UNIVERSIDAD ALAS PERUANASESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS TRABAJO: PROPIEDADES DE LA CELULOSA, LIGNINA Y HEMICELULOSA CURSO: MANEJO DE RESIDUOS PELIGROSOS DOCENTE: ALUMNA: ING. VALDERRAMA GUTIERREZ, Daniel OCAS DIAZ, Gladys Cajamarca, Abril 2013 está compuesta de constituyentes como: celulosa. convirtiendo la celulosa en ácidos grasos volátiles (AGV). etc. cárnica. que es difícil el ataque. hemicelulosa y lignina. Los rumiantes no pueden aprovechar la celulosa directamente. con hemicelulosa. pectina y compuestos de azúcares con proteínas. En las células maduras vegetales. como principales tejidos de sostén. LA CELULOSA La celulosa está compuesta de largas cadenas de moléculas de glucosa de uniones relativamente simples. unidas de tal modo. compuestos básicos de la producción láctea.Propiedades de la celulosa. la madera más dura cerca de un 50% y ciertas fibras como las del algodón es casi 100%. Microorganismos que degradan celulosa Manejo de residuos peligrosos Página 2 . y que integrarán también la masa microbiana. lignina y hemicelulosa en los residuos solidos PROPIEDADES DE LA CELULOSA. pero lo hacen vía microorganismos. 1. las paredes contienen un centro de celulosa cristalina. del suelo y del rumen. mientras que la secundaria contiene principalmente celulosa y pequeñas cantidades de hemicelulosa y lignina. tienen en el rumen un ambiente que facilita la degradación microbiana. Esta estructura relativamente simple permite la acción enzimática de los microorganismos del compostaje. Las microfibrillas están inmersas en una matriz de materiales que se hidratan fácilmente como hemicelulosa y pectinas. Las paredes de células jóvenes contienen alrededor de un 40% de celulosa. LIGNINA Y HEMICELULOSA EN LOS RESIDUOS SOLIDOS La pared celular vegetal. Los animales rumiantes como el ganado vacuno. aún con sustancias ácidas. rodeada por una zona amorfa. . Algunos de ellos son: GRUPO hongos aeróbicos ESPECIES Trichoderma viride. Ruminococcus albus. obstaculizando la destrucción microbiana. hongos aeróbicos termófilos hongos anaeróbicos mesofílicos bacterias aeróbicas mesofílicas y termófilas bacterias anaeróbicas mesofílicas y termófilas 2. LA HEMICELULOSA La hemicelulosa es una sustancia compleja..3 Del cuadro surge que la biodegradación que ocurre en momentos distintos de compostaje y en suelos distintos Manejo de residuos peligrosos Página 3 . Sporotrichum pulverulentum.5 2.Propiedades de la celulosa. lignina y hemicelulosa en los residuos solidos Los microorganismos celulolíticos (que degradan celulosa) desempeñan un papel importante en la biosfera reciclando este polímero.. Thermoascus aurantiacus y Humicola insolens. bacterias y hongos aeróbicos o anaeróbicos. Sporotrichum thermophile. Descomposición microbiana de paja con aireación (%) Días hemicelulosa celulosa 0-4 43. Acetivibrio cellulolyticus. Cellvibrio sp. Es un grupo amplio de compuestos que pueden dividirse en poliurónicos (azúcares y ácidos urónicos). Sphaeromonas communis. o polímero de cadenas de polisacáridos. Neocallimastix frontalis. Bacteroides succinogenes. Talaromyces emersonii y Trichoderma koningii. que se encuentran entrelazadas con cadenas de lignina. Existe una diversidad de estos microorganismos. Ruminococcus flavefaciens y Clostridium thermocellum. formando cadenas fuertemente estructuradas. mesófilos o termófilos que producen las enzimas celulasas. Fusarium solani. celulosanos y sustancias pécticas. Cellulomonas sp. Microbispora bispora y Thermomonospora sp. Piromonas communis. Trichoderma reesei. Penicillium pinophilum. Algunos hongos tienen un sistema enzimático especial para atacar la lignina La reacción inicial comienzan con la actividad de enzimas extracelulares tal es el caso de la manganeso peroxidasa. pero típicamente degradan menos del 20% del total. ya que obstaculiza el acceso de las enzimas que atacan a estas últimas. y pared celular con presencia de lignina. La dificultad que opone la lignina para la descomposición de la celulosa y hemicelulosa. puede persistir durante cientos de años. producida principalmente por los hongos de las “podredumbres blancas y blandas” por ejemplo: Thielavia. formuló una correlación matemática para conocer la degradabilidad de los residuos. Las células vegetales están constituidas por un contenido celular fácilmente descomponible. que se repite y se encadena con uniones químicas de distinta naturaleza. pero en sistemas con poca o nula aireación. Por ser el compuesto más recalcitrante de la pared celular. Preussia y Chaetomium Los actinomycetes tambien pueden descomponer lignina. la descomposición de la lignina se realiza sin problemas. menor disponibilidad de los componentes del material orgánico en descomposición. a mayor cantidad de lignina. sabiendo el porcentaje de lignina. Chandler (1980). es sobre todo del tipo físico. Esta disposición dificulta el ataque por los microorganismos y por ello es dificultoso extender su degradación. La digestibilidad está dada en función de la composición celular y más precisamente de la composición química de cada componente de origen vegetal en el compost. como sucede en turberas. más duras. Manejo de residuos peligrosos Página 4 . En compostaje aerobio. cuando son maduras. lignina y hemicelulosa en los residuos solidos 3. LA LIGNINA La lignina es un polímero de un grupo químico básico (fenil propano).Propiedades de la celulosa. Para saber el porcentaje de lignina se realizan análisis de laboratorio como el de Van Soest. lignina y hemicelulosa en los residuos solidos Dónde: Los SV son los sólidos que se pierden en forma de gases. 