Alternativas biotecnológicas para el tratamiento de aguas residuales industriales

Dra. Alma Rosa Netzahuatl Muñoz

Foro industrial de medio ambiente y producción sustentable Tlaxcala 2018

La Biotecnología ha conjuntado

conocimientos generados desde la antigüedad pero

principalmente en el ultimo siglo

¿Qué hallazgos científicos han sido detonantes para el diseño de tecnologías biológicas para el

tratamiento de aguas residuales?

¿Qué biotecnologías pueden emplearse tratamiento de aguas

residuales industriales?

Entre 1889 y 1912 se demostró que la degradación de la materia orgánica de las aguas residuales era un proceso microbiológico

Hoy en día conocemos cientos de microorganismos capaces de remover contaminantes de aguas residuales

Efluentes con compuestos nitroaromáticos (i.e. 4 nitrofenol)

Intermediario en la producción de pesticidas, colorantes azo, químicos para la industria química y TNT

Muy soluble

Muy tóxico, causa daño al riñón, hígado, sistema nervioso central

Inhibe la velocidad de respiración de los microorganismos de lodos activados

Pseudomonas sp tiene una eficiencia de mineralización del 93% del compuesto en un tiempo de retención de 2.3 h

Degradación del colorante disperso Rubine GFL y efluentes textiles

Lade, H. S., Waghmode, T. R., Kadam, A. A., & Govindwar, S. P. (2012). International Biodeterioration & Biodegradation, 72, 94-107.

Colorante azoico textil

Cultivos de Aspergillus ochraceus NCIM-1146 en

combinación con Pseudomonas sp. SUK1 decoloraron 98%

microaerobicamente el efluente textil y 95% un medio con el

colorante

El consorcio no formó aminas aromáticas

Estudios de germinación en Phaseolus mungo y Sorghum

vulgare demostraron la detoxificación del efluente

tratado y el medio conteniendo el colorante

En 1914 Edward Arden y William T. Lockett (River Committee of the Manchester Corporation) sientan las bases para los sistemas de lodos activados En 1920 se construye la primera planta de lodos activados a escala técnica en Sheffield, UK

• 1962 se proponen modificaciones al proceso de lodos activados para promover la denitrificación

• 1970 se patenta el proceso biológico Phostrip para remoción de fósforo

Barnard, J. L. (2006). Proceedings of the Water Environment Federation, 2006(13), 1-25.

A la par se desarrollan los filtros percoladores (primeros reactores de biopelícula)

1860–1890

Se irrigan aguas residuales sobre suelos favorables a la filtración, en algunos casos se incorporan drenajes.

1903

Se construye el primer filtro percolador

1960

Se diseña el primer filtro percolador de alta tasa

Wiesmann, U., Choi, I. S., & Dombrowski, E. M. (2007). Fundamentals of biological wastewater treatment. John Wiley & Sons.

Reactores anaerobios

1860

Fosa séptica (Jean-Luis Mourais, Francia)

1900–1910

Tanque Imhoof

1975

Reactor UASB

1991

Reactor EGSB

Van Lier, J. B., Van der Zee, F. P., Frijters, C. T. M. J., & Ersahin, M. E. (2015). Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 14(4), 681-702.

• Para 2007 operaban en el mundo 2266 reactores anaerobios tratando aguas residuales industriales

• Las áreas en las que más se emplean son: alimentos, bebidas, destilería, celulosa y papel.

Actualmente se cuenta con las más diversas configuraciones y formas de operación de los reactores biológicos para

tratamiento de aguas residuales industriales

Tecnologías de fitorremediación

Se considera que hace 300 años comenzaron a usarse las plantas para el tratamiento de aguas residuales

Baumann en 1885 documenta a Thlaspi caerulescens como la primer especie que acumula grandes cantidades de un metal, Ni

Los humedales construídos, con el diseño y operación adecuados, son una buena opción para el tratamiento de efluentes industriales

Remoción de rojo de remazol por Alternanthera philoxeroides en un sistema de fitofiltración

Imagen tomada de Rane, N. R., Chandanshive, V. V., Watharkar, A. D., Khandare, R. V., Patil, T. S., Pawar, P. K., & Govindwar, S. P. (2015). Water research, 83, 271-281.

Planta piloto de fitofiltración para

la remoción de arsénico

empleando Pteris vittata

Imagen tomada de Elless, M. P., Poynton, C. Y., Willms, C. A., Doyle, M. P., Lopez, A. C., Sokkary, D. A., ... & Blaylock, M. J. (2005). Water research, 39(16), 3863-3872.

Biosorción

• Polikarpov en 1966 señaló que radionucleótidos presentes en el mar fueron acumulados por microorganismos marinos a través de adsorción directa del agua

Imagen tomada de Sharma, R., Sarswat, A., Pittman, C. U., & Mohan, D. (2017). Rsc Advances, 7(14), 8606-8624.

Sistemas comerciales de biosorción

1) AlgaSORB©, de Bio-Recovery Systems, Inc., (celulas muertas

de la microalga Chlorella vulgaris inmovilizadas en polimero de silica gel para

remoción de metales cationicos en sistema continuo.

Incluido dentro del Programa de Tecnologias Emergentes en

1988 por la EPA

AMT-Bioclaim©, (biomasa del genero Bacillus inmovilizada en polietilenimina-glutaraldehido, para la remocion de oro, cadmio y zinc de soluciones con cianuro)

el BIO-FIX©, biomasa de alga (Ulva sp.), levadura (Saccharomyces cerevisiae),

cianobacteria (Spirulina sp.), flora acuatica (Lemna sp.) para remover aluminio, cadmio,

zinc y manganeso.

La compañía BV Sorbex Inc fue fundada por uno de los más reconocidos investigadores

en el área: Bohumil Volesky. Actualmente la compañía diseña sistemas de biosorción a

escala industrial

Créditos

• Detail of a relief on the eastern stairs of the Apadana Palace, Persepolis, depicting Armenian ambassadors, bringing wine to the Persian Emperor. By Phillip Maiwald (Nikopol) - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8703131

• Grape cultivation, winemaking, and commerce in ancient Egypt c. 1500 BC. By Ägyptischer Maler um 1500 v. Chr. - The Yorck Project (2002) 10.000 Meisterwerke der Malerei (DVD-ROM), distributed by DIRECTMEDIA Publishing GmbH. ISBN: 3936122202., Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=146258

• French biologist Louis Pasteur (1822-1895), 1878 (detail).De Paul Nadar - http://history.amedd.army.mil/booksdocs/misc/evprevhttp://jnm.snmjournals.org/content/49/Suppl_2/24S/F9.large.jpghttps://wellcomecollection.org/works/gvcbrvdp?query=louis+pasteur, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=422990

• Synthetic Production of Penicillin Professor Alexander Fleming, holder of the Chair of Bacteriology at London University, who first discovered the mould Penicillin Notatum. Here in his laboratory at St Mary's, Paddington, London. De Official photographer - http://media.iwm.org.uk/iwm/mediaLib//32/media-32192/large.jpgThis is photograph TR 1468 from the collections of the Imperial War Museums., Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24436974

• Photograph of Stanley Norman Cohen, chemist and recipient of the 2016 Biotechnology Heritage Award, presented at the Biotechnology Industry Organization (BIO) annual international convention.By Science History Institute, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=57331679

• Photograph of Herbert Boyer, chemist and recipient of the 2005 Winthrop-Sears Medal, presented 9 June 2005, at Heritage Day, Chemical Heritage Foundation, Philadelphia, PA, USA. By Science History Institute, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=33353432