Revista mexicana de ingeniería química

Anaerobic digestion of primary and secondary sludge in two serial UASB reactors

En este trabajo, se estudió la hidrólisis en mesofilia (AM) y la estabilización bajo condiciones metanogénicas en termofília (MT), de una mezcla de lodo primario (LP) y lodo secundario (LS) en dos reactores de lecho de lodos de flujo ascendente (UASB) operados en serie. Los reactores AM y MT operaron a 32±2 °C y 56±1 °C, respectivamente, con diferentes proporciones de LP:LS en la alimentación, sin agitación ni recirculación y a diferentes tiempos de retención hidráulica (TRH). En el reactor AM los mejores resultados fueron en la etapa V, con 2 días de TRH, 18 días de retención de sólidos (TRS), con una proporción LP:LS (50:50), una carga orgánica volumétrica (Bv) de 3.6 kg DQO/m3.d., en donde se obtuvo una eficiencia de remoción de la materia orgánica (DQO) del 56.8%, una formación de DQO soluble del 48.3%, destrucción de sólidos suspendidos volátiles (SSV) de 68.6% con una velocidad de hidrólisis de 0.16 kg/m3.d. El reactor MT, presentó la mejor estabilización a 6 días de TRH, con una producción de 107.7 mL CH4 /KgSSVrem, un 66% en la destrucción de SSV, una eliminación de coliformes fecales de 8.5 log10 y una reducción de huevos de helminto del 85%. La separación en dos fases del tratamiento anaerobio de lodos, permitió obtener una mayor hidrólisis de la materia orgánica a TRS menores a los reportados en reactores completamente agitados y una reducción en los huevos de helminto similares a los reportados en la literatura.

The present research studies of mesophilic hydrolysis (AM) and stabilization under thermophilic methanogenic conditions (MT) for a mixture of primary sludge (PS) and secondary sludge (SS) using two serial Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactors (UASB). The AM and MT reactors were operated at 32 ± 2 °C and 56 ± 1 °C, respectively with different rates of PS:SS in the supply, without stir or recirculation at different hydraulic retention times (HRT). The AM reactor showed the optimal results in the stage V, HRT of 2 days, solid retention times (SRT) of 18.1 for a PS:SS rate of 50:50, and volumetric loading (Bv) of 3.6 kg DQO/m3.d., and it was observed a COD removal efficiency of 56.8%, soluble COD production of 48.3%, volatile suspended solids (VSS) removal of 68.6% using a hydrolysis rate of 0.16 kg/m3.d. The MT reactor showed the optimal stabilization for HRT on the 6th day of operation, methane (CH4) production of 107.7 mL CH4/ Kg VSSremoved, VSS removal of 66%, faecal coliform elimination of 8.5 Log10 and reduction for helminth eggs of 85%. Partition in two stages of the sludge anaerobic treatment allowed us to achieve higher hydrolysis of the organic matter with lower SRT than those reported for completely stirred reactors; furthermore reduction of helminth eggs was similar to other previous reports.

**Biodegradation of [bmim][PF₆] using Fusarium sp**

The increased use of ionic liquids in industry has led to the study of their biodegradability and toxicity to prevent contamination of the environment by these synthetic compounds. A Fusarium strain was isolated and tested for its ability to tolerate and grow in the presence of [bmim] [PF6], a potential contaminant of wastewaters. The Fusarium strain was able to grow in both surface and submerged liquid media using [bmim] [PF6] as the sole carbon source up to 19 and 21 g [bmim] [PF6] L-1, respectively. A membrane-aerated biofilm reactor was used for biodegradation studies of synthetic wastewaters. Up to 80% biodegradation was observed after 28 days of incubation at 30 °C. This is the first time that [bmim][PF6] has been subjected to fungal biodegradation.

El uso creciente de líquidos iónicos en la industria conduce a estudios de bio-degradabilidad y toxicidad para prevenir la contaminación del medio ambiente por estos compuestos sintéticos. Se aisló una cepa de Fusarium y se probó su habilidad para tolerar y crecer en presencia de [bmim] [PF6], un contaminante potencial de aguas residuales. La cepa de Fusarium fue capaz de crecer tanto en cultivo superficial y sumergido utilizando [bmim] [PF6] como única fuente de carbono hasta 19 y 21 g [bmim] [PF6] L-1, respectivamente. Se utilizó un reactor de biopelícula de membrana aireada para los estudios de biodegradación de aguas residuales sintéticas. Se observó una biodegradación del 80% después de 28 días de incubación a 30 °C. Ésta es la primera vez que se estudia la biodegradación de [bmim][PF6] con hongos filamentosos.

