Tesis doctoral de Ignacio De Godos Crespo
Resumen la sociedad moderna tiene que afrontar el desafío de la explotación sostenible de los recursos. Para ello debe satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la disponibilidad de recursos del futuro. Esto exige una reducción del impacto que las actividades económicas tienen sobre la disponibilidad de recursos y en la generación de residuos. la correcta gestión de los residuos generados en la cría de ganado es indispensable para evitar episodios de contaminación y pérdidas de nutrientes esenciales para la agricultura. Las instalaciones de cría intensiva de ganado porcino afrontan grandes problemas para la gestión de los purines ya que no siempre disponen del suficiente terreno para usarlos como fertilizantes o los costes asociados a su trasporte son demasiado elevados. Las opciones de tratamiento para este tipo de residuos han de proporcionar eliminaciones de materia orgánica y recuperación de nutrientes sin suponer un coste económico considerable. Este es el caso de los tratamientos de aguas residuales basados en la simbiosis entre microalgas y bacterias, en los que las microalgas liberan el o2 necesario para oxidar la materia orgánica por parte de las bacterias, que a su vez liberan el co2 captado en la fotosíntesis. en este trabajo se estudió la aplicación de la simbiosis entre microalgas y bacterias para el tratamiento de la fase soluble de los purines de cerdo en lagunajes de alta carga o hrap (high rate algae ponds), en un fotobiorreactor tubular de biopelícula y en ensayos en lote a escala laboratorio. El rendimiento de la depuración se evaluó en términos de eliminación de materia orgánica y nutrientes. todos los sistemas ensayados proporcionaron eliminaciones de materia orgánica aceptables, teniendo en cuenta el bajo porcentaje de materia biodegradable de los purines usados durante la experimentación (39 – 54%). Mientras que en los hraps se encontraron eliminaciones entre el 46 y el 76% de la dqo (demanda química de oxígeno), en el fotobiorreactor tubular las eliminaciones se mantuvieron entre 44-61% del cot (carbono orgánico total). Las microalgas scenedesmus obliquus, chlorella sorokiniana, euglena viridis y una cepa aislada de un ambiente contaminado presentaron eliminaciones entre el 42 y el 55 % del cot en ensayos en discontinuo. la simbiosis entre microalgas y bacterias proporcionó eliminaciones del nitrógeno (amoniacal y orgánico) entorno al 76 % en el caso de los hraps tanto en invierno como en primavera y verano. Estas eliminaciones se mantuvieron entre el 94 y el 100 % en el caso del reactor tubular y entre el 21 y el 39% en los ensayos en discontinuo. Si bien una parte del nitrógeno fue asimilado en forma de biomasa, otra parte de este nitrógeno sufrió un proceso de oxidación biológica a no2- y no3-. Los resultados encontrados en los distintos experimentos demostraron que los procesos de nitrificación pueden darse simultáneamente gracias a las condiciones impuestas en los cultivos de microalgas en aguas residuales: disponibilidad de o2 y nh4+. La nitrificación se vio fuertemente influenciada por las condiciones del medio de cultivo, encontrándose entre 54 – 86 % del nitrógeno eliminado en los hraps y entre el 0-23% en el reactor tubular. A bajas concentraciones de oxígeno disuelto, coincidiendo con periodos de máxima carga orgánica, se detectaron evidencias de procesos simultáneos de nitrificación y desnitrificación. La simultaneidad de ambos procesos depende de la aparición de micronichos, y pudo verse favorecida por la presencia de gradientes de concentración de o2 y nh4+ a través de los flóculos de biomasa (hraps) y la biopelícula (reactor tubular). puesto que el rendimiento de depuración fotosintética depende de la oxigenación por parte de las microalgas, la selección de cepas puede constituir un parámetro clave en la optimización de los procesos de depuración. La resistencia a altas concentraciones de nh4+ fue identificada como la principal característica para el éxito de un proceso de depuración de residuos ganaderos. Las especies chlorella sorokiniana y euglena viridis demostraron las más altas tolerancias, pudiendo crecer en diluciones 1:4 de la fase soluble