1
1
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (3): pag e1582(septiembre-diciembre. 2024)
https://vocero.uach.mx/index.php/tecnociencia
ISSN-e: 2683-3360
Artículo Científico
Remoción de compuestos fenólicos contenidos en la
vinaza mezcalera empleando polielectrolitos (PAM y
PAC) y fotólisis UV/H2O2
Removal of phenolic compounds contained in mezcal vinasse using
polyelectrolytes (PAM and PAC) and UV/H2O2 photolysis
*Correspondencia: aparellano@itdurango.edu.mx (Luis Armando De La Peña-Arellano)
DOI:
Recibido: 23 de junio de 2024; Aceptado: 10 de septiembre de 2024
Publicado por la Universidad Autónoma de Chihuahua, a través de la Dirección de Investigación y Posgrado.
Editor de Sección: Dr. José Rafael Minjares-Fuentes
Resumen
Las vinazas son residuos altamente contaminantes que se generan en los procesos de elaboración del
mezcal. Estos efluentes se caracterizan por tener una alta carga orgánica, un color marrón, pH ácido
y un alto contenido de compuestos recalcitrantes, como son los compuestos fenólicos. Para investigar
la reducción de estos compuestos presentes en las vinazas mezcaleras se implementó un tren de
tratamiento donde se realizó, primeramente, la caracterización del efluente, seguido de un
pretratamiento fisicoquímico (coagulación/floculación) y posteriormente se aplicó un proceso de
oxidación avanzada (fotólisis UV/H2O2). Los resultados de la caracterización de la vinaza mezcalera
mostraron altos valores de la demanda química de oxígeno (DQO) de 45,730 mg O2/L, pH de 3.4 y
contenido de fenoles totales de 3,000 mg AG/L. Para el pretratamiento se utilizó el policloruro de
aluminio (PAC) como coagulante y poliacrilamida (PAM) como floculante, se lograron remociones
de color del 67 %, turbidez del 95 %, fenoles totales del 40 % y DQO de 56 %, con las condiciones de
pH 5 y dosificaciones de PAC de 10 mg/L y PAM de 3 mg/L. Para las pruebas de fotólisis UV/H2O2
se utilizó la vinaza cruda y coagulada, obteniendo remociones de fenol cercanas al 60 % en un tiempo
de retención de 35 min y una concentración de H2O2 de 0.99 g/L.
Palabras clave: vinaza, coagulación/floculación, polielectrolitos, fotólisis UV/H2O2
Luis Armando De L a Peña-Arellano1*, Judith Alejandra Alférez-Ibarra1, María Dolores
Josefina Rodríguez-Rosales1, Sergio Valle-Cervantes1, Luis Alberto Ordaz-Díaz2
1 TecNM/Instituto Tecnológico de Durango. Maestría en Sistemas Ambientales. Blvd. Felipe Pescador 1830
Ote. Col. Nueva Vizcaya. CP 34080 Durango, Dgo. México
2 Universidad Politécnica de Durango. Carretera Durango-México km 9.5 CP 34300 Durango, Dgo. México
2
De La Peña-Arellano et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (3): pag e1582(septiembre-diciembre. 2024)
Abstract
Vinasses are highly polluting residues that are generated in the mezcal production process. These
effluents are characterized by a high organic load, a brown color, acid pH and a high content of
recalcitrant compounds, such as phenolic compounds. To investigate the reduction of these
compounds, present in the mezcal vinasse, a treatment train was implemented where, first, the
effluent was characterized, followed by a physicochemical pretreatment (coagulation/flocculation)
and then an advanced oxidation process (UV/H2O2 photolysis) was applied. The results of the
characterization of the mezcal vinasse showed high chemical oxygen demand (COD) values of 45,730
mg O2/L, pH of 3.4 and total phenol content of 3,000 mg AG/L. For pretreatment, aluminum
polychloride (PAC) was used as a coagulant and polyacrylamide (PAM) as a flocculant. Color
removal of 67 %, turbidity of 95 %, total phenols of 40 % and COD of 56 % were achieved at pH 5
and PAC dosages of 10 mg/L and PAM of 3 mg/L. For the UV/H2O2 photolysis tests, the raw and
coagulated stillage was used, obtaining phenol removals close to 60 % in a retention time of 35 min
and a H2O2 concentration of 0.99 g/L.
Keywords: vinasse, coagulation/flocculation, polyelectrolytes, UV/H2O2 photolysis
1. Introducción
La producción de bebidas alcohólicas en México se remonta a miles de años, siendo las más
importantes y representativas el bacanora, el sotol, el tequila y el mezcal, incluso son reconocidas
como bebidas nacionales de gran tradición (Chávez-Parga et al., 2016). La producción del tequila en
México ha generado una industria económicamente muy atractiva, y que ha posesionado al tequila
como una bebida de alto prestigio en el mundo. Asociado a esto, en los últimos 10 años la producción
de mezcal ha buscado acceder a los mercados nacionales e internacionales para su comercialización.
