Revista científica: BIOQUIMICA

Qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqw ertyuiopasdfghjklzxcvbnmq Wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqw ertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwer tyuiopasdfghjklzxcvbnmqwerty uiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiop asdfghjklzxcvbnmqwertyuiopas dfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdf ghjklzxcvbnmqwertyuiopa DOCENTE: IBETH MANZANO ESTUDIANTE: ANDERSON RODRIGUEZ GARZÓN SEMESTRE: PRIMERO

Una medida de resistencia Se detecta el metabolito de Tamiflú en los vertidos de aguas residuales y en el agua de los ríos

D

urante la temporada anual de influenza, el combate a las diversas cepas del virus

se convierte en una prioridad para la salud pública, y el tratamiento depende de dos grupos de fármacos antivirales: los inhibidores de la neuraminidasa y los inhibidores del canal iónico M2. El fosfato de oseltamivir, comercializado como Tamiflú, es un popular inhibidor

de la neuraminidasa utilizado ampliamente para tratar los síntomas de la influenza. Se sabe que el oseltamivir carboxilato (OC), el metabolito activo del Tamiflú, resiste el tratamiento de fango activado en las plantas de tratamiento de aguas negras (PTAN), pero se sabe menos sobre en qué medida el OC puede llegar hasta las vías fluviales que reciben vertidos de las PTAN. Ahora

un nuevo estudio realizado en la ciudad de Kyoto, en Japón, durante la temporada de influenza en los años de 2008-2009, reporta algunas de las primeras mediciones de incidencia de OC en los vertidos de las PTAN y en el agua de los ríos [EHP 118:103–107; Ghosh et al.].

Según la Organización Mundial de la Salud, entre 250 000 y 500 000 personas mueren cada año por la

*Publicado originalmente en Environmental Health Perspectives, volumen 118, número 1, enero 2010, página A34.

salud pública de méxico / vol. 52, no. 3, mayo-junio de 2010

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Noticias de salud ambiental

influenza, y cada año millones de personas toman Tamiflú para com-batir los síntomas de la enfermedad. Después del proceso de tratamiento de las aguas negras, el metabolito activo excretado permanece en los vertidos de las PTAN y viaja a las vías fluviales adonde se descargan los vertidos.

Foto: Chris McCooey/Shutterstock

Los investigadores del estudio citado tomaron muestras de los vertidos de las PTAN y del agua de los ríos en tres ocasiones diferentes: al comienzo de la temporada de la influenza, durante el periodo pico y dos semanas después del periodo pico.

Utilizando la extracción en fase sólida seguida de la cromatografía líquida, conjuntamente con la espectrometría de masas, midieron la concentración más elevada de OC –293.3 ng/L– en una muestra de vertidos de las PTAN tomada durante el apogeo de la tem-porada de influenza.

Las cantidades de concentración eran más elevadas en los vertidos de las PTAN que uti-lizaban el tratamiento tradicional de fango activado; por el contrario, los vertidos de las plantas que utilizaban la ozonificación avanzada como trata-miento terciario contenían niveles de OC considerablemente menores (de

37.9 ng/L). Las muestras de agua de río mostraron un rango de niveles de OC de 6.6 a 190 ng/L durante el apogeo de la temporada de influenza.

Investigaciones anteriores indi-can que las concentraciones de OC de entre 80 y 230 ng/L incapacitarán al 50% de los virus de la influenza.

Es altamente probable que este nivel de exposición mate partículas virales que son particularmente susceptibles al OC y a la vez seleccione los virus que son resistentes a los efectos del fármaco.

Los autores señalan: “Du-rante una temporada de influenza común, las aves acuáticas pueden ingerir grandes cantidades de OC con virus… El exponer a las aves acuáticas infectadas con el virus de la influenza A a niveles elevados de OC en las vías fluviales abiertas podría desencadenar el desarrollo de cepas virales resistentes al Tamiflú.”

Los autores sugieren la ozonifi-cación como un tratamiento terciario que puede reducir la carga de OC en los vertidos de las PTAN. También recomiendan que se realicen más investigaciones para determinar el destino de los fármacos antivirales en cada intervalo del proceso de las PTAN.

¿Resistencia en ciernes? Un huésped potencial de la influenza A se encuentra con una fuente potencial de metabolito activo del Tamiflú

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La maestra Tanya Tillett, de Durham, Carolina del Norte, forma parte del equipo de escritores y editores de EHP desde el año 2000 y ha representado a la revista en congresos nacionales e internacionales.

okj de Tipo Ureasa en el Tratamiento de Aguas Residuales Pérez Vol. 18(5), 41-4

Uso de Enzimas de Tipo Ureasa en el Tratamiento de Aguas Residuales con Alto Contenido en Nitrógeno Orgánico Sergio A. Pérez, Zulay M. Niño, Víctor Hernández y Carlos Hernández Universidad de Carabobo, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Química, Avda. Bolívar Nº125-39, Valencia-Venezuela (sperez@uc.edu.ve, znino@uc.edu.ve, carherna@uc.edu.ve) Resumen En este trabajo, algunas cepas de bacterias generadoras de enzimas de tipo ureasa, fueron utilizadas en el tratamiento de efluentes industriales contaminados con urea provenientes de un complejo petroquímico. Para el estudio, se realizó la caracterización del efluente líquido industrial, para conocer el nivel de nitrógeno orgánico presente, se identificaron las cepas generadoras de enzimas tipo ureasa y se establecieron las condiciones de laboratorio para desarrollar la cepa bacteriana. Los resultados demuestran la factibilidad de degradación del nitrógeno orgánico mediante el uso de las Klebsiella pneumoniae y Proteus mirabilis, al hidrolizar la urea para producir amoniaco y agua. Se determinó que la bacteria Proteus mirabilis asegura conversiones del nitrógeno orgánico superiores a 90 %. Del estudio cinético con la bacteria Proteus mirabilis se tiene que la reacción de -1 o biodegradación es de primer orden con constante de velocidad de 0,4185 h a 37 C. Palabras claves: enzimas tipo ureasa, tratamiento de efluentes, Proteus mirabilis

Use of Urease Type Enzimes for the Treatment of Wastewater with a High Organic Nitrogen Content Abstract Some bacterial stock of the urease enzymes producer family were used, with the purpose of treating an industrial wastewater with urea content coming from a industrial urea complex, to reduce the organic nitrogen content to ammonia. To accomplish this objectives, a characterization of the wastewater was done, to identifies the organic nitrogen concentration present in the wastewater, the bacteria source generating the urease enzyme for the waste treatment were identified, and the conditions for the growth of the bacteria were established in the lab. The results show that it is possible the biodegradation using the urease enzymes kind, like Klebsiella Pneumoniae and Proteus Mirabilis, hydrolyzing the urea to ammonia and water. The Proteus Mirabilis was able to degrade the organic nitrogen with a conversion higher than 90%. From the kinetic study, the biodegradation -1 o reaction is a first order reaction with a constant kinetics rate of 0,4195 h at 37 C. Keywords: enzyme urease type, wastewater treatment, Proteus mirabilis Información Tecnológica – Vol. 18 Nº 5 - 2007

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Uso de Enzimas de Tipo Ureasa en el Tratamiento de Aguas Residuales

Pérez

INTRODUCCIÓN Algunas plantas industriales existentes dentro de un complejo petroquímico, para la producción de fertilizantes generan efluentes líquidos, que por su naturaleza, contienen nitrógeno orgánico derivado de la urea, el cual, está asociado con el nitrógeno inorgánico derivado del amoniaco, y que suman en su conjunto cantidades importantes de nitrógeno total. Dependiendo de la presencia o no de sistemas de tratamiento de dichos efluentes, estos pueden superar los niveles de descargas permitidos.

En el complejo petroquímico bajo estudio, actualmente los efluentes generados contienen una cantidad de nitrógeno total aproximada de 5.000 ppm, valor este que supera los límites permisibles actuales (40 ppm), según lo establecido en las especificaciones exigidas por la norma ambiental vigente (Gaceta Oficial de Venezuela, 1995).

Normalmente el nitrógeno amoniacal puede ser eliminado del efluente líquido mediante procedimientos físico-químicos, pero sin embargo, el nitrógeno orgánico, no puede eliminarse por métodos convencionales, lo que conlleva a que el efluente final posea niveles de nitrógeno total elevados, cuando solamente es sometido a un tratamiento físico-químico (Reynolds y Richards, 1996; Lee y Lin, 2000). La biotecnología, en una forma amplia, se puede definir como la aplicación de organismos, componentes o sistemas biológicos para la obtención de bienes y servicios (Iañez, 2004; Valenzuela et al., 2003; Esposito et al., 1998).

En la presente investigación se propone el uso de herramientas de la biotecnología, a fin de realizar la evaluación de cepas bacterianas, para el tratamiento biológico de aguas residuales con alto contenido en nitrógeno orgánico. En este sentido, se realizó un estudio para identificar los microorganismos capaces, de transformar el nitrógeno orgánico contenido en efluentes industriales contaminados con urea, en compuestos simples susceptibles a ser despojados fácilmente por métodos físico-químicos; con la finalidad de lograr un efluente final cuyo contenido en nitrógeno total sea menor a 40 ppm.

MATERIALES Y METODOS Caracterización del efluente líquido industrial La caracterización del efluente industrial descargado por la planta objeto del estudio, se realizó durante un periodo de seis meses, con muestras recolectadas cada 15 días. Las principales variables analizadas fueron: pH, temperatura, nitrógeno total, nitrógeno amoniacal, nitrógeno orgánico, cloruro, hierro, aceite y dióxido de carbono. Adicionalmente se determinó el flujo de la descarga y se realizó un análisis bacteriológico del efluente (APHA, 1995).

Identificación y reactividad de las bacterias de tipo ureasa Esta fase consistió en la selección de un grupo de bacterias potencialmente capaces de degradar el nitrógeno orgánico presente en el efluente industrial. Cada cepa de bacterias fue sometida a pruebas de resistencia térmica, identificación morfológica y reacciones de actividad bioquímica.

Para el estudio de reactividad bioquímica, realizado con el fin diferenciar y evaluar la pureza de las cepas estudiadas, las siguientes pruebas fueron realizadas: reacción a la glucosa, reacción a la lactosa, reacción en agar simple, reacción al indol y reacción al caldo-urea (Crueger, 1993; Carmona, 1997; Iañez, 2004; García, 2005).

