Colorantes azoicos

Práctica 5 Biodegradación de colorantes
azoica por bacterias inmovilizadas sobre
carbón activado
Escuela Nacional de Ciencias Biológicas
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
0
BIODEGRADACIÓN DDE
COLORANTES AZOICOS POR
BACTERIAS INMOVILIZADAS SOBRE
CARBÓN ACTIADO
Gestión de Residuos Peligrosos
Angel García Machorro
9-6-2015

carbón activado
1
INTRODUCCIÓN
Muchas diferentes técnicas se utilizan en un intento de eliminar con eficacia y eficiencia los colorantes azoicos
de los efluentes de aguas residuales de la industria textil y otras industrias relacionadas con medio de
contraste, entre los que son los de cuero, alimentos, cosméticos, fotografía en color, la industria farmacéutica
y de productos de papel.
Los colorantes utilizados más frecuentemente por las empresas textiles son los azoicos cuya característica
principal es el enlace insaturado de dos moléculas de nitrógeno, -N=N- (azo) (Kuppusamy y Briones, 1997); se
clasifican en reactivos, metálicos, dispersos, básicos, ácidos, directos y mordantes.
Estos colorantes son una especie de tintes sintéticos que pueden contener uno o más grupos azo, y cada
enlace generalmente se encuentra unido a dos grupos aromáticos, usualmente aminas. La degradación de los
tintes que presentan compuestos azo se realiza en dos pasos: el rompimiento del enlace azo y la
mineralización parcial o total de productos intermediarios; esto es de gran importancia debido a que los
productos intermediarios de muchos tintes azo tales como benzidina, 2-naftilamina y otras aminas aromáticas,
son carcinógenas o de otro modo tóxicas (Chacón y col., 2002).
Por tantas razones medioambientales y sanitarios, es esencial para eliminar por completo estos colorantes
azoicos antes de que lleguen a los efluentes que salen a la aprobación de la gestión de abastecimiento de agua
tanto como los tintes y sus productos de degradación intermedios que son muta génicos y pueden convertirse
en cancerígenos en condiciones anaeróbicas.
Los métodos físicos y químicos que se han utilizado para la eliminación de colorantes azoicos incluyen
adsorción, coagulación y procesos de membrana. Tecnologías de membrana son muy efectivos, pero utilizan
cantidades significativas de energía. Por otra parte, los procesos biológicos desarrollados hasta ahora han sido
relativamente ineficaz.
El uso de carbón activado reside en la capacidad para conducir electrones, además de ser un mediador redox
que contiene estructuras de superficie quinónica, así como otros grupos funcionales, como los anillos
aromáticos. Una alta concentración de colorante sobre la superficie del carbón ayuda de transporte de
electrones desde el donante de electrones de acetato a la vinculación azoicos desde la catálisis tiene lugar
principalmente en la capa de adsorción.
Se ha reportado que el uso de carbón activado beneficia la reducción de los colorantes azo al funcionar como
mediador redox (van der Zee y col., 2003) y como soporte de bacterias (Barragán y col., 2006), ya que provee
una superficie adecuada para el crecimiento de microorganismos y los grupos en la superficie de éste pueden
participar en la reacción.

carbón activado
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RESUMEN
La degradación de colorantes azo de la industria textil ha sido el objetivo de varios investigadores debido al
interés que este problema de contaminación ha generado. Los colorantes reactivos son más difíciles de
degradar ya que son altamente solubles en agua debido a los grupos sulfonados en su molécula. En esta
práctica se estudió la degradación del colorante naranja bajo condiciones anaerobias a nivel matraz y en un
reactor anaerobio de flujo ascendente con lecho fijo de biomasa soportada en carbón activado (se utilizó un
consorcio adaptado de microorganismos). Se estudiaron las condiciones de degradación del colorante a nivel
matraz y se analizó el efecto del pH de la solución, utilizando carbón activado como soporte para formar
biopelículas y como mediador redox para la reacción, además de THQ. La cantidad de carbón activado y de
inóculo utilizados son los factores clave en la degradación, obteniendo mayores porcentajes de remoción a pH
5, de 87 a 97%. El diseño de experimentos aplicado al reactor en operación continua indica que los factores
que influyeron principalmente en la eficiencia de degradación son la concentración inicial de colorante y
cantidad de dextrosa (sustrato), para la remoción de color, y el tiempo de residencia en el reactor para la
remoción de DQO. La cinética de reducción se estudió a nivel matraz y en continuo y se observó que la
velocidad de reacción disminuye al aumentar la concentración, además, los perfiles respecto al tiempo
mostraron un comportamiento no lineal.
Por lo tanto, se propuso un modelo cinético con cambio de orden para la reducción del colorante. Los
productos de degradación del colorante fueron identificados mediante la degradación ya que previamente
fueron inoculadas las muestras; estos fueron principalmente compuestos alifáticos como ácidos carboxílicos,
alcoholes y amidas.
OBJETIVO
 Desarrollar en un sistema por lote la degradación de un azocolorante por bacterias inmovilizadas
sobre carbón activado.
 Determinar la eficiencia del proceso de decoloración.