Al año se generan cerca de 8 millones de litros de mezcal (CRM, 2023), los cuales van en aumento
debido a su gran popularidad nacional e internacional. Sin embargo, la generación de los
subproductos que se producen en el proceso de fermentación y destilación del agave también
aumenta de manera constante, ya que se estima que por cada litro de mezcal se producen cerca de
10 a 12 L de vinaza (Rodríguez-Cortés, 2016), lo que significa que anualmente se viertan al medio
ambiente, entre 45 y 54 millones de litros de vinaza. Cerca del 80 % de las vinazas no reciben el
tratamiento adecuado para su disposición y son descargadas a los cuerpos de agua y suelo,
provocando efectos nocivos en la flora y fauna acuática.
Estos efluentes se caracterizan por ser altamente contaminantes y poseer un color marrón, debido al
contenido de compuestos recalcitrantes, como son los polifenoles y las melanoidinas, así como
valores de pH ácidos (Robles-González et al., 2018). Además, contienen una alta concentración de
sales, compuestos aromáticos, alcoholes, ácidos orgánicos (acético, isobutírico, butírico, valérico,
cáprico, enántico, caprílico, láurico, palmítico y otros), furanos, alcanos, aldehídos, ésteres, cetonas,
y píranos (Rodríguez-Félix et al., 2018). Estas características están muy relacionadas con los procesos
de producción y la especie de agave que se utiliza para elaborar el mezcal, ya que cada etapa que
forma parte de este proceso tiene el potencial de afectar la calidad sensorial y química del producto
final, así como sus rendimientos, y como consecuencia también los subproductos generados
(vinazas) resultan muy variados en su composición, lo que los hace muy difíciles de tratar por
métodos biológicos aeróbicos, (Díaz-Barajas et al., 2024).
3
De La Peña-Arellano et.al
Los tratamientos de las vinazas han sido objeto de estudio en los últimos años, ya que los
contaminantes recalcitrantes que se encuentran en mayor presencia no pueden ser degradados
mediante la utilización de métodos convencionales de tratamiento, es decir, los tratamientos físicos,
químicos y biológicos por sí solos no pueden eliminar en su totalidad a estos compuestos. Es
necesario aplicar una serie de tratamientos combinados como los procesos fisicoquímicos y de
oxidación avanzada para poder mineralizar estos compuestos (Díaz-Barajas et al., 2024).
Se han desarrollado muchos trabajos de investigación con las vinazas provenientes de la elaboración
del tequila, ya que tiene mucha similitud con las vinazas mezcaleras, al utilizar las mismas etapas de
producción: selección y corte de la materia prima, la cocción del agave, la molienda del mosto, la
fermentación del jugo de fructosa, la destilación, la rectificación y la maduración del destilado
(Pérez-Hernández et al., 2016). Estos tratamientos se pueden aplicar a las vinazas mezcaleras.
Se han llevado a cabo tratamientos de vinazas provenientes del tequila mediante el proceso de
coagulación/floculación, utilizando como floculante poliacrilamida (PAM) catiónica (Iñiguez y
Hernández, 2010), para ello utilizaron una vinaza que contenía una alta carga orgánica, con valores
de la demanda química de oxígeno (DQO) de 55,000 mg/L y de 38,000 mg/L de sólidos suspendidos
totales (SST), así como un valor de pH de 3.5. Se demostró con esta investigación que la adición de
PAM logró remover gran parte de la materia orgánica y los SST, pero en este trabajo no se
cuantificaron los compuestos recalcitrantes contenidos en las muestras analizadas.
Se investigó la aplicación del proceso de oxidación avanzada (POA), empleando el uso de luz UV y
H2O2 como agente oxidante y un sólido contenedor de hierro. La vinaza fue caracterizada mediante
lo establecido en distintas normas y el fenol con la técnica de Folin-Ciocalteau. Se encontraron las
condiciones óptimas de operación, las cuales resultaron con un tiempo de reacción de 120 min, un
pH de 2.8 y una temperatura de 35 °C. Los resultados obtenidos con la implementación de este
proceso fueron de 30 % de COT, 62 % de fenoles, 53 % de ligninas y 47 % de melanoidinas. Con los
resultados obtenidos en este estudio, se llegó a la conclusión de que la aplicación de POA por sí sola
no logra recuperar grandes cantidades de polifenoles; sin embargo, al utilizarlos en combinación con
procesos fisicoquímicos, se lograron tasas de recuperación más altas (Gómez-Martínez, 2017).
Estudios realizados por Rodríguez-Arreola (2019) demostraron que con la combinación de los
procesos de coagulación/floculación seguida de una fotocatálisis heterogénea se logró eliminar el 99
% de sólidos suspendidos totales (SST), 86 % de color, 70 % de DQO y 90 % de fenol contenidos en
las vinazas mezcaleras. Para la aplicación de estos procesos se utilizó sulfato de aluminio y quitosano
como agente coagulante y floculante, respectivamente, así como nanopartículas de óxido de titanio
(TiO2) en el proceso de fotocatálisis heterogénea.
La aplicación de los POA es muy prometedora para el tratamiento de estos efluentes. Este tipo de
tratamientos se caracterizan por llevar a cabo la oxidación de los contaminantes a través de radicales
hidroxilos, hasta convertirlos en CO2 y H2O o en compuestos menos peligrosos. El proceso de
fotólisis UV/H2O2 es uno de los más utilizados para la remoción de contaminantes recalcitrantes, ya
que el peróxido de hidrógeno es un agente altamente oxidante, tiene la capacidad de producir
radicales hidroxilos ya sea en presencia o en ausencia de radiación y es considerado un agente
oxidante sustentable con el ambiente, ya que sus subproductos de oxidación son el oxígeno y agua.
