alternativas de mitigación. trabajo colaborativo
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ACTIVIDAD COLABORATIVA
ALTERNATIVAS DE MITIGACIÓN
Presentado por:
DORA ANGELICA MACHUCA
FLOR ELIZABETH MORENO GARCÍA
BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONÓMICAS Y ADMINISTRATIVAS
MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
2015
INTRODUCCIÓN
La Biotecnología Ambiental actualmente lidera procesos que contribuyen a buscar
soluciones a problemas ocasionados principalmente por el hombre, que afectan
cada día los ecosistemas naturales y se convierten en alternativas óptimas para
minimizar efectos negativos o buscar opciones viables aplicables en diferentes
campos, es por esta razón que las microalgas se pueden utilizar para la obtención
de biofertilizantes, buscando generar beneficios para el sector agrícola.
La biotecnología, para este caso particular se plantea con el fin de solucionar una
problemática ambiental, la disposición final de las aguas residuales domésticas
generadas en el campamento de la estación de rebombeo de crudo COROCORA,
de modo que contribuya a generar condiciones favorables al medio ambiente y a
la calidad de vida de los habitantes.
PROBLEMÁTICA AMBIENTAL
Las actividades ambientales que se desarrollan en la estación de rebombeo de
crudo ER1 COROCORA, se encuentran enmarcadas por el Plan de Manejo
Ambiental (PMA) y la licencia ambiental modificada por la resolución 182 de 2014,
estos documentos señalan entre otros, los procesos que se deben llevar a cabo
Una de las prácticas que se recomienda en el PMA (Plan de Manejo Ambiental)
para el tratamiento de las aguas residuales domésticas, es la utilización de plantas
de tratamiento, para este caso específico se está usando una PTAR tipo
BIOPACK cuyo proceso se caracteriza por ser aeróbico mediante lodos activados.
Inmediatamente finaliza el tratamiento se continúa con el transporte y disposición
de estos residuos líquidos, así como lo especifica la resolución 182 de 2014, en la
cual se determinó que para realizar vertimiento de aguas residuales domésticas
tratadas por medio de aspersión, se considera que solo se podrá realizar el
vertimiento de estas sobre suelo en época de verano ya que se observó que los
suelos tienen tendencia a la saturación en época de precipitaciones.
Teniendo en cuenta lo anterior es importante destacar que “El periodo lluvioso de
la región comprende los meses de marzo a noviembre a finalizar cada mes, donde
ocurren el 92% de las lluvias anuales. Lo mencionado anteriormente indica que el
punto de vertimiento aprobado se encuentra inhabilitado hasta el mes de
noviembre, por lo tanto se realiza la entrega de las aguas residuales a gestores
externos, quienes deben garantizar el correcto tratamiento y disposición final de
las mismas, en caso de verter este residuo en el punto autorizado sólo en época
de verano se generaría impactos negativos al suelo, cuerpos de agua y
ecosistemas aledaños a la estación, debido a la saturación del suelo por efecto del
agua lluvia.
La resolución 631 de 2015 en su artículo 2 define a las aguas residuales
domésticas como “Procedentes de los hogares, así como de las instalaciones en
las cuales se desarrollan actividades industriales, comerciales o de servicios y que
correspondan a descargas de los retretes y servicios sanitarios; descargas de los
sistemas de aseo personal (duchas y lavamanos), de las áreas de cocinas y
cocinetas, de las pocetas de lavado de de elementos de aseo y lavado de
paredes, pisos y del lavado de ropa (no se incluye las de lavandería industrial).
Al hablar de las características de las aguas residuales domésticas es primordial
tener en cuenta los componentes físicos, químicos y microbiológicos, los cuales
muestran el grado de deterioro en que se encuentran dichas aguas, estos están
normatizados bajo el decreto 1594 de 1984, modificado por la resolución 631 de
2015.
Aspectos físicos, algunos de los más importantes son:
Sólidos totales: Se define como toda materia que queda como residuo de
evaporación a 103 – 105 grado centígrados.
