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Presentado por:
DORA ANGELICA MACHUCA
FLOR ELIZABETH MORENO GARCÍA
BIOTE...
INTRODUCCIÓN
La Biotecnología Ambiental actualmente lidera procesos que contribuyen a buscar
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PROBLEMÁTICA AMBIENTAL
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diaria de
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CONCLUSIONES
 La aplicación de la biotecnología corresponde a la generación de
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BIBLIOGRAFÍA
 Torres, R.D. 2003. El papel de los microorganismos en la biodegradación de
compuestos tóxicos. Ecosistemas ...
 Ortiz, M. Cortez, C. Sanchez, J. Padilla, J. Otero, A. (2012). Evaluación del
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  1. 1. ACTIVIDAD COLABORATIVA ALTERNATIVAS DE MITIGACIÓN Presentado por: DORA ANGELICA MACHUCA FLOR ELIZABETH MORENO GARCÍA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL UNIVERSIDAD DE MANIZALES FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONÓMICAS Y ADMINISTRATIVAS MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE 2015
  2. 2. INTRODUCCIÓN La Biotecnología Ambiental actualmente lidera procesos que contribuyen a buscar soluciones a problemas ocasionados principalmente por el hombre, que afectan cada día los ecosistemas naturales y se convierten en alternativas óptimas para minimizar efectos negativos o buscar opciones viables aplicables en diferentes campos, es por esta razón que las microalgas se pueden utilizar para la obtención de biofertilizantes, buscando generar beneficios para el sector agrícola. La biotecnología, para este caso particular se plantea con el fin de solucionar una problemática ambiental, la disposición final de las aguas residuales domésticas generadas en el campamento de la estación de rebombeo de crudo COROCORA, de modo que contribuya a generar condiciones favorables al medio ambiente y a la calidad de vida de los habitantes.
  3. 3. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL Las actividades ambientales que se desarrollan en la estación de rebombeo de crudo ER1 COROCORA, se encuentran enmarcadas por el Plan de Manejo Ambiental (PMA) y la licencia ambiental modificada por la resolución 182 de 2014, estos documentos señalan entre otros, los procesos que se deben llevar a cabo Una de las prácticas que se recomienda en el PMA (Plan de Manejo Ambiental) para el tratamiento de las aguas residuales domésticas, es la utilización de plantas de tratamiento, para este caso específico se está usando una PTAR tipo BIOPACK cuyo proceso se caracteriza por ser aeróbico mediante lodos activados. Inmediatamente finaliza el tratamiento se continúa con el transporte y disposición de estos residuos líquidos, así como lo especifica la resolución 182 de 2014, en la cual se determinó que para realizar vertimiento de aguas residuales domésticas tratadas por medio de aspersión, se considera que solo se podrá realizar el vertimiento de estas sobre suelo en época de verano ya que se observó que los suelos tienen tendencia a la saturación en época de precipitaciones. Teniendo en cuenta lo anterior es importante destacar que “El periodo lluvioso de la región comprende los meses de marzo a noviembre a finalizar cada mes, donde ocurren el 92% de las lluvias anuales. Lo mencionado anteriormente indica que el punto de vertimiento aprobado se encuentra inhabilitado hasta el mes de noviembre, por lo tanto se realiza la entrega de las aguas residuales a gestores externos, quienes deben garantizar el correcto tratamiento y disposición final de las mismas, en caso de verter este residuo en el punto autorizado sólo en época de verano se generaría impactos negativos al suelo, cuerpos de agua y ecosistemas aledaños a la estación, debido a la saturación del suelo por efecto del agua lluvia. La resolución 631 de 2015 en su artículo 2 define a las aguas residuales domésticas como “Procedentes de los hogares, así como de las instalaciones en las cuales se desarrollan actividades industriales, comerciales o de servicios y que correspondan a descargas de los retretes y servicios sanitarios; descargas de los
