82 G asas y Acei es
Es udio ciné ico del p oceso de biome anizacion de alpechín de almaza a clásica
p e iamen e some ido a a amien o ae obio con Geo íchum candidum
Po R- Bo ja Padilla*, A. Ma ín Ma ín** y M.M. Du an Ba an es*.
* Ins i u o de la G asa y sus De i ados. A da. Pad e Ga cía
Teje o,
4. 41012-SEVILLA.
Depa amen o de Ingenie ía
Química.
Facul ad de
Ciencias,
A da.
San Albe o Magno, s/n. 14004-CORDOBA
RESUMEN
Es udio ciné ico del p oceso de biome anizacion de alpechín de
almaza a clásica p e iamen e some ido a a amien o ae obio con
Goo ichum candidum
Se ha de e minado la cons an e ciné ica apa en e del p oceso de
diges ión anae obia de alpechín p oceden e de almaza a clásica de p en-
sas,
que p e iamen e se some e a un p oceso de diges ión ae obia con
Geo íchum candidum dado su al o con enido en ma e ia o gánica (DQO).
Los esul ados ob enidos ponen de mani ies o una acusada disminución
de la misma (1-0,2 días-i) al aumen a la DQO (6-11 g O2/I) an o en
p esencia de biomasa lib e como sopo ada sob e Sepioli a (Pansil), lo
que demues a la exis encia de un p oceso de inhibición que se cuan i ica
u ilizando el modelo ciné ico de Le enspiel.
La diges ión anae obia es capaz de elimina el 80% de la DQO
p esen e con un coe icien e de endimien o medio de 315 mi CH4 en
con-
diciones es ánda de p esión y empe a u a/g DQO.
PALABRAS-CIAVE: Alpediín de p ensa - Biome anizacion - Inhibi-
ción po sus a o - Modelo ciné ico - P e a amien o ae obio.
SUMMARY
Kine ic s udy o he biome haniza ion o oli e mill was ewa e
p e iously subjec ed o ae obic ea men wi h Geo íchum candidum
The appa en kine ic cons an was de e mined o he anae obic dige-
ion o oli e mill was ewa e (OMW) which comes om clasical p ess
ac o y p e iously subjec ed o ae obic diges ion wi h Geo íchum candi-
dum in iew o his high con en in o ganic ma e . The esul s ob ained
e ealed i o ma kedly dec ease ( om 1 o 0,2 days-i) wi h inc ease in i s
COD ( om 6 o 11 g/l) in he p esence o bo h ee and suppo ed on
Sepioli e (Pansil) biomass. This shows he exis ence o an inhibi ion p o-
cess which is de e mined by using he Le enspiel kine ic model.
Anae obic diges ion allowed up o 80% o he COD p esen o be
emo ed wi h an a e age yield coe icien o 315 ml CH4 STP/g COD.
KEY-WORDS: Ae obic p e ea men - Biome hana ion - Classical
oli e mill was ewa e - Kine ic model - Subs a e inhibi ion.
1.
INTRODUCCIÓN
En e las con aminaciones medioambien ales que su-
e la Cuenca Medi e ánea des aca po su impo ancia y
g a edad la p o ocada po las aguas esiduales del p o-
ceso de ob ención del acei e de oli a o alpechines, cuyo
olumen asciende a 10 millones de m^/año, de los que 2
millones co esponden a España (Fies as, J.A. y Bo ja,
R., 1988). Es e agua esidual es á cons i uida po el agua
de ege ación de la acei una a la que se le unen las
aguas del la ado y p ocesado de las mismas; con iene
además ejidos blandos de la pulpa y acei e emulsiona-
do.
Su composición cuan i a i a es muy a iable depen-
diendo p incipalmen e del ipo de p oceso empleado en
la ob ención del acei e, ya que mien as en los sis emas
clásicos o de p ensas la adición de agua es muy peque-
ña o nula, en los sis emas con inuos se u iliza del o den
de
1
li o de agua/kg de acei una. P esen an, po un lado
un al o pode con aminan e, y po o o una ele ada ac i i-
dad an ibac e iana debida a la p esencia de di e sos
compues os enólicos, lo que di icul a los dis in os p oce-
sos aplicables pa a su depu ación (De Ca o, M. and Li-
go i,
M.G., 1959) (Ragazzi, E. and Ve onesse, G., 1967)
(So lini.
C. e al., 1959) (Rod íguez, M. e al., 1988).
Tabla I
Ca ac e ís icas del alpechín o iginal y del alpechín e men ado de
o ma ae obia con Geo íchum candidum u ilizado como in luen e en
el p oceso de diges ión anae obia.
