TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

El tratamiento de aguas residuales consiste en mitigar el impacto contaminante de vertimientos a cuerpos de agua, y reducir los riesgos para la salud de las personas que se benefician de esta.

Específicamente el tratamiento biológico de las aguas residuales es considerado un tratamiento secundario ya que este esta ligado íntimamente a dos procesos biológicos, los cuales pueden ser aerobios y anaerobios.

PROCESOS ANAEROBIOS

El proceso anaeróbico depende de reacciones de transferencia de H2 inter-especies como:

• Digestión inicial de las sustancias macromoleculares por proteasas, polisacaridasas y lipasas extracelulares hasta sustancias solubles.

• Fermentación de los materiales solubles a ácidos grasos.

Las bacterias celuloliticas rompen las células en celulosa, celobiasa y glucosa libre; la glucosa es fermentada por anaerobios en varios productos de fermentación: acetato, propionato, butirato, H2 y CO2.

• Fermentación de los ácidos grasos a acetato, CO2 e H2.

PROCESOS AEROBICOS

El crecimiento de los microorganismos y su actividad degradativa crecen proporcionalmente a la tasa de aireación. Las sustancias orgánicas e inorgánicas acompañantes productoras de enturbiamiento son el punto de partida para el desarrollo de colonias mixtas de bacterias y hongos de las aguas residuales, los floculos que, con una intensidad de agitación decreciente, pueden alcanzar un diámetro de unos mm dividiéndose o hundiéndose después.

La acción degradativa o depuradora de los microorganismos en un proceso se mide por el porcentaje de disminución de la DBO en las aguas residuales tratadas. Dicha disminución depende de la capacidad de aireación del proceso, del tipo de residuos y de la carga de contaminantes de las aguas residuales y se expresa asi mismo en unidades de DBO.

Entre las bacterias de los floculos predominan las representantes de géneros con metabolismo aerobio-oxidativo como Zooglea, Pseudomonas, Alcaligenes, Arthrobacter, Corynebacterium, Acinetobacter, Micrococcus y Flavobacterium. Pero también se presentan bacterias anaerobias facultativas, que son fermentativas en ausencia de sustratos oxigenados, de los generos Aeromonas, Enterobacter, Escherichia, Streptococcus y distintas especies de Bacillus. Todas las bacterias contribuyen con las cápsulas de mucílago y con las microfibrillas al crecimiento colonial y a la formación de los floculos.

En las aguas residuales con una composición heterogénea, la microflora se reparte equitativamente entre muchos grupos bacterianos. En la selección de bacterias y en la circulación y formación de floculos juegan un importante papel los numerosos protozoos existentes, la mayoría de ellos ciliados coloniales y pedunculados de los géneros Vorticela, Epystilis y Carchesium, aunque también puedan nadar libremente como los Colpidium que aparecen a la par de ellos, alimentándose de las bacterias de vida libre que se encuentran tanto sobre la superficie como fuera de las colonias. Su función es esencial en la consecución de unas aguas claras y bien depuradas.

Otros microorganismos que también intervienen en el tratamiento aerobio de aguas residuales son: Citrobacter, Serratia, mohos y levaduras que actúan mas de componentes acompañantes que de degradantes y algunas algas como Anabaena que convierte los poliuretanos en H2; Chrorella los alginatos los convierte en glicolato y Dulaniella los alginatos en glicerol.

LAGUNAS FACULTATIVAS

Las lagunas facultativas son aquellas que poseen una zona aerobia y una zona anaerobia, situadas respectivamente en superficie y fondo. Por tanto, en estas lagunas podemos encontrar cualquier tipo de microorganismo, desde anaerobios estrictos en el fango del fondo hasta aerobios estrictos en la zona inmediatamente adyacente a la superficie. Sin embargo, los seres vivos más adaptados al medio serán los microorganismos facultativos, que pueden sobrevivir en las condiciones cambiantes de oxígeno disuelto típicas de estas lagunas a lo largo del día y del año. Además de las bacterias y protozoos, en las lagunas facultativas es esencial la presencia de algas, que son las principales suministradoras de oxígeno disuelto.

