UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA(Creado por Ley 25265)
FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERAESCUELA ACADMICA PROFESIONAL DE INGENIERA AMBIENTAL SANITARIAPROYECTO DE INVESTIGACIONTRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS MEDIANTE LA APLICACIN DE MICROORGANISMOS EFECTIVOS EN HUANCAVELICA
CURSO:PROCESOS UNITARIOS
PRESENTADO POR EL ALUMNO:
DUEAS JURADO, CARLOS
DOCENTE:Ing. Katthe Evely, PILLACA VARGAS
Huancavelica- Per2015
CAPITULO IPLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO1.1 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIN DEL PROBLEMA1.1.1Planteamiento del problemaUno de los problemas ms preocupantes que tiene Huancavelica es la contaminacin del ro Ichu al cual se le arroja basura, aguas servidas, residuos hospitalarios y otros que van mermando la ecologa.La contaminacin del rio conlleva insalubridad en la poblacin huancavelicana, generando un riego para las poblaciones ecolgicas y la salud publica en la ciudad Hasta el momento no existe un proyecto real que se enmarque en el tratamiento de aguas residuales en la ciudad de Huancavelica a pesar de los esfuerzos realizados por la empresa EMAPA Huancavelica (Empresa Municipal de Agua Potable y Alcantarillado)En un mundo globalizado actual es conveniente la formulacin de Proyectos eficientes econmicamente rentables, por lo tanto buscamos tecnologas avanzadas en el tratamiento de aguas residuales domsticas [ARD]. Una de las tecnologas ms importantes e innovadoras en los ltimos aos es la aplicacin de los Microorganismos Eficiente [ME] como la bacteria cido lctica, fototrpicas y las levaduras.1.1.2FORMULACIN DEL PROBLEMAA)Problema general Ser conveniente utilizar microorganismos eficientes como un sistema adecuado en el tratamiento de aguas residuales domesticas en la ciudad de Huancavelica?B)Problemas especficos Qu importancia tienen los microorganismos eficientes en el tratamiento de aguas residuales domsticas?
Cules son las tcnicas y la metodologa de aplicacin de los microorganismos eficientes, en el tratamiento de aguas residuales en la ciudad de Huancavelica?
1.1.3 OBJETIVO GENERALA) Objetivo general Promover la adopcin de la tecnologa de microorganismos efectivos como un mtodo de tratamiento de aguas residuales domsticas en la ciudad de Huancavelica.B) Objetivos Especficos Reconocer la composicin, funcionalidad caracterstica y procedimientos aplicativos de los microorganismos efectivos. Difundir la tecnologa de los microorganismos efectivos, en nuestra regin Huancavelica como una alternativa para su utilizacin en la depuracin de aguas residuales.
1.1.4 JUSTIFICACIONLas aguas residuales domsticas presentan un alto contenido de carbohidratos, protenas, cidos grasos, sales minerales y otros compuestos qumicos sintticos, lo cual las convierten en ambientes que favorecen el crecimiento de microorganismos patgenos. Estos microorganismos emplean estos compuestos como fuente de carbono y energa para su metabolismo y crecimiento, generando durante este proceso malos olores por la descomposicin de la materia orgnica e inorgnica, siendo esta una de las razones que no permite reutilizar las aguas residuales.
Adicionalmente, el tratamiento de ARD llevado a cabo con mtodos convencionales requiere un costo extra representado en productos qumicos tales como coagulantes o productos clorados de alto valor en el mercado, lo cual no los hace disponibles para todos los sectores que los necesitan. Es por esto que es de gran inters la implementacin de una tecnologa econmica y eficaz para la solucin de este problema. Los microorganismos efectivos se presentan como una alternativa accesible en el tratamiento de ARD, por sus beneficios y menor costo.
1.1.3 HIPOTESIS Y DESCRIPCION DE VARIABLES HIPTESISEs posible utilizar Microorganismos Efectivos como metodologa de aplicacin en el tratamiento de Aguas Residuales Domsticos en la ciudad de Huancavelica.