Evaluación de las bacterias seleccionadas Una vez seleccionadas las cepas de bacterias con reacción urea positiva, se procedió a evaluar su capacidad de hidrólisis para determinar la bacteria que mejor realiza la degradación del nitrógeno orgánico presente en el efluente. Este ensayo se realizó usando una solución patrón de urea, equivalente a 5000 ppm de nitrógeno orgánico, en un medio caldo-urea, se tomaron muestras de 300 42

Información Tecnológica – Vol. 18 Nº 5 - 2007

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Uso de Enzimas de Tipo Ureasa en el Tratamiento de Aguas Residuales

Pérez

mL, las cuales fueron inoculadas con 10 mL de cada cepa urea positiva, por un período de incubación de 5 días a 37 ºC. Al cabo de los 5 días se determinó el nitrógeno orgánico presente en las muestras para verificar la degradación de la urea en la muestra patrón.

Ajuste de las condiciones para el desarrollo continúo del medio biológico En esta etapa se determinaron las condiciones apropiadas para el tratamiento biológico, en muestras del efluente, utilizando la bacteria seleccionada para realizar la hidrólisis de la urea, ajustando las variables de control de la reacción como: volumen de muestra, volumen de inoculo y pH. Se utilizó o una temperatura de 37 C. En el desarrollo del caldo- urea, como medio de identificación de las bacterias urea positivas, se establece que la condición del medio de cultivo debe ser a pH 6,8; sin embargo, al considerar el carácter altamente alcalino del efluente, se realizó un ensayo para evaluar la incidencia de los cambios del pH en el medio de cultivo durante el proceso de degradación del nitrógeno orgánico.

Para este caso específico se tomaron dos muestras, de 300 mL cada una, se inocularon con 10 mL de la bacteria seleccionada y a una de ellas no se le ajustó el pH del medio. Luego de determinó el desarrollo bacteriano y degradación de la urea después de 72 horas de incubación.

Para la determinación de la relación optima entre el volumen de efluente y volumen de inoculo, se inocularon 6 muestras del efluente, de 300 mL cada una, con volúmenes de 10, 20, 30, 40, 50 y 60 mL de inóculo de la bacteria seleccionada; antes de inocular se reguló el pH a 7,0 utilizando para ello entre 2,5 a 3,0 mL de acido sulfúrico concentrado.

Luego de inocular las muestras se realizó el conteo bacteriológico mediante el método de siembra de placas, a fin de medir la población inicial en cada muestra inoculada y la población luego de 72 horas de incubación. Para determinar la carga bacteriana presente en cada muestra se realizaron los análisis bacteriológicos mediante el test de coloración microbio quick test (García, 2005).

Estudio de degradación y cinético del nitrógeno ureico en medio controlado Con el objetivo de determinar la velocidad de degradación del nitrógeno orgánico en el tiempo, se realizan ensayos utilizando muestras del efluente industrial, determinando la evolución de la o concentración en función del tiempo a una temperatura de 37 C. En esta fase se determina el orden de la reacción respecto al contenido del nitrógeno ureico y la constante de velocidad.

Determinación de la curva de crecimiento de la bacteria seleccionada.

Una vez establecidas las condiciones apropiadas para la biodegradación del nitrógeno ureico, se determina la curva de crecimiento de la bacteria seleccionada, para lo cual, en un medio controlado se inocula con la bacteria y se toman muestras a intervalos de tiempo regulares para cuantificar la población bacteriana presente.

La representación gráfica de los valores del logaritmo del número de bacterias/mL en función del tiempo, se corresponde a la curva de crecimiento bacteriano.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caracterización del efluente líquido industrial Los valores promedios, máximos, mínimos así como las respectivas desviaciones estándar obtenidos de la caracterización fisicoquímica, de un total de doce muestras compuestas recolectadas, se presentan en la Tabla 1. Los valores reportados para la desviación estándar de los diferentes tipos de nitrógeno indican una alta variabilidad, así como otros parámetros medidos, esto es debido a los cambios en las condiciones operacionales de la planta de urea del complejo petroquímico. Se tiene un flujo máximo de descarga de 26 L/s, descartándose la presencia de las bacterias estudiadas. Los valores promedios son considerados representativos para el período de estudio de seis meses.

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Uso de Enzimas de Tipo Ureasa en el Tratamiento de Aguas Residuales

Pérez

Tabla 1: Caracterización del efluente industrial a biodegradar Variable

Valor Mínimo Valor Máximo Valor Promedio

Desviación Estándar

pH

9,5

10,5

10,20

0,3

Cloruros (ppm)

30

145

74,08

36,4

Dióxido de carbono (ppm)

134

3300

1148,75

1011,0

Hierro (ppm)

0,05

0,75

0,29

0,2

Aceite (ppm)

0,1

226

23,29

65,1

N-Amoniacal (ppm)

400

6200

2788

1973,1

N-Ureico (ppm)

196

5300

2045

1808,3

N-Total (ppm)

621

6800

4833

2030,3

Temperatura (ºC)

33

40

36,33

1,9

Flujo (L/s)

14

26

22,00

2,3

-

-

-

-

Presencia de bacterias

Tabla 2: Identificación morfológica de las bacterias utilizadas en el estudio Cepas de estudio Klebsiella pneumoniae

Forma

Tamaño 1.5 µm

Movilidad Inmóvil

Agrupación Aislado

Proteus vulgaris

Bacilo

2 µm

Móvil

Agrupados

Proteus mirabilis

Bacilo

2 µm

Móvil

Agrupados

Helycobacter pilory

Bacilo

2 µm

Móvil

Aislado

Bacilo

Otros Encapsulado sin esporas Sin esporas ni cápsulas Sin esporas ni cápsulas Encapsulado sin esporas

La reacción en caldo-urea, permite la diferenciación de microorganismos degradadores de urea capaces de utilizarla como única fuente de energía. De este ensayo se seleccionan las bacterias que resulten urea positivas, proporcionando un cambio de color del medio, de amarillo a rojo-púrpura, por viraje del indicador de pH, rojo de fenol.

De los resultados presentados en la Tabla 3 se observa que sólo las cepas de Klebsiella pneumoniae y Proteus mirabilis presentaron reacción positiva en medio caldo-urea, lo que las clasifica como urea positivas, mientras que las cepas de Proteus vulgaris y Helicobacter pilory no presentaron reacción positiva, por lo que se descarta su uso en las siguientes etapas de estudio. La reacción a la glucosa y a la lactosa, diferencia la Klebsiella del Proteus mirabilis y la reacción al Indol diferencia, el Proteus mirabilis del Proteus vulgaris y Helicobacter pilory.

Evaluación de las bacterias seleccionadas Al comparar la acción de degradación entre las cepas Klebsiella pneumoniae y Proteus mirabilis, sobre una solución patrón de urea de concentración inicial de 5000 ppm, el Proteus mirabilis degrada en mayor magnitud al nitrógeno orgánico, que la Klebsiella pneumoniae , obteniéndose concentraciones finales de 3400 y 1200 ppm, respectivamente, al cabo de 72 horas. El pH final de la solución se mantuvo en 9,5 para la Klebsiella y 9,7 para el Proteus. En ambos casos se determinó un buen crecimiento de la población bacteriana.

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Tabla 3: Reacciones de actividad bioquímica de las bacterias estudiadas

Ensayo de Identificación Resistencia térmica Reacción a la lactosa Reacción a la glucosa Reacción en Agar Reacción al Indol Reacción al Caldo-Urea

Klebsiella Pneumoniae

Cepas de estudio Proteus Proteus Mirabilis Vulgaris

Helicobacter Pilory

< 55 ºC

< 60 ºC

< 60 ºC

< 60 ºC

Positivo

Negativo

Negativo

Negativo

Negativo

Positivo

Positivo

Negativo

Positivo

Positivo

Positivo

Positivo

Negativo Viraje a rojo positivo

Positivo Viraje a rojo ligero

Negativo Viraje a rojo positivo

Positivo Viraje a rojo ligero

Ajuste de las condiciones para el desarrollo continúo del medio biológico Luego de seleccionar al Proteus mirabilis, como la fuente biológica, para el tratamiento del efluente final de la planta de urea, se procedió al ajuste de las variables del medio, sobre una muestra del efluente a tratar con concentraciones de 129, 4547 y 4676 ppm de nitrógeno amoniacal, orgánico y total respectivamente, y un pH de 9,4.

En relación al efecto del pH del efluente líquido sobre la capacidad de biodegradación de la fuente biológica seleccionada, a un valor de 9,4 (correspondiente al pH del efluente a tratar), al cabo de 5 días de tratamiento, el nitrógeno orgánico presente fue reducido de 4547 ppm a 2200 ppm. En un segundo ensayo, una vez acidulado el efluente hasta obtener un pH de 6,8, los resultados de la biodegradación muestran que al cabo de los 5 días, el nitrógeno orgánico fue reducido a 410 ppm.

Estos resultados indican claramente que un pH alrededor de 6,8 favorece el proceso de biodegradación del nitrógeno orgánico.

Un segundo aspecto estudiado, fue la determinación de la población bacteriana requerida para la adecuada degradación del nitrógeno orgánico. A tal fin se realizaron ensayos para ajustar la relación óptima volumen de muestra, y la cantidad de bacterias presentes en el medio. Los resultados obtenidos en esta fase del trabajo son mostrados en la Tabla 4. En ella se observa que para volúmenes de muestra de 300 mL del efluente, conteniendo 4550 ppm de nitrógeno orgánico, a medida que se aumenta el volumen de inóculo, la población inicial de bacterias es mayor, pero no hay una reproducción apreciable de las mismas al cabo de un periodo de 72 horas, notándose igualmente una disminución en la población de bacterias a medida que se aumenta el volumen de inoculo en la muestra. Esta es producto del agotamiento del sustrato en un periodo de tiempo menor, dada la sobre población inicial de bacterias al utilizar un mayor volumen de inoculo.

