1. Introducción
Actualmente, la contaminación del recurso hídrico, ocasionado por el sector de hidrocarburos, es significativa para los ecosistemas, debido a la dificultad que existe para la degradación de los contaminantes que se originan debido a estas actividades productivas (Larrea Urcola, Abad Alba, Larrea Urcola & Zalakain Bengoa, 2004). Hay consecuencias ambientales que se desencadenan debido a la inexistencia de tecnologías que permitan el adecuado tratamiento de las aguas residuales de tipo industrial (Bassin, J. P., Dias, I.N., Cao, S. M. S., Senra, E., Laranjeira, Y. & Dezotti, M. (2016)) algunas de ellas ocasionadas por cambios en las dinámicas de las poblaciones de fauna y los microorganismos presentes en el agua contaminada (Nguyen D.T. & Nguyen T.P. (2018)( Pucci, G., Acuña, A., Tonin, N., Tiedemann, M. & Pucci, (2010). Dentro de los procesos biológicos que pueden ser aplicados para el tratamiento de este tipo de aguas, se resaltan los procesos aerobios y anaerobios, debido a que son ampliamente utilizados en diferentes plantas de tratamiento alrededor del mundo (Bengston, 2017) (Zupanc, M., Kosjek, T., Petkovšekd, M., Dulard, M., Kompare, B., Širok, B., Blažeka, Z. & Heath, E. (2013)..) Dentro de cada grupo hay, además, diferentes tipos, dependiendo si el proceso de crecimiento biológico (Quan, T. H., Gogina, E. & Quang, T. V. (2018) es suspendido, adherido a una superficie o combinado (Nguyen D.T. & Nguyen T.P. (2018) El tratamiento biológico de aguas residuales supone la remoción de contaminantes mediante la actividad biológica (Nguyen D.T. & Nguyen T.P. (2018). Esta se aprovecha principalmente para remover sustancias orgánicas biodegradables, coloidales o disueltas, del agua residual mediante la conversión en gases y en biomasa extraíble mediante sedimentación (Romero, 2010). Los tratamientos biológicos aerobios son procesos en los cuales los microorganismos realizan la oxidación de contaminantes utilizando oxígeno. Normalmente las bacterias son los microorganismos más importantes en el tratamiento aerobio y son excelentes degradadores de materia orgánica (Alba Torres, N. & Araujo Estrada, F. L. (2008)) (Bidinger, S. C., Dzedzig, B., Geiger, M. & Rauch, B. (2010)).
La degradación biológica aerobia está constituida por reacciones de oxidación biológica en las cuales el oxígeno es la fuente de energía necesaria para el crecimiento microbiano y el proceso anaerobio o fermentación se puede definir como la existencia de vida en ausencia de oxígeno (Romero, 2010).
Las grasas y aceites, debido a su composición y distribución en la superficie del agua impiden la oxigenación debido a que obstaculizan el contacto entre el aire y el agua (Jiménez, S. (2012) lo que disminuye el oxígeno disuelto y por el contrario incrementan la radiación solar que es absorbida por este medio, generando afectaciones en la actividad fotosintética de los ecosistemas acuáticos; esto ocasiona alteraciones en los procesos biológicos que se desarrollan en el agua (Alba Torres, N. & Araujo Estrada, F. L. (2008)) . Las formaciones de capas de aceites en la superficie del agua, generan la destrucción de algas y plancton.
Además de ello, los aceites y grasas pueden tener un efecto tóxico sobre estos ecosistemas, afectando la fauna y flora acuática. El objetivo del presente estudio consistió en la evaluación del uso del Mutag (Bidinger, S. C., Dzedzig, B., Geiger, M. & Rauch, B. (2010) mediante una prueba piloto a escala de laboratorio, usando un reactor mezcla completa tipo batch para el tratamiento de aguas provenientes del sector de hidrocarburos, partiendo del aislamiento y caracterización de microorganismos presentes, actividad degradadora para aguas residuales y mediante un proceso de bioaumentación evaluar la eficiencia del uso del Mutag como medio inmovilizador (MacQuarrie, J. P., & Boltz, J. P. (2011) en la degradación de fenoles, grasas y aceites como parámetros indicadores de carga contaminante en el agua.