Estos procesos por sí solos no pueden modificar en su totalidad las características de la vinaza, por
esta razón es necesaria la utilización de un proceso fisicoquímico primario como la
4
De La Peña-Arellano et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (3): pag e1582(septiembre-diciembre. 2024)
coagulación/floculación, la cual permitirá obtener grados de remoción más altos al trabajarse en
conjunto con la oxidación avanzada.
Con base a lo anterior, el objetivo de esta investigación fue implementar una línea de tratamiento
con los procesos de coagulación/floculación y fotólisis UV/H2O2 para determinar la remoción de
compuestos fenólicos presentes en la vinaza mezcalera, iniciando con la caracterización de los
compuestos fenólicos; color, turbidez y DQO contenidos en la vinaza, para evaluar la eficiencia de
los polielectrolitos, policloruro de aluminio (PAC) y poliacrilamida (PAM), como agentes
coagulantes/floculantes y el proceso de oxidación avanzada UV/H2O2.
2. Materiales y métodos
2.1 Vinaza
La vinaza para este estudio se obtuvo de la vinata denominada “Cuero viejo” que se localiza en el
municipio de Nombre de Dios, Durango. La muestra de vinaza obtenida se almacenó en bidones
plásticos de 20 L, los cuales se mantienen en refrigeración a 4 °C, esto con el objetivo de evitar el
crecimiento de distintos microorganismos provenientes de las levaduras, los cuales crecen a
temperatura ambiente. Al iniciar los tratamientos, la vinaza se condicionó hasta alcanzar una
temperatura de 25 °C, para garantizar un manejo adecuado de los experimentos.
2.2 Caracterización fisicoquímica
La caracterización fisicoquímica de la muestra se llevó a cabo de manera periódica, esto mediante los
métodos establecidos para el análisis de aguas y aguas residuales, y algunas normas mexicanas
(NMX), las cuales se presentan en la Tabla 1.
Los sólidos totales se determinaron mediante el calentamiento y secado de muestras, calculándolos
en mg/L al comparar el peso inicial con el final. Los valores de pH fueron determinados con un
potenciómetro Hanna en escala de unidades estándar de 0 a 14. El color y la turbidez fueron
determinados mediante un espectrofotómetro UV/Vis marca HACH, modelo DR 4000 (Loveland,
CO, EUA) y la alcalinidad mediante el método de titulación con ácido sulfúrico. El valor de potencial
zeta representa el carácter iónico de las vinazas, y se determinó empleando el analizador Zeta Meter
3.0+, Zeta-Meter Inc. (Staunton, VA, EUA) que consta de una celda de análisis donde se depositan las
muestras y un microscopio con cámara de video para observar la dirección a la cual se desplazan
(ánodo o cátodo) los coloides al momento de aplicar una corriente eléctrica. Se adaptaron también
algunos métodos usando la bibliografía consultada respecto al tema de coagulación/floculación y
oxidación avanzada.
5
De La Peña-Arellano et.al
Tabla 1. Métodos y técnicas de análisis para las muestras de vinaza mezcalera.
Table 1. Methods and analysis techniques for mezcal vinasse samples.
Parámetro
Unidades
Equipo/Método
Norma/técnica
pH
UpH
Potenciómetro
ST10
Potenciometría
Color
Pt-Co
Espectrofotómetro
UV-Vis
Espectrometría
DQO
mg O2/L
Reactor DQO, Hanna
Mod. HI839800
NMX-AA-030-SCFI-2002
Turbidez
NTU
Espectrofotómetro
UV-Vis
Espectrometría
Sólidos totales
mg/L
Estufa-mufla
NMX-AA-034-SCFI-2015
Alcalinidad
mg CaCO3/L
Potenciómetro
NMX-AA-036-SCFI-2021
Fenoles totales
mg AG/L
Espectrofotómetro
UV-Vis
Folin-Ciocalteau
Potencial zeta
mV
Zeta meter 3.0+
Microelectroforésis
Los parámetros descritos en la Tabla 1. fueron monitoreados en cada uno de los experimentos
realizados para determinar los porcentajes de remoción logrados, de este modo para la remoción de
fenoles totales, color, turbidez, etc., se utilizó la Ec. (1):
 󰇛󰇜
  Ec. (1)
Donde Ci es la concentración inicial de cada parámetro analizado expresada en mg/L y Cf es la
concentración final obtenida después de haber ejecutado cada uno de los experimentos en las mismas
condiciones establecidas.
2.3 Equipos y reactivos utilizados
Los equipos y reactivos utilizados para la realización de cada una de las técnicas y métodos
establecidos para realizar la caracterización de la vinaza y su tratamiento durante la experimentación
se muestran en la Tabla 1.
