BIODEGRADACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MICROORGANISMOS DE LODOS ACTIVADOS PROVENIENTES DE EFLUENTES DE INDUSTRIAS LÁCTEAS. Boiero Laura, Nicolli Carolina, Otero Rocio. Facultad Regional Villa María de la UTN - Av. Universidad 450 5900 Villa María Maestría en Tecnología de los Alimentos. caronicolli@hotmail.com Tutores: Mgter. Lic. Silvia Moyano - Ing. Peralta José. Resumen En este trabajo se estudió la biodegradación de efluentes provenientes de industrias lácteas de la región, utilizándose lodos de una laguna de efluentes urbano-domiciliarios, los cuales fueron adaptados previamente a efluentes lácteos. Se realizaron dos ensayos en un reactor de 4 litros. El análisis estadístico de los datos obtenidos demostró que en las dos experiencias la velocidad de degradación del efluente lácteo siguió una curva polinómica de segundo orden con un coeficiente de correlación superior al 0,99. El número de bacterias aerobias en el lodo desarrolladas en agar nutritivo fue superior a 10 9 ufc/ml. Se analizaron las colonias desarrolladas en el agar nutritivo mediante la coloración de Gram, y el 100 % fueron bacilos Gram (+) esporulados, pertenecientes al género Bacillus, lo cual es importante porque existen en el mercado productos biológicos para la depuración de agua residuales constituidos por bacterias de este género. De 10 aislamientos (cinco correspondientes a bacilos Gram (+) grandes esporulados y cinco bacilos Gram (+) esporulados más cortos), todos presentaron la capacidad de fermentar la glucosa, la lactosa y la sacarosa, el 70 % de degradar el almidón y la lecitina; y ninguno presentó actividad celulolítica. Cuatro aislamientos (dos bacilos largos Gram (+) esporulados y dos bacilos cortos Gram(+) esporulados) se desarrollaron en el medio de melaza al 20%, alcanzando una concentración de bacterias luego de 24 horas de incubación a 30 C, superior a 10 9 ufc/ml. Esto permitiría usarlos como productos biológicos para depurar aguas residuales provenientes de industrias lácteas. Abstract The purpose of this work was to study the biodegradation of dairy industry waste of the region, using sludge from the lagoon of domestic waste, which has been previously adjusted to dairy waste. Two tests were analyzed in a 4 liter reactor. The statistic analysis of the data obtained showed that in both experiences the speed of degradation of dairy industrial waste followed a polynomial curve of second order whit a correlation coefficient higher than 0,99. The growth of mud aerobic bacteria in nutritive agar was higher than 10 9 ufc/ml. The colonies developed in the nutritive agar were analyzed using Gram coloration technique and showed that was bacilli Gram (+) with spores, belonging to the genus Bacillus. This is very important due to the existence in the market of biological product made from bacteria of this genus, used for degradation of industrial waste. In 10 isolations (5 were long bacilli Gram(+) whit spores and 5 were short bacilli Gram(+) whit spores) all of them have showed capacity to ferment glucose, lactose and saccharose, the 70% has showed capacity to degrade starch and lecitine and none has shown any cellulosic activity. In 4 isolations (2 long bacilli Gram(+) with spores and 2 short bacilli Gram(+) with spores) developed in molasses-environment at 20%, reaching after 24 hours of incubation at 30ºC a concentration of bacteria higher than 109 ufc/ml. This would allow to use them as biological product to purify waste water from dairy industries. Introducción Las industrias lácteas ocasionan un impacto sobre el medio ambiente que expresado como población equivalente, aquellas con una descarga de efluentes de 600 m 3 /día originan una contaminación comparable a la de unas 36000 personas (Alderete, J.M y Garcia.W, 2005).Esto hace necesario el tratamiento de estas aguas residuales para minimizar el impacto.
