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ALTERNATIVA BIOLÓGICA PARA EL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE LA

INDUSTRIA FARMACÉUTICA Y BEBIDAS NO

ALCOHÓLICAS EN COLOMBIA

Paola Andrea Bautista Duarte M.ScUniversidad Militar Nueva Granada-Bogotá-Colombia

5º curso RED TRITÓN

Querétaro (México) 27-agosto-2018

Aguas Residuales no Domésticas-ARnD



AR no domésticas Variabilidad en cuanto a

caudal, carga y composición

Contaminantes Emergentes:

• Analgésicos

• Hormonas

• Antibióticos

• Azucares

Tomado de: Collazos, 2008. UNAL



Sistemas de tratamiento ARnD

• ¿Cuál es el papel de los microorganismos en los sistemas de tratamiento de aguas residuales?

Aeróbico- Anaeróbico- Combinados Células Libres o Adheridas

Remoción de materia orgánicaNitrificaciónDesnitrificaciónRemoción de Fosforo

Otros compuestos*



Tratamiento ARnD

Acelulares

Celulares



Organismos

Temperatura

pH

- Bacteria: 5-9 / Óptimo

de 7 - Hongos:

Ácido pH~5

- Algas: >7

- Protozoarios: 5-8

Oxígeno

Nutrientes

Ajuste de pH inicialIncremento Unidad de tiempo



Crecimiento microbiano

PTAR - Condiciones estables




Tomado de Mara y Horan, 2003






Relación área/ Volumen

http://www.davidfunesbiomed.es/2015_06_01_archive.html

Degradación de compuesto.Acceso al contaminante

Relación A/V es > en pequeñosvolúmenes

Área mínima superficial:esférica

Fundamental para separaciónSedimentación

Microorganismo pequeños-mayor área de absorción-esférico

Hongos: no sedimentan bien. Relación A/V baja

• Clase 1: OXIDORREDUCTASAS

Reacciones Redox

• Clase 2: TRANSFERASAS

Transferencia de un grupo químico de un sustrato a otro

• Clase 3: HIDROLASAS

Rompimiento de enlaces por adición de agua

• Clase 4: LIASAS:

Eliminación o adición de grupos para formar un doble enlace o se añaden al doble enlace

• Clase 5: ISOMERASAS

Reordenamientos intramoleculares

• Clase 6: LIGASAS

Unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleótido trifosfato




Mecanismos de obtención de Energía

Respiración

- aeróbica

- anaeróbica

Fermentación




http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/018834/MEMORIAS2004/CapituloII/5Microbiologiadelodosactivados.pdf



Tratamiento ARnD Aeróbico

•Extendidos (lagunas)

•Biomasa en suspensión

•BiopelículasAeróbico

http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/018834/MEMORIAS2004/CapituloII/5Microbiologiadelodosactivados.pdf



Tratamiento ARnD Anaeróbico

• Biomasa en suspensión

• Biopelículas.Anaeróbico



Tratamiento ARnD Anaeróbico: degradación ác. grasos

Cantidad de oxígeno necesaria para que una población microbiana heterogénea estabilice la materia orgánica biodegradable presente en una muestra de agua residual

La DBO representa una medida indirecta de la concentración de materia orgánica e inorgánica degradable o transformable biológicamente

En condiciones normales de laboratorio la DBO se cuantifica a 20ºC durante un período de 5 días, con valores expresados en mg/l O2 (DBO5)

Tomado de: Collazos, 2008. UNAL



DBO

• Puede descomponerse en dos factores

1) la demanda de oxígeno para la oxidación realizada por los microorganismos quimioheterotrofos (DOH)

2) el oxígeno consumido en las oxidaciones de los quimioautotrofosnitrificantes (bacterias que oxidan el NH4 para obtener energía (DON).



DBO

DOH

El valor de la DOH incluye todas las transformaciones oxidativas de la materia orgánica biodegradable:

Comp. orgánicos + O2 + bacterias biomasa bacteriana + CO2 + NH4 + H2O

biomasa bacteriana + O2 + protozoos biomasa de protozoos + CO2



DOH

• En la descomposición de la materia orgánica se produce material no carbonáceo como el amoníaco

• El nitrógeno amoniacal es oxidado por bacterias nitrificantes a nitrito y nitrato (ciclo del nitrógeno).

