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Limpieza de aguas residuales a través de un sistema microalga-bacteria

“Antes de llevar el proceso a una escala más grande para tratar aguas residuales de una comunidad rural o de una ciudad, se necesita primero conocer muy bien el comportamiento del sistema”, destacó Sebastián Escobar, ingeniero ambiental por la Universidad Nacional de Colombia, para hacer énfasis en que la generación de un modelo matemático del funcionamiento del sistema es necesario para escalarlo a un nivel industrial.
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Fecha de publicació: 11/07/2017, 14:32 h | (61) veces leída
Durante los últimos meses, el ingeniero Sebastián Escobar Alonso realizó una estancia de investigación en la Unidad Académica Juriquilla del Instituto de Ingeniería de la UNAM (II-UNAM), en donde evaluó la remoción de materia orgánica y el amonio de agua residual doméstica utilizando un sistema de microalga-bacteria en una escala de laboratorio.
El proyecto tuvo como objetivos particulares evaluar la remoción de materia orgánica y amonio a distintas relaciones de sustrato/microorganismo, reunir la información suficiente para realizar un modelo matemático del proceso y emplearlo para predecir el comportamiento del proceso a través de los parámetros que se tuvieran bajo control. Fue apoyado por el Instituto de Ingeniería de la UNAM, en colaboración con la Universidad de Arizona, el fondo Sener-Conacyt y el programa DGAPA-UNAM (PAPIIT IN101716).
“Antes de llevar el proceso a una escala más grande para tratar aguas residuales de una comunidad rural o de una ciudad, se necesita primero conocer muy bien el comportamiento del sistema”, destacó Sebastián Escobar, ingeniero ambiental por la Universidad Nacional de Colombia, para hacer énfasis en que la generación de un modelo matemático del funcionamiento del sistema es necesario para escalarlo a un nivel industrial.
“Haciendo el modelo matemático y la simulación de varios escenarios de este sistema microalga-bacteria, podemos llegar a mejorar el rendimiento y la productividad del sistema a mayor escala, lo cual nos ayudaría a reducir esfuerzos, tiempo, trabajo experimental y lo más importante, costos”, añadió.
Respecto a proyectos anteriores relacionados con el tema, explicó que ya ha habido intentos por realizar el modelado matemático del sistema con experimentos similares en biorreactores, los dispositivos en los que los procesos de tratamiento son llevados a cabo, pero no se habían tomado en cuenta ciertas variables como serían la remoción de materia orgánica de estos sistemas y las variaciones de luz al tener los biorreactores expuestos a la luz de día y a la oscuridad de la noche.
Etapas de experimentación
La etapa experimental consistió en primero caracterizar el biorreactor y las condiciones del agua residual, identificando la cantidad de materia orgánica, la cantidad de amonio, de nitritos y nitratos y de los sólidos suspendidos.
Las muestras de agua residual utilizadas en las pruebas fueron obtenidas de una planta de tratamiento de aguas residuales ubicada en el municipio de Santa Rosa Jáuregui, Querétaro, antes de que el agua ingresara en el sistema de tratamiento.
En total, fueron realizados tres experimentos en los que el agua residual eran muestras tomadas en días diferentes, siendo susceptible a variaciones significativas en sus características químicas.
A todas estas muestras, primero se les hizo un centrifugado para eliminar la mayor cantidad de sólidos, además de limitar la cantidad de microorganismos presentes para tener un mejor control de los inóculos o cantidad de microorganismos que iban a ser “sembrados” en estas.
Los experimentos fueron realizados en biorreactores tipo Batch, donde el agua permaneció hasta que la materia orgánica fue totalmente degradada. A lo largo de este proceso, se controlaron las condiciones de luz buscando simular las condiciones lumínicas del día y la noche, y de igual manera se llevó un control del oxígeno disuelto en el agua, buscando condiciones anaerobias (sin oxígeno) durante la noche, controles que no se habían tomado en cuenta en experimentos anteriores para generar modelos matemáticos del sistema.
Observación y análisis
Durante las pruebas, se llevó a cabo la observación de los procesos bioquímicos realizados por las bacterias autótrofas, heterótrofas y microalgas presentes en los biorreactores, a fin de monitorear con qué velocidad y a través de qué procesos químicos degradaban el amonio y la materia orgánica presentes.
A través de las observaciones, se concluyó que la velocidad de la reducción de la materia orgánica en el agua residual no está condicionada por la cantidad de microorganismos presentes, contrario a la remoción de amonio que sí es afectada, de manera que al haber más microorganismos hay un mayor consumo de amonio; y, por último, se logró la construcción de un modelo matemático para el tratamiento de aguas municipales con el sistema microalga-bacteria.
“El modelo funciona como una caja, a esta caja se le van a ingresar todos los datos experimentales, además se van a tener ciertos parámetros fijos que se buscan en la literatura, los cuales son los que modifican o cambian la velocidad de las tasas de remoción de materia orgánica”, concluyó el ingeniero.
Finalmente, se realizó una simulación de los procesos, realizada por el doctor Alejandro Vargas Casillas, investigador del II-UNAM, donde se obtuvieron resultados muy similares a los recabados experimentalmente, con lo que comprobaron que el modelo matemático obtenido es muy confiable para predecir el comportamiento del sistema de limpieza de aguas residuales, aun si estas tienen variaciones importantes en su composición.
El ingeniero Sebastián Escobar Alonso ganó la vigésima edición de la beca Horst Otterstetter, la cual proporcionan la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y el Instituto de Ingeniería de la UNAM a recién graduados de ingenierías en materias ambientales y sanitarias de países latinoamericanos, y gracias a la cual participó en el proyecto de investigación.

