2. OSDA-free synthesis of CHA-type zeolite catalysts for methanol-to-olefins
2.8. Supporting Information for Chapter 2
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DISCUSIÓN
La utilización de microorganismos eficaces (EM) representa una
solución útil por su capacidad en la reducción del volumen de sólidos y evitar
la generación de olores ofensivos, aunque para obtener éxito en dicho
tratamiento se necesita de un ambiente adecuado que por las características de
las aguas residuales ya antes mencionadas, permite establecer la existencia de
sustrato, temperatura, pH; adecuadas para el establecimiento de los EM 42. Obteniendo a partir de ello varias ventajas como la aportación de varios
microorganismos benéficos al ambiente contaminado por contener bacterias
aeróbicas y anaeróbicas, capacidad de establecerse en condiciones de
contaminación43, a diferencia de la aplicación de un solo microorganismo que su establecimiento es más lento y genera resultados riesgosos por las
condiciones adversas del ambiente contaminado44,45
Debido que el tratamiento biológico es más lento hay que tomar en
cuenta la duración del proceso, es necesario mayor tiempo de retención,
aunque su efecto es acumulativo y por tanto más contundente en el tiempo.
Sin embargo, se debe establecer para una mayor efectividad. Lo cual es
establecido según el área donde se va a hacer el tratamiento; cuando el área es
cerrada se debe tomar en cuenta la relación entre la capacidad de
descomposición de materia orgánica por microorganismos nativos y el
volumen de contaminación. Es decir se toma en cuenta el volumen de carga
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de DBO que es igual al volumen total (L) x DBO (mg/L ), pero cuando el área
es abierta, se considera el caudal, teniendo dicha agua 471 de DBO y un
caudal de 12 l/s, lo que implica un tiempo de 96 días si es que solo se haría
por los microorganismos nativos pero si a ellos se agrega la acción de los EM,
el tiempo disminuye notoriamente por lo que se evidenció que a los 30 días ya
no era posible una evaluación por NMP46.
La concentración en EM® fué de 1x104 UFC/ml dentro de dicha concentración encontramos a las bacterias fototrópicas, acido lácticas y
levaduras. Las bacterias fototrópicas, son autótrofas es decir sintetizan
sustancias útiles a partir de materia orgánica y gases dañinos, usando la luz
solar y el calor como fuentes de energía; las sustancias sintetizadas
comprenden aminoácidos, ácidos nucleícos, sustancias bioactivas y azúcares.
Las bacterias ácido lácticas producen ácido láctico a partir de azúcares y otros
carbohidratos sintetizados por las bacterias fototrópicas; siendo el ácido
láctico un fuerte esterilizador, por suprimir microorganismos patógenos e
incrementando así la descomposición de la materia orgánica47, 48. En el estudio realizado por Kelly et al.1998 49, se determinó que parte del comportamiento antagónico frente a patógenos del acido láctico se debía a la producción de
péptidos antimicrobianos y compuestos de bajo peso molecular, como la
bacteriocina clase I, y la nisina, péptido de 34 carbonos que es activo frente a
la mayoría de las bacterias Gram positivas. Así mismo, dichas bacterias
aumentan la fragmentación de materia orgánica, fermentando estos materiales
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sin causar influencias negativas en la descomposición del resto de la fracción
orgánica.
De otro lado, las levaduras sintetizan sustancias antimicrobiales y
útiles; a partir de aminoácidos y azúcares secretados por las bacterias
fototrópicas50. Sus secreciones son sustratos útiles para microorganismos eficaces como bacterias ácido lácticas y hongos actinomycetos51,52,53.Además, las levaduras como parte de su metabolismo fermentativo, producen etanol en
altas concentraciones, que es también reconocida como sustancia
antimicrobiana54. Se asume, por lo tanto, que al degradar los carbohidratos presentes en agua residual, se producirá etanol, el cual puede funcionar como
sustancia antagónica frente a microorganismos patógenos50.
Entonces los diferentes tipos de microorganismos presentes basan su
funcionamiento y desarrollo, en sustancias orgánicas y sustancias generadas
por otros organismos ya que durante su desarrollo los EM sintetizan
aminoácidos, ácidos nucleicos, vitaminas, hormonas y otras sustancias
bioactivas, beneficiosas para cualquier ecosistema55. Por lo que al incrementar su población en el medio, la actividad como comunidad con los
microorganismos naturales benéficos presentes es también incrementada y la
microflora en general se enriquece, balanceando los ecosistemas, inhibiendo
la proliferación de microorganismos patógenos, perjudiciales causantes de
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putrefacción, evitando enfermedades, la generación de malos olores y
haciendo más eficiente el tratamiento y manejo de los residuos orgánicos32.
