UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y DEL AMBIENTE
TESIS
Remoción Bacteriana de aguas residuales domiciliarias con Microalgas Chlorella sp. en el Distrito de Oxapampa – Pasco
PRESENTADA POR:
Natividad Lourdes Artica Cosme
PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE DOCTORA EN CIENCIAS AMBIENTALES Y DESARROLLO
SOSTENIBLE
JUNÍN – PERÚ
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
ESCUELA DE POSGRADO UNIDAD DE POSGRADO
FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y DEL AMBIENTE
ACTA DE SUSTENTACIÓN DE TESIS VIRTUAL PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE DOCTORA EN CIENCIAS AMBIENTALES Y DESARROLLO
SOSTENIBLE (21 de abril de 2022)
En la ciudad de Huancayo, a los 21 días del mes de abril de 2022, a horas 04:30 p.m., mediante la plataforma virtual del Canal Privado en Modo Docente en Microsoft Teams para Sustentación Exclusiva de Trabajos de Tesis de la Facultad de Ciencias Forestales y del Ambiente de la Universidad Nacional del Centro del Perú, se dio inicio al acto académico de sustentación de Tesis, siendo Presidido por el Dr. Jesús Eduardo Pomachagua Paucar, actuando como secretario el Dr.
Ronald Héctor Revolo Acevedo y como miembros del Jurado Examinador: Dra. Rosa Haydee Zarate Quiñones, Dr. Julio Cesar Álvarez Orellana, y el Dr. Humberto Dax Bonilla Mancilla.
Acto seguido se dio lectura a la Resolución N° 032- 2022-UPG-FCFA/UNCP, en la que señala fecha, hora y designación del Jurado Examinador para la sustentación de Tesis de la Mag.
Natividad Lourdes Artica Cosme, titulada: “REMOCIÓN BACTERIANA DE AGUAS RESIDUALES DOMICILIARIAS CON Microalgas Chlorella sp. EN EL DISTRITO DE OXAPAMPA – PASCO”, para optar el Grado Académico de Doctora en Ciencias Ambientales y Desarrollo Sostenible. A continuación, el presidente invito al Dr. Humberto Dax Bonilla Mancilla, a realizar la presentación de la Tesis en su condición de Asesor, luego el presidente invito al sustentante para la exposición de su tesis por un tiempo de 25 minutos. Terminado la sustentación el presidente cede el uso de la palabra a los miembros del jurado examinador quienes, procedieron a formular las preguntas de acuerdo al tema y objeciones del caso los mismos que fueron defendidos y absueltos por el graduando; acto seguido se procedió a deliberar el resultado, en el marco del Art. 122° del Reglamento General de la Escuela de Posgrado.
Teniendo como resultado el calificativo de:
Siendo las 05:58 pm horas, se da por finalizado el acto académico de sustentación de Tesis virtual, pasando a firmar los miembros del jurado calificador:
APROBADO: BUENO
ASESOR:
Dr. Humberto Dax Bonilla Mansilla DNI 20049799
ORCID: 0000-0003-2588-5397
Dedicatoria
A mi esposo, por motivarme, darme su apoyo y palabras de aliento para cumplir con este sueño.
A mis hijos Diego y Noelia, por ser la fuente de inspiración y motivo para superarme cada día más y continuar en la lucha para lograr nuestras metas familiares y tener un futuro mejor.
Agradecimiento
Al Dr. Humberto Dac Bonilla Mansilla, por la ayuda brindada durante el periodo en que desarrollé la presente tesis.
Al biólogo Armando Chiclla Salazar docente de la Universidad Católica Sedes Sapientiae, por sus acertadas sugerencias al trabajo de investigación.
A la bachiller Mónica Guardamino Salvador de la Escuela de Ingeniería Ambiental de la UCSS, por su colaboración en el trabajo en laboratorio.
Al Laboratorio de biotecnología de la Universidad Católica Sedes Sapientiae, por las facilidades brindadas para la ejecución de la presente tesis.
A la Universidad Nacional del Centro del Perú, institución donde realice mis estudios de pregrado y que me brindó la oportunidad de realizar mis estudios de Doctorado.
Finalmente, a mis hermanos y compañeros de estudio y amigos quienes me otorgaron su ayuda para el lograr mis metas.
Índice General
Dedicatoria ... iii
Agradecimiento ... iv
Índice General... v
Índice de Tablas ... viii
Índice de Figuras ... ix
Índice de Cuadros ... x
Resumo ... xii
Introducción ... xi
CAPÍTULO I ... 16
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ... 16
1.1. Descripción de la realidad problemática ... 16
1.2 Formulación del problema ... 18
1.2.1 Problema general... 18
1.2.2 Problemas específicos ... 19
1.3 Objetivos de la investigación ... 19
1.3.1 Objetivo general ... 19
1.3.2 Objetivos específicos ... 20
1.4 Justificación de la investigación ... 20
1.5 Importancia de la investigación ... 21
1.6. Delimitación de la investigación ... 22
1.6.1. Delimitación espacial. ... 22
1.6.2. Delimitación temporal... 22
1.6.3. Delimitación Conceptual o Temática ... 22
CAPÍTULO II ... 23
MARCO TEÓRICO ... 23
2.1. Antecedentes o marco referencial ... 23
2.1.1. Antecedentes Internacionales ... 23
2.1.2. Antecedentes Nacionales: ... 25
2.1.3. Antecedentes Locales ... 27
2.2. Bases teóricas ... 29
2.2.1. Bases Filosóficas: ... 29
2.2.2. Marco conceptual de la investigación ... 29
2.3. Definición de términos básicos. ... 55
2.4. Hipótesis de Investigación ... 58
2.4.1. Hipótesis general ... 58
2.4.2. Hipótesis Específicas ... 58
2.5. Identificación y operacionalización las variables ... 59
2.5.1. Variable independiente ... 59
2.5.2. Variable dependiente ... 59
2.5.3. Operacionalización de variables: ... 61
CAPÍTULO III ... 62
DISEÑO METODOLÓGICO ... 62
3.1. Tipo y Nivel de la Investigación ... 62
3.1.1. Tipo de Investigación ... 62
3.1.2. Nivel de investigación ... 62
3.2.1. Método General ... 63
3.2.2. Método Específico ... 63
3.3. Diseño de la investigación ... 63
3.4. Población y muestra ... 64
3.4.1. Población ... 64
3.4.2. Muestra ... 64
3.5. Técnicas e instrumentos de recolección de datos ... 65
3.6. Técnicas de análisis y procesamiento de datos ... 66
CAPÍTULO IV... 67
RESULTADOS Y CONTRASTACIÓN DE HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN ... 67
4.1 Presentación, análisis e interpretación de resultados ... 67
4.1.1. Resultados del Objetivo Específico 1 ... 67
4.1.2. Resultados del Objetivo Específico 2 ... 74
4.1.3. Contrastación de Hipótesis ... 75
A. Contrastación de la Hipótesis Específica 1 ... 75
B. Contrastación de la Hipótesis Específica 2... 76
C. Contrastación de la Hipótesis Específica 3... 77
D. Contrastación de la Hipótesis Específica 4 ... 78
E. Discusión de Resultados ... 80
Conclusiones ... 85
Recomendaciones ... 87
Referencia Bibliográficas ... 88
Anexos ... 94
Índice de Tablas
TABLA Nº 01 Coliformes Totales – Evaluación inicial 67
TABLA Nº 02 Coliformes Totales - Evaluación intermedia 68
TABLA Nº 03 Coliformes Totales - Evaluación Final 69
TABLA Nº 04 Escherichia Coli - Evaluación inicial 70
TABLA Nº 05 Escherichia Coli - Evaluación intermedia 71
TABLA Nº 06 Escherichia Coli - Evaluación final 72
TABLA Nº 07 La salmonela - Evaluación inicial 73
TABLA Nº 08 Cantidad optima de micro algas para el tratamiento de las aguas residuales
TABLA Nº 09 Diferencia del pH antes y después de la remoción con 75 Microalgas Chiorella SP
TABLA Nº 10 Diferencia de la temperatura antes y después de la remoción 76 con Microalgas Chiorella SP
TABLA Nº 11 Diferencia del fósforo antes y después de la remoción con 77 Microalgas Chiorella SP
TABLA Nº 12 Diferencia del nitrógeno antes y después de la remoción con 78 Microalgas Chiorella SP
Diferencia de la capacidad de remoción bacteriana de las
TABLA Nº 13 aguas residuales por acción de las microalgas chlorella sp 79 antes y después.