Para la realización de las pruebas de coagulación/floculación se utilizó un equipo de agitación
múltiple de cuatro paletas denominado prueba de jarras marca PHIPPS & BIRD, modelo PB-700 TM
(Richmond, VA, EUA), para la determinación de turbidez, color y fenoles totales se empleó un
6
De La Peña-Arellano et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (3): pag e1582(septiembre-diciembre. 2024)
espectrofotómetro UV/Vis marca HACH, modelo DR 4000 (Loveland, CO, EUA) y para evaluar el
carácter iónico (potencial zeta) de las muestras se dispuso de un analizador denominado Zeta Meter
3.0+, Zeta-Meter Inc. (Staunton, VA, EUA), equipado con cámara de video y microscopio de 20X. Para
medir los valores de pH se usó un potenciómetro PH/EC/TDS marca Hanna, modelo HI98129, (CA,
EUA) y un reactor DQO, Hanna modelo HI839800, (CA, EUA) se empleó para determinar la DQO.
Los reactivos utilizados fueron: Coagulante catiónico: policloruro de aluminio (PAC) Al2Cl(OH)5,
peso molecular de 174.45 g/mol, floculante no aniónico: poliacrilamida (PAM) (C3H5NO)n peso
molecular de 71.07 g/mol, ácido gálico, carbonato de sodio anhidro y reactivo de Folin-Ciocalteu 1N.
Todos los reactivos utilizados fueron marca SIGMA ALDRICH, excepto el hidróxido de sodio 1M
que fueron marca SUPELCO.
2.4 Cuantificación de fenoles totales
Para determinar la cantidad de fenoles totales presentes en las muestras de vinaza se empleó el
método espectrofotométrico de Folin-Ciocalteu (García-Becerra, 2019), usando el ácido gálico como
material de referencia. Se preparó una disolución patrón de ácido gálico de 0.1 g/L, para lo cual se
pesaron 25 mg de ácido gálico, se colocaron en un matraz aforado de 25 mL y se llevaron a volumen
con agua destilada, enseguida se preparó una dilución 1:10 con agua destilada (siempre se utiliza
una solución recién preparada). A partir de la disolución patrón de ácido gálico, en viales protegidos
de la luz, se hicieron las diluciones necesarias con agua destilada para obtener concentraciones en
un rango de 0 a 800 mg/L para la preparación de la curva de calibración. Esto se realizó tomando
respectivamente alícuotas de 20, 40, 60, 80 y 100 µL de la disolución patrón de ácido gálico de 0.1 g/L
en viales ámbar de 3 mL, luego se adicionó a cada vial, 250 µL de reactivo de Folin- Ciocalteu 1N, se
agitó durante 5 min en el ultrasonido, posteriormente se adicionaron 1,250 µL de la disolución de
carbonato de sodio al 20 % a cada vial, se llevó a un volumen final de 2 mL con agua destilada y se
dejó reposar por 2 h. También se preparó un blanco con todos los componentes excepto la disolución
de ácido gálico. Finalmente, se leyó la absorbancia a 760 nm en el espectrómetro de UV/Vis.
2.5 Pruebas de coagulación/floculación
Las pruebas de coagulación-floculación se llevaron a cabo a temperatura ambiente entre 22 a 25 °C
en un equipo para prueba de jarras marca PHIPPS & BIRD, modelo PB-700 TM (Richmond, VA.,
USA) provisto de 6 jarras de acrílico con capacidad de 1 L y control de agitación simultánea en las
seis jarras. El procedimiento para la realización de estas pruebas fue el siguiente:
1. Para cada condición experimental el volumen de trabajo fue de 500 mL.
2. Primeramente, se ajusta el pH de la muestra con una solución de NaOH (1M) según el valor
requerido de pH para los ensayos, los cuales se fijaron en un rango de 3 a 6.
3. Después se adiciona a cada jarra la dosis del coagulante (PAC) en concentraciones de 2 a 12
mg/L.
4. Luego se agrega a cada jarra la dosis de floculante (PAM) a diferentes concentraciones de 1.5
a 6 mg/L.
7
De La Peña-Arellano et.al
5. Finalmente, se someten las muestras a agitación rápida de 100 rpm por un tiempo de 5 min,
luego se reduce la agitación a 40 rpm por 15 min y después se detiene la agitación durante
un tiempo de 60 min para dejar sedimentar las muestras.
6. Tras finalizar el tiempo de sedimentación se toma una muestra representativa de cada jarra
y se realizan los análisis correspondientes.
7. Los experimentos se realizaron por triplicado, teniendo como variable de respuesta el color,
turbidez, DQO y fenoles totales, así como el pH al final en cada tratamiento.
2.6 Pruebas de fotólisis UV/H2O2
La radiación UV combinada con peróxido de hidrógeno (H2O2) es uno de los procesos de oxidación
avanzada más apropiada para la remoción de compuestos orgánicos tóxicos. Este proceso
combinado tiene la característica de acelerar la formación de radicales HO• los cuales son capaces
de mineralizar los compuestos orgánicos presentes en el agua residual. En la Fig. 1 se muestra el
mecanismo de reacción de este proceso.
Figura 1. Mineralización del fenol a través de la oxidación por el radical hidroxilo. Fuente: Gómez-Martínez,
2017.
Figure 1. Phenol mineralization through oxidation by hydroxyl radical. Source: Gómez-Martínez, 2017.
