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Fechi ae inicio: /Fecha de terminación: /Nombre de l . tukor: /Titdo del proyecto:

/Area de concentración:

Margarita Salozar Gonzílez 5 82 45 21 82233050

Laboratorio de producción ACUíCOla y Laboratorio de Microbiología. Octubre de 1986 Junio de 19- Amparo Ramos Círdenas Biotecnologh -para e l tratamiento de aguas residuales.

tut0r:Amparo Ramos Cárdenas

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B I O T X C N O L O G I A P A R A E L I R A T A M I B I T 0

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E1 uso del ago. es uno de l o s factores primordiales en nuestras vidas,y debido a l a elevado densidad de población presente en 10s ultdnos aTios,podemos darnos cuenta que,el abastecimiento adecua¿o se presenta coda d í a mas difici1,siendo este in8uficiente;por 10 que es importante el desarrollo de precesos de tratmicnto,en 1.8 cuales se pueda mejorar l a calidad del agpa COB el fin de hacer posible su reutilizacibn. gi agua,que ha sido usada entre otra8 C08ilB para transportar

&esechos.puede l lega1 a causar series problemas de salud,eutro- flcaci6n y problemas aest6tices;p.r 10 que se ha buscado la mane- ra de disminuir esto desarrollando siatemas paro su tratamiento, y a l a vez producción de bionasa;con el fin-de rducir la conta- minaciín ambiental y utilizar los deseclios. (Pieterse et a1.,1982) Oswald y colaboradores,fueron loa primeros en introducir esta

nueva idea. (Dswald et a1.,1957) ,

A d teueaos,que io dencoaposición de material orgánico por l a s bacteria6,abastece de COZ a las algas para el crecimiento auto- trófico,ademós se l l e v a a cabo una máxima remociÓn de i o 6 nutrien: tes,los cuales quedan disponibles para 8er nuevemente utilizados. (Hurenik y Hanna,1970).EBte proceso representa muchos beneficios en varias formas: acelera l a oxidacién aicrobioiígica,activa ia muerte de muchos or- aanismrs patógevos presentes;ya que los productos finales de l a fotosíntesis abastecen la oxidación y la toma del C02 eleva el pH de ira desechos,hasta el punto en que pueae 8er letal para - muchas bacterias y virus.

de las microalgas,que se pueden encontrar en casi todos los un- bientes iluminados y son los m e j o r e s medios para l a utilización de la energía solsr y d i ó x i d o de carnone eE la conversión a aole- cuias ceapiejas de alto contenido enexgético.(Honeycutt et al.. 1983)

Por lo que este estudio s e encuentra enfocidb,al cultivo en-masa

ASí,Se van a erplear sistemas de cultivo atiert0,con aereaciín y agitaciÓn,ya que de acuerdo a la bibliografía consultada son los factores más eficientes para mantener una alta concentración algal .

(Shillinglaw y Pieterse,l980).Y además con algunas nedificacianes, se puede aplicar a gran escala.(Riehwond,l983)

Y debide algran incremento de l a población en l o s ultimas aFios,exis- te una gran demanda en la producciin de alinentes,asi,la práctica de l a aCjricultura ha sido insuficiente,por lo que es necesario crear alimen- tos de alte valer preteinico.(Richnend,1983)

en la obtención de fertilizantes,elaboraci~n de extractea quirnicas CO- merciaies,supiemente Qe preteiria animal y numana,aplicacienes en acua- cultura (debido ai pito contenide proteínico) y,tratmieute de aguas

residualee entre ios ma6 importantes. (GbldnXUI,l979).POr lo que deben ser manejsaos habilmente,pzra optimizar su eficiencia;adenás el efluen- te puede 6er filtraco,a través ie arena y grava y ser usade en cultives, e bien ser purificada para USO no restringido. (RiChmOnd,l983)

ratos sistemas presentan múltiples aplicaciones:

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Las iicroalgas se pueden encontrar en casi toaos les ambientes iluminadoe,cuando las condiciones son favorables.se reproducen y crecen rápidamente cubriendo una gran área,éstas tienen el po- tencial ae llegar a ser los medios mis eficientes para la con- versiin de ia energía sola en energia quiniiea,tn forma de .o-

lCculas comple jas de elevado contenido energético. La biemasa producida puede ser empleada como:

fertilizultes,alimentoa suplementarios paro anisales,etc. ( G o l l - nan,l979,Heneycutt et a1.,1983 y Richiaond,1983)