OPERACIONALIZACION DE VARIABLES Variable Independiente: Microorganismos eficientes. Indicadores: Unidades Formadoras de colonias [UFC] Velocidad del desarrollo del metabolismo Variable Dependiente: Contaminantes que se reducen en el tratamiento de aguas residuales domesticas mediante la aplicacin de Microorganismos efectivos. Indicadores: DBO Solidos Totales Nitratos Fosfatos Coliformes Totales
CAPITULO II
MARCO TEORICO
2.1. ANTECEDENTES DE ESTUDIO:Se han encontrado las siguientes investigaciones a nivel internacional- Ramirez (2006) Tecnologa de Microorganismos Efectivos aplicada a la agricultura y medio ambiente sostenible. Tesis para optar el ttulo de Ingeniero Qumico, Escuela de Ingeniera Qumica, Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, Colombia. La metodologa empleada fue de tipo experimental, con un nivel explicativo, de enfoque cualitativo en una poblacin 203 ME. Los resultados que se encontraron fueron que se obtuvo un adecuado terreno frtil para el sembro rico en sales minerales. - Cardona y Garca (2008) Evaluacin del efecto de los microorganismos eficaces sobre la calidad de un agua residual domstica. Tesis para optar el ttulo de Microbilogo y Parasitlogo. Pontificia Universidad Javeriana, Facultad de Ciencias. Bogota, Colombia. La metodologa empleada fue de tipo experimental, con un nivel explicativo, de enfoque cualitativo. Tuvo como objetivo monitorear los cambios fisicoqumicos de los microorganismos especficos. Los resultados que se encontraron fueron que existe un efecto de profundidad de la aplicacin de microorganismos especficos, especialmente en coliformes fecales.
2.2. BASES TEORICAS2.2.1. AGUA RESIDUAL (AR) El agua residual (AR), es aquella que ha sufrido una alteracin en sus caractersticas fsicas, qumicas o biolgicas por la introduccin de contaminantes como residuos slidos, biolgicos, qumicos, municipales, industriales, agrcolas etc., afectando as los ecosistemas acuticos y su entorno (Novotny, 2003; Snchez, 2003). Las AR provienen del sistema de abastecimiento de una poblacin, por esta razn son lquidos de composicin variada que pueden clasificarse segn su origen en aguas residuales domsticas (ARD), industriales, de infiltracin y pluviales. Las dos primeras son las ms relacionadas con la contaminacin del (ARD) agua (Metcalf y Eddy, 2003).
2.2.2 AGUAS RESIDUALES DOMESTICASLas aguas residuales domsticas (ARD) son aquellas provenientes de las actividades domsticas cotidianas como lavado de ropa, bao, preparacin de alimentos, limpieza, etc., por lo cual son principalmente una combinacin de heces humanas y animales, orina y agua gris (Mara y Cairncross, 1990). Estas, presentan un alto contenido de materia orgnica, compuestos qumicos domsticos como detergentes y compuestos clorados y microorganismos patgenos y no patgenos. Las ARD se clasifican de acuerdo con su composicin, la cual vara segn los hbitos de la poblacin que las genera (Tablas 1 y 2) (Leyva, 1998). En ocasiones, el agua generada por varias industrias puede entrar tambin en esta clasificacin si no contiene una gran proporcin de sustancias de sntesis qumica (Mara y Cairncross, 1990) En lo que se refiere a la composicin de compuestos qumicos, las ARD pueden contener varios tipos de protenas (albminas, globulinas y enzimas industriales (detergentes)) producto de la actividad microbiana en la propia ARD; carbohidratos como glucosa, sacarosa, almidn y celulosa (Blundi, 1988) y grasas animales y aceites, provenientes de los alimentos, junto con los respectivos productos de la degradacin de los compuestos mencionados, as como sales inorgnicas y otros compuestos inertes (Metcalf y Eddy, 2003).
En el Per son regulados mediante el DECRETO SUPREMO N 003-2010-MINAM en el cual Aprueban los Lmites Mximos Permisibles para los efluentes de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Domsticas o Municipales tal com mostramos en la Tabla N 01.
