UNIVERSIDAD ANDINA
“NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ”
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA Y
AMBIENTAL
TESIS
REMOCIÓN DE NITRÓGENO Y FOSFORO DE LAS AGUAS
RESIDUALES DOMÉSTICAS POR LA BIOMASA DE
MICROALGAS DEL RIACHUELO TOROCOCHA
EN CONDICIONES DE LABORATORIO,
JULIACA 2017.
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO SANITARIO Y AMBIENTAL
JULIACA – PERÚ
2019
PRESENTADA POR:
DEDICATORIA
Dedico este trabajo principalmente a Dios, por las bendiciones sobre mí y, darme fuerzas
para seguir adelante y vencer todos los obstáculos que se presentaron durante mi vida
.
IV
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, quiero dar las gracias A Dios por estar conmigo en cada paso que doy,
por fortalecer mi corazón y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han
sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudio.
Agradezco a la Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez y a la Escuela
profesional de Ingeniería Sanitaria y Ambiental por ser mi alma mater durante toda mi
formación académica.
Al laboratorio de Calidad Ambiental de la Escuela Profesional de Ingeniería Sanitaria
y Ambiental por permitirme realizar la parte experimental de este trabajo.
Agradecer sinceramente a mi asesor de tesis, Dr. julio cesar Larico Mamani a su esfuerzo,
dedicación, su manera de trabajar, su paciencia, responsabilidad y rigor académicos sin
los cuales no podría tener una formación completa como investigador.
ÍNDICE
DEDICATORIA ... III
AGRADECIMIENTOS ... IV
ÍNDICE DE TABLAS ... VII
ÍNDICE DE FIGURAS ... VIII
ÍNDICE DE ACRÓNIMOS. ... IX
RESUMEN ... X
ABSTRACT ... XI
INTRODUCCIÓN ... XII
CAPÍTULO I ... 1
EL PROBLEMA ... 1
1.1. Análisis de la Situación Problemática. ... 1
1.2. Planteamiento del problema ... 3
1.1.1 Problema general ... 3
1.1.2 Problemas específicos ... 3
1.3. Objetivos de la Investigación ... 3
1.3.1. Objetivo general ... 3
1.3.2. Objetivos específicos ... 3
1.3.3. Justificación. ... 4
1.4. Hipótesis ... 5
1.4.1. Hipótesis general ... 5
1.4.2. Hipótesis específicas ... 5
1.4.3. Variables. ... 5
1.4.4. Operacionalización de variables ... 6
CAPÍTULO II ... 7
MARCO TEÓRICO ... 7
2.1. Antecedentes del estudio ... 7
2.2. Bases Teóricas ... 13
2.2.1. Problemas ambientales por compuestos nitrogenados y fosforados presentes en el agua. ... 13
2.2.3. Microalgas como agentes de remoción de nitrógeno y fósforo de las aguas
residuales. ... 19
2.2.4. Parámetros a considerar en un sistema de cultivo de microalgas. ... 21
2.3. Base Conceptual. ... 28
CAPÍTULO III ... 31
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 31
3.1. Tipo de Investigación ... 31
3.2. Técnicas e instrumentos de investigación. ... 31
3.2.1. Técnicas para recolección de datos ... 31
3.2.2. Instrumentos. ... 31
3.3. Procedimientos. ... 32
- Etapa de Gabinete: ... 32
3.4. Diseño de la prueba de hipótesis. ... 40
3.5. Población y muestra ... 42
3.6. Matriz de Consistencia. ... 43
CAPÍTULO IV ... 44
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 44
4.1. Microalgas identificadas que se desarrollan en el riachuelo Torococha. ... 44
4.2. Incremento de biomasa de microalgas cultivadas en aguas residuales domésticas. ... 45
4.3. Remoción de nitratos de las aguas residuales domésticas por la biomasa de microalgas del riachuelo Torococha. ... 53
CONCLUSIONES ... 62
RECOMENDACIONES. ... 63
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 64
ÍNDICE
DE
TABLAS
tabla 1: ubicación del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de juliaca y punto d obtención de la biomasa de microalgas del riachuelo torococha , juliaca 2017. ... 33
tabla 2: matriz de consistencia. ... 43
tabla 3: incremento de la biomasa de microalgas (chlorella sp.) cultivadas en aguas residuales en función del tiempo. ... 46
tabla 4: prueba t-student y correlacion de pearson para la biomasa de microalgas. . 48
tabla 5: incremento de la turbidez del cultivo de la microalga (chlorella sp.) cultivada en aguas residuales domésticas en relación a la turbidez inicial. ... 48
tabla 6: prueba t-student y correlacion de pearson para determinar la relacion de la biomasa de microalgas y la turbidez. ... 50
tabla 7: concentraciones y remoción de nitrato de aguas residuales domésticas por la biomasa de microalgas (chlorella sp.) en intervalos de cada 12 horas. ... 53
tabla 8: prueba de t-student y correlación de pearson. ... 54
tabla 9: concentraciones y remoción de fosfato presentes en las aguas residuales por la biomasa de microalgas (chlorella sp.) en intervalos de cada 12 horas. ... 55
ÍNDICE
DE
FIGURAS
Figuras 1: Vista espacial del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales
de la ciudad de Juliaca y el punto de obtención de la biomasa de microalagas del
riachuelo Torococha, Juliaca 2017. ... 33
Figuras 2: Obtención de las muestras de aguas residuales del efluente de la planta de
tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Juliaca. ... 34
Figuras 3 : Obtención de la biomasa de microalgas del riachuelo Torococha... 35
Figuras 4: Crecimiento de biomasa de microalgas del riachuelo Torococha en aguas
residuales. ... 36
Figuras 5: Distribución t-student. ... 42
Figuras 6:Microalgas identificada Chlorella sp. a partir de muestras de agua del
riachuelo Torococha. ... 44
Figuras 7: Incremento de biomasa de microalgas (Chlorella sp.) en cultivo de aguas
residuales en función a la masa inicial. ... 46
Figuras 8: Gráfico de dispersión de la masa de microalgas en condición al tiempo. . 47
Figuras 9: Incremento del porcentaje de turbidez de las muestras microalgas cultivadas
en aguas residuales domésticas en función al tiempo. ... 49
Figuras 10: Gráfico de dispersión de la masa de microalgas con la turbidez. ... 50
Figuras 11: Muestras del cultivo de microalgas (Chlorella sp.) en aguas residuales
obtenidas cada 12 horas. ... 51
Figuras 12: Comparación del cultivo de microalgas (Chlorella sp.) a las 0 horas y 120
horas del experimento. ... 52
Figuras 13: Biomasa de microalgas (Chlorella sp.) impregnada en papel filtro Watman
obtenidas en intervalos de cada 12 horas. ... 52
Figuras 14: Variación de las concentraciones de nitratos y fosfatos en aguas residuales
con intervención de biomasa de microalgas (Chlorella sp.). ... 57
Figuras 15: Porcentaje de remoción de nitratos y fosfatos en aguas residuales
Domesticas con intervención de biomasa de microalgas (Chlorella sp.) en intervalos de
ÍNDICE
DE
ACRÓNIMOS.
ANA : Autoridad Nacional del Agua.
CO2 : Dióxido de Carbono.
°C : Grado Celsius.
DBO : Demanda biológica de oxígeno.
DQO : Demanda bioquímica de oxígeno.
E : Estes.
°F : Grado Fahrenheit.
g : Gramos.
h : Hora.
Kg : Kilogramo.
L : Litros.
MINAM : Ministerio del Ambiente.
MVCS : Ministerio de Vivienda Construcción y Saneamiento.
mL : Mililitro.
Mg : Miligramos.
M.O : Materia Orgánica.