El ciiltivo de las microalgas,se puede realizar en sistemas a- biertos y cerrados.en este estudio se van a utilizar sistemas abierto8,en l o s cuales se ha demoetrado la mayor eficiencia en termino8 del muitmimiento d e una alta concentracdn algal. (Shi- llinglaw y Pieteree,l980) E1 establecimiento de conaicienes íptimas,nos permitira con-

tar con un sistema ba1anceado;además de que aiisninuye el efec- te limitante de l o a factores ambientales.

la producción de biomasa son: 1 .-tenperatura 2.-intensidad de la luz 3.-nutrientes

a s í tenemos que l os tres facteres más importantes,que limitan .

Y cuando alguno permanece constante,el otro es el que esta de- terainando directamente el crecimiento.

La temperatura ea un factor muy impertante,ya que afecta l a na- turaleza del metabolismo ,coiposiciÓn £IC l a biomasa y los requeri- mientos nutricionciles,y va a estar determinada por el aire circun- dante a1 estanque,duraciÓn de l a radiacidn solar,y l a hÚmedad re- lativa del aire ,influyendo en la evaporaciín; a d como tambicn la profundidad y material de construcción del sistema. Di cuanto a la luz,dependiendo de la intensidad,pueden dominar

l o s procesos de la fotosintesis y l a respiraciÓn,aumentando o

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disminuyendo ia concentraciín de oxígeno;tmoién se puede dar ei efecte de fotoinhibicih dade per una densidad de poblpciÓn muy aita.AqUí el-facter importante es ti periodo de luz y obscuridad, dado por la intensidaa ee l a radiación solar,profundidad del es- tanque, turbulencia y densipad de población. para lograr una mejor preducciín,ee necesario que tedos 10s

nutrientes,se encuentren en concentraciones adecuadas,es decir, no limitantes.por 10 que es importante realizar evaluaciones periodicas,para un buen funcionamiento. (Richmond,l983) En el presente estudio se pretenden des objetivoa:

Por un lado,el desarrollo de cultivos masivos de nicroalgas en aguas residuaies,los cuales nos permitan evaluar su eficien- cia en el tratamiento y reutilizacion de las aguas negraa;y por otro lado,.basán¿ose en 108 resultados obtenidos de l o s diferen- te8 parámetroa estudiados,dcterminar la8 condiciones má8 favo- rables para el establecimiento de un aistema de proPucciÓn de bioiasa estable y redítuab1e;tomuido en cuenta,que l o a produc- tes finales Pe l a oridacidn tie 10s desecho8,s.n utilizados por l a s células :aigaies,ias cuales producen oxígeno -que ea utiiiza- tia en la oxiPacio‘n de los desechos adiciona1es;p.r 10 cual el exígeno y los residuos son reciclados en vez de ser desperdicia-’ de..

Además Be reduce el grado de eutroficacioíi,ae obtiene proiiucciín de proteína y a éste sistema con un doble objetivo se le ilama estanque de oxidaciín de alto rango (HROP). (Pieterse et ai., 1982,RichionP,1983).

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ANTECXDENTES

Es difícil saber exactameite,cuande surgió ei interés por ei cultivo en masa de las microa1grs;pere si se sabe que ha sido estudiade extensivameite en l o s pasados 40 aíioa.(Goldman,l979)

de proteha celular para consumo humano y particularmente ühlo- rella y Scenedesmus,debide a l a s altas tasas de crecimiento y reproducción. '(Goldmai,1979)

nuo,para teier uia cosecha Óptima de varias especies de fito- p1anctei;y fui la técnica precursora de un sistema de cultivo desarrellado por Myers y Clark (1949),ouique tiene algunas di- ficuitades,ya que es dificil martener el rango de crecimiento coistaite.Sin embarbe con l a cámara de cultivo de Cook (1951) estos problemas fueran resueltos. Durante el periodo de 1955-1970,se llevarar a cabo muchos a-

vaices en difere*tes'Preas;aomo pequeson cultivos ex laborate- rio para llevarlos a sistema8 de grai escala,y ver l a s posibles aplicaciones. (Goldman, 1979) En 1960 se realizÓ un sistema de cultivo abierto,al aire libre,