A diferencia de lo que ocurre con las lagunas anaerobias, el objetivo perseguido en las lagunas facultativas es obtener un efluente de la mayor calidad posible, en el que se haya alcanzado una elevada estabilización de la materia orgánica, y una reducción en el contenido en nutrientes y bacterias coliformes.

FUNDAMENTOS DE LA DEPURACIÓN DE LAGUNAS FACULTATIVAS

La degradación de la materia orgánica en lagunas facultativas tiene lugar fundamentalmente, por la actividad metabólica de bacterias heterótrofas facultativas, que pueden desarrollarse tanto en presencia como en ausencia de oxigeno disuelto, si bien su velocidad de crecimiento, y por tanto la velocidad de depuración, es mayor en condiciones aerobias. Puesto que la presencia de oxígeno es ventajosa para el tratamiento, las lagunas facultativas se diseñan de forma que se favorezcan los mecanismos de oxigenación del medio.

Las dos fuentes de oxigeno en lagunas facultativas son la actividad fotosintética de las algas y la reaireación a través de la superficie.

Puesto que las algas necesitan luz para generar oxigeno, y la difusión de éste en el agua es muy lenta, las lagunas tienen normalmente poca profundidad (1-2 metros), para facilitar así un ambiente oxigenado en la mayor parte del perfil vertical. La profundidad a la cual se anula el contenido de oxigeno disuelto se llama oxipausa y varía a lo largo del día y del año.

Uno de los signos de buen funcionamiento en las lagunas facultativas es el desarrollo de un color verde brillante debido a la presencia de algas. Las bacterias y algas actúan en forma simbiótica, con el resultado global de la degradación de la materia orgánica. Las bacterias utilizan el oxigeno suministrado por las algas para metabolizar en forma aeróbica los compuestos orgánicos. En este proceso se liberan nutrientes solubles (nitratos, fosfatos) y dióxido de carbono en grandes cantidades. Estos son utilizados por las algas en su crecimiento. De esta forma, la actividad de ambas es mutuamente beneficiosa.

Desde el punto de vista de la depuración, las bacterias se pueden describir como pequeños reactores bioquímicos, capaces de autorregularse. La oxidación biológica es la conversión bacteriana de los compuestos orgánicos hasta compuestos inorgánicos oxidados, proceso que se conoce con el nombre de mineralización. Como ejemplo de estos procesos tenemos:

bacterias

Carbono orgánico +O2 = CO2

Hidrógeno orgánico +O2 = H2O

Nitrógeno orgánico +O2 = NO3-

Fósforo orgánico +O2 = PO43-

Azufre orgánico +O2 = SO42-

Las bacterias oxidan los productos de desecho para conseguir la energía y materias primas necesarias para la síntesis de las moléculas complejas de las que están formadas (proteínas, polisacáridos, etc). El proceso global de oxidación bacteriana puede describirse mediante la ecuación siguiente:

Bacterias

Materia orgánica + Oxigeno = Productos oxidados + Nuevas bacterias

Por su parte, las algas sintetizan la materia orgánica de la que están constituidas en presencia de luz, para lo que necesitan, además, dióxido de carbono y nutrientes disueltos:

Algas, luz

CO2 + Nutrientes disueltos = Nuevas algas + Oxigeno

De esta forma, si combinamos la actividad de algas y bacterias, el proceso global es el siguiente:

Bacterias, algas

Materia orgánica = Nuevas bacterias + Nuevas algas

En conjunto se obtiene una estabilización de la materia orgánica, que se traduce en fuertes descensos de la demanda bioquímica de oxigeno y demanda química de oxigeno del agua a su paso por las lagunas facultativas.

Las bacterias metanogénicas, homoacetogénicas o reductoras de sulfatos, consumen inmediatamente cualquier H2 producido en procesos de fermentativos primarios.

• Conversión de H2 mas CO2 y acetato en CH4 (metano) por las bacterias metanogénicas.

Los organismos claves en la conversión de sustancias orgánicas complejas en metano, son bacterias productoras de H2 y oxidantes de ácidos grasos, por ejemplo Syntrophomonas y Syntrophobacter, las primeras oxidan los ácidos grasos produciendo acetato y CO2 y las ultimas se especializan en la oxidación de propionato y genera CO2 y H2.