N : Nitrógeno.
N : Norte.
NTU : Unidades Nefelométricas de turbidez.
PTAR : Planta de Tratamiento de Aguas Residuales.
pH : Potencial de Hidrógeno.
P : Fósforo.
W : watt.
RESUMEN
En el presente trabajo de investigación, se realizó la remoción de Nitrógeno y Fosforo presentes en las aguas residuales doméstica del riachuelo torococha lo cual esto conlleva al proceso de eutrofización, razón a ello, es necesario remover las concentraciones de nitrógeno y fosforo, el cual puede ser por métodos biológicos y químicos, siendo los biológicos los más manejables y eficientes ,es por ello que se motivó el desarrollo del presente estudio que tuvo como objetivo principal del presente trabajo fue determinar la capacidad de remoción de nitratos (NO3-) y fosfatos (PO43-) ,presentes en las aguas
residuales domésticas mediante el uso de la biomasa de microalgas chllorella sp., del riachuelo Torococha. Para la identificación de las microalgas que desarrollan en el riachuelo Torococha se utilizó los métodos normalizados para el análisis de aguas potable y residuales , el incremento de biomasa de microalgas se determinó por la técnica del peso seco cultivando a las microalgas Chlorella sp., en aguas residuales domésticas con fotoperiodo constante, las concentraciones de nitrátos y fosfatos se determinaron en intervalos de cada 12 horas por el método colorimétrico según las recomendaciones de Hach Company. Encontrándose los siguientes resultados: La especie de microalga que desarrolla el riachuelo Torococha es Chlorella sp., que tiene una capacidad de incremento de biomasa del 143% al finalizar el experimento; las microalgas Chlorella sp. Reportaron una eficiencia de remoción del 78.42% y 86.34% para los Nitrátos y Fosfatos porcentajes obtenidos al finalizar el experimento. En conclusión se observó que si hay remoción de Nitrátos y Fosfatos presentes en las aguas residuales domésticas con un porcentaje mayor al 70%, con la intervención de la biomasa de microalgas Chlorella sp. Lo cual es recomendable que si es eficiente para una planta de tratamiento de aguas residuales domesticas en un tratamiento terciario biológico.
ABSTRACT
In the present work of investigation, the removal of Nitrogen and Phosphorus present in the domestic wastewater of the torococha stream was carried out, which leads to the process of eutrophication, reason why it is necessary to remove the concentrations of nitrogen and phosphorus, which can be being by biological and chemical methods, being the biological ones the most manageable and efficient, it is for that reason that the development of the present study that had as main objective of the present work was to determine the nitrate removal capacity (NO3-) and phosphates (PO43-), present in domestic
wastewater by using the microalgae chllorella sp. Biomass, from the Torococha stream. For the identification of the microalgae that develop in the Torococha stream, standardized methods were used for the analysis of drinking and residual waters, the increase of microalgae biomass was determined by the dry weight technique cultivating Chlorella sp. Microalgae in waters domestic residuals with constant photoperiod, the concentrations of nitrates and phosphates were determined in intervals of every 12 hours by the colorimetric method according to the recommendations of the Hach Company. The following results are found: The microalgae species developed by the Torococha stream is Chlorella sp., Which has a biomass increase capacity of 143% at the end of the experiment; the microalgae Chlorella sp. They reported a removal efficiency of 78.42% and 86.34% for the Nitrates and Phosphates percentages obtained at the end of the experiment. In conclusion it was observed that if there is removal of Nitrates and Phosphates present in domestic wastewater with a percentage higher than 70%, with the intervention of the microalgae biomass Chlorella sp. Which is recommended if it is efficient for a domestic wastewater treatment plant in a biological tertiary treatment.
INTRODUCCIÓN
El raudo incremento de la población en el Perú y la mejora de la calidad de vida de los
seres vivos han incrementado el consumo del agua ya que este es uno de los recursos
naturales que forma parte del desarrollo de todo el mundo, el cual es un compuesto
químico más abundante del planeta tierra que resulta muy indispensable para la vida y su
disponibilidad es ya casi escasa ; causado por la contaminación de diversos medios el
cual esto ha llevado a que las personas se enfrenten a una crisis del recurso hídrico en
todo el Perú y el mundo. (Avila, 2015).
En el Perú las aguas residual no recibe un tratamiento adecuado ya que no se cuenta
con PTAR y las pocas PTAR que existen en el Perú , tiene como objetivo eliminar
compuestos orgánicos y agentes patógenos presentes en las aguas residuales domésticas
, preferentemente en los tratamientos secundarios las cuales son exigidas en los límites
máximos permisibles para efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales
Domésticas o Municipales. Sin embargo, en los indicadores de Calidad Ambiental
descrito líneas arriba no está establecido los parámetros de nitrógeno y fosforo, razón a
ello probablemente los efluentes de la PTAR presten concentraciones de nutrientes ,es
por ello que tampoco se realiza el tratamiento de remoción.
La remoción de nutrientes como nitratos y fosfatos en un tratamiento terciario es
deficiente en nuestro país, y más aún en la región de puno, donde ninguna planta lleva a
cabo este tipo de tratamiento de forma directa. El impacto de las aguas carentes de
tratamiento terciario reside gran concentración de nutrientes que conlleva al proceso de
eutrofización en los cuerpos de agua receptores.
En función a la implicancia de los costos, la remoción de nitrógeno y fósforo en
mucha eficiencia y, al no ser naturales, tiene un impacto negativo en el ecosistema ,en
comparación a los método biológico que si es eficiente y natural , el cual está promovida
por suficientes antecedentes que refieren que el uso y producción de microalgas remueve
concentraciones considerables de nitrógeno y fósforo.(Abdel Hameed & Hammouda, 2007).
En el Tratamiento Terciario Biológico utilizando a las microalgas tiene la ventaja de
ser un método natural, eficiente y productivo, ya que la biomasa de microalgas obtenida
en el proceso terciario puede ser utilizada en la producción de fertilizantes,
biocombustibles, suplemento alimenticio en acuicultura, entre otros. (Andrade, 2008).
Por lo tanto, es importante que las plantas de tratamiento de aguas residuales
domésticas, implementen procesos de remoción de nutrientes como nitrógeno y fosforo
en un tratamiento terciario biológico.
Razón por la cual, la presente investigación se desarrolló con la finalidad de
conocer la biomasa de microalgas del riachuelo Torococha y su implicancia en la
remoción de Nitratos y Fosfatos presentes en las aguas residuales domésticas,
correlacionada con el incremento en su biomasa.
El objetivo principal del presente trabajo fue determinar la remoción de Nitratos y
Fosfatos en aguas residuales domésticas por la biomasa de
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1. Análisis de la Situación Problemática.
En el Perú, casi la totalidad de las plantas de tratamiento de aguas residuales
domésticas que operan, no cuentan con unidades de tratamiento que remuevan
nutrientes como el nitrógeno y fósforo, sumado a esto también se observa que la
normatividad de control de los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas
residuales, tampoco establecen dichos parámetros (límites máximos permisibles
para PTAR D.S. 003-2010-MINAN). Considerando a las aguas residuales, como la
mezcla de aguas negras y grises que presentan altas concentraciones de materia
orgánica, microorganismos patógenos, metales pesados, y nutrientes minerales
como el Nitrógeno y Fósforo.
