgicos implica la generacin de un subproducto, las vinazas provenientes de la primera torre de destilacin. La composicin qumica de las vinazas es hasta hoy es desconocida y no fcil de degradar por sistemas biolgicos. Entre los compuestos que crean problemas durante la biodegradacin estn los sulfatos, en promedio de 15,000 mg/L, as como sus contenidos de materia orgnica, medida como demanda qumica de oxgeno soluble (DQOs), de alrededor de 120,000 mg/L (las aguas negras tienen entre 600 y 800 mg/L). Con objeto de darle un valor agregado, convirtiendo el proceso de produccin de alcohol en una tecnologa verde, se plante la transformacin de estos compuestos orgnicos en biogs rico en metano. La degradacin de las vinazas se alcanz en un reactor anaerobio de lecho de lodos de flujo ascendente (RALLFA) a escala de banco a condiciones mesoflicas (35C). El reactor oper en un intervalo de tiempos de residencia hidrulicos, TRH, de 1 a 10 das conservando una carga orgnica volumtrica de alrededor de 10 kgDQO/m3da durante 600 das. El proceso consisti en alimentar al reactor anaerobio con vinaza diluida con agua de la llave al 10% e ir incrementando la concentracin hasta alcanzar alimentar 100% vinaza sin diluir. La adaptacin no fue fcil. La eficiencia encontrada al alimentar 10% y 100% vinaza sin diluir fue de 0.25 y 0.35 m3 biogs/kgDQOremovida, con una productividad de metano de 18 y 25 LCH4/d, respectivamente, con un porcentaje de remocin promedio de DQO durante todo el proceso del 65%. Los resultados demostraron que la biodegradacin de las vinazas fue aceptable a pesar de los problemas de adaptacin del proceso. Tomando los datos obtenidos en esta investigacin puede decirse que, para una planta de etanol, considerando una produccin unitaria de 1 m3/d, generando 10 m3/d vinazas, se tendran100 kg de DQO y con ellos 35 m3 biogs/d y 2.5 m3 CH4/d. ABSTRACT Ethanol production using biological methods implies the generation of a by-product, vinasses from the first distillation tower. Chemical composition of vinasses is currently unknown, and difficult to degrade using biological systems. Among the compounds that become a problem upon biodegradation are sulfates, with average composition of 15,000 mg/L, as well as the organic compounds, that measured as soluble chemical oxygen demand (CODs), are around 120,000 mg/L (domestic sewage is around 600-800 mg/L). To find an added value to vinasses transforming etanol production in a greener technology, these organic compounds may be converted into methane-rich biogas. Using a bench scale upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB-R) at mesophilic conditions (35C), and operating at different hydraulic residence times, HRT, from 1 to 10 days preserving the volumetric organic load around 10 kgCODs/m3day during 600 days it was possible to adapt the anaerobic biomass to this effluents. The process included the initial dilution of the anaerobic reactor vinasses using tap water (from 10% up to 100% vinasses). Adaptation is difficult. Biogas production from 10 to 100% vinasses was 0.25 to 0.35 m3 biogas/kgCODs removed, with methane contents from 18 to 25 L CH4/d, respectively, anda n overall CODs

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removal of 65%. Results demonstrated that vinasses biodegradation is acceptable in spite of the adaptation problems confronted. Taking the data obtained in this research it can be said that an ethanol production plant, considering a unit production of 1 m3/d, generating 10 m3/d vinasses, may have around 100 kg CODs and with these organics produce 35 m3 biogss/d and 2.5 m3 CH4/d. Palabras clave: Vinazas, RALLFA, mesofilia, proceso anaerobio Key Words: Vinasses, UASB reactor, mesophilia, anaerobic process INTRODUCCIN El etanol se produce a partir de la fermentacin2 de productos agrcolas como los de la caa, maz, trigo, remolacha, yuca, entre otros cultivos (Brethauer y Wyman, 2010). La mayora de la produccin de etanol a nivel mundial proviene de la caa, principalmente en Brasil y de maz en los Estados Unidos. Los dos pases juntos producen 35.4 millones de metros cbicos y representan el 72% de la produccin mundial (EIA, 2008). En Mxico, se cultivan aproximadamente 50 millones de toneladas mtricas de caa, para una produccin de 5.8 millones de TM de azcar y 1.8 millones de TM de melazas (zafra 2004/05); uno de cuyos destinos finales es precisamente la produccin de alcohol de distintas calidades. En aos recientes, se han instalaron en dos destileras de ingenios azucareros, columnas deshidratadoras, para la obtencin de alcohol anhidro, mejor conocido como etanol, para uso como carburante asociado a las gasolinas convencionales (Enrquez-Poy, 2007). El uso de etanol como combustible en vehculos ha incrementado la incertidumbre sobre su sustentabilidad y sus consecuencias negativas y positivas. Los impactos negativos de la produccin a gran escala de etanol a partir de caa o de cualquier insumo agrcola, pueden ocasionar destruccin o dao a los ecosistemas, deforestacin, degradacin o dao a los suelos por el uso de fertilizantes qumicos ; contaminacin de recursos acuferos por generacin de aguas residuales, competencia entre la produccin de alimentos y de combustible, disminuyendo la seguridad alimentaria y promoviendo el deterioro de las condiciones laborales en el campo (Goldemberg et al., 2008). En lo que se refiere a la generacin de aguas residuales por la produccin de etanol, la corriente ms importante es la derivada de la destilacin de los mostos fermentados para incrementar las concentraciones de alcohol etlico de 10 a 95%. En la primera columna de los trenes de destilacin es donde se separan los residuos de la fermentacin y a esta corriente se le llama vinaza (por denominar al mosto fermentado vino). En Mxico, por ejemplo, por cada litro de alcohol etlico producido a partir de melazas de la caa de azcar se generan entre 10 y 12 litros de vinazas. As, se estima que en Mxico, con la produccin de 70,000 m3/ao de alcohol se generan 840,000 m3/ao de vinazas (Jimnez y col., 1995). La produccin de tequila (55% de alcohol) en Mxico para el 2008 fue de 227 millones de litros y por lo tanto, se produjeron 2,270 millones de litros de vinazas de tequila (Lpez-Lpez y col., 2010).