En muchos ambientes anaeróbicos los precursores inmediatos del metano son el H2 y CO2 por parte de las bacterias metanogénicas: Metanosphaera, Stadtmanae, Metanopinillum, Metanogenium, Metanosarcina, Metanosaeta y Metanococcus.

VIDA ANAEROBICA

Que es respiración anaerobica?

La respiración anaerobia es un proceso biológico de oxidorreducción de azúcares y otros compuestos. La realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias.

En la respiración anaerobia no se usa oxígeno, sino que para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato. No hay que confundir la respiración anaerobia con la fermentación, aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en común el no ser dependientes del oxígeno.

Que diferencia existe entre metabolismo asimilativo y desasimilativo?

asimilación: reducciónde CO2 hasta materia orgánica. se produce gradiente de protones, convertible en ATP.

desasimilacion: El uso de nitratos, sulfatos y CO2 como aceptores finales de electrones (y no como material a incorporar al metabolismo plástico) se denomina metabolismo disimilativo

Que es desnitrificación? Porque es perjudicial para la agricultura.

El uso disimilativo de nitrato se llama desnitrificación, y ocurre por medio de una serie de fases donde el N va cambiando su estado de oxidación:

NO3-à NO2- (nitrito) à NO (óxido nítrico) àN2O (óx. nitroso) à N2 (dinitrógeno)

Los tres últimos son gases y pueden escapar a la atmósfera. Las enzimas que catalizan esta ruta son reprimidas por el oxígeno molecular y se inducen (en ausencia de oxígeno) por el nitrato:

* La reducción disimilativa de nitrato hasta nitrito se lleva a cabo por la nitrato-reductasa disimilatoria, que viene a ejercer un papel semejante al citocromo terminal (citocromo-oxidasa) de muchas cadenas que usan oxígeno molecular como aceptor. Es de localización intramembranosa

* En las bacterias Gram-negativas la nitrito-reductasa es de localización periplásmica. Las nitrito-reductasas de Pseudomonas constan de citocromos c+d1.

* La óxido nítrico-reductasa (que cataliza el paso NO à N2O) es un complejo de citocromo b+c integral de membrana.

* La óxido nitroso-reductasa (que cataliza el paso N2O àN2) es una enzima de localización periplásmica.

Hasta la llegada de las actividades industriales humanas, todo el dinitrógeno (N2) de la atmósfera procedía de estos procesos desnitrificantes.

Que géneros bacterianos realizan respiración con sulfato

El uso disimilatorio del sulfato (es decir, como aceptor de electrones en respiraciones) solamente ha evolucionado en el grupo de las bacterias sulfatorredutoras (ej.: Desulfovibrio, Desulfotomaculum). Para que el sulfato (SO42-) pueda recibir los electrones, primero se tiene que “activar” con ATP (mediante la ATP-sulfurilasa), formándose la adenosina-fosfo-sulfato (APS). La parte sulfato de la APS recibe dos primeros electrones y se reduce (por la APS-reductasa) hasta sulfito (SO32-), con liberación de AMP. Luego el sulfito es reducido (aceptando otros seis electrones) hasta sulfuro (S2-) mediante la sulfito-reductasa. La mayoría de sulfatorreductoras son quimiorganotrofos, pero algunos pueden usar también H2 como donador de electrones (quimiolitotrofos).

ESTIMULACION DE ORGANOGENESIS APARTIR DE CALLOS FRIABLES DE ZANAHORIA (Daucus carata)

Laboratorio de Tejidos vegetales, Facultad de ciencias naturales físicas y exactas, Universidad de Santander - UDES.

By: Julie chacon Orozco

Vivana Dueñas Bohórquez

RESUMEN: 

En este trabajo se ajustaron las concentraciones de hormonas para la estimulación de órgano génesis en callos friables, obtenidos a partir de parénquima de zanahoria. Fueron 14 tratamientos utilizados en los cuales se tomaron diferentes concentraciones de 2.4D Y BAP, dos de estos tratamientos no contenían hormonas.