Es sabido, que los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales
presentan concentraciones de Nitrógeno y Fósforo, y estos tendrán su implicancia
directa en el proceso de eutrofización de los cuerpos receptores. El efluente
descargado a cuerpos de agua es aparentemente limpio, sin embargo, éste está
cargado de nitrógeno inorgánico y fósforo el cual causa la eutrofización
La eutrofización es ocasionada por la liberación de compuestos orgánicos e
inorgánicos, cuyas concentraciones de nitrógeno y fósforo alcanzan hasta tres veces
o más de lo normal (Rawat et al., (2011) citado por Hernández-Pérez & Labbé,
(2014)). La eutrofización puede llevar a la destrucción completa de los ecosistemas,
al superar la capacidad normal de autodepuración de los mismos (Roa & Cañizares,
2012). La eutrofización condiciona el crecimiento acelerado de microalgas que
puede producir la muerte de la fauna acuática como peces al despojarlos del oxígeno
que necesitan para vivir ( USEPA )(1997) citado por Moreno, Quintero & López
(2010).
Frente a ello, existen métodos químicos y biológicos para la eliminación de
nitrógeno y fósforo presente en las aguas residuales domésticas. Los métodos
biológicos están representados por la acción de las microalgas. El cultivo de
microalgas es considerado una alternativa de solución en el tratamiento terciario y
secundario de las aguas residuales, por su capacidad de usar nitrógeno inorgánico y
fósforo para su crecimiento con la consecuente producción de biomasa útil para
diferentes propósitos (Abdel-Raouf et al., 2012).
Las microalgas desarrollan en aguas residuales domésticas, tal como sucede
en el riachuelo Torococha, del que muy poco se conoce la biomasa autóctona que
desarrolla y su implicancia en la remoción de nitrógeno y fósforo presente en aguas
residuales domésticas.
1.2. Planteamiento del problema
1.1.1 Problema general
¿En qué medida contribuye la remoción de Nitratos y Fosfatos de las aguas
residuales domésticas la intervención de la biomasa de microalgas del
riachuelo Torococha, Ciudad de Juliaca 2017?
1.1.2 Problemas específicos
• ¿Cuáles son las especies de microalgas que desarrollan en el riachuelo
torococha?
• ¿En cuánto incrementa la biomasa de microalgas en las aguas residuales
domésticas?
• ¿Cuál es la remoción de Nitratos y Fosfatos de las aguas residuales
domésticas por la biomasa de microalgas del riachuelo Torococha?
1.3. Objetivos de la Investigación
1.3.1. Objetivo general
Determinar en qué medida contribuye la remoción de nitratos y fosfatos de
las aguas residuales domésticas la intervención de la biomasa de microalgas
del riachuelo Torococha de la ciudad de Juliaca 2017.
1.3.2. Objetivos específicos
• Identificar a las especies de microalgas que desarrollan en el riachuelo
Torococha.
• Determinar el incremento de la biomasa de microalgas en aguas residuales
• Determinar la remoción de nitratos y fosfatos de las aguas residuales
domésticas por la biomasa de microalgas del riachuelo Torococha.
1.3.3. Justificación.
A nivel mundial, las aguas residuales llegan a ser un serio problema para la
salud humana y la vida acuática, es por ello que se quiere implementar un
tratamiento terciario biológico en el cual se remuevan nutrientes como
Nitrógeno y Fósforo las cuales están presentes en las aguas residuales
domésticas.
El alto contenido de nutrientes como Nitrógeno y Fósforo que
presentan las aguas residuales domésticas, pone en peligro a los cuerpos
receptores y la vida acuática. Lo cual esto ocasiona un proceso de
eutrofización. Sin embargo, esta amenaza puede ser trasformada en una
opción de solución lo que se refiere al cultivo de biomasa de microalgas con
aguas residuales domésticas obtenidas del riachuelo torococha, estas
microalgas tienen la capacidad de remover eficientemente nutrientes como
Nitrógeno y Fosforo que están presentes en las aguas residuales domésticas.
En la actualidad, en Perú existen plantas de tratamiento que cuentan con
etapas de tratamientos primarios y secundarios, en las cuales se dan procesos
físicos-químico y microbiológicos y no existen procesos en las cuales se
opten por la remoción de nutrientes, provenientes de las aguas residuales
domésticas. Actualmente, en la región de puno se construirán plantas de
tratamiento de aguas residuales que es casi seguro que estarán diseñadas para
se opte como una alternativa de solución al problema la construcción de una
etapa de tratamiento terciario biológico que tenga como finalidad el proceso
de remoción de Nitratos y Fosfatos con la biomasa de microalga chlorella
sp. , para tratar los efluentes de las aguas residuales Domésticas ya que se ve
como una alternativa ecológica, sostenible y productiva.
1.4. Hipótesis
1.4.1. Hipótesis general
La biomasa de microalgas del riachuelo Torococha presenta una remoción
mayor al 70% de Nitratos y Fosfatos de las aguas residuales domésticas.
1.4.2. Hipótesis específicas
• En el riachuelo Torococha se desarrollan principalmente las microalgas
Chlorella sp. y Scenedesmus sp.
• La biomasa de microalgas se incrementa significativamente en aguas
residuales domésticas.
• La biomasa de microalgas presenta una remoción mayor al 70% de
Nitratos y Fosfatos de las aguas residuales domésticas.
1.4.3. Variables.
Variable Independiente:
Biomasa de microalgas.
Variable Dependiente:
1.4.4. Operacionalización de variables
VARIABLES DIMENSIÓN INDICADOR ÍNDICE MÉTODOS
Variable
Independiente
Biomasa de
microalgas
Tipo de microalga Nombre
científico especie Microscopio.
Incremento de las
microalgas
Cuantificación de
biomasa mg/mL
Técnica del
peso seco
Variable
Dependiente:
Remoción de
Nitratos y
Fosfatos.
Concentración de
Nitratos y Fosfatos. Disminución e concentración de
Nitratos y
Fosfatos.
mg/ml Método
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes del estudio
Respecto a la remoción de nitrógeno y fosforo de las aguas residuales domésticas,
por la biomasa de microalgas del riachuelo Torococha en condiciones de
laboratorio, tiene como soporte científico a las investigaciones revisadas siguientes:
Chacon et al., (2004) Reportaron que las especies de microalgas Chlorella sp. y
Scenedesmus sp. Como alternativa en el tratamiento de las aguas residuales, al
evaluar la remoción de compuestos nitrogenados y fosforados durante 27 días en
condiciones de laboratorio. Precisaron una remoción total de nitrógeno
amoniacal (NH4+) en todos los cultivos con agua residual al finalizar el
experimento; entre tanto los valores máximos de remoción de fosfatos (PO43−)
se presentaron en el cultivo de Chlorella sp., con un 44% en agua residual
esterilizada y un 48.7% en cultivo de agua residual no esterilizada con la
Wang et al., (2010) citado por Delgadillo-Mirquez et al., (2016) Evaluaron el
crecimiento de la microalga Chlorella sp., en aguas residuales provenientes de
cuatro puntos de una planta de tratamiento de aguas residuales y en cuanto al
crecimiento de las microalgas elimina nitrógeno, fósforo, demanda química de
oxígeno y iones metálicos de aguas residuales. Las cuatro muestras de aguas
residuales fueron procedentes del tratamiento primario (agua residual N°1),
después del tratamiento primario (agua residual Nº 2), después del tanque de
lodos activados (agua residual Nº3) y las concentradas (aguas residuales Nº4)
obtenidas en los lodos centrífugos. Siendo que las tasas de crecimiento
específicas promedio en el período exponencial fueron 0.412, 0.429, 0.343 y
0.948 día para las aguas residuales N° 1, N° 2, N° 3 y N° 4, respectivamente.
Las tasas de remoción de nitrógeno amoniacal (NH4+) fueron 82.4%, 74.7% y
78.3% para las aguas residuales N°1, N°2 y N° 4, respectivamente. Sin embargo,
para el agua residual N°3, el 62.5% de nitratos (NO3-), la principal forma de
nitrógeno inorgánico, se eliminó con 6.3 veces la generación de nitritos (NO2−).
