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Estudio de la capacidad de biofijación de CO2 de una laguna algal de alta tasa en condiciones del trópico

Resumen en español

Se denominan sistemas de algal de alta tasa por la mejora en el rendimiento o productividad en la biomasa y en la capacidad de tratamiento de aguas residuales. En este, la fotosíntesis es un proceso fundamental, en donde las algas verdes y cianobacterias reducen el CO2 a expensas del agua con la energía solar capturada por los pigmentos clorofílicos. Con base a estos conceptos se diseñó y construyó un sistema algal de alta tasa que recibía una carga volumétrica de 6.5 gr m-3.d-1 y un caudal promedio de 0,1 m3d-1 provenientes de un acople tecnológico (Laguna anaerobia de alta tasa + Humedal de Flujo Sub-superficial) para el tratamiento de lixiviado de relleno sanitario. En este sistema se monitoreo variables fisicoquímicas como pH, Oxígeno Disuelto (OD), Conductividad Eléctrica (CE) y Potencial de Oxido-reducción (PotRedox) empleando una sonda multiparametrica WTW Modelo 340i. La Clorofila a se determinó empelando un Fluorometro AquaFluorTMTuner y de estableció la productividad en biomasa. Así mismo, semanalmente se determinó COD (Carbono Orgánico Disuelto), Alcalinidad, Fosfatos (PO4-P), DQO total y filtrada (Demanda Química de Oxigeno), NTK (Nitrógeno Total Kjeldahl), N-NH4 (Nitrógeno Amoniacal), N-NO3 (Nitratos) y Cromo IV (Cr+6) durante el periodo de Enero-Julio de 2013. El potencial de Fijación de CO2 de las algas se determinó mediante balances de masa. Por otro lado, se determinó hasta la taxa más específica posible las células algales establecidas, empleando técnicas de microscopia clásica (Taxonomía) y métodos moleculares (DGGE y Secuenciación). Para el análisis de los datos recolectados durante el periodo de muestreo se empleó un test de Friedman y el Test de Wilcoxon, para analizar los Flux de gas y las concentraciones de entrada y salida del Cromo VI. Según el análisis de las variables físicas, el sistema se comportó como un sistema aerobio, presentando todas las condiciones para que se genera un fotooxidación de los compuestos orgánicos e inorgánicos, alcanzando concentraciones de oxígeno disuelto superiores a 20 mgL-1, niveles de pH superiores a 8 y potenciales redox superiores a 300 mV. Estas condiciones, permitieron un crecimiento algal similar a lo reportado por otros sistemas. Alcanzando una productividad de 7.2 g.m-2.día-1 de biomasa algal, valor que puede considerarse alto considerando que la unidad estaba tratando lixiviado de relleno sanitario. Por otro lado el sistema alga de alta tasa, presentó una buena eliminación de NTK filtrado, N-NH4 Filtrada y Nitratos con 38.4 %, 36.7 % y 25 % en carga aplicada, respectivamente. El ortofosfato (P-PO4-2) por su parte, presentó una eliminación del 8,2 % siendo alta según los reportes para esta clase de sistemas. En términos de materia orgánica el bioreactor obtuvo una eficiencia de eliminación de 71 % en DBO5 y 31.5 % de DOQ filtrada. La cantidad de carbono fijado por la las algas a través de la Fotosíntesis en el reactor durante el tiempo de la experimentación, fue de 26.1 g de C d-1 y -18.1 g de C. d-1.m-2, valores similar a lo reportado por en otros estudios. Mediante el Test de Friedman se encontraron diferencias significativas en las variables como materia orgánica (COD, DQOF) y nitrógenos (NTK, NTKF, N-NH4, N-NO3) dado que el valor-p es menor que 0.05, siendo la entrada la que más diferencias tenía con respecto a los demás puntos de muestreo, comprobando así que el sistema algal de alta tasa realizó una transformación de los contaminantes. Así mimo, se encontraron diferencias significativas (p-valor < 0.05) en los flux diurnos y nocturnos, demostrando estadísticamente que el sistema tiene dos comportamientos en términos del CO2, el cual depende de la luz solar. Respecto al Cromo hexavalente, la laguna alcanzó una eliminación superior al 80 % y diferencias significativas (p-valor < 0.05) en las concentraciones de este metal en la entrada y salida del sistema. Al presentarse una mayor concentración a la entrada del sistema. Esta eliminación o retención del Cromo hexavalente, se pudo haber presentado por procesos mediados por la actividad fotosintética y microorganismos presentes mediante adsorción física, intercambio de iones y quimiosorción, precipitación química, reacciones redox o cristalización en la superficie celular, entre otros mecanismos. En lo relacionado a la identificación de organismos algales y bacterias del sistema, se encontraron 16 especies algales diferentes, de estos 10 pertenecen a la Clase Chlorophyceae, dos a la Chlamydophyceae y dos a la Cryptophyceae. De estas especies, se encontró que para Chilomonas insignis y Chroomonas coeruelea no existen reportes científicos de la presencia de estos organismos en este tipo de unidades tratando aguas residuales. Por otro lado, se determinó la presencia de bacterias pertenecientes a consorcios de oxidadoras de Nitritos y Amonio, quienes guardan una posible relación comensalista con los grupos algales en el sistema. En conclusión a pesar de que se trató de un residuo muy complejo y heterogéneo como lo es el lixiviado de relleno sanitario, el sistema algal de alta tasa operó durante el periodo del estudio sin grandes inconvenientes, presentado unas adecuadas eficiencias de eliminación de contaminantes (materia orgánica, nutrientes, Cr VI) y aportando grandes beneficios con la bio-fijación de CO2.