Este proceso de oxidación avanzada consistió en la utilización de un reactor tubular de acero
inoxidable equipado con lámparas de luz UV con las características que se muestran en la Tabla 2.
y la utilización de una solución de H2O2 al 30% como agente productor de radicales HO•. El
rompimiento o disociación de la molécula de H2O2 por fotones con energía genera un rendimiento
el cual produce casi cuantitativamente dos HO• por cada molécula de H2O2. Los experimentos se
llevaron a cabo en un proceso batch durante un tiempo de reacción de 60 min, con un volumen a
tratar de 1 L de vinaza y variando la concentración del agente oxidante H2O2. Primeramente, se
preparó una solución patrón de ácido gálico de 1,000 mg/L, para evaluar la efectividad de este
sistema de fotolisis UV/H2O2. Para las pruebas de oxidación con la vinaza cruda se utilizaron
8
De La Peña-Arellano et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (3): pag e1582(septiembre-diciembre. 2024)
relaciones de H2O2:Vinaza de 1:100, 2:100, 3:100, 4:100 y 5:100, con pH original de la vinaza, esto para
determinar las mejores condiciones de remoción de los compuestos fenólicos y demás parámetros.
Tabla 2. Especificaciones de las lámparas UV marca AWT.
Table 2. UV lamp specifications. Model AWT.
Parámetro
Unidades
Equipo
Capacidad
L
1.3
Longitud de Onda
Nm
254
Voltaje
V
110
Potencia
W
25
Longitud/diámetro de la
lampara
cm
52.5/2.6
Referencia: AWT, 2018.
El funcionamiento de este reactor tubular tipo batch consta de un proceso de carga manual a través
de la válvula de entrada, el fluido llena el espacio entre el tubo de vidrio y las paredes del reactor
durante el tiempo de tratamiento simultáneamente se enciende la lámpara UV, una vez cumplido
este tiempo se realiza la descarga a través de la válvula de salida. Para la determinación de la
eficiencia del proceso se determinó tomando alícuotas de 10 mL cada 10 min, esto para observar los
cambios significativos del efluente durante la fotolisis. En la Fig. 2 se muestra la secuencia de los
tratamientos realizados durante esta investigación.
Figura 2. Sistema de tratamiento de coagulación/floculación y fotolisis UV/H2O2. a) Vinaza cruda, b) Prueba de
Jarras y c) Lámparas UV.
Figure 2. UV/H2O2 Coagulation/Flocculation and Photolysis Treatment System. a) Raw vinasse, b) Jar Test y c)
UV lamp.
3. Resultados y discusión
I. Caracterización fisicoquímica de la vinaza mezcalera. Los resultados obtenidos en la caracterización
fisicoquímica de la vinaza mezcalera y los límites permisibles de la norma se presentan en la Tabla
a)
b)
c)
9
De La Peña-Arellano et.al
3. Se observa una alta concentración de materia orgánica medida como DQO de 45,730 mg O2/L, un
valor de pH de 3.4, una concentración de sólidos totales de 20,700 mg/L y valores de color y turbidez
muy por encima de los valores límites permisibles establecidos en la NOM-001-SEMARNAT-2021.
Especialmente se identifica una gran cantidad de compuestos fenólicos (3,000 mg AG/L) lo que
demuestra la presencia de compuestos biopersistentes en este tipo de efluentes, así como altos valores
de alcalinidad, ya que los valores establecidos por la Organización Mundial de la Salud para
considerar un agua potable son de 20 a 200 mg CaCO3/L. El valor de Potencial zeta de la vinaza cruda
fue de -26.77 mV, lo que representa un valor muy negativo y favorable para el uso de
coagulantes/floculantes catiónicos como el PAM y PAC para lograr la desestabilización de las
partículas coloidales presentes en las muestras de vinazas y así obtener una mayor formación de
flóculos compactos de rápida sedimentación. El valor negativo del potencial zeta representa una
fuerte estabilidad de los coloides presentes en las muestras de vinaza analizada y se espera que se
alcance su punto isoeléctrico (0 mV) con las dosificaciones de los coagulantes/floculantes catiónicos,
para desestabilizar estos coloides y aglomerarlos en flóculos pesados para su posterior sedimentación
(López-Maldonado et al., 2014).
Tabla 3. Caracterización fisicoquímica de la vinaza mezcalera.
Table 3. Physicochemical characterization of mezcal vinasse.
Parámetro
Unidad
Valor*
LP Norma**
pH
UpH
3.4 ± 0.1
6 - 9
Color
Pt-Co
7,080 ± 35
7.0 (1)
Turbidez
NTU
1,120 ± 15
NA
Fenoles totales
mg AG/L
3,000 ± 275
NA
DQO
mg O2/L
45,730 ± 1,000
210 (2)
Alcalinidad
mg CaCO3/L
1,633.4 ± 20
NA
Sólidos totales
mg/L
20,700 ± 84
140 (2)
Potencial zeta
mV
-26.77 ± 5
NA
NA, No Aplica
* Media ± desviación estándar, n=3.
**Límites Permisibles (LP) establecidos en la NOM-001-SEMARNAT-2021
(1) Coeficiente de absorción máximo de valor de color verdadero, medido en m-1 a 436 nm.
(2) Valores instantáneos (V.I) para la descarga por infiltración en suelos.