74
Índice de Figuras
FIGURA 01 Río Chorobamba. 104
FIGURA 02 Desembocadura del desagüe de aguas domiciliarias del
Distrito de Oxapampa al Río Chorobamba. 105
FIGURA 03 Tubo de descarga camuflado 105
FIGURA 04 Solicitud de compra de Microalga Chlorella S.P 106
FIGURA 05 Toma de muestra de agua residual 107
FIGURA 06 Paso 1: Construcción de los Biorreactores 108 FIGURA 07 Paso 2: Construcción de los Biorreactores 109 FIGURA 08 Inmovilización de las células de La Chlorella S.P. en
alginato de sodio 110
FIGURA 09 Esferas de alginato y pesado de las mismas 110
FIGURA 18 Diagrama de flujo sobre el proceso de evaluación bacteriológico
FIGURA 19 Número más probable (NMP) para la determinación de FIGURA 20
119 120
FIGURA 21
FIGURA 22 Identificación macroscópica de acuerdo a sus características típicas de la bacteria (Escherichia Coli Sp) Prueba de emdospora, laminas portaobjetos adherida la
123
FIGURA 23 muestra son sometidas a calor por medio del equipo baño maría.
125
FIGURA 10 Lavado con agua destilada 111
FIGURA 11 Para medir la cantidad de Nitrógeno y Fosforo inicial 111 FIGURA 12 Microalga Chlorella S.P. lista para iniciar 112 FIGURA 13 Paso 1: Construcción de los biorreactores 113 FIGURA 14 Paso 2: Construcción de los biorreactores 113 FIGURA 15 Esferas de alginato y pesado de las mismas 114
FIGURA 16 Determinación de Escherichia Coli 116
FIGURA 17 Tubo Durham 117
coliformes totales (CT) en muestra de agua residual
Homogenización de tubo positivo en CT antes de realizar el proceso de aislamiento - aislamiento de la Escherichia Coli 121 Sp mediante la técnica de siembra por estría en placa
Fotografías que demuestra el aislamiento de Salmonella SP 122
Índice de Cuadros
CUADRO 01 Micro algas usadas en la depuración 38
CUADRO 02
Clasificación de los sistemas de depuración de las
51 aguas residuales
CUADRO 03 Esferas de alginato y pesado de las mismas 115 CUADRO 04 Presencia de gas en el Tubo Durham y Turbiedad en el
medio (+) 117
CUADRO 05 Presencia de gas en el Tubo Durham y Turbiedad en el
medio (+) 118
Resumen
El continuo deterioro del medio ambiente debido a la incorporación de efluentes por las actividades antropogénicas tiene un impacto negativo directo en la calidad del agua. En este sentido el objetivo de este trabajo ha sido determinar el efecto de las microalgas Chlorella sp en la remoción bacteriana de las aguas residuales domesticas del distrito de Oxapampa. Para ello se cultivaron las micro-algas por duplicado en discontinuo bajo una condición controlada de temperatura, pH, luz y, en 5 medios de ensayo. La muestra fue colectada de la desembocadura del desagüe de aguas domiciliarias del distrito de Oxapampa del río Chontabamba. Observándose que los coliformes totales en la remoción presentaron valores <3 coliformes por miliitro, en relación a las de especies ce Escherichia coli y Salmonela no se evidenciaron su crecimiento, con una inoculación de 11 g de Microalgas Chlorella sp., variando su concentración: T1 a 100%, T2 a 50%; T3 a 25%, T4 a 12.5%, T5 a 6.25%. Concluyendo que el tratamiento con microalgas Chlorella sp mejora significativamente la remoción bacteriana de aguas residuales.
Palabras clave: remoción, bacterias, aguas residuales, microalgas Chlorella sp
Abstract
The continuous deterioration of the environment due to the incorporation of effluents by anthropogenic activities has a direct negative impact on water quality.
In this sense, the objective of this work has been to determine the effect of Chlorella sp microalgae on bacterial removal from domestic wastewater in the Oxapampa district. For this, the micro-algae were cultivated in duplicate in batch under a controlled condition of temperature, pH, light and, in 5 test media. The sample was collected from the mouth of the household water drain in the Oxapampa district of the Chontabamba river. Observing that the total coliforms in the removal presented values <3 coliforms per milliiter, in relation to those of Escherichia coli and Salmonella species, their growth was not evidenced, with an inoculation of 11 g of Microalgae Chlorella sp., Varying its concentration: T1 at 100%, T2 at 50%; T3 at 25%, T4 at 12.5%, T5 at 6.25%. Concluding that the treatment with Chlorella sp microalgae significantly improves the bacterial removal of wastewater.
Keywords: removal, bacteria, wastewater, microalgae Chlorella sp
Résumé
La dégradation continue de l'environnement due à l'incorporation d'effluents par les activités anthropiques a un impact négatif direct sur la qualité de l'eau. En ce sens, l'objectif de ce travail a été de déterminer l'effet des microalgues Chlorella sp sur l'élimination des bactéries des eaux usées domestiques dans le district d'Oxapampa. Pour cela, les micro-algues ont été cultivées en double en lot dans des conditions contrôlées de température, pH, lumière et, dans 5 milieux d'essai. L'échantillon a été collecté à l'embouchure du drain des ménages dans le district d'Oxapampa de la rivière Chontabamba. Constatant que les coliformes totaux dans l'élimination présentaient des valeurs <3 coliformes par milliitre, par rapport à ceux des espèces Escherichia coli et Salmonella, leur croissance n'a pas été mise en évidence, avec une inoculation de 11 g de Microalgae Chlorella sp., En variant sa concentration: T1 à 100%, T2 à 50%; T3 à 25%, T4 à 12,5%, T5 à 6,25%. En conclusion, le traitement par microalgues Chlorella sp améliore considérablement l'élimination bactérienne des eaux usées.
Mots clés: élimination, bactéries, eaux usées, microalgues Chlorella sp
Introducción
Actualmente, el tratamiento habitual de aguas residuales afronta el desafío de reducir los excesos de nutrientes a niveles adecuados. La metodología química y física, que son los que más se utilizan a nivel de todo el mundo, son costosos, y muchas veces ineficaces, asimismo al no ser naturales, impactan considerablemente en el eco-sistema. (Mariñelarena, 2006)
Es así que, el Tratamiento Terciario Biológico (TBT) para el tratamiento de aguas residuales a través del uso de las micro algas posee ventajas por ser un método natural, eficaz y beneficioso, por motivo que la biomasa lograda al realizar el procedimiento puede ser usada para producir fertilizantes, bio combustibles, asimismo, como suplemento alimenticio en acuicultura, entre otros. (Candela, 2016). Luego, la inmovilización con matriz de alginato ha comprobado su eficacia para remover nutrientes en aguas residuales, donde entre otras ventajas se encuentra la falta de alguna reacción extrema en su preparación, su costo es bajo, la toxicidad es baja y las tasas de remoción son mayores. (Avila, 2015) Acerca de la microalgas chlorella, dicho género se aplicó al tratamiento biológico de aguas residuales, comprobando su eficacia para remover el nitrógeno, fósforo, demanda química de oxígeno y metales. (Garza, Almaguer, Rivera, &
Loredo, 2010). En ese contexto el presente estudio tiene como objetivo Determinar la capacidad de remoción bacteriana de las aguas residuales por acción de las microalgas chlorella sp. en el distrito de Oxapampa. Dividiéndose de la siguiente manera:
CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO, donde se desarrolló describió realidad problemática, se formulo el problema, objetivos de la investigación, justificación de la investigación y delimitación de la investigación.
