Efecto del tiempo de contacto

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El efecto del tiempo de contacto entre la biomasa y el Ion metálico en biosorción, depende del tipo de microorganismo, de la viabilidad de las células y del elemento (Godleska-Zylkiewics, 2006).

La figura 4.1.a muestra la curva de concentración de hierro versus tiempo, donde se midió la concentración de hierro a la solución inicial sin agregar levaduras (S/L) y posteriormente agregadas las levaduras al tiempo 1, 2, 3, 4 y 24 horas, para así poder determinar el tiempo necesario para alcanzar la máxima capacidad de sorción. Se puede apreciar una reducción constante de la concentración de hierro de hasta las 4 horas, originando una captación total de hierro de 14,4 mg/L esto corresponde a un 86,4%, siendo dentro de la 1 hora donde se produjo la mayor extracción de hierro con alrededor de 8,6mg/L con respecto al valor inicial lo que equivale al 52% de remoción (figura 4.1b), esto se debe a que el proceso de biosorción ocurre en 2 etapas, una fase inicial rápida que es pasiva y que tarda solo un par de minutos, posteriormente viene un proceso más lento que es extracción activa que puede durar horas (Godlewska-Zylkiewics, 2005). Sin embargo dicha reducción de la concentración de hierro en el tiempo no muestra diferencias estadísticamente significativas entre el control (S/l) y el tiempo 24 horas.

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El mismo ensayo se repitió para cobre donde se midió la concentración de cobre a la solución inicial sin agregar levadura (S/L) y posteriormente agregadas las levaduras a los tiempo 1, 2, 3, 4 y 24 horas. Los resultados se presentan en la Figura 4.2a donde se observo un comportamiento distinto al observado en hierro, donde luego de 1 hora de aplicadas las levaduras la concentración de cobre aumento 1,24 mg/L, esto se puede explicar debido a que las levaduras en su constitución presentan metales, mediciones echas a las levaduras usadas arrojaron que están contenían alrededor de 51,5 µg de cobre/g de biomasa, el cual pudo ser incorporado a la solución por las levaduras haciendo aumentar la concentración de este metal, o tal vez fue un error experimental producto de una contaminación lo que provoco un aumento de la concentración en este punto, luego de la hora 1 la concentración de cobre disminuyo constantemente hasta las 24 horas logrando una extracción total de 0,76 mg/L comparado con la concentración inicial lo que equivale a un 46,2 % de remoción (Figura 4.2b). Al someter los datos a análisis estadísticos si se encontró diferencias significativas entre los tiempos 1-4 horas y también entre los tiempos 1 y 24 horas,.

La mayoría de los estudios de la literatura concluyen que la sorción del metal a la superficie del sorbente se produce rápidamente, la biosorción suele alcanzar el equilibrio dentro de10-40 minutos (Godlewska-Zylkiewics, 2005). Por ejemplo, la biosorción en las algas y el musgo es un proceso rápido donde el 90% de la sorción total se produce en un intervalo de 1-2 horas (Grimm et al., 2008). Nicolini et al., 2004, utilizaron corteza de lavadura en 2 concentraciones y dejaron la solucion en contacto por 3 horas. Bustrad y McHale usaron biomasa derivada de una destilería como biosorbente para lo cual definieron un tiempo de contacto de 2 horas.

Este ensayo permitió comprobar que el proceso de biosorción es rápido como lo dice la literatura, dentro de un par de horas se logra el máximo de sorción. Tanto para hierro como para cobre los resultados son similares en cuanto al tiempo, aunque con diferentes capacidades de sorción, se encontró que la biosorción de hierro (86,4%) fue mayor que para el cobre (46,2%), resultados similares encontraron, Allen y Brown, 1993 y Bustard y McHale, 1998, Volesly y May Phillips, esto se explica por la electronegatividad de los metales, donde mientras más electronegativo el Ion metálicos serán más fuertemente atraído a la superficie, también al peso atómico del Ion influye donde con mayor peso atómico será mejor y más eficientemente adsorbido (Navarro et al., 2006).