  4. 4. sistemas de aseo personal (duchas y lavamanos), de las áreas de cocinas y cocinetas, de las pocetas de lavado de de elementos de aseo y lavado de paredes, pisos y del lavado de ropa (no se incluye las de lavandería industrial). Al hablar de las características de las aguas residuales domésticas es primordial tener en cuenta los componentes físicos, químicos y microbiológicos, los cuales muestran el grado de deterioro en que se encuentran dichas aguas, estos están normatizados bajo el decreto 1594 de 1984, modificado por la resolución 631 de 2015. Aspectos físicos, algunos de los más importantes son:  Sólidos totales: Se define como toda materia que queda como residuo de evaporación a 103 – 105 grado centígrados.  Temperatura: Este parámetro es de gran importancia para la vida acuática, en las reacciones químicas y velocidades de reacción ya que el oxigeno es menos soluble en agua caliente que en agua fría. El aumento de la velocidad de las reacciones químicas que supone un aumento de temperatura, junto con la disminución del oxigeno presente en las aguas superficiales, pueden causar agotamiento de las concentraciones del oxigeno disuelto. Un cambio repentino de temperatura puede dar como resultado un alto porcentaje de mortalidad de la vida acuática.  Conductividad: Esta medida indica la facilidad con la que la corriente eléctrica pasa a través del agua residual. Puesto que el agua pura es muy mala conductora de la corriente eléctrica, las conductividades elevadas indican la presencia de impurezas, y más concretamente de sales disueltas. Como resultado del uso doméstico del agua la conductividad aumenta, y se sitúa normalmente en el intervalo 1.000-2.000µ Siemens/cm. Además, la conductividad informa sobre la posibilidad de usar el agua residual tratada para riegos, ya que muchas plantas son sensibles al contenido en sales disueltas, y
  5. 5. la exposición del terreno a riegos prolongados con aguas muy conductoras puede dar lugar a su inutilización como terreno de cultivo. Aspectos químicos:  Materia orgánica: en un agua residual de intensidad media, un 75% de los sólidos suspendidos y un 40% de los sólidos filtrables son de naturaleza orgánica los compuestos orgánicos están formados generalmente por una combinación de carbono, hidrogeno y oxigeno, junto con nitrógeno en algunos casos. Otros elementos importantes tales como azufre, fosforo, hierro pueden hallarse también presentes. Los principales grupos de sustancias orgánicas hallados en el agua residual son las proteínas (40 a 60 %), carbohidratos (25% a 50%) y grasas y aceites (10%). La urea, principal constituyente de la orina, es otro compuesto orgánico del agua residual, pero en razón de la rapidez con que se descompone es muy raramente hallada en un agua residual que no sea muy reciente. El agua residual puede contener pequeñas cantidades de un gran número de diferentes moléculas orgánicas sintéticas, cuya estructura puede variar desde muy simple hasta sumamente complejas como son: agentes tensoactivos, fenoles y pesticidas. Dos de las medidas de materia orgánica corresponden a DBO5, DQO. DBO5: Corresponde a la medida del oxigeno disuelto utilizado por los microorganismos en la oxidación bioquímica de la materia orgánica y sirve para determinar la cantidad aproximada de oxigeno que se requerirá para estabilizar biológicamente la materia orgánica presente. DQO: Se emplea para medir el contenido de materia orgánica, el equivalente de oxigeno de la materia orgánica que puede oxidarse se mide utilizando un
  6. 6. fuerte agente químico oxidante en medio acido, puesto que en algunos compuestos inorgánicos interfieren en el ensayo, deben eliminarse previamente. La DQO de un agua es por lo general mayor que la DBO.  Oxigeno disuelto: Crucial para la buena marcha de una planta de tratamiento. Los microorganismos responsables de la depuración son diferentes según el medio contenga o no oxígeno disuelto, y su presencia es decisiva en las lagunas facultativas y de maduración. La estabilización de la materia orgánica requiere un aporte de oxígeno disuelto. Cuando el consumo excede al aporte de oxígeno, el agua está en condiciones anaerobias y se pueden producir problemas de olores, el proceso de depuración transcurre más lentamente y, en definitiva, la depuradora deja de funcionar correctamente.  pH: Es una medida de la concentración de iones hidrógeno en el agua. Para agua pura, el pH vale siete. Los valores de pH inferiores a siete indican que el agua tiene carácter ácido, y los superiores que el agua tiene carácter básico.  