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO, donde desarrollamos los Antecedentes o marco referencial, bases teóricas, definición de términos básicos, hipótesis de investigación e identificación y operacionalización las variables.
CAPÍTULO III DISEÑO METODOLÓGICO, donde se desarrolló el tipo y nivel de la investigación, método de investigación, diseño de la investigación, población y muestra, técnicas e instrumentos de recolección de datos y técnicas de análisis y procesamiento de datos.
CAPÍTULO IV Resultados y contrastación de hipótesis de la Investigación. Y finalmente la discusión de resultados, conclusiones, recomendaciones y referencias bibliográficas.
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1. Descripción de la realidad problemática
El aumento de la población a nivel global y la optimización del nivel de vida en ciertos países del mundo han acrecentado el consumo por persona de los recursos hídricos. Lo cual ha generado que seis millones de individuos sufran grave crisis hídrica. Si a ello le añadimos los contaminantes diarios de 02 millones de toneladas de basuras de diversos tipos en fuentes de aguas dulces, la perspectiva hídrica se va agravando más. (Avila, 2015)
Asimismo, existe contaminación de los ríos por las aguas residuales domiciliarias, tal como salen de las viviendas, conteniendo diversos contaminantes que, de no tratarse a tiempo, podrían perjudicar nuestra salud y la calidad del medioambiente en el que estamos viviendo. Los contaminantes que podemos hallar: Micro-organismos patógenos (bacterias, virus, parásitos) que generan males como la hepatitis, cólera, disentería, diarreas, entre otros. Restos orgánicos (materias fecales, papel higiénico, residuos de comidas, y detergentes) los cuales consumen el oxígeno de las aguas y producen olores desagradables. Diversos medios que contaminan como el aceite, ácidos, pinturas, veneno, los cuales van a generar alteraciones en el ciclo de vida de las entidades acuáticas. (Mariñelarena, 2006)
En América Latina, por lo menos del 20,0% de las aguas residuales reciben tratamientos adecuados, en tanto que, en nuestro país, el 70.9% de las mismas (quinientos millones de m³ anuales) no se tratan. El removimiento de nutrientes como PO4-3 y N-NO-3 (tratamientos terciarios) no es eficiente. El impacto del agua que carece de tratamientos terciarios residen en que concentraciones de nutrientes en demasía, lo cual provoca los fenómenos denominados eutrofización en el cuerpo de aguas recibidores. Así también, son difíciles de degradar los metales pesados y compuestos orgánicos. La salud y la reserva de aguas potables pueden afectarse en áreas cercanas a dichas aguas, tanto por razón de la corrupción de los entes extintos, sino por motivo de olores fétidos como resultado que el hidrógeno sulfurado se libera y el incremento de focos infecciosos. (Avila, 2015)
Acorde al censo del año Dos mil siete la población total en nuestro país era de 28.3 millones de personas, de los cuales 21.1 millones residían en áreas de la urbe; y 7,2 millones, en áreas rurales. Nuestro país se divide en veinticuatro departamentos las que se sub dividen en 196 provincias y 1,833 distritos. De los 1,833 distritos solo 1,520 reciben atención de parte de las municipalidades, en tanto que 312 se hallan bajo el ámbito de EPS que se supervisan por la SUNASS. (INEI, 2007)
Estas EPS otorgan un servicio de aguas potables y alcantarillado a un total de trescientos catorce distritos en todo el territorio peruano, y administran un total de 18.1 millones de personas. En el 2009, SUNASS inspeccionó que el organismo de aguas reutilizadas volcadas a las redes es de 786, 379.599 m3 al año, de las cuales solo el treinta y cinco por ciento es agua
Así también se ha detectado la problemática de la contaminación del río Chorobamba en la ciudad de Oxapampa, por motivos de las aguas servidas que provienen de las viviendas, ya que no se cuenta con un sistema de tratamiento adecuado. A lo que se suman las descargas, los lixiviados que resultan de las industrias lácteas, vehículos motorizados y camales, lo cual deteriora la calidad de agua y genera la pérdida progresiva de bio- diversidad acuática. (Municipalidad Provincial de Oxapampa, 2014)
Es así que, el agua ya no se puede volver a utilizar para el consumo humano ni se aprovecha en la agricultura y ganadería, y ello mengua los ingresos económicos, afectando así la calidad de vida de los pobladores. A estos fenómenos se añade la existencia de contaminantes generados por la actividad turística, pues esta deteriora la belleza de los paisajes. Y es preocupante que el Gobierno Regional de Pasco o la Municipalidad Provincial de Oxapampa no consideren en sus proyectos un estudio de factibilidad de tratamiento de estas aguas residuales. (Municipalidad Provincial de Oxapampa, 2014)
Por lo tanto, planteamos que una forma de mitigar este problema ambiental es mediante el tratamiento de las aguas residuales domiciliarias utilizando microalgas chlorella sp, para lo cual se diseñara un sistema a nivel de laboratorio.
1.2 Formulación del problema 1.2.1 Problema general
¿Cuál es el efecto de las microalgas chlorella sp en la remoción bacteriana de las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa?
1.2.2 Problemas específicos:
¿Cuál es la variación de la concentración de coliformes totales, escherichia coli y la salmonela de las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa?
¿Cuál es la dosis óptima de microalgas para el tratamiento de las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa?
¿Cuál es el efecto de las microalgas chlorella sp en la variación del pH en las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa?
¿Cuál es el efecto de las microalgas chlorella sp en la variación de la temperatura en las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa?
¿Cuál es el efecto de las microalgas chlorella sp en la variación del fósforo en las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa?
¿Cuál es el efecto de las microalgas chlorella sp en la variación del nitrógeno en las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa?
1.3 Objetivos de la investigación 1.3.1 Objetivo general
Determinar cual el efecto de las microalgas chlorella sp en la remoción bacteriana de las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa.
1.3.2 Objetivos específicos
Determinar cuál es la variación de la concentración de coliformes totales, escherichia coli y la salmonela de las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa.
Calcular cual es la dosis óptima de microalgas para el tratamiento de
las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa.
Determinar cuál es el efecto de las microalgas chlorella sp en la variación del pH en las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa.
Determinar cuál es el efecto de las microalgas chlorella sp en la variación de la temperatua en las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa
Determinar cuál es el efecto de las microalgas chlorella sp en la variación del fósforo en las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa
Determinar cuál es el efecto de las microalgas chlorella sp en la variación del nitrógeno en las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa
1.4 Justificación de la investigación
El trabajo se justifica porque logrará evaluar la capacidad de remoción microbiana de las aguas residuales domiciliarias del distrito de Oxapampa por la acción de las microalgas chlorella sp. La misma que después de obtener los resultados podrá aplicarse en la zona y de esta manera podrá solucionar un problema ambiental generado por la descarga de aguas residuales domiciliarias al río Choropampa en el distrito de Oxapampa.
Luego es conveniente económicamente debido a que los costos son mínimos pues se utilizarán microalgas chlorella sp las mismas que concluido el proceso se utilizará como fuente de alimento para cerdos u otros animales menores; el agua tratada puede ser reutilizada para otra actividad como lavado de carros, agricultura, riego de jardines o devolverla al río sin afectar la calidad de agua del mismo, contribuyendo positivamente al uso sostenible del agua.
1.5 Importancia de la investigación
La importancia reside en que desarrollar cultivos de micro algas, se muestra como una de las más óptimas opciones para remover bacterias, nutrientes no orgánicos y los metales pesados, y no solo se optimiza la calidad de los efluentes a través de mecanismos biológicos de bajos costos energéticos, sino que constituye además una fuente viable para emplear las biomasas obtenidas como alimentos, extraer componentes químicos, entre otros. De esta manera el objetivo del cultivo se puede orientar para purificar el o los efluentes, dependiendo de las necesidades que se plantean en el sistema.