2 La fermentacin fue descubierta por Louis Pasteur y l mismo le puso el nombre de fermentacin, del latn fermentare,

fermentatio, feermentationis, producir etanol a partir de azcar. sta es la verdadera fermentacin y no la nueva definicin de fermentar, segn el diccionario de la lengua espaola: Dicho de los hidratos de carbono: Degradarse por accin enzimtica, dando lugar a productos sencillos, como el alcohol etlico (http://www.rae.es)

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Las vinazas representan el ms importante impacto ambiental por sus altas concentraciones de compuestos orgnicos e inorgnicos que, medidos como demanda qumica de oxgeno, pueden ser de 70,000 a 120,000 mg DQO/L. Salen de la torre de destilacin a temperaturas entre 70 y 80C y sus valores de pH estn entre 4 a 5, ya que los caldos de cultivo de la levadura Saccharomyces cerevisiae son acidificados con cido sulfrico para evitar la proliferacin de otros microorganismos oportunistas durante la fermentacin. Estas propiedades de las vinazas pueden cesar la capacidad de purificacin natural de los cuerpos receptores acuferos o alterar la composicin de los suelos (Garca y col., 1997). Para reducir la cantidad de contaminantes orgnicos en las vinazas algunos de los procesos estudiados son la remocin de partculas por mtodos qumicos (Pea y col., 2003), tratamientos aerobios (Cibis y col., 2011), composta (Daz y col., 2002), tratamientos anaerobios (Satyawali y Balakrishnan, 2008), degradacin fotocataltica (Santana et al., 2008) y combustin (Bhandari y col., 2004). La degradacin anaerobia es un proceso comercialmente establecido y uno de los que genera biogs rico en metano que es susceptible de convertirse en energa elctrica como una energa renovable a partir, en este caso, de un subproducto de la produccin del ahora llamado bio-etanol. MATERIALES Y MTODOS Reactor anaerobio Se utiliz un reactor anaerobio de lecho de lodos de flujo ascendente (RALLFA), de forma cilndrica, con un volumen de trabajo de 10 L (Figura 1), construido previamente para otra investigacin (Casarrubias y Hernndez, 1996). El RALLFA es un tubo cilndrico de acrlico de 10.16 cm de dimetro interno y 128.75 cm de longitud. El reactor tiene una chaqueta envolvente de acrlico de 15.24 cm de dimetro interno y 65 cm de longitud, colocada a 15 cm de la parte inferior y 45 cm por abajo de la parte superior del tubo de acrlico interno, con la finalidad de recircular agua caliente para mantener la temperatura de operacin a 35C. El agua caliente proviene de un bao mara automtico con controlador de temperatura marca Grant (0-150 0.004C) de 14 litros de volumen. Para la alimentacin del influente al reactor se emplea un motor de 1-100 rpm marca Cole-Parmer y una bomba de tipo peristltico marca Masterflex con una lnea L/STM 13. En la parte superior del RALLFA est colocado un separador gas-lquido construido con un embudo y una mampara de plstico, el primero ubicado aproximadamente a 55 con respecto de la horizontal, separando el efluente del biogs y reteniendo la biomasa que pudiera arrastrarse por las burbujas ascendentes del biogs. El biogs se colecta en un medidor de gas marca Precision Petroleum Instruments para pruebas de humedad alta y mediciones hasta 680 L/h, Modelo Wet Test Meter. El efluente del reactor anaerobio descarga a un sedimentador secundario de 16 L de volumen, construido de acrlico en forma cilndrica y de fondo cnico. El sedimentador posee una recirculacin de lodos anaerobios recolectados en el sedimentador, al lecho de lodos del RALLFA. Inculo El volumen de inculo de los reactores anaerobios debe ser de un 30% del volumen de trabajo de reactor (Hulshoff Pol, 1987). Por tanto, el reactor se inocul con 4 L, de biomasa de una planta anaerobia que trata aguas residuales provenientes de una industria cervecera que representa el 40% de su volumen total.

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Figura 1 Reactor anaerobio UASB empleado para la adaptacin de un inculo anaerobio a vinazas

El inculo estaba adaptado para tratar aguas residuales con 2,000 mgDQOt/L en el influente. Las vinazas tienen una concentracin de DQOt de 90,000 a 125,000 mg/L, por lo que para el inicio de la etapa de adaptacin, se diluyeron las vinazas a un 10% con agua residual de la planta cervecera. Las vinazas y aguas residuales de la cervecera que fueron utilizadas para la realizacin de esta fase se mantuvieron en recipientes cerrados de cloruro de polivinilo, almacenados a 4C. Los cambios de dilucin fueron 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 80, 90%, hasta llegar a alimentar 100% vinazas. Mtodos cromatogrficos Las mediciones de los gases CH4, CO2 y H2S se realizan en un cromatgrafo de gases Perkin Elmer Autosytem GC. Con una columna Gas-Pro 0.32mm DI x 30m utilizando un detector de conductividad

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trmica, DCT a 150C para CH4, CO2 y H2S, y de ionizacin de flama, DIF a 150C para CH4. Horno 30C por 3 minutos, 45C/min hasta 100C. Parmetros de control La medicin de la alcalinidad permite detectar una posible desestabilizacin en el reactor. El mtodo propone la utilizacin de la relacin de volmenes de cido gastados en la titulacin de la alcalinidad de la muestra a valores de pH de 5.75 y 4.3. El mtodo de titulacin propuesto por Jenkins y col. (1991), lleva la valoracin hasta un pH de 5.75. A este valor de pH se titula el 80% de HCO3