Pa áme o
pH
DQO (Demanda Química Oxígeno)
Sólidos o ales
Sólidos o ales mine ales
Sólidos o ales olá iles
Sólidos suspensión o ales
Sólidos suspensión mine ales
Sólidos suspensión olá iles
Acidez olá il (ácido acé ico)
Alcalinidad (CgCOa)
Fenoles o ales (ácido ca eico)
O odi enoles (ácido ca eico)
Todas las concen aciones exp esadas en g/l
La ele ada concen ación en ma e ia o gánica exis-
en e en el alpechín p oceden e de almaza a clásica o de
p ensa, hace que sus alo es de las demandas química
Alpechín
o iginal
4,9
90,0
97,0
15,2
81,8
4,8
1,2
3,6
0.5
1.8
1.9
0,2
Alpechín
e men ado
5.7
45,0
49,5
10,4
39,1
3,5
0.7
2.8
0.3
1.4
1.1
0.1
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43 Fase. 2(1992) 83
y biológica de oxígeno (DQO y DBO) lleguen a duplica -
se espec o de los ob enidos en los sis emas con inuos
de cen i ugación (Tabla I); ello hace necesa io la u iliza-
ción de a ios p ocesos sucesi os pa a llega a elimina
la mayo pa e de la DQO exis en e en es e ipo de alpe-
chín.
Con la inalidad de desa olla un p oceso pa a la
depu ación de es e alpechín de an ele ado pode con a-
minan e se es udia la posibilidad de elimina una pa e de
la acción o gánica median e e men ación ae obia con
Geoí ichum candidum y some e al esiduo no biodeg a-
dado po es e hongo a una diges ión anae obia, al p e-
sen a una ca ga o gánica más baja, óp ima pa a el de-
sa ollo del p oceso. Es e abajo iene dos obje i os; el
p ime o consis e en la de e minación de la cons an e ci-
né ica apa en e del p oceso de diges ión anae obia del
e luen e esul an e del a amien o ae obio ci ado an e-
io men e, y el segundo es udia la in luencia, que eje ce
sob e la ciné ica, la inmo ilización de las bac e ias es-
ponsables del p oceso anae obio sob e un sopo e de
ipo a cilloso.
El p oceso de diges ión se inicia u ilizando como ino-
culo una biomasa anae obia p e iamen e diluida y
neu-
alizada p oceden e de una balsa de e apo ación y
lagu-
naje de alpechín.
A las UDAs se añaden inicialmen e 750 mi de agua
des ilada, 250 mi de inoculo y 10 g de sopo e en su
caso.
T as un pe íodo de aclima ación de a ios meses,
los expe imen os se lle an a cabo añadiendo 40, 60, 80,
100,
120 y 140 mi de olumen de es e líquido esidual.
Las ca gas se añaden después de e i a el mismo
olu-
men de líquido del bio eac o , as decan a du an e dos
ho as pa a e i a pé didas de biomasa.
En cada expe imen o se mide el olumen de me ano
p oducido po día, así como la DQO inicial y
inal.
La
du ación del expe imen o se co esponde con el iempo
necesa io pa a la biome anización comple a de cada ca -
ga.
Todos los expe imen os se ealiza on po duplicado.
Los análisis de los pa áme os de ca ac e ización de
los esiduos se ealizan de acue do con el "S anda d
Me hods o he Examina ion o Wa e and Was ewa e "
(Ame ican Public Heal h Associa ion, 1985).
2.
PARTE EXPERIMENTAL
2.1.
P oceso p ima io de a amien o ae obio
El alpechín u ilizado, cuyas ca ac e ís icas se mues-
an en la Tabla í, se some e en p ime luga a un p oce-
so de a amien o ae obio con Geoí iclium
candidum.
Pa a
ello se u iliza un cul i o pu o de es a especie úngica,
aislado del p opio alpechín, p oceden e de la colección
exis en e en el Cen o de Es udios Biológicos (CSIC) de
Mad id (Re e encia IJFMA 534).
El p oceso se ealiza en e men ado es de un li o de
olumen en égimen discon inuo du an e es días, a la
empe a u a de 25^C, u ilizando un caudal de ai e de 1
li o/ho a li o de alpechín, suminis ado a a és de
di u-
so es ce ámicos.
Las ca ac e ís icas del alpechín una ez e men ado
de es a o ma se ecogen en la Tabla L
2.2.
