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Tratamiento biológico y microbiano

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Gerardo Revilla

on 21 October 2015

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Transcript of Tratamiento biológico y microbiano

Tratamiento biológico y microbiano de aguas residuales
Objetivo
Los objetivos del tratamiento biológico son tres:
1º Reducir el contenido en materia orgánica de las aguas.
2º Reducir su contenido en nutrientes.
3º) eliminar los patógenos y parásitos.
Tratamiento anaerobio
Consiste en una serie de procesos microbiológicos, dentro de un recipiente hermético, dirigidos a la digestión de la materia orgánica con producción de metano. Es un proceso en el que pueden intervenir diferentes tipos de microorganismos pero que está dirigido principalmente por bacterias. Se utilizan bacterias anaeróbicas que crecen en un medio granular sin la necesidad de utilizar soportes y permiten eliminar la DQO convirtiéndola en biogas (metano + dióxido de carbono).
Proceso microbiano
Teniendo en cuenta que en algunos casos, los tratamientos de fangos activos actuales se han mostrado insuficientes para la eliminación de nutrientes y microorganismos patógenos, se hace necesario buscar soluciones alternativas que permitan cumplir con los límites actuales y futuros de vertido y calidad de las agua. Se necesitan procesos flexibles en cuanto a variaciones en la carga, bajas producciones de fangos y mínimos requerimientos de superficie.
Aplicaciones en la industria textil
La industria textil genera una gran cantidad de desechos químicos, principalmente colorantes. Estos compuestos generalmente son recalcitrantes (firme en su comportamiento) y muestran una cinética de degradación lenta por procesos biológicos o químicos convencionales, produciendo un gran impacto ambiental negativo al ser desechados sin un tratamiento correcto.
El gasto de agua en una empresa mediana es aproximadamente de doscientos mil litros de agua al día. Los colorantes de tipo azo, antraquinona y el índigo, son los principales cromóforos encontrados en el comercio de colorantes y se emplean en procesos textiles, debido a que están hechos para unirse a la mayoría de fibras textiles sintéticas y naturales. Contienen varios sustitutos tales como grupos sulfónicos y nitro. Generalmente los colorantes de origen sintético tienen estructuras moleculares aromáticas complejas, esto los hace estables y más difíciles de ser biodegradables.
Image by goodtextures: http://fav.me/d2he3r8
Tratamiento aerobio
Podemos definir los “Procesos Biológicos de Depuración Aerobia”, como aquellos realizados por determinado grupo de microorganismos (principalmente bacterias y protozoos) que en presencia de Oxígeno, actúan sobre la materia orgánica e inorgánica disuelta, suspendida y coloidal existente en el agua residual, transformándola en gases y materia celular, que puede separarse fácilmente mediante sedimentación.
El tratamiento aerobio convierte la materia orgánica en dióxido de carbono, biomasa (lodo) y agua, con ayuda de oxígeno. El metabolismo aerobio es sumamente eficiente en la degradación del material orgánico, por lo que la eficiencia del tratamiento de las aguas residuales es superior al 95% en términos de DBO. Los objetivos que persigue este tipo de tratamiento son la transformación de la materia orgánica y la coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables. En el caso de algunas aguas residuales urbanas, también se persigue la eliminación de Nitrógeno y de Fósforo.
Ventajas
Desventajas
* Generalmente requiere de instalaciones menos costosas, no hay necesidad de suministrar oxígeno por lo que el proceso es más barato y el requerimiento energético es menor.
* Reducido espacio de implantación.
* Bajo consumo de productos químicos.
* Reducción de los costes de tratamiento de fangos.
* Aprovechamiento energético del biogas producido .
* Por otra parte se produce una menor cantidad de lodo (el 20% en comparación con un sistema de lodos activos), y además este último se puede disponer como abono y mejorador de suelos. Además es posible producir un gas útil.
Las tecnologías para el tratamiento de aguas residuales y para su reutilización abarcan un número enorme de opciones. Comparados con los procesos convencionales de tratamiento de las aguas residuales, los biorreactores con membrana (MBR) ofrecen muchas ventajas: alta eficiencia de remoción, baja producción de lodos y uso de menores espacios para su instalación.
Un MBR se compone de dos partes integradas en una sola: por un lado, el reactor biológico responsable de la depuración biológica y, por otro, la separación física de la biomasa y el agua mediante un sistema de filtración directa hecha con membranas. La ventaja de los sistemas MBR se deriva de las elevadas concentraciones de biomasa con las que se trabaja en el reactor biológico gracias a la presencia de una barrera física (membrana) que no deja pasar las bacterias.
Aunque existen empresas que cuentan con plantas para tratamiento de aguas residuales, el proceso sólo intenta nulificar los efectos agresivos de ciertos químicos empleados en el proceso, sin embargo, la descarga final, continua con una alta concentración de colorantes que pueden llegar a ser vertidos.
Existen diversos mecanismos que permiten a los organismos eliminar los colorantes. No hay métodos universalmente empleados para el tratamiento de residuos de colorantes, la causa probable es la existencia de estructuras químicas muy variadas y complejas de estos componentes.