Según los resultados obtenidos, se evidencio que el tratamiento que no contenía hormonas ni agua de coco fue más efectivo en la formación de plántulas, los demás tratamientos estimularon el crecimiento de callos friables.

Palabras claves: Organogénesis, callos friables, regeneradores de crecimiento, ANA y BAP.

INTRODUCCION

La totipotencialidad celular había sido anunciada por Haberlandt en 1902, quien propuso la teoría de que todas las células vegetales tienen la capacidad de regenerar plantas completas.

Este autor, sin embargo, no pudo demostrar su hipótesis debido a que no pudo lograr la división celular porque los medios de cultivo que empleaba no incluían reguladores del crecimiento, aún desconocidos en ese entonces. Los avances en cultivo de tejidos fueron muy lentos en sus inicios.

En 1934, White pudo mantener en forma ilimitada el crecimiento de raíces en medios líquidos a partir de ápices de tomate. Al mismo tiempo se identificó el ácido indolacético (AIA), que posibilitó el mantenimiento indefinido in Vitro de callos de zanahoria y tabaco.

La generación es un proceso que comprende diferentes fases que se suceden de manera similar.

De Klerk y colaboradores en 1997 denominaron a estas diferentes fases como fase de adquisición de la competencia, fase de inducción y fase de realización.

En la primera fase las células no responden al estímulo organogénico pero adquieren esa competencia durante una fase de desdiferenciación. En la segunda fase o fase de inducción, las células son receptivas al estímulo morfogénico y hay una relación directa entre el tipo, concentración y combinación de reguladores del crecimiento agregados al medio de cultivo y el órgano a desarrollar. En la fase de realización, la célula sufre las sucesivas divisiones para formar el órgano determinado.

A partir de la siembra in vitro de diferentes explantes relativamente grandes y en condiciones adecuadas, puede inducirse la formación de nuevos órganos de manera directa sin la formación de callo.

De esta forma podemos definir morfogénesis como el conjunto de los fenómenos relativos a la diferenciación celular y el desarrollo de los tejidos y órganos de la planta, la Diferenciación comprende los cambios morfológicos y fisiológicos que conllevan a la especialización de las células y a la formación de los diferentes tejidos y órganos de la planta. En todas las plantas se presentan las células embrionarias diferenciadas y es a partir de ellas que ocurre la diferenciación de los tejidos permanentes primarios de la planta.

Los cuatro factores principales que condicionan la obtención y el crecimiento de nuevos órganos en condiciones in Vitro son:

• El genotipo

•Las condiciones químicas seleccionadas para realizar el cultivo

• Las condiciones físicas seleccionadas para realizar el cultivo

• El explante.

El genotipo es un factor determinante en todos los procesos morfogénicos desde la capacidad del explante para su establecimiento en condiciones in Vitro así como también para la proliferación de callo, o la diferenciación y crecimiento de nuevos órganos.

Por esta causa, no es posible generalizar metodologías o protocolos de trabajo debido

a que los medios de cultivo como las condiciones de cultivo seleccionados, deben ser

Específicos para cada situación en particular.

Un ejemplo de ello es el protocolo empleado por Stamp y Meredith en diferentes Cultivares de Vitis vinifera. En cuatro de ellos fue posible la obtención de embriones somáticos a partir de embriones zigóticos, pero estos resultados no se repitieron con el cultivar Pinot Nor.

Existen varios compuestos químicos que influyen en los patrones morfogénicos in vitro dentro de los cuales podemos considerar:

La composición salina del medio de cultivo. La composición salina más empleada para inducir la formación de callo, la organogénesis directa o indirecta en la mayoría de las especies vegetales, es la de Murashige & Skoog (1962) (MS). Sin embargo, existen otras formulaciones diseñadas para inducir determinados patrones morfogénicos. Existe, además, una estrecha relación entre la composición hormonal del explante y la concentración de reguladores del crecimiento agregada al medio de cultivo.