El volumen de inóculo de bacteria óptimo obtenido fue de 10 mL, para el cual se tiene inicialmente 7 una población bacteriana de 2170 x10 NMP/100 mL (NMP; Numero Mas Probable), es decir, una relación volumétrica de 1 mL de inóculo por cada 30 mL de muestra. Esta condición permite un mejor 7 desarrollo de las bacterias, alcanzando el nivel de población más alto e igual a 13330 x10 NMP/100 mL, y garantizando la disponibilidad de biomasa necesaria para la degradación del nitrógeno orgánico.

Estudio de degradación y cinético del nitrógeno ureico en medio controlado.

Luego de fijar las condiciones del medio, se inocularon las muestras del efluente con la bacteria Proteus Mirabilis. Los resultados se muestran en la Fig. 1, donde se observa la degradación del nitrógeno orgánico del efluente en función del tiempo. La bacteria Proteus mirabilis logró degradar el Información Tecnológica – Vol. 18 Nº 5 - 2007

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Uso de Enzimas de Tipo Ureasa en el Tratamiento de Aguas Residuales

Pérez

nitrógeno orgánico en un 94 % reduciendo la concentración desde 4570 ppm hasta 274 ppm, en un período de 72 horas. Igualmente se muestra la evolución del nitrógeno amoniacal y del nitrógeno total presente en el efluente.

Tabla 4: Cuantificación de la población bacteriana inicial y final de Proteus Mirabilis

Volumen Inoculo (mL) Población Inicial (NMP/100mL) Población Final (NMP/100mL) 7

10

2170 x 10

20

6880 x 10

30

4730 x 10

40

6375 x10

50

10500 x 10

60

126000 x10

13330 x 10

7

6880 x 10

7

4730 x10

7

1700 x10

7

301 x10

7

258 x10

7

7

7 7

7 7

6000

5000 N-Ureico (ppm)

Concentracion (ppm)

N-Amoniacal(ppm) 4000

N-total(ppm)

3000

2000

1000

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Tiempo (h)

Fig. 1: Variación de los diferentes tipos de nitrógeno por la biodegradación con Proteus mirabilis Desde el punto de vista cinético, en base a los resultados obtenidos de la concentración en función del tiempo, se determinó que la reacción es de primer orden respecto al nitrógeno orgánico, y a la o -1 temperatura de 37 C tiene una constante de velocidad igual a de 0.4185 h .

Determinación de la curva de crecimiento La curva de crecimiento para el Proteus Mirabilis se muestra en la Fig. 2, donde se indican las diferentes fases de crecimiento de la bacteria: Latencia, Logarítmica, Estacionaria y Declinación.

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Pérez

8 7,8 7,6

Log (Num. Bacterias/ml)

Fase estacionaria 7,4

Fase logaritmica

7,2 7

Fase de declinacion

Fase de latencia

6,8 6,6 6,4 6,2 6 0

8

16

24

32

40

48

56

64

72

80

88

96

104

112

Tiempo (h)

Fig. 2: Curva de crecimiento para la bacteria Proteus mirabilis

CONCLUSIONES Del análisis de los resultados obtenidos durante las diferentes etapas del trabajo, se puede concluir lo siguiente: El nitrógeno total promedio contenido en el efluente industrial, razón del estudio, es de 4833 ppm y está conformado de nitrógeno orgánico y nitrógeno amoniacal, en cantidades promedios de 2045 ppm y 2788 ppm respectivamente.

Mediante el uso de bacterias del tipo Proteus mirabilis, es posible lograr la degradación biológica del nitrógeno orgánico presente en efluentes contaminados con urea, con una eficiencia superior al 90 % al cabo de 5 días de biodegradación, a un pH optimo de 6,8 y una relación de 1 mL de inoculo/30 mL de efluente a tratar.

El proceso de hidrólisis del nitrógeno orgánico contenido en el efluente industrial, mediante el tratamiento biológico con la bacteria Proteus mirabilis, sigue una cinética química de primer orden -1 respecto a la concentración del nitrógeno orgánico, con una constante de velocidad de 0,4185 h a o una temperatura de 37 C. La curva de crecimiento para la bacteria Proteus mirabilis presento las diferentes fases de crecimiento para un lapso de estudio de 100 horas.

REFERENCIAS APHA-American Public Health Association, Standard methods for the examination of water and th

wastewater, 19 Edition (1995).

Carmona, O.; Microbiología, 5ta. Edición, McGraw Hill Interamericana (1997).

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Pérez

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Valenzuela, M., O. Cerda y H. Toledo; Overview on chemotaxis and acid resistance in Helicobacter Pilory, Biol. Res., 36, 429-436 (2003).

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REUSO DE LAS AGUAS RESIDUALES Domestic wastewater reuse in agriculture. A review 1

2

Jorge Silva , Patricia Torres y Carlos Madera

RESUMEN Las aguas residuales son una importante fuente adicional para satisfacer la demanda del recurso, a causa de la disponibilidad limitada de agua potable para cubrir los requerimientos de las poblaciones, los bajos costos, los beneficios para los suelos agrícolas y la disminución del impacto sobre el ambiente. Sin embargo, el predominio del uso de aguas residuales crudas o diluidas con aguas superficiales y el bajo porcentaje de aguas residuales tratadas en Colombia y en los países de América La-tina, en general, generan riesgos en la salud pública, en especial cuando se utilizan para riego de cultivos para consumo directo. Para el reuso de aguas residuales se aconseja realizar siempre un tratamiento preliminar y primario; el tratamiento secundario, además de remover de manera eficiente materia orgánica y só-lidos suspendidos, influye directamente sobre la estructura de algunos compuestos, como los de nitrógeno, siendo importante tener en cuenta los requerimientos del cultivo a irrigar y el tipo de suelo. Este artículo propone el uso de aguas residuales domésticas como un recurso alternativo, siempre que se traten y

3

ABSTRACT Because of the limited availability of water to satisfy the population requirement, the low costs, soil benefits and decrease of the environmental impact, the wastewaters are an important additional source to guarantee the water demand. However, the predominant use of raw wastewater diluted with superficial waters and low percent of wastewater treatment in Colombia and Latin American countries generate public health risks mainly when the reuse is for irrigation of crops of direct consumption. It is always recommended to make a preliminary and primary treatment; the secondary treatment besides removing efficiently organic matter and suspended solids, influences directly in the compounds such as nitrogen, thus it is important to keep in mind the requirements of the cultivation type and the soil. This article proposes the use of domestic wastewaters as an alternative resource in agricultural activities and privileging the industrialized crops.

manejen apropiadamente para hacerlo de manera segura en actividades agrícolas, privilegiando el riego de cultivos que sufrirán una transformación industrial posterior.

Palabras clave: agua residual cruda, agua residual diluida, agua residual tratada, aprovechamiento agrícola, nutrientes, riesgo microbiológico.

Introducción

Key words: raw wastewater, diluted wastewater, treated wastewater, nutrients, microbiologic risk.

desigual del recurso hídrico y los graves períodos secos; han forzado a buscar nuevas fuentes de abastecimiento de

El agua es un recurso indispensable para las actividades humanas, para el desarrollo económico y el bienestar so-cial.

agua, considerándose a las aguas residuales una fuente adicional para satisfacer la demanda del recurso.

En promedio se necesitan 3.000 L de agua por persona para generar los productos necesarios para la alimentación diaria.

Aunque la irrigación para fines agrícolas representa apenas 10% del agua usada, ésta es la actividad de mayor consumo de agua dulce del planeta (Fao y Fida, 2006).

Una de las prácticas más comunes de disposición final de las aguas residuales domésticas ha sido la disposición directa sin tratamiento en los cuerpos de agua superficiales y en el suelo; sin embargo, la calidad de estas aguas puede generar dos tipos

de

problemas:

de

salud

pública,

particularmente

El crecimiento acelerado de la población, especialmente en

importantes en países tropicales por la alta incidencia de

países en vía de desarrollo; la contaminación de los

enfermedades infecciosas, cuyos agentes patógenos se

cuerpos de agua superficial y subterránea; la distribución

dispersan en el ambiente de manera eficiente a través de

11

manera espontánea y no planificada por parte de los Fecha de recepción: septiembre 6 de 2006. Aceptado para publicación: julio 10 de 2008

agricultores más pobres de las áreas urbanas y periurbanas (Mara y Carnicross, 1990; Bakker et al., 2000). En Israel, 67%

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3

Programa de maestría, Facultad de Ingeniería, Universidad del Valle, Cali (Colombia). joasilva@univalle.edu.co Profesora asociada, EIDENAR, Facultad de Ingeniería, Universidad del Valle, Cali (Colombia). patoloz@univalle.edu.co Profesor asistente, EIDENAR, Facultad de Ingeniería, Universidad del Valle, Cali (Colombia). cmadera@univalle.edu.co

Silva, Torres y Madera. Reuso de aguas residuales domésticas en agricultura

del agua residual es usada para riego; en India, 25% y en 3

-1

Sudáfrica, 24%. En América Latina, alrededor de 400 m ˜s de agua residual cruda es entregada a fuentes superficiales y las áreas son irrigadas, la mayoría de las veces, con aguas residuales no tratadas; más de la mitad de esta cantidad se genera en México (Post, 2006).

Colombia tiene una superficie irrigada con aguas residuales Agronomía Colombiana 347-359, 3472008 de 1.230.193 ha, con 27% de agua residual tratada y26(2), 73%

sin tratar, por lo general diluida con aguas superficiales; al igual que sucede en toda América Latina, no se cuenta con infor-mación completa y confiable sobre el tema del reuso (Cepis, 2003) y solamente 8% del total de aguas residuales AGRONOMIA 26-2 -PROFE194).indd 347

que se producen diariamente es tratado (WSP et al., 2007).

las excretas o las aguas residuales crudas (Mara, 1996), y los problemas ambientales, por afectar la conservación o

348

protección de los ecosistemas acuáticos y del suelo, lo que contribuye a la pérdida de valor económico del recurso y del medio ambiente y genera a su vez una disminución del bienestar para la comunidad ubicada aguas abajo de las descargas (Pierce y Turner, 1990).

