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Evaluación de la sostenibilidad ambiental de un proceso de ficorremediación de lixiviados de relleno sanitario mediante análisis de ciclo de vida (acv)

dc.contributor.authorGarcía-Martinez, Janet
dc.contributor.authorBarajas Solano, andres F
dc.date.accessioned2022-12-16T19:12:11Z
dc.date.available2022-12-16T19:12:11Z
dc.date.issued2022
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufps.edu.co/handle/ufps/6667
dc.description.abstractEl Crecimiento exponencial poblacional, el uso poco eficiente de los productos y la baja reutilización y reciclaje de las materias han incrementado exponencialmente la disposición de basuras, las cuales al ser depositadas en rellenos sanitarios generan una serie de residuos como gases de efecto invernadero y residuos líquidos conocidos como lixiviados de rellenos sanitarios. El alto contenido de elementos tóxicos (metales pesados, compuestos inorgánicos y otros compuestos biorefractarios) convierten a los lixiviados en uno de los residuos con mayor impacto negativo en la salud humana y ambiental. A nivel mundial, el tratamiento más común que reciben este tipo de residuos líquidos recalcitrantes son su disposición en piscinas de almacenamiento para favorecer la evaporación natural de estos líquidos. Este tipo de procesos conlleva posibles riesgos como la generación de fugas que pueden impactar negativamente a cuerpos de agua y poblaciones cercanas a los rellenos sanitarios. Si bien existen tratamientos ampliamente usados a nivel mundial para el manejo de este tipo de residuos, la mayoría de estos procesos son de alto costo y no generan ningún beneficio adicional a las empresas. En los últimos años, la aplicación biotecnológica de las microalgas y cianobacterias (ficología aplicada) en diferentes residuos líquidos como el lixiviado ha demostrado que es posible convertir diferentes tipos de residuos líquidos en una fuente de nutrientes para la obtención de metabolitos de interés industrial como bioplásticos, colorantes biodegradables y biofertilizantes para industrias no alimentarias, sin embargo aún se desconocen los posibles impactos ambientales de este proceso, al igual que su sostenibilidad ambiental a futuro. El presente proyecto tiene como objetivo determinar por primera vez la sostenibilidad ambiental de un proceso de ficorremediación de lixiviados de relleno sanitario mediante análisis de ciclo de vida (ACV). Para lograr lo anterior se proponen las siguientes etapas: (1) Determinar la eficiencia de producción de microalgas en dos sistemas (tubular y flat-plate) enriquecidos con lixiviados de relleno sanitario, (2) optimizar un proceso floculación química e la cosecha de microalgas de sistemas enriquecidos con lixiviados de relleno sanitario, y (3) aplicar el análisis de Ciclo de vida a un sistema de cultivo y cosecha de microalgas cultivadas con lixiviado de relleno sanitario. Se espera que el desarrollo de este proyecto permita determinar el verdadero impacto ambiental (positivo o negativo) de este tipo de tecnologías para la transformación de lixiviados de relleno sanitario en norte de Santander, y emplear este tipo de residuo como una fuente de nutrientes para la producción de metabolitos de interés industrial departamental y nacional.spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.language.isospaspa
dc.titleEvaluación de la sostenibilidad ambiental de un proceso de ficorremediación de lixiviados de relleno sanitario mediante análisis de ciclo de vida (acv)spa
dc.typePropuesta de investigaciónspa
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dc.contributor.researchgroupGRIIAMBspa
dc.coverage.projectdates2022-09-17/2023-09-17spa