P oceso secunda io de depu ación anae obia
2.2.1. Equipo de diges ión anae obia
El equipo usado consis e en unidades de diges ión
anae obia (UDA), agi adas magné icamen e, de
1
li o de
capacidad sume gidas en un baño de agua a 35°C. El
biogas gene ado pasa a a és de una solución de NaOH
pa a e ene el CO2 p oducido. El olumen de me ano se
de e minó indi ec amen e median e la can idad de agua
desplazada po el gas (Bo ja, R. e al., 1990).
Se u iliza on dos equipos análogos al desc i o, en
uno de ellos los mic oo ganismos es aban en suspensión
( es igo) en an o que en el o o se sopo a on sob e un
ma e ial a cilloso denominado Sepioli a (Pansil).
2.2.2.
P ocedimien o expe imen al
Como alimen o de los diges o es se u iliza el alpechín
esidual esul an e del p oceso de diges ión ae obia con
Geoí ichum candidum, cuyas ca ac e ís icas se p esen-
an en la Tabla I.
Tabla II
Volumen de me ano acumulado (mi) en unción del iempo (días)
pa a los dis in os olúmenes de alimen ación u ilizados (mi).
Diges o es igo
Volumen alimeníación
Tiempo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
40
285
395
435
450
452
-
-
-
«-
-
-
—
_
60
375
590
765
825
885
913
915
-
-
-
_
-
-
80
330
520
706
866
1001
1095
1191
1253
-
-
-
-
-
100
300
505
635
737
897
949
1257
1350
-
-
-
-
-
120
325
685
1060
1223
1402
1575
1650
1720
1760
—
__
-
~
140
305
615
870
1150
1315
1490
1610
1705
1795
1840
1860
1868
1872
Tabla III
Volumen de me ano acumulado (mi) en unción del iempo (días)
pa a los dis in os olúmenes de alimen ación u ilizados (mi).
Sopo e: Sepioli a "Pansil"
Volumen alimen ación
Tiempo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
40
310
410
440
460
465
-
-
-
—
«
_
-
-
60
410
691
846
950
980
990
995
-
-
-
—
-
-
80
480
870
1105
1207
1275
1320
1357
1362
-
_
—
-
-
100
455
865
1160
1310
1375
1458
1479
1489
_
-
—
-
-
120
365
715
1110
1325
1505
1660
1792
1792
1820
-
_
_
-
140
315
651
990
1262
1502
1698
1841
1950
2021
2074
2110
2140
2142
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3. RESULTADOS EXPERIMENTALES
En las Tablas II y lil se p esen an los olúmenes
acumulados de me ano en unción del iempo pa a los
dis in os olúmenes de alimen ación u ilizados en los dos
diges o es empleados.
Tabla
IV
E olución
de la DQO (g/l)
pa a
los
Ca ga (mi)
40
60
80
100
120
140
diges o es
Tes igo
y con
sopo e
Pansii
DQOinicial
Tes igo
6.2
7.2
8.8
9.8
10,5
11.4
Pansii
5,9
6.9
8.2
9,2
10,1
10,9
DOO inal
Tes igo
4,8
5.7
5.9
5,8
5.9
5.9
Pansii
4.5
5.0
5.2
5,4
5.3
5,4
La Tabla IV ecoge los alo es iniciales y inales de
la DQO de los expe imen os ealizados, en ambos diges-
o es.
4. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
Median e el a amien o ae obio del alpechín u iliza-
do,
p e io al p oceso de diges ión anae obia, se consigue
deg ada el 50% de la DQO p esen e en es e esiduo
(Tabla I), con lo que se ob iene un líquido esidual con
una ca ga o gánica más adecuada pa a lle a a cabo el
p oceso anae obio. Po o o lado, su con enido en com-
pues os enólicos queda educido en un 42%, con lo que
de es a mane a queda disminuido su pode an imic obiano,
aunque no obs an e pe manece aún una concen ación
ela i amen e ele ada de es os compues os (1,1 g/l en
ácido ca elco).
El diges o anae obio se puede conside a como un
blo eac o en donde la ma e ia o gánica, exp esada como
DQO,
eacciona con los lodos mic obianos de concen a-
ción X. La elocidad de eliminación de sus ancia o gánica
iene dada po (Winkle , M., 1983):
(-dS/d ) = K S X (iy
donde es el iempo, K un coe icien e ciné ico y 8 es la
concen ación de sus a o exp esada en g
DQO/I.