La utilización de aguas residuales en áreas agrícolas provie-ne de los tiempos antiguos en Atenas; sin embargo, la mayor proliferación de sistemas de aplicación de aguas residuales en el suelo ocurrió durante la segunda mitad del siglo XIX, principalmente en países como Alemania, Australia, Esta-dos Unidos, Francia, India, Inglaterra, México y Polonia. En el periodo de la posguerra, la creciente necesidad de optimización de los recursos hídricos renovó el interés por esta práctica en países como África del Sur, Alemania, Arabia Saudita, Argentina, Australia, Chile, China, Estados Unidos, India, Israel, Kuwait, México, Perú, Sudán y Túnez (Parreiras, 2005).

Con frecuencia se desconoce la forma como los alimentos se han producido; sin embargo, aguas residuales, a menudo no tratadas, son utilizadas para el riego de 10% de los cultivos del mundo. Aunque ésta es una práctica en gran parte oculta y sancionada en un gran número de países, muchos agricultores, especialmente aquéllos ubicados en las áreas urbanas, utilizan las aguas residuales porque, además de los beneficios de su uso, no tienen ningún costo y son abundantes, aún durante la época de sequías (Scott et al., 2004).

En países del Sudeste Asiático, de América Latina y de Áfri-ca, el riego con aguas residuales se hizo durante décadas de

12

06/10/2008 19

En este artículo se hace un análisis del aprovechamiento o reuso agrícola de las aguas residuales domésticas crudas, diluidas o tratadas y de las implicaciones de los diferentes niveles de tratamiento, y se presentan algunas experiencias en Colombia y en otros países.

Generalidades del reuso El reuso de aguas residuales está definido como su aprovechamiento en actividades diferentes a las cuales fueron originadas (Ministerio del Medio Ambiente, 2001). Los tipos y aplicaciones se clasifican de acuerdo con el sector o infraestructura que recibe el beneficio, siendo los principales: el urbano, que incluye irrigación de parques públicos, campos de atletismo, áreas residenciales y campos de golf; el industrial, en el que ha sido muy empleado durante los últimos años, especialmente en los sistemas de refrigeración de las industrias, y el agrícola, en la irrigación de cultivos. Este último es el principal uso (Gutiérrez, 2003).

La actividad agrícola demanda agua residual por la necesidad de un abastecimiento regular que compense la escasez del recurso, por causa de la estacionalidad o la distribución irregular de la oferta de otras fuentes de agua a lo largo del año (Lara y Hernández, 2003); adicionalmente, el uso de aguas residuales presenta beneficios asociados al mejoramiento de la fertilidad de los suelos agrícolas por el aporte de materia orgánica, macronutrientes (N y P) y

oligoelementos, como Na y K, permitiendo reducir, y en algunos casos eliminar, la necesidad del uso de fertilizantes químicos y trayendo beneficios económicos al sector (Hoek et al., 2002, citados por Medeiros et al., 2005). La preservación del medio ambiente se favorece también, al evitar el vertimiento directo de las aguas residuales o al reducir los costos de su tratamiento, conservando la calidad del agua y la recarga de los acuíferos de aguas subterráneas (Moscoso, 1993; Cepis, 2004).

El marco normativo y los criterios de calidad La agricultura requiere mayor cantidad de agua que otros usos, como el doméstico o el industrial; sin embargo, para el uso de aguas residuales debe considerarse aspectos de calidad con el fin de evitar riesgos a la salud pública, principalmente en lo que se refiere a sus características microbiológicas. Ésta es considerada la principal razón para el establecimiento de guías y regulaciones para el reuso seguro de estas aguas en diferentes aplicaciones (Metcalf y Eddy, 2003).

Las principales guías que regulan el reuso son las directrices de la Organización Mundial de la Salud (OMS), sobre calidad microbiológica de aguas residuales para irrigación (tabla 1),

13

clasificadas en tres categorías, según sus niveles de parásitos

por infección. Adicionalmente, se incluyen las medidas de

y coliformes fecales, indicadores de la presencia de patógenos

control para la protección de la salud (tabla 2).

(virus, bacterias, protozoos y helmintos) en las aguas residuales domésticas (OMS, 1989), y las físico-químicas para calidad de las aguas de riego de la FAO (1999).

La FAO publicó en 1999 la guía sugerida para aguas tratadas en el reuso agrícola y sus requerimientos de tratamiento (tabla 3).

En 2006, la OMS publicó nuevas guías de uso de aguas

La Agencia estadounidense de Protección Ambiental (EPA)

residuales, excretas y aguas grises (WHO, 2006), que son una

clasificó el reuso en ocho categorías, de acuerdo con la cali-

herramienta de manejo preventivo de aguas residuales en

dad del agua: urbano, áreas de acceso restringido, agrícola

agricultura para maximizar la seguridad para la salud pública.

para cultivos consumidos crudos y para cultivos no consu-

La guía incluye el análisis microbiano, esencial para el análisis

midos crudos, recreacional, industrial, recarga de acuíferos y

del riesgo, que comprende la recolección de información

reuso indirecto potable (EPA, 2004; Metcalf y Eddy, 2003).

relativa a patógenos presentes en aguas residuales, campos y

Adicionalmente, figuran las directrices físico-químicas de la

cosechas regados. Estos factores varían según la región, clima,

FAO para interpretar la calidad de las aguas de riego. En ellas

estación, etc. y deben ser medidos siempre que sea posible,

se clasifica el grado de restricción de uso en tres niveles, de

sobre un sitio específico. La guía no da valores sugeridos para

acuerdo con el problema potencial definido por carac-terísticas

patógenos virales, bacteriales o protozoarios, únicamente

físico-químicas del agua, como la conductividad y el RAS

valores para huevos de hel-mintos (≤1/L) tanto para riego con

(relación adsorción/sodio) (tabla 4).

como sin restricción; para el riego por goteo en cultivos de alto

En general, los países que tienen una normatividad sobre el

crecimiento, no da recomendación alguna. A través de un

reuso de las aguas residuales han tomado como referencia lo

análisis cuanti-tativo del riesgo microbiano se puede lograr la

establecido por la EPA, en términos de la clasificación por tipos

remoción de patógenos requerida para no superar el riesgo

del reuso, y las directrices de la OMS y de la FAO en lo

aceptable

relacionado con límites máximos permisibles de algunas

a

TABLA 1. Directrices de la OMS (1989) sobre calidad parasitológica y microbiológica de aguas residuales para uso en agricultura .

Nematodos intestinales

Coliformes fecales

(promedio aritmético de c huevos/L)

(promedio geométrico/ 100 mL)

b

Categoría

Condiciones de reutilización

Grupo expuesto

A

Irrigación de cultivos probablemente consumidos crudos.

Campos deportivos, parques públicos.

Agricultores, consumidores, público

”___

”__

Agricultores, pero no niños <15 años, y comunidades cercanas

”_ Riego por aspersión

”__

Agricultores, pero no niños <15 años y comunidades cercanas

”_ Riego por surco

”__

Agricultores, incluyendo niños <15 años, y comunidades cercanas

”___ Cualquier tipo de riego

”__

No aplicable

No aplicable

B

C

Irrigación de cereales.

Cultivos industriales, forrajes, e pastos y árboles .

Irrigación localizada de cultivos en la categoría B, si no están expuestos los trabajadores y el público.

d

Ninguno

3

5

3

3

Fuente: Adaptado de Blumenthal et al., 2000 a c

En casos específicos, los factores locales epidemiológicos, socioculturales y ambientales deben ser tomados en cuenta, y las directrices modificadas conformemente.

Durante

el

período

de

b

Áscaris, trichuros y anquilostomas. d

riego.

8QD_GLUHFWUL]_PiV_ULJXURVD__”____FROLIRUPHV_IHFDOHV_SRU_____P/__HV_DSURSLDGD_SDUD_FpVSHGHV_S~EOLFRV__WDOHV_FRPR_FpVSHGHV_GH_KRWHOHV__FRQ_

los que

el

público entra en contacto directo. e En el caso de árboles frutales, se debe suspender el riego dos semanas antes de la recolección de frutas y no se deben recoger del suelo. También se debe evitar el riego

14

TABLA 2. Medidas de control de protección a la salud.

Remoción de Medida de control patógenos Comentarios (unidades log)

Tratamiento

La remoción de patógenos requerida depende de la combinación

1-6

selectiva de medidas de control para la protección de la salud.

Riego por goteo en cultivos de bajo crecimiento

2

Tubérculos y hortalizas, como lechuga, que crecen justo sobre el suelo con contacto parcial.

Riego por goteo en cultivos de alto crecimiento

4

Cultivos en los que las partes a cosechar no están en contacto con el suelo, como tomates.

0,5-2 por día

Es la reducción del número de patógenos por decaimiento que ocu-rre entre el último riego y el consumo final. La meta en la remoción de unidades log depende de condiciones climáticas (temperatura, intensidad solar), tipo de cultivo, etc.

Lavado con agua

1

Lavado de hortalizas, vegetales y frutas con agua limpia.

Desinfección

2

Lavado de hortalizas, vegetales y frutas con una solución diluida de desinfectante y enjuague con agua limpia.

Pelado

2

Frutas y tubérculos.

Inactivación de patógenos por decaimiento

Fuente: WHO, 2006

TABLA 3. Guías sugeridas para aguas tratadas en el reuso agrícola y sus requerimientos de tratamiento.

Tipos de reuso agrícola

Reuso agrícola en cultivos que se consumen y no se procesan comercialmente

Reuso agrícola en cultivos que se consumen y se procesan comercialmente

Reuso agrícola en cultivos que no se consumen

Calidad del agua residual pH 6,5-8,4 -1 DBO <10 mg˜L <2 UNT <14 NMP coli fecal/100 mL* <1 huevos/L (nematodos intestinales) pH 6,5-8,4 -1 <30 mg˜L DBO <30 mg˜L 1 SS <200 NMP coli fecal/100 mL pH 6,5-8,4 -1 <30 mg˜L DBO <30 mg˜L 1 SS <200 NMP coli fecal/100 mL

Opción de tratamiento

Secundario Filtración desinfección

Secundario desinfección

Secundario desinfección

Fuente: FAO, 1999 modificada DBO, demanda bioquímica de oxígeno; SS, sólidos suspendidos; UNT, unidades nefelométricas de turbidez; RAS, relación adsorción/sodio; NMP, número más *

probable Coliformes fecales NMP/100 mL: media geométrica de más de 10 muestras por mes; ninguna muestra debe ser mayor de 200 NMP/100 mL.

