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Publicación Acceso abierto Eliminación de microcontaminantes por la planta de potabilización de agua de puerto Mallarino, Cali, Colombia(Universidad del Valle, 2017) Calvache Morales, Sandra Patricia; Chacón Aguirre, Alejandra; Madera Parra, Carlos Arturo; Toro Vélez, Andrés FernandoLas actividades antropogénicas favorecen la presencia de compuestos microcontaminantes en cuerpos de agua superficiales, lo que puede representar un riesgo para el ecosistema acuático y para la salud humana, considerando que estos cuerpos receptores son usados como fuentes de abastecimiento humano y muchas de las plantas de potabilización convencionales no están diseñadas para eliminarlos. Con el fin de determinar el nivel de eliminación de algunos de estos microcontaminantes en la Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) de Puerto Mallarino que abastece aproximadamente el 60% de la población de la cabecera urbana de Santiago de Cali, durante cinco días consecutivos se realizaron muestreos puntuales en cuatro sitios diferentes del proceso de potabilización. La primera muestra se tomó en la bocatoma, donde se capta agua del río Cauca (agua cruda). La siguiente muestra se tomó a la salida de uno de los desarenadores, en este punto ya se ha aplicado Carbón Activado en Polvo (CAP) al agua con la intención de reducir el contenido de materia orgánica, la tercera muestra se tomó a la salida de uno de los reactores de manto de lodo, donde el agua ha pasado por los procesos de precloración, coagulación, floculación y sedimentación, además de la adsorción con carbón activado. La última muestra, que fue tomada de un grifo de la estación de investigación de Cinara, corresponde a agua potabilizada, que ha pasado por los procesos mencionados y adicionalmente por cloración intermedia, filtración, poscloración y estabilización. Para todas las muestras se determinó in situ, los parámetros de pH y temperatura y adicionalmente para las muestras tomadas del reactor y de la red de abastecimiento se determinó el contenido de cloro libre. Adicionalmente, las muestras correspondientes a bocatoma, desarenador y reactor se pasaron a través de un filtro de 2,5 micras y una vez filtradas, todas las muestras fueron refrigeradas y posteriormente enviadas a Alemania donde fueron analizadas por el Laboratorio Water Technology Center- TZW para la identificación de compuestos farmacéuticos y disruptores endocrinos (EDC). De acuerdo a dichos análisis, en las muestras de agua cruda se detectaron siete microcontaminantes (10,11-dihidro-10,11-dihidroxicarbamazepina (CBZ-diol), Gemfibrozil, Naproxeno, Sulfametoxazol, Estrona, 4-iso-Nonilfenol y Bisfenol A (BPA)) en concentraciones inferiores a 1 µg L-1 , de los cuales en la primera etapa solo el Bisfenol A logró ser reducido mediante el tratamiento con carbón activado, mientras que la adsorción con carbón activado, precloración, coagulación, floculación y sedimentación lograron disminuir la concentración de CBZ-diol, Gemfibrozil, Naproxeno, Sulfametoxazol y Estrona por debajo de los límites de detección. En el agua potabilizada solo se identificaron CBZ-diol y BPA en concentraciones que aparentemente no representan un potencial riesgo para la salud humana.Publicación Acceso abierto Estudio de la cantidad y calidad de los lodos generados en el sistema electroflox para el tratamiento de lixiviados en un relleno sanitario regional(Universidad del Valle, 2018) Botero Vanderbilt, Estephania; Ramírez Rosero, Andres Mauricio; Madera Parra, Carlos Arturo; Barba Ho, Luz EdithEsta investigación se realizó con el propósito de determinar de manera exploratoria la cantidad y calidad de los lodos generados durante el tratamiento del lixiviado del relleno sanitario regional de Presidente, mediante la operación de la planta piloto de ELECTROFLOX. Se recolectaron un total de 8 muestras de lodos en el primer tanque de sedimentación en el periodo septiembre ¿ diciembre de 