• Esta demanda de oxígeno se conoce como DON



DON

Nitrógeno

Formas orgánicas e inorgánicas

La mayoría son solubles en agua (no remoción por sedimentación o flotación)

Tres pasos para la remoción:

Amonificación, Nitrificación y desnitrificación



Remoción de Nitrógeno

NitrificaciónNitrificación: Nitrificación parcial (nitritación) y Nitratación

-Enzima Amonio Monooxigenasa

-Proceso aerobico

-Proceso exótermico

-Autotrofos y heterotrofos




Desnitrificación

-Anaeróbico

-Respiración con NO3

como aceptor de electrones

-Simultáneamente oxidación de M. Orgánica




Oxidación Anaeróbica de Amonio Anammox

• NH4+ + NO2

- → N2 + 2H2O

• NH4+ a N2 con NO2

- como aceptor de ē.

• Oxidación parcial de

amonio a nitritos




SHARON-CANNON-oland

SHARON: Single reactor system for High Ammonia Removal Over NitriteProcess

Nitrificación por microorganismos aerobios y desnitrificación por heterótrofos anaerobios

CANNON: Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite:

Aguas con Alto Nitrógeno – Bajo contenido de materia orgánica

OLAND: oxygen-limited nitrification and denitrification

Un solo paso. Aerobios nitrificantes y Planctomycetes






Remoción de azufre

Competencia entre las BSR y las BM, por sustratoscomunes y la consecuente disminución en la producción demetano

Inhibición de varios grupos bacterianos por la presenciade H2S

Toxicidad generada por el H2S, malos olores y corrosión.

• Tiempo de retención hidráulica cortos…reducción en tamaño de los reactores…menos espacio

• Baja cantidad de lodos producidos en el proceso

• No uso de compuestos químicos….reducción de costos

Fe, Ni, Mo, Co,



Remoción de metales

Remoción de patógenos



Remoción de azufre

• - Asimilan mas P que el requerido para el crecimiento celularPolifosfatos

• - 1-3 % No acumuladora 12% acumuladora

Energía Regulación

del pH intracelular



Remoción de fósforo

http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/Actualizaciones/metales/metales

Cd, Cr, Pb,Ni, Zn y Cu

Una interacción

físicoquímica del metal

con ligandos

pertenecientes a la superficie celular

Carboxilo,

amino,

hidroxilo,

fosfato ysulfhidrilo



Remoción de metales

• Es una población de células que crecen unidas a una superficieenvueltas en una matriz de exopolisacaridos que las protege del ambiente externo.

• Las biopelículas son estructuras heterogéneas que crecen en ambientes acuosos y que se encuentran formadas por agrupaciones de células bacterianas las cuales se mantienen unidas dentro de una matriz extracelular de polímeros y separadas mediante espacios y canales intersticiales

• Por cada bacteria en forma planctónica hay 1.000 ó 10.000 adheridas a las superficies

Transporte y adsorción de células en las paredes de las tuberías.

Reproducción celular y formación de subproductos.

Desprendimiento parcial de la biopelícula por efecto de la erosión y la pérdida de adherencia.



BIOFILMS



BIOFILMS



BIOFILMS-Reactores

Reactores de Membrana

• RotatingBiologicalContactor



BIOFILMS-Biodiscos

Sistema biológico detratamiento de AR, dondela membranaes el límite físico quesepara la zona donde seproduce la degradaciónbiológica de loscontaminantes y la zonadel agua tratada, libre decontaminantes ymicroorganismos.

Mayor concentración de microorganismos 10-20 g/L

Tomado de: Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales



Reactores biológicos de membrana

Mara y Horan, 2003



Células libres y biofilms

Mara y Horan, 2003

Sistemas de células libres y

adheridas



Células libres y biofilms

ARnD Bebidas No Alcohólicas



Caso de studio Colombia

ARnD Farmacia

TRATAMIENTO Y RECICLAJE DE AGUAS INDUSTRIALESMEDIANTE SOLUCIONES SOSTENIBLES FUNDAMENTADASEN PROCESOS BIOLÓGICOS. RED TEMÁTICA 316RT0508

Financiado por:



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