3. Es el residuo que queda al exponer la fibra en detergente ácido. LDA (lignina en detergente ácido). FDA (fibra en detergente ácido). de tal forma que la fibra remanente. durante el proceso de compostaje. En este tratamiento se disuelve todo el contenido celular.N: (fibra en detergente neutro). El contenido celular vegetal tiene una digestabilidad casi total. extrayéndose la hemicelulosa.Como sucede en FDN. muy utilizados en estudios de digestibilidad animal. Lo que queda después del tratamiento con FDN. con respecto a la materia seca analizada. como los anteriores se expresa en porcentaje de LDA. expresándolos en peso de materia seca.D. como lauril sulfato con EDTA (sustancia quelante). mientras la pared celular es de digestibilidad muy variable según los componentes porcentuales de celulosa. 2. hemicelulosa y lignina. El esquema de Van Soest permite separar el contenido celular.Propiedades de la celulosa. Es la fibra que queda después de hervir el material en detergente. mientras que la pared se divide en tres partes: 1. El resultado. Manejo de residuos peligrosos Página 5 . F. estará constituída por celulosa y lignina. los resultados se expresan en materia seca. siendo en promedio del 98%. a un solución de ácido sulfúrico. constituyendo la fibra vegetal. se hierve en una solución de detergente ácido (ácido sulfúrico más bromuro de acetil trimetil amonio). quedando sólo los componentes de la pared. aceites y ceras. aminoácidos. tales como: azúcares. Hemicelulosa. celulosa. Los fragmentos importantes en la transformación biológica son las grasas. como plásticos. 3. Grasas. hemicelulosa. Constituyente soluble en agua. y diversos ácidos orgánicos. Proteínas. lignocelulosa y los constituyentes solubles. favoreciendo de este modo la generación de los materiales húmicos: Etapa de latencia y crecimiento: tiene una extensión temporal de dos días y se caracteriza por producirse un crecimiento de los microorganismos presentes en los residuos. 2. que están formadas por la condensación de amoniacos. féculas. que son esteres de alcoholes y ácidos grasos de cadena larga. La degradación de la materia es llevada a cabo por las bacterias y hongos presentes en los mismos productos de desecho. proteínas. Algunos componentes orgánicos de residuos sólidos no son deseables en la conversión biológica. y se desprende dióxido de carbono y carbono. 5. El proceso de compostaje consta de tres etapas. Métodos de tratamiento de la Biodegradabilidad de los componentes de los residuos solidos 1. 7. la lignina. El proceso anaerobio implica la descomposición biológica de residuos alimenticios con productos finales de metano. Lignocelulosa. y tiene como principal objetivo la obtención de un compuesto bioquímicamente estable llamado compost. 6. dióxido de carbono y otros.Propiedades de la celulosa. Compostaje Consiste en un proceso aeróbico basado en la degradación bioquímica de la materia orgánica que se encuentra formando parte de los residuos. un producto de condensación de glucosa de azúcar con seis carbonos 4. Lignina. un producto de condensación de azúcares con cinco y seis carbonos. a lo largo de las cuales se consume materia orgánica y glúcido. Página 6 Manejo de residuos peligrosos . pieles y madera. lignina y hemicelulosa en los residuos solidos PROPIEDADES BIOLOGICAS DE LOS RESIDUOS SOLIDOS Las propiedades biológicas son importantes para la tecnología de la digestión aerobia/anaerobia en la transformación de residuos en energía y en productos finales beneficiosos. presente en algunos productos de papel como periódicos y en tablas de aglomerado. un material polímero que contiene anillos aromáticos con grupos metoxi (OCH3). La fracción orgánica de la mayoría de residuos de los RSU se puede calificar de la siguiente forma: 1. Celulosa. gomas. una combinación de lignina y celulosa. estas contrucciones también se requieren ante la necesidad de crear un ambiente sin oxígeno para el desarrollo de las bacterias anaeróbicas. con la que prosigue el proceso de descomposición. aunque en términos medios se encuentra constituido por un 85% de materia orgánica. en la Comunidad Autónoma de Murcia existe una de las mayores plantas de compostaje de todo Europa. Para que la biometanización se pueda producir. y la estabilización de la materia orgánica. puesto que durante su desarrollo no se producen ningún tipo de pestilencias y además. durante el proceso de fermentación anaeróbica también se origina un producto ligeramente básico (pH = 7. lignina y hemicelulosa en los residuos solidos Etapa termófila: dependiendo del producto del que se parte y de las condiciones ambientales. 