Nutrientes. Se llaman así a los elementos químicos utilizados como alimento en el desarrollo de los microorganismos. Aunque los nutrientes abarcan un gran número de elementos que los microorganismos necesitan en poca cantidad. El agua residual domestica contiene concentraciones bastante altas, tanto de nitrógeno como de fósforo, este hecho permite su tratamiento biológico sin necesidad de ajustar la composición de la alimentación a la entrada, pero al mismo tiempo da lugar a problemas a la salida de la planta, ya que los nutrientes estimulan el crecimiento de microorganismos en los cursos de agua receptores. Aspectos microbiológicos El agua residual urbana contiene microorganismos de muchas clases, algunos de ellos muy perjudiciales para la salud por ser causantes de enfermedades. Los
  7. 7. tipos de microorganismos más abundantes en el agua residual son bacterias, protozoos y virus. La biotecnología busca principalmente la utilización de procesos biológicos para la generación de productos o servicios, a demás de optimizar los procedimientos ya existentes, para el caso especifico de la problemática mencionada anteriormente, a través de procesos biotecnológicos se podría utilizar ciertos macro y microorganismos con el fin de mejorar el tratamiento realizado a las aguas residuales domésticas, así como también utilizar este residuo como materia prima para obtención de diversos productos. El uso de plantas acuáticas y microorganismos para el tratamiento y posterior reutilización de las aguas residuales, son algunas opciones para mejorar la calidad del agua tratada además de aumentar la eficiencia de las plantas de tratamiento. En el caso de las microalgas como una de las opciones más acertadas para generar valor agregado a este tipo de residuos líquidos, podemos mencionar los avances significativos, debido a que estas tienen la capacidad de crecer y hacer fotosíntesis con diferentes fuentes de nutrientes, como las sales minerales, en condiciones autotróficas y sustancias orgánicas (como estiércoles y aguas residuales), en condiciones mixotroficas (chinnasamy, 2010). Adicionalmente algunas microalgas pueden crecer en condiciones heterotróficas, usando carbono orgánico en ausencia de luz (Xu et al., 2006). Esta plasticidad metabólica les permite adaptarse a diferentes ecosistemas y procesos biotecnológicos, generando biomasa que puede ser usada en la producción de alimentos, concentrados, compuestos bioactivos, biocombustibles, biorremediación y producción de biofertilizantes. (Chisti, 2007). Las microalgas son organismos con una historia evolutiva mixta que tienen en común cuatro principios (Agriculture and Agri-Food Canada, 2006, p 8):
  8. 8.  Son organismos muy simples sin tejido vascular. La única excepción son las algas de color marrón ya que tienen un mayor grado de diferenciación de órganos.  Tienen las estructuras reproductivas desnudas, es decir, no hay una capa protectora alrededor de las células de las estructuras reproductivas.  Son fotoautotróficas, es decir, que producen sus propios materiales de alimentos a través de fotosíntesis mediante el uso de la luz solar, agua y CO2. Hay algunas excepciones, como por ejemplo algunas especies de Euglena, las cuales ingieren otros organismos para la comida, ya que no tienen cloroplastos.  Al igual que las plantas contienen clorofila. La elección de las especies a cultivar depende directamente de la finalidad que se le desea brindar a la biomasa resultante (e.g., pigmentos, alimento) y/o si el cultivo es para biorremediación. Las especies algales predominantes dentro de un sistema abierto dependen de factores ambientales, operacionales y parámetros biológicos (McGriff & McKinney 1972, Park et al. 2011a, Abdel-Raouf et al. 2012). En un sistema cerrado se pueden lograr cultivos monoespecíficos aislados del medioambiente (Posten 2009). Las microalgas en un cultivo para fitorremediación deben cumplir con 3 condiciones: alta tasa de crecimiento; alta tolerancia a la variación estacional y diurna si es un sistema abierto; y buena capacidad para formar agregados para una cosecha por simple gravedad (Park et al. 2011b). Luz: La intensidad lumínica es uno de los principales parámetros a considerar en un cultivo (Contreras-Flores et al. 2003). En ausencia de limitación por nutrientes, la fotosíntesis se incrementa con el aumento de la intensidad lumínica, hasta