2016. Adicionalmente, se evaluaron características fisicoquímicas del lodo tales como: pH, Humedad, Materia Orgánica (M.O.), Nitrógeno, Fosforo, contenido de metales como Arsénico, Plomo, Mercurio, Calcio, Hierro y Magnesio, Sólidos Totales, Sólidos Volátiles Totales y características microbiológicas tales como Coliformes Fecales, Totales, Huevos de Helmintos y ensayos de ecotoxicidad empleando como organismo indicador Daphnia pulex. El tratamiento ELECTROFLOX¿ generó una cantidad de lodo entre 65.32 y 83.32 kg Lodo.h-1 y de igual forma entre 100.61 y 135.52 kg de Lodo.m-3 de lixiviado tratado. Las cantidades determinadas para los metales tóxicos como Arsénico, Plomo y Mercurio, fueron inferiores a las exigidas por las normatividad nacional e internacional vigente (Colombia, México y E.U.). Además, ninguno presentó características ecotóxicas por lo que se caracterizó como biosólido categoría A, con una calidad excelente según las normas evaluadas. Para el aprovechamiento del lodo es necesario realizar una etapa de secado preliminar por su alto contenido de humedad. El lodo seco puede usarse potencialmente como aditivo en el acondicionamiento de suelos debido a los contenidos de M.O., nitrógeno y fósforo. Otros usos alternativos son como material de cobertura en rellenos sanitarios, soporte físico y sustrato biológico en sistemas de filtración, estabilización de taludes de la red vial, y generación de biochar.Publicación Acceso abierto Evaluación a escala piloto de una laguna algal de alta tasa acoplada a un sistema de tratamiento del agua residual de la Universidad del Valle, campus Meléndez.(Universidad del Valle, 2018) Viveros Ruiz, Diana Carolina; Madera Parra, Carlos Arturo; Peña Salamanca, Enrique JavierLas instituciones de educación superior en Colombia producen agua residual con diversas características debido principalmente a la cantidad de estudiantes, profesores y trabajadores que albergan y la infraestructura con la que cuentan (restaurantes universitarios, centros deportivos, laboratorios, etc.). Para el año 2015, el Valle del Cauca contaba con 30 institutos de educación superior entre Oficiales y Privadas de las cuales 24 se encontraban ubicadas en la ciudad de Santiago de Cali (MEN, 2015), de dichas instituciones solo una contaba con planta de tratamiento de agua residual. La falta de información oficial sobre las características (fisicoquímicas y microbiológicas) y el tratamiento del agua residual de campus universitarios por medio de una tecnología prometedora que presenta bajos costos en operación y mantenimiento, y a su vez genera biomasa que permite darle un valor agregado al agua residual motivó la realización de este trabajo de grado, el cual consistió en la evaluación a escala piloto de una laguna algal de alta tasa acoplada a un sistema para el tratamiento del agua residual del campus Meléndez de la Universidad del Valle. El estudio se realizó durante un periodo de 7 semanas, con un caudal de diseño de 50 L/d y se efectuaron mediciones de parámetros como: pH, temperatura, oxígeno disuelto, conductividad eléctrica, potencial de oxido-reducción, amonio, nitrato, alcalinidad, fosfatos, nitrógeno total Kjeldahl, demanda química de oxígeno, demanda bioquímica de oxígeno, carbono orgánico disuelto, solidos suspendidos totales, coliformes fecales, Escherichia coli y huevos de helminto; encontrando eficiencias de disminución de demanda química de oxígeno (filtrada), demanda bioquímica de oxígeno, carbono orgánico disuelto, amonio, nitrógeno total Kjeldahl y fosfatos del 64, 58, 48, 37, 44 y 15% respectivamente.Publicación Acceso abierto Evaluación de una celda de combustible microbiana para el tratamiento del agua residual del campus universitario Meléndez.