dc.description.methodsEl proyecto se desarrollará en 3 etapas, Evaluación del upstream (cultivo), downstream (cosecha) y su respectivo análisis de ciclo de vida Microorganismos. Halochlorella rubescenes (UFPS013), Parachlorella hussi (UFPS012) y Desmodesmus sp (UFPS015) fueron aisladas previamente de termales localizados en el departamento de Norte de Santander. Las cepas se encuentran en el laboratorio INNOValgae de la Universidad Francisco de Paula Santander en medio BOLD BASAL solido a 50 μmol m-2 s-1 y una temperatura de 27°C. Una vez cada 35 días las cepas serán re-inoculadas en tubos de 10 mL con 4 mL de medio BOLD BASAL solido fresco. Objetivo 1. Determinación de la eficiencia de producción de microalgas en dos sistemas (tubular y flat-plate) Actividad 1.1. Producción inicial de biomasa. Cada una de las cepas se cultivará en medio BOLD BASAL (Andersen et al., 2005) en reactores de 500 mL con un volumen de trabajo de 300 mL. El medio se agitará mediante la inyección de aire a un flujo de aproximadamente 180 mLaire/min. Cada uno de los experimentos se realizará a una radiación constante de 100 μmol m-2 s-1. Actividad 1.2. Escalamiento de biomasa. La biomasa previamente producida se inoculará en reactores de 500 mL con un volumen de trabajo de 300 mL, el cual además tendrá 10% de lixiviado (CITA LIXIVIADO INOVALGAE9. El medio se agitará mediante la inyección de aire a un flujo de aproximadamente 180 mLaire/min. Cada uno de los experimentos se realizará a una radiación constante de 100 μmol m-2 s-1 durante 15 dias. Finalizados los 15 días se utilizará la biomasa producida como inoculo (20% v/v) para escalar hasta (figura 5) lograr un inoculo para los reactores tubulares y tipo flat-plate (30L). Actividad 1.3. Evaluación sistema de cultivo. La biomasa previamente producida se inoculará en dos tipos de fotobioreactores columna y flat-plate (30L). y se analizará el efecto entre el ciclo de luz:oscuridad y la intensidad. Lo anterior para optimizar el posible efecto entre estas dos variables y su respuesta con la síntesis de proteínas fotosintéticas. Se empleará un diseño de experimentos de optimización (Diseño Central compuesto) empleando dos variables numéricas (ciclo de luz e intensidad lumínica), con un alfa de 1.41, dos bloques y 6 puntos centrales mediante el software Design Expert 13 (StatEase) (tabla 2). Actividad 1.4. Cinéticas de producción de biomasa y consumo de nutrientes. La biomasa producida se concentrará inicialmente por centrifugación (3500 rpm, 20°C, 20 min), se lavará con agua destilada y se centrifugará nuevamente (3500 rpm, 20°C, 20 min). La biomasa concentrada será secada mediante deshidratación (50°C, 36 horas), se pesará para registrar la concentración de biomasa producida y se almacenará (4°C) hasta su uso. Finalmente, se medirán los diferentes componentes de las cepas, incluyendo los carbohidratos (García-Martínez et al 2016), los lípidos (Mishra et al, 2014) y proteínas (Mota et al, 2018). El sobrenadante se empleará para determinar la concentración de NO3 y PO4 consumido empleando kits para cada nutriente (HANNA). Objetivo 2. Evaluar el efecto de la floculación quimica e la cosecha de microalgas de sistemas enriquecidos con lixiviados de relleno sanitario Actividad 2.1. Aislamiento del almidón de yuca Para la obtención del almidón, se utilizará la metodología de Aparicio (2003). Se pesarán y lavarán 10 kg de yuca. Los tubérculos ya pelados serán rayados para un mejor Actividad 1.4. Cinéticas de producción de biomasa y consumo de nutrientes. La biomasa producida se concentrará inicialmente por centrifugación (3500 rpm, 20°C, 20 min), se lavará con agua destilada y se centrifugará nuevamente (3500 rpm, 20°C, 20 min). La biomasa concentrada será secada mediante deshidratación (50°C, 36 horas), se pesará para registrar la concentración de biomasa producida y se almacenará (4°C) hasta su uso. Finalmente, se medirán los diferentes componentes de las cepas, incluyendo los carbohidratos (García-Martínez et al 2016), los lípidos (Mishra et al, 2014) y proteínas (Mota et al, 2018). El sobrenadante se empleará para determinar la concentración de NO3 y PO4 consumido empleando kits para cada nutriente (HANNA). Objetivo 2. Evaluar el efecto de la floculación quimica e la cosecha de microalgas de sistemas enriquecidos con lixiviados de relleno sanitario Actividad 2.1. Aislamiento del almidón de yuca Para la obtención del almidón, se utilizará la metodología de Aparicio (2003). Se pesarán y lavarán 10 kg de yuca. Los tubérculos ya pelados