2. Metodología
2.1 Aislamiento y caracterización de microrganismos con potencial actividad degradadora
Para el aislamiento de microorganismos se realizó inicialmente bioaumentación, colocando 50mL de muestra en 450 mL de agua peptonada, posteriormente se colocó en un agitador orbital termostatado a 37º C y 120 rpm durante 7 días; posteriormente se realizó la siembra de los microorganismos en agar nutritivo, en diluciones de 10-1 hasta 10-7 incubando a 37º C durante 24 horas y luego recuento de mesófilos totales. Para la caracterización bacteriológica se usaron pruebas bioquímicas y medios de cultivo selectivos y diferenciales (Encinas, A., 2014.).
2.2.Prueba piloto evaluación de la eficiencia del Mutag como alternativa de tratamiento para la degradación de fenoles, grasas y aceites
Los dos reactores, con Mutag (Geiger, M. (2017)) y sin Mutag fueron montados con aguas residuales provenientes de una estación de servicio posterior a la bioaumentación. El volumen efectivo de trabajo fue de 2 L en cada caso, se colocaron en agitador termostatado durante 7 días a 120 rpm y a 37ºC. Adicionalmente se tomaron 5 frascos schoot para el monitoreo de grasas y aceites y 5 tubos falcon de 50ml para el monitoreo de fenoles y la medición de densidad óptica para evaluar el crecimiento de los microorganismos en cada monitoreo. El monitoreo se realizó durante 7 días. Para el caso del reactor con Mutag se agregó 15 % de Mutag, el 30 % de inóculo y el 70 % de muestra de agua residual. El oxígeno requerido para el desarrollo adecuado de los microorganismos osciló entre 2 y 3 mg/L. Se realizó el monitoreo del reactor durante 7 días para los parámetros de fenoles, grasas y aceites.
3. Resultados
El agua residual fue tomada después de la trampa de grasas de una estación de servicio; la muestra fue trasladada al Centro Tecnológico de Ambiente y Sostenibilidad (CTAS) de la Universidad de La Salle, donde se realizaron las pruebas de caracterización de los parámetros establecidos en la Resolución 0631 de 2015.
Tabla 1.
Caracterización inicial de la muestra de agua residual proveniente de la estación de servicio
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Parámetro |
Resultados |
|
Grasas y aceites |
141 Mg/l |
|
Fenoles |
17 Mg/l |
|
Dbo |
486 Mg/l |
|
Dqo |
1177 Mg/l |
|
Nitrógeno total |
17 Mg/l |
|
Fósforo |
1,79 Mg/l |
|
pH |
7,47 |
Fuente: autores
El resultado de mesófilos totales tras 2 semanas de bioaumentación fue de 21X108 UFC/mL.
3.1. Aislamiento y caracterización
Se caracterizaron Pseudomonas aeruginosa, E. coli y Raoultella ornithinolytica. El primer género está ampliamente reportado como microorganismo degradador de hidrocarburos, el segundo es indicador de calidad de aguas y el último tiene relación directa con la presencia de roedores.
3.2. Prueba piloto evaluación de la eficiencia del Mutag como alternativa de tratamiento para la degradación de fenoles, grasas y aceites
La obtención de la eficiencia de remoción de los microorganismos presentes en el agua residual, se realizó mediante medición diaria de los parámetros de interés del presente proyecto (fenoles, grasas y aceites) (Gil, M. (2019), por un tiempo de 7 días. Los resultados de las tablas 2 y 3 corresponden al reactor sin Mutag.
Tabla 2.
Resultados monitoreo parámetros fenoles,
grasas y aceites rector sin mutag
|
Monitoreo |
Fenoles |
Grasas y aceites |
|
1 |
17 mg/L |
141 mg/L |
|
2 |
17 mg/L |
136 mg/L |
|
3 |
16 mg/L |
121,8 mg/L |
|
4 |
15 mg/L |
110 mg/L |
|
5 |
14 mg/L |
100,5 mg/L |
|
6 |
13 mg/L |
98,3 mg/L |
|
7 |
13 mg/L |
95,3 mg/L |
Fuente: autores
La siguiente figura muestra los resultados de remoción de fenoles en el reactor sin Mutag y se evidencia un decaimiento desde el día 2.
Fuente: autores
Fig. 1. Fenoles
Para el caso de las grasas y aceites se observa una disminución a partir del día 2 donde la concentración de grasas y aceites es cercana a 130 mg/L. El valor de remoción para fenoles fue de 23, 5% y 32,4 % para grasas y aceites.