Dado
el pequeño alo del coe icien e de endimien o celula ,
Yx/s,
en la e men ación anae obia (G uje . W. and Zehn-
de . J.B.. 1983). y conside ando que la a iación de la
DQO en el anscu so de un expe imen o es educida, se
puede admi i que X es, ap oximadamen e, cons an e.
De hecho es a hipó esis se cumple pa a los dos diges o-
es y en odos los expe imen os ya que es e pa áme o
se man iene cons an e en el alo de 5,1 g de sólidos en
suspensión olá iles/li o. In eg ando (1) con es a condi-
ción se iene:
S = So exp (-K X ) (2)
De iniendo un coe icien e de endimien o (Yp/s) pa a
el p oduc o o mado (me ano):
Yp/s = - dG/dS
se iene, inalmen e:
G = Gm[1-exp(-KA )]
(3)
(4)
donde G es el olumen acumulado de me ano, Gm es el
olumen acumulado a iempo in ini o; Gm = So Yp/s.
sien-
do So la concen ación inicial de sus a o y KA es una
cons an e ciné ica apa en e.
KA
= K X.
A pa i de los da os con enidos en las Tablas II y III y
u ilizando un so wa e s anda d (Time Se ies P ocesso ,
USA) se han calculado los pa áme os Gm y
KA.
En la
igu a 1 se ep esen a
KA
en e a la DQO inicial de los
diges o es en los dos sis emas es udiados; se obse a
que,
en ambos casos, exis e una acusada disminución
de la elocidad del p oceso al aumen a la DQO del medio;
po o a pa e, la inmo ilización de los mic oo ganismos
no conduce a un compo amien o di e enciado ya que
odos los pun os se ag upan en o no a una sola cu a.
Se puede obse a que, a pesa de habe some ido el
alpechín a un p oceso p e io de diges ión ae obia, aún
p esen a ca ác e inhibido . Expe imen os an e io es (Fies-
as,
J.A. e al., 1990) lle ados a cabo con alpechín p oce-
den e de almaza a con inua sin a amien o ae obio, pu-
sie on de mani ies o es e mismo enómeno, pe o con ca-
ác e más acen uado.
1.2
KA(1/DI9^')
0.8 h
0.6 h
0.4
h
0.2 •
PANSIL
O
TESTIGO
10 12 14 16
DQO (g/l)
Figu a
1
Va iación
de la
cons an e
ciné ica
apa en e
KA
(días-i)
con la
concen ación
de
sus a o
e aluada
como
DQO (g/l),
en los dos
diges o es
u ilizados.
Con obje o de cuan i ica la magni ud del p oceso de
inhibición p o ocado po el sus a o se u iliza el modelo
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43 Fase. 2 (1992) 85
p opues o po Le enspiel (Han, K. and Le enspiel, O.,
1988):
KA=Ko[1-(S/S*)]n (5)
donde
KQ
es la cons an e ciné ica apa en e en ausencia
de inhibición, S* es la concen ación de inhibición c í ica
y n es una cons an e adimensional que ca ac e iza la
in ensidad de la inhibición. Dado que KA a ía con la
concen ación del sus a o, los alo es ep esen ados en
la igu a 1 son alo es medios den o del in e alo de
concen aciones de un expe imen o, lo que di icul a la
ob ención de las cons an es KQ y n. De e minando el
alo medio de la unción de inida po (5) en el in e alo
de concen aciones de un expe imen o dado se iene:
Tabla V
Valo es expe imen ales y eó icos de la cons an e ciné ica apa en e.
KA
(d as-i), pa a cada concen ación media de sus a o, S (g/l), en el
eac o Tes igo
s
(g/l)
5,5
6.4
7,3
7,8
8,2
8,6
KA
expe .
(días-1)
0,97
0.50
0,25
0,16
0,13
0,09
KA
eó .
(días-1)
0,94
0,50
0,25
0,16
0,11
0,08
%Des iación
3
0
0
0
15
11
KA=
[(1 - (Sj/S*))
"-^1
- (1 - (S /S*)) "+1]
KQ
S*
(6)
(S -Si)(n+1)
donde S¡ y S ep esen an la concen ación inicial y inal
de un expe imen o, exp esadas como DQO ( abla IV), y
KA
es la cons an e ciné ica apa en e media pa a el mis-
mo.
Pa a la de e minación de los pa áme os KQ y n a
pa i de la ecuación (6), se u iliza el so wa e de cálculo
ya mencionado (Time Se ies P ocesso ), eniendo en
cuen a que el alo de S* (concen ación c í ica de inhibi-
ción) se puede de e mina po ex apolación a
KA
=
O
de
la ecuación KA = (S) (Figu a 1), al se el alo de la
concen ación de sus a o pa a el cual la eacción o
ac i-
idad de las células se de iene (S*=15 g/l).