(Universidad del Valle, 2018) Franco Rosero, Liseth Irene; Ricaurte Vargas, Sergio Alejandro; Lizcano Valbuena, William Hernando; Madera Parra, Carlos ArturoLa celda de combustible microbiana (CCM) es un sistema bioelectroquímico que emplea el metabolismo de los microorganismos para la producción de energía eléctrica, además de que realiza el tratamiento primario del agua residual. La CCM es una tecnología que se encuentra en investigación y que pretende llegar a implementarse a escala real y acoplarse a sistemas de tratamiento convencionales. En este sentido, se estudió el desempeño de una CCM de 50L empleada para el tratamiento del agua residual de la Universidad del Valle Campus Meléndez. Se tomaron muestras del afluente durante un mes contemplando periodo semestral e intersemestral, y se evaluaron parámetros fisicoquímicos para establecer la eficiencia del sistema para el tratamiento del agua residual y parámetros eléctricos para determinar la eficiencia de producción de energía eléctrica. Los resultados encontrados mostraron que la CCM presenta una eficiencia de disminución de DQO del 60% en periodo semestral y del 40% en periodo intersemestral, en DBO5 de 54% y 57%, en ST de 25% y 14%, en SST de 36% y 43%, en cada periodo, respectivamente. De igual forma, la densidad de potencia obtenida máxima fue diferente según la concentración de materia orgánica que ingresaba al sistema, siendo la máxima comparable con los parámetros fisicoquímicos igual a 0.72 mW/m2 presentada el día en que la relación DBO5 filtrada y DQO filtrada fue igual a 41.94%. En cuanto a la eficiencia coulómbica, se tiene que la CCM evaluada tuvo una eficiencia de 0.07% tomando como referencia la DQO. Finalmente, mediante el balance de masa realizado se estableció, la tasa de trasformación del contenido biodegradable fue de 1.79 g/d en periodo intersemestral y en periodo semestral ascendió a una media de 7.25 g/d, por otra parte, se presentó una disminución en el contenido de materia no biodegradable soluble asociada a mecanismos diferentes a la degradación biológica.Publicación Acceso abierto Evaluación de una laguna algal de alta tasa - LATAL, en condiciones tropicales, para la eliminación de compuestos farmacéuticos presentes en el efluente de una planta de tratamiento de aguas residuales.(Universidad del Valle, 2019-11-01) Madera Parra, Carlos Arturo; Peña Salamanca, Enrique Javier; Jiménez, Eliana Marcela; Vergara, Robert Albeiro; Ortíz, Aura Cristina; Morales, Paola Andrea; Flórez, Juan Sebastian; Gómez, Rosa Dylis; Grupo de investigación ECCATeniendo en cuenta la evidencia de la presencia de micro contaminantes en el agua en la ciudad de Cali, se planteó el presente proyecto cuyo objetivo fue el de evaluar el desempeño de una laguna algal de alta tasa (LATAL), a escala piloto, en condiciones del trópico americano, para la eliminación de compuestos farmacéuticos de los grupos analgésicos, antiinflamatorios, hipolipemiantes, antiepilépticos y tranquilizantes. La LATAL fue operada como un tratamiento secundario, por lo que fue ubicada a la salida de PTAR-C. Se diseñó para tratar un caudal de 0.2 m3 d-1, tres (03) días de tiempo de retención hidráulico (TRH) y se le instaló una rueda de paletas a la entrada con una velocidad de 5 RPM. Se tomaron 16 muestras a la entrada y salida de la LATAL (una semanal) para la determinación de compuestos farmacéuticos a través de HPLC/MS-MS y se midieron parámetros in situ como pH, temperatura, oxígeno disuelto (OD), potencial REDOX (ORP), radiación solar y conductividad, además de clorofila-a y DQO. Adicionalmente, se realizaron bio-ensayos a escala de laboratorio con el fin de evaluar la acción de las microalgas en la eliminación de ibuprofeno. En la LATAL se encontraron eficiencias de eliminación altas (>70%) para los compuestos ácido fenofíbrico, ibuprofeno y paracetamol, medias (30-70%) para gabapentina, lamotrigina, fenofibrato, gemfibrozilo, diclofenaco, ketoprofeno, naproxeno y pentoxifilina y bajas (<30%) para la carbamazepina y su metabolito 10,11-Dihidro-10,11-dihidroxicarbamazepina (CBZ-Diol). Estos resultados del presente trabajo son cercanos a los reportados en otros estudios, pero con un TRH menor, lo cual deja entrever que las condiciones