De esta manera la valorización del uso de micro-algas, evidencia mejorías sustanciales en diversos aspectos: obtener efluentes de mejor una más óptima calidad en relación a la depreciación de las concentraciones de nutrientes perjudiciales para la vegetación y los animales, el amonio, nitratos y nitritos, el incremento en las concentraciones de oxígeno (procedimientos de fotosíntesis) consintiendo las descargas en estanques de agua y por ende obtener una biomasa alga sea apto para aprovecharse en diversos aspectos de la agroindustria.
1.6. Delimitación de la investigación 1.6.1. Delimitación espacial.
El ámbito donde se desarrollará la investigación será cerca al puente Villar del Distrito de Oxapampa, Región Junín.
1.6.2. Delimitación temporal.
El periodo que comprende la investigación, corresponde al período 2019.
1.6.3. Delimitación Conceptual o Temática.
La investigación comprende los conceptos relacionados a la remoción bacteriana de aguas residuales domiciliarias y las Microalgas Chlorella sp.
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes o marco referencial 2.1.1. Antecedentes Internacionales:
Bolado, y otros (2016) en la investigación Tratamiento y valorización de aguas residuales mediante microalgas. Valladolid, España. Concluyen que el tratamiento de aguas residuales ha progresado en los últimos años para el desarrollo de estructuras compactas con más óptimos consumos energéticos o que pueden resultar en una pérdida de los nutrientes que se hallan en las aguas residuales. Pues al cultivar las micro algas con objetivos energéticos vinculados a lo pertinente de tener una nueva tecnología para el tratamiento de aguas residuales medioambientalmente sustentable, ha hecho que ciertos procesos mediante micro algas sea una alternativa para hoy y el futuro mediante un enfoque económico y el oxígeno producido fotosintéticamente por las microalgas la cual se utiliza para la oxidación de las materias orgánicas y el NH4+.
Candela (2016) en la tesis Las microalgas y el tratamiento de aguas residuales: conceptos y aplicaciones. Bucaramanga, Colombia.
Concluye que el uso de micro algas como Cyanophyta y Synechocystis es muy eficaz para descontaminar aguas residuales urbanas, sobre todo en lo relacionado a la remoción de nutrientes, así como disminuir los parámetros como SST, DQO y nitrógeno, no obstante, no es mucho en el caso del fósforo. Por dichos motivos afirmamos que la Cyanophyta y la Synechocystis no remueven completamente los ortofosfatos solubles, ni los polifosfatos inorgánicos, tampoco los fosfatos orgánicos. Asimismo, se constató que las micro algas son efectivas para el proceso de tratamiento de aguas residuales, llevándose a cabo de forma anaerobia.
Por otra parte, las micro algas Chlorella sp. Y Scenedesmus sp. Son efectivas para el tratamiento de aguas residuales que provienen de las industrias pesqueras. Además, Scenedesmus sp. puede generar los nutrientes necesarios para producir biomasa algal.
Morales (2016) en la investigación Tratamiento de aguas residuales con micro algas en reactores abiertos. Almería, España. Concluye que la unión de microalgas y bacterias son oportunas para la depuración de aguas residuales, y se pueden acoplar con los sistemas actuales como tratamientos terciarios para remoción del nitrógeno y fósforo residual, así como patógenos, o los tratamientos de los lixiviados para que se evite que estos re-circulen. Asimismo, es posible garantizar la calidad de depuración y por la seguridad de las aguas tratadas. Sin embargo, aún se cuenta con retos futuros como aumenta la capacidad de los tratamientos, así como utilizar la biomasa obtenida.
Cartajena (2017) en la tesis Evaluación del uso del Micro alga Chlorella vulgaris en la remoción de materia orgánica de las aguas residuales de la
PTAR el salitre a nivel laboratorio; Bogotá, Colombia. Concluye que la microalga Chlorella vulgaris se adaptó al medio de cultivo fertilizante agrícola foliar Foliagro. Y logró la cantidad de micro alga óptima para el progreso del trabajo. Mediante los resultados logrados en el análisis de los otros parámetros físico-químicos luego del bio-tratamiento; donde las muestras que se cultivaron con micro-alga adaptada evidenciaron mejores resultados. Finalmente se halló que no existe una relación directa entre la velocidad de crecimiento en relación a la remoción de materias orgánicas y a la disminución de los otros parámetros físico- químicos.
2.1.2. Antecedentes Nacionales:
Avila (2015) en la tesis Evaluación de la remoción de nitratos y fosfatos a nivel laboratorio por microalgas libres e inmovilizadas para el Tratamiento Terciario de Aguas Residuales Municipales; Lima, Perú.
Concluye que las cepas uni-algales de diversas especies separadas de los afluentes de las Plantas donde se tratan aguas residuales pertenecen a la Chlorella sp. y Chlamydomonas sp. (Chlorophyta), se acomodaron de manera correcta a las condiciones de laboratorio previo a la experimentación. Todo cultivo libre se incrementó en los efluentes de la Planta para tratar aguas residuales, empero su propulsión de progresión fue lenta (chlorella sp. libre, r=0.51±0.08/días; Chlamydomonas sp. libre, r=2.11±0.47/días) a diferencia de lo que presentó el medio basal bold.
Vásquez & Zavaleta (2017) en su trabajo de investigación Crecimiento poblacional y contenido de lípidos del micro-alga Scenedesmus acutus cultivada con diferentes concentraciones de aguas residuales
municipales en condiciones de laboratorio; Nuevo Chimbote, Perú.
Concluye que, el incremento poblacional (p<0.05) de Scenedesmus acutus se logró en el 5to. día en los procedimientos de 50,75 y 90% con 20.56 x 106 células. La mayor tasa de incremento de población (p<0,05) de Scenedesmus acutus logró el tratamiento de 75% y 90% con 0.467 día- 1 y 0,479 día-1 proporcionalmente; El periodo más extenso para que se duplique la población (p<0,05) de Scenedesmus acutus se lograron en el día 5to. con el proceso de 25% con 1,809.
Tantte (2018) en la tesis Evaluación de la capacidad depuradora de Chlorella vulgaris Beyerinck inmovilizada en alginato para el tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Huaura-Lima; Huacho, Perú.
Concluye que la cepa de la microalga Chlorella vulgaris lograda de la Universidad Ricardo Palma incrementó su densidad en medio de solución hidropónica “La Molina” a partir de concentraciones de 1,5x105 cel/ml a 1,4x107 cel/ml en 15 días, evidenciando un incremento óptimo. Las muestras de agua que se analizaron del río Huaura, se muestran contaminados de Plomo (Pb), 3. La micro-alga Chlorella vulgaris que se inmovilizó en alginato manifestó una remoción de plomo media de 57,1por ciento, logrando el más alto porcentaje en el tratamiento 2 por ciento con un 66 por ciento y los tratamientos menores en el 1 con un 47por ciento.
Por otra parte, de acuerdo al autor la cantidad óptima de micro algas para el tratamiento de las aguas residuales, con alginato es de 11 gramos.
López (2019) en la tesis Evaluación de dos especies de micro algas para determinar la eficiencia de remoción de nutrientes de aguas
residuales de la PTAR Taboada del Callao, Perú; Lima, Perú. Concluye que las dos especies de micro-algas (Chlorella sp. y Desmodesmus sp.), obtuvieron óptimos resultados para la remoción de los nutrientes.