_ y

solamente se cuantifica el 6% de las sales de cidos orgnicos dbiles, lo cual introducir un error relativo pequeo. Por lo tanto, la diferencia entre el volumen gastado para la titulacin de la muestra hasta un pH de 4.3, menos el volumen gastado hasta un pH de 5.75 ser el volumen consumido por los AGV presentes. Este mtodo propone emplear la relacin de estos volmenes (Alc4.3-Alc5.75)/Alc4.3 como parmetro de control. Un sistema tendr una excelente capacidad amortiguadora cuando esta relacin () tiene un valor cercano a 0.20. Tericamente, para reactores anaerobios, el valor mximo que debiera alcanzar este parmetro es de 0.40, que representara un 60% en su capacidad amortiguadora; sin embargo, a nivel prctico se ha encontrado que este valor es menor. En trabajos de control de RALLFA por este sistema, se ha encontrado que por encima de 0.35 el sistema presenta condiciones de acidificacin (Rojas-Chacn, 1988a). Otros parmetros de control son las producciones de metano y CO2, remocin de DQO debido a que en desequilibro del sistema, la lnea de transformacin de materia orgnica a metano disminuye y aumenta la produccin de CO2. En desequilibrio del sistema la remocin de materia orgnica disminuye por la desestabilizacin microbiana. Seguimiento analtico Para determinar la DQO se emple un micro-mtodo colorimtrico (Oaxaca-Grande, 1997). La evaluacin se realiza solamente para la DQO soluble, separando el material suspendido por centrifugacin a 5,000 rpm y empleando solamente el sobrenadante. El N, C y S totales se determinan mediante un analizador elemental Carlo Erba, modelo EA 1110. Las pruebas se basan en la medicin de los gases obtenidos a partir de la calcinacin de la muestra a 1000C. Los gases generados pasan a travs de una columna que los separa, para despus cuantificarse, de acuerdo con el procedimiento establecido por Cruz e Iriarte (1998). Una correlacin para vinazas de DQO-carbono total se hizo en la presente investigacin conformando ms de 100 datos. La Figura 2 muestra la correlacin. La ecuacin de esta correlacin es la siguiente:

gDQO/L = (28.161) (%C en las vinazas) + 2.2875 (1) Otros parmetros como pH, temperatura, slidos en todas sus formas (slidos totales, fijos y voltiles, tanto suspendidos como disueltos) evaluados por el mtodo gravimtrico y los iones sulfato (mtodo

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gravimtrico con ignicin del residuo) se obtienen empleando los mtodos normalizados para el anlisis de aguas potables y residuales (APHA, 1985).

y = 28.161x + 2.2875R2 = 0.936

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

% de carbono

gDQ

O/L

Figura 2. Correlacin de mgDQO/L versus % de carbono total para vinazas

RESULTADOS Y DISCUSIN Caracterizacin fsico-qumica La Tabla 1 presenta el anlisis fsico-qumico promedio que se analizaron de las vinazas y de las aguas residuales de la cervecera que se utilizaron como alimentacin al reactor. La mezcla de alimentacin para el reactor se compuso de una dilucin de las vinazas con aguas cerveceras donde fue obtenido el inculo. De esta forma, la biomasa anaerobia adaptada a aguas cerveceras recibi gradualmente vinazas y por tanto, adaptndose a ellas. Puede observase en la Tabla 1 que las aguas cerveceras poseen un pH mayor al de las vinazas, por lo que se pens que al realizar la mezcla para la adaptacin del inculo tendran la capacidad de amortiguar la acidez de las vinazas. Pero esto no ocurri, fue necesario adicionar una mezcla de agentes neutralizantes (421 mgCa/L y 1,200 mgNaHCO3/L). Al agregar la frmula qumica, la relacin de alcalinidad se redujo de 0.3-0.4 a 0.1-0.2, pero el valor de pH de la alimentacin sigui descendiendo conforme se aumentaba la proporcin de vinaza. El procedimiento anterior ofreci resultados adecuados, ya que la operacin no present acidificacin lo cual fue verificado por mediciones de un pH cercano al neutro del efluente, estabilidad en la produccin de metano y una relacin de alcalinidad alrededor de 0.2. Previo al arranque del RALLFA se realiz una caracterizacin del inculo (Tabla 2) para establecer los parmetros de arranque. La actividad metanognica que debe poseer el lodo usado como inculo debe estar entre 0.5 y 4 kgDQO-CH4/kgSSVda. De acuerdo con la actividad metanognica obtenida fue de 0.86 kgDQO-CH4/kgSSVda (Tabla 2), no hubo problema para iniciar el arranque con un tiempo de residencia hidrulica (TRH) de 1 da y una concentracin en el influente de 10,000 mgDQOt/L.

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Los otros parmetros presentados en la Tabla 1 y 2, como los slidos totales fijos (STF) pueden representar indirectamente la materia inorgnica presente en el inculo. Los STF puede representar la concentracin de materia inorgnica o inerte de la cual, los microorganismos anaerobios estn adheridos para formar matrices, lo cual, comnmente es una caracterstica de la biomasa anaerobia (Zehnder, 1988). En la Tabla 3 se muestra las caractersticas del inculo antes del experimento comparados con los resultados del trabajo de Elmitwallia y Otterpohlb (2007), que es un lodo disperso, poco denso para tratamiento de aguas residuales domsticas.

