PDF Aplicación de Chlorella vulgaris en agua residual para su reuso

Crecimiento de Daphnia magna en soluciones al 50% y 100% de aguas residuales y aguas tratadas con C. vulgaris y fotodegradación. 72 Figura 16. A) Micrografía de células de la prueba de 100% agua residual, B) Micrografía de células de la prueba de 100% agua tratada.

INTRODUCCIÓN

Otra opción para el tratamiento del agua se encuentra en los procesos de oxidación avanzada (POA), que son un grupo de técnicas oxidativas realizadas para transformar contaminantes orgánicos persistentes (COP) en el agua. Otra técnica aplicada en el tratamiento de aguas es la cromatografía de gases combinada con espectrometría de masas que tradicionalmente se ha utilizado para identificar compuestos orgánicos e hidrocarburos hidrofóbicos del petróleo y el gas en aguas [9] [10] y para cuantificar muchos de los compuestos. en aguas residuales líquidas de toxicidad conocida[11].

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Chlorella vulgaris demostró una alta producción de lípidos utilizando aguas residuales tratadas como medio de cultivo [22] y representa una técnica de bajo costo. Es importante respaldar la calidad del agua a través de estudios toxicológicos, por lo que se desarrollan herramientas analíticas clásicas para determinar los impactos toxicológicos de las aguas residuales con diferentes niveles de tratamiento.

JUSTIFICACIÓN

Las aguas residuales de las ciudades de los países en desarrollo se vierten directamente y sin tratamiento a ríos, lagos, arroyos o al mar, provocando eutrofización y cambios en los ecosistemas. A partir de esta evaluación se inició la búsqueda de una metodología capaz de eliminar elementos como fósforo, nitrógeno, metales pesados, compuestos orgánicos y microorganismos, que están presentes en las aguas residuales.

HIPÓTESIS

El uso indiscriminado de drogas y productos químicos crea mezclas complejas en las aguas residuales, cada vez más difíciles de tratar debido a la persistencia de estos contaminantes. En relación con lo anterior, en este trabajo se ha estudiado el metabolismo y capacidad de absorción de fósforo, nitrógeno y metales pesados en las aguas residuales de una planta de tratamiento en el estado de Puebla utilizando el alga Chlorella vulgaris suplementada con un tratamiento fotoquímico. El estudio de los compuestos orgánicos presentes se realizó mediante cromatografía de gases acoplados en masa y se evaluó la toxicidad aguda y genotoxicidad tras el uso de este tratamiento, todo esto para proponer una técnica que mejore la calidad del agua proveniente de un efluente residual. .

PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN

OBJETIVOS

MARCO TEÓRICO

Distribución del agua
Tipos de contaminación de agua
Contaminación a nivel mundial
Contaminación del agua en México
Contaminación de agua en Puebla
Tratamiento de aguas residuales

Pretratamiento
Tratamiento Primario
Tratamiento Secundario
Tratamiento terciario
Biorremediación
Tecnologías fotoquímicas

Sistema UV/H 2 O 2
Uso de aguas residuales
Uso de Chlorella vulgaris en biorremediación
Marco legal
Relación Sociedad-Medio ambiente

La contaminación de los cuerpos de agua es producto de los vertidos de aguas residuales no tratadas, ya sean domésticas, industriales, agrícolas, ganaderas o mineras.

MATERIALES Y MÉTODOS

Muestras

A continuación, continuamos con la captura de arena, donde el objetivo de esta operación es eliminar todas las partículas con un tamaño de partícula superior a 200 micrones, para evitar que aparezcan sedimentos en los canales y tuberías, para proteger las bombas y otros dispositivos contra la abrasión. y para evitar sobrecargas en las siguientes fases de tratamiento, se inyecta una cantidad de aire que provoca un movimiento helicoidal del líquido y crea una velocidad de barrido de fondo constante. En la siguiente etapa se añaden floculantes y coagulantes. En esta etapa se mezcla y se agita lentamente para provocar que se formen grupos de partículas. Luego el agua se traslada a un tanque de sedimentación de alambique para sedimentar los sólidos y proceder al proceso de clarifloculación, que no es más que un tratamiento químico-físico del agua consistente en la eliminación de las sustancias en suspensión de las que se obtienen los lodos. están destinados a mejoras territoriales en algunas zonas del sur de la ciudad de Puebla. La metodología utilizada para el muestreo se realizó de acuerdo con la norma NMX-AA-003-1980, un diagrama de esta norma se presenta en la Figura 6.