En años recientes numerosos estudios se han enfocado en el aislamiento y selección de microorganismos capaces de decolorar un amplio rango de colorantes. Dentro de los organismos más ampliamente estudiados para este propósito, se encuentran los hongos, específicamente del género basidiomicetos.
- Biotratamiento de origen fúngico. La decoloración de efluentes mediada por hongos pueden ser clasificada en dos tipos de acuerdo a su estado de vida; células vivas que biodegradan y absorben colorantes y las células muertas (biomasa fungal) que absorben colorantes.
- La bioadsorción de colorantes. Las células degradan gradualmente el color unido a ellas, el tiempo de degradación dependerá del tipo de colorante.
-Biodegradación mediante enzimas. Cuando se emplean células vivas, el mejor mecanismo de biodegradación es la capacidad que poseen algunos microorganismos, para producir enzimas como las lacasas, MnP, LiP, entre otras, con lo cual pueden mineralizar colorantes sintéticos o lignina. Las enzimas catalizan la reacción de oxidación de algunos sustratos por procesos de transferencia de electrones a su sitio activo o por la generación de radicales libres generados en el ciclo catalítico enzimático.
Un proceso para el biotratamiento de efluentes contaminados por colorantes tipo azo, consiste de dos etapas: en la primera, se requiere de una reducción anaeróbica de uniones azo, resultando en la producción de dos aminas aromáticas; en la segunda etapa, se realiza una digestión aeróbica de las aminas aromáticas formadas, por medio de una mezcla de poblaciones bacterianas, dando como resultado la completa mineralización.
La degradación bacteriana de colorantes azo con frecuencia se inicia bajo condiciones anaeróbicas por medio de la biotransformación enzimática que involucra la hidrólisis de enlaces azo con ayuda de una azoreductasa utilizando la coenzima reducida (NADH) como donador de electrones. Los colorantes azo también pueden ser reducidos a aminas a través de co-metabolismo. Las aminas aromáticas resultantes son posteriormente degradadas por una bioconversión de varias etapas que ocurre anaeróbica ó aeróbicamente.
Las diferencias en la oxidación de colorantes azo pueden ser explicadas por las diferencias en cuanto a las propiedades de donación de electrones de los diferentes sustituyentes y la localización de los mismos en el anillo fenólico. Un colorante azo debe ser rico en electrones para ser oxidado por la lacasa. Esta situación permite la generación enzimática de radicales fenoxi y un mecanismo de ruptura de enlaces azo y la liberación de nitrógeno molecular. El resultado no es solo la decoloración del colorante sino que también se evita la formación de aminas aromáticas tóxicas.
- Mecanismos de adsorción en células muertas. La adsorción fue un proceso bifásico, en donde la primera fase fue rápida e independiente de la energía metabólica, mientras la segunda, fue lenta y dependiente de la energía metabólica.
• La eficiencia en la remoción de dichos colorantes varío del 50% al 100%.
• La decoloración se inicia a las pocas horas de crecimiento y se alcanzaron los niveles de remoción más altos después de 4 días.
• La eficiencia de decoloración de colorantes sintéticos, depende del tipo de microorganismo a emplear y de la estructura del colorante, el colorante azo fue más resistente a la degradación.
• En comparación al cultivo estático, los cultivos agitados (180 rpm) remueven el colorante más rápido.
• Se encontró que el colorante puede ser fuertemente bioabsorbido por la biomasa fungal.
• Los colorantes más difíciles de ser bioadsorbidos son el amarillo y el rojo.
Ensayos de decoloración aeróbica y observaron eficiencia en la degradación de colorantes tipo azo por un consorcio bacteriano (
Pseudomona sp., Bacillus sp., Halomonas sp., Orthrobacter sp., y Micrococci sp.
), la decoloración se analizó en presencia de varios cosubstratos tales como glucosa, almidón, lactosa y suero de leche. En presencia del almidón se obtuvo un 75-95.6 % de decoloración y resultó ser el mejor cosubstrato.
Conclusión
Referencias
Preguntas
Castillo Hernández, Diana. (2004).
AISLAMIENTO DE HONGOS DEGRADADORES DE COLORANTES EMPLEADOS EN LA INDUSTRIA TEXTIL
. (Tesis). CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN BIOTECNOLOGIA APLICADA. TEPETITLA DE LARDIZABAL.
Proceso-de-estabilizacion-biologico-Cenapred.PDF
Tratamiento-biologico-de-aguas-residuales%20(1).pdf
file:///C:/Users/Downloads/Sistemas-secundarios-en-tratamiento-de-agua-Conagua.pdf
Con lo visto anteriormente nos damos cuenta de que aún no existe un tratamiento como tal que limpie el agua generada de la industria textil especialmente los colorantes. Aunque existen algunos procesos con bacterias que limpian un poco el agua, no es por completo y estos siguen afectando al medio ambiente. A las empresas no les conviene hacer este tipo de procesos ya que son muy caros.

¿Que se utiliza en el tratamiento anaerobio?
R= Se utilizan bacterias anaeróbicas que crecen en un medio granular y permiten eliminar la DQO convirtiendola en biogas (metano+dioxido de carbono).
¿Que necesita un colorante azo para ser oxidado por la lacasa?
R= Requerie ser rico en electrones.
Mencione algunos de los hongos que pueden degradar lignina.
R=basidiomisetos, ascomicetos, entre otros tipos de hongos.
¿Cual es la causa de que los colorantes de origen sintetico sean dificiles de biodegradar?
R= Por sus estructuras moleculares aromáticas complejas estas los hacen mas estables.
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