Reguladores del crecimiento. Estos compuestos pueden promover la morfogénesis aun cuando la concentración salina no sea la adecuada. En condiciones óptimas de cultivo pueden incrementar significativamente la diferenciación de órganos. En muchas de las especies vegetales, para la inducción de embriones somáticos, es necesario el agregado de auxinas como ocurre en Tilia spp.; sin embargo, para otras, como es el caso del crotón (Codiaeum variegatum), es suficiente con el agregado de thidiazurón. El genotipo y el tipo y concentración de reguladores del crecimiento empleados están estrechamente relacionados.

Agar. Otro aspecto importante a tener en cuenta es la consistencia del medio

de cultivo. Puede emplearse como semisólido o líquido. El agente gelificante más empleado en el cultivo in vitro es el agar extraído

de diversas algas marinas. Las diferentes calidades existentes en el mercado modifican la expresión morfogénica debido a que pueden contener sustancias inhibitorias o promotorasdel crecimiento.

Tal es el caso del cultivo de hojas de Actinidia chinensis, cultivadasen una solución de MS con el agregado de 0,1 mg.L-1 de AIA + 1 mg.L-1 de BAP, donde se observó una respuesta morfogénica diversa según el tipo de agar seleccionado. Por ejemplo, cuando el gelificante empleado fue Chubut-agar, de producción nacional, se observó una gran diferenciación de yemas adventicias, mientras que con el agregado de agar SIGMA R sólo se indujo la proliferación de callo.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se utilizaron los callos friables obtenidos a partir de parénquima de zanahoria, y se eliminaron por medio de cortes las partes de los callos que presentaban necrosis. Estos fueron llevados a nuevos medios que contenían 2.4 D a concentraciones entre 0.05 – 0.1 ppm con y sin agua de coco, además algunos contenían BAP en concentraciones de 0.1 a 0.5 ppm como se muestra en la tabla siguiente:

Tratamientos
Tratamiento 2.4 D mg/l BAP mg/l Agua Coco ml

El transplante de los callos a los nuevos medios, se realizo en la cámara de flujo laminar y los materiales utilizados eran totalmente estériles, esto con el fin de evitar contaminación que pueda afectar el proceso de órgano génesis.

Posteriormente se mantuvieron en incubación durante 4 semanas, en las cuales se realizaron seguimientos semanales a todos los tratamientos, para de esta forma verificar cual de las concentraciones era la adecuada para inducir morfogénesis en los callos (fig 1).

RESULTADOS

figura 1. plantula de zanahoria, formada a partir de callos.

DISCUSIÒN

A partir de los datos obtenidos, se pudo comprobar que los medios que no contenían BAP estimularon eficazmente la organogénesis a partir de callos. Siendo más eficiente el tratamiento #1, en este medio se pudo evidenciar la formación de tallos y hojas en 6 de los 18 callos cultivados. En los tratamientos 2, 4, 5, 8 y 14 se observo morfogénesis en menor proporción y poco diferenciados. Los demás tratamientos estimularon la formación de callos friables, grandes de color verde claro predominante, aunque después de la tercera semana, se presento un aumento en la necrosis de los callos. En la cuarta semana los tratamientos 1 y 14 presentaron mayor necrosis en 11 de sus callos. 

CONCLUSIÓN

Según los datos obtenidos en el laboratorio, después de realizar 14 tratamientos diferentes se pudo evidenciar, que el tratamiento numero uno, el cual no contenía agua de coco ni hormonas de crecimiento, estimulo satisfactoriamente organogénesis en callos. De acuerdo a esta experiencia podemos concluir que no es posible generalizar metodologías o protocolos de trabajo debido a que los medios de cultivo , las condiciones físicas y explantes utilizado para la formación del callo, son variables que afectan los resultados experimentales ,por tanto cada experiencia realizada es única y cada resultado refleja la capacidad de las células vegetales para adaptarse al medio al cual que es sometida y de acuerdo a las características de este medio generar callo, o producir la diferenciación y crecimiento de nuevos órganos. 

La ocurrencia de necrosis a partir de la cuarta semana de cultivados los callos posiblemente se debe a que el medio ya no contenía los suficientes nutriente para el mantenimiento de los mismos.

Diplomado Internacional en Microbiología Agrícola.

La UDES En convenio con la Universidad de Laval (Canadá), organiza un diplomado Internacional en Microbiología Agrícola.