serán rayados para un mejor Actividad 1.4. Cinéticas de producción de biomasa y consumo de nutrientes. La biomasa producida se concentrará inicialmente por centrifugación (3500 rpm, 20°C, 20 min), se lavará con agua destilada y se centrifugará nuevamente (3500 rpm, 20°C, 20 min). La biomasa concentrada será secada mediante deshidratación (50°C, 36 horas), se pesará para registrar la concentración de biomasa producida y se almacenará (4°C) hasta su uso. Finalmente, se medirán los diferentes componentes de las cepas, incluyendo los carbohidratos (García-Martínez et al 2016), los lípidos (Mishra et al, 2014) y proteínas (Mota et al, 2018). El sobrenadante se empleará para determinar la concentración de NO3 y PO4 consumido empleando kits para cada nutriente (HANNA). Objetivo 2. Evaluar el efecto de la floculación quimica e la cosecha de microalgas de sistemas enriquecidos con lixiviados de relleno sanitario Actividad 2.1. Aislamiento del almidón de yuca Para la obtención del almidón, se utilizará la metodología de Aparicio (2003). Se pesarán y lavarán 10 kg de yuca. Los tubérculos ya pelados serán rayados para un mejor Actividad 1.4. Cinéticas de producción de biomasa y consumo de nutrientes. La biomasa producida se concentrará inicialmente por centrifugación (3500 rpm, 20°C, 20 min), se lavará con agua destilada y se centrifugará nuevamente (3500 rpm, 20°C, 20 min). La biomasa concentrada será secada mediante deshidratación (50°C, 36 horas), se pesará para registrar la concentración de biomasa producida y se almacenará (4°C) hasta su uso. Finalmente, se medirán los diferentes componentes de las cepas, incluyendo los carbohidratos (García-Martínez et al 2016), los lípidos (Mishra et al, 2014) y proteínas (Mota et al, 2018). El sobrenadante se empleará para determinar la concentración de NO3 y PO4 consumido empleando kits para cada nutriente (HANNA). Objetivo 2. Evaluar el efecto de la floculación quimica e la cosecha de microalgas de sistemas enriquecidos con lixiviados de relleno sanitario Actividad 2.1. Aislamiento del almidón de yuca Para la obtención del almidón, se utilizará la metodología de Aparicio (2003). Se pesarán y lavarán 10 kg de yuca. Los tubérculos ya pelados serán rayados para un mejor procesamiento, remojándose en un recipiente que contenga un volumen de agua de seis veces el peso de la muestra a temperatura de 40 ºC. La yuca picada se molerá en una licuadora a prueba de impacto, hasta su completa desintegración. Una vez molida se lavará tres veces con agua caliente (40 ºC), empleando un tamiz No. 100 escala Tyler. La fibra retirada en el tamiz se eliminará. El cernido que se obtiene después del proceso de tamizaje será recolectado en un recipiente donde se dejará sedimentar durante 3 h aproximadamente. El sobrenadante se separará por decantación y el sedimento se dejará reposar en refrigeración durante la noche. Al día siguiente se repetirá la operación de cernido, eliminando nuevamente el sobrenadante. El sedimento obtenido se centrifugará para separar el agua de la pasta a una velocidad de 850 rpm durante 15 min. La pasta se secará en una estufa a 40 ºC por 24 h, pulverizándose finalmente. Se envasará en frascos de plástico. Actividad 2.2. Preparación de polvo de semilla de Moringa. Se necesitan semillas de moringa seca del color marrón. La cáscara de semilla se pelará, a continuación, se dejará secar su contenido de color blanco amarillento durante 24 horas a temperatura ambiente para el secado de la semilla. Después del secado, las semillas de moringa se pondrán en un mortero de porcelana y por maceración se espera obtener una harina suave. A continuación, el polvo fino se tamizará con una malla de tamiz-60. El polvo de semillas de moringa se pesará inmediatamente y se almacenará en un recipiente cerrado.