puesto en operacih en Richmond,Californi?,c.n una producciín de 12-18g/m /dia. (Oswald,1969).Este sistema es el más grande ea los Estados Unides y consta de una ser ie de canales paralelos. En estos mismos años se implantaron sistemas de tratamiento

de aguan residuales.a gran escaia,pue.tos ea operación en varias comunidadesr.del norte de California. *(thyald.1975) Er Checoeslovaquia,empezÓ el cultive en maso ea 1960,coa el

fin de eptimizar ia producción de aigas,en ia eficiente utiliza- cion de l a energia so lar disponible,

rella. (Eveiari et a1.,1953)

fuente de alimento que parecía atraetiva.

Las primeras investigacioies, están centradaa,ea io preducción

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Ketchum et ai., (1949) usó una téciica de cultivo semicoiti-

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En Israel se llevó a cabo el cultivo en pequeña escala de Chlo-

Spoehr Y-MilBcr (i949),reaiizarox cultlvos ei masa,eomo una

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Morirmra et a l . , (1955) llevaron a cabo cultivoa a l aire libre coa aereaciÓa;igualmente Watarabe et al., (1959) realizÓ culti- VOS con fines de fertilización.

(Tsukaaa et a l . , 1977),y fub continuado en mistemas al aire libre (Gumment et al. , 1953) En Francia se han hecho investigacione8,para el mejor aprove-

ehamieato del cultivo de Spirulina (Clernent,1975) En Rusia,los cultive. de Chlorella,se realizaron desde el pun-

to de vista comerciai,para aplicarlo en ia aiimentaciía del ga- nade y aves de cerrd;obteRiendose una preducciín de 10-20g/m ./día, em sistemas a1 aire libre.

Tamiya (1975) y colaboradores l levaron a cabo el cultive de - Chlo- - rella,ea el Instituto de Bioiogia en Tokio.coino parte del proyecto inteniacioaal del cultivo de alga8,y Japan fU6 el primero ea ven- der esta alga cono alimento.

1983)

l a eombinaciín de alga6 para el cultivo de peces y camaría (Sta* ley y Jeae6,1976;Shelef,l976);10 biocoavermiÓa de energía solar . (Goldman y Ryther,1977) y la producción de alimentos (Kawaguchi,

m 1 a i w h se us6 el cultive de Chlorella,coi fires comerciales

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Warburg (1919) realizó tambien cultivos de Chlorella. (Richmoiid,

Otro tipo de experimento. fuerer l levados a cab0,como son:

1980) Oswald y colaboradores,en la universidad de Califernis ea Berke-

ley,íntrodujeron un nuevo coneepto en la producción en masa de algae y demostraron que el cultivo a gran escala,podría ser si- multaneuoente.umado para producción de proAteína y tratamiento de aguas de demecho. (Oswald et a1.,1957) ~

secho,mostrÓ una reducción en e l BOD,acopiado con la incerpora- ción En Africa del sur ha sido aplicado extensmente,el tratamiento

del drenaje en estanques de oxidación o maduración. (Meirring et al., 1968) Meffert (1958) realizó crecimiento de Scenedeemus en aguas de

Oiwald (1973) en su cultivo para el tratamien. de aguas de de-

de N y P en la biorasa algal. (Ben Amotz,1977)

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de s e cho . Shelef et al(1973) realizó investigaciones en aguas de desecho

para la remoción de materioies orgánicos y nutrientea,aai come para preducción de proteína y propísitos de riego dei agua reci- clada.

Shillinglaw y Pieterse,(lgBO) realizaron cultivos con aguas tratadas en sistemas abiertos y cerrados,con aercaeiín y agita- ci6n;obteniendose mejores reaultados en los sistemas abiertos con aereacíón.

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OBJETIVOS:

?naluar la eficiencia de sistemas de cultivo en masa de micro- algasten el tratamiento de aguas resídualer de tipo doméstico. Estudiar los diferentes paruietroi de cultivo,que afectan el

erecimieuto de las pobiacioner a1gales;y en función de lor re- sultado8,determinar las condiciones más favorables para una prcducciín Lptim y estable de bíonasa.

se pretenden dos finalidades en este tipo de cultivos: l.-gltratamiento y r,eeiclamiento del agua residual y, 2.-La producciin de una biomasa,que pueda ser posteriormente u- tilizada con fines acuaculturaler.