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Por lo tanto se determino que el tiempo necesario para alcanzar la máxima capacidad de sorción es de 3 horas, ya que posterior a este tiempo la biosorción hierro es minima, no siendo eficaz tener por más tiempo la solución en contacto con las levaduras, entones se decidió trabajar con este tiempo para el resto de los experimentos.

Efecto del pH sobre la biosorción

Con respecto a la influencia del pH en la biosorción de metales por biomasa fungosa, los efectos son variados (McHale y McHale, 1994).

Se determinó la capacidad de biosorción de hierro y cobre por saccharomyces cereviseae, en función del pH para obtener las condiciones de máxima sorción. Para lo cual se midió la concentración final del metal luego de 3 horas aplicadas las levaduras. También se midió el pH tanto al inicio como al final de los experimentos para comprobar los posibles cambios en el valor de pH, donde no se detectaron grandes cambios, los cuales solo fueron inferior a 0,4 unidades.

Se estudió la influencia del pH en la biosorción de hierro, los resultados obtenidos se observan en la Figura 4.3, donde se compara la concentración inicial de hierro y la concentración final luego de 3 horas de aplicadas las levaduras a pH 3,0 3,5 y 4,0, (rango de pH del vino). Este ensayo con objetivo de establecer el optimo pH, no mostró diferencias significativas en los resultados obtenidos a los pH estudiados, lo que indica que ninguno es más eficiente que el otro en la biosorción de hierro, o visto de otra manera, la biomasa remueve eficientemente el metal a todos los pH`s probados.

En cuanto a la eficiencia de la sorción de cobre por la biomasa a los diferentes pH, la concentración final de cobre luego de 3 horas de aplicadas las levaduras muestra diferencias altamente significativa entre un nivel de pH y otro (Figura 4.4), esto demuestra que efectivamente un nivel de pH es más efectivo en la biosorción de cobre, siendo el pH 3,0 donde se produce la mayor extracción de cobre con un 60% de remoción, en cambio a pH 3,5 solo remueve un 38,8% de cobre. ¿¿POR QUE?? Se esperaba que a mayor pH mayor sea la biosorción (dentro del rango) debido a que habrá menos competencia entre H y el cobre por los sitios de intercambio, sin embargo los resultados obtenidos contradicen esto, lo que se puede explicar.....

Estos resultados difieren con los resultados encontrados en investigaciones anteriores donde en el proceso de biosorción con Saccharomyces cerevisiae el pH es la variable con mayor influencia, Volesly y May Phillips (1995), Naja y McGill, (2007), Grimm et al., (2008), entre otros, en sus respectivos trabajos de biosorción, donde el pH optimo de biosorción de cobre se encuentra en rango de 5-7, por ejemplo Volesly y May Phillips 1995, compararon biomasa de saccharomyces cerevisiae de panadera y de cerveza para la biosorcion de Zn, Cu, Cd y U, tomando como pH optimo 4-5. La absorción de cationes metálicos como Cd, Cu, Zn, Pb, Ni, Mn, Al, Co, aumenta con la el aumento de pH (Naja y McGill, 2007), Grimm et al., 2008, compararon 3 tipos de biomasa para la biosorción de cobre donde utilizaron como pH optimo 5,5. Vianna et al., 2000, probo tres tipos de biomasa sobre la capacidad de biosorción de Cu, Zn y Cd, a tres pH distintos 2,5, 3,5 y 4,5, donde encontró mucho menor capacidad de extracción del metal a pH 2,5 y 3,5 para todos los metales en comparación con pH 4,5. Avery y Tobin, 1993, comparan el mecanismo de biosorción de metales duros y blandos por saccharomyces cereviseae, utilizando para ello pH 5,5. Rodríguez et al., 2008, encontraron que la capacidad de biosorción de la levadura se incrementó con el pH siendo más alta a pH de 5.0 para Cr3+ y Pb2+.