Temperatura: Este parámetro es de gran importancia para la vida acuática, en
las reacciones químicas y velocidades de reacción ya que el oxigeno es menos
soluble en agua caliente que en agua fría. El aumento de la velocidad de las
reacciones químicas que supone un aumento de temperatura, junto con la
disminución del oxigeno presente en las aguas superficiales, pueden causar
agotamiento de las concentraciones del oxigeno disuelto. Un cambio repentino
de temperatura puede dar como resultado un alto porcentaje de mortalidad de
la vida acuática.
Conductividad: Esta medida indica la facilidad con la que la corriente eléctrica
pasa a través del agua residual. Puesto que el agua pura es muy mala
conductora de la corriente eléctrica, las conductividades elevadas indican la
presencia de impurezas, y más concretamente de sales disueltas. Como
resultado del uso doméstico del agua la conductividad aumenta, y se sitúa
normalmente en el intervalo 1.000-2.000µ Siemens/cm. Además, la
conductividad informa sobre la posibilidad de usar el agua residual tratada para
riegos, ya que muchas plantas son sensibles al contenido en sales disueltas, y
la exposición del terreno a riegos prolongados con aguas muy conductoras
puede dar lugar a su inutilización como terreno de cultivo.
Aspectos químicos:
Materia orgánica: en un agua residual de intensidad media, un 75% de los
sólidos suspendidos y un 40% de los sólidos filtrables son de naturaleza
orgánica los compuestos orgánicos están formados generalmente por una
combinación de carbono, hidrogeno y oxigeno, junto con nitrógeno en algunos
casos. Otros elementos importantes tales como azufre, fosforo, hierro pueden
hallarse también presentes.
Los principales grupos de sustancias orgánicas hallados en el agua residual
son las proteínas (40 a 60 %), carbohidratos (25% a 50%) y grasas y aceites
(10%). La urea, principal constituyente de la orina, es otro compuesto orgánico
del agua residual, pero en razón de la rapidez con que se descompone es muy
raramente hallada en un agua residual que no sea muy reciente.
El agua residual puede contener pequeñas cantidades de un gran número de
diferentes moléculas orgánicas sintéticas, cuya estructura puede variar desde
muy simple hasta sumamente complejas como son: agentes tensoactivos,
fenoles y pesticidas.
Dos de las medidas de materia orgánica corresponden a DBO5, DQO.
DBO5: Corresponde a la medida del oxigeno disuelto utilizado por los
microorganismos en la oxidación bioquímica de la materia orgánica y sirve para
determinar la cantidad aproximada de oxigeno que se requerirá para estabilizar
biológicamente la materia orgánica presente.
DQO: Se emplea para medir el contenido de materia orgánica, el equivalente
de oxigeno de la materia orgánica que puede oxidarse se mide utilizando un
fuerte agente químico oxidante en medio acido, puesto que en algunos
compuestos inorgánicos interfieren en el ensayo, deben eliminarse
previamente. La DQO de un agua es por lo general mayor que la DBO.
Oxigeno disuelto: Crucial para la buena marcha de una planta de tratamiento.
Los microorganismos responsables de la depuración son diferentes según el
medio contenga o no oxígeno disuelto, y su presencia es decisiva en las
lagunas facultativas y de maduración. La estabilización de la materia orgánica
requiere un aporte de oxígeno disuelto. Cuando el consumo excede al aporte
de oxígeno, el agua está en condiciones anaerobias y se pueden producir
problemas de olores, el proceso de depuración transcurre más lentamente y,
en definitiva, la depuradora deja de funcionar correctamente.
pH: Es una medida de la concentración de iones hidrógeno en el agua. Para
agua pura, el pH vale siete. Los valores de pH inferiores a siete indican que el
agua tiene carácter ácido, y los superiores que el agua tiene carácter básico.
Nutrientes. Se llaman así a los elementos químicos utilizados como alimento
en el desarrollo de los microorganismos. Aunque los nutrientes abarcan un
gran número de elementos que los microorganismos necesitan en poca
cantidad. El agua residual domestica contiene concentraciones bastante altas,
tanto de nitrógeno como de fósforo, este hecho permite su tratamiento
biológico sin necesidad de ajustar la composición de la alimentación a la
entrada, pero al mismo tiempo da lugar a problemas a la salida de la planta, ya
que los nutrientes estimulan el crecimiento de microorganismos en los cursos
de agua receptores.