Tabla 1. Caractersticas fsico-qumicas de las vinazas y aguas residuales de una cervecera almacenadas a 4C

PARMETRO VINAZAS Promedio

AGUAS DE CERVECERA

Promedio Valor de pH 4.34 6.21

Slidos totales, g/L 72.16 1.47 Slidos suspendidos totales, g/L 9.50 0.70

Slidos disueltos totales, g/L 62.66 0.77 Slidos totales voltiles, g/L 47.25 0.93

Slidos suspendidos voltiles, g/L 6.11 0.26 Slidos disueltos voltiles, g/L 41.14 0.67

Slidos totales fijos, g/L 24.91 0.54 Slidos suspendidos fijos, g/L 3.39 0.44

Slidos disueltos fijos, g/L 21.52 0.10 Demanda qumica de oxgeno total, g/L 90-120 2.70

Demanda qumica de oxgeno soluble, g/L 87-90 1.70 Sulfatos, g/L 15 0.10

Nitrgeno, g/L 1.88 1.05 Carbono, g/L 60.96 3.36

Slidos sedimentables, mL/L 1.0 n.d. Fosfatos, g/L 1.25 n.d.

Grasas y aceites, mg/L 2 n.d. Fsforo, mg/L 150 n.d. Calcio, mg/L 2,960 n.d.

Magnesio, mg/L 1,370 n.d. Sodio, mg/L 310 n.d.

Potasio, mg/L 2,550 n.d. n.d., no determinada

Parmetros de control y arranque del reactor En la Tabla 3 se muestran los parmetros operacionales usados en esta investigacin, excepto las cargas orgnicas msica y volumtrica que son 10 veces mayores que las recomendadas. La concentracin sealada por los autores para influente del reactor es de 1,000 mgDQO/L y la aplicada en esta investigacin fue de 10,241 mgDQO/L, se decidi usar un factor de 10 como resultado de la vinaza diluida al 10%. An con la diferencia de concentracin a alimentar, la operacin no present ningn problema de desequilibrio anaerobio o sobrecarga. Por ello, puede recomendarse para futuras investigaciones, cuando el tratamiento anaerobio se aplique a sustratos de alta concentracin de DQO que se consideren las cargas msica y volumtrica como factores directamente proporcionales de escalamiento.

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Tabla 2. Caractersticas fsico-qumicas de la biomasa anaerobia para inocular el RALLFA para la adaptacin a vinazas a condiciones mesoflicas

PARMETRO

VALOR obtenido en este

trabajo

Trabajo de Elmitwallia y

Otterpohlb (2007)Valor de Ph 7.19 -

Slidos totales, g/L 114.8 - Slidos suspendidos totales, g/L 67.6 -

Slidos totales voltiles, g/L 91.65 14.1 Slidos suspendidos voltiles, g/L 31.30 -

Slidos totales fijos, g/L 47.20 Demanda qumica de oxgeno, g/L 105.21 29.61

Nitrgeno, mg/g lodo anaerobio 37.71 - Carbono, mg/g lodo anaerobio 238.04 -

Actividad metanognica gDQO-CH4/gSSVda 0.86 0.28 Digestibilidad %kgDQO/kgDQO 41 12

STV/ST % 79.8 55 DQO/STV mg/mg 1.15 2.1

Las desviaciones estndar estn entre parntesis Tabla 3. Parmetros operacionales recomendados y usados en este trabajo para arranque de reactores anaerobios UASB

Parmetro

Recomendado (Lettinga y col., 1982; Salkinoja y col., 1983;

Hulshoff y col., 1986; Hulshoff-Pol, 1987; Wu y col., 1988; Souza y col., 1992)

Obtenido para vinaza dluidas al 10% en este

trabajo

Concentracin del inculo 12 a 15 kgSSV/m3reactor inculo concentrado

6 kgSSV/m3reactor inculo diluido 15 kgSSV/m3reactor

Temperatura 35 a 40C 35C

Vasc velocidad ascendente

0.125 m/h a 0.3 m/h 0.25 m/h para lodo disperso 1 a 2 m/h para lodo floculento 5 m/h para lodo granular

0.0988 m/h

TRH 24 h los primeros 20 das de operacin 24 h BX carga orgnica msica 0.05 a 0.1 kgDQO/kg SSVda 0.65 kgDQO/kgSSVda

BV carga orgnica volumtrica 1 kgDQO/m3da 10.24 kgDQO/m3da Concentracin de DQO en el

influente del reactor 1,000 mgDQO/L 10,241 mgDQO/L

Eficiencia Los parmetros operacionales fueron cambiando durante los 600 das de la operacin del reactor anaerobio hasta alimentar vinazas sin diluir. En la Tabla 4 puede observarse que se fue aumentando el tiempo de residencia conforme se fue incrementando vinaza en la alimentacin con una carga orgnica volumtrica alrededor de 10 kgDQO/m3da.

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Tabla 4. Parmetros operacionales del arranque del RALLFA en los 600 das de experimentacin

