Desenvolupament d'un procés a escala pilot al tractament del colorant tèxtil Gris Lanaset G amb Trametes versicolor

Abstract

En aquest memòria es recullen els resultats més rellevants del treball experimental realitzat amb l'objectiu d'avançar en el coneixement per a desenvolupar un procés de tractament en continu de decoloració d'aigües residuals tèxtils utilitzant fongs ligninolítics. S'inicia el treball realitzant un estudi sobre les condicions d'operació per al tractament en continu d'una solució del colorant tèxtil Gris Lanaset G (complex organometal·lic) en un bioreactor fluiditzat per polsos d'aire amb el fong Trametes versicolor en forma de pèl·lets, establint la concentració de nutrients i el temps de residència hidràulic al qual s'ha d'operar per assolir percentatges de decoloració que compleixen la normativa d'abocament.<br/>Es proposa el mecanisme de decoloració, que té lloc en varies etapes en sèrie, primer es produeix l'adsorció inicial del colorant sobre la biomassa, posteriorment aquest es transfereix cap a l'interior de les cèl·lules, on es produeix el trencament del complex metàl·lic i finalment s'excreten al medi dels productes de degradació.<br/>Es determina el temps de residència cel·lular màxim en 40 dies i s'estableix la metodologia de renovació de biomassa en forma de pèl·lets per al tractament en continu. La renovació total de la biomassa es realitza en tres etapes, renovant un terç de la biomassa total del bioreactor en cada etapa, de manera que transcorregut un temps de residència cel·lular s'hagi renovat tota la biomassa del sistema. <br/>Es dissenya un reactor fluïditzat per polsos d'aire a escala pilot de 10 litres de volum útil i es realitza un estudi del comportament fluidodinàmic determinant el temps de mescla del sistema, i s'opera en discontinu i continu sense problemes operacionals. Un cop comprovada la bondat de l'escalat del bioreactor, s'introdueixen canvis paulatinament per adaptar el procés a condicions d'operació industrials, con són la no esterilitat de l'efluent a tractar, la supressió de macronutrients i micronutrients, la substitució de glucosa de qualitat anàlisi per glucosa de qualitat industrial, i així acabar tractant aigües residuals reals d'una indústria tèxtil sense esterilitzar on es posen de manifest alguns problemes que requeriran estudis posteriors.<br/>Donat que el procés d'eliminació de color més utilitzat a escala industrial és l'adsorció, s'estudia a escala laboratori l'adsorció del colorant Gris Lanaset G amb carbó actiu granular per tal de realitzar posteriorment un anàlisi comparatiu tant econòmic com ambiental dels dos processos, el d'adsorció i el biotecnològic. Aquests anàlisis posen de manifest que els costos d'operació del tractament biològic són únicament un 20% superiors que els costos d'operació del procés d'adsorció, i que aquest percentatge es podria reduir encara més trobant substrats alternatius a l'extracte de malta per la formació dels pèl·lets. També es posa de manifest que el procés biotecnològic és més sostenible que el procés d'adsorció, i per tant el procés biotecnològic és una alternativa interessant des de el punt de vista ambiental al tractament d'adsorció.

In this work are shown the most important results obtained in the experimental studies done with the goal of improving in the knowledge to develop a continuous process treatment for the decolourisation of textile wastewaters by ligninolytic fungi. The work starts with an operation conditions study for the continuous treatment of the dye Gris Lanaset G, which is a textile metal-complex dye, in an air pulses fluidised bioreactor by the white root fungi Trametes versicolor in pellet morphology. The nutrients concentration is established, and the effect of the hydraulic residence time in the decolourisation percentages is evaluated, taking into account the accomplishment of the standards established.<br/>It is proposed the decolourisation mechanism, which presents tree steeps: first of all, the dye is adsorbed in the biomass, after the dye is transferred into the cells, where takes place the break down of the metal complex, and finally the degradation products are released to the liquid medium.<br/>The maximum cellular residence time is determined in 40 days, and the biomass renovation methodology is established for the continuous treatment. The total biomass renovation takes place in three steeps, renovating one third of the total biomass in the bioreactor in every steep, in such a way that in the course of one cellular residence time, all the biomass in the bioreactor has been renovated. <br/>A pilot scale air pulses fluidised bioreactor is designed with a 10 L working volume, and the fluidodimanic behaviour is studied, determining the mixing time of the system. Without having any operational problem, the batch and continuous operation is carried out successfully. Once it is checked the goodness of the system, some changes are introduced gradually to adapt the system to industrial conditions. The changes are: the non-sterility of the effluent, the suppression of macronutrients and micronutrients, and the substitution of analysis quality glucose by industrial quality glucose. Finally is carried out the treatment of non-sterile real textile wastewaters.<br/>The most used removal colour process at industrial scale is the adsorption, so the adsorption of the dye Gris Lanaset G in granular activated carbon (GAC) is studied. The goal of this study is to make a comparative economical and environmental analysis of the two processes, adsorption and biodegradation. These analysis show that the operational cost of the biologic treatment is only 20% more than the operational cost for the adsorption process. This percentage could be lower if an alternative substrate is found for the pellets formation. Also is showed that the biotechnological rocess is more sustainable than the adsorption one, so the biotechnological process is an interesting choice from the environmental point of view to the adsorption treatment.