En este trabajo se estudió la biodegradación de efluentes provenientes de industrias lácteas de la región, utilizándose lodos de una laguna de efluentes urbano-domiciliarios, los cuales fueron adaptados previamente a efluentes lácteos. (Rosa, M. y otros, 2007) Posteriormente se determinó el número de bacterias heterotróficas de la biomasa, con el objetivo de aislarlas y caracterizarlas para ser utilizarlas como productos biológicos en la depuración de aguas residuales de estas industrias. De las cepas aisladas se comprobó la capacidad de fermentar la lactosa, la glucosa, la producción de amilasa, lecitinasa y la capacidad de degradar la celulosa. También se consideró el crecimiento de las cepas aisladas en un medio de melaza al 20% para tener un número de bacterias suficiente para utilizarlas como producto biológico en la depuración de aguas residuales provenientes de industrias lácteas. Materiales y métodos Se trabajó con efluentes constituidos básicamente de suero de leche, finos de quesos y agua de limpieza. Se usó un reactor de 4 litros de capacidad con inyección de aire permanente para mantener la mezcla completa durante la experiencia. Los lodos procedentes de una laguna de tratamiento de efluentes urbanos- domiciliarios, fueron aclimatados a aguas residuales de industrias lácteas aproximadamente durante 7 días. La velocidad de degradación se determinó mediante análisis de DQO (Demanda Química de Oxígeno) con la técnica del Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1992). Los resultados obtenidos se analizaron estadísticamente. El número de bacterias presente en el lodo se hizo mediante el recuento de bacterias heterotróficas usando agar nutritivo (ICMSF, 1982). Para la caracterización morfológica se efectuó una observación microscópica con la Tinción de Gram (ICMSF, 1982). La fermentación de glucosa y lactosa se realizó en tubos con caldo rojo fenol con 2 % del azúcar. La capacidad de producir amilasa y lecitinasa se observó durante el desarrollo de las cepas aisladas en agar almidón y agar yema de huevo. La determinación de la capacidad de degradar la celulosa se realizó sembrando las cepas aisladas en tubos con medio basal salino con el agregado de papel de filtro. Se incubaron durante 15 días a 30 C. Cualquier signo de degradación del papel de filtro, se consideró como actividad celulolítica positiva (Frioni, L 1999). El medio de melaza utilizado para observar el desarrollo de las cepas aisladas fue: 20 gramos de melaza en 1000 ml de agua destilada, esterilizado a 120 durante 15 minutos a una atmósfera de presión. Resultados y Discusión Se realizaron dos ensayos en el reactor usando los lodos aclimatados a efluentes lácteos. En ambas experiencias la velocidad de degradación de los efluentes lácteos sigue una curva correspondiente a una regresión polinómica de segundo orden, con grado de correlación superior al 0,99. Esto es importante porque se partió de un efluente de una DQO inicial de 4352 mg/l y de otro con un elevado grado de contaminación (DQO= 17683 mg/l). En el primer ensayo la DQO se hace indetectable al cabo de 3 días de residencia (Fig. 1), mientras que en el segundo no se detecta luego de catorce días de residencia.
Regresión polinomial para la DQO DQO mg/l 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 tiempo (días) datos experimentales Curva de regresión DQO = A + B1*t + B2*t^2 Parámetro Valor Error A 4426,77118 115,58287 B1-3411,26994 191,35865 B2 676,37887 68,64991 R 2 Desv.Std. N P 0,99467 131,4963 8 <0.0001 Figura 1. Variación de la DQO en función del tiempo en el ensayo 1. 20000 18000 16000 14000 datos experim entales curva de regresión DQO mg/l 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 tiem po (días) Regresión polinomial para la DQO DQO = A + B1*t + B2*t^2 Parámetro Valor Error ---------------------------- A 16125,97438 416,34643 B1-2641,0527 159,6035 B2 105,68395 10,56693 ---------------------------- R 2 Desv.Std. N P ---------------------------- 0,98727 781,4636 13 <0.0001 Figura 2. Variación de la DQO en función del tiempo en el ensayo 2.