Fase de laboratorio

Caracterización del agua residual antes y después de tratamiento

Ensayos microbiológicos

Preparación del caldo nutritivo
Preparación de agar MacConkey
Método de diluciones decimales
Identificación con Compact Dry
Cuantificación de metales por Espectroscopia de absorción atómica

Se pesó 1 g de muestra seca, la materia orgánica del alga se colocó en un recipiente de digestión de 120 ml. A cada recipiente se le agregaron 0,5 ml de ácido nítrico concentrado y 2 ml de peróxido de hidrógeno, para asegurar que la muestra estuviera completamente humedecida. El contenido del recipiente de digestión se colocó en un tubo de centrífuga, se diluyó hasta un volumen de 15 ml, se tapó el tubo de centrífuga y se almacenó. El análisis elemental de la planta digerida se realizó con la ayuda de un Equipo de Absorción Atómica modelo VarianSpectrAA 55B, cuya lámpara se colocó para determinar el metal a determinar.

Bioensayo con agua residual pre-tratada

Pruebas con C. vulgaris
Conteo celular
Preparación de la muestra
Introducción de la muestra en la cámara de Neubauer
Preparación y enfoque del microscopio
Cálculo de la concentración

La punta de la pipeta se retiró de la muestra y se mantuvo en posición vertical hasta que se introdujo en la cámara de Neubauer. La punta de la pipeta se colocó al final de la cámara de Neubauer y la muestra se colocó en la ranura de la cámara. Si se utiliza dilución, la concentración obtenida durante el recuento celular debe convertirse a la concentración de la muestra original.

Fotodegradación

Se repitió el proceso para contar el resto de fotogramas, anotando la puntuación de cada uno. La fórmula de cálculo de la concentración celular se aplica para obtener el número de células por ml. Para medir la absorbancia se utilizó un espectrofotómetro Perkin Elmer lambda 20 UV-vis, sumado a la evaluación continua de los parámetros de concentración de contaminantes orgánicos, DBO, DQO, turbidez, color, repitiendo cada experimento dos veces por cada muestra mensual que se analizó.

Cromatografía de gases

Extracción liquido-liquido
Análisis con Cromatografía de gases acoplada a masas

Después de la extracción líquido-líquido (ELL), el extracto obtenido se analizó mediante cromatografía de gases de acoplamiento de masas, que se realizó utilizando un cromatógrafo de gases Agilent Technologies 7890, conectado a un espectrómetro de masas 5975 (CG-MS). ), se inyectó 1 µL de cada uno de los 8 extractos bajo las siguientes condiciones cromatográficas: columna ID DB-5MS de 0,5um*30m*0,25um, temperatura del inyector 180°C, temperatura del detector 220°C, con una rampa de 56°C. / Inicio 1min, 10°C/1min., 196°C/1min., 20°C/1min., 260°C/5min., Inyector en modo Split/spitless. Luego del análisis de las muestras se obtuvo un cromatograma con los compuestos de cada muestra analizados con los diferentes solventes hexano y cloroformo, luego se realizó una comparación con la biblioteca contenida en el equipo según los picos del cromatógrafo, las áreas bajo la curva, y el tiempo de retención junto con el nombre del compuesto, complementando la información de los compuestos con la base de datos NIST08, que investiga su origen y uso así como su toxicidad. Los compuestos que presentaron un porcentaje mayor al 50% se concentraron en una tabla para cada muestra tratada con cada solvente.

Análisis de toxicidad

Allium sativum
Daphnia magna

Los resultados y su discusión se dividen según el esquema mostrado en la metodología, iniciando con la caracterización del efluente de las plantas con los parámetros antes mencionados, luego se realizó un bioensayo de aguas residuales para observar el comportamiento del C. A partir de estos resultados se También observaron que en el experimento con 5 bioensayos diferentes, las soluciones al 75 y 100% fueron las que presentaron mayor metabolismo de nitrógeno, fósforo y absorción de metales pesados, esto relacionado con las características del agua como ambiente adecuado para las algas. crecimiento, la muestra que contenía 100% de aguas residuales mostró una disminución del 75% en el contenido de fósforo y una disminución del 95% en nitrógeno total después del tratamiento. También se evaluó diariamente la absorción de fósforo para observar el comportamiento del metabolismo de los nutrientes. Esta determinación se realizó por duplicado. Se observa que con el tiempo se observa una disminución del fósforo. Al finalizar la prueba se observó una reducción superior al 50%, los resultados obtenidos se muestran en la figura 13, se muestra la curva de remoción de fósforo total disuelto en el efluente residual. Durante los dos primeros días se observó un rápido consumo de fósforo, lo que está directamente relacionado con el crecimiento de la biomasa.

Fotodegradación

Al ajustar algunos parámetros como pH, temperatura, dosis, tiempo de reacción, adición de catalizadores, el H2O2 puede oxidar compuestos orgánicos complejos en compuestos más pequeños, menos tóxicos y más biodegradables, razones que hacen de esta aplicación una solución de tratamiento atractiva [46]. El uso de UV/peróxido ofrece ventajas ya que el H2O2 es un oxidante comercial muy disponible, es térmicamente estable y fácil de almacenar [47].