De aguas residuales N° 1, N° 2 y N° 4, 83.2%, 90.6% y 85.6% de fósforo y
50.9%, 56.5% y 83.0.
Andrade, Chacón, Cárdenas, & Avendaño (2006) Evaluaron el empleo del cultivo
unialgal de la microalga Chlorella sp., en la remoción de nutrientes presentes en
las aguas residuales urbanas obtenidas del sistema de Lagunas de Estabilización
de la Universidad del Zulia, Venezuela, para ello experimentaron mediante
cultivos discontinuos, el cual inició con un inóculo de2x104 cel/mL cultivadas en
un volumen de 1200mL de agua residual esterilizada, proveniente de lagunas:
las que se compararon con medio de cultivo comercial las que fueron expuestas a
una luminosidad de ciclos de luz : oscuridad de 12:12horas a 28±2°C de
temperatura y con aireación constante. Obteniéndose muestras para el análisis de
nitrógeno amoniacal (NH4+) y Fosfatos (PO43− ) a las 0, 24, 48, 96 horas y a los
22 días de iniciado el experimento. Lográndose observar que en los cultivos de
agua residual se observó mayor crecimiento en comparación al grupo control, el
cual refleja una densidad celular más alta en agua residual de laguna (B1) con un
valor de 19x104 cel/mL. La remoción de nitrógeno amoniacal total fue observada
entre los días 2 y 4 en los cultivos con agua residual, mientras que la máxima
remoción de fosfatos ocurrió al final del experimento con el 73.5% en las aguas
de la laguna facultativa (B1).
Delgadillo - Mirquez, Lopes, Taidi, & Pareau, (2016) evaluaron la influencia de
los parámetros ambientales: temperatura, intensidad de luz y fotoperiodo en las
tasas de remoción de nitrógeno y fósforo de las aguas residuales mediante el uso
de un consorcio nativo de microalgas-bacterias en cultivos discontinuos en
estanques de alta tasa de algas ,observándose que la temperatura afectó la tasa
de crecimiento y la producción de biomasa de microalgas, así como las tasas de
remoción de amonio y fosfato. A temperaturas de 15 y 25 ° C, el promedio total
de eliminación de nitrógeno y fósforo varió de 72 a 83% y 100%
respectivamente.
Zaballa et al., (2016) evaluaron la capacidad de remoción de nitrógeno y fósforo
presente en medio sintético utilizando las microalgas Chlorella vulgaris (CV) y
de alginato, con posterior reutilización de las cápsulas como biofertilizante en
plantas de tomate, en tratamientos por separado y en una combinación de ambas
(CV+PAC). Reportaron que la mayor eficiencia de remoción de nitrógeno y
fósforo fue en el tratamiento en el que coexistieron ambos microorganismos
(CV+PAC); asimismo precisaron que los porcentajes de remoción para el
fósforo estuvieron en el rango de 64 a 75% y para el nitrógeno del 90 a 94%,
esto a las 48 horas de iniciado el experimento.
Avila, (2015) evaluó la capacidad de remoción de nitratos y fosfatos en aguas
residuales municipales con tratamiento primario, mediante microalgas Chlorella
sp y Chlamydomonas sp., libres e inmovilizadas en discos de alginato de sodio
al 4% en un periodo de 10 días a nivel laboratorio. La microalga Chlorella sp.
libre presentó los valores más altos de porcentaje (71.25%) y tasa de remoción
(0.43 mg/l/día) para nitratos, y los máximos valores de dichos parámetros para
fosfatos (83.69%; 0.09 mg/l/día).
Ahmad, Khan, & Yasar, (2013) La liberación de aguas residuales municipales
de varias fuentes puede causar contaminación de cuerpos de agua y floraciones
de algas es por ello que se evaluó la utilización de la microalga Chlorella
vulgaris en el tratamiento de aguas residuales municipales, para ello inoculó el
cultivo en tanques de vidrio transparentes y cubiertos conteniendo aguas
residuales. El porcentaje de remoción de la demanda química de oxígeno (DQO),
demanda bioquímica de oxigeno (DBO), nitratos (NO3-), fosfatos (PO43−) y
coliformes totales fueron casi similares tanto en los estanques transparentes y
para DQO el 99.9%, para DBO el 100%, para nitrato el 99.98%, fosfato el
99,96% y coliformes totales el 100%.
Roa & Cañizares (2012) reportaron la remoción de nitratos y fosfatos en medio
de cultivo utilizando Scenedesmus incrassatulus inmovilizada en alginato de
calcio, para ello instalaron dos fotorreactores air-lift acondicionadas a 20°C, con
flujo de aire 1 L/min, en un periodo de 8 días. El crecimiento fue evidenciado
con las determinaciones diarias de nitratos, fosfatos. Para el día 8 del
experimento, observaron una remoción del 60% para nitratos y un 47% para
fosfatos de los valores iniciales, y en el día 2 del experimento observaron la
mayor producción de clorofila a (6.5 mg/L) .
Hernández-Reyes, Rodríguez-Palacio, Lozano-Ramírez, & Castilla-Hernández
(2012) evaluaron la capacidad de remoción de nitrógeno amoniacal (NH4+) y
ortofosfatos (PO43-) presentes en aguas residuales Domésticas, utilizando
microalgas libres e inmovilizadas, para ello obtuvieron a partir de aguas
residuales proveniente del reactor UASB de la UAM-I (cultivo mixto) y dos
cultivos clónales de Chlorella vulgaris y Spirulina subsalsa pertenecientes a la
colección de la UAM-I. las microalgas fueron cultivadas en agua residual
artificial con concentraciones bajas de 10mg/L de nitrógeno amoniacal (NH4+) y
5 mg/L (PO43- ) y concentraciones altas de 25 mg/L para amonio (NH4+) y 10
mg/L para fosfatos (PO43-)., Chlorella vulgaris presentó una remoción del 50%
para amoniaco y un 74% para fosfatos, esto en cultivo libre de baja
concentración; entre tanto se observó una remoción del 68% para amoniaco y
Mientras que, en los cultivos inmovilizados sobre vulgaris y el cultivo Mixto
tuvieron la eficiencias de remoción para amonio del 70 al 99% y para fosfato del
70 al 99.9% tanto para la baja y alta concentración.
Samorì, Samorì, Guerrini, & Pistocchi (2013) evaluaron la remoción de
nutrientes de las aguas residuales, así como la producción de biomasa de
microalgas a escala de laboratorio con la cepa Desmodesmus communis y con
microalgas aisladas de efluentes generados por una planta de recuperación de
aguas residuales. Los cultivos de D. communis presentaron la mejor eficiencia
de eliminación de nutrientes en comparación con el cultivo de microalgas, siendo
casi el 100% para amónico y fósforo en cualquier relación de Nitrógeno y fosforo
que presente las aguas residuales. La biomasa presenta una composición rica en
polisacáridos y ácidos grasos totales a medida que disminuía la concentración de
amoníaco en el agua. Debido al bajo contenido de ácidos grasos totales de 1.4 -
9.3% en peso y la alta relación C / N de 7.6 - 39.3, la digestión anaeróbica es un
proceso de conversión de biocombustible más apropiado.