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METODOLOGÍA
RESULTADOS
Se obtuvieron los valores de absorbancia para concentraciones conocidas para realizar la curva tipo.
Tabla 1. Valores de concentración y absorbancia para realizar la curva tipo.
Curva tipo
Concentración
(mg/L)
Absorbancia
50 3.3015
30 1.8215
20 1.2235
15 0.922
10 0.61
Se trabajó la solución ya
preparada por los profesores
en condiciones estériles
A la solución se le añadió 2
mL de carbón conteniendo las
bacterias inmovilizadas
Se realizó la incubación a
35°C en una agitadora a 125
rpm durante 6 días
Se tomarón alicuotas de 3 mL
del medio de cultivo en
condiciones estériles dentro
de dos viales eppendorff,
utiliando micropipeta con
puntas estériles
Se centrifugaron las muestras
a 3500 rpm por 20 min
Se procedió a leer la
absrobancia en el
espectrofotómetro a 480 nm
Se interpoló la lectura de
absorbancia en la curva tipo
determinando la cantidad de
colorante residual

carbón activado
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Se realiza la curva tipo y se obtiene su ecuación de la recta.
Tabla 2. Absorbancia y concentración obtenida durante 6 días de la muestra Testigo y de la muestra del
inóculo.
Tiempo Absorbancia Concentración
de Muestra
Muestra
Testigo
Muestra
Inóculo
Muestra
Testigo (S0)
Muestra
Inóculo (S)
Día 1 1.872 1.801 26.321 25.265
Día 2 1.901 2.082 26.753 29.446
Día 3 1.999 2.049 28.211 28.955
Día 4 1.95 2.192 27.482 31.083
Día 5 1.806 1.925 25.339 27.110
Día 6 1.809 1.842 25.384 25.875
Nota: La concentración se determinó utilizando la ecuación de la curva tivo despejando la “X” que en este caso
es la concentración y “Y” la absorbancia.
Gráfica 1. Curva tipo del colorante tipo naranja II.
y = 0.0672x - 0.1032
R² = 0.9972
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 10 20 30 40 50 60
Absorbancia
Concentración ppm
Curva tipo Naranja II

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Tabla 3. A partir de la concentración promedio se calcula Ln(S/So) y 1/S.
Tiempo
(días)
Ln (S/S0) S-1
1 0.016 0.037
2 0.096 0.034
3 0.026 0.035
4 0.123 0.032
5 0.068 0.037
6 0.019 0.039
Se grafica Ln(S/So) para cinética de primer orden y S-1
para cinética de segundo orden en función del tiempo y
se determina a cual modelo de cinética se ajusta mejor.
Grafica 2. Remoción de colorante, modelo de primer orden.
y = 0.0008x + 0.0554
R² = 0.001
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0 1 2 3 4 5 6 7
Concentracion(ln(S/S0)
Tiempo
Remocion de colorante
Cinetica de 1er…

