Tratamiento con microalgas que influyen positivamente en altas concentraciones de contaminantes en agua residual en diferentes países Treatment with microalgae that positively influence high concentrations of pollutants in wastewater in different countries
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Tito E. Giuliana1, Meza D. Edith2, Huamán P. José2 y Huaroc O. Celia2 Universidad Continental, Facultad de Ingeniería, Carrera Profesional de Sistemas e Informática 2 Universidad Continental, Facultad de Ingeniería Carrera Profesional de Ingeniería Ambiental Avenida San Carlos N°1980, Urbanización San Antonio, Huancayo – Perú Email: 46799748@continental.edu.pe 71659458@continental.edu.pe 76393847@continental.edu.pe 76755173@continental.edu.pe
RESUMEN
ABSTRACT
Por sus múltiples propiedades el agua es utilizada y contaminada, por ello las normativas de depuración de aguas residuales son cada vez más estrictas, por ello es necesario nuevas técnicas de depuración como el uso de microalgas: Chlorella, Ankistrodesmus, Scenedesmus, Euglena. Dichas algas disminuyen altas concentraciones de contaminantes en aguas residuales. Además, ofrecen ventajas como ser cultivados con pequeños requerimientos de nutrientes. El estudio analiza experiencias exitosas en el tratamiento con microalgas como: Colombia, Ecuador, Argentina, México, Venezuela, Paraguay, España y Perú. Experiencias en el país de Colombia con la microalga Chlorella disminuyó la concentración de fósforo en 87% y nitrógeno en 49.8%, En Paraguay se removió en un 71.6% de fosforo y 28% de nitrógeno. La microalga Scenedesmus en México redujo la concentración de nitrato y fosforo México disminuyó en un 94% y 57%. Asimismo, en Colombia disminuyó el amonio en 88.90% y fósforo en 59% tratadas con la microalga micractinium. La microalga Botryococcus braunii, en España removió el nitrógeno en un 37%.
Due to its multiple properties, water is used and polluted, therefore, regulations for sewage treatment are becoming stricter, which is why new purification techniques are necessary, such as the use of microalgae: Chlorella, Ankistrodesmus, Scenedesmus, Euglena. Said algae decrease high concentrations of pollutants in wastewater. In addition, they offer advantages such as being cultivated with small nutrient requirements. The study analyzes successful experiences in the treatment with microalgae such as: Colombia, Ecuador, Argentina, Mexico, Venezuela, Paraguay, Spain and Peru. Experiences in the country of Colombia with the microalga Chlorella decreased the concentration of phosphorus in 87% and nitrogen in 49.8%, in Paraguay it was removed in 71.6% phosphorus and 28% nitrogen. The microalga Scenedesmus in Mexico reduced the concentration of nitrate and phosphorus Mexico decreased by 94% and 57%. Likewise, in Colombia ammonium decreased by 88.90% and phosphorus by 59% treated with microalga micractinium. The microalga Botryococcus braunii, in Spain, removed nitrogen by 37%.