ambientales del trópico favorecen la fotodegradación y contribuyen al desarrollo de las microalgas y el proceso de biodegradación. Las eficiencias de eliminación se reflejan en una reducción porcentual de la amenaza ecológica (> 50%) para la mayoría de los compuestos estudiados. Adicionalmente, se realizaron ensayos a escala de laboratorio usando la cepa pura de P. Kessleri, con el objetivo de determinar la capacidad de remoción, respuesta de crecimiento y clorofila a una exposición de 1000 μg/L y 16000 μg/L de ibuprofeno, en tres tiempos de exposición (12, 48, 96h). Los resultados mostraron inhibición del crecimiento de P. Kessleri, como una respuesta inmediata a la exposición de ibuprofeno (12 h). A 48 h, la recuperación tanto del crecimiento como de la clorofila a indicaron la tolerancia de la microalga al ibuprofeno, en la dosis más baja. En 96 h, se presentó inhibición parcial y disminución de clorofila a con la dosis de 16000 μg/L, debido a que con concentraciones más altas en tiempos prolongados se genera mayor estrés. Además, se encontró que la mejor remoción de ibuprofeno (46.4%) fue con la dosis más baja y a 12 h de exposición.Publicación Acceso abierto Evaluación del sistema acoplado humedal construido-Foto-Fenton solar para la eliminación de diclofenaco y carbamazepina de aguas residuales domesticas(Universidad del Valle, 2019) Casierra Martínez, Henry Alberto; Madera Parra, Carlos Arturo; Vargas Ramírez, Ximena MaríaLa presencia de microcontaminates farmacéuticos en ecosistemas acuáticos reviste especial interés ambiental por su potencial efecto dañino a la biota a la salud humana debido a que podrían alterar su metabolismo, órganos vitales (corazón, riñones) y su capacidad de reproducción. La principal ruta de ingreso de estos contaminantes a los cuerpos de agua son los efluentes de las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTARs). Debido a sus propiedades físicas y químicas, son recalcitrantes por lo que sufren poca o ninguna degradación durante el tratamiento. Ante esta esta situación, se han estudiado acoples tecnológicos que combinan sistemas biológicos y Tecnologías de Oxidación Avanzada (TOAs) pues presenta una alternativa para reducir el riesgo de la presencia de fármacos en el ambiente al alcanzar altas eficiencias de eliminación a bajo costo. Esta investigación evaluó a escala de laboratorio el desempeño de acople tecnológico entre un Humedal Construido de Flujo Subsuperficial Horizontal (HCFCCH) y una Tecnología de Oxidación Avanzada (TOA) como el fotofenton solar, para la eliminación de diclofenaco (DCF) y carbamazepina (CBZ), presentes en el agua residual doméstica producida en el campus de la Universidad del Atlántico, Barranquilla, a una concentración promedio aproximada de 15 µg. L-1. Las tecnologías fueron dispuestas en serie. El humedal trataba un caudal de 18 L.d-1 mientras que el fotorreactor de fotofenton trataba 3 L en tres (3) horas de exposición solar. La evaluación del acople se realizó durante 6 semanas, bajo tres relaciones Fe2+/H2O2 (0.1, 0.3 y 0.8). Se determinó la concentración de DCF, CBZ, materia orgánica (COD), nitrógeno total (NT) y variables in situ (pH, potencial redox, temperatura, conductividad eléctrica) en tres puntos: afluente al sistema acoplado (Entrada al humedal), un punto intermedio (Salida del humedal) y el efluente (Salida del fotorreactor). Los resultados mostraron que durante el acople tecnológico se alcanzaron eficiencias de eliminación de hasta un 92% y un 86% para el diclofenaco y carbamazepina, respectivamente, usando la relación Fe2+/H2O2 de 0.1. El análisis estadístico mostró que no hay diferencias significativas entre las relaciones Fe2+/H2O2 empleadas (p<0.05), pero que si se logran eficiencias significativamente al acoplar el humedal con fotofenton solar para eliminar los compuestos de interés (40% solo el HC vs 92% el acople tecnológico). Adicionalmente, el acople tecnológico mostró eficiencias de eliminación de materia