Tabla N 01
2.2.3 CALIDAD DE UN AGUA RESIDUAL DOMSTICALa calidad en general de un agua residual, incluyendo el ARD est determinada por sus caractersticas o parmetros fsicos, qumicos y biolgicos a partir de los cuales se determina que tan aceptable es un agua residual para determinado uso (Luv y Liptk, 1999; Novotny, 2003). A continuacin se explican los parmetros utilizados para determinar la calidad del ARD.
a. Parmetros biolgicosEstas caractersticas se relacionan con los organismos y microorganismos, en particular, bacterias y virus, entre otros, causantes de enfermedades. Para poder clasificar las AR de acuerdo a sus caractersticas biolgicas, se cuenta con valores establecidos que dependern de la utilizacin que se prev y los requisitos sanitarios. La gran mayora de los pases determina los valores permitidos con base en lo estipulado por la Organizacin Mundial De La Salud (OMS) adaptndolo a sus circunstancias. A continuacin se presentan algunos de los organismos empleados para determinar la calidad biolgica del agua (Tabla 2).
Tabla 2 Tipo y concentracin de microorganismos patgenos encontrados tpicamente en un ARD sin tratar
Tabla 3. Organismos propuestos en la literatura como indicadores de la contaminacin fecal humana
b. Parmetros FisicoqumicosExisten varios parmetros fisicoqumicos de importancia que caracterizan a las ARD y cuyos valores se encuentran estrechamente relacionados con el grado de contaminacin de la misma. Por esta razn, cuantificar las concentraciones de estas sustancias es de gran inters en el tratamiento del AR. Algunos de estos parmetros se encuentran establecidos en DECRETO SUPREMO N 003-2010-MINAM, sin embargo presentamos una lista mas detallada en la Tabla 4.
Tabla 4. Parmetros fisicoqumicos ms importantes relacionados con la calidad de un ARD
2.2.4 TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALESEl tratamiento de las AR se divide en preliminar, primario, secundario y terciario (Tabla 5), indicando as el nivel de remocin de contaminantes que se alcanza a medida que se pasa de un tratamiento a otro (Orozco y Salazar, 1989). La seleccin de un tratamiento para un AR depende de diversos factores como las caractersticas inciales del agua, el requerimiento de la calidad del efluente y los costos y la disponibilidad de un terreno destinado para tal fin (Ramalho, 1983). A continuacin se presentan las principales caractersticas de cada tipo.
Tabla 5. Tipos de tratamientos para aguas residuales
2.3. BASES TEORICAS DE MICROORGANISMOS EFICACES (EM) Y SU USO EN AR Se usa el trmino microorganismos eficaces o en ingls efficient microorganisms (EM) para denotar cultivos mixtos especficos de microorganismos benficos conocidos que son empleados efectivamente como inoculantes microbianos (Higa y Parr, 1994). EM es una tecnologa desarrollada por el Doctor Teruo Higa en la dcada de los ochenta en Okinagua, Japn y ha sido empleada en diferentes campos como la agricultura, industria animal, remediacin ambiental, entre otros y se encuentra en la actualidad ampliamente distribuida (Sangkkara, 2002).
EM es un cultivo mixto de microorganismos no modificados genticamente, con diversos tipos de metabolismo, que al encontrarse juntos presentan relaciones sinergistas, de cooperacin y cometabolismo (Higa y Parr, 1994). Estudios de las interacciones entre los diferentes integrantes de las comunidades microbianas han demostrado en varias ocasiones una mayor eficiencia de estos consorcios en los procesos de degradacin, frente a estudios que involucran slo a un gremio (Atlas y Bartha, 1998). El Dr. Higa encontr que se creaba un efecto potencializador al mezclar microorganismos con diversas caractersticas metablicas.
Los microorganismos del EM poseen varias caractersticas tiles en procesos de biorremediacin, entre las cuales se encuentran la fermentacin de materia orgnica sin la liberacin de malos olores y su capacidad de convertir los desechos txicos (H2S) en sustancias no txicas (SO4) (Garca, 2006), propiedades desionizantes que favorecen la detoxificacin de sustancias peligrosas, quelacin de metales pesados, produccin de enzimas como la lignina peroxidasa, entre otras (Wididana y Higa, 1997).
Aunque EM ha sido usado exitosamente en muchos aspectos de manejo ambiental no existen muchos reportes cientficos de su uso en aguas residuales (Okuda y Higa, 2005). La razn por la cual EM ha sido empleado para el tratamiento de AR es que los microorganismos que contiene secretan cidos orgnicos, enzimas, antioxidantes y quelantes metlicos creyo un ambiente antioxidante que ayude al proceso de separacin slido/lquido, el cual es el fundamento de la limpieza del agua (Higa y Chinen 1998).