Palabras claves: microalgas, concentraciones, agua residual
Keywords: microalgae, concentrations, residual water
depuración,
altas
purification,
high
Tito E. Giuliana., Meza D. Edith, Huamán P. José. y Huaroc O. Celia
INTRODUCCIÓN La Organización de las Naciones Unidas (ONU, 1992) afirma que: El agua, además de ser una sustancia imprescindible para la vida, por sus múltiples propiedades, es ampliamente utilizada en actividades diarias tales como la agricultura (70% al 80%), la industria (20%), el uso doméstico (6%), entre otras, convirtiéndose en uno de los recursos más apreciados en el planeta. De ahí la importancia de conservar y mantener la calidad de las fuentes naturales, de manera que se garantice su sostenibilidad y aprovechamiento para las futuras generaciones. (como se citó en Arcos, Ávila de Navia, Estupiñán y Gómez, 2005, p. 70). Garzón (2018) manifiesta que “La depuración de aguas residuales toma cada vez mayor importancia debido al aumento de la población y de la actividad industrial. Además, las normativas de depuración de aguas residuales son cada vez más estrictas, por lo que son necesarias nuevas técnicas de depuración”. (p. 8). En promedio, los países de ingresos altos tratan cerca del 70% de las aguas residuales municipales e industriales que generan. Este promedio cae a un 38% en los países de ingresos medios-altos y a un 28% en los países de ingresos medios-bajos. En los países de ingresos bajos solo el 8% recibe algún tratamiento. Estas estimaciones sustentan la aproximación que se cita comúnmente que, en el mundo, más del 80% de las aguas residuales son vertidas sin tratamiento alguno. (UNESCO, 2017, p. 2) “Las microalgas ofrecen la ventaja de que pueden ser cultivados en lagunas, con pequeños requerimientos de nutrientes para su mantenimiento y desarrollo. Las lagunas de microalgas constituyen la etapa final del proceso de depuración en muchas plantas de tratamiento de aguas residuales”. (Pellón, Benítez, Frades, García, Cerpa y Alguacil, 2003, p. 9) Según Castillo y Vila (2000) y O' Farrel et. al. (2002) manifiesta que: “Algunas microalgas son consideradas por su alta sensibilidad frente a diversas sustancias químicas, poseen una alta tasa de crecimiento que permite conocer en pocos días la densidad y el efecto causado por el agente tóxico y su manipulación. (como se citó en Córdova, Gaete, Aránguiz y Figueroa, 2009, p. 199) Por otro lado, Pellón, et al. (2003) afirman que: Algunos microorganismos toman los metales pesados del medio ambiente, siendo capaces de concentrar y acumular grandes cantidades de los mismos en diferentes estructuras citoplasmáticas, sin que lleguen a causar tóxicos en los mismos. Las microalgas son un ejemplo de este tipo de comportamiento, ya que tienen
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afinidad por los metales polivalentes y actúan como agentes de descontaminantes en aguas que contengan iones metálicos disueltos. (p. 9) “Las microalgas ofrecen la ventaja de que pueden ser cultivados en lagunas, con pequeños requerimientos de nutrientes para su mantenimiento y desarrollo”. (Pellón, et al., 2003, p. 9) La microalga Chlorella pyrenoidosa puede utilizar el nitrógeno y fósforo en los efluentes para su crecimiento, lo cual permite bioremediar los efluentes y producir biomasa de microalgas que podrían ser utilizados para la producción de fertilizantes, aditivos para las dietas y biocombustibles. (Jiang et al., 2011) La microalga Scenedesmus almeriensis presenta varias fortalezas entre las que cabe señalar su elevada velocidad elevada velocidad de crecimiento a condiciones de condiciones de cultivo extremas, creciendo en amplios rangos de temperaturas y pH, y tolerando elevadas concentraciones de cobre. Además, posee una composición bioquímica composición bioquímica distintiva que le otorga un valor añadido elevado. Por otro lado, posee una pared celular muy resistente que la protege frente a fenómenos de estrés mecánico, facilitando así su impulsión mediante bombas centrífugas. Por último, la Scenedesmus almeriensis presenta una plusvalía medio plusvalía medio ambiental puesto que en el proceso se consume CO2. (Universidad de Almeria, 2012) La Botryococcus braunii es un alga colonial que crece principalmente en agua dulce y con frecuencia se la ve flotando sobre la superficie de aguas estancadas debido a la gran cantidad de hidrocarburos localizados extracelularmente que se encuentran en la matriz de la colonia dentro de glóbulos. En la fase de reposo contiene hidrocarburos hasta en un 86% del peso seco, cuando se extraen estos hidrocarburos con hexano tienen un color anaranjado debido a los carotenoides que los acompañan. Después de eliminados los pigmentos queda un líquido viscoso claro compuesto por isoprenoides inusuales: dos triterpenoides tetrametilados lineales isoméricos, botriococceno e isobotriococceno. En la fase verde del alga se encontraron otros siete hidrocarburos olefínicos lineales. En la fase parda cuando la colonia es inoculada en un medio de cultivo fresco, el botriococceno desaparece dentro de la primera semana y aparecen los hidrocarburos característicos de la fase exponencial verde, pero solo alcanzan al 20% del peso seco. (Universidad de Almeria, 2012) Rhizoclonium sp, posee filamentos delgados, de hasta 60 µm de diámetro, libres o fijados por un disco lobulado; no están ramificados o presentan algunas células con rizoides laterales. Las células son varias veces más largas que anchas y presentan un cloroplasto
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País
Nitrato (%)
Fosfato (%)
Argentina
4.85
7.90
México
94
57
Fuente: Elaboración propia En la tabla 2, la eliminación de fosfato y nitrato en exceso en aguas residuales con la microalga Scenedesmus fue en México con un 57% y 94% respectivamente en comparación de Argentina. Nitrato
RESULTADOS Para el presente estudio se obtuvo información de 9 artículos científicos con diferentes especies de microalgas para el tratamiento de aguas residuales con presencia de nitratos y fosfatos.