Ruiz-Martinez, Martin Garcia, Romero, Seco, & Ferrer (2012) evaluaron la
eliminación de nitrógeno y fósforo en un efluente de biorreactor sumergido
(SAnMBR) mediante un fotobiorreactor a escala de laboratorio utilizando
biomasa de microalgas del orden de las clorococos de la clase Chlorophyceae en
modo semicontínuo durante 42 días. Las concentraciones de nitrógeno y fósforo
presentes en el efluente SAnMBR oscilaron en función al rendimiento operativo
del biorreactor y las características del agua residual. El efluente anaeróbico
productividad media de biomasa fue de 234 mg L-1d, el cual mostró una
eficiencia de eliminación del nitrógeno amoniacal (NH4+) del 67,2% y del 97.8%
para fosfatos (PO43-).
Andrade (2008) reportó que la microalga Scenedesmus sp. es posible utilizarla
en el tratamiento terciario de aguas residuales con la producción de una biomasa
microalgal de valor agregado por su alto contenido proteínico, siendo sus
eficiencias máximas de remoción de nitrógeno en el rango del 100%, para
ortofosfatos se ubica en el rango 98%.
2.2. Bases Teóricas
2.2.1. Problemas ambientales por compuestos nitrogenados y fosforados
presentes en el agua.
Zaballa et al., (2016) refiere que las aguas residuales provenientes de los
centros urbanos y generadas en la gestión de residuos sólidos urbanos o por
la explotación ganadera intensiva; contienen compuestos ricos en nitrógeno
y fósforo y pueden resultar perjudiciales si no reciben tratamiento previo a
su descarga a un cuerpo receptor.
El nitrógeno presente en las aguas residuales tiene su origen en las
conversiones metabólicas de la urea y proteínas, entre tanto más del 50% del
fósforo proviene de los detergentes sintéticos. Ambos elementos se
presentan con las siguientes fórmulas químicas: amonio ( NH4+), nitrito
(NO2−), nitrato (NO3-) y fosfato (PO43−) (Horan (1990), citado por Ávila
De las fórmulas químicas detalladas, el nitrato (NO3-) y el fosfato
(PO43−) son los compuestos más difíciles de remover de las aguas residuales
(Abdel-Raouf et al., 2012).
Los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales,
generalmente presentan concentraciones considerables de nitrógeno y
fósforo, esto debido a que los procesos aplicados se enfocan únicamente a la
remoción de carga orgánica y patógena, no tomando en consideración la
remoción de los nutrientes como el nitrógeno y fósforo. En consecuencia el
vertimiento de dichos efluentes en los cuerpos receptores condicionará el
proceso de eutrofización. Cabe precisar que, para la remoción del nitrógeno
y fósforo presentes en las aguas residuales, que estén siendo tratadas en las
plantas de tratamiento estas deben incluir tratamientos avanzados,
precedidos del tratamiento preliminar o primario y secundario (Ministerio
de vivienda construcción y saneamiento, 2006).
La eutrofización de los ecosistemas, conlleva con la alteración de la
biota y de la diversidad biológica, provocando la proliferación de algas,
cianobacterias y micrófitos en demasía. El desarrollo de estos
microorganismos condiciona la opacidad en la columna de agua, lo cual
impide la penetración de la luz y como consecuencia no se dará el proceso
de fotosíntesis, reduciéndose así la producción de oxígeno, a esto se debe
agregar la actividad de los organismos descomponedores que también
requieren oxígeno para degradar materia orgánica. A razón de esto el fondo
sulfuroso (H2S), metano (CH4), y dióxido de carbono (CO2) (Moreno,
Daniela; Quintero, Jacqueline ; López, 2010).
Metcalf & Eddy (1995), precisaban que las normas que regulaban el
tratamiento secundario de las aguas residuales están basadas en las tasas de
eliminación de la materia orgánica, sólidos en suspensión y patógenos
presentes en el agua residual. Al mismo tiempo refería que la implantación
de normas más exigentes incluía el control de la eliminación de nutrientes y
de contaminantes prioritarios.
En consecuencia, los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas
residuales vertidas directamente a los cuerpos receptores ocasionarán la
eutrofización, tal como está sucediendo en el lago Titicaca.
La eutrofización inicialmente fue considerada como el fenómeno
ocasionado por el vertimiento de desechos antropogénicos con excesiva
concentración de nitrógeno y fósforo a los cuerpos de agua, con el frecuente
crecimiento acelerado de microalgas, que puede producir la muerte de peces
al despojarlos del oxígeno que necesitan para vivir ( USEPA) (1997) citado
por Moreno, Quintero & López (2010).
La eutrofización como proceso de origen antrópico va deteriorando
su calidad, añadiendo mayores cantidades de nutrientes que son elementos
esenciales para el crecimiento de organismos, principalmente nitrógeno (N),
fósforo (P) y materia orgánica (MO); lo cual enriquece en nutrientes a los
naturalmente en todo lago cuya afluencia de elementos nutritivos sea
superior a la salida de los mismos (Moreno, Quintero, & López, 2010).
Al respecto Nóbrega (2006) citado por Cárdenas & Sánchez (2013), refiere
que los compuestos nitrogenados presentes en aguas residuales no solo
comprometen la calidad de líquido en la zona de vertimiento sino a toda su
cuenca hidrográfica y la región donde vierte sus aguas.
Metcalf & Eddy (1995), detalla la importancia del tratamiento de los
nutrientes presentes en las aguas residuales, tanto del nitrógeno como del
fósforo, junto con el carbono, son considerados nutrientes esenciales para el
crecimiento. El vertimiento al entorno acuático, los nutrientes pueden
favorecer el crecimiento de una vida acuática no deseada. Al igual que el
vertimiento en terreno en cantidades excesivas, también pueden provocar la
contaminación de las aguas subterráneas.
Lo descrito anteriormente nos permite reflexionar, sobre el manejo y
tratamiento de las aguas residuales en la región de Puno, en la que existen
plantas de tratamiento de aguas residuales sin el mantenimiento y operación
adecuada, y menos con personal capacitado, cuyos efluentes son
descargados directamente a los ríos y estos finalmente desembocan al Lago
Titicaca, es decir todas las poblaciones asentadas en la cuenca del Lago
Titicaca estarían contribuyendo con el proceso de eutrofización porque los
efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales solo se adecuarían
a algunos parámetros exigidos en los límites máximos permisibles, en el que
aguas del Lago Titicaca, esto en la bahía interior de Puno se observa el
crecimiento de la lenteja de agua (Lemna sp.) el cual aparentemente no
tendría efectos en el ecosistema acuático, pero el hecho de cubrir toda la
superficie hace que los procesos propios de la flora y fauna acuática se vean
amenazadas logrando extinguirlas.
Cárdenas & Sánchez (2013), indica que las consecuencias de la presencia
de los compuestos nitrogenados en agua son diversas y hacen que su
posterior uso se vea restringido.
Choudhury (2005) & Arbiv (1995), citados por Cárdenas & Sánchez
(2013), precisan tres principales problemas ambientales generados por la
presencia de compuestos nitrogenados en el sistema acuático: el aumento de
la acidez, el desarrollo de la eutrofización y el aumento de las
concentraciones hasta niveles tóxicos tanto en aguas superficiales como
subterráneas que limitan su uso principalmente como fuentes de agua para
consumo humano o en acuacultura, donde la acumulación de nitrógeno suele
impedir la operación exitosa de sistemas de reusó.
2.2.2. Mecanismo de asimilación de nitrato y fosfato por algas eucariotas.
Cai et al., (2013) & Grobbelaar, (2013) citados por Avila, (2015) detallan
los mecanismos bioquímicos mediante el cual las microalgas asimilan
El nitrato (NO3-) es asimilado por algas eucariotas a través de cuatro pasos:
1. La translocación de nitrato (NO3-) por medio de la membrana celular;
2. La reducción de nitrato a nitrito, mediante la enzima nitrato reductasa y
la transferencia de dos electrones por parte de la forma reducida del
dinucleótico de nicotinamida y adenida (NADH);
3. La reducción del nitrito a nitrógeno amoniacal, mediante la enzima
nitrito reductasa y la transferencia total de 6 electrones por la
ferredoxina;
4. La incorporación del nitrógeno amoniacal en el aminoácido L-glutamina,
mediante la enzima glutamina sintetasa y además de un mol de adenosín
trifosfato o ATP.