II. Pruebas de coagulación. Primeramente, se realizaron investigaciones en las pruebas de jarras para
determinar el pH óptimo del proceso de coagulación, para ello se desarrolló un experimento con una
dosificación a cada jarra de 10 mg/L de PAC, según lo establecido por Yen et al., 2022, y variando el
pH entre valores de 3 y 6. Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 4, donde se puede
observar que a un valor de pH de 5, se obtuvieron los porcentajes más altos de remoción que fueron
del 41 % de color, 66 % de turbidez, 30 % de DQO y destacando la eliminación del 21
% de los compuestos fenólicos presentes en las vinazas mezcaleras. Las pruebas de jarras se llevaron
a cabo considerando primeramente una agitación rápida a 100 rpm durante 5 min, seguida de una
agitación lenta de 30 rpm por 10 min y finalmente un tiempo de sedimentación durante 60 min.
10
De La Peña-Arellano et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (3): pag e1582(septiembre-diciembre. 2024)
Tabla 4. Porcentajes de remoción con variación de pH. Dosis de PAC (10 mg/L).
Table 4. Removal percentages with pH variation. PAC dose (10 mg/L).
pH
% Remoción
Color
Turbidez
Fenoles
totales
DQO
3
32.7
40.1
2.4
11.2
3.3
38.0
45.0
0.6
15.0
4
38.0
58.6
3.5
22.3
4.5
41.7
62.0
10.0
22.6
5
41.0
66.0
21.0
30.4
5.5
42.7
32.7
12.0
32.3
6
19.6
13.2
3.3
5.0
Una vez obtenido el pH óptimo de trabajo de 5, se varió la dosificación del PAC en un rango de 2 a
12 mg/L, encontrando que la dosificación óptima a la cual se obtuvieron los mayores porcentajes de
remoción de todos los parámetros analizados fue de 10 mg/L, estos resultados se pueden observar en
la Tabla 5.
Tabla 5. Porcentajes de remoción con variación de dosificación de PAC a pH de 5.
Table 5. Removal percentages with PAC dosage variation at pH 5.
Dosificación
de PAC
(mg/L)
% Remoción*
Color
Turbidez
Fenoles
totales
DQO
2
21.5
21.8
3.7
20
4
28.9
39.7
4.8
26.2
6
32.15
45
15
21
8
35
52
17
25
10
42
61.2
20
32
12
35
45.6
13
25
Los resultados mostrados en la Tabla 5, indican que con la dosificación de 10 ppm se obtuvieron los
mayores porcentajes de remoción en todos los parámetros analizados, sin embargo, para esta
investigación se consideró solo el mayor porcentaje de remoción del fenol para elegir las condiciones
óptimas de dosificación del PAM y PAC, así como para el tiempo de reacción y la dosificación del
H2O2 en las pruebas de fotólisis UV/H2O2.
II.I Pruebas de floculación. Las pruebas de floculación se desarrollaron utilizando PAM como
floculante, el cual fue agregado a cada jarra después del coagulante PAC y variando las dosificaciones
en un rango de 1.5 a 6 mg/L. Los resultados presentados en la Tabla 6. se observa que con la
dosificación de tan solo 3 mg/L de este floculante aumentan los porcentajes de remoción entre un 20
a 30 %.
11
De La Peña-Arellano et.al
Tabla 6. Porcentajes de remoción con variación de dosificación de PAM a pH de 5.
Table 6. Removal percentages with PAM dosage variation at pH 5.
PAC
(mg/L)
PAM
(mg/L)
% Remoción
Color
Turbidez
Fenoles
totales
DQO
10
1.5
51
73
21
48
3
65.3
95
32
62
4.5
59
86
25
63
6
55
79
28
59
De igual manera en la Fig. 2 se visualizan claramente los cambios obtenidos en el efluente después
de cada tratamiento.
Figura 2. Coagulación-floculación de la vinaza; a) Vinaza sin tratamiento, b) Vinaza coagulada, c) Vinaza
coagulada/floculada.
Figure 2. Coagulation-flocculation of vinasse; a) Untreated vinasse, b) Coagulated vinasse, c)
Coagulated/flocculated vinasse.
III. Pruebas de fotólisis UV/H2O2. Para probar la efectividad del sistema en las pruebas de fotólisis se
preparó una solución estándar de referencia de ácido gálico con una concentración de 1000 ppm. Se
desarrolló el tratamiento de fotólisis en el reactor tubular durante 60 min y se tomaron alícuotas cada
10 min, aplicando una relación H2O2:Solución estándar de 1:100 y se removieron los compuestos
fenólicos hasta en un 95 % a los 50 min de reacción, como se puede observar en la Fig. 3.
c)
b)
a)
12
De La Peña-Arellano et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (3): pag e1582(septiembre-diciembre. 2024)
Figura 3. Proceso de fotólisis UV/H2O2 en solución de Ácido Gálico.
Figure 3. UV/H2O2 photolysis process in Gallic Acid solution.
Posteriormente, se evaluó la vinaza cruda (sin tratamiento previo) variando la relación H2O2:Vinaza
de 1:100 (0.33 g/L), 2:100 (0.66 g/L), 3:100 (0.99 g/L), 4:100 (1.33 g/L) y 5:100 (1.66 g/L), obteniendo una
remoción máxima de fenol del 56 % con una dosificación de 0.99 g/L de H2O2 en 35 min de
tratamiento. En la Tabla 7. se muestran los resultados obtenidos de todas las dosificaciones de H2O2
en función del tiempo en el cual se obtuvo la máxima remoción del fenol.