del purín. en los hraps, al tratarse de reactores abiertos, las comunidades microbianas (microalgas y bacterias) estuvieron sometidas a cambios frecuentes en la composición de sus poblaciones. Se encontró un aumento significativo en biodiversidad (tanto de microalgas como de bacterias) como consecuencia de las condiciones favorables del verano (alta temperatura e irradiación solar). Dentro de las microalgas se encontraron los géneros chlamydomonas, scenedesmus, microspora, chlorella, nitzschia, achnanthes, protoderma, selenastrum, oocystis y ankistrodesmus. Las bacterias identificadas más abundantes pertenecieron a los filos verrucomicrobia, firmicutes y proteobacteria. puesto que los cultivos de microalgas han sido estudiados como una de las tecnologías posibles para la recaptación de co2, en este trabajo se estudió el efecto de la inyección de gases de combustión en el rendimiento de depuración de los hraps. Mientras que la eliminación de materia orgánica y nutrientes no se vio afectada por la entrada de gases, las tasas de nitrificación se vieron incrementadas como consecuencia del burbujeo de co2. La entrada de gases provocó una diminución en el ph del medio de cultivo de hasta 2 unidades. La producción de biomasa se vio incrementada por la entrada de co2 sólo bajo condiciones de limitación de carbono (verano). la presencia de fármacos en los purines supone una de las vías de entrada de estos contaminantes emergentes al medioambiente. El antibiótico tetraciclina ha sido encontrado en concentraciones importantes en purines de cerdo. La eliminación de este compuesto en sistemas de microalgas y bacterias fue estudiada mediante ensayos en lote y en hraps a escala de laboratorio. Mientras que eliminaciones medias de tetraciclina del 69 % fueron encontradas en los hraps, los ensayos en lote demostraron que la adsorción en la biomasa fue el principal mecanismo involucrado en esta eliminación. la separación de la biomasa de microalgas y bacterias generada durante la biorremediación es una etapa clave por dos motivos: evita la presencia de sólidos suspendidos en el efluente garantizado su calidad y facilita la revalorización de la biomasa algal. En este trabajo se estudiaron dos mecanismos de separación de fases: la sedimentación y la coagulación-floculación. Los sedimentadores instalados en los hraps proporcionaron eliminaciones entorno a 19-88 % de los sólidos suspendidos, dependiendo de la concentración de sólidos en los reactores y el área del sedimentador utilizado. La coagulación-floculación fue estudiada para acelerar la velocidad de decantación de algunas de las especies con bajas tasas de sedimentación, como los géneros chlorella y scenedesmus. La aplicación de agentes coagulantes-floculantes proporcionó eliminaciones superiores al 90% a altas concentraciones de sales férricas (150-250 mg l-1) y a concentraciones de polímeros entre 25 y 50 mg l-1. los resultados encontrados en esta tesis doctoral demuestran el potencial de la simbiosis entre microalgas y bacterias para la depuración de uno de los efluentes orgánicos más contaminantes en el ámbito de la ganadería. Ambos sistemas de producción de microalgas, hrap y fotobiorreactor tubular mostraron altas capacidades de eliminación de materia orgánica y de nutrientes. La selección de especies de microalgas tolerantes a la contaminación demostró ser una eficaz estrategia para optimizar los procesos de depuración. Aparte de eliminación de materia orgánica y nutrientes, la simbiosis de ambos microorganismos demostró su eficacia en la eliminación de uno de los contaminantes emergentes presente comúnmente en los purines, el antibiótico tetraciclina.
Datos académicos de la tesis doctoral «Simbiosis de microalgas y bacterias para el tratamiento de purines de cerdo«
- Título de la tesis: Simbiosis de microalgas y bacterias para el tratamiento de purines de cerdo
- Autor: Ignacio De Godos Crespo
- Universidad: León
- Fecha de lectura de la tesis: 06/07/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Eloy Bécares Mantecón
- Tribunal
- Presidente del tribunal: javier Martín villacorta
- joan García serrano (vocal)
- mari cruz García gonzález (vocal)
- Francisco gabriel Acien fernandez (vocal)