Numerical study of natural convection in a 2-D square cavity with fluid-porous medium interface and heat generation

Se estudió numéricamente el fenómeno de convección natural bidimensional en una cavidad cuadrada que contiene dos regiones horizontales formadas por un fluido homogéneo y un medio poroso isótropo, el cual presenta generación de calor. Para la modelación, se utilizó el enfoque de dominio simple con un parámetro binario para que las ecuaciones de momentum y de energía tengan validez en todo el dominio. Las ecuaciones de transporte se discretizaron mediante colocación ortogonal y el sistema de ecuaciones algebraicas que se genera se resuelve con el método de Newton. Las simulaciones se hicieron para números de Rayleigh entre 10³ y 10(6); para valores de la fuente de calor (S0) de 0, 10, 30 y 50; para números de Darcy de 10-4, 10-6 y 10-8 y para posiciones de la interfase medio poroso-fluido entre 0 < Yp < 1, considerando el número de Prandtl igual a 0.71, analizando su efecto sobre las líneas de flujo, isotermas y el número de Nusselt. Además, se comparó este método con resultados publicados previamente, obteniendo buena concordancia. Los resultados indican que el enfoque de dominio simple es una buena aproximación para predecir el flujo entre las dos fases, sin la necesidad de especificar condiciones interfaciales.

A numerical study was performed regarding two-dimensional natural convection in a square cavity that contains two horizontal regions formed by a homogeneous fluid and an isotropic heat-generating porous medium. The one-domain formulation was used for developing the mathematical model, with a binary parameter so as to the momentum and energy equations were valid throughout the domain. The governing equations were discretized using orthogonal collocation and the set of algebraic equations generated is solved via Newton method. The simulations were performed for Rayleigh numbers among 10³ and 10(6); for values of the dimensionless heat source (S0) of 0, 10, 30, and 50; Darcy numbers of 10-4, 10-6, and 10-8 and for positions of the porous medium-fluid interface between 0< Yp < 1, considering the Prandtl number equals to 0.71, to assess their effect on the streamlines, isotherms and Nusselt number. In addition, this method was compared with previously published reports with good agreement. The results indicate that the one-domain formulation is a good approximation for predicting the flow between the two phases without the requirement to specify interfacial conditions.

Interrelationship between the structural features and rehydration properties of spray dried manzano chilli sauce microcapsules

Manzano chilli sauce microcapsules (MCHS) were obtained by spray drying using Gum Arabic (GA100%), whey protein concentrate (WPC100%) and a blend of these biopolymers (GA50%-WPC50%) as wall materials in 2:1 and 4:1 wall to core material ratios (WCMR). Water vapor adsorption isotherms data of microcapsules were obtained at 35 °C and fitted to GAB's model. The monolayer water content values of the microcapsules varied from 9.97 to 14.32 kg H2O/100 kg dry solids, and were used for determining the surface fractal dimension (Ds). Ds values ranged between 2.04 to 2.30 for the 2:1 WCMR and 2.17 to 2.43 for the 4:1 WCMR, respectively. Microcapsules topology was determined by Scanning Electronic Microscopy (SEM). Microcapsules with WPC100% exhibited smoother and more regular shaped topology than those with GA100% which tended to exhibit surface flaws and dents, while those made with the biopolymers blend exhibited an intermediate morphology. Rehydration times of the microcapsules were function of water activity (a w) and WCMR. The higher the WCMR, the higher the rehydration time required.

Se obtuvieron microcápsulas de salsa de chile manzano (MCHS) mediante secado por aspersión usando como agentes encapsulantes, goma Arábiga (GA100%), concentrado de proteína de suero de leche (WPC100%) y una mezcla de ambos biopolímeros (GA50%-WPC50%), con relaciones de material de pared a material encapsulado (WCMR) de 2:1 y 4:1. Se obtuvieron isotermas de adsorción de las microcápsulas a 35 °C, las cuales se ajustaron al modelo de GAB. El contenido de humedad en la monocapa de las microcápsulas varió entre 9.97 y 14.32 kg H2O/100 kg s.s., y estos valores se utilizaron para determinar la dimensión superficial fractal (Ds). Los valores de Ds se encontraron entre 2.04 a 2.30 para la WCMR 2:1 y de 2.17 a 2.43 para la WCMR 4:1. La topología de las microcápsulas se determinó por microscopía electrónica de barrido (SEM). Las microcápsulas con WPC100% presentaron superficies suaves y regulares, con GA100% defectos superficiales caracterizadas por pliegues poco tersos, y la mezcla GA50%-WPC50% una morfología intermedia en comparación con los biopolímeros puros. Los tiempos de rehidratación de las microcápsulas fueron función de WCMR y de la actividad de agua (a w). A mayor WCMR, mayor fue el tiempo de rehidratación requerido.