Además, de un óptimo crecimiento, al mezclarse con las muestras de agua residual de la PTAR Taboada, durante esta fase las micro-algas se conservaron con una tendencia similar, sin variaciones y un aumento de densidad celular. Es así que, los cultivos de micro-algas y de aguas residuales puras con oxígeno y en estado anóxico consiguieron buenos resultados al realizar la remoción, sobresaliendo para nitratos el valor obtenido por los tratamientos con las micro-algas Desmodesmus sp. (96,5
± 8,91 %) y el tratamiento con la micro-alga Chlorella sp. (95,0 ± 8,0 %), continuando por el Control de las microalgas Chlorella sp. (94,2 ± 7,4 %) y los tratamientos de las aguas residuales con oxígeno (87,9 ± 5,0 %), Por otra parte, para remover los fosfatos los cultivos que tenían una mayor eficacia fueron los tratamientos con las microalgas Desmodesmus sp.
(88.3 ± 4.29 %), continuando por el control de las microalgas Desmodesmus sp. (81.7 ± 0.7 %), los tratamientos de aguas residuales con oxígeno (75.2 ± 1,4 %) y finalizamos con el tratamiento con las microalgas Chlorella sp. (69.3 ± 2.8 %).
2.1.3. Antecedentes Locales
Dionicio & Rojas (2017) en la tesis Remoción de nitrógeno total empleando la micro alga Chlamydomona Reinhardtii en el efluente de un camal avícola; Huancayo, Perú. Concluye que, en la caracterización del efluente del camal avícola se encontró que el nitrógeno total logra una concentración de 130,2 ppm, a una temperatura de 16.5 °C y a un PH
7.8, este valor sobrepasa los límites máximos permisibles en 50 ppm determinados por MINAM, originando problemas de eutrofización y alteración del eco-sistema de los medios acuáticos. Las condiciones que hacen posible el desarrollo de la micro alga Chlamydomona reinhardtii en el cultivo líquido entiende una temperatura de 20°C, un pH 8 y un medio de cultivo JI, con los cuales se consigue una concentración de 2 ppm, llegando en 12 días a la etapa estacionaria en el aumento de las micro algas, logrando un mejor crecimiento celular. Es así que, a estas condiciones se logra obtener un elevado porcentaje de remoción de nitrógeno total por motivo que el metabolismo de las micro-algas contribuye a la proliferación micro-algal.
Chulle & Villalobos (2016) en la tesis Remoción de metales pesados (mercurio y plomo) de soluciones acuosas sintéticas a diferentes concentraciones utilizando la micro alga dulceacuícola Scenedesmus acutus; Lambayeque, Perú. Concluye que Scenedesmus acutus, consiguió porcentajes de remoción los cuales estuvieron comprendidos entre 93,00% y 87,60% máxima y mínima remoción, para los tratamientos cuya concentración fue 5, 10, 15, 20, 30 mg/L. La concentración más baja de plomo (5 mg/L) no influyó en el aumento celular de Scenedesmus acutus, asimismo, la concentración de 10 mg/L influyó de manera positiva en su aumento celular. Sin embargo, las otras concentraciones de ambos metales (plomo y mercurio) generaron una evidente disminución.
Scenedesmus cutus evidenció ser un buen bio remediador de mercurio y plomo ya que se obtuvieron resultados de remoción de hasta 93,00% para mercurio y 97,68% para plomo.
2.2. Bases teóricas
2.2.1. Bases Filosóficas:
Debido a lo complejo del vínculo medio ambiente- sociedad, la investigación se va a desarrollar a través de una perspectiva emergente basada en el precepto del desarrollo sostenible el cual se propuso por la ONU que hacen referencia al uso con responsabilidad del recurso natural, el equilibrio general del desarrollo en la sociedad, así como prevenir la contaminación. El vínculo de la comunidad con el medio ambiente, en la que los seres humanos se conforman como mediadores centrales, necesita de un fundamento dialéctico, y peculiarmente, de una postura monista en la que las personas son consideradas parte de la naturaleza.
No obstante, la persona no entiende la valía de los beneficios que brindan los recursos de la naturaleza; por motivo del diseño económico que acogen los Estados el cual se basa en explotar indiscriminadamente los recursos naturales, así como evidenciar una gestión ineficaz de los recursos hídricos. (Organización de Naciones Unidas)
2.2.2. Marco conceptual de la investigación
2.2.2.2. Tratamiento con micro algas Chlorella sp.
A. Definición de Microalga
Al hablar de un alga unicelular podemos señalar que se trata de un organismo simple, el cual está presente en todo ecosistema terrestre, pueden distinguirse en eucariotas (Clorophytas) o procariotas (Cianobacterias) y poseen la capacidad de efectuar fotosíntesis, y existen más de cincuenta mil variedades de algas.
Asimismo, existe un interés industrial en estos organismos por motivo del uso de diferentes cepas de algas a partir de las que se han llevado a cabo el tratamiento de aguas residuales con el objetivo de que se reduzca la cantidad de los compuestos nitrogenados, metales pesados y demanda química de oxigeno (Wang, Min, Li, & Chen, 2009). Por otra parte, podemos indicar que las microalgas son agrupaciones de micro-organismos mayormente filamentosos, fotosintéticos, unicelulares, que conforman cenobios, cadenas o colonias. Tienen presencia en aguas saladas, aguas dulces o en los suelos. Los conjuntos que las forman evidencian individuos con una notable similitud morfológica, las que nacen como una respuesta adaptativa convergente al área física en la cual viven: muy variado y determinado por diferentes variables de temperatura, luz y nutrientes que se modifican por las turbulencias de las aguas. Se suponen responsables de los materiales orgánicos que se hallan en los ecosistemas acuáticos, así como el 40 por ciento de la fotosíntesis del total del mundo. (Margaret, 1993) A.1 Condiciones para el crecimiento de las Micro algas
La condición óptima relacionada a la intensidad, temperatura, luz, nutrientes, sal, y pH para cultivar micro-algas, cambian de manera amplia de un género a otro, estas medidas fisicoquímicas, se han determinado en laboratorio y aportan a entender las mejores condiciones para que se desarrollen de las diversas especies que
se cultivan. En la actualidad acerca del comercio de microalgas en nuestro país, el cultivo masivo de microalgas al exterior y los fotobiorreactores tienen más relevancia para producir algún compuesto químico de alta pureza, como son: bio-combustibles, bio-fertilizantes, intercambiadores carotenos e iónicos; asimismo, para tratar aguas residuales, obtener determinados compuestos terapéuticos y para consumo humano y animal.
A.2 La Luz:
Una micro alga como organismo fotosintetisador autótrofo, dependen de la luz para desarrollar y producir materia orgánica.
Las respuestas fotosintéticas a la energía de la luz esta caracterizada por respuestas lineales bajas al aumento en la irradiación, hasta que llega a su más alta capacidad de fotosíntesis, donde el conjunto de células es independiente de las irradiaciones.