Caracterización

Los resultados más interesantes se presentan para nitrógeno y fósforo, luego del tratamiento con C. En el caso del plomo, el resultado obtenido fue de 0.76 mg/L, lo que representa una disminución del 20%, aún por encima de lo indicado en la NOM 001 (1 mg /L). Cabe mencionar que en la última prueba el análisis se realizó en las 5 repeticiones denominadas M1, M2, M3, M4, M5. En la parte derecha del azul se muestran estos datos en la Tabla 5. Esto se hizo para obtener la mayor cantidad de material orgánico (biomasa) y medir los metales pesados presentes en el agua que el alga ha absorbido y medir el comportamiento. en cada repetición a analizar.

Biomasa

Análisis microbiológico del efluente residual

Luego, de las colonias aisladas de cada placa de Petri, se seleccionó una colonia representativa para reinocularla en 1 ml de caldo nutritivo. Las muestras se incubaron a 37°C. Una vez cultivado el caldo nutritivo de las muestras tratadas y no tratadas, se realizó el análisis. Para medir la absorbancia, se colocaron 100 µl de cada solución en microplacas para medir la absorbancia. En la Tabla 7 se muestran los datos obtenidos de la absorción del efluente inicial, el agua tratada con C.

Análisis microbiológico posterior a tratamiento fotoquímico

La radiación UV es absorbida por los nucleótidos, los componentes básicos del ADN y el ARN celular, de una manera dependiente de la longitud de onda con picos alrededor de 200 y 260 nm [49]. Esta metodología también se ha utilizado en la industria alimentaria y se ha demostrado que la luz UV es efectivo para reducir las poblaciones microbianas de patógenos como E. En la imagen 10 se observa que las muestras no presentan crecimiento colonial, se puede argumentar que el tratamiento fotoquímico ha demostrado ser altamente eficiente en la desinfección microbiológica del agua. El cultivo también se realizó en Agar MacConkey, en la Imagen 11 se observa que estas muestras tampoco presentaron crecimiento microbiano, complementando lo observado en agar nutritivo.

Cromatografía de Gases

Se utiliza en la producción de ácido isoftálico, que se utiliza como monómero copolimerizante para modificar las propiedades del tereftalato de polietileno[65]. Debido a la persistencia del tetracloroetileno, este es el único compuesto inicial que sigue apareciendo en la fase final del tratamiento. En la tabla 15 en rojo están los compuestos persistentes en ambos procesos utilizados, en azul están los compuestos orgánicos intermedios, se muestran los compuestos detectados en la muestra inicial y los detectados después de cada tratamiento, se observa que después de cada tratamiento se transforman y reducen en número. , luego de continuar con los 2 tratamientos con tetracloroetileno, parte de este compuesto fue absorbido y detectado en la biomasa de algas, los demás compuestos son intermedios de reacción los cuales se transforman y para eliminarlos por completo se recomienda irradiar la muestra de agua por más tiempo.

Toxicidad

Daphnia magna
Allium sativum

Se tomaron 7 raíces representativas de cada concentración, cada raíz se observó al microscopio y se tomaron 3 micrografías donde se observaron entre 100 y 150 células, luego se analizó cada micrografía para determinar el número de células anormales, las fases anormales y el número de las células anormales cuentan y clasifican. número de células en mitosis para calcular el índice mitótico, la Imagen 16 muestra la micrografía de las células presentes en el ajo regado con el efluente residual así como la micrografía de las células presentes en el ajo regado con el agua obtenida del sistema de acoplamiento propuesto. , existe una diferencia notable entre las células, esto se puede observar comparando el tamaño, la forma y sobre todo las fases celulares presentes. Se presenta un comportamiento diferente entre las desviaciones presentes en el efluente y en el agua ya tratada, junto con una disminución en su número. Cabe mencionar que esto no significa que el agua tratada cumpla con los estándares de agua potable, ya que si bien se ha reducido el número de anormalidades, el índice mitótico y la carga microbiana, esta agua aún presenta contaminantes persistentes como se muestra. EM.

Aberraciones presentes

T.;(2017) Doble función de Chlorella Vulgaris en el tratamiento de aguas residuales para la producción de biodiesel: estudio de optimización del crecimiento y eliminación de nutrientes. CUALQUIERA.; Baena, S.; (1997) Eficiencia de la eliminación de amoníaco y fósforo de aguas residuales agroindustriales colombianas mediante las microalgas Chlorella Vulgaris y Scenedesmus Dimorphus. Kufundala-Wemba, M.; Salazar-Hernández, D.; Ortega-Díaz, Y.;(2018) Variación en la composición pigmentaria de Chlorella Vulgaris Beijerinck, con la aplicación del campo magnético estático.