  9. 9. alcanzar la máxima tasa de crecimiento específica para cada especie en el punto de saturación por luz (Park et al. 2011a). Pasado este punto, se alcanza el punto de fotoinhibición, con resultados perjudiciales para la misma célula e incluso la muerte, implicando pérdida de eficiencia fotosintética y productividad del cultivo (Contreras-Flores et al. 2003, Richmond 2004, Martínez 2008, Park et al. 2011a). Los cultivos microalgales exteriores suelen sufrir fotoinhibición en las principales horas del día debido a la alta intensidad lumínica (Martínez 2008). Temperatura: La producción algal aumenta proporcionalmente con la temperatura hasta alcanzar la temperatura óptima de cada especie. Por encima de esta, aumenta la respiración y la fotorrespiración reduce la productividad global. La temperatura óptima varía entre las especies, pero en general está entre 28° y 35°C (Park et al. 2011a). pH y CO2: El pH del cultivo está influenciado por varios factores como la productividad algal, la respiración, la alcalinidad y composición iónica del medio de cultivo, la actividad microbiana autotrófica y heterotrófica y la eficiencia del sistema de adición de CO2 (Martínez 2008, Park et al. 2011a). Como en los otros parámetros, cada especie necesita un rango determinado de pH que permita un crecimiento óptimo (Martínez 2008), siendo pH 8 el más indicado para especies dulceacuícolas (Park et al. 2011a). Por encima o debajo de éste, presentan un descenso en la productividad, que no solo afecta el crecimiento algal, sino también la capacidad de remover el nitrógeno en sistemas de tratamientos de aguas (Park et al. 2011a). El pH puede controlarse con un sistema automatizado de inyección de CO2, o incluso, con adición de ácido o base permitiendo además, suministrar CO2 necesario para cultivos de alta productividad (Berenguel et al. 2004, Martínez 2008, Sialve et al. 2009). Las microalgas se pueden cultivar en sistemas abiertos o en sistemas cerrados, siendo el segundo mas eficiente que el primero en cuanto, debido a que los sistemas abiertos necesitan menor inversión, son de facil mantenimiento y
  10. 10. escalado, pero el inconveniente radica en que la forma de control es mas dificil, generando una producción menor ya que son mucho mas suceptibles a contaminación, en las siguientes imágenes se observan los dos tipos de sistema (ver imagen 1 y 2). Imagen 1 y 2: sistema abierto, sistema cerrado respectivamente. El proceso que se podría llevar a cabo para la obtención de biofertilizantes a partir del cultivo de microalgas corresponde al siguiente:
  11. 11. % ARD % Medio, %ARD % Medio de cultivo % Medio, %ARD Monitoreo fisicoquímico diario Medición diaria de biomasa Evaluación de curva de crecimiento Caracterización fisicoquímica y microbiológica PRODUCTO BIOENSAYO S OBTENCIÓN DE MICROALGA BIOENSAYOS EN SUELO Comparación con fertilizantes CO2 CO2 INOCULO
  12. 12. CONCLUSIONES  La aplicación de la biotecnología corresponde a la generación de oportunidades de mejora para diferentes procesos, teniendo como meta la creación de servicios o productos amigables con el medio ambiente, con el objetivo de garantizar la protección y conservación de los recursos naturales.  Los beneficios de la biotecnología contribuyen a buscar alternativas viables que garantizan aplicaciones prácticas, eficaces, disponibles en los ambientes naturales.  Las microalgas se convierten en una excelente alternativa para la obtención de biofertilizantes por su alto contenido de minerales, vitaminas, aminoácidos, proteínas, entre otros, que generan muchos beneficios para el sector agrícola, debido a que los biofertilizantes ayudan a la absorción rápida y el transporte sistémico a través de las partes aéreas de las plantas, además facilitan la metabolización y formación de sustancias como la clorofila y las hormonas. (Sosa, 2002).  El uso de las microalgas para el proceso planteado corresponde al uso de la biotecnología, con el objetivo de solucionar una problemática ambiental, la disposición final de las aguas residuales domésticas generadas en el campamento de la estación de rebombeo de crudo COROCORA, ya que al proporcionar valor a este residuo, se eliminaría su disposición final, generando importantes beneficios a nivel ambiental, social y económico.