Bajo alguna condición estable (al no moverse) las células pueden aclimatarse a un grado de irradiación, logrado en base a dichas condiciones. En células que se aclimataron a baja irradiación, las concentraciones de siete clorofilas se incrementan para lograr conseguir la energía de luz pertinente para que se continúe con el procedimiento fotosintético. (Macintyre, 2002)
A.3. Nutrientes:
En base a los nutrientes que se emplearon, las microalgas pueden clasificarse en heterótrofas, autótrolas o mixotróficas. Es
relevante aclarar la falta de nutrientes genera en la microalga un incremento de lípidos en tanto que exista iluminación y C02 favorables. Los más importantes nutrientes minerales que las microalgas aprovechan del medio ambiente y requieren para desarrollarse son: Carbono, donde la microalga autótrofa puede utilizar como fuente de carbono el C02 el cual está presente en la atmósfera o en gases de escape, y asimismo los iones bicarbonato (HCQ3-) a través de la enzima anhidrasa carbónica. Tienen la capacidad de tolerar hasta unas ciento cincuenta mil ppmv de C02 en aire de media, sin embargo, existen especies de microalgas como Chlorel/a, que demostraron que pueden tolerar hasta cuatrocientos mil ppmv. Al proveer a las microalgas de carbonato, se realiza por lo general en forma de Na2C03 y NaHC03. Los compuestos orgánicos brindan para las microalgas heterótrofas tanto la energía como fuentes de carbono. (Rodolfi, 2009)
A.4. pH:
El pH del medio ambiente incide en las especies de la equidad química del C02, y, por tanto, en la basicidad del medio, como en la manera química en que se hallan determinados micro- nutrientes y nutrientes importantes. Cada una de las especies de microalgas poseen un rango de pH en el que su desarrollo es favorable, pendiendo de qué géneros químicos estén más habituadas a asimilar. El pH en la mayor parte de cultivos de
microalgas se halla entre siete y nueve, con una media entre 8,2- 8,7. El procedimiento fotosintético de fijación de C02 estimula un incremento progresivo de pH en el medio por motivo que se acumula el OH-, lo que podría generar que se elimine el nitrógeno en forma de amoniaco. (Richmon, 2004)
A.5. Oxígeno:
Los niveles de oxígeno disueltos es una medida que debe ser controlada al cultivar las microalgas, por motivo de que una elevada concentración de oxígeno disuelto puede impedir que el carbono se fije por parte del enzima RuBisCo. Dicha inhibición se ve beneficiada por una carencia de C02 y por la elevada temperatura e iluminación. Diversos géneros de microalgas no poseen la capacidad de vivir en un medio sobre-saturado de oxígeno más de dos o tres horas. Los niveles de saturación varían y son para determinadas especies el 120 por ciento de saturación en el aire en tanto que para otras especies el 200 por ciento. Asimismo, en un cultivo de elevada densidad, la generación fotosintética de oxígeno podría tener hasta los cuarenta mg/L, de manera que con una irradiación conveniente podrían llegar a tener un desarrollo libre de radicales de oxígeno. Dichos radicales son dañinos para las células y generarían perjuicios en sus membranas. (Richmon, 2004) A.6. Temperatura:
En el desarrollo de las microalgas, la temperatura es un elemento relevante que debe tomarse en cuenta, por motivo que incide en un coeficiente de velocidad de la reacción biosintética. La relación entre temperatura y velocidad de crecimiento incrementa de manera exponencial hasta lograr la temperatura óptima. A pesar de que diversas microalgas son capaces de crecer en un rango extenso de temperaturas, como la especie Chlorella que puede crecer entre 5 y 42°C, todas estas presentan un rango fuera del cual se ven inhibidas y aún mueren. (Richmon, 2004)
B. Principales sistemas de Cultivos de Micro algas:
Las microalgas pueden cultivarse de forma foto-autótrofa, foto- heterótrofa, heterótrofa o en contextos de mixotrofia.
De acuerdo a Brenan & Owende (2010) la producción foto- autótrofa es en la actualidad la única forma de producción de microalgas a gran escala lo cual es rentable a nivel económico y viable a nivel técnico en la situación de que no exista generación de energía. En relación a un sistema de cultivo, los mismos pueden clasificarse, de acuerdo a como se configuran y de acuerdo al tipo de funcionamiento en:
B.1. Sistemas de cultivos abiertos:
Los sistemas de cultivo abiertos se han empleado desde los años cincuenta para producir y comercializar microalgas estas pueden clasificarse en aguas superficiales naturales, como un estanque,
una laguna o lagos, y estanques que se arman de manera artificial.
Un sistema artificial presenta diversos arquetipos: con inclinación (de capas finas), de forma circular y los de mayor extensión son los estanques de carrusel o canales (raceway ponds) y los mismos por lo general son canales de hormigón de forma ovalada poca profunda en forma de circuito cerrado, donde los cultivos son recirculados y mezclados para beneficiar la estabilidad del desarrollo y el rendimiento de las microalgas. Herramientas como rodetes, hélices, un inyector de aire, para que se evite así las sedimentaciones, por motivo de la poca hondura de los canales, la propagación desde la atmósfera hace factible a las algas lograr el C02 preciso para su desarrollo. Sin embargo, pueden instalarse difusores al fondo del estanque y reflectores de luz para que se incremente lo profundo de estos. Otros sistemas de cultivos abiertos son "piscinas con inclinación" en las que las turbulencias son generadas por la misma gravedad. La manera de lograr conservar un mono-cultivo en estos sistemas es a través de la supervisión de la condición ambiental, de forma tal que las mismas asuman valores extremos, lo que es factible en los cultivos de microalgas extremófilas, empero no con otro tipo de microalgas. Es así que Chlorella, Dualilla salina y Spirulina evidencian esta elección, a través de la supervisión de un elevado nivel de nutrientes, un alto porcentaje de sal y una alta alcalinidad respectivamente. (Lee, 2001)
Un sistema cerrado de cultivos de algas nace para dar solución el problema del sistema de cultivo abierto. Estos son sistemas que generan costos más elevados, empero pueden suplir las insuficiencias de un sistema tradicional. Un sistema cerrado se halla en un aislamiento total con el ámbito externo y, por ende, sin contactos directos con la atmósfera. Al existir este aislamiento la contaminación es cero (0), y se puede controlar mejor la condición de cultivos y, en general, una mayor productividad. (Lee, 2001) C. Principales especies de micro algas usadas.
Actualmente, se cuenta con diferentes investigaciones publicadas y experimentaciones efectuadas para realizar el cálculo del rendimiento de la eliminación de metales pesados a través de diversos géneros de microalgas, la tasa para remover los contaminantes de las aguas y la subsiguiente generación de energía con un valor elevado como materia primaria para generar biocombustible u para otros usos. (Lee, 2001)
C.1 Micro algas usadas en depuración de aguas residuales.
Una descripción iniciales acerca del empleo de algas para tratar aguas residuales data del año mil novecientos cincuenta y siete, debido a Oswald, en su trabajo de investigación Fotosíntesis en el tratamiento de aguas residuales, donde puede describir una estructura de tratamientos a través de lagunaje. Las algas ganaron atención a partir de ese entonces por motivo de su
potencial eliminación de nutrientes de las aguas residuales de las urbes. Se desarrollaron mono-cultivos y cultivos de diversas especies en aguas residuales reales, así como artificiales, de manera que investigaciones simultáneas sobre una amplia cantidad de géneros de microalgas concluyen que éstas son capaces para eliminar diversos contaminantes en aguas residuales y que la eficiencia del procedimiento es bastante prometedor. Los resultados evidencian el porcentaje de en qué se eliminan los desechos alcanzando el 100% en determinadas oportunidades, cambiando en relación de la condición de operación, la especie empleada y las particularidades de las aguas residuales. Algunas de las especies investigadas son Chlorella Q, Botrvococcus, Phormidium. Chlamvdomonas. Scenedesmus obliquus, Spirulina platenses. (Hernández & OE- Bashan, 2006)
Cuadro 1. Micro algas usadas en la depuración
Fuente: (Hernández & OE-Bashan, 2006)
C.2. El Género de Micro algas Chlorella
El nombre Chlorella viene del griego Chloros, y su significado es verde, y del latín ella, que quiere decir cosa pequeña, y fue descubierta y denominada por el holandés M.W. Beyerinck en 1890. Las microalgas Chlorella son microalgas verdes, unicelulares, de aguas dulces, de forma esférica, de dos a diez mieras de diámetro, halladas también en agua marina, salobres, rocas, lagos y pantanos por todo el planeta, evidencia una elevada concentración de clorofila, por lo que su capacidad de fotosíntesis es más significativa que la de otras plantas de tierra y además se puede dividir en 04 células cada veinte horas (Hu, Sommerfeld, &
Jarvis, 2008)
C.3. Tratamiento de aguas residuales con Chlorella sp.
Chlorella sp., es un alga pequeñísima, extensamente se distribuye en el agua marina, con el objetivo de advertir su actuación en cultivos por lote. El diseño experimental observó obtener la energía de las microalgas, usando un medio dispuesto con sal inorgánica.