Cuando se realizó el recuento de bacterias heterotróficas en agar nutritivo, se observaron dos tipos de colonias (superficiales- grandes y pequeñas- profundas). El recuento fue 1 x 10 9 ufc/ml (colonias superficiales) y superior a 3 x 10 9 ufc/ml (colonias en profundidad del agar). Los resultados de la coloración de Gram de colonias desarrolladas en agar nutritivo, en el recuento de bacterias heterotróficas se detallan en la Tabla 1. Tabla 1. Morfología de las colonias desarrolladas en agar nutritivo en el recuento de lodos aclimatados en efluentes lácteos. Número y tipo de colonias 20 Colonias grandes superficiales 20 colonias en profundidad Resultados 20 Bacilos grandes Gram (+) esporulados 11 Bacilos largos Gram (+) esporulados 9 Bacilos cortos Gram (+) esporulados La morfología coincide con las características del género Bacillus. (Bacilos grandes o más cortos Gram (+) con esporas no deformantes del cuerpo de la bacteria). Se aislaron 10 colonias, cinco que presentaron la morfología de bacilos Gram (+) grandes y cinco colonias de bacilos Gram (+) corto para determinar la capacidad de degradar distintos compuestos (tabla 2) Tabla 2. Capacidad enzimática de las cepas aisladas de los lodos anaeróbicos adaptados a efluentes lácteos. Capacidad enzimática Fermentación de glucosa Fermentación de lactosa Fermentación de sacarosa Degradación de almidón Producción de lecitinasa Degradación de celulosa % de cepas positivas 70% 70% 0% Posteriormente se seleccionaron cuatro colonias (dos bacilos largos y Gram (+) esporulados y dos bacilos cortos Gram (+) esporulados) para determinar su crecimiento en un medio de melaza al 20%, para poder ser utilizados como productos biológicos de agua residuales. Los ensayos en el medio de melaza se realizaron por triplicado y el número de bacterias en los cuatro aislamientos superaron a 10 9 ufc/ml., lo cual se consideró adecuado debido que los productos biológicos usados para degradar aguas residuales, como el ROETECH 103 líquido (Roebic Techonology Inc, 2007), poseen una concentración de 10 9 a 10 10 ufc/ml. Conclusiones En este estudio se concluyó: Los lodos de laguna para tratamiento de efluentes urbano-domiciliarios adaptados a agua residuales de una industria láctea de la región presentaron una velocidad de biodegradación de acuerdo a una curva de regresión polinómica de segundo orden, en los dos ensayos efectuados. El Recuento de bacterias heterotróficas fue superior a 10 9 ufc/ml, observándose colonias superficiales y en profundidad. De acuerdo a los resultados obtenidos el de las colonias observadas, que fueron aisladas para un posterior estudio, pertenecieron al Género Bacillus, similares a las existentes en el mercado de productos biológicos para la depuración de agua residuales tales como RoeTech 103, Roetech 104 (Roebic Techonology Inc,2007).
De 10 aislamientos (cinco correspondientes a bacilos Gram (+) grandes esporulados y cinco bacilos Gram (+) esporulados más cortos), todos presentaron la capacidad de fermentar la glucosa, la lactosa y la sacarosa, el 70 % de degradar el almidón y la lecitina y ninguno presentó actividad celulolítica. Referencias Alderete, J. M. y García, W. 2005. Preservar es buen negocio. Revista Alimentos Argentinos N 13. Pag, 1 a 10. en www.sagpya.mecon.gov.ar. APHA, WEF, AWWA. 1992. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 18th. ICMSF. 1982. Microorganismos de los alimentos 1. Técnicas de Análisis Microbiológicos. Ed. Acribia. Frioni, L. 1999. Los Procesos microbianos (Tomo II). Editorial de la Fundación de la Universidad Nacional de Río Cuarto. Río Cuarto. Córdoba, Argentina. Roebic Techonology Inc. Waste water treatment. Roe-Tech, Bacteria cultures for waste management. http://www.roebictechnologyinc.com. Consultada septiembre de 2007. Rosa, M. Peralta J. Gilli D. Bosco D. Cinética de la Biodegradación de un Efluente Lácteo. Aplicación de Técnicas de Análisis de Datos para la Comparación de Modelos. Congreso Interamericano de Computación Aplicada a la Industria de Procesos, CAIP. Asunción, Paraguay, 2007