En Colombia, el Decreto 1594 de 1984 del Ministerio de sustancias. En América Latina, algunos países, como Costa Rica (Secretaría de recursos naturales y ambiente, 1997), México (Secretaría de medio ambiente, recursos naturales y

Salud reglamenta los usos del agua y los residuos líquidos, 350

pesca, 1997) y Salvador (Ministerio de medio ambiente y recursos naturales, 2000) tienen reglamentado el reuso.

15

considerando entre el total de siete al agrícola, entendido como irrigación de cultivos y otras actividades conexas o complementarias; para ello establece los criterios admisibles para la destinación del recurso (capítulo IV, artículo 40) y los siguientes criterios: “el boro deberá estar entre 0,3

y 4,0 mg B/L, dependiendo del tipo de suelo y de cultivo; el NMP de coliformes totales y fecales no deberá exceder de 5.000/100 mL y 1.000/100 mL, respectivamente, cuando Agron. Colomb. 26(2) 2008

16

TABLA 4. Directrices para interpretar la calidad de las aguas de riego.

Grado de restricción de uso Problema potencial

Unidades

Ninguno

Moderado

Severo

Salinidad (afecta la disponibilidad de agua para el cultivo) -1

Conductividad eléctrica

dS˜m

Sólidos suspendidos totales

mg˜L

-1

< 0,7

0,7-3,0

< 450

450-2000

> 3,0 > 2000

Infiltración (evaluar usando a la vez CE y RAS)

Relación adsorción/ sodio (RAS)

-1

0-3

dS˜m

3-6 6-12

dS˜m -1 dS˜m

-1

Conductividad eléctrica (CE)

-1

12-20

dS˜m

20-40

dS˜m

-1

> 0,7

0,7- 0,2

< 0,2

> 1,2 > 1,9

1,2-0,3 1,9-0,5

< 0,3 < 0,5

> 2,9

2,9-1,3

< 1,3

> 5,0

5,0-2,9

< 2,9

Toxicidad de iones específicos (afecta cultivos sensibles) Sodio (Na) Riego por superficie

RAS meq˜L

Riego por aspersión

-1

<3

3-9

>9

<3

>3

<4

4-10

<3

>3

< 0,7

0,7-3,0

> 3,0

<5

5-30

> 30

1,5-8,5

> 8,5

Cloro (Cl) meq˜L

Riego por superficie

meq˜L

Riego por aspersión

-1 -1

-1

mg˜L

Boro (B)

> 10

Varios (afectan cultivos sensibles) Nitrógeno (N-NO3)

*

-1

mg˜L

-

Bicarbonato (HCO 3) Aspersión foliar únicamente pH

-1

mg˜L

< 1,5

Rango normal 6,5-8,4

Fuente: Ayers y Wescot, 1987 * NO3-N es el nitrógeno en forma de nitrato, expresado en términos de nitrógeno elemental (en el caso de aguas residuales, incluir el N-NH4 y el N orgánico)

porcentaje (83,1%) de las aguas residuales es usado prin-

se use el recurso para riego de frutas que se consuman sin quitar la cáscara y para hortalizas de tallo corto” (Minis-terio de Salud, 1984).

Silva, Torres y Madera. Reuso de aguas residuales domésticas en agricultura

Los criterios de calidad para la irrigación con aguas residuales en la agricultura dependen también del tipo de cultivo: cuando el reuso agrícola se realiza en cultivos que se consumen crudos y no se procesan comercialmente, como es el caso de las hortalizas frescas, el riego es restringido; cuando se aplica en cultivos que se consumen y se procesan comercialmente, como es el caso del tomate enlatado, y en cultivos que no se consumen por el hombre, como pastos, el riego es no restringido (OMS, 1989).

La tabla 5 muestra los principales cultivos en los que se aplica el reuso de aguas residuales domésticas en América Latina (Cepis, 2003). En esta tabla se observa que el mayor

17

cipalmente en tres tipos de cultivos: hortalizas (30,2%), industriales (29,5%) y forrajes (23,4%). Esta situación es preocupante, pues mientras los cultivos industriales se someten previamente a un proceso de transformación, el forraje lo consumen directamente los animales y las hortalizas, los seres humanos, lo que eleva el riesgo de contaminación microbiológica o parasitológica y, por lo tanto, la generación de problemas de salud pública significativos. La misma situación ocurre para los cultivos de frutales, cuya área regada también representa un elevado porcentaje.

Aguas residuales y reuso Las aguas residuales contienen material suspendido y componentes disueltos, tanto orgánicos como inorgánicos. Los constituyentes convencionales presentes en aguas residuales domésticas son: sólidos suspendidos y coloidales, materia orgánica e inorgánica medida como demanda química y 351

18

TABLA 5. Principales cultivos empleados para reuso de * aguas residuales domésticas .

(mineral, orgánico, diferentes formas iónicas, formas gaseosas y otras), lo que depende de diversos factores, como

Cultivos regados

Área

Caudal

con agua residual

(ha)

(L˜s )

Forestales Frutales Industriales Forrajes Hortalizas

temperatura, humedad, aireación, ciclos de humectación y

-1

secado del suelo, tipo de material orgánico (relación C/N),

97

99

pH, etc. La mayor parte del N del suelo se encuentra en la

46,772

40

forma orgánica y apenas una pequeña cantidad, en formas

391,418

1,473

disponibles de N amoniacal y nitrato (Parreiras, 2005).

6,943

1,172

48,691

1,511

La presencia de ciertas formas de nutrientes en las aguas residuales beneficiaría más a algunos cultivos que a otros.

Para la aplicación del reuso sobre un cultivo específico, es necesario tener en cuenta aspectos como: la capacidad de asimilación de nutrientes, el consumo de agua, la presencia de iones tóxicos, la concentración relativa de Na y el contenido de sales solubles, ya que en ciertas condicio-nes climáticas puede salinizarse el suelo y modificarse la composición iónica, alterándole características como el desarrollo vegetativo y la productividad (Pizarro, 1990, citado por Medeiros et al., 2005).

Otros

806

696

Total

494,727

4991

*Países incluidos: Argentina, Colombia, México, Nicaragua, Perú y República Dominicana. Fuente: Adaptada de Cepis, 2003.

bioquímica de oxígeno (DQO y DBO, respectivamente), carbono orgánico total (COT), nitrógeno (amoniacal, orgánico, nitritos y nitratos), fósforo, bacterias, protozoarios y virus (Metcalf y Eddy, 2003). La cuantificación de estos componentes es condición necesaria para definir una estrategia de tratamiento que garantice técnica y económicamente una calidad del agua residual tratada adecuada para su uso posterior y para minimizar el riesgo potencial para la salud pública y el ambiente.

Debido a problemas como la predominancia de sistemas de alcantarillado combinados (aguas residuales domésticas con aguas lluvias) y a la potencial mezcla con aguas residuales industriales, pueden encontrarse constituyentes no convencionales (orgánicos refractarios, orgánicos volátiles, tensoactivos, metales, sólidos disueltos) o emergentes (medicinas, detergentes sintéticos, antibióticos veterinarios y humanos, hormonas y esteroides, etc.) (Metcalf y Eddy, 2003). Los riesgos asociados con estas últimas sustancias pueden constituirse en la mayor amenaza para la salud pública en el largo plazo y ser de más difícil manejo que el riesgo causado por los agentes patógenos (Mara y Car-nicross, 1990).

En general, el agua residual doméstica presenta valores de pH alrededor de la neutralidad, con una concentración de -1

Algunos cultivos, como forrajes perennes y turbas y ciertas especies arbóreas y cultivos, como el maíz, el sorgo y la cebada, requieren una elevada capacidad de asimilación de nutrientes, alto consumo de agua, elevada tolerancia a la humedad del suelo, baja sensibilidad a los constitu-yentes del agua residual y mínima necesidad de control. Otros cultivos, como leguminosas, la mayoría de cultivos de campo (algodón y cereales) y algunos frutales, como cítricos, manzanos y uvas, no requieren agua en exceso, favoreciendo el reuso de las aguas residuales (Valencia 1998). La tabla 6 muestra el consumo de nutrientes por parte de algunos cultivos.

Tratamiento de aguas residuales y potencialidad de reuso agrícola La descarga de aguas residuales se ha hecho sin considerar las condiciones del medio donde se ha realizado, siendo el vertimiento directo a los cuerpos de agua superficiales (ríos, lagos y mares) y al suelo los métodos de evacuación de aguas residuales más comunes en la mayoría de ciudades de los

de DQO),

países pobres; sin embargo, estas prácticas no respetan las

según la forma de recolección y disposición de las aguas residuales: in situ, en seco, a través de redes de alcantarilla-do sanitario o combinado, y de aspectos de tipo climático, cultural, socioeconómico, etc. (Mendonça, 2000).

regulaciones municipales o los estándares de calidad para el

materia orgánica variable (250-800 mgL

-1

Las concentraciones de nutrientes varían entre 10 y 100 mgL -1

de N, 5 y 25 mgL

-1

de P y 10 y 40 mgL

de K (Mara y

Carnicross, 1990). El N es el nutriente de mayor dinámica en el suelo, cambiando rápidamente de una forma a otra

agua de riego, representando problemas ambientales y riesgos para la salud (Von Sperling, 1996).

Las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) se diseñan para producir efluentes que garanticen el cumplimiento de estándares de calidad, de acuerdo con las reglamentaciones existentes y con el aprovechamiento potencial del efluente, minimizando los problemas de salud pública.

19

El tratamiento se puede clasificar por mecanismos o niveles –preliminar, primario, secundario y terciario o avanza-do– y, dependiendo

del

proceso

para

ser

usado,

varios

mecanismos pueden actuar separada o simultáneamente (Von Sperling, 1996). La tabla 7 muestra una relación entre el tipo de contaminante y la eficiencia de remoción que se puede alcanzar en cada uno.