% v

inaz

a

pH in

fluen

te

pH e

fluen

te

Tie

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aci

n,

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TRH

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d C

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biom

asa

kgSS

V/m

3 rea

ctor

10 6.4 8 25 1 10,241 0.07 18 13 2.0 0.25 0.65 71 10.24 0.099 0.65 15.6

15 6.3 8.1 55 1.5 15,344 0.07 18 12 1.9 0.24 0.64 72 10.23 0.066 0.65 18.9 25 6.3 8 85 2.1 21,497 0.07 19 12 2.0 0.26 0.68 72 10.23 0.047 0.65 19.2 30 6.2 8 120 3 23,556 0.05 14 8 1.3 0.27 0.71 66 7.85 0.033 0.50 19.8 35 6.1 8.1 145 4 25,478 0.04 11 6 1.0 0.26 0.68 67 6.37 0.025 0.41 20.4 40 6 8 200 4.5 35,473 0.05 13 6 1.1 0.26 0.67 64 7.22 0.022 0.46 21.3 45 5.8 8 235 5 43,315 0.05 13 7 1.0 0.25 0.66 60 8.66 0.020 0.55 21.2 50 5.8 8.1 270 5.2 54,101 0.06 18 9 1.4 0.28 0.74 61 10.41 0.019 0.67 20.9 55 5.7 8 295 5.4 56,450 0.06 19 9 1.4 0.30 0.78 61 10.45 0.018 0.67 21 60 5.6 8 330 6 62,412 0.07 18 8 1.3 0.27 0.71 64 10.4 0.017 0.67 20.8 70 5.4 8 364 6.5 65,444 0.06 19 8 1.3 0.30 0.80 62 10.06 0.015 0.64 22.3 80 5.3 8 398 6.8 68,961 0.06 21 9 1.5 0.34 0.89 61 10.14 0.015 0.65 22.7 85 5.1 8.1 420 7.1 77,109 0.07 22 9 1.4 0.33 0.86 62 10.86 0.014 0.69 22.9 90 4.9 8 450 8 96,463 0.07 23 9 1.4 0.31 0.81 62 12.05 0.012 0.77 23 100 4.9 8 500 10 115,319 0.07 24 9 1.4 0.34 0.89 61 11.53 0.010 0.74 23.1 100 4.9 8.1 600 10 117,256 0.07 25 9 1.5 0.35 0.92 61 11.72 0.010 0.75 23.3

Esta estrategia obedeci a lo observado experimentalmente. Si se aumentaba la carga orgnica sin aumentar el tiempo de residencia, la eficiencia de conversin de los compuestos carbonosos a metano y la remocin de DQO decrecan. El aumento en el TRH se daba hasta reestablecer la eficiencia de remocin de DQO, tomando como valor lmite el de 60-70%. El porcentaje de remocin nunca pudo ser superior a 60-70%, an proporcionando en la operacin valores de TRH ms altos. En la Tabla 5, se muestran estos valores de TRH para cada etapa. Asimismo, dado que la carga orgnica volumtrica depende del TRH y de la concentracin de DQO alimentada, puede verse que estos cambios en el TRH derivan en cargas orgnicas volumtricas que permanecen relativamente constantes durante todo el lapso de estabilizacin. Solamente cuando se aliment entre 30 y 45% de vinazas se tuvieron valores menores de 10 kgDQO/m3da. Otros investigadores tambin observaron este valor (Yu y col., 1998; Prez y col., 2001; Patel y Madamwar, 2002; Rodrguez-Martnez y col., 2002). En esta ltima referencia, los autores obtuvieron porcentajes de remocin de DQO y porcentaje de metano en el

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biogs cada vez menores conforme aumentaban la carga orgnica volumtrica de 4 a 22 kgDQO/m3da (remocin de DQO de 92 a 75% y de metano en el biogs de 75 a 60%, respectivamente). En la misma Tabla 4 puede observarse un aumento entre la concentracin de la biomasa al inicio y al final de la operacin de adaptacin. Esto fue debido a que, conjuntamente con la biomasa sintetizada captada por el sedimentador secundario y retornada al lecho de lodos del reactor, se introdujeron lodos anaerobios nuevos para reestablecer la biomasa perdida que no pudo ser recobrada en el sedimentador. El lodo anaerobio se incrementa 0.05 kg/kgDQO degradada concordando con lo consultado en la literatura (Lettinga y col., 1982). La biomasa anaerobia elutriada por el efluente del reactor se recolect en el sedimentador secundario. Conforme la concentracin de DQO en el influente iba incrementndose se manifest un fenmeno de ruptura de los flculos anaerobios con la consiguiente reduccin de su densidad y su escape en el efluente del reactor (elutriacin). Esto provoc que la relacin de la concentracin de slidos del efluente con respecto a la concentracin de slidos del influente fuera, en ocasiones, mayor (en todas las formas de slidos). Algunas veces, los slidos totales de salida eran 1.5 veces mayores que los del influente. Lo mismo se observ cuando se increment la proporcin de vinaza al 20% y, al llegar a 50% de vinaza, fue de 5 veces mayor en el efluente y, con 100% vinaza, la relacin fue de 10 veces mayor en el efluente. Por tanto, la DQO se determin como DQO soluble para evitar la interferencia de slidos elutriados en el efluente del reactor. Uno de los problemas del tratamiento anaerobio de las vinazas es la prdida de lodo anaerobio por el efluente (Prez y col., 1997). El contenido de fenoles en las vinazas afecta la granulacin de la biomasa ya que los compuestos fenlicos tienden a ser txicos y los resultados de esta toxicidad involucran lentamente una prdida de actividad biolgica anaerobia. La toxicidad se atribuye a dos causas: 1) Penetracin de los compuestos fenlicos en las bacterias a travs de la membrana celular (Field, 1989) y 2) Facilidad de los compuestos fenlicos por interactuar con protenas de las membranas celulares (Haslam, 1974). A lo largo de los 600 das requeridos para tener un reactor alimentado con vinazas sin diluir hubo solamente una desestabilizacin del sistema cuando se aliment a 35% de vinazas. El equilibrio se recobr al cabo de 48 horas al reinocular el equivalente al lodo perdido en el efluente por medio de la recoleccin de la biomasa en el sedimentador. Adems, se redujo el flujo a un 25% menor al correspondiente. Su reestablecimiento se hizo lentamente. Este procedimiento de recuperacin del flujo original se hizo manteniendo la estrategia de obtener una eficiencia de remocin de DQO soluble cercana a 60% y un porcentaje de metano en el biogs mayor al 50%. Es posible que la desestabilizacin haya sido ocasionada por un fallo en el suministro elctrico, provocando que la temperatura bajara sbitamente. Como despus de este incidente se instal una planta de luz de emergencia a diesel para el laboratorio en su conjunto, este problema ya no se repiti. Seguimiento analtico El parmetro de la relacin de alcalinidad, establecido por Rojas-Chacn (1988a,b) se emple en esta investigacin como seguimiento a la estabilizacin. El valor obtenido a lo largo de esta fase estuvo

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entre 0.1 y 0.2 (cuando es mayor a 0.4 indica la posible acidificacin del sistema), con excepcin del lapso mencionado anteriormente. La Figura 3 muestra la concentracin de DQO en el influente con respecto a la del efluente. Se muestra que a partir del da 500 hay estabilidad entre la DQO de entrada y de salida. Se conserva un porcentaje de remocin de DQO entre 60 y 70% como lo muestra la Figura 4. A partir del da 200 (45% de vinazas), el porcentaje de remocin estuvo entre 58 y 65% con un tiempo de residencia hidrulica de 5 das hasta alcanzar el 100% de las vinazas con un TRH de 10 das.