Estudios realizados por Silva y Silva (1995) emplearon EM para el tratamiento de ARD utilizo el sistema de lodos activados. Los resultados mostraron que el consumo de oxgeno en el sistema de tratamiento disminuy al igual que la produccin de lodos, la DQO y los malos olores. Clesceri et al. (1999), realizaron un estudio para determinar el efecto de EM en la estabilizacin de lodos spticos, mostrando disminucin de olor, pH y coliformes. De igual forma, Szymansky y Patterson (2003), evaluaron la efectividad del uso de EM, para reducir olores y disminuir la cantidad de lodos generados en los tratamientos de AR, se evaluaron alcalinidad, pH, conductividad, ST, SS y SD, presentando significativas mejoras en estos parmetros. Por su parte, Ngurah (2005) realiz una investigacin en el cual se prob EM, a escala de laboratorio (2 L de AR), con 2 pH diferentes (4 y 7) en aireacin constante durante 10 d; los datos obtenidos mostraron disminucin en las concentraciones de los parmetros DBO5, DQO y SS. En lo que se refiere a Colombia, Roldn y col., (2007) encontraron que tras la aplicacin de EM, tanto en agua residual domstica como sinttica, se evidenciaron significativas disminuciones en el contenido de coliformes en las aguas.
2.3.1 MICROORGANISMOS DEL EMa. Bacterias Fotosintticas (Rhodopseudomonas palustris) Dentro de gremio de organismos fotosintticos que hacen parte de EM se encuentra Rhodopseudomonas palustris. Estas son bacterias fototrficas facultativas clasificadas dentro de las bacterias prpura no del azufre, el cual comprende un grupo variado, tanto en morfologa, filogenia y su tolerancia a diferentes concentraciones de azufre (Holt, 2000). Son microorganismos capaces de producir aminocidos, cidos orgnicos y sustancias bioactivas como hormonas, vitaminas y azcares empleados por otros microorganismos, hetertrofos en general, como sustratos para incrementar sus poblaciones (Vivanco, 2003).
R. palustris es encontrada comnmente en suelo y aguas y posee un metabolismo muy verstil al degradar y reciclar gran variedad de compuestos aromticos, como bencnicos de varios tipos encontrados en el petrleo, lignina y sus compuestos constituyentes y por lo tanto est implicado en el manejo y reciclaje de compuestos carbonados. No slo puede convertir CO2 en material celular, sino tambin N2 en amonio y producir H2 gaseoso. Crece tanto en ausencia como en presencia de oxgeno (JGI, 2005). En ausencia de oxgeno, prefiere obtener toda su energa de la luz por medio de la fotosntesis, crece y aumenta su biomasa absorbiendo CO2, pero tambin puede crecer degradando compuestos carbonados txicos y no txicos cuyo el oxgeno est presente llevando a cabo respiracin (JGI, 2005).
Este microorganismo presenta un crecimiento fototautotrfico con H2, sulfuro y tiosulfato como donadores de electrones en presencia de pequeas cantidades de extracto de levadura. Su crecimiento fotohetertrofico es posible con varios sustratos orgnicos como azcares simples y complejos. El sulfato puede ser usado como la nica fuente de azufre, mientras que el amonio, dinitrogeno, algunos aminocidos, y en algunas cepas el nitrato, pueden ser usados como fuente de nitrgeno. Como factores de crecimiento requiere de p-aminobenzoato y, algunas cepas biotina. Su crecimiento ptimo ocurre a una temperatura de 30-37C y pH 6.9 (rango 5.5-8.5) (Holt, 2000). En ocasiones no se hace uso de Rhodopseudomonas porque no se conoce detalladamente su metabolismo. Sin embargo, estas bacterias se han utilizado tanto en cultivos puros como mixtos para evaluar su actividad metablica (Kyun et al., 2004).
Debido a la gran variedad de rutas metablicas que puede llegar a tomar este microorganismo segn sus necesidades y condiciones ambientales, como parte del mismo produce una serie de enzimas y coenzimas segn sea el caso, dentro de las que se encuentran amilasas, hidrolasas y proteasas, as como ubiquinonas y la coenzima Q10, las cuales participan directamente en los procesos de remocin de sulfuro de hidrgeno, nitratos, sulfatos, sulfitos, hidrocarburos, halgenos y nitratos reduciendo de esta forma la demanda biolgica de oxgeno (Cetinkaya y Ostrk, 1999).