orgánica (COD) y nitrógeno total (NT) superiores al 61%. Finalmente el presente estudio encontró que la concentración COD y NT del afluente, el pH, la radiación UV y el consumo de peróxido, no tienen ningún efecto significativo sobre las eficiencias de eliminación de DCF y CBZ.Publicación Acceso abierto Performance of a fixed bed reactor for mercury removal by biosortion using agricultural residue(Universidad del Valle, 2018) Torrado Cuellar, Carlos Miguel; Madera Parra, Carlos ArturoThis research was aimed to evaluate the performance of a technology for mercury removal. This study was performed in a mining area located in Cauca, Colombia. The purpose of this project was to assess a low cost alternative for removal of mercury in the wastewater of a mining production unit (MPU) which produces gold. Activated carbons generated with coconut shells and coffee husks were evaluated as a treatment alternative for the removal of mercury released to the water after the amalgamation process. Thus, an evaluation of the MPU in terms of the wastewater characterization and the performance and conditions of the main processes used for gold production was carried out. Mercury losses were estimated throughout the units prior to the discharge point as an important factor contributing to the contamination pathways in the MPU. Coconut shells and coffee husk were ground and activated with a physical mechanism using a muffle furnace, nitrogen gas as the reducing atmosphere and steam as the activating agent. The activated biosorbents were characterized and compared based on their surface area, mesopore and micropore distribution, density and adsorption capacity by performing batch tests. Desorption test was applied for the biosorbent that showed the highest performance in the adsorption batch tests. A laboratory scale fixed bed reactor was evaluated for 10 days, in a semi continuous regimen, with the same conditions as that of the real MPU. Mercury, suspended solids and COD concentrations were found to exceed the Colombian national permissible limits of wastewater discharge with a maximum mercury, suspended solids and COD concentrations of 7.71, 18496, and 303 mg 1-1 O2, respectively. A primary sedimentation tank was designed as a starting point of the treatment train. The sedimentation process was used to remove the majority of solids before the use of the biosorbents for the mercury removal. Coconut shell and coffee husk were activated with maximum yields of 30.0 % and 23.7 %, respectively, obtained from the amount of precursor material introduced to the muffle furnace and the amount of activated carbon generated. Coconut shells activated at a carbonization temperature of 300 °C and an activation temperature of 600 °C showed the highest adsorption capacity and surface area with results of 0.0036 mg g-1 and 539.59 m² g-1, respectively. The fixed bed reactor did not achieve its breakthrough point or capacity after 10 days of operation and showed good mercury removal. The effluent quality complies with the national permissible limit of 0.002 mg 1-1 of mercury. Coconut shell activated carbon proved to offer a better alternative for the removal of mercury in effluents from the gold mining industry.Publicación Acceso abierto Respuestas de crecimiento en tres especies vegetales nativas tropicales empleadas para la fitorremediación de lixiviados a nivel de microcosmos(Universidad del Valle, 2012) Acosta Ramírez, Cindy Juliana; Peña Salamanca, Enrique Javier; Madera Parra, Carlos ArturoLos lixiviados son el residuo líquido producto del proceso de descomposición de los residuos orgánicos y la percolación de las aguas lluvias en los rellenos sanitarios. Se encuentran diferentes procedimientos para tratar estos residuos que en general son costosos y consumen mucha energía, debido a esto la fitorremediación es una buena alternativa para tratar los lixiviados ya que es más económico que los tratamientos utilizados convencionalmente, además, los