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Sin embrago este estudio no contempla pH más básicos a esos niveles, ya que no son los pH que se encuentran en el vino, sin embargo la levadura reflejo efecto a los pH utilizados.

Efecto de la concentración de biomasa sobre la biosorción

La cantidad de biomasa utilizada en el proceso de biosorción también es un factor importante que fue evaluado utilizando 500 y 1000 mg/L de biomasa.

Su efecto en la concentración final de hierro luego de 3 horas refleja diferencias significativas entre ambos niveles, esto indica que efectivamente un nivel de concentración de levadura es más efectivo que el otro en la biosorción, siendo la dosis de 1000 mg/L de levadura la más eficaz, logrando esta una mayor sorción de hierro.

Del análisis de la figura 4.5 se aprecia la diferencia entre la concentración inicial y final de hierro, la captación de hierro resulto mayor cuando la dosis de biomasa saccharomyces cereviseae utilizada fue mayor; 1000 mg/L (58,2% remoción), que es efectivamente lo que se esperaba ya que a mayor dosis de biomasa, mayor es el número de sitios activos disponibles para la sorción y con ello mayor capacidad de biosorción. (Rodríguez et al., 2008)

Este fenómeno fue observado también por Grimm et al., 2008, Cukierman, 2006, Rivera-Santillan y Martell-Ávila, 2008, entre mayor sea la cantidad de biomasa, mayor será el porcentaje de remoción para lo cual utilizaron semilla de eucaliptos como biosorbente. Rodríguez et al., 2008 observó que a mayor cantidad de biomasa mayor retención de iones metálicos.

La figura 4.6 presenta la comparación entre la concentración inicial y la concentración final de cobre luego de 3 horas de aplicadas las levaduras para los 2 niveles de biomasa, ambos niveles reflejan una reducción de la cantidad de cobre. Sin embargo al analizar los datos, estos no muestran diferencia significativas entre cada concentración de levadura, esto enseña que ninguna dosis de biomasa es más eficiente que la otra en la biosorción de cobre, o ambas concentraciones son igualmente eficiente.

Efecto conjunta del pH y concentración de biomasa sobre la biosorción

Al evaluar la influencia tanto del pH y la concentración biomasa sobre la biosorción de hierro y cobre, se encontró que la interacción entre ambas variables no muestra diferencias estadísticamente significativas para ambos metales, lo que significa que la sorción de hierro dependerá en forma independiente ya sea del pH o de la concentración de biomasa, pero no de ambas en forma conjunta, no se muestra una combinación ideal.

En la figura 4.7 se presenta la concentración de hierro para los distintos tratamientos, donde se aprecia una reducción de la concentración de hierro en todos los tratamientos, lo mismo se muestra para el cobre en la figura 4.8

Al trabajar con solución de vino modelo, simplifica el estudio, no obstante seria importante realizar este mismo ensayo en vino para comparar los resultados obtenidos en este sistema experimental con una situación real.

CONCLUCION

A través de este ensayo, queda demostrado que efectivamente células de levadura del tipo saccharomyces cereviseae posee la capacidad de ser biosorbente de metales. Esto nos muestra las numerosas posibilidades que ofrece la levadura, mas allá de su papel en la fermentación alcohólica.

Saccaharomyces cereviseae, será mas o menos efectiva según las condiciones del medio a mejorar y del tipo de contamínate que se quiera extraer.

La efectividad de la biosorción de cobre se ve limitada según el nivel de pH del medio

La efectividad de la biosorción de hierro su se ve limita a la dosis de biomasa siendo una concentración mayor más eficiente.

La mayor captación de metales por la biomasa ocurre solo en un par de horas de contacto, haciendo de este un proceso eficiente, que permite una alternativa rapida y natural para la eliminación de metales.

Las nuevas investigaciones y tecnologías permitirán conocer más a fondo la estructura de la levadura y su producción, para sin duda proponer en un futuro a los productores de vinos nuevas soluciones que permitan incrementar de forma natural la calidad de sus vinos.