Para el caso del fosfato (PO43-), la asimilación sucede en dos pasos:
1. Por el transporte activo de fosfato (PO43-) por la membrana celular con
el requerimiento de gasto de energía derivado de la fotosíntesis;
2. La incorporación en compuestos orgánicos mediante el proceso de
fosforilación, conllevando a la generación de un mol de adenosín
trifosfato o ATP a partir de adenosín difosfato (ADP). Cuando ocurre
exceso de fosforo, las microalgas lo acumulan en cuerpos de polifosfatos
2.2.3. Microalgas como agentes de remoción de nitrógeno y fósforo de las
aguas residuales.
Schelef & Soeder (1980) citado por Andrade et al., (2006) indican que las
microalgas presentan elevadas tasas de crecimiento y capacidad de
adaptación a diferentes condiciones del ambiente pudiendo estar presentes
en cualquier medio acuático en el que estén presentes el carbono, nutrientes,
luz suficiente y la ausencia de compuestos que presenten toxicidad, además
de un rango de temperatura apropiado.
Lo descrito por el autor hace referencia a que, en cualquier medio
acuático, es posible observar el desarrollo de las microalgas, y una fuente
muy apropiada vendría a ser el agua residual vertida a campo abierto.
Seoanez (1999) citado por Andrade et al., (2006) considera a las aguas
residuales como un medio apropiado para el desarrollo microalgal, porque
estas contienen los nutrientes necesarios para el crecimiento de la biomasa
de microalgas. En este medio las microalgas presentan rápido crecimiento,
para ello hacen uso de la energía proveniente del sol para incorporar el
dióxido de carbono (CO2) y otros compuestos inorgánicos a la producción
de material celular, en la reacción bioquímica denominada fotosíntesis.
La fotosíntesis es una reacción bioquímica muy importante, la misma
que se observa principalmente para el tratamiento de las aguas residuales en
lagunas facultativas, en el que las microalgas asimilan el nutriente nitrógeno
produciendo así el oxígeno y la biomasa de microalgas. Conocer la reacción
de fotosíntesis en las aguas residuales puede permitir determinar la extensión
de terreno requerido para tratar aguas residuales de cualquier población.
Al respecto Rittmann & McCarty (2001) citado por Oakley &
Salguero, (2011) desarrollaron la fórmula de la fotosíntesis, el cual permite
determinar la carga orgánica superficial por el método de la radiación solar,
con el cual se diseñan lagunas facultativas. Fórmula que indica que la carga
orgánica superficial está en función de la cantidad de oxígeno producido por
las algas en la laguna, la ecuación es como sigue:
Radiación solar
106 CO2 + 65 H20+ 16 NH3 + H3PO4 --> C106H181O45N16P + 118 O2
Celdas de algas
2,428mg 3,776mg
1mg 1.55mg
1Kg 1.55Kg
Rittmann & McCarty (2001) citado por Oakley & Salguero, (2011), a partir
de la ecuación detallada indican que a partir de 1 kilogramo de algas se
produce 1.55 kilogramos de oxígeno. Siendo así que para obtener un
kilogramo de celdas de microalgas es necesario energía solar de 24000 Kilo
Joules.
En la ecuación desarrollada por Rittmann/ McCarty (2001) citado por
Oakley & Salguero, (2011), se observa que los nutrientes nitrógeno y fósforo
microalgas incrementa en función del tiempo, se espera que las
concentraciones de nitrógeno y fósforo presentes en las aguas residuales
disminuirán en su concentración.
Abalde et al., (1995) citado por Andrade et al., (2006), precisa que la
actividad fotosintética en las aguas residuales suministra oxígeno que será
utilizado por los microorganismos, principalmente bacterias, para oxidar
materia orgánica; la incorporación del CO2 por fotosíntesis ocasiona el
incremento del pH del agua residual hasta valores letales para bacterias y
virus patógenos, siendo esta la razón por el que se promovió el uso de las
microalgas en el tratamiento de las aguas residuales.
2.2.4. Parámetros a considerar en un sistema de cultivo de microalgas.
a. Especies de microalgas.
El cultivo de una determinada especie de microalga depende
directamente de la finalidad que desea dársele, el cual puede ser
pigmentos, alimento y/o si el cultivo se utilizará en procesos de
ficorremediación (Hernández-Pérez & Labbé, 2014).
Lo anterior, nos precisa que el cultivo de microalgas tiene diferentes
usos, pudiendo ser utilizadas como pigmentos y hasta alimentos por ser
considerada como una fuente de alto contenido de proteínas; el cultivo
permitiría obtener de manera simultánea ambos beneficios, tales como
la ficorremediación así como alimentos y pigmentos.
Al respecto Borowitzka (1988) & Wellburn (1994) citados por Andrade
presenta una gran cobertura, ya que es posible lograr diferentes objetivos
en un solo proceso, es decir tratar las aguas residuales y producir biomasa
de microalgas, este último es de interés comercial en biomedicina,
farmacología, agricultura e industria.
Los factores ambientales, operacionales y parámetros biológicos son
determinantes en sistemas de cultivo abierto (Abdel-Raouf et al., 2012).
Entre tanto, en sistemas de cultivos cerrados se pueden lograr cultivos
monoespecíficos aislados del medio ambiente (Poste, 2009 citado por
Hern, 2014).
Park et al., (2011) citado por Hernández-Pérez & Labbé (2014), detalla
que para cultivos de microalgas destinadas a ficorremediación se deben
cumplir con 3 condiciones tales como: alta tasa de crecimiento; alta
tolerancia a la variación estacional y diurna si es un sistema abierto; y
buena capacidad para formar agregados para cosecha por simple
gravedad.
Abdel-Raouf et al., (2012), indica que en el tratamiento de aguas
residuales se utilizan especies presentes en aguas contaminadas, esto
debido a su elevada tolerancia. Varias de las especies son utilizadas con
fines comerciales específicos.
Abdel-Raouf et al., (2012), detalla a los géneros de microalgas presentes
en aguas residuales de diferentes procedencias, el cual es como sigue:
Oscillatoria, Micractinium, Golenkinia, Phormidium, Botryococcus,
Spirulina, Nitzschia, Navicula y Stigeoclonium.
Borowitzka 1999, Harum et al., 2010 citados por Hernández-Pérez &
Labbé (2014), indican que las especies de microalgas descritas líneas
arriba, son consideradas de interés comercial para la alimentación
humana y/o animal, obtención de biocombustibles, aceites esenciales,
pigmentos, entre otros usos.
b. Luz.
Contreras-Flores et al., (2003) citado por Hernández-Pérez & Labbé
(2014), sostiene que la intensidad luminosa es uno de los principales
parámetros que se debe considerar en los cultivos. Siendo así, que
cuando el cultivo se encuentra en ausencia de limitación de nutrientes, la
fotosíntesis se incrementa con el aumento de la intensidad luminosa,
logrando alcanzar la máxima tasa de crecimiento para cada especie en el
punto de saturación por luz (Park et al., (2011) citado por
Hernández-Pérez & Labbé (2014)). Una vez pasado dicho punto, se logra alcanzar
el punto de fotoinhibición, el cual tiene resultados perjudiciales para la
célula condicionando la muerte, lo cual conlleva a la pérdida de
eficiencia fotosintética y la productividad en el cultivo (Contreras-Flores
et al., (2003), Richmond (2004), Martínez (2008), Park et al., (2011)
Martínez (2008), citado por Hernández-Pérez & Labbé (2014), indica
que la fotoinhibición en los cultivos microalgales exteriores suelen darse
a las principales horas del día, debido a la alta intensidad luminosa.