nutrientes contenidos en los desechos sirven como fertilizantes de bajo costo para aumentar la producción de la biomasa en plantas. El objetivo de este trabajo fue evaluar la respuesta de crecimiento de tres especies vegetales nativas del trópico y su posible uso en la fitorremediación de lixiviados de relleno sanitario, a nivel de microcosmos. Igualmente, analizar el efecto en el crecimiento de las tres especies vegetales por la exposición de las plantas a las dos concentraciones de metales pesados presentes en lixiviados. Durante 63 días se sometieron los individuos de las tres especies vegetales tropicales a un flujo semi-continuo de dos concentraciones de metales pesados presentes en los lixiviados y como control solución Hoogland, en unidades experimentales, humedales construidos de flujo horizontal subsuperficial a escala de microcosmos, evaluando las variables de respuestas para el crecimiento de las especies vegetales a estudiar. Los resultados indicaron que para la especie Gynerium sagittatum (Caña brava) en el crecimiento de la longitud total y el diámetro del tallo en la planta no se vieron afectados por el tipo de tratamiento. Con respecto a la especie Colocasia esculenta (Oreja de burro) se presentaron diferencias significativas entre el control y los tratamientos. Por último para la especie Heliconia psittacorum (Heliconia) presentó mayor crecimiento en la carga de mayor concentración de metal. En cuanto al área foliar no se encontró una influencia del tratamiento en ninguna de las tres especies vegetales. Las tres especies vegetales estudiadas, especialmente Colocasia esculenta acumularon altas concentraciones de los metales en sus tejidos fundamentalmente en la raíz lo cual muestran su potencial fitorremediador de metales pesadosPublicación Acceso abierto Tratamiento de pesticidas mediante un sistema acoplado de fotocatálisis solar y humedal subsuperficial.(2014-10-23) Arriaga Barrios, Teddy; Machuca Martínez, Fiderman; Colina Márquez, José Ángel; Madera Parra, Carlos ArturoEste trabajo de tesis se realizó con el objetivo de evaluar el desempeño del sistema de fotocatálisis solar y humedales a escala banco de flujo subsuperficial como alternativa para el tratamiento de una mezcla comercial de pesticidas desusada en los cultivos de caña de azúcar. La investigación fue realizada en el Laboratorio de Fotocatálisis Solar de la Universidad del Valle. En este estudio se usó una metodología donde la matriz de contaminantes sometida al tratamiento fue una mezcla de tres pesticidas comerciales (diurón, 2,4-D y ametrina) usados en el cultivo de la caña de azúcar y cuya composición simula la encontrada en el agua residual del lavado de envases y contenedores usados en la aspersión. La mezcla de pesticidas fue tratada en un sistema fotocatalítico solar de tres módulos de colectores parabólicos compuestos (CPC), y posteriormente se alimentó de forma paralela dos tratamientos biológicos considerados en este estudio: un humedal de flujo sub-superficial (HFSS) plantado con Heliconia psittacorum y el otro un filtro. Para el diseño experimental se consideraron la concentración inicial de la mezcla contaminante y el tipo de tratamiento biológico con el fin de analizar la incidencia de estos factores en la disminución de carbono orgánico total (COT), demanda química de oxígeno (DQO) y demanda bioquímica de oxígeno (DBO) de la mezcla de pesticidas. Se determinó la incidencia significativa del tipo de tratamiento biológico pero no de la concentración inicial de carbono orgánico total. El HFSS mostró las mejores remociones con respecto al contenido de COT, DQO y DBO. La relación de biodegrabilidad (DBO5/DQO) en el afluente de la fotocatálisis solar entro con 0,2 y se mantuvo por encima de 0,5 en efluentes HFSS. De acuerdo con el diagrama de Pareto, el análisis de varianza, la prueba de Tukey y las eficiencias del sistema, se confirma que la presencia de Heliconia psittacorumtiene un efecto positivo en el porcentaje remoción.