Para evaluar la calidad biológica del agua luego de la aplicación de los
EM, se ha planteado el uso de microorganismos indicadores de contaminación
fecal debido a que presentan un comportamiento similar a los patógenos en
cuando a concentración, sensibilidad a factores ambientales y barreras
artificiales, además resultan más fáciles, económicas y rápidos de
cuantificar56,57,58. Dentro de los microorganismos indicadores el más conocido es el grupo de los coliformes totales por ser un grupo que cuenta con mayores
especificaciones en cuanto a concentraciones en la normatividad nacional (DS
1594 de 1984, DS 475 de 1998, DS 1575 del 2007)51,58.
Cuando las densidades poblacionales de coliformes totales
disminuyeron en el tiempo, fué gracias a que la materia orgánica se
transforma producto de la liberación y síntesis de sustancias de diferentes
compuestos tales como aminoácidos, enzimas, vitaminas, sustancias
bioactivas, hormonas y minerales solubles que secuestran minerales o
vitaminas necesarias para el crecimiento de los patógenos impidiendo su
crecimiento, dejando a los coliformes sin sustrato presentándose un descenso
significativo de todos los tratamientos con respecto al control mientras que
con 50 y 100% no se presentaron diferencias. El comportamiento observado
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para el día 25, coincide con la disminución de coliformes esperada tras la
aplicación de EM 40,48,54.
La tendencia de las densidades poblacionales de coliformes totales y
termotolerantes, fue similar, presentándose en todos los casos recuentos
mayores para los coliformes totales, debido a que estos incluyen a los
coliformes termotolerantes. Para los recuentos de coliformes termotolerantes,
se observó una disminución significativa de las densidades poblacionales de
los tratamientos con respecto al control, y entre los tratamientos siendo la
mejor concentración 12.5 o 50% EM debido que en el análisis estadístico no
existe diferencia significativa entre 12.5 y 100 % EM pero si entre 25 y 50 %
lo que impide determinar la mejor concentración determinando que la mejor
es de 50% EM aunque es necesario repetir el ensayo para confirmarlo.
En el estudio realizado por Roldan y col. en 2007 40, en el cual se evaluó durante 60 días el efecto de la aplicación de EM (1/3000 v/v) sobre
ARD y aguas residuales sintéticas (ARS), se obtuvo una reducción
significativa en los recuentos de coliformes totales en ambos casos hacia el
día 30 del estudio. Este comportamiento se explicó teniendo en cuenta lo
reportado por Early en 1998) y Mikola y Col. en 2004 48,54 quienes afirmaron que metabólicos producidos por los microorganismos presentes en el EM
como ácidos, etanol y bacteriocinas, inhiben las poblaciones de patógenos de
origen fecal, posiblemente debido a que bajan el pH del medio y/o limitan su
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crecimiento desestabilizando el transporte a través de la membrana al
bloquear receptores o generar cambios en el equilibrio iónico40.
Según la ficha técnica de EM 59para el tratamiento de aguas residuales la dosificación recomendada es de 1:1000 (1 parte de EM y 1000 partes de agua), pero esto varía según las características químicas y físicas del agua a tratar estando estrechamente relacionada con la concentración de EM; por lo
que se han realizado diferentes estudios con la finalidad de establecer la
concentración más eficiente, como es el caso de México, que en estudios
realizados con diferentes concentraciones de EM, la concentración al 5 % dio
los mejores resultados para la estabilización de residuos sépticos60
La demanda bioquímica de oxigeno (DBO5) disminuye como se
evidencia en la Grafica 3 pasando de 471 mg/L hasta 79 mg/L cuando la
concentración de EM es del 100%, esta evaluación nos permite confirmar que
la gran cantidad de materia orgánica a disminuido, aunque en los resultados
no es muy notoria debido a que la DBO5 está estrechamente relacionada con la
adición de EM.