En la reutilización de aguas residuales, el factor que normalmente determina el grado de tratamiento necesario y el nivel de confianza deseado de los procesos y operaciones de tratamiento suele ser el uso para el que se destina el agua; en el caso del reuso agrícola, depende también de la permeabilidad y otras características del suelo y del tipo de cultivo (Gutiérrez, 2003). Las prácticas actuales de uso de aguas residuales en países en desarrollo incluyen comúnmente el uso de aguas residuales diluidas, aunque por lo general no documentada, que implica grandes riesgos para la salud de la población consumidora de productos

riesgos de salud por el reuso agrícola de aguas residuales sin tratar.

En Colombia y en general en los países de América Latina, el nivel máximo aplicado es el secundario, por costos y porque los criterios de vertimiento de efluentes en los cuerpos receptores establecidos por sus legislaciones se cumplen con este nivel; en algunos casos se realiza desinfección como etapa final del tratamiento. Países como México usan estos efluentes para riego de jardines y con uso restringido, lo hacen en la industria o en servicios sanitarios. A escala mundial se utiliza el reuso del agua para abastecimiento de agua potable mediante tratamiento a nivel terciario, recargándola en el subsuelo y extrayéndola después de 6 meses ó 2 años, según su nivel de tratamiento (Teorema ambiental, 2003).

Existe una amplia gama de opciones tecnológicas y procesos para el tratamiento de aguas residuales. La tabla 8 muestra el desempeño de las tecnologías más usadas en nuestro me-dio para el tratamiento de aguas residuales domésticas.

alimenticios crudos regados con esta agua.

Las aguas residuales tratadas contendrán normalmente La disposición en el suelo, o reuso, comprende diferentes

menos N y P, pero aproximadamente la misma cantidad de

tipos de irrigación: superficial, subsuperficial o subterrá-nea;

K, según el proceso de tratamiento empleado; así, algunos

en todos los casos de uso de aguas residuales en el suelo

cultivos tendrán más beneficio que otros, dependiendo de

es indispensable la aplicación de un cierto nivel de

las formas de asimilación de los nutrientes (Mara y Car-

tratamiento, para separar los sólidos y material flotante.

nicross, 1990). En el caso de cultivos sumergidos, como el

Adicionalmente, el tratamiento previene o minimiza los

20

TABLA 6. Consumo de nutrientes por diversos cultivos.

-1

-1

Consumo de nutrientes (kg˜ha ˜año ) Cultivo

N

P

K

Cultivos de forraje Alfalfa

225-538

23-37

174-225

Trébol

178

18

101

Festuca

152-325

30

300

Orchard grass

258-281

23-56

253-353

71

17

23

Maíz

174-193

19-28

108

Caña*

80-200

50-90

100-120

Algodón

74-112

14

39

135

16

70

Cultivos de campo Cebada

Sorgo Papa

260

23

247-323

Soya

106-44

13-21

33-54

Trigo

56-91

17

21-5

Fuente: Metcalf y Eddy, 2003; * Gonzáles, 2004.

Silva, Torres y Madera. Reuso de aguas residuales domésticas en agricultura

353

TABLA 7. Características de los principales niveles de tratamiento.

Nivel de tratamiento Item

Contaminantes removidos

Eficiencias de remoción

Preliminar

Primario

Secundario

Terciario

Sólidos gruesos (basuras, arenas) Grasas Acondicionamiento químico (pH)

Sólidos suspendidos sedimentables Materia orgánica suspendida (parcialmente)

Sólidos no sedimentables Materia orgánica suspendida fina/soluble (parcialmente) Nutrientes (parcialmente) Patógenos (parcialmente)

Contaminantes específicos Materia orgánica fina y soluble (pulimento) Nutrientes patógenos (principalmente)

SS: 60-70% DBO: 30-40% Coliformes: 30-40%

SS: 60-99% DBO: 60-99% Coliformes: 60-99%

SS: > 99% DBO: > 99% Coliformes: > 99,9%

Nutrientes: < 20%

Nutrientes: 10-50%

Nutrientes: > 90%

DBO: 0-5% &ROLIRUPHV__§___ 1XWULHQWHV__§_ __

Mecanismo predominante

Físico

Físico

Biológico o químico

Biológico o químico

Cumple patrón de vertimiento

No

No

Usualmente sí

Sí

Cumple patrón de reuso

No

No

Usualmente sí

Aguas arriba de esta-ciones de

b o m

1

Sí be o Et

2

a p a

21

inicial del tratamiento Aplicación

Indispensable. Independiente de la complejidad del tratamiento y del uso del efluente (vertimiento o reuso agrícola)

Tratamiento parcial Etapa

Tratamiento más completo

intermedia de tratamiento

para remoción de materia or-

Su uso depende del tipo

gánica y sólidos suspendidos

de tratamiento posterior

Para nutrientes con adapta-

Recomendable en reuso

ciones o inclusión de etapas

para evitar obstrucción de

específicas (parcialmente)

los sistemas de riego

Adecuada para aplicación en riego (con desinfección)

SS, sólidos suspendidos; DBO, demanda bioquímica de oxígeno

Tratamiento completo para remoción de material no biodegradables y disuelto Remoción de nutrientes y coliformes Principalmente, para la remoción de patógenos Sin restricción de uso para cualquier tipo de cultivo

1

Según forma de nitrógeno y aprovechamiento de los cultivos 2 Sin restricción para cualquier tipo de cultivo (Parreiras, 2005) Fuente: adaptada de Von Sperling, 1996; Torres, 2000; Metcalf y Eddy, 2003.

arroz, la falta de oxígeno hace que la mineralización del N se

son los sistemas de lagunas de estabilización

presente en la forma amoniacal, la forma estable en suelos con

(anaerobias, facultativas, de maduración), lagunas de alta tasa, reactores anaerobios de flujo ascendente y manto de lodos (UASB) y la disposición en el suelo.

estas condiciones y por lo tanto la más aprovechable, mientras que en el caso del cultivo de caña es preferible la forma de nitratos (Bernis y Palies, 2008). En el primer caso, los efluentes más recomendables son los provenientes de sistemas

Blumenthal (2000) definió que para alcanzar una categoría

anaerobios, en los que ocurre una completa transformación del

en la que el agua residual pueda emplearse para irrigación

N a la forma amoniacal, mientras que en el segundo, los

de cultivos probablemente consumidos crudos, se puede

sistemas aerobios o combinados anaerobio-aerobios (con

emplear una serie de lagunas de estabilización (incluyendo

nitrificación) garantizan la transformación eficiente a nitratos

laguna de maduración) para lograr alcanzar la calidad mi-

(Torres, 2001).

crobiológica indicada. Sin embargo, para obtener un agua

Según Parreiras (2005), desde el punto de vista del reuso

residual de menor calidad para riego de cultivos industria-

agrícola, los sistemas de tratamiento de aguas residuales de

les sin exposición de los trabajadores, se recomienda un

bajo costo de implementación y operación que pueden aso-

pretratamiento como lo requiere la tecnología de irrigación y

ciarse con el uso de sus efluentes tratados en la agricultura,

al menos una sedimentación primaria.

354

Agron. Colomb. 26(2) 2008

22

Desde el punto de vista de microorganismos patógenos,

aplicado al agua residual antes del reuso. En América La-

con los procesos convencionales de tratamiento de aguas

tina, sin embargo, un aspecto negativo del reuso agrícola

residuales (sedimentación simple, lodos activados, filtros

de las aguas residuales, en especial de las aguas

biológicos, lagunas con aeración mecánica y zanjas de oxidación) no es posible producir un efluente que permita cumplir con las directrices recomendadas por la OMS (1989). Los sistemas convencionales de tratamiento de

residuales sin tratar, es que está muy poco documentado oficialmente (Cepis, 2003).

Experiencias internacionales

aguas residuales tampoco son eficaces para eliminar los huevos de helmintos y tienen muy poco efecto en los con-

En Maracaibo (Venezuela), el efluente de un sistema de

taminantes químicos de las aguas residuales, requiriéndose

lagunas de estabilización, con un tiempo de retención hi-

tratamientos específicos de nivel terciario.

dráulico (TRH) de 20 días y que trata 1.296.000 Ld , fue

-1

Aplicaciones del reuso agrícola

reutilizado para el riego de una parcela experimental de 5 ha, ocupada con 3 ha de frutales perennes (lima persa,

A nivel mundial y nacional existen experiencias del reuso

guayaba, mango y níspero) y una superficie dedicada a

agrícola que muestran las bondades de esta aplicación y

cultivos de ciclo corto. El comportamiento de las especies

las consideraciones sobre el tipo o nivel de tratamiento

irrigadas con este efluente y con agua fresca fue similar y

TABLA 8. Desempeño de las tecnologías de tratamiento de aguas residuales domésticas.

Eficiencia de remoción (%) Tecnología de tratamiento

Referencia

Sólidos suspendidos 50-70

DBO

N

P

Coliformes

40-62

< 10

< 10

< 60

70-90

10-25

10-20

60-90

81-88

71-82

15

15

74-96

Torres et al., 2005 Tsukamoto, 2002

73-84

46-70

< 30

75-90

80-90

Filtro anaerobio - filtro de arena Tonetti et al., 2005

> 90

90

> 95

-

-

Tanque séptico

Batalha, 1989

Tanque séptico - filtro anaerobio Von Sperling, 1996 Tanque séptico - filtro anaerobio Madera et al., 2005 humedal de flujo subsuperficial Primario avanzado (TPA)

Infiltración lenta

Von Sperling, 1996

-

94-99

65-95

75-99

> 99

Infiltración rápida

Von Sperling, 1996

-

86-98

10-80

30-99

> 99

Infiltración subsuperficial

Von Sperling, 1996

-

90-98

10-40

85-95

> 99

Escurrimiento superficial

Von Sperling, 1996

-

85-95

10-80

20-50

90-99

-

70-85

30-50

20-60

60-99

Laguna facultativa Laguna anaerobia - laguna facultativa

-

70-90

30-50

20-60

60-99

Laguna anaerobia - humedal

Caicedo, 2005; Osorio, 2006

87-93

80-90

37-48

45-50

-

UASB

Torres, 2000

60-80

60-70

10-25

10-20

60-90

UASB - laguna facultativa

CDMB, 2006

84

88

-

-

-

UASB - lodo activado convencional Van Haandel y Lettinga, 1994

85-95

85-95

15-25

10-20

70-95

UASB - lodo activado intermitente Torres, 2000

84-86

87-93

20-90

23-72

-

Lodo activado convencional

Von Sperling, 1996

80-90

85-93

30-40

30-45

60-90

Lodo activado flujo intermitente (RSB) Von Sperling, 1996

80-90

85-95

30-40

30-45

60-90

Lodo activado aireación prolongada Von Sperling, 1996

80-90

93-98

15-30

10-20

65-90

Filtro biológico

Von Sperling, 1996

85-95

80-93

30-40

30-45

60-90

Biodiscos

Torres et al., 2006

85-95

85-93

30-40

30-45

60-90

UASB (Upflow anaerobic sludge blanket), reactor anaerobio de flujo ascendente y manto de lodos; DBO, demanda bioquímica de oxígeno; N, nitrógeno; P, fósforo

23

no se presentaron problemas de salinidad y/o de Na en el suelo (Trujillo et al., 2000).