0 20000

40000 60000

80000

100000

120000

140000

0 100 200 300 400 500 600 Tiempo (das)

DQ

O to

tal

mg/

L

Influente Efluente

Figura 3. DQO en el influente y efluente del reactor anaerobio para la adaptacin de la biomasa anaerobia a vinaza

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tiempo de residencia hidrulica (TRH)

% r

emoc

in

de D

QO

Figura 4. Remocin de materia orgnica medida como DQO para la adaptacin de la biomasa anaerobia a vinaza

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La Figura 5 presenta la productividad de CH4 (a PTS) con respecto al tiempo de operacin. La figura indica su tendencia a aumentar hasta llegar a la estabilidad, pero se observa un decaimiento en los das 100 a 300, cuando se aliment de 30 a 45% vinaza. En esta etapa se observaron dificultades de degradacin de materia orgnica (medida como DQO) y de conversin de la materia carbonosa a metano principalmente. La eficiencia de conversin de los materiales disueltos en la vinaza a metano (mgDQO-CH4/kgDQOrem) va aumentando conforme se incrementa la proporcin de vinaza en la alimentacin. Es posible que los microorganismos anaerobios, conforme se adaptan a las vinazas, incrementan la conversin de materia orgnica a CH4 (Figura 6).

0

5

10

15

20

25

30

0 100 200 300 400 500 600

Tiempo de operacin (das)

L C

H4/

da

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

0 100 200 300 400 500 600

Tiempo de operacin (das)

kgD

QO

-CH

4/kg

DQ

Ore

m

Figura 5. Produccin de metano Figura 6. Conversin de materia orgnica a metano Para un sistema ideal, se tiene que 350 LCH4/kgDBO=15.625 molesCH4/kgDBO=1000gDQO-CH4/kgDBO. Los resultados obtenidos en la presente investigacin corresponden a estos valores si la equivalencia de DBO fuera la misma de la DQO. Debe considerarse que estos valores se refieren a un sistema ideal, por lo que al tener diferentes tipos de especies anaerobias para la degradacin de un sustrato complejo, la produccin de metano depende de la degradacin de compuestos carbonosos de baja masa molecular a metano. Una biomasa anaerobia mixta, la poblacin metanognica estar presente de 1 a 10% de la biomasa total (Soto y col., 1993). Puede observarse en la Figura 7 que a mayor tiempo de residencia hidrulica se obtuvo una mayor produccin de conversin de materia orgnica a metano. Por los resultados puede inferirse que la adaptacin de la biomasa a vinazas requiere un tiempo de residencia hidrulica muy grande para alcanzar la mayor conversin de materia orgnica a metano. Lo cual implica la complejidad en la composicin qumica de la vinaza. Muchos trabajos anteriores indican la complejidad del tratamiento biolgico de las vinazas. Es interesante comparar que, para el mismo sustrato, se han encontrado variantes en sus caractersticas fsico-qumicas como lo muestra la Tabla 5. Cabe mencionar que las variaciones de concentracin inicial de material disuelto medido como DQO en las vinazas son

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diferentes en cada caso. Por ejemplo, cuando las vinazas provienen de la fermentacin de jugos (remolacha, caa) o cuando stas provienen de la fermentacin de mieles finales. En este ltimo caso, parte de los azcares se caramelizan y, por ende, son menos biodegradables.

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

0 5 10

Tiempo de residencia hidrulica (TRH)

kgD

QO

-CH

4/kg

DQ

Ore

m

Figura 7. Rendimiento de produccin de CH4 a PTS en kgDQO-CH4/kgDQOremovida,con respecto al TRH obtenida

en el reactor para la adaptacin de la biomasa anaerobia a vinaza

La Tabla 6 muestra diferentes estudios para el tratamiento de las vinazas con sistemas anaerobios y tambin algunos parmetros operacionales. Aparentemente los trabajos realizados con vinazas diluidas no presentan problemas de produccin de H2S o no fueron medidos porque no son mencionados, a pesar de que los sulfatos estn presentes en las vinazas. Pero en esta investigacin, an en vinazas diluidas al 10% se obtuvo 6.12% de H2S en el biogs. El porcentaje de remocin de DQO obtenido en la presente investigacin est dentro del intervalo de los estudios presentados en la Tabla 6, que es de un 60 a un 85%. La produccin de CH4 con respecto a la DQO removida para la presente investigacin es aproximadamente oscila a los resultados presentadas en los otros trabajos de la Tabla 6. El TRH utilizado en el trabajo de Ranade y col. (1999) fue de 30 das, mientras que para la presente investigacin fue de 10 das. El tiempo de adaptacin de la biomasa anaerobia a la vinaza, para Ranade y colaboradores fue de 300 das, a diferencia de este trabajo que requiri de 600 das. Naturalmente, esta adaptacin ms lenta permiti tener un TRH de la mitad del requerido por estos autores. Espinoza y Noyola (1992) realizaron un trabajo sobre el tratamiento anaerobio de vinazas a 35C en un RALLFA con recirculacin del efluente. Ellos trabajaron a un TRH de 3.14 das alimentando vinazas diluidas hasta alimentar vinazas sin diluir con una concentracin de DQO final de 75,000 mgDQO/L. El periodo de operacin fue de 150 das. Durante la operacin se presentaron en varias ocasiones

