Metode Biotehnologice de Degradare a Apelor Uzate din Industria Berii

1. INTRODUCERE

Fabricile de bere reprezinta una din cele mai poluante industrii, generand intre 8-15 litri de efluenti (ape de spalare) pentru fiecare litru de bere produs. Datorita continutului biochimic de oxigen (CBO) ridicat al apelor de spalare, aplicarea unei tehnologii bazate pe tratarea anaeroba cu obtinerea de biogaz pare a fi foarte eficienta. Oricum, efluentii tratati anaerob inca prezinta o concentratie ridicata de poluanti organici, motiv pentru care nu pot fi evacuati direct in cursurile de apa. Acest aspect recalcitrant este datorita prezentei polimerilor melanoidinici de culoare maro, care sunt formati in urma reactiei Maillard dintre un zahar si un aminoacid. Pe langa compusii melanoidinici (care sunt principalii raspunzatori de culoarea apelor uzate[1]), in apele de spalare din industria berii se mai gasesc si urmatoarele substante: amidon, zaharoza, celuloza, grasimi, substante minerele, coloranti, substante tanante, substante amare, proteine, polifenoli, vitamine (B1, B6, nicotinamida, acid pantotenic) si nu in ultimul rand, ele contin o serie de enzime (amilofosfataza, α amilaza, β amilaza, proteinaza, peptidaza, citaza, fitaza, catalaza, peroxidaza).

Culoarea berii se datoreaza:

- reactiei Maillard, care duce la formarea compusilor melanoidinici, care sunt definiti ca fiind pigmenti solubili, avand un spectru al culorii de la chihlimbar la galben.

- oxidarii polifenolilor, care duce la formarea unei culori rosu-brun.

- interactiunii cu urmele de metale. De exemplu, cuprul poate stimula oxidarea polifenolilor.

- riboflavinelor, care duc la formarea unei culori galbene[2].

Tabel 1. Factorii principali care contribuie la formarea culorii berii

Componenta Sursa Culoarea

materiei prime procesului

Melanoidine malt plamadire Galben, chihlimbar

Polifenoli oxidati malt si hamei oxigenare, pasteurizare Rosu, maro

Cupru si fier apa si malt - -

Riboflavine malt si drojdie - Galben

Datorita costurilor reduse, a activitatii de reinnoire si regenerare, si datorita riscului secundar de poluare care poate fi foarte mic sau poate sa nu apara, metoda biologica este cea mai utilizata metoda de tratare a deseurilor organice si a reziduurilor industriale[3].

Procesele biologice de degradare a compusilor organici din apele reziduale sunt realizate de microorganisme, in special mucegaiuri (fungi). Fungii sunt recunoscuti pentru capacitatea lor superioara de a produce o gama larga de proteine extracelulare, acizi organici si alti metaboliti, si pentru capacitatea lor de a se adapta la diferite conditii de mediu. In afara de capacitatea lor de a produce metaboliti, fungii sunt implicati si in biotratarea (indepartarea sau degradarea) componentelor apelor reziduale, cum sunt metalele, nutrientii anorganici si componentele organice[4].

Toate apele reziduale ar trebui tratate, astfel incat ele sa corespunda cu standardele prezente in tabelul 2, standarde stabilite de Minimum National Standards[1].

Tabel 2. Standardele efluentilor in cazul fabricilor de bere

Nr.crt Parametrul Valoare standard

1 pH 5.5-9.0

2 Culoare si miros absent

3 Solide in suspensie (mg/l) 100

4 CBO (3 zile la 270C) (mg/l)

(a) deversare in cursuri de apa

(b) deversare pe camp pentru irigare

30

100

2. BIODEGRADAREA SI DECOLORAREA ANAEROBA A APELOR REZIDUALE DIN INDUSTRIA BERII CU AJUTORUL UNUI CONSORTIU DE BACTERII

Exista foarte putine cercetari care indica rolul bacteriilor in bioremedierea efluentilor de la fabricile de bere.

S-a selectat un consortiu bacterian DMC format din trei bacterii (Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophila si Proteus mirabilis ) care realizeaza o decolorare de 67,2% in 24 de ore si o reducere a CCO in 72 de ore in cazul incubarii la 37 0C in conditii fara agitare, daca in mediu au mai fost introduse 0,5% glucoza, 0,1% KH2PO4, 0,05% KCl si 0,05% MgSO4 • 7H2O.

Un prim pas in cadrul acestei metode il reprezinta colectarea si analizarea fizico-chimica a apelor reziduale de la fabrica de bere. Aceste ape reziduale sunt colectate intr-un reactor si pastrate la 40C. Efluentul a fost apoi analizat si caracterizat din punct de vedere al pH-ului, al continutului chimic de oxigen, al continutului biochimic de oxigen, al continutului de solide, al totalului de solide aflate in suspensie, al continutului de carbon organic si al continutului de fosfati si sulfati.

Optimizarea conditiilor de de decolorare si de reducere a CCO presupune studierea:

- influentei sursei de carbon. Decolorarea si reducerea CCO s-a incercat prin folosirea diverselor surse de carbon cum este glucoza, galactoza, fructoza, sucroza si amidon. Cea mai buna sursa de carbon s-a dovedit a fi glucoza, care duce la o maxima decolorare (67%) si reducere a CCO (51%), la o concentratie de 0,5%. O crestere ulterioara a concentratiei de glucoza nu realizeaza o decolorare mai pronuntata, insa duce la scadarea reducerii CCO.

- influentei sursei de azot. A fost demonstrat faptul ca suplimentarea cu sursa de azot afecteaza in mod negativ decolorarea, ducand la o scadere a gradului de decolorare pana la 55 % in cazul azotului organic azot (ex. extract de drojdii, peptone), si de pana la 36% in cazul azotului anorganic (ex. azotat de sodiu, azotat de amoniu).

- influentei pH-ului. Rezultatele unor cercetari au aratat faptul ca maximum de decolorare (67%) si de reducere a CCO (51%) are loc la pH 7.

- influentei temperaturii. Decolorarea efluentilor este afectata de temperatura de incubare. S-a observat faptul ca o crestere a temperaturii de la 20 la 370C duce la cresterea procesului de decolorare si de reducere a CCO de la 35% la 67%, respectiv, de la 27% la 51%. O crestere ulterioara a temperaturii pana la 400C influenteaza negativ cele 2 procese.

- influentei concentratiei de inocul. Maximum de decolorare si de reducere a CCO s-a observat la o concentratie de inocul de 15 % (V/V). O crestere ulterioara a concentratiei de inocul nu duce la imbunatatirea procesului de decolorare.

- influentei agitarii. Consortiul bacterian DMC manifesta un maxim de decolorare numai in cazul incubarii in conditii statice (neagitare), in timp ce in cazul agitarii realizeaza reducerea CCO, insa procesul de decolorare este redus.

- influentei timpului asupra decolorarii si reducerii CCO. O data cu trecerea timpului se observa o crestere a masei de celule, a procesului de decolorare si de reducere a CCO. Decolorarea maxima (67%) s-a observat dupa 24 de ore, perioada dupa care masa de celule continua sa creasca, insa nu se mai realizeaza decolorare. Reducerea maxima a CCO (51%) s-a observat dupa 72 de ore, iar dupa aceasta perioada, consortiul bacterial intra in faza stationara unde nu se realizeaza nici cresterea masei celulelor, nici o reducere a CCO[5].