Fuente: autores
Fig. 2. Grasas y aceties
Para el caso de reactor con Mutag se observan los siguientes resultados para el monitoreo de fenoles y grasas y aceites.
Tabla 3
Resultados monitoreo parámetros fenoles,
grasas y aceites reactor con mutag
|
Monitoreo |
Fenoles |
Grasas y aceites |
|
1 |
17 mg/L |
141 mg/L |
|
2 |
17 mg/L |
121 mg/L |
|
3 |
16 mg/L |
90,5 mg/L |
|
4 |
15 mg/L |
82,5 mg/L |
|
5 |
14 mg/L |
73,3 mg/L |
|
6 |
13 mg/L |
64 mg/L |
|
7 |
13 mg/L |
54,8 mg/L |
Fuente: autores
Las imágenes permiten visualizar el día inicial y final del tratamiento en el reactor con Mutag.
Los porcentajes de degradación de fenoles fue del 42 % y 67 % para grasas y aceites lo que permite afirmar que la utilización del Mutag como medio de soporte aumenta el porcentaje de degradación biológica (Gil, M. (2019) de los dos parámetros seleccionados para el monitoreo durante el presente estudio.
Fig. 3. Montaje inicial y final del reactor biológico
La siguiente figura muestra el decaimiento en la concentración de fenoles a partir del día 2 con una valor óptimo de degradación en el día 6.
Fig. 4. Fenoles
Fig. 5. Decaimiento de fenoles en el tiempo
Para el caso de las grasas y aceites la degradación es significativa a partir del día 2.
Fig. 6. Grasas y aceites
Las siguientes figuras permiten comparar los porcentajes obtenidos en el sistema con Mutag y sin Mutag frente a los parámetros escogidos para el monitoreo.
Fuente: autores
Fig. 7. Con Mutag sin Mutag
Fuente: autores
Fig. 8. Grasas, aceties y fenoles con Mutag y sin Mutag
En el caso de los resultados observados para el reactor con Mutag los porcentajes de degradación son más altos para fenoles, grasas y aceites (Castro Varela, G. (2007). El reactor con Mutag presentó dos veces mayor eficiencia de remoción de los contaminantes de interés que el reactor sin Mutag.
El resultado de la prueba piloto indica que el reactor biológico de mezcla completa (García F. & Gutiérrez, D. (2018)), utilizando Mutag como alternativa de tratamiento primario, es una alternativa biológicamente interesante. pero que requiere un tratamiento previo (MacQuarrie, J. P., & Boltz, J. P. (2011) que garantice una reducción de los sólidos suspendidos; esto puede lograrse al mejorar el diseño de la trampa de grasas ( Gil, M. (2019). así como también un mejor control de vectores como los relacionados con la presencia de Raoultella ornithinolytica, bacteria de importancia clínica (Rodríguez-Heredia, D. & Santana-Gómez, M. (2017)) que probablemente exista en una red de conducción de agua residual de tipo industrial errada que recoge el agua de las bahías de servicio y por ende, una contribución de aguas residuales adicionales al caudal para el que fue diseñado el sistema.
Conclusiones
El tratamiento biológico secundario para aguas residuales provenientes de la estación de servicio, no cumplió con los valores establecidos en la reglamentación vigente, lo que hace necesario buscar alternativas biológicas que disminuyan las cargas contaminantes; sin embargo, a pesar de los porcentajes de degradación biológica obtenidos en el presente estudio, los porcentajes si son más altos de los obtenidos por métodos químicos o físicos. El aislamiento de Pseudomonas genera una perspectiva muy interesante para su uso como degradador biológico en este tipo de aguas, y, el aumento de la biomasa bacteriana de esta bacteria se ve favorecida bajo el ambiente establecido en el reactor, debido a que los desechos orgánicos tienden a incrementar su reproducción (Orozco, 2014).
Referencias
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Bassin, J. P., Dias, I.N., Cao, S. M. S., Senra, E., Laranjeira, Y. & Dezotti, M. (2016). Effect of increasing organic loading rates on the performance of moving-bed biofilm reactors filled with different support media: Assessing the activity of suspended and attached biomass fractions. Process Safety and Environmental Protection, 100, 131-141.
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