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Grafica 3. Remoción de colorante, modelo de segundo orden.
En la gráfica de cinética de primer orden se tuvo una coeficiente de correlación igual a 0.001 y en la gráfica de
cinética de segundo orden igual a 0.0783. Con valores tan bajaos no podemos afirmar que se ajuste mejor a
ninguno de los dos modelos, pero usaremos el modelo de cinética de segundo orden para calcular la constante
de velocidad (K):
1
𝑆
=
1
𝑆𝑜
+ 𝑘𝑡 𝑦 = 𝑎 + 𝑏(𝑥)
Y por lo tanto la constante b (pendiente de la recta) representa el valor de la constante de velocidad k que es
de 0.0004 dias-1
.
El % de eliminación se obtiene de la siguiente forma.
(1 −
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑙 𝑑𝑖𝑎 𝑛
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
) ∗ 100
Y se obtiene la siguiente tabla de % de remoción para cada día.
Tiempo (días) 1 2 3 4 5 6
% Eliminación 0.000 10.06 8.23 16.19 1.34 3.28
y = 0.0004x + 0.0343
R² = 0.0783
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
0.045
0 1 2 3 4 5 6 7
Inversodelaconcentracion(1/S)
Tiempo
Remocion de colorante
Cinetica de 2° orden

carbón activado
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Y la tasa de eliminación diaria
Tiempo (días) 1 2 3 4 5 6
Tasa de eliminación (mg*L-1
*D-1
) 0.0 2.97 2.39 5.03 0.36 0.85
DISCUSIÓN
Como se puede observar en la Tabla 2 la concentración en la muestra testigo va en aumento conforme pasan
los días, lo cual no debió ser siendo que no fue inoculada con bacterias, el único cambio que posiblemente
podría haberse observado en ésa muestra sería la disminución de la concentración debido al el efecto de
agitación tal vez. Un aumento en la concentración significa que la muestra fue contaminada mientras
realizábamos las pruebas y/o que no se llevó a cabo adecuadamente la sedimentación de las bacterias antes
de determinar la absorbancia.
Por otro lado si comparamos la concentración de la muestra testigo con la muestra inoculada a través del
tiempo podemos observar que el primer día sí obtenemos los resultados esperados, que la muestra inoculada
presente una concentración menor a la muestra testigo, dado que se estaba dando el efecto de degradación
del colorante debido a las bacterias. Pero a partir del segundo día parecería que la muestra inoculada tiene
una mayor concentración del colorante problema que la testigo lo cual sabemos que no puede ser porque de
alguna forma se está “generando” más colorante. Lo que pudo haber pasado es que la centrifugación no fue
adecuada previa a la lectura de la absorbancia o que al momento de tomar las muestra se resuspendió el
material sedimentado..
No podemos afirmar que la degradación del colorante Naranja II tiene a una cinética de primero o segundo
orden ya que los resultados no son fiables.
CONCLUSIÓN
Por los resultados obtenidos en el presente trabajo se llega a la conclusión de que se deben realizar el proceso
con un mayor cuidado y con condiciones adecuadas para no contaminar las muestras.
Debemos asegurarnos que después de llevar a cabo la centrifugación, se tomen adecuadamente las muestras
para obtener su absorbancia y tratar de no resuspender el material sedimentado.

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REFERENCIAS
 Estudio de la degradación de un colorante azo rojo reactivo en un biorreactor anaerobio de flujo
ascendente, Instituto Tecnológico de Celaya, información obtenida el día 28 de Junio del año 2015.
http://www.iqcelaya.itc.mx/~richart/TesisDoctorado/2006%20Gonz%C3%A1lez%20Guti%C3%A9rrez.p
df
 Cinética de degradación de colorantes textiles de diferentes clases químicas por hongos y bacterias
inmoviilizadas sobre fibra de agave, Garzon Rossana, información obtenida el día 4 de Julio del año
2015. http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/8222/1/tesis217.pdf
 Decoloración de Colorante Azoico por Técnicas Químicos, Físicos y Biológicos, Dr. Mark Moskovitz y
Gary Witman, información obtenida el día 4 de Julio del año 2015.
http://www.dynamicadsorbents.com/spanishweb/decolorization2.htm
 Aplicación de la energía solar ultravioleta al tratamiento de la contaminación por compuestos no
biodegradables centro de investigaciones energéticas, medioambientales y tecnológicos. Informcación
obtenida el día 4 de Julio del año 2015.
https://www.psa.es/webesp/areas/tsa/docs/descontaminacion_mediante_fotocatalisis.pdf

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