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Uso de la mazorca de maíz como sustrato solido
orgánico para la remoción de Nitratos
ING. ERICK N. VALLESTER E.
DR. EUCLIDES DEAGO
LIC. CENOBIO CARDENAS
Grupo Nitrato y Medio Ambiente
Facultad de Ingeniería Civil
Universidad Tecnológica de Panamá
La ingesta de nitrato se ha asociado con cáncer gástrico (OMS, 2011)
2
Altas concentraciones de nitrato tiene
efectos nocivos a la salud
ConcentracionesReferencia
mg NO3- /L mg NO2
- /L
50 3Organización Mundial de
Salud 2008
44,43 3,28Environmental Protection
Agency
50 3
Norma Panameña de
Calidad de Agua
Potable
El nitrato ingerido es reducido a nitrito, el cual tiene el efecto biológico de
oxidar la hemoglobina (Fe+2 a Fe+3) a metahemoglobinemia, anulando la
capacidad de entregar oxígeno (Chambon, 1998) que afecta
principalmente a infantes menores de 6 meses. (OMS, 2011) .
1mg NO3-/Litro = 0.226 mgNO3
--N/Litro 1mg NO2-/Litro = 0.304 mgNO2
--N/Litro
Cianosis
Niveles de Nitrato, Siembra de maiz
µValores de Nitratos (mg/L)
2002-2008
Leyenda
Ntratos (mg/L)
muestreos.maximos
0.000000 - 10.000000
10.000001 - 40.000000
40.000001 - 60.000000
60.000001 - 100.000000
100.000001 - 175.800000
rios
119162 6.92
9.23
21.9
75.453.9
5.525.34
57.5
7.15
7.31
11.88
26.39
175.810.38
60.1645.26
37.84
61.86
6.981
12.42
8.3028.631
8.6316.747
10.743
10.743
300000.000000
300000.000000
400000.000000
400000.000000
500000.000000
500000.000000
600000.000000
600000.000000
700000.000000
700000.000000
800000.000000
800000.000000
900000.000000
900000.000000
70
00
00
.00
000
0
70
00
00
.00
000
0
80
00
00
.00
000
0
80
00
00
.00
000
0
90
00
00
.00
000
0
90
00
00
.00
000
0
10
00
00
0
.00
000
0
10
00
00
0.0
0000
0
11
00
00
0
.00
000
0
11
00
00
0.0
0000
0
Procesos de Denitrificación
Las técnicas tradicionales utilizadas en los procesos de denitrificación incluyen agregar una fuente de carbono orgánico tal como metano, etanol o ácido acético.
También se han realizado estudios de Sustratos Sólidos Orgánicos Naturales (SSON) que se definen como materiales que contienen carbono orgánico de forma soluble e insoluble.
4
Sistemas
• Osmosis Inversa
• Intercambio Iónico
• Denitrificación
Biológica
SUSTRATO SOLIDO
ORGANICO NATURAL
por tanto, un papel de soporte.
El sustrato donador de electrones como fuente alternativa de
carbono orgánico, que remplaza el uso del metano o ácido
acético.
5
Un sustrato es todo material
sólido distinto del suelo,
originario, orgánico, que,
colocado en un contenedor,
en forma pura o en mezcla,
permite el anclaje de la
microflora bacteriana
denitrificantes desempeñando
SSON
NO3- H2O
N2 H2
O
CO2 Biofilm
DQO
C
DQOT
MAiz
NO3-
DQOL
OBJETIVO GENERAL
Cuantificar las propiedades de la tusa de mazorca de maíz
como donante de electrones y fuente de carbono orgánico
para la denitrificación, bajo diferentes condiciones de
operación (Carga Hidráulica, Carga Orgánica, Tiempo de
Retención).
Realizar ensayos de laboratorio con reactores
continuos de flujo ascendente y evaluar la
denitrificación usando la tusa de la mazorca de
maíz.
7
Metodología con Tusa-Zea Mays
Preparación de reactor continuo con SSON
Extracción de muestras de Entrada y Salida del reactor
Dosificación de NO3
- y control de Oxigeno y pH
Medición de bacterias
Tasa de
remoción
de nitrato
Mediciones de: DQO, DBO, NO3
-,PO4 Caudal,
Resultados
ESQUEMA GENERAL DE INVESTIGACION8
Lav
ad
o
Se
ca
do
Re
ac
tor
Pru
eb
a L
ixiv
iac
ion
An
ális
is d
e L
ab
Nombre Común: Mazorca de Maíz
Reino: Plantae.