PROGRAMA ,Y METODOLOG~A DX TRAE~AJO

Se van a ertablecer tres siatenas de áultivo abierto,ios cuales van a recibir agua de tres tipor: 1.-agua bruta o de desecho, 2.-agua tratada para riego y , -j.-el- efluente del digestor PnaerÓbico de lirio acuático.

Los aiatenas van a estar EUJetIPs i diferentes condiciones am-

bi ental es, as i : ~l primero ,se va a colocar.en condíoiones naturalea,sujeto

a1 ciclo natural-del d a $> l j z noche;e*: decir a. teaperatma am-- . biente e iluminaciín selar. . E1 segundo,se Ja a instalar en el iaboratori0,iujeto a1 pe-

r iodo de luz y .tscuridad,deterpti~iado según i a r horas de tra- bajo en este 1ugor.y se va a l l e v a r un control de la temperatu- ra pcr medio del USO de termostatos.

Y eltercero,tambi&n va a estar en eliaboratorio,aolo que en es- te caso se va a llevar a cabo el control de l a temperatura a

través de un ternostato,y de 19 luz,mediante el uso continuo

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de una lámpara de luz fluorescente.

de vacío. Loa tres siatemas van a tener aereaciÓn,a través de una bomba

Se van a determinar l o s aiguientes parimetros,para cada uno de los tratamientoa:

-Tenperaturz:se va a tomar directariiente con un tennémetro,con registros diaries y a diferentes horas. -pH:la lectura se va a obtener diariamente ,con ayuda del poten- ciímetro. -~aporación:su registro se va a iievar a c a t o para mantener an voiíimen constante. -0xígeno:la determinaciin de au concentracio'n, ae va a realizar diaríinente,a través del UBO del úxiaetro. -áutrientes:la concentraciín existente, Be va a determinar de varias formas: -Nitrites y Nitratos:para esto6 Jas téen'icas, qe encuentran basa- da6 en la reacción de Grie86,13.10 que la técnica para los nitri- tos es propueqta por Shim ('194'l),y 'en el ca80 de los nitratos,ee basa en l o s trabajos realizados por Morris y Riley (1963),Wood, Armatrong y Richards (1964) y descrita por Strickland y Parsons ' (1 968). -0rtofosfatos:se va a utilizar eJm6tsdo sugerido por Nurphy y Riley (1962),tomado de Strickland y Parsons (1968). -Amonio:para su cuantificaciín, se seguirá ehetedo propuesto por SolÓrzano (1 969).

Todas l a s determinaciones se harán semanalmente per duplicado. -Clorofila - &:su concentración s e va a realizar,aiguiendo el mé; tbd0 de ietanol caiiente.propuest0 por Azov (1982),con muestree's semanales. -Biomasa:para BU determinaciÓn se utilizara la técnica de peso- seco y se realizarán muestreos.periídicos. -Densidad de pob1aciÓn:se va a obtener por el conteo de células, por medio del heiatocitÓmetro,que nos permite llevar un control diario del estado de l a pob1aciÓn.y por turbidez,a través del

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use del espectrefetímetre (densidad Óptica),siende estimada dia- riamente. -Se va i realizar las curvas de creciniente 6e les diferentes cul- tive6,c.n el fin de peder establecer su relación cen les par6me- tres analizadas. Las curvas serán ajustadaa,a traves aei mitode de aínimee cua-

dra i e s , y les resultades analizades estadísticanientt)de determina- ran l a s peblacienee deminantes existentes,parr BU aislamientm y

censervaciín. Se h u i el estudie delefectm de les diferentes parkuetrm8,en ca-

da una de las 'ctpas aisladas para l a pesterior y pesiblc iaplemen- tación a gran escala.

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I.-RevisiÓn bibliográfica. . .

.. ~ Entrega anteproyecto. Montaje de sistemas i e cultivo.

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2.-Muestreo cia 106 diferentes parbetres y registro Ce dates.

3.-Realizacién y a j u s t e de curvas de crecimiento.

4.-An&lisiS i e cunas de creciniento,para la determinación de po- blaciones dominantes.

5.-Aislamiento y siembra.

ó.-~stuaio de los iiferentes parámetros en cepas aisladas.

7.-An&lisiS de datos. Pesible aplicación a gran escala.

8.-Revisidn bibliográfica. Realización dexinforne final.

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