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desequilibrios en el sistema. La alimentacin inici con vinaza diluida al 20% y como parmetro de control de equilibrio del sistema fue la relacin de alcalinidad con valor de 0.59. Al alimentar con vinaza diluida al 40% el sistema se acidific. Probablemente, uno de los factores comparativos con los resultados de la presente investigacin es el factor tiempo. Espinoza y Noyola (1992) agregaron a la alimentacin 4 g NaHCO3/L para amortiguar el pH de alimentacin y aumentar la capacidad amortiguadora del sistema anaerobio. Pero, a pesar de ello, hubo muchas variaciones en el parmetro de la relacin de alcalinidad hasta llegar a la acidificacin del sistema. Las cargas orgnicas volumtricas que ellos utilizaron fueron de 4.4, 9.5, 17.3 y 23.3 kgDQO/m3da, a 20, 40, 80% de vinaza diluida y vinaza sin diluir respectivamente. Para esta investigacin, la carga orgnica volumtrica se conserv durante todo el periodo de operacin en un promedio alrededor de 11 kgDQO/m3da debido a que el TRH es mayor al utilizado en el trabajo de Espinoza y Noyola (1992). El porcentaje de CH4 en el biogs obtenido en la presente investigacin, que fue de 70%, fue muy cercano al valor obtenido por Espinoza y Noyola (1992). En esta investigacin, con excepcin del incidente de la interrupcin elctrica, en ningn momento se present un desequilibro en el sistema por sobrecarga como ocurri en el trabajo de Espinoza y Noyola (1992). Esto da la pauta para afirmar que la estrategia seguida de ir paulatinamente aumentando el TRH conforme se aumenta la cantidad de vinazas manteniendo cargas orgnicas msica y volumtrica relativamente constantes resulta adecuada para procesos de adaptacin de biomasa.

CONCLUSIONES La estrategia de arranque del reactor anaerobio de lecho de lodos de flujo ascendente propuesta en esta investigacin para el tratamiento de las vinazas a 35C const de varias etapas: 1) La inoculacin del reactor con el 40% de volumen del reactor, 2) La determinacin de los parmetros hidrulicos para operar el reactor se iniciaron con la adaptacin de un inculo anaerobio a una concentracin de materia orgnica baja. Esta adaptacin de la biomasa anaerobia a vinazas a condiciones mesoflicas en un reactor anaerobio de 10 L se realiz lentamente. Para ello, se llev a cabo mediante la dilucin de las vinazas en la alimentacin del reactor hasta lograr alimentar vinazas sin diluir. El tiempo de adaptacin fue relativamente prolongado, aproximadamente 600 das. Probablemente, inculos adaptados a altas cargas orgnicas puedan adaptarse ms rpidamente para degradar vinazas u otro sustrato complejo similar. Una vez obtenido el inculo adaptado, se caracteriz la biomasa anaerobia, as como el agua residual a tratar, como base para determinar las mejores condiciones de arranque del reactor anaerobio. La actividad metanognica fue 0.86 kgDQO-CH4/kgSSVda. Los parmetros hidrulicos de operacin encontrados en esta investigacin pueden recomendarse para futuras investigaciones que inicien la adaptacin de un inculo que trate aguas residuales de alta concentracin de DQO o sustratos con una composicin qumica compleja. Los parmetros hidrulicos encontrados durante la etapa de arranque del reactor a 35C con una concentracin de vinazas al 10% son especficos para estos efluentes complejos. Por ello, estos

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parmetros difieren a los que se encuentran en la literatura. Al iniciar este perodo de adaptacin debe siempre considerarse el tipo de agua residual a tratar y el efecto de elutriacin o arrastre de biomasa debido a la composicin qumica del agua residual en cuestin (para el caso de las vinazas que tiene la propiedad de romper los flculos anaerobios esto debe considerarse). La biomasa elutriada se recolect en un sedimentador para ser nuevamente introducida al lecho de lodos del reactor. Los slidos totales en el efluente fueron 10 veces mayores a la concentracin tenida en el influente. Se requiri de TRH prolongados para elevar la conversin de materia orgnica a metano hasta 0.9 kgDQO-CH4/kgDQOrem. El seguimiento analtico del arranque del reactor hasta lograr la adaptacin de la biomasa anaerobia a vinazas indic que era necesario ir aumentando el TRH, el cual lleg hasta 10 das, alcanzando un porcentaje de remocin de DQO de 61%. La eficiencia del sistema alcanz 0.9 kgDQO-CH4/kgDQOrem con una produccin de metano en el biogs de 24 LCH4/da. Al medir el parmetro alfa de alcalinidad, se obtuvo un valor de 0.1 a 0.2 a lo largo del periodo de adaptacin, debido en gran medida a la frmula amortiguadora mezclada con la alimentacin [600 mgCa(OH)2/L y 1200 mg NaHCO3/L], lo que evit la acidificacin ya que proporciona al sistema iones HCO3-. El mtodo para recobrar la eficiencia del funcionamiento habitual del reactor despus de un desequilibrio externo que afecte a las comunidades anaerobias, es el de aumentar en la alimentacin la formulacin amortiguadora en un 10% (0.9 gCa(OH)2/L y 1.32 gNaHCO3/L) y disminuir en un 10% el flujo de alimentacin (de 0.0027 a 0.0024 L/da), para que cuando sea alcanzado el equilibrio nuevamente, pueda reestablecerse la concentracin de la frmula amortiguadora y el flujo a sus valores habituales. El desequilibrio en un sistema anaerobio puede detectarse de forma temprana manteniendo un seguimiento de la produccin de CO2 presente en el biogs ya que esta manifestacin es ms rpida que la del aumento de relacin de alcalinidad. RECONOCIMIENTOS La primera autora agradece la beca doctoral otorgada por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa de Mxico. Las autoras agradecen al Ing. Manuel Enrquez Poy por su apoyo para obtener las vinazas y para realizar su traslado desde el estado de Veracruz a los Laboratorios de la Facultad de Qumica donde se desarroll la investigacin. REFERENCIAS APHA. 1985. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 16a Ed. American Public Health Association. Washington, DC, EEUU.