De es a o ma se ob iene:
(KA)
Tes igo = 17,5
[1
- (S/15)] 6.4 (7)
(KA)
Pansil = 14,3
[1
- (S/15)]6,2 (8)
Dada la p oximidad de los alo es de las cons an es,
el compo amien o de ambos ipos de diges o es es aná-
logo;
po o a pa e, el al o alo de n en ambos casos
(n>6) indica la exis encia de una ue e inhibición, si bien
en el eac o con biomasa sopo ada sob e Pansil el e-
nómeno de inhibición es lige amen e in e io .
Po o o lado, con obje o de con as a la alidez del
modelo de Le enspiel se calculan los alo es eó icos de
KA
pa a cada diges o a pa i de las ecuaciones (7) y (8),
u ilizando los alo es medios de concen ación de sus a-
o de cada expe imen o calculados a pa i de los da os
de la Tabla IV.
En las ablas V y VI se ecogen los alo es de la cons an-
e ciné ica. KA, expe imen ales y eó icos así como el
po cen aje de des iación en e ambos pa a cada concen-
ación media de sus a o, en los diges o es Tes igo y
con biomasa sopo ada sob e Pansil espec i amen e.
Como puede obse a se, la des iación en e los alo es
eó icos y expe imen ales es in e io al 15% en odos los
casos, llegando incluso a coincidi o almen e pa a
algu-
nos alo es de concen ación de sus a o; ello da idea de
que las cons an es ciné icas ob enidas median e el mo-
delo de Le enspiel, ep oducen con bas an e idelidad el
compo amien o de los eac o es u ilizados.
Tabla VI
Valo es expe imen ales y eó icos de la cons an e ciné ica apa en e.
KA
(días-1), pa a cada concen ación media de sus a o, S (g/l), en el
eac o con biomasa sopo ada sob e Pansil
s
(g/l)
5,2
6,0
6,7
7.3
7,7
8,2
KA
expe .
(días-1)
1,08
0,58
0,41
0,26
0,18
0,13
KA
eó .
(días-1)
1,02
0,60
0,36
0,23
0,16
0,11
%
Des iación
6
3
12
12
11
15
Finalmen e, dado que pa a cada expe imen o ealiza-
do se conoce el olumen de me ano p oducido, así como
las DQO inicial y inal (Tablas II, III y IV) se calcula el
coe icien e de endimien o pa a ambos diges o es
con-
jun amen e, al no habe se encon ado di e encias signi i-
ca i as en e ambos; pa a ello se e ec úa un ajus e lineal
po mínimos cuad ados de las pa ejas de alo es (G,
DQO consumida) ob eniéndose a a és de la pendien e
un alo de 315 mi CH4 en condiciones s anda de p esión
y empe a u a (STP)/g DQO. Po o a pa e, el po cen aje
de educción de DQO espec o a los alo es añadidos es
supe io al 87% en ambos diges o es, lo que da idea de
la bondad del p oceso anae obio pa a elimina la mayo
pa e de la DQO esidual p esen e en el alpechín p e ia-
men e a ado de o ma ae obia.
5. CONCLUSIONES
A pesa de habe e ec uado un a amien o p e io, ía
ae obia con Geo íchum candidum, la diges ión anae obia
del alpechín de almaza a clásica de p ensa, p esen a
una ue e inhibición al aumen a la concen ación de sus-
a o.
Se ha co elacionado la cons an e ciné ica apa en e
del p oceso de diges ión anae obia con la concen ación
de sus a o median e el modelo p opues o po Le ens-
piel.
Los alo es de las cons an es de inhibición del modelo
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h p://g asasyacei es. e is as.csic.es
86 G asas y Acei es
ep oducen las cons an es apa en es de elocidad del
p oceso anae obio con un g ado de des iación in e io al
15%
en odos los casos.
Los alo es ob enidos no pe mi en es ablece di e en-
cias signi ica i as en e el compo amien o del diges o
Tes igo y del que iene la biomasa sopo ada sob e Pansil,
si bien en es e úl imo el g ado de inhibición es lige amen-
e in e io .
La diges ión anae obia elimina del o den del 80% de
la DQO, con un coe icien e de endimien o de 315 mi
CH4 STP/g DQO.
AGRADECIMIENTOS
Que emos hace cons a nues o ag adecimien o a
D.- Ca men Sánchez po su e icaz ayuda y colabo ación.
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