Aspectos microbiológicos
El agua residual urbana contiene microorganismos de muchas clases, algunos de
ellos muy perjudiciales para la salud por ser causantes de enfermedades. Los
tipos de microorganismos más abundantes en el agua residual son bacterias,
protozoos y virus.
La biotecnología busca principalmente la utilización de procesos biológicos para la
generación de productos o servicios, a demás de optimizar los procedimientos ya
existentes, para el caso especifico de la problemática mencionada anteriormente,
a través de procesos biotecnológicos se podría utilizar ciertos macro y
microorganismos con el fin de mejorar el tratamiento realizado a las aguas
residuales domésticas, así como también utilizar este residuo como materia prima
para obtención de diversos productos.
El uso de plantas acuáticas y microorganismos para el tratamiento y
posterior reutilización de las aguas residuales, son algunas opciones para mejorar
la calidad del agua tratada además de aumentar la eficiencia de las plantas de
tratamiento.
En el caso de las microalgas como una de las opciones más acertadas para
generar valor agregado a este tipo de residuos líquidos, podemos mencionar los
avances significativos, debido a que estas tienen la capacidad de crecer y hacer
fotosíntesis con diferentes fuentes de nutrientes, como las sales minerales, en
condiciones autotróficas y sustancias orgánicas (como estiércoles y aguas
residuales), en condiciones mixotroficas (chinnasamy, 2010). Adicionalmente
algunas microalgas pueden crecer en condiciones heterotróficas, usando carbono
orgánico en ausencia de luz (Xu et al., 2006). Esta plasticidad metabólica les
permite adaptarse a diferentes ecosistemas y procesos biotecnológicos,
generando biomasa que puede ser usada en la producción de alimentos,
concentrados, compuestos bioactivos, biocombustibles, biorremediación y
producción de biofertilizantes. (Chisti, 2007).
Las microalgas son organismos con una historia evolutiva mixta que tienen en
común cuatro principios (Agriculture and Agri-Food Canada, 2006, p 8):
Son organismos muy simples sin tejido vascular. La única excepción son las
algas de color marrón ya que tienen un mayor grado de diferenciación de
órganos.
Tienen las estructuras reproductivas desnudas, es decir, no hay una capa
protectora alrededor de las células de las estructuras reproductivas.
Son fotoautotróficas, es decir, que producen sus propios materiales de
alimentos a través de fotosíntesis mediante el uso de la luz solar, agua y CO2.
Hay algunas excepciones, como por ejemplo algunas especies de Euglena, las
cuales ingieren otros organismos para la comida, ya que no tienen
cloroplastos.
Al igual que las plantas contienen clorofila.
La elección de las especies a cultivar depende directamente de la finalidad que se
le desea brindar a la biomasa resultante (e.g., pigmentos, alimento) y/o si el cultivo
es para biorremediación. Las especies algales predominantes dentro de un
sistema abierto dependen de factores ambientales, operacionales y parámetros
biológicos (McGriff & McKinney 1972, Park et al. 2011a, Abdel-Raouf et al. 2012).
En un sistema cerrado se pueden lograr cultivos monoespecíficos aislados del
medioambiente (Posten 2009).
Las microalgas en un cultivo para fitorremediación deben cumplir con 3
condiciones: alta tasa de crecimiento; alta tolerancia a la variación estacional y
diurna si es un sistema abierto; y buena capacidad para formar agregados para
una cosecha por simple gravedad (Park et al. 2011b).
Luz: La intensidad lumínica es uno de los principales parámetros a considerar en
un cultivo (Contreras-Flores et al. 2003). En ausencia de limitación por nutrientes,
la fotosíntesis se incrementa con el aumento de la intensidad lumínica, hasta
alcanzar la máxima tasa de crecimiento específica para cada especie en el punto
de saturación por luz (Park et al. 2011a). Pasado este punto, se alcanza el punto
de fotoinhibición, con resultados perjudiciales para la misma célula e incluso la
muerte, implicando pérdida de eficiencia fotosintética y productividad del cultivo
(Contreras-Flores et al. 2003, Richmond 2004, Martínez 2008, Park et al. 2011a).