Fosfato
57%
Método de investigación: El método que utilizamos fue Analítico-comparativo, consiste en comparar y analizar los resultados de investigación de diferentes autores. Muestra: 9 artículos científicos. Técnicas de recolección de datos: Diccionario de datos (gestores bibliográficos). Procesamiento de datos: Para el análisis de los datos se utilizó el programa Excel.
Remoción de nitrato y fosfato con la microalga Scenedesmus.
94%
MATERIALES Y MÉTODOS
Tabla 2.
7.90%
El objetivo principal del presente trabajo es evaluar el tratamiento de aguas residuales con diferentes tipos de microalgas que puedan disminuir las altas concentraciones de contaminantes
Figura 1. Remoción de nitrato y fosfato con la microalga Chlorella
4.85%
reticulado, parieta, con pirenoides, a menudo densamente empaquetados con almidón. La reproducción en las especies de agua dulce se realiza por fragmentación o más raramente por zoosporas biflageladas; en ambientes marinos o salobres se ha observado un ciclo isomórfico con zoosporas tetraflageladas y gametos biflagelados. (Asturnatura, 2018)
ARGENTINA
MÉXICO
Gráfico 2. Remoción de nitrato y fosfato con la microalga Scenedesmus. Tabla 3.
Tabla 1. Remoción de nitratos y fosfatos con la microalga Chlorella
Remoción de amonio, amoniaco y fosforo con la microalga micractinium.
Ecuador
Amonio (%) 53
Amoniaco (%) 84
Fósforo (%) 74
Colombia
88.90
-
59
País
Nitrato (%)
Fosfato (%)
País
Colombia
49.8
87
Venezuela
44
48.7
Paraguay
28
71.6
Fuente: Elaboración propia
COLOMBIA
VENEZUELA
amoniaco
fosforo
28%
59%
88.90%
Amonio
53%
71.60%
Fosfato 48.70%
44%
87%
49.80%
Nitrato
En la tabla 3, En Colombia la eliminación de amonio fue de 88.90%, en Ecuador la eliminación de amoniaco fue de 84% y la remoción de fósforo en Ecuador fue de 74%.
84%
En la tabla 1, la eliminación más eficiente de fosfato y nitrato en aguas residuales con la microalga Chlorella fue en Colombia que disminuyó en un 87% y 49.8% respectivamente en comparación de Venezuela y Paraguay.
74%
Fuente: Elaboración propia
PARAGUAY
ECUADOR
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COLOMBIA
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Gráfico 3. Remoción de Amonio, Amoniaco y Fosforo con la microalga micractinium.
Gráfico 5. Remoción de plomo, nitrógeno y fosforo con la microalga Rhizoclonium sp
Tabla 4.
DISCUSIÓN
Remoción de fosforo y nitrógeno con la microalga Botryococcus braunii.
Debido a estos factores obtenemos diferentes tipos de resultados realizados en diferentes países, siendo presenciados en sus respectivos artículos.
Fósforo (%) 17 España Fuente: Elaboración propia
Nitrógeno (%) 37
País
En la tabla 4, En España la eliminación de concentración de fósforo y nitrógeno en aguas residuales fue de 17% y 37% respectivamente con la microalga Botryococcus braunii.
