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).