Contreras-Flores et al., (2003) citado por Hernández-Pérez/Labbé
(2014), sostiene que los cultivos con densidad celular >3g/L son capaces
de aprovechar la luz incidente con mayor eficiencia en relación a cultivos
convencionales diluidos.
Lo anterior según Contreras – Flores et al., (2003), Markou
&Georgakakis (2011), Park et al., (2011ª), citado por (Hernández-Pérez
& Labbé, 2014), se debe al autosombreado, el cual es un fenómeno
donde las células más cercanas a la superficie dan sombra a las capas
inferiores, con células más alejadas de la superficie.
Contreras et al., (2003), Markou &Georgakakis (2011) citados por
Hernández-Pérez & Labbé (2014), explican la razón por la cual es
necesario aplicar un sistema de mezcla eficiente, lo que permitirá que
periódicamente todas las células tengan acceso a la luz, de lo contrario
será perjudicial porque la intensidad luminosa decrece conforme va
incrementando la turbiedad.
c. Temperatura.
Park et al., (2011) Citado por (Hernández-Pérez & Labbé, 2014), precisa
que la temperatura óptima varía entre las especies, siendo en general
entre los 28 y 35°C, la producción de algas incrementa
temperatura óptima de cada especie. Pasada la temperatura óptima,
incrementa la respiración y la fotorrespiración reduciendo la
productividad global.
Martínez (2008) citado por (Hernández-Pérez & Labbé, 2014), indica
que en los sistemas de cultivo cerrado, el factor temperatura se puede
controlar por mecanismos como rociadores de agua, inmersión del
colector solar en piscinas, reactor dentro de invernaderos, etc.
Borowitzka (1999), Martínez (2008), Park et al., (2011) citado por
(Hernández-Pérez & Labbé, 2014), refieren que en los sistemas abiertos
es muy difícil de controlar el factor temperatura, pudiendo realizar
determinadas acciones simples para reducir los efectos, como cubrir los
estanques con plásticos transparentes.
d. pH y CO2.
Martínez (2008), Park et al., (2011) citados por Hernández-Pérez &
Labbé (2014), sostienen que el parámetro pH de los cultivos está
influenciado por varios factores tales como: la productividad algal, la
respiración, la alcalinidad y composición iónica del medio de cultivo, la
actividad microbiana autotrófica y heterotrófica y la eficiencia del
sistema de adición de CO2.
Martinez (2008), Park et al., (2011) citados por (Hernández-Pérez &
Labbé, 2014), indican que cada especie requiere un rango definido de
pH, siendo el valor de 8 el indicado para especies dulceacuícolas.
Cultivos que presenten valores por encima o por debajo de éste (pH: 8),
sino también la capacidad en la remoción de nitrógeno en los sistemas
de tratamiento de aguas residuales (Park et al., (2011) citado por
(Hernández-Pérez & Labbé, 2014)).
Berenguel et al., (2004), Martínez (2008), Sialve et al., (2009) citados
por (Hernández-Pérez & Labbé, 2014), indican las formas de control del
parámetro pH, el cual es como sigue: en sistemas automatizados con
inyección de CO2, o incluso, con adición de ácido o base permitiendo
además, el suministro de CO2 requerido para cultivos de alta
productividad.
e. Nutrientes.
Abdel-Raouf et al., (2012), indica que el nitrógeno es el nutriente más
importante para las microalgas y esta se incorpora como nitrato (NO3-) o
como amonio (NH4+).
Park et al., (2011) citado por (Hernández-Pérez & Labbé, 2014),
considera a los nutrientes como un factor crítico para regular el contenido
de lípidos de las microalgas.
Benemann (2008) y Chisti (2008) citado por (Hernández-Pérez & Labbé,
2014), señalan que las microalgas tienen un contenido lipídico de
aproximadamente del 20%; sin embargo cuando el nitrógeno se
convierte en el factor limitante del crecimiento, la acumulación de los
(2012), Ho et al., (2013) citados por Hernández-Pérez & Labbé (2014)).
Por el contrario, utilizando la limitación de nitrógeno para estimular la
acumulación de lípidos en las microalgas, a menudo reduce la
producción de algas, sugiriendo que las 2 condiciones con alto contenido
en lípidos y alta productividad , pueden ser mutuamente excluyentes
(Park et al., (2011) citado por Hernández-Pérez & Labbé (2014)).
Grobbelaar (2004) citado por Hernández-Pérez & Labbé (2014), indica
que el fósforo es un nutriente fundamental en muchos procesos celulares,
tales como la formación de ácidos nucleicos y transferencia de energía.
Grobbelaar (2004), Martínez (2008) citados por Hernández-Pérez &
Labbé (2014), refieren que aunque el contenido de fósforo de las
microalgas es menor al 1%, su deficiencia en el medio de cultivo es una
de las mayores limitantes para sus crecimiento. En los cultivos la
incorporación a las células sueles ser en las formas de HPO42- o HPO4-.
f. Remoción de Nitrógeno y Fósforo.
Abdel-Raouf et al., (2012) considera que desde mediados del siglo XX
las microalgas son eficientes en la remoción de nitrógeno y fósforo en
aguas residuales. Esto debido a que los nutrientes tales como el nitrógeno
y fósforo son esenciales en la formación de biomasa, incorporándose por
absorción directa (Markou & Georgakakis (2011), Tam & Wong (1996)
Hammouda et al., (1995) Abdel-Raouf et al., (2012) citados por
(Hernández-Pérez & Labbé, 2014), señalan las principales formas en las
que se encuentra el nitrógeno y el fósforo en las aguas residuales, siendo
para el nitrógeno en formas de: amonio (NH4+), nitrito (NO2-), y nitrato
(NO3-), mientras que el fósforo se presenta en forma de fosfatos (PO4-3)
ortofosfato.
2.3. Base Conceptual.
2.3.1. Agua residual: Agua utilizada en actividades comunitarias e industriales
con contenido orgánico o inorgánico disuelto o en suspensión (Ministerio
de vivienda construcción y saneamiento, 2006).
2.3.2. Agua residual doméstica: Agua provenientes de actividades domésticas,
comercial e institucional con desechos fisiológicos y actividad humana
(MVCS, 2006).
2.3.3. Agua residual municipal: Aguas residuales domésticas incluyendo aguas
del drenaje pluvial o aguas residuales de origen industrial adecuadas con
los valores máximos admisibles para su ingreso al sistema de alcantarillado
(MVCS, 2006).
2.3.4. Biodegradación: Proceso en el que participa microorganismos con la
finalidad de transformar materia orgánica en compuestos menos complejos
2.3.5. Biomasa: Es aquella materia orgánica de origen vegetal o animal,
incluyendo los residuos y desechos orgánicos, susceptible de ser
aprovechada energéticamente (MVCS, 2006).
2.3.6. Depuración de aguas residuales: Comprende en conjunto de procesos
que permiten la remoción de elementos contaminantes presentes en las
aguas residuales (MVCS, 2006).
2.3.7. Eficiencia del tratamiento: Es la relación entre la masa o concentración
removida aplicada, en un proceso o planta de tratamiento y para un
parámetro específico. Puede expresarse en decimales o porcentaje (MVCS,
2006)
2.3.8. Eutrofización: Enriquecimiento en nutrientes de un ecosistema acuático
en el litoral marino o en un lago, laguna, embalse, etc., que causa la
proliferación de ciertas algas (MVCS, 2006).