  13. 13. BIBLIOGRAFÍA  Torres, R.D. 2003. El papel de los microorganismos en la biodegradación de compuestos tóxicos. Ecosistemas Revista Científica y Técnica de Ecología y Medio Ambiente 2003/2, 5 páginas.  Sanchez Jesus, Rodriguez Jose. Fundamentos y Aspectos Microbiológicos Biorremediación. Universidad de Oviedo. 5 páginas.  Agriculture and Agri-Food Canada. (2006). Algae Identification Field Guide. Canada. Autor.  Garibay, A. Vazquez, R. Sanchez, M. Serrano, L. Martinez, A. (209). Biodisel a partir de Microalgas. México.  Moreno, J. Medina C,. Albarracin Virginia. (2012). Aspectos ecológicos y metodológicos del muestreo, identificación y cuantificación de cianobacterias y microalgas eucariotas. Reduca (Biología). Serie Microbiología. 5, paginas (110 - 125).  Confederación Hidrográfica del Ebro. (2005). Metodología para el establecimeinto el Estado Ecológico según la Directiva Marco del Agua, Protocolos de Muestreo y Analisis para Fitobentos. España. Autor.
  14. 14.  Ortiz, M. Cortez, C. Sanchez, J. Padilla, J. Otero, A. (2012). Evaluación del crecimiento de la microalga chlorella sorokiniana en diferentes medios de cultivo en condiciones autotróficas y mixotróficas. Orinoquia. Vol. 16. (11-20).  Abdel-Raouf N, AA Al-Homaidan & IBM Ibraheem. (2012). Microalgae and wastewater treatment. Saudi Journal of Biological Sciences. Vol. 19. (257-275).  Contreras-Flores C, J Peña-Castro, L Flores-Cotera & R Cañizares-Villanueva. (2003). Avances en el diseño conceptual de fotobiorreactores para el cultivo de microalgas. Interciencia. Vol. 28. Num 8. (450-456).  Cobos, M. Castro, J. Cerdeira, L. (2014). Potencial biotecnológico para la producción sustentable de biodiesel de microalgas oleaginosas aisladas del Río Itaya, Loreto, Perú. Scielo Perú. Vol 13.  Martínez, L. (2008). Eliminación de CO2 con Microalgas Autóctonas. Tesis Doctoral, Instituto de Recursos Naturales, Universidad de León, León, 226 p.  Valencia, G. Características de aguas residuales y lodos. Universidad del Valle Cali, Colombia.  Posten C. 2009. Design principles of photo-bioreactors for cultivation of microalgae. Engineering in Life Science. Vol. 9. Num 3. (165-177).  Hernandez, A. Labbé, J. (2014). Microalgas, cultivo y beneficios. Revista de Biologia Marina y Oceanografía. Vol. 49. N° 2. (157 – 173).

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