Los cultivos microalgales exteriores suelen sufrir fotoinhibición en las principales
horas del día debido a la alta intensidad lumínica (Martínez 2008).
Temperatura: La producción algal aumenta proporcionalmente con la temperatura
hasta alcanzar la temperatura óptima de cada especie. Por encima de esta,
aumenta la respiración y la fotorrespiración reduce la productividad global. La
temperatura óptima varía entre las especies, pero en general está entre 28° y
35°C (Park et al. 2011a).
pH y CO2: El pH del cultivo está influenciado por varios factores como la
productividad algal, la respiración, la alcalinidad y composición iónica del medio de
cultivo, la actividad microbiana autotrófica y heterotrófica y la eficiencia del sistema
de adición de CO2 (Martínez 2008, Park et al. 2011a). Como en los otros
parámetros, cada especie necesita un rango determinado de pH que permita un
crecimiento óptimo (Martínez 2008), siendo pH 8 el más indicado para especies
dulceacuícolas (Park et al. 2011a). Por encima o debajo de éste, presentan un
descenso en la productividad, que no solo afecta el crecimiento algal, sino también
la capacidad de remover el nitrógeno en sistemas de tratamientos de aguas (Park
et al. 2011a). El pH puede controlarse con un sistema automatizado de inyección
de CO2, o incluso, con adición de ácido o base permitiendo además, suministrar
CO2 necesario para cultivos de alta productividad (Berenguel et al. 2004,
Martínez 2008, Sialve et al. 2009).
Las microalgas se pueden cultivar en sistemas abiertos o en sistemas cerrados,
siendo el segundo mas eficiente que el primero en cuanto, debido a que los
sistemas abiertos necesitan menor inversión, son de facil mantenimiento y
escalado, pero el inconveniente radica en que la forma de control es mas dificil,
generando una producción menor ya que son mucho mas suceptibles a
contaminación, en las siguientes imágenes se observan los dos tipos de sistema
(ver imagen 1 y 2).
Imagen 1 y 2: sistema abierto, sistema cerrado respectivamente.
El proceso que se podría llevar a cabo para la obtención de biofertilizantes a partir
del cultivo de microalgas corresponde al siguiente:
INOCULO
CO2
CO2
Comparación con fertilizantes
BIOENSAYOS EN SUELO
OBTENCIÓN DE MICROALGA
BIOENSAYOS
PRODUCTO
Caracterización fisicoquímica y microbiológica
Evaluación de curva de
crecimiento
Medición diaria de biomasa
Monitoreo fisicoquímico
diario
% Medio, %ARD
% Medio de cultivo
% Medio, %ARD
% ARD
CONCLUSIONES
La aplicación de la biotecnología corresponde a la generación de
oportunidades de mejora para diferentes procesos, teniendo como meta la
creación de servicios o productos amigables con el medio ambiente, con el
objetivo de garantizar la protección y conservación de los recursos naturales.
Los beneficios de la biotecnología contribuyen a buscar alternativas viables
que garantizan aplicaciones prácticas, eficaces, disponibles en los ambientes
naturales.
Las microalgas se convierten en una excelente alternativa para la obtención de
biofertilizantes por su alto contenido de minerales, vitaminas, aminoácidos,
proteínas, entre otros, que generan muchos beneficios para el sector agrícola,
debido a que los biofertilizantes ayudan a la absorción rápida y el transporte
sistémico a través de las partes aéreas de las plantas, además facilitan la
metabolización y formación de sustancias como la clorofila y las hormonas.
(Sosa, 2002).
El uso de las microalgas para el proceso planteado corresponde al uso de la
biotecnología, con el objetivo de solucionar una problemática ambiental, la
disposición final de las aguas residuales domésticas generadas en el
campamento de la estación de rebombeo de crudo COROCORA, ya que al
proporcionar valor a este residuo, se eliminaría su disposición final, generando
importantes beneficios a nivel ambiental, social y económico.
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