Teniendo en cuenta las condiciones de crecimiento para la bacteria fototrfica R. palustris, as como los estudios reportados por Honda et al., (2006), en donde se optimiza el crecimiento de estos microorganismos bajo condiciones de anaerobiosis para el tratamiento de AR, se considera que las poblaciones de estos microorganismos pueden llegar a adaptarse de forma exitosa a las condiciones que presentan las ARD.
b. Bacterias cido lcticas (Lactobacillus spp.)Dentro de los microorganismos que conforman el multicultivo EM los ms abundantes son las bacterias cido lcticas. Estos microorganismos producen cido lctico a partir de azcares y otros carbohidratos generados por bacterias fotosintticas y levaduras, como parte de su metabolismo. El cido lctico es un componente con propiedades bactericidas que puede suprimir a los microorganismos patgenos (Rodrguez-Palenzuela, 2000), mientras ayuda a la descomposicin de la materia orgnica, incluso en el caso de compuestos recalcitrantes como la lignina o la celulosa, ayudando a evitar los efectos negativos de la materia orgnica que no puede ser descompuesta (Sustainable Community Development, 2001).
No se tiene gran informacin precisa acerca de la forma en la cual actan las bacterias acido lcticas en el tratamiento de las aguas contaminadas, pero teniendo en cuenta sus caractersticas, se plantea que al disminuir el pH se genera una inhibicin de patgenos (Early, 1998). Sin embargo, no slo el cido lctico es responsable de los efectos antimicrobianos generados por los lactobacilos. En el estudio realizado por Kelly et al. (1998), se determin que parte del comportamiento antagnico frente a patgenos del cido lctico se deba a la produccin de pptidos antimicrobianos y compuestos de bajo peso molecular, como la bacteriosina clase I, y la nisina, pptido de 34 carbonos que es activo frente a la mayora de las bacterias Gram positivas.
En lo que se refiere a los requerimientos de crecimiento para el grupo de las bacterias cido lcticas, se encuentran como generalidades que estas son bacterias microaeroflicas, razn por la que debe procurarse que la incubacin se realice en una atmsfera con 5% de CO2. Por lo general, para su crecimiento se emplean un incubacin de 3 das, a 37C o hasta 5 das a 30C, puesto que son microorganismos de crecimiento relativamente lento y sus rendimientos metablicos dependen de la temperatura directamente (Merck, 2003).
c. Levaduras (Saccharomyces sp)El tercer grupo dentro de los gremios de microorganismos presentes en EM son las levaduras. Todos los miembros de Saccharomyces emplean diversas fuentes de carbono y energa. En primer lugar se encuentran la glucosa y la sacarosa, aunque tambin pueden emplearse fructuosa, galactosa, maltosa y suero hidrolizado, ya que Saccharomyces no puede asimilar lactosa. Tambin puede utilizarse etanol como fuente de carbono. El nitrgeno asimilable debe administrarse en forma de amonaco, urea o sales de amonio, aunque tambin se pueden emplear mezclas de aminocidos. Ni el nitrato ni el nitrito pueden ser asimilados. (Harvey et al., 1985).
Aparte de carbono y el nitrgeno los macroelementos indispensables son el fsforo que se emplea comnmente en forma de cido fosfrico y el Mg+2 como sulfato de magnesio, que tambin provee azufre. Finalmente son tambin necesarios el Ca+2, Fe+2, Cu+2 y Zn+2 como elementos menores. Un requerimiento esencial est constituido por las vitaminas del grupo B como biotina, cido pantotnico, inositol, tiamina, piridoxina y niacina. Existen sin embargo, algunas diferencias entre las distintas cepas. Entre las vitaminas mencionadas la biotina es requerida por casi la totalidad de las mismas. (Harvey et al., 1985).
Estos microorganismos sintetizan sustancias antimicrobianas a partir azcares, y aminocidos secretados por las bacterias fotosintticas, tambin producen sustancias bioactivas como hormonas y enzimas que son sustancias empleadas por las bacterias cido lcticas presentes en el EM (ACARA, 2006).