Tabla 7. Variación de la dosificación de H2O2 en función del tiempo de reacción.
Table 7. Variation of H2O2 dosage as a function of reaction time.
Posteriormente, se determinó la remoción de compuestos fenólicos presentes en la vinaza que
quedaron después de realizar previamente la coagulación y floculación con PAC y PAM,
respectivamente. Para ello se dosificaron 0.99 g/L de H2O2 al reactor tubular y se tomaron muestra
cada 5 min durante un tiempo de reacción de 35 min. En la Fig. 4 se muestra el comportamiento de
los compuestos fenólicos en función del tiempo de reacción y en ella se puede observar que se logró
remover un 25 % más de los compuestos fenólicos.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
010 20 30 40 50 60
%Remoción Fenol
Tiempo (min)
Dosificación de H2O2
(g/L)
Tiempo
(min)
Remoción de fenol
(%)
0.33
20
28.12
0.66
30
43.23
0.99
35
56.18
1.33
20
34.21
1.66
20
27.36
13
De La Peña-Arellano et.al
Figura 4. Proceso de fotólisis UV/H2O2 en vinaza cruda
Figure 4. UV/H2O2 photolysis process in raw vinasse
IV. Resultados de Coagulación/floculación y fotólisis UV/H2O2. Los valores acumulados de remoción de
los compuestos fenólicos y demás parámetros en la aplicación a las vinazas mezcaleras de cada uno
de los procesos de coagulación/floculación y la fotólisis UV/H2O2 se muestran en la Tabla 8. Los
resultados indican que el proceso de coagulación/floculación es adecuado para realizar el
pretratamiento de la vinaza al reducir hasta un 94 % la turbidez, más del 60 % del color y un 32 %
de fenoles, lo cual nos garantiza que al aplicar la fotólisis UV/H2O2 se obtendrían mejores resultados.
Sin embargo, la fotólisis UV/H₂O₂ aplicada a la vinaza coagulada-floculada logró remociones de
fenoles cercanas al 65 %. Aunque esto muestra que el proceso tiene potencial para la remoción de
fenoles, los resultados indican que es necesaria continuar con las investigaciones para alcanzar
niveles de remoción más altos.
Tabla 8. Valores acumulados de remoción en la línea de tratamiento de las vinazas mezcaleras.
Table 8. Cumulative removal values in the mezcal vinasse treatment line.
Parámetro
Vinaza
Cruda
(mg/L) *
Vinaza C/F
(mg/L) *
Remoción
(%)
Fotolisis
UV/H2O2
(mg/L) *
Remoción
Promedio**
(%)
Color (Pt-Co)
7080±35
2430±25
66±0.3
4560±120
36±0.75
Turbidez
(FAU)
1120±15
65±5
94±0.1
750±25
33±0.15
Fenoles totales
(mg AG/L)
3000±275
2042±38
32±0.156
1050±10
65±0.24
DQO (mg/L)
45730±1000
17215±200
62±0.6
5350±140
88±0.17
* Media ± desviación estándar, n=3.
** Remoción acumulada.
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35
% Remoción de fenol
Tiempo (min)
14
De La Peña-Arellano et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (3): pag e1582(septiembre-diciembre. 2024)
4. Conclusiones
Con los resultados obtenidos en esta investigación se observó el alto poder contaminante que tienen
las vinazas mezcaleras, en concordancia con otras investigaciones previas, al momento de realizar la
caracterización, ya que los valores obtenidos superan por mucho los establecidos en la normatividad
vigente. En especial, se detectó una alta concentración de fenoles, lo cual nos indicó que era necesario
implementar técnicas eficientes de tratamiento para que pudieran ser desechadas o reutilizadas sin
dañar al medio ambiente y disminuir sus impactos ambientales. Con el pretratamiento de
coagulación-floculación se lograron remociones de turbidez, color, fenoles totales y DQO de 94, 66,
32 y 62 % respectivamente, verificando que con el uso de la poliacrilamida como floculante se
aumentó entre un 20 y 30 %. Posteriormente, en la aplicación del proceso de fotólisis UV/H2O2 se
comprobó la eficiencia de este proceso para llevar a cabo la mineralización de los compuestos
fenólicos. Con un tiempo de 35 min se lograron eficiencias de remoción del 50 %, se espera que la
aplicación en conjunto con la coagulación-floculación se logren resultados aún mejores. La eficiencia
de la fotólisis UV/H₂O₂ podría incrementarse ajustando parámetros operativos como la dosis de
H₂O₂, el tiempo de exposición y el pH del agua tratada. Una vez que sea tratada la vinaza por los
procesos propuestos, se podría reutilizar en el mismo proceso de elaboración del mezcal o emplearse
como agua de irrigación.