(Maghfiroh, Saefurahman, & Hidayatulloh, 2018) . Actividad 2.3. Evaluación de las variables principales para la floculación del alga La biomasa previamente producida en el mejor sistema de cultivo se empleará para determinar el mejor método de cosecha. Se evaluarán 3 floculantes (moringa, almidon de yuca y PAC); para lograr lo anterior se empleará un diseño de experimentos de optimización (I-optimal), con 5 bloques, 3 puntos centrales empleando seis variables numéricas y una variable categórica. mediante el software Design Expert 13 (StatEase) (tabla 3). Las variables que más afecten la cosecha de biomasa se emplearán en un nuevo diseño de optimización (Diseño Central Compuesto) que permita ajustar las condiciones de operación hasta el punto más eficiente posible. Objetivo 3. Análisis de Ciclo de Vida del sistema propuesto Una vez obtenidas las condiciones de operación para cada uno de los procesos planteados y los indicadores de consumo, así como el balance de masa de cada etapa del proceso y el consumo energético se desarrollará el análisis de ciclo de vida mediante la aplicación de la norma ISO 14040 (“Norma Europea, UNE-EN ISO 14040. Gestión ambiental, Análisis de ciclo de vida y principios). Para el desarrollo del estudio de ACV se utilizará el software SIMAPRO el cual es el más utilizado en Latinoamérica para la elaboración de ACV. Es una herramienta informática que cuenta con diferentes bases de datos de procesos, materias primas, combustibles, transportes etc., que agilizan el diseño de diferentes alternativas de procesos para evaluar el impacto ambiental del mismo, así como para generar diferentes indicadores como los son la huella hídrica o toxicidad humana. Actividad 3.1. Definición de objetivos y alcance del estudio Una vez identificadas las mejores condiciones de operación se deberá establecer los criterios para los cuales se desarrollará el ACV, considerando que se establecerá una comparación entre el proceso actual de tratamiento de los lixiviados y la alternativa biológica planteada. La unidad funcional planteada para este caso será 1 L de lixiviado tratado y se deberá definir el límite o alcance del estudio. Actividad 3.2. Análisis de inventario: Este componente del ACV es un proceso técnico basado en datos para cuantificar la energía y los materiales consumidos, las emisiones al aire y al agua, los residuos sólidos y cualquier otro vertido al medio durante el ciclo de vida completo del proceso planteado, es decir el inventario empieza en las materias primas y acaba con la gestión final de los residuos del producto, dependiendo del limité establecido en el sistema. Actividad 3.3. Análisis del impacto. La Evaluación de Impactos de Ciclo de Vida (EICV) permitirá caracterizar y estimar los efectos de los resultados del ICV, donde se evalúan las modificaciones ambientales y los consumos de recursos producidos. En general, se habla de “impactos potenciales”, ya que durante el ICV se realiza una agregación de los valores de emisiones de las distintas sustancias que han sido producidas en las distintas fases componentes de sistema. Según la norma ISO 14040, la fase de evaluación de impactos consta de los siguientes puntos obligatorios: Definición de categorías de impacto. Clasificación. Caracterización. Actividad 3.4. Interpretación. En esta última fase, los hallazgos realizados en las dos fases precedentes se combinan para establecer las conclusiones y recomendaciones del estudio. Las etapas de esta actividad son las siguientes: Identificación de aspectos significativos basados en los resultados del inventario, de la evaluación de impactos o de ambas. Evaluación, que incluye pruebas de la integridad del estudio, la sensibilidad y la consistencia. Conclusiones, recomendaciones y comunicación de los aspectos relevantes.spa
dc.description.researchareaSaneamiento básico y uso eficiente de los recursosspa
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/closedAccessspa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_baafspa
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oaire.awardcost25000000spa
oaire.awardnumber016-2022spa
oaire.awardtitleEvaluación de la sostenibilidad ambiental de un proceso de ficorremediación de lixiviados de relleno sanitario mediante análisis de ciclo de vida (acv)spa
oaire.awardtotalcost375482038spa
oaire.fundingstreamPrograma Nacional en Ciencias Agropecuariasspa
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