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Tabla 5. Caractersticas fsico-qumicas de vinazas generadas en diferentes partes del mundo

Parmetro en mg/L excepto pH

Garca y col., 1997 Espaa

Souza y col., 1992

Brasil

Ranade y col., 1999

India

Vlyssides y col., 1997

Grecia

Ehlinger y col., 1992 Francia

Ilangovan y Noyola, 1993

Mxico

Tieelbard, 1992

Venezuela

Espinoza y Noyola,

1992

Este trabajo

DQO 75,000 31,500 120,000 72,000 17,000 85,000 110,000 74,653 120,000 pH 4.4 3.9 4.0 - 5.0 4.3 3.40 4.38 4.0 SST 2,000 - 14,000 3,837 1,700 17,000 14,000 17,290 4,300 SSV 9,000 3,700 - 3,200 - 12,000 13,000 14,965 4,100

N total 975 370 1,730 7,340 300 - 1,200 - 1,470 P total 20 24 184 91 300 - 14,000 - - Fenol 469 - - - - - - - -

o-difenoles 34 - - - - - - - - Sulfatos - 420 16,000 4,520 15,000 15,000 6,800 5,480 15,000 Potasio - 1,300 10,000 - 4,100 3,000 6,300 - -

Amoniaco - 4 - - - - 600 - - cidos grasos voltiles - - 1,600 - - - - - -

Sustancias desconocidas - - - 24,000 - - - - - Sodio - - - - 20 - - - - Calcio - - 700 - 1,800 - 1,600 - -

Magnesio - - - - 100 - - - - Tabla 6. Parmetros operacionales en el tratamiento anaerobio de vinazas en el mundo

Parmetros de operacin Prez y col., 1997 Prez, 1995

Craveiro y col., 1986

Balaguer y col., 1992

Souza y col., 1992

Ranade y col., 1999

Shin y col., 1992

Espinoza y Noyola,

1992 Este trabajo

mgDQO/L 15,000 15,000 12,000 7,000 31,500 120,000 17,000 74,653 120,000 TRH, das 0.46 1.6 2.4 0.5 0.5 30 1.8 3.14 10

m3CH4/m3da 5.8 - - - 6 - 0.06 2.5 m3CH4/kgDQOremovida 0.33 - - - 0.20 - - 0.33 0.35

Temperatura C 55 55 55 35 55 30 37 34.1 35

Tipo de reactor anaerobio Lecho fluidificadoFiltro

anaerobio RALLFA Lecho

fluidificado RALLFA RALLFA Dos etapas RALLFA RALLFA

Volumen, L 2.04 - - - 75000 - 12.5 2.3 10 % Remocin de DQO 85 80 83 70 72 - - 60 61

% H2S en el biogs - - - - - 1 a 3 - - 4.13

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Control de procesos para mejorar la produccin de biopolmeros sintetizados de aguas residuales

Process control for enhancing biopolymer production from wastewater

Alejandro Vargas*, Liliana Montao, Rodolfo Amaya

Laboratorio de Investigacin en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas, Unidad Acadmica Juriquilla, Instituto de Ingeniera, Universidad Nacional Autnoma de Mxico, Blvd. Juriquilla 3001,

Quertaro 76230, Mxico. Tel. +52 442 1926166, Fax +52 442 1926185. Correo-e (e-mail): avargasc@ii.unam.mx

Resumen Los polihidroxialcanoatos (PHA) son polisteres sintetizados por bacterias a partir de sustratos orgnicos, especialmente de carbohidratos sencillos. Han llamado la atencin recientemente porque son considerados reemplazos para ciertos plsticos de origen petroqumico. El esquema usual de produccin de PHA consiste en dos biorreactores aerobios que operan en serie; en el primero se enriquece la biomasa productora de PHA por medio de una alimentacin dinmica aerobia; en el segundo se cultiva el PHA usando el excedente de biomasa enriquecida del primer reactor mediante la adicin controlada del sustrato en un reactor en lote alimentado. En este trabajo se presenta la aplicacin de una tcnica novedosa de control de procesos para incrementar significativamente la produccin de PHA, regulando el nivel de oxgeno disuelto y controlando la adicin de pulsos de sustrato de tal manera que la biomasa enriquecida no consuma el PHA producido. El control implementado es predictivo basado en un modelo matemtico del bioproceso que se actualiza con los datos recabados de la seal del oxgeno disuelto. El desempeo de la estrategia propuesta se prob experimentalmente en un sistema de dos biorreactores de laboratorio, comparndola con otra estrategia de adicin de pulsos. Los resultados experimentales indican que es posible obtener productividades de PHA de casi 1.4 mgPHA/mgDQO/d, con 71% de PHA en masa seca celular, lo cual representa 4 gPHA en tan solo 7.5 h. Adicionalmente la estrategia de control permite estimar cundo debe detenerse el proceso de produccin para incrementar la productividad de PHA. Palabras clave: Polihidroxialcanoatos; control de procesos; oxgeno disuelto; lote alimentado Abstract Polyhydroalkanoates (PHA) are polyesters synthesized by bacteria from organic substrates, especially from simple carbohydrates. The usual production scheme for PHA production consists of two aerobic bioreactors in series; in the first one biomass is enriched for PHA production by means of aerobic dynamic feeding; in the second one, the excess enriched biomass of the first bioreactor is used to cultivate PHA by controlled addition of substrate pulses in a fed-batch reactor. This work presents the application of a novel process control technique to enhance significantly the production of PHA by regulating the dissolved ox