Durante los últimos meses, el ingeniero Sebastián Escobar Alonso realizó una estancia de investigación en la Unidad Académica Juriquilla del Instituto de Ingeniería de la UNAM (II-UNAM), en donde evaluó la remoción de materia orgánica y el amonio de agua residual doméstica utilizando un sistema de microalga-bacteria en una escala de laboratorio.

El proyecto tuvo como objetivos particulares evaluar la remoción de materia orgánica y amonio a distintas relaciones de sustrato/microorganismo, reunir la información suficiente para realizar un modelo matemático del proceso y emplearlo para predecir el comportamiento del proceso a través de los parámetros que se tuvieran bajo control. Fue apoyado por el Instituto de Ingeniería de la UNAM, en colaboración con la Universidad de Arizona, el fondo Sener-Conacyt y el programa DGAPA-UNAM (PAPIIT IN101716).

“Antes de llevar el proceso a una escala más grande para tratar aguas residuales de una comunidad rural o de una ciudad, se necesita primero conocer muy bien el comportamiento del sistema”, destacó Sebastián Escobar, ingeniero ambiental por la Universidad Nacional de Colombia, para hacer énfasis en que la generación de un modelo matemático del funcionamiento del sistema es necesario para escalarlo a un nivel industrial.

“Haciendo el modelo matemático y la simulación de varios escenarios de este sistema microalga-bacteria, podemos llegar a mejorar el rendimiento y la productividad del sistema a mayor escala, lo cual nos ayudaría a reducir esfuerzos, tiempo, trabajo experimental y lo más importante, costos”, añadió.

Respecto a proyectos anteriores relacionados con el tema, explicó que ya ha habido intentos por realizar el modelado matemático del sistema con experimentos similares en biorreactores, los dispositivos en los que los procesos de tratamiento son llevados a cabo, pero no se habían tomado en cuenta ciertas variables como serían la remoción de materia orgánica de estos sistemas y las variaciones de luz al tener los biorreactores expuestos a la luz de día y a la oscuridad de la noche.

Etapas de experimentación

La etapa experimental consistió en primero caracterizar el biorreactor y las condiciones del agua residual, identificando la cantidad de materia orgánica, la cantidad de amonio, de nitritos y nitratos y de los sólidos suspendidos.

Las muestras de agua residual utilizadas en las pruebas fueron obtenidas de una planta de tratamiento de aguas residuales ubicada en el municipio de Santa Rosa Jáuregui, Querétaro, antes de que el agua ingresara en el sistema de tratamiento.

En total, fueron realizados tres experimentos en los que el agua residual eran muestras tomadas en días diferentes, siendo susceptible a variaciones significativas en sus características químicas.

A todas estas muestras, primero se les hizo un centrifugado para eliminar la mayor cantidad de sólidos, además de limitar la cantidad de microorganismos presentes para tener un mejor control de los inóculos o cantidad de microorganismos que iban a ser “sembrados” en estas.

Los experimentos fueron realizados en biorreactores tipo Batch, donde el agua permaneció hasta que la materia orgánica fue totalmente degradada. A lo largo de este proceso, se controlaron las condiciones de luz buscando simular las condiciones lumínicas del día y la noche, y de igual manera se llevó un control del oxígeno disuelto en el agua, buscando condiciones anaerobias (sin oxígeno) durante la noche, controles que no se habían tomado en cuenta en experimentos anteriores para generar modelos matemáticos del sistema.

Observación y análisis

Durante las pruebas, se llevó a cabo la observación de los procesos bioquímicos realizados por las bacterias autótrofas, heterótrofas y microalgas presentes en los biorreactores, a fin de monitorear con qué velocidad y a través de qué procesos químicos degradaban el amonio y la materia orgánica presentes.

A través de las observaciones, se concluyó que la velocidad de la reducción de la materia orgánica en el agua residual no está condicionada por la cantidad de microorganismos presentes, contrario a la remoción de amonio que sí es afectada, de manera que al haber más microorganismos hay un mayor consumo de amonio; y, por último, se logró la construcción de un modelo matemático para el tratamiento de aguas municipales con el sistema microalga-bacteria.

“El modelo funciona como una caja, a esta caja se le van a ingresar todos los datos experimentales, además se van a tener ciertos parámetros fijos que se buscan en la literatura, los cuales son los que modifican o cambian la velocidad de las tasas de remoción de materia orgánica”, concluyó el ingeniero.

Finalmente, se realizó una simulación de los procesos, realizada por el doctor Alejandro Vargas Casillas, investigador del II-UNAM, donde se obtuvieron resultados muy similares a los recabados experimentalmente, con lo que comprobaron que el modelo matemático obtenido es muy confiable para predecir el comportamiento del sistema de limpieza de aguas residuales, aun si estas tienen variaciones importantes en su composición.

El ingeniero Sebastián Escobar Alonso ganó la vigésima edición de la beca Horst Otterstetter, la cual proporcionan la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y el Instituto de Ingeniería de la UNAM a recién graduados de ingenierías en materias ambientales y sanitarias de países latinoamericanos, y gracias a la cual participó en el proyecto de investigación.


Fuente original: www.conacytprensa.mx




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