Effect of chemical modification type on physicochemical and rheological characteristics of banana starch

Isolation of non-conventional starches has increased in the last decade; chemical modification of these no conventional starches may produce starches with improved physicochemical and functional properties that are not available from commercial starches. Banana starch was acetylated and oxidized and the thermal, pasting and rheological characteristics were evaluated. The low carbonyl and carboxyl groups might be due to the starch source. The acetylated banana starch obtained had a low degree of substitution (0.04). The acetylated banana starch had lower temperature and enthalpy of gelatinization than oxidized and native banana starches, had higher peak viscosity in the viscoamylographic profile than its native counterpart. The oxidized starch produced the peak viscosity during the cooling step and the three starches had higher viscosity during the cooling step, showing a gel conformation. The native, acetylated and oxidized starches showed a non-Newtonian behavior of the shear-thinning type. The rotational test showed that oxidized banana starch had a firmer gel than acetylated starch, which agrees with the viscoamylographic results.

En la última década ha incrementado el aislamiento de almidones de fuentes vegetales no convencionales; la modificación química de estos almidones de fuentes no convencionales puede producir almidones con propiedades funcionales y fisicoquímicas mejores que no presentan los almidones comerciales. Se acetiló y oxidó almidón de plátano y se evaluaron sus propiedades térmicas, de formación de pastas y reológicas. El bajo contenido de grupos carbonilo y carboxilo puede ser debido a la fuente botánica de almidón. El almidón acetilado de plátano presentó un bajo grado de sustitución (0.04). El almidón acetilado presentó una menor temperatura y entalpía de gelatinización que los almidones oxidado y nativo, y presentó un mayor pico de viscosidad en el perfil viscoamilográfico en comparación con el almidón nativo. El almidón oxidado presentó el pico de viscosidad durante la etapa de enfriamiento y los tres almidones presentaron incrementos de viscosidad durante la etapa de enfriamiento, mostrando una conformación de gel. Los almidones nativo, acetilado y oxidado presentaron un comportamiento no Newtoniano del tipo reofludizante. La prueba rotacional mostró que el almidón oxidado presentó un gel más firme que el almidón acetilado, lo cual coincide con los resultados viscoamilográficos.

Preparation and characterization of chitosan/carbon nanotubes composites

En la medicina regenerativa e ingeniería tisular, son necesarios soportes con alta porosidad que puedan ser adaptados para imitar la naturaleza de la matriz extracelular (ECM) en términos de estructura, composición química y propiedades mecánicas. En este trabajo se utiliza la quitosana, un polímero natural biocompatible, como soporte y fue preparado por la técnica de separación de fases inducida térmicamente con el fin de que adquiriera características apropiadas. Se investigó la influencia de diversos parámetros como la concentración del polímero, la temperatura de la separación de la fase y la incorporación de nanotubos de carbono de pared múltiple (MWNTC). Se encontró que las propiedades mecánicas del soporte se incrementan considerablemente con la adición de bajos porcentajes de MWNTC. La caracterización de los materiales se obtuvo por microscopia electrónica de barrido (SEM), análisis termogravimétrico (TGA), espectroscopia infrarroja (FTIR), así como sus propiedades mecánicas y su velocidad de degradación hidrolítica.

In regenerative medicine and tissue engineering, scaffolds with high interconnected porosity are necessary because they can be potentially tailored to mimic the natural extracellular matrix (ECM) in terms of the structure, chemical composition, and mechanical properties. In this work the preparation of Chitosan, a natural biocompatible polymer was used as scaffolds and was prepared by thermal induced phase separation in order to acquired an appropriate characteristics, the influence of several parameters as polymer concentration, quenching temperature and the incorporation of multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) was investigated where it was found that the mechanical properties of the scaffolds increase considerably with the addition of small percentage of MWCNT. The Materials characterization was made by Scanning Electronic Microscopy, Thermal Mechanical Analysis, Fourier Transformed Infrared Spectroscopy and hydrolytic degradation rate.