Santos et al. (2003) evaluaron durante dos años las caracte-rísticas hidráulicas de microaspersores al regar el efluente de un sistema UASB y laguna de maduración. Aunque no se observaron variaciones significativas por el uso de este efluente, hubo una falta de uniformidad en la aplicación del agua por acumulación de algas y sólidos suspendidos en los orificios de los microaspersores.

Quipuzco (2004) menciona el uso de reservorios profun-dos de estabilización, de 8-15 m de profundidad, para almacenamiento estacional y purificación de efluentes parcialmente tratados, provenientes de sistemas como lagunas anaerobias y aerobias, que garantizan eficiencias de remoción de DBO de 90%, detergentes y 3-4 órdenes de magnitud de coliformes fecales y otros contaminantes.

Estos efluentes son usados para irrigación restringida de cultivos no comestibles.

por laguna facultativa y humedal con TRH de 7 d y otro por laguna facultativa y filtros con TRH de 8 h, sobre el rendimiento y otras características agronómicas del cultivo de un maíz híbrido. El uso de los dos efluentes no mostró diferencias significativas en los valores de productividad del cultivo.

Medeiros et al. (2005) evaluaron las alteraciones químicas en un suelo irrigado con agua residual filtrada en filtros de arena, comparado con otro manejo con la agricultura convencional en un cultivo de café; la aplicación del agua residual filtrada fue más efectiva al mejorar las caracterís-ticas del suelo: aumento de pH, materia orgánica, K, Ca y Mg. Sin embargo, se presentaron problemas de salinidad del suelo por el incremento de iones como Na, la conduc-tividad eléctrica y el RAS.

Nunes et al. (2005) evaluaron el desempeño de un cultivo de pimentón irrigado con tres calidades de agua: efluentes de reactor UASB, de laguna de maduración y agua de pozo. A los tratamientos irrigados con agua de pozo se les aplicó tres formas de fertilización: sin fertilizantes, con la adición de un fertilizante mineral y un fertilizante orgánico.

En los resultados de productividad no se observó diferencia significativa para los tratamientos con fertilización mineral u orgánica y los tratamientos regados con los efluentes del UASB. Los resultados obtenidos con el tratamiento irriga-do con el efluente de la laguna de maduración no fueron buenos, ya que presentaba un pH >9,0 lo que dificultó el desarrollo del cultivo.

Gorete et al. (2005) evaluaron los efectos del riego con aguas residuales provenientes de dos sistemas compuestos

24

-1

En Portugal se desarrolló un estudio

tratar fue de 1.438,66 L˜s . Los principales

experimental sobre el uso de efluentes de

impactos nega-tivos serían los riesgos para la

PTAR

salud, por el uso indirecto e inseguro de aguas

compuestas

primaria

y

por

sedimentación

secundaria

y

lagunas

residuales diluidas (Cepis, 2003).

facultativas, en cultivos de sorgo, maíz y

Valencia (1998) y Madera et al. (2003)

girasol, aplicando riego por gravedad y por

compararon

goteo. Los rendimientos de los cultivos

efluentes de tres sistemas de trata-miento

regados con estos efluentes fueron muy

de

similares a los obtenidos al regar sólo con

investigación de Ginebra (Valle): UASB-

agua potable y al utilizar fertilizantes

laguna facultativa, UASB-laguna duckweed

comerciales, lo que indica que el contenido

y laguna de estabilización, encontrando que

de N de los efluentes del alcantarillado tiene

no hay diferencias significativas en la

un

los

calidad microbiológica y parasitológica de

fertilizantes comerciales, cuando el agua

los tres efluentes, aptos sólo para uso

residual tratada se usa para riego (Bau,

restringido, según la OMS, y que no

1991).

representan riesgo potencial de toxicidad

En Tel Aviv, la PTAR de 300.000 3 -1 m d (lodos activados, campos de infiltración de dunas de arena y confinamiento en el suelo alrededor de 400 d) remueve eficientemente materia orgánica y nutrientes (N y P), una variedad de metales pesados, elementos tóxicos, bacterias patógenas y virus (Post, 2006).

para los cultivos por sus bajos con-tenidos

valor

de

fertilización

igual

a

Experiencias locales En Colombia se utilizan aguas residuales crudas o par-cialmente tratadas de origen doméstico, pecuario (cría de vacunos y cerdos, especialmente) e inclusive industrial y agroindustrial para el riego de cultivos. En la Sabana de Bogotá, en el distrito de riego y drenaje de la Ramada, se riegan 3.500 ha de cultivos de hortalizas, flores y pastos con 3

un caudal de 1,5 m de agua bombeada del río

a

través

de

humedales naturales como tratamiento (Gradex, 1996).

Bogotá,

que

pasan

forma

de

En Ibagué se evaluó la viabilidad de una propuesta para el uso productivo de las aguas residuales.

Los cultivos

dentro del

plan

agrícola de reuso serían: arroz, sorgo, pastos, soya, y algodón. La tecnología de tratamiento

la

las

estación

características de

Actualmente se evalúa la viabilidad del reuso en el cultivo de caña del efluente de sedimentación primaria y de trata-miento primario avanzado (TPA) de la PTAR Cañaveralejo. En general, la calidad físicoquímica y microbiológica de estos efluentes no han presentado restricción para reuso; en términos de metales pesados, los análisis han mostra-do valores por debajo de los niveles definidos por la EPA (2004) para riego agrícola y, en términos de crecimiento, las unidades experimentales regadas con los efluentes han presentado mejor desempeño que las regadas con agua de pozo (Silva, 2008).

Conclusiones

facultativas

consumidor

preliminar

y

primario. El total de aguas residuales para

de

Osorio (2006) realizó una evaluación teórica de opcio-nes de oferta de agua para riego de cultivos en distritos agroalimentarios proyectados en el Valle del Cauca, tomando como caso de estudio el distrito agroalimentario de Palmira. Los resultados reafirman la viabilidad del uso de las aguas residuales domésticas para riego agrícola, en términos de disponibilidad y control de impacto por las actividades productivas.

La

tratamiento

transferencia

los

de Cl, Na y B.

de aguas residua-les seleccionada fue lagunas con

de

agricultura de

es

el

principal

recursos

sector

hídricos;

la

disponibilidad hace que en algunas zonas sea

25

necesario emplear otros recursos, como aguas residuales domésticas. Aunque siempre es recomendable tratarlas antes de su uso, en la práctica predomina en todos los países de América Latina el empleo de aguas residuales crudas,

diluidas

en

cuerpos

de

agua

superficiales y, en menor pro-porción, el de aguas tratadas, aunque no necesariamente de forma

adecuada.

El

empleo

seguro

en

actividades agrícolas requiere un tratamiento y un manejo apropiados.

que considere la participación y el compromiso de todos los organismos relacionados con los temas ambientales y agrícolas, como ministerios del ambiente y de agricultura, corporaciones ambientales, instituciones no gubernamentales, instituciones de inves-tigación y el sector productivo.

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Batalha, B. 1989. Fossa séptica. Série de

directo, como el de hor-talizas, lo que

manuais. Companhía de tecnología de

representa riesgos para la salud pública

saneamento

que deben ser considerados.

Estado de Sao Paulo, Secretaria do Meio

El

reuso

de

aguas

residuales

es

recomendado principalmen-te para aquellos cultivos que sufrirán una transformación

ambiental,

Governo

do

Ambiente, Brasil. pp. 2-4.

Independientemente del tipo de cultivo, los requerimientos mínimos para el uso seguro de aguas residuales en la agri-cultura deben ser los establecidos por la OMS, en términos de variables microbiológicas y de calidad físico-química por la FAO. Además, como en las aguas residuales existen elementos que pueden afectar el desarrollo de los cultivos y las características físicoquímicas del suelo, es esencial tener también en cuenta parámetros adicionales, como contenidos de Na, Ca, Mg y B. La selección de la tecnología de tratamiento del

agua

resi-dual

deberá

considerar

aspectos como tipo de suelo y de Silva, Torres y Madera. Reuso de aguas residuales domésticas en agricultura

AGRONOMIA 26-2 -PROFE194).indd 357

cultivos para ser regados, ya que la presencia de diferentes formas de N en las aguas residuales dependerá del tipo de tratamiento.

Para garantizar un manejo adecuado de las aguas residuales en actividades agrícolas con un mínimo riesgo, sería recomendable que los países hicieran un manejo integrado de los recursos hídricos,

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29

“CALOR Y TEMPERATURA” Anderson Rodríguez, Ing. Ignacio Echeverría, Jessica Chamorro

30

Primero “B” Bioquímica FACULTAD DE CIENCIA E INGENIERIA EN ALIMENTOS (FCIAL).

UNIVESIDAD TECNICA DE AMBATO (UTA).

Ciudadela Huachi, Casilla 18-01-0334. E-mail: fcial@uta.edu.ec.

AMBATO-ECUADOR TEMA: CLASES DE REACCIONES QUIMICAS

Palabras Claves: reacción, reducción, oxidación, exotérmica, endotérmica 1 RESUMEN En el presente informe vamos a realizar reacciones de distintos tipos vamos a colocar en tubos de ensayo distintos varias sustancias y vamos hacerlas reaccionar y observar lo que ocurra. También se va a existir oxidación y reducción en todas las reacciones esto vamos a realizar en cálculos obtenidos todas las reacciones producidas en la práctica.