Contribuciones de los autores
Conceptualización, L.A.P.A. y J.A.A.I.; metodología, L.A.P.A. y J.A.A.I; software, S.V.C.; validación,
M.D.J.R.R.; análisis formal, S.V.C.; investigación, L.A.P.A.; recursos, L.A.P.A.; conservación de datos,
J.A.A.I.; redacción-redacción del borrador original, J.A.A.I.; redacción-revisión y edición, L.A.P.A.;
visualización, L.A.O.D., S.V.C y L.A.O.D; supervisión, L.A.PA.; administración del proyecto,
L.A.P.A.; obtención de financiación, L.A.P.A. Todos los autores han leído y aceptado la versión
publicada del manuscrito.
Agradecimientos
Se externa un agradecimiento al TecNM/Instituto Tecnológico de Durango por brindar las
facilidades para el desarrollo de este proyecto de investigación que fue financiado por el Tecnológico
Nacional de México (TecNM) a través de la Convocatoria 2023 de Proyectos de Investigación
Científica, Desarrollo Tecnológico e Innovación.
Conflicto de interés
Los autores no tienen ningún conflicto de intereses que declarar en relación con el contenido de este
artículo.
15
De La Peña-Arellano et.al
5. Referencias
AWT (2018), https://ferisa.com.mx/wp-content/uploads/2024/01/Catalogo-America-Water-
Treatment_compressed.pdf
CRM, Consejo Regulador del Mezcal. (2023). El Mezcal. La cultura líquida de México. Número 2.
Oaxaca de Juárez. http://www.crm.org.mx/periodico/PDF/Revista_El_Mezcal2.pdf.
Cuero Viejo. (2024). https://cueroviejomezcal.com/proceso/
Chávez-Parga M. D. C., Pérez-Hernández E. & González-Hernández J. C. (2016). Revisión del
agave y mezcal. Revista Colombiana de Biotecnología 18(1), 148-164.
https://doi.org/10.15446/rev.colomb.biote.v18n1.49552
Díaz-Barajas, S., Moreno-Andrade, I., & Garzón-Zúñiga, M. A. (2024). Mezcal vinasses treatment: A
review of assessed processes. Tecnología Y Ciencias Del Agua 15(2), 164–206.
https://doi.org/10.24850/j-tyca-15-02-04
García-Becerra, M. (2019). Efecto de la disminución de compuestos fenólicos de vinazas tequileras
sobre la producción de hidrógeno. (Tesis de maestría. Centro de investigación y asistencia en
tecnología y diseño del estado de Jalisco).
http://ciatej.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1023/597
Gómez-Martínez, J.J. (2017). Degradación de los principales compuestos recalcitrantes presentes en
las vinazas tequileras mediante fotofenton heterogéneo. (Tesis de maestría. Universidad de
Guadalajara). https://hdl.handle.net/20.500.12104/90620
Iñiguez, G. & Hernández, R. (2010). Estudio para la rehabilitación de una planta de tratamiento de
vinazas tequileras mediante un floculante polimérico de poliacrilamida (PAM). Rev. Int. Contam.
Ambient. 26(4): 299-311. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0188-
49992010000400005&lng=es&nrm=iso
López-Maldonado, E. A., Oropeza-Guzmán, M. T., Jurado-Baizaval, J. L., & Ochoa-Terán, A. J. J. O.
H. M. (2014). Coagulation–flocculation mechanisms in wastewater treatment plants through zeta
potential measurements. Journal of hazardous materials, 279: 1-10.
http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.06.025
Pérez-Hernández, E., Chávez-Parga, M. C. & González-Hernández, J. C. (2016). Revisión del agave
y el mezcal. Revista Colombiana de Biotecnología 18(1):148-164.
https://doi.org/10.15446/rev.colomb.biote.v18n1.49552.
Robles-González V., Poggi-Varaldo H.M., Galíndez-Mayer J. & Ruiz-Ordaz N. (2018) Combined
treatment of mezcal vinasses by ozonation and activated sludge. Water Environment Research 90:
1985-1996. https://doi.org/10.2175/106143017X15054988926433
Rodríguez-Arreola, A. (2019). Tratamiento de vinaza de tequila por medio de coagulación-
floculación y fotocatálisis heterogénea empleando nanopartículas de TiO2. (Tesis Doctoral.
Universidad de Guadalajara). https://hdl.handle.net/20.500.12104/98309
Rodríguez-Cortés, A. (2016). Fermentación anaerobia de la vinaza mezcalera para la obtención de
productos de valor industrial. (Tesis Maestría. BUAP). https://hdl.handle.net/20.500.12371/9309
16
De La Peña-Arellano et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (3): pag e1582(septiembre-diciembre. 2024)
Rodríguez-Félix E., Contreras-Ramos S., Davila-Vazquez G, Rodríguez-Campos J, & Marino-
Marmolejo E.N. (2018) Identification and quantification of volatile compounds found in vinasses
from two different processes of Tequila production. Energies 11: 490.
https://doi.org/10.3390/en11030490
Yao B., Zhao D., Guo J., Yan Ch., & Zheng C. (2022) Preparation and performance evaluation of
hybrid polymer flocculants (PAC-PAM), and comparison experiments with other flocculants.
Environmental progress & Sustainable energy. 41(4). https://doi.org/10.1002/ep.13829
2024 TECNOCIENCIA CHIHUAHUA.
Esta obra está bajo la Licencia Creative Commons Atribución No Comercial 4.0 Internacional.
https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/