Al inicio del estudio, la DBO5 de los tratamientos fueron similares
entre sí, debido a que los EM estaban en fase de adaptación pero durante el
tiempo empezó a disminuir en pequeñas proporciones en los tratamientos, lo
cual se relacionó con la adición de EM, cuyo sustrato está constituido en gran
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parte de melaza y otros sustratos orgánicos que hacen que el valor de este
parámetro no disminuya como se esperaba, sin embargo, el control también
presento una disminución lenta durante el tiempo lo cual se sustenta debido a
la ausencia de EM. Por lo que para este parámetro no se presentaron
diferencias significativas entre los tratamientos, pero si entre estos y el
control, disminuyendo en el tiempo aunque el menor valor de DBO5
corresponde a EM 100% sin tener diferencia significativa.
En la investigación realizada por Córdova y García 200861 se realizaron evaluaciones de levaduras y lactobacilos, y se observó que estas
disminuyeron significativamente en el tiempo, mientras que las bacterias
fototróficas aumentaron significativamente en los tratamientos y en el control.
Observándose diferencias significativas entre los tratamientos y el control en
la densidad poblacional de las levaduras hacia el final del estudio que fue
durante 45 días, explicándose que la disminución de las poblaciones de
levaduras y lactobacilos se debía a factores como el descenso del oxigeno
disuelto (OD) y el aumento de la DBO5, así como la competencia normal que
se presenta entre los microorganismos aloctonos con los autóctonos lo que
explica el aumento de DBO5.
Los resultado obtenidos coinciden con lo reportado por Córdova y
García 2008 61, ya que a medida que se van agotando los compuestos de fácil degradación valores dados por la medida de la DBO5 y los microorganismos
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empiezan a consumir otras sustancias más complejas, llega cierto punto en el
cual los microorganismos presentes no cuentan con las enzimas o los
nutrientes requeridos para continuar con el proceso45, que permita la disminución de DBO, lo anterior, sumado a la falta de oxígeno, limita
claramente la degradación, como se observó en el comportamiento similar de
los valores de los días 5 a 10 días en donde no hay un cambio para DBO por
la presencia de compuestos, cuya estructura química compleja, no permite su
fácil degradación37.
Resultados similares a los obtenidos, han sido reportados por Shelton
1991 62, en donde se observó una disminución lenta de la DBO5, debido a la
adición de EM, por la gran cantidad de carbohidratos que contiene el medio
de mantenimiento de EM; de igual forma, a medida que la materia orgánica
fue consumida, los niveles de DBO5 comenzaron a disminuir, como se
observó en este caso. Así mismo en el trabajo de Roldan y col. en 200740, la presencia de EM en el agua residual doméstica y sintética. Ocasionó
aumentos significativos para el parámetro de DBO5.
En general, los cambios del OD observados durante el estudio se deben
a la dinámica presentada por el oxigeno, lo cual resulta de la interacción de
tres factores: solubilidad limitada, rápido consumo y bajas tasas de reemplazo,
causando agotamiento de este elemento en el agua 63. Por lo tanto, se pudo observar que el exceso de nutrientes como fosforo y nitrógeno sumado al
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metabolismo microbiano presentando en el ARD tuvo como consecuencia la
reducción o agotamiento en su contenido de OD, debido a una mayor
demanda de DBO5. Una vez agotado el OD los procesos de autopurificación
se hicieron drásticamente más lentos dado que los productos de fermentación
y el uso de aceptores de electrones, como el nitrato y el sulfato, producen
olores, sabores y colores desagradables y el agua se convierte en anóxica o
séptica45.
Los EM no hicieron el trabajo solos, pues fueron ayudados con el
suministro de oxígeno, proporcionados por los biorreactores airlift, esto
permite que los EM aceleren su proceso, como es el caso de las levaduras
que tienen un requerimiento esencial que son las vitaminas del grupo B en
especial la biotina, que con el aumento de la aerobiosis disminuye los
requerimientos de esa vitamina y el uso de urea como fuente de nitrógeno por
la necesidad de biosíntesis de tres sistemas enzimáticos que contienen biotina
aumentando su efecto sobre las poblaciones patógenas es entonces que si
existiese limitación de oxígeno no se puede alcanzar los rendimientos
óptimos 64.
Por todo lo dicho anteriormente, la degradación de materia orgánica en
las lagunas de estabilización del distrito de Moche – Región La Libertad fué
eficiente gracias a los EM. Aunque a pesar que la disminución en la DBO5
alcanzó valores de hasta 36.6 mg/L; sin embargo, la Agencia de Protección
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Ambiental (EPA) exige para el reúso del ARD valores menores a 30 mg/L.
Para este parámetro, los cuales no fueron alcanzados por la aplicación de EM
en ninguno de los tratamientos para coliformes totales y termotolerantes, sí se
alcanzó los LMP.