3. pues actúa mejorando parte de las características físicas del suelo (aumenta la retención de la humedad y la cantidad de infiltración de agua). En esta fase se generan diversos compuestos. Gasificación: Manejo de residuos peligrosos Página 7 . se acelera el proceso de compostaje. Biometanización La biometanización es un proceso de fermentación anaeróbica de la fracción orgánica presente en los residuos. localizadas la mayor parte de ellas en el Levante y el sur del país. entre los que se encuentran vitaminas y antibióticos. mediante el que se obtiene biogás. Pero además de este gas. 2. la presión o la temperatura durante la fermentación. Durante esta etapa se produce una gran actividad bacteriana a temperaturas de 50 °C o 70 °C que facilita la eliminación de organismos indeseados. como los patógenos o las larvas.5) y no estabilizado al que se le atribuyen una serie de propiedades fertilizantes. llamadas biodigestores. el hecho de que se trate de un proceso anaeróbico favorece la minimización de los microorganismos perjudiciales para la salud humana y la animal en un período reducido. se requiere de unas estructuras selladas que permitan mantener bajo control determinados parámetros como el pH.Propiedades de la celulosa. puede durar entre una semana y dos meses. un 2. En algunas ocasiones. De hecho. La biometanización presenta una serie de ventajas con respecto al resto de métodos de tratamiento de residuos. y consecuentemente.6% de nitrógeno y presenta un porcentaje inferior al 2% de fósforo y potasio. Además. los lodos de las depuradoras de agua (EDAR) son mezclados con la fracción orgánica de los residuos urbanos. puesto que los primeros tienen un gran contenido en microorganismosque degradan la materia orgánica. Etapa de maduración: la acción bacteriana decae en esta parte del proceso para dejar paso a la acción fúngica. En España hay 38 plantas de compostaje. La composición de este producto sufrirá imporantes variaciones dependiendo del tipo de materia orgánica que es degradada. Hidrogenación: La hidrogenación de la celulosa presente en los residuos urbanos permite la transformación de esta en productos combustibles. y en condiciones anaeróbicas. de la existencia de un agente gasificante (agua. Pirólisis: Consiste en la transformación de la materia orgánica presente en los residuos urbanos a altas temperaturas. entre otros. Pero para que esta transformación se produzca se requiere de la presencia de monóxido de carbono y agua a una temperatura de 400 °C y sometidos a una presión de 300 atmósferas. Para que la gasificación se pueda llevar a cabo se requiere de una oxidación parcial. duros al tacto y muchas veces aromáticos). Los productos finales obtenidos pueden ser gases. se logra oxidar la materia orgánica en suspensión o disolución acuosa presente en los residuos. además del empleo de una gran variedad de catalizadores. líquidos o materiales de naturaleza inerte. 6. al aumentar individualmente la superficie relativa Manejo de residuos peligrosos Página 8 . 4. 5. mejoran su biodegradabilidad. Cuando se realiza compostaje aerobio. Oxidación: Mediante el empleo de oxidantes y oxígeno atmosférico a presión y temperaturas que se encuentran cercanas a los 300 °C.100 °C. el craqueo y la gasificación. hidrógeno o vapor de agua) y de una temperatura que se sitúa entre los 600 °C y los 1. lignina y hemicelulosa en los residuos solidos Es un proceso termoquímico que transforma la materia orgánica presente en los residuos urbanos en un gas con un poder calorífico reducido y que consta de tres etapas o fases. dióxido de carbono y compuestos orgánicos simples. un considerable rendimiento eléctrico y un escaso impacto ambiental.Propiedades de la celulosa. oxígeno. recurren más a un mayor trozado. las técnicas para aumentar la degradación de la lignina. Este método de tratamiento residual posee múltiples ventajas. con la consiguiente obtención de agua. las cuales se sitúan entre los 550 °C y los 1.000 °C. o con urea y/o sales amoniacales. como son la versatilidad en la valorización del residuo. Pre tratamiento para mejorar la Biodegradabilidad El material con alto contenido de lignina (en general residuos vegetales de colores oscuros. para aumentar la superficie de ataque microorgánico de las partículas. que son el secado. tratados con compuestos ácidos o alcalinos. Propiedades de la celulosa. Manejo de residuos peligrosos Página 9 . lignina y hemicelulosa en los residuos solidos respecto a su volumen. y no tanto al agregado de sales nitrogenadas. porque se corre el riesgo de presentar un producto final con salinidad total muy alta. inconveniente para su utilización para sustratos o mezclas.
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