Orden:Poales
Genero: Zea
Especie: Zea mays
La capacidad que tienen los compuestos orgánicos de donar electrones es uno de los
factores más importantes que controlan la actividad heterotrófica y por lo tanto la
actividad denitrificante heterotrófica.
9 Fuente donadora de electrones
REACTOR ANOXICO DE FLUJO ASCENDENTE
El Volumen del Reactor
es de 8 L, 100 mm de
diámetro por 1100 mm
de alto y el caudal que
atraviesa el sistema es
de 30 a 150 ml/min.
Información Preliminar
Tamaño D 2.632 +/-0.1411 cm
Densidad 330 kg/m3
Porosidad 57%
Superficie Especifica 2.52 m2/cm3
10
LIN
EA
DE
CA
RG
A
Toma de Muestra
TANQUE DE CARGA (104 Litros)
NITRATO DE POTASIO60 mg/L- 80 y 140 mg/l
SOSN
FIL
TR
O N
o 1
FIL
TR
O N
o 2
Válvula de Control
Principal
250 ml Bisulfito de Sodio
200 ml Difosfato de Potasio
DOSIFICADOR
0.5 ml/min
1000 ml
Válvula de Control
Secundaria
Válvula de Control
Filtro
2.40m
2.00m
0.10m
Modelo Experimental de Filtro Biologico
Construido de Flujo Vertical Ascendente
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caudales y tiempo de retención hidráulica a las que fue
sometida el humedal en las distintas etapas de experimentación.
6.0
4.5
3.0
1.5
0.0
24201612840
8
6
4
2
0
24201612840
4.8
3.6
2.4
1.2
0.0
Mean 12.27StDev 4.223
N 25
t1 (hrs)
Mean 9.900
StDev 4.917
N 27
t2
Mean 14.33
StDev 4.728N 19
t3
t1 (hrs)
Fre
qu
en
cy
t2
t3
Normal
Tiempo de Retencion
60 mg /L
80 mg /L
140 mg /L
16.19
8.95 4.92 6.69 5.23 4.52
7.04 8.55 3.40 1.92 2.82 3.10
5.93 5.00 2.18
4.64 6.82 5.49 7.07
72%
84%
92% 90% 92% 94%
86% 86%
92%97% 96% 95%
90% 90%
96%91%
88%91% 90%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
-
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
0 5 10 15 20 25
Nit
rato
Dias
VARIACIÓN EN CONCENTRACION DE NITRATO (NO3,MG/L)
Nitrato In Nitrato Out r tot Caudal Eficiencia
Efecto del Oxigeno en la
Denitrificación• La desnitrificación es un proceso
que usa el nitrato como aceptor
terminal de electrones en
condiciones Anóxicas (ausencia de
oxígeno) principalmente.
• NO3- → NO2
- → NO → N2O → N2
Eficiencia de los Reactores
100.000%
80.000%
60.000%
40.000%
20.000%
1007550250
100.000%
80.000%
60.000%
40.000%
20.000%
1007550250
100.00%
80.00%
60.00%
40.00%
20.00%
Eficiencia 1
C2
Eficiencia 2
Eficiencia 3
Scatterplot of Eficiencia 1; Eficiencia 2; Eficiencia 3 vs C2
10.0
7.5
5.0
2.5
0.0
1101009080706050
12
9
6
3
0
1101009080706050
8
6
4
2
0
Mean 89.41StDev 11.32
N 17
Eff1
Mean 94.27
StDev 5.655
N 16
Eff2
Mean 90.98
StDev 11.83N 16
Eff3
Eff1
Fre
qu
en
cy
Eff2
Eff3
Normal
Eficiencia del Sistema
06
04
40
60
0.0 02
.52.05 0
57.
80
001
1ffE
1Q
onegixO
D S3 atterplot of Eff1 vs Q1 vs Oxigenoc
• Las eficiencias de remoción de nitratos fueron del
89, 94 y 90.8 %
• El Caudal y Nivel de oxigeno ha sido factor decisivo
para incrementar la capacidad de desnitrificación
del sistema.
• Se concluye que esta tecnología puede ser una
herramienta práctica y económica para mejorar la
calidad del agua contaminada con nitratos.
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