Se obtuvieron datos acerca de la reproducción de los ensayos que se llevaron a cabo, instituyendo que se trata de microorganismos que se propagan. Dichos resultados asimismo posibilitan que las microalgas se apliquen a diversas maniobras para remover elementos nocivos con presencia en los eco- sistemas. Los cultivos por lotes resultan adecuados para obtener
la biomasa de Chlorella sp advirtiéndose un acoplamiento lineal para los cambios debido al crecimiento. (Infante, y otros, 2011).
Asimismo, la Chlorella sp., es un alga verde que tiene forma elipsoidal, la cual va a crecer en formas de células simples.
Pertenece a la división Chlorophyta y a la clase de las Chlorophyceae. Se ha cultivado intensivamente con objetivos de alimentación y logro de metabolitos. El sistema por lotes es el que más se utiliza porque el riesgo de contaminación es bajo y también es fácil de implementar. Este género de microalgas se aplicó al tratamiento orgánico de aguas residuales, y se probó su efectividad para remover fósforo, nitrógeno, demandas químicas de oxígeno y metales. (Garza, Almaguer, Rivera, & Loredo, 2010) Para los procesos de inmovilización con microalgas Chlorella sp, para el posterior uso de de remoción bactereologia en aguas residuales de acuerdo a Ávila, Laos, & Verano (2018) se efectuó de la siguiente manera las cepas de Chlorella sp.
o Chlamydomonas sp. en MBB (15 ml) se mezclaron con 60 ml de una solución de alginato de sodio (Solegraells) al 4.0%
anteriormente esterilizada en auto-clave. Continuando, 2,1 mL de la mezcla fue añadida a placas Petri de 15 x 100 mm estériles y se asimismo se agregó una solución al 2.0% de CaCl para su gelificación durante dos horas y media.
2.2.2.3. Remoción Bacteriológica de aguas residuales Definición:
La OMS (2019) en sus Guías acerca de la calidad del agua potable, la Directiva 98/83/CE1 y otras normativas de orden internacional, constituyen o sugieren requerimientos de calidad para las aguas que serán consumidas por las poblaciones. Generalmente las normativas establecen que el agua es apropiada a nivel bacteriológico para ser consumida si se halla libre de micro- organismos patógenos de procedencia entérica y parasitaria intestinal. Ellos pueden transmitir males como salmonelosis, shigelosis, colera, amebiasis, otras variaciones a nivel gastrointestinal; giardiasis, cristosporidiosis, esquistosomiasis, malestares hepáticos a través del virus de hepatitis, entre otros.
Por tanto, la remoción bactereológica consiste en mover o quitar los microorganismos patógenos de origen entérico y parasitario intestinal, del agua a través de diversos tratamientos, para la presente investigación a través de Microalgas Chlorella sp.
A. Aguas residuales:
“Las aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del sistema de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido modificadas por diversos usos en actividades domésticas, industriales y comunitarias.” (Mara, 1976)
Asimismo, la ONU (2009) define aguas residuales como: Aguas que no poseen un valor contiguo para los propósitos por los que se produjeron, por motivo a su cantidad y calidad en el tiempo en que se dispone de la misma y se tiene conocimiento de 02 tipos:
aguas industriales y aguas domésticas.
De acuerdo a su origen, las aguas residuales son el resultado de combinar líquidos y residuos sólidos trasladados por el agua que procede de domicilios, oficinas, edificios de comercios y otras organizaciones, junto con los restos o desechos de las industrias y de labores de agricultura, así como del agua subterránea, superficial o de precipitaciones que asimismo se pueden agregar de manera eventual a las aguas residuales. (Mendonça , 1987) SUNASS (2014) señala que las aguas residuales se pueden clasificar en:
Domésticas:
Industriales:
Municipales
Las aguas residuales domésticas
Se trata de aguas residuales generadas por las labores humanas vinculadas al consumo de aguas potables: lavar los utensilios, ducharse, uso de servicios higiénicos, entre otros. (Díaz &
Caballero, 2015)
Las aguas residuales industriales
Son aguas que son el resultado de desarrollar un procedimiento para producción, comprendiéndose a las que provienen de las actividades mineras, de agricultura, energéticas, agroindustriales, entre otras. (SUNASS, 2014).
Asimismo, podemos señalar que son aguas que fueron usadas en procedimientos industriales y que recibieron sub productos que contaminan como resultado de dichos usos. Su calidad es bastante variable y se necesita de un estudio propio para cada industria.
(Mendonça , 1987)
A. Aguas residuales municipales
Se trata de aguas residuales domésticas que se pueden haber mezclado con aguas de drenajes pluviales o con aguas industriales que se trataron anticipadamente, para admitirse en las estructuras de alcantarillado de tipos combinados. (SUNASS, 2014)
A.1. Tipos de Contaminantes en aguas residuales
Contaminante Sustancias químicas
Las aguas servidas se conforman por un 99.0% de agua y un 1%
de sólidos en solución y suspensión. Estos sólidos se clasifican en
inorgánicos y orgánicos. Los sólidos inorgánicos se conforman preponderantemente por fósforo, nitrógeno, cloruro, sulfato, carbonato, bicarbonato y determinados elementos tóxicos como arsénicos, cianuros, cadmios, cromo, cobre, plomo, mercurio y zinc.
Los sólidos orgánicos pueden clasificarse en no nitrogenados y nitrogenados. Los nitrogenados, es decir, aquellos que contienen nitrógeno en sus moléculas, son proteína, urea, amina y aminoácidos. Los no nitrogenados son básicamente celulosas, grasa y jabón. Cationes y aniones inorgánicos y compuestos orgánicos. (Díaz & Caballero, 2015)
Características Bacteriológicas
Uno de los motivos de mayor relevancia para tratar las aguas servidas o residuales consiste en eliminar todo agente patógeno de origen humano presente en las Tesis “Simulación de una planta de tratamiento de aguas residuales en la ciudad de Iquitos y su análisis técnico, económico y ambiental mediante el uso de excretas con el propósito de evitar una contaminación biológica al cortar el ciclo epidemiológico de transmisión. Éstos son, entre otros:
Coliformes totales Coliformes fecales Salmonellas Virus. (Díaz &
Caballero, 2015)
B. Parámetros de calidad del agua
B.1. Parámetros de la calidad física del agua
Los parámetros físicos permiten determinar cualitativamente el
Temperatura (T)
La temperatura es una medida del grado de calor de un cuerpo, se expresa en unidades de grado centígrado (°C) y se mide con un termómetro de mercurio o digital. El agua hidrotermal y geotérmica de los pozos profundos tienen temperaturas elevadas:
entre 40 y 96 °C; y superior a los 100 °C, respectivamente. A descarga de estas aguas en las nacientes superficiales puede causar daño a la flora y fauna acuática, así como favorecer reacciones químicas secundarias, reducir los niveles de oxígeno y acelerar el crecimiento de bacterias (OMS, 1998)
Potencial de hidrógeno (pH)
El pH es una medida del contenido de ión hidrógeno en medio acuoso. Las aguas que poseen un valor de pH superior a siete son alcalinas, y si es inferior son ácidas. El agua de los ríos que no está afectada por la contaminación presenta un pH entre 6,5 y 8,5, dentro del cual los organismos acuáticos capturan y liberan dióxido de carbono durante la fotosíntesis y respiración, respectivamente. (Hem, 1985)
B.2. Color verdadero
Existen dos tipos de color: el verdadero y aparente. El primero es el que se debe a las sustancias disueltas una vez eliminada la turbiedad. El segundo es el que resulta de las sustancias disueltas como por ejemplo las materias en suspensión. Se miden en unidades de platino cobalto (U-Pt-Co), basadas en 1 mg/L de Pt.
Pueden deberse a la presencia de materias orgánicas coloreadas o de minerales como el hierro (OMS, 1998). Los colores reales aparentes son aproximadamente idénticos en el agua clara y en las aguas de turbidez muy débil.
B.3. Turbiedad (Turb.)