2.3.9. Efluente: Líquidos que salen de un sistema de tratamiento de aguas
residuales (MVCS, 2006).
2.3.10.Laguna de alta producción de biomasa: Estanque normalmente de forma
alargada, con un corto período de retención, profundidad reducida y con
facilidades de mezcla que maximizan la producción de microalgas
2.3.11.Nutrientes: Es aquello que nutre, que aumenta la sustancia del cuerpo
animal o vegetal. (MVCS, 2006).
2.3.12.Tratamiento avanzado: Proceso de tratamiento fisicoquímico o biológico
para alcanzar un grado de tratamiento superior al tratamiento secundario.
En la cual Puede implicar la remoción de: sólidos, complejos orgánicos e
inorgánicos y nutrientes. (MVCS, 2006).
2.3.13.Tratamiento primario: Remoción de una considerable cantidad de
materia en suspensión sin incluir la materia coloidal y disuelta (MVCS,
2006).
2.3.14.Tratamiento secundario: Tratamiento que comprende la remoción de
materia orgánica biodegradable y sólidos en suspensión de las aguas
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
3.1. Tipo de Investigación
El estudio realizado constituye un diseño descriptivo con corte longitudinal. Los
diseños longitudinales, recolectan datos a través del tiempo en puntos o periodos
específicos, para hacer inferencia respecto al cambio, sus determinantes y
consecuencias (Hernández et al., 2006).
3.2. Técnicas e instrumentos de investigación.
3.2.1. Técnicas para recolección de datos
La técnica utilizada en la investigación fue la observación de las variables
independientes y dependientes, registrando su variación de acuerdo a los
datos obtenidos.
3.2.2. Instrumentos.
Los instrumentos utilizados en la presente investigación fueron:
- Guías de observación (cuaderno de campo, cámara, marcador y
laboratorio).
- Equipos de laboratorio.
- Para el procesamiento de datos se utilizaron; Excel 2017 y paquete
estadístico SPSS versión 23.
3.3. Procedimientos.
- Etapa de Gabinete: Se realiza una revisión integral de bibliografía sobre
remoción de nitrógeno y fósforo de aguas residuales domésticas por biomasa de
microalgas, con la finalidad de profundizar en el tema de investigación.
- Etapa de campo:
Identificación de microalgas que desarrollan en el riachuelo torococha.
Para realizarla la identificación de la biomasa de microalgas que desarrollan en
el riachuelo Torococha, se realizó con ayuda de un microscopio binocular, para
luego compararlas con las imágenes detalladas en la lámina 1 , B y C del libro
Métodos Normalizadas para el análisis de aguas potables y residuales.
Determinación del incremento de biomasa de microalgas cultivadas en
aguas residuales.
Considerando las aguas residuales domésticas como medio de cultivo para el
crecimiento e incremento de la biomasa de microalgas, se procedió de la
siguiente manera:
- Las muestras de agua residuales se obtuvieron del efluente de las lagunas de
estabilización de la ciudad de Juliaca, en estas lagunas el agua residual se
sometió a un pretratamiento; y la biomasa de microalgas del riachuelo
Torococha se obtuvieron del mismo riachuelo tal como se observa en la
Tabla 1: Ubicación del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Juliaca y punto d obtención de la biomasa de microalgas del riachuelo Torococha , Juliaca 2017.
zona de referencia Coordenadas UTM
Este Norte
Zona de obtención de la biomasa de microalgas del riachuelo Torococha.
383887.00 8286881.00
Efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Juliaca.
382926.00 8286781.00
Fuente:Google Earth Pro. Elaboración:El Investigador.
Figuras 1: Vista espacial del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Juliaca y el punto de obtención de la biomasa de microalagas del riachuelo Torococha, Juliaca 2017.
Fuente:Google Earth Pro.
- Obtención de aguas residuales domésticas. La obtención de las muestras
se obtuvieron del efluente de la laguna de estabilización de la ciudad de
Juliaca, teniendo en cuenta en todo momento las medidas de seguridad como
también el protocolo de la ANA para la toma de muestras, de las cuales estas
fueron obtenidas en envases descartable de Polietileno Tereftalato “PET”
de 7 litros de capacidad, obteniéndose 2 muestras para la réplica del
experimento, tal se aprecia en las figuras 2 .
Figuras 2:
Obtención de las muestras de aguas residuales del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Juliaca.
Fuente: elaboración propia.
- Esterilización de aguas residuales: Una vez obtenidas las muestras de
aguas residuales domésticas inmediatamente se trasladó al laboratorio de
Calidad Ambiental de la Escuela Profesional de Ingeniería Sanitaria y
Ambiental, para su esterilización en autoclave, con la finalidad de eliminar
los microorganismos presentes en las aguas residuales del efluente de la
PTAR que puedan interferir con el experimento. La esterilización fue a
121°C durante 20 minutos con una presión de vapor de 1,054Kg/cm2, sobre
- Obtención de la biomasa de microalgas del riachuelo Torococha: Las
muestras se obtuvieron del riachuelo Torococha aproximadamente a tres
kilómetros antes de su descarga al río Coata, para la toma de muestra se
siguió de acuerdo al protocolo de la ANA. Las aguas residuales que fluyen
en esa zona tienen una coloración verdosa, razón por la cual esa fue la zona
de donde se obtuvo la biomasa de microalgas, tal como se observa en el
figura 3.
Figuras 3 : Obtención de la biomasa de microalgas del riachuelo Torococha.
Fuente: Resultados de laboratorio.
- Estimulacióndel crecimiento de la biomasa de microalgas del riachuelo
Torococha: Para el crecimiento de la biomasa de microalgas se tuvo que
obtener las microalgas del riachuelo Torococha en envases descartables de
Polietileno Tereftalato “PET” de 7 litros de capacidad estas fueron llevadas al
Laboratorio de Calidad Ambiental, en el que se acondicionó un área,
iluminadas con focos fluorescentes y aireadores, la iluminación fue para que
que la aireación fue para que la biomasa de microalgas no se adhiera y
sedimente en la superficie de las botellas tal como puede apreciarse en la
figura 4.
Figuras 4: Crecimiento de biomasa de microalgas del riachuelo Torococha en aguas residuales.
Fuente: Resultados de laboratorio
- Determinación del incremento de la biomasa de microalgas: Para la
determinación del incremento de la biomasa de microalgas cultivada en
aguas residuales se utilizó el método del peso seco, tomando en cuenta las
experiencias de Andrade (2008).
Para ello se obtuvo las muestras de las aguas residuales cultivadas con la
biomasa de microalgas, en volúmenes de 5 mL el cual previamente se
vació utilizando papel filtro de whatman que previamente fue lavado con
agua destilada y secada en estufa a 100°C durante 24 horas posteriormente
fue pesada en balanza analítica.
Realizado el filtrado, el filtro se llevó a la estufa a 70°C durante 8 a 12 horas
posteriormente nuevamente se pesó en la balanza analítica.
Teniendo los datos del filtro, es decir masa del filtro lavado y seco y el filtro
seco con la biomasa impregnada en la superficie se determinó la biomasa
haciendo uso de la siguiente fórmula:
Peso seco (mg/mL)
= ((peso seco filtro + muestra) − (peso seco filtro)) (volumen de cultivo filtrado)
Para determinar el incremento se utilizó la siguiente fórmula:
- Determinación de la remoción de nitratos y fosfatos de las aguas
residuales por la biomasa de microalgas del riachuelo torococha.
Para la determinación de la remoción de Nitratos y Fosfatos de las aguas
residuales domésticas, primero se determinó las concentraciones de Nitratos
y Fosfatos cada 12 horas , las determinaciones se realizaron por el método