2 INTRODUCCION Constantemente observamos cómo en la naturaleza y en nuestra vida cotidiana se producen cambios. Un charco se seca, un cubito de hielo se derrite, un trozo de hierro se oxida con el tiempo, los alimentos cambian al ser cocinados, las plantas y los animales crecen, unas sustancias se mezclan con otras; podemos incluso separar mezclas de sustancias.

Hay cambios en los que las sustancias siguen siendo las mismas, sólo cambia su aspecto, o su estado de agregación. Los cambios de estado (sólido, líquido, gas), las mezclas de sustancias, o la separación de mezclas, son de este tipo. Como la sustancia sigue siendo la misma, también las moléculas son las mismas, sólo cambia la unión entre ellas. A este tipo de cambios se les llama cambios físicos (Meneses. 2005).

En otros cambios, sin embargo, no sólo se modifica el aspecto. Las sustancias que tenemos después del cambio son otras de las que teníamos antes de que se produjera.

Vemos que, a partir de dos sustancias, se han producido otras dos distintas. Las sustancias han cambiado, y por lo tanto también sus propiedades. A este tipo de transformación se le denomina cambio químico, o también reacción química. En toda reacción química, a la sustancia o sustancias iniciales se les llama reactivos. Las sustancias nuevas que se forman, son los productos de la reacción. La reacción química se escribe de esta forma ¿Cómo puede ser posible que, a partir de unas sustancias, puedan formarse otras con propiedades muy diferentes? La razón está en las moléculas.

(Satti. 2012).

31

Al formarse sustancias diferentes, las moléculas de las nuevas sustancias también deben ser diferentes a las que teníamos al principio. Las moléculas han cambiado. ¿Cómo pueden transformarse unas moléculas en otras diferentes? Pues modificando su estructura atómica. En la reacción, las moléculas de las distintas sustancias chocan unas con otras. Al chocar, los átomos se separan y posteriormente se vuelven a unir de forma diferente, dando lugar a moléculas distintas a las que teníamos al principio. Como consecuencia, las sustancias cambian y sus propiedades también (Ándalus, 2013).

3 OBJETIVOS General  Describir los cambios químicos relacionando los factores que los determinan como lo es su clasificación.

Específicos  Deducir que elementos son los que se oxidan y cuales se reducen en las diferentes reacciones químicas realizadas en esta práctica.  Realizar en cada una de las reacciones obtenidas el balanceo correspondiente utilizando el método más factible.

4 MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES        

Mechero 1 pinza de madera Gradilla 1 varilla de vidrio Papel filtro Espátula Clavos de hierro Tubos de ensayo

REACTIVOS      

Azufre (s) Hierro (s) (NH4)2CrO7 (s) Fenolftaleina HCL HCL diluido

     

Acido sulfurico concentrado Sulfato cuprico 1 M NaOH 0.1 M Carbonato de sodio Nitrato de plomo 2 Agua destilada 32

5 PROCEDIMIENTO DIAGRAMA DE FLUJO COMBINACION COMBINACION

HIERRO Y CUBRIR CON AZUFRE

TUBO DE ESNSAYO

OBSERVAR LO Q PASA

33

HCL DILUIDO

COLOCAR PAPEL FILTRO CON Pb (NO3)

ENFRIAR

ELABORADO POR: RODRIGUEZ. 2014 FUENTE: LAB DE QUIMICA BASICA

DIAGRAMA DE FLUJO DESCOMPOSICION CALENTA TUBO DE ENSAYO CON KCLO3

PONER (NH4)2CR2O7

DESCOMPOSICION

COLOCAR BOLITAS DE PAPEL

TUBO DE ENSAYO SECO LIMPIO

CALENTAMOS EL TUBO CON CUIDADO

ELABORADO POR: RODRIGUEZ. 2014 FUENTE: LAB DE QUIMICA BASICA

DIAGRAMA DE FLUJO SUSTITUCION SUSTITUCION

SULFATO DE COBRE

CLAVOS DE HIERRO LIMPIO

TUBO DE ENSAYO

AÑADIR

OBSERVAR LO QUE SUCEDE CON EL CLAVO

ELABORADO POR: RODRIGUEZ. 2014 FUENTE: LAB DE QUIMICA BASICA

DIAGRAMA DE FLUJO DOBLE SUSTITUCION DOBLE SUSTITUCION

CARBONATO DE SODIO Y NITRATO DE PLOMO

TUBO DE ENSAYO

MEZCLAR

PRESSIPITADO QUE SE FORMA

OBSERVAR

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DIAGRAMA DE FLUJO EXOTERMICAS

EXOTERMICA

HIERRO CON HCL

AGUA DESTILADA SE AÑADE ACIDO SULFURICO

TUBO DE ENSAYO

TUBO DE ENSAYO

DESPRENDIMIE NTO DE CALOR

DESPRENDIMIE NTO DE CALOR

OBSERVAR

ELABORADO POR: RODRIGUEZ. 2014 FUENTE: LAB DE QUIMICA BASICA

DIAGRAMA DE FLUJO ENDODERMICAS ENDODERMICAS

DISUELVE CLORURO DE AMONIO

TUBO DE ENSAYO ENFRIAMIENTO DEL TUBO

OBSERVAR

ELABORADO POR: RODRIGUEZ. 2014 FUENTE: LAB DE QUIMICA BASICA

DIAGRAMA DE FLUJO ACIDO BASE

ACIDO-BASE

LLENAR ¼ CON NAOH

TUBO DE ENSAYO

OBSERVAR

LLENAR ¼ CON NAOH

CAMBIO DE COLOR

AÑADIR

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ELABORADO POR: RODRIGUEZ. 2014 FUENTE: LAB DE QUIMICA BASICA

6 DATOS OBTENIDOS Tabla N.-1 “observaciones de las reacciones químicas realizadas en el laboratorio” Tipo de reacción

Observaciones

Combinación

Se calcino, se produjo un gas, el Se adhirió al tubo de ensayo, cuando estaba en calor se formo un color rojizo

Descomposición

Cuando se sometió al calor el KClO3 se empezó hacer burbujas, se torno de color rojizo, al añadir bolas de papel filtro salió humo, tubo de ensayo quedo caliente

Sustitución

Alrededor del clavo de hiero se empezó a formar una capa anaranjada existió oxidación Se produjo unas burbujas que son el desprendimiento del gas

Doble sustitución

Se obtuvo una sustancia blanca precipitada, se precipito el carbonato e zinc

Exotérmicas

Se forma una efervescencia de color amarillo, el hierro se torna pastoso cambio su estructura en polvo Al colocar el acido sulfúrico al agua destilada se hace una especie de mezcla heterogénea pero al cabo de varios segundos se hace homogénea el tubo de ensayo se calienta para los dos casos

Endotérmicas Acido base

Necesita absorber calor y enfría mas el tubo de ensayo Toma un color fucsia es una sust básica. Y si es transparente es una sustancia acida

Fuente: Lab. Química Básica FCIAL Elaborado por: Rodríguez. 2014

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8 DISCUSION En la práctica realizada se tuvo varios elementos que eran fácilmente oxidantes o fácilmente reductores, en cada uno de los procedimientos se logro observar varias reacciones unos con desprendimiento de calor, otras con atracción del calor, unos emanaban gases tóxicos y mal olor, en la de sustitución se pudo apreciar un desprendimiento de hidrogeno y la oxidación del clavo, un procedimiento no fue realizado ya que emanaba un gas toxico y era peligroso para nuestra salud.

Para igualar las ecuaciones químicas no fue complicado ya que se sabía con anterioridad cual era el tipo de reacción química y esto facilitaba a igualar las reacciones que se realizo por el método de tanteo realizado en clase y que es fácilmente aplicable en estos tipos de reacciones tan comunes.

Para realizar esta práctica se tuvo que tomar en cuenta las medidas de seguridad ya que fue una práctica con elementos químicos de mucho riesgo y algunos emanaban gases tóxicos

9 CUESTIONARIO ESTABLEZCA SIMILITUDES Y DIFERENCIAS ENTRE LOS TIPOS DE REACCIONES La reacción de combinación se forma de moléculas simples para formar moléculas compuestas en cambio la de descomposición se forma a partir de una molécula compuesta que se divide en moléculas simples.

Las reacciones de sustitución y doble sustitución es ya sea uno o varios elementos cambian sus posiciones y sustituyen a otros en un compuesto químicos Las reacciones exotérmicas son las que liberan calor en cambio las reacciones endotérmicas absorben la energía térmica ELABORE UN MAPA CONCEPTUAL DE LAS REACCIONES QUIMICAS QUE EXISTEN REALICE UN EJEMPLO DE CADA CASO TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS

Combinacion Descomposicion Sustitución

6Li(s)+N2(g)

2Li3N

2NO2(G)

4N2O2

Ni+2HCL

NiCl2+H

Exotérmicas

F2O+H2O

O2+2HF

Endotérmica

NH4Cl+H2O

D. sustitución

Baja temperatura

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3HCL+Al (OH)3

AlCl+3H2O

FUENTE: LAB QUIMICA BASICA ELABORADO POR: RODRIGUEZ. 2014

10 CONCLUSIONES  Se describió todos los cambios químicos que ocurren en una reacción a partir los compuestos a sus productos y así se clasifico a las reacciones químicas según su clase  Se dedujo que dependiendo de la reacción química los metales y no metales tiende a reducirse o a oxidarse  Se realizo el balanceo de las ecuaciones o reacciones químicas con el método aprendido en clase que es el de simple tanteo, es un método muy factible y eficiente para este tipo de reacciones.

11 BIBLIOGRAFIA Andaluz. 2013. Reacciones químicas obtenidas en: http://www.iesalandalus.com/joomla3/images/stories/FisicayQuimica/FQ1B/fq1bt4_reacciones_quimic as.pdf el 10-07 -2014

Dra. Satti. P. 2012. Tipos de reacciones químicas UNRN obtenida en. http://unrn.edu.ar/blogs/qgi/files/2012/08/Teoria-04-Reacciones-quimicas-imprimir.pdf el 10-07-2014

Meneses. G. Reacciones químicas y sus clases obtenido en http://genesis.uag.mx/edmedia/material/funquim/tema05.pdf el 10-07-2014

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