La turbiedad es una medida de la cantidad de materia en suspensión que interfiera con el paso de un haz de luz a través del agua. Se expresa en unidades de nefelométricas de turbiedad (UNT) y se mide en un turbidímetro (Organización Mundial de la Salud, 1998)
B.4. Conductividad eléctrica (CE)
La conductividad es una medida de la actividad eléctrica de los iones en una disolución. Se expresa en unidades de microsiemen por centímetro (µS/cm) y se mide con un conductímetro La conductividad de las aguas geotérmicas es elevada (superior a 10 000 µS/cm, cuadro 2), en contraste con la de las nacientes que es baja (entre 39 y 294 µS/cm). Este parámetro es un indicador de alguna filtración o descarga de aguas geotérmicas en manantiales superficiales. (Tassi, Vaselli, Capaccioni, & Giolito, 2005)
B.5. Sólidos disueltos totales (SDT)
Los SDT es una medida de cantidad de sólidos después de ser evaporado la fase acuosa a una temperatura superior a 100 °C. Se determinan por medio de la gravimetría. En el agua para
consumo humano, la mayoría de la materia orgánica se encuentra en forma de sólidos disueltos y consiste en sales y gases disueltos.
Los iones predominantes son el bicarbonato, cloruro, sulfato, nitrato, sodio, potasio, calcio y magnesio. Estas sustancias influyen sobre otras características del agua, tales como el sabor, dureza y tendencia a la incrustación. (OMS, 1998)
C. Parámetros de calidad bacteriológica del agua
El agua destinada al consumo humano y uso doméstico debe estar libre de patógenos. La mayor parte de las enfermedades transmitidas a través del agua tienen su origen en la ingestión de agua contaminada por microorganismos de origen fecal y por lo tanto producen cuadros diarréicos en las personas. Existen muchas fuentes de contaminación, dentro de las más comunes se encuentra la ingestión de alimentos o agua contaminada con heces que provienen del tracto gastrointestinal del hombre y otros animales de sangre caliente. Los principales indicadores para la evaluación de la calidad bacteriológica del agua son los coliformes fecales y la bacteria Escherichia coli, ambos provienen de las heces de origen humano y animal. (Henry & Heinke, 1999)
C.1. Coliformes fecales (CF)
Los coliformes fecales son un subgrupo de bacterias entéricas, que fermentan la lactosa a altas temperaturas de incubación (44,5
°C), por lo que también se les conocen como coliformes termotolerantes y Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae,
Citrobacter freundii y Enterobacter sp. (Eaton, Clesceri, Rice, &
Greenberg, 2005)
Las bacterias coliformes fecales se localizan naturalmente en el aparato digestivo del hombre y de animales de sangre caliente;
por lo tanto, se encuentran en las heces de estos orígenes, pero también algunas pueden hallarse en el ambiente. Las bacterias más frecuentes en las aguas contaminadas son los coliformes fecales. (Ongley, 1997)
Las enfermedades de transmisión hídrica son causadas por bacterias, virus y parásitos (protozoarios y helmintos) que se encuentran en las heces de los individuos infectados y de ahí son las fuentes de contaminación del agua. Se controlan los niveles de coliformes fecales debido a la correlación que existe entre estos y las bacterias patógenas (Cortés, 2003)
C.2. Escherichia coli (E.Coli)
Por su especificidad, está considerada como un buen índice de contaminación fecal reciente, la cual está relacionada con las descargas de aguas residuales domésticas por lo que su detección implica investigar las fuentes potenciales o el sistema de distribución. Se considera el índice de contaminación fecal más adecuado.
C.3. Salmonella
Son bacterias gram negativas, aeróbicas facultativas, también pertenecientes a la familia Enterobacteriaceae y relacionadas con Escherichia coli, Shigella spp. y otras bacterias entéricas. Estas bacterias pueden causar diferentes cuadros clínicos, como fiebre tifoidea y salmonelosis, que son enfermedades gastrointestinales transmitidas por los alimentos. Normalmente habitan en el intestino de algunos animales y pueden encontrarse en las aguas residuales. El ser humano puede ingerir alimentos contaminados por parte de los manipuladores de alimentos (contaminación cruzada) o contaminarse de productos de origen animal, como los pollos y el ganado que pueden ser portadores de salmonellas, las cuales pueden pasar a los alimentos frescos tales como la leche, los huevos y productos derivados como natillas, lácticos y aquellos que incluyen huevos sin cocinar como la mayonesa. Otros alimentos comúnmente implicados en los brotes de salmonela son las carnes y los productos cárnicos como pasteles de carne y salchichas curadas, pero no cocinadas (Mandigan, Martinko, &
Parker, 2004)
C.4. Contaminación en agua por exceso de nitrógeno y fósforo
El Nitrógeno es el elemento más abundante en el aire y junto al fósforo constituyen los nutrientes naturales presentes en los ecosistemas acuáticos; ayudando al crecimiento de algas y
plantas, que brindan alimento y un hábitat a peces, moluscos y otros organismos.
Sin embargo, cuando demasiado nitrógeno y fósforo ingresan a un medio, generalmente provenientes de diversas actividades humanas el aire, el agua y el suelo pueden contaminarse. (De Cárcamo, 2017)
El exceso de nitrógeno y fósforo en el agua hace que Algas crezcan rápido. Estas proliferaciones son llamadas florecimientos. Su aumento significativo deteriora la calidad del agua, los alimentos, los hábitats, y reduce el oxígeno que los peces y otras especies acuáticas necesitan para vivir. Además, las floraciones de algas y la vegetación enraizada deterioraron los usos recreativos. El agua subterránea, los lagos y ríos son fuentes de abastecimiento de agua potable, puede ser nociva si está contaminado por nutrientes, incluso si la contaminación es leve. El nitrato, un compuesto que se encuentra en los fertilizantes, a menudo contamina el agua potable en las zonas agrícolas. Los altos niveles de nitratos también causan problemas en las fuentes de agua potable. Los lactantes son vulnerables a los nitratos, (De Cárcamo, 2017)
Por tanto, otras consecuencias de dichos excesos son:
• Los nitratos y las proliferaciones de algas en las fuentes de agua potable pueden aumentar drásticamente los costos de tratamiento.
• La industria del turismo tiene pérdidas en las actividades pesqueras y de navegación, como resultado de cuerpos de agua que han sido afectados por la contaminación de nutrientes y la proliferación de algas dañinas.
• La contaminación de nutrientes en el aire también puede afectar la visibilidad en los destinos al aire libre populares como parques nacionales. Este tipo de contaminación también puede dañar los edificios y otras estructuras, especialmente las de mármol y piedra caliza.
• Las industrias pesqueras y de mariscos se ven afectadas por la proliferación de algas dañinas que matan a los peces y contaminan a los peces.
• Pérdidas inmobiliarias: El agua limpia puede elevar el valor de una casa. Los valores de propiedad frente al agua pueden disminuir debido a la visión desagradable y el olor de las floraciones de algas.
(De Cárcamo, 2017)
D. Sistemas de depuración de las aguas residuales.
Ramalho (1991) Indica que el tratamiento de las aguas residuales incorpora procesos físicos, químicos y biológicos los cuales tratan y remueven contaminantes producidos por la actividad diaria del hombre en el uso cotidiano del agua. El objetivo del tratamiento es producir agua residual limpia con el propósito de ser reutilizada o de ser descargada a cuerpos de aguas sin afectar el
medioambiente. Como ya se dijo, las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e industriales; las aguas residuales pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual se generan o también, recogidas y llevadas mediante una red de alcantarillado hasta una planta de tratamiento de agua; en la actualidad la clasificación que se puede dar a los procesos de depuración de aguas residuales es:
Cuadro 2. Clasificación de los sistemas de depuración de las aguas residuales.
Fuente. (Ramalho, 1991)
Sin embargo, los tratamientos típicamente conocidos son:
Tratamiento primario.
Tratamiento secundario. Tratamiento terciario.