Chacón et al. (2002) evalúa la eficiencia de las microalgas Chlorophytas, Chlorella sp. y Scenedesmus sp., alcanzando resultados de remoción de nitrógeno y fosfato, entre 44,0 y 48,7% respectivamente. Nuestros resultados evidenciaron que la eliminación más eficiente de fosfato y nitrato en aguas residuales con la microalga Chlorella fue en Colombia que disminuyó en un 87% y 49.8%. (ver tabla 1, 2 y figura 1, 2)
Nitrogeno
17%
37%
Fosforo
ESPAÑA
Gráfico 4. Remoción de fosforo y nitrógeno con la microalga Botryococcus braunii Tabla 5. Remoción de plomo, nitrógeno y fosforo con la microalga Rhizoclonium sp Plomo Nitrógeno (ppm) (ppm) 0.11 2.1 Perú Fuente: Elaboración propia
Fósforo (ppm) 0.29
País
0.11
0.29
2.1
En la tabla 5, con la microalga Rhizoclonium sp (Perú) la remoción de plomo fue de 0.11 ppm (partes por millón), el nitrógeno en un 2.1 ppm y finalmente el fósforo en un 0.29 ppm.
PLOMO
NITRÓGENO
Las microalgas ofrecen la ventaja de que pueden ser cultivados en lagunas, con pequeños requerimientos de nutrientes para su mantenimiento y desarrollo. Las lagunas de microalgas constituyen la etapa final del proceso de depuración en muchas plantas de tratamiento de aguas residuales”. (Pellón, Benítez, Frades, García, Cerpa y Alguacil, 2003, p. 9)
FÓSFORO
En el país de Colombia, Infante et al. (2013) inmovilizan Chlorella sp. con el fin de remover Amonio y fosfato de aguas residuales, donde la cepa inmovilizada remueve el 68% y 65% de nutrientes. En contraste a los resultados sobre la eliminación de fosfato y nitrato en exceso en aguas residuales con la microalga Scenedesmus fue en México con un 57% para el Amonio y 94% para el fosfato. (Ver tabla 1, 2 y figura 1, 2) De acuerdo con UNESCO, los países de ingresos medios-altos en un 28% tratan las aguas residuales, en los países de ingresos bajos solo el 8% emplea alguna tecnología para el tratamiento de sus aguas residuales, por lo que se debió considerar el empleo de microalgas para el tratamiento residual de aguas contaminadas en altas concentraciones. En el país de Ecuador la remoción de amonio, amoniaco y fósforo disminuyó en un 53%, 84% y 74% respectivamente. Sin embargo, en Colombia disminuyó el amonio y fósforo en un 88.90% y 59% respectivamente las cuales fueron tratadas con la microalga micractinium. (Ver tabla 3 y gráfico 3) La microalga Botryococcus braunii, la remoción de fósforo disminuyó un 17% mientras el nitrógeno en un 37% en España. (Ver tabla 4 y gráfico 4) En el Perú, la microalga Rhizoclonium sp disminuyó la concentración de plomo, nitrógeno y fósforo en un 0.11 ppm 2.1 ppm y 0.29 ppm respectivamente. (Ver tabla 5 y gráfico 5)
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CONCLUSIONES 1.
Analizados los resultados en los tres países con la microalga Chlorella se presenció un mejor rendimiento de nitrato y fosfato en el país de Colombia, ya que los cultivos realizados en lagunas ofrecen una gran ventaja de remoción de dichos elementos afirmando la teoría de Pellón, et al., 2003 2. Para el caso de la microalga Scenedesmus analizados en dos países, se presenció un mejor rendimiento de remoción de nitrato y fosfato en México ya que la depuración de aguas residuales toma cada vez mayor importancia debido al aumento de la población y de la actividad industrial como afirma Garzón (2018) 3. Al indagar los resultados en los dos países con la microalga micractinium se observó un mejor rendimiento de remoción de nitrógeno y fosforo en Ecuador porque es un país subdesarrollado el promedio de tratamiento de agua residual es un 38% afirmando la teoría de la UNESCO (2017). 4. Con la microalga Botryococcus braunii se presenció que hay eficiencia de remoción de fósforo y nitrógeno en España no se reportan otros estudios con respecto a la microalga ya que estudios afirman que el tratamiento de microalgas trata desde 1940 como afirma Salazar (2005). 5. Con la microalga Rhizoclonium sp se observó que hay eficiencia de remoción de plomo, nitrógeno y fósforo en Perú esto se debe por su alta sensibilidad a diversas sustancias químicas que tienen contacto con la microalga como afirma Castillo y Vila (2000).
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