Utilización secuencial de microalgas en depuración y adsorción de Cr(VI)

Las microalgas constituyen un conjunto de organismos microscópicos, que se desarrollan en medios acuosos (marinos o de agua dulce) contienen al menos clorofila "a" y poseen estructuras reproductoras simples. Presentan por lo general un metabolismo fotosintético oxigénico, análogo al de las plantas superiores. Mediante este metabolismo convierten la energía luminosa en energía química, a la vez que utilizan CO2 como fuente de C y liberan O2 . Gracias a la fotosíntesis, las microalgas son capaces de producir de forma sostenible diferentes productos de interés comecial empleando una fuente de energía renovable, de forma que actualmente para definirlas se utiliza el concepto de biofactoría y la posibilidad de utilización de todos los componentes de la biomasa, lípidos, hidratos de carbono, proteínas, minerales, vitaminas etc... ha introducido el concepto de biorefinerías. En este trabajo, se han utilizado las microalgas Scenedesmus obliquus y Botryococcus braunii. El género Scenedesmus es muy común en todo tipo de aguas dulces. Desempeña un papel importante en la producción primaria y contribuye a la purificación de las aguas eutróficas. Las células de Scenedesmus están unidas en grupos de 4, 8 o raramente 16, denominados cenobios. En Botryococcus braunii se distinguen 3 razas A, B y L diferenciadas en base a los tipos de hidrocarburos que generan. La raza A produce olefinas C25-C31, n-dialquenos y trialquenos, la B triterpenos insaturados polimetilados denominados botriocenos (Cn H2n-10) n: 30-37 y la raza L produce únicamente un tetraterpeno C44H78 denominado licopadieno. Las células piriformes están agrupadas formando colonias unidas por una matriz de exopolisacáridos. El cultivo a gran escala de microalgas y el aprovechamiento de la biomasa como fuente de lípidos fue abordado inicialmente en Alemania durante la 2ª Guerra Mundial. A lo largo del tiempo los cultivos de microalgas han sido impulsados por diferentes factores socio-económicos. Siendo los últimos años testigos de los mayores avances y del desarrollo de múltiples aplicaciones. La aplicación de los denominados "sistemas algas bacterias" para tratamiento de residuos líquidos y producción de algas HRAP (high rate algal ponds), bien para obtener productos para alimentación animal o para la obtención de metano vía digestión anaerobia, fueron ideados por Ostwald y colaboradores en la Universidad de California y se utilizan en numerosos países. En contraste con los estanques facultativos, HRAP, son poco profundos de 0,3 a 0,6 m, para favorecer la penetración de la luz y la oxigenación es proporcionada vía fotosíntesis. Pueden operar a tiempos de retención pequeños en el rango de 4 a 10 días dependiendo de las condiciones climáticas. La agitación es proporcionada de forma continua generalmente mediante paletas giratorias, que originan velocidades de circulación del agua de 0,15-0,30 m/s. Tanto el fósforo como el nitrógeno son los principales nutrientes a eliminar para evitar el peligro de eutrofización. Las algas pueden utilizar una gran variedad de compuestos nitrogenados, inorgánicos u orgánicos como fuente de N para la síntesis de aminoácidos. El fósforo, utilizado en los procesos relacionados con la transferencia de energía y síntesis de ácidos nucleicos, lo toman preferentemente de los fosfatos inorgánicos en sus formas H2PO4- y HPO42-. El biodiesel es obtenido a partir de aceites vegetales (comestibles o no comestibles) usados o no y grasas animales. La utilización de aceites vegetales comestibles ha originado un incremento de los precios, además del consiguiente problema ético que conlleva este uso. La transición a los biocombustibles de segunda generación, así denominados entre otros, a los procedentes de microalgas, va a contribuir a la desaparición de estas limitaciones. Por un mayor rendimiento por hectárea, dada la mayor velocidad de crecimiento de las microalgas en relación a las plantas superiores C3 o C4, menor necesidad de agua que un cultivo convencional, pudiendo ser de tipo residual y un espacio de menor calidad ya que no se requiere sea tierra de cultivo. El contenido lipídico de las microalgas es especie-dependiente si bien diferentes situaciones medio ambientales del cultivo, generalmente asociadas a condiciones de estrés, pueden aumentarlo. En muchas algas es posible inducir un alto contenido en lípidos modificando algunos factores condicionantes del crecimiento tales como, el nivel de N en el medio de cultivo, la intensidad de iluminación, temperatura, salinidad y concentración de CO2. Los sistemas empleados con mayor frecuencia para cultivos masivos, son los de tipo estanque abierto, que a pesar de sus formas y tamaños diversos se asemejan al entorno natural de las microalgas. Los reactores cerrados presentan configuraciones diversas, siendo las más usuales las de tipo tubular, plano o columna de burbujeo, construidos con materiales transparentes. Los metales pesados constituyen un grupo de la Tabla Periódica con densidad mayor o igual a 5 g/cm3. Muchos son esenciales para el crecimiento a pequeñas dosis como As, Cr, Co, Cu, Ni, Se, V y Zn y a dosis mayores pueden ser tóxicos, como consecuencia de su capacidad para desnaturalizar proteínas, a otros como Au, Ag, Pb, Cd, Hg, U, Be no se les conoce ninguna función biológica. La contaminación del ambiente con metales tóxicos y radionucleidos surge como resultado de la actividad industrial, aunque también contribuye a ella la agricultura y la eliminación de residuos. Los métodos convencionales para el tratamiento de aguas residuales que contienen metales pesados resultan costosos e ineficientes, especialmente cuando la concentración del metal es baja. Estos métodos utilizan diferentes operaciones tales como: precipitación, oxidación, reducción, intercambio iónico, filtración, tratamiento electroquímico, adsorción, filtración con membranas, etc. El cromo es un metal pesado de la primera serie de metales de transición. Es el séptimo elemento más abundante en la tierra, habiéndose incrementado en las últimas décadas la cantidad de cromo en ecosistemas acuáticos y terrestres como consecuencia de diferentes actividades humanas. El uso de sistemas biológicos para la eliminación de metales pesados de medios líquidos diluidos es un proceso eficiente y de bajo coste. Las tecnologías basadas en los microorganismos o sus productos ofrecen una alternativa o ayudan a las técnicas convencionales para la eliminación y recuperación de metales. Dentro de los materiales biológicos susceptibles de ser utilizados como biosorbentes se encuentran las biomasas, bacteriana, de hongos, levaduras, algas, flora acuática, desechos generados en fermentaciones industriales, etc. Estos biosorbentes pueden secuestrar iones metálicos disueltos con alta eficiencia y rápidamente, lo que los hace candidatos ideales para el tratamiento de grandes volúmenes de aguas residuales complejas. El uso de biomasa muerta tiene ventajas sobre el de células vivas. No es necesario adicionar nutrientes, resulta inmune a la toxicidad o condiciones de operación adversas, la recuperación de metales es más fácil por medio de tratamientos que permiten la regeneración de la biomasa. La utilización de algas como biosorbentes para la remoción de metales pesados comenzó hace décadas y muchos grupos de investigación se dedican a estudiar el papel en este proceso, de macroalgas y algas microscópicas. La pared celular de las Chlorophyta es fundamentalmente celulosa y proteínas unidas a polisacáridos formando glucoproteínas. La celulosa se estructura también en forma de fibrillas y en las algas rojas y verdes aparecen otros componentes estructurales fibrilares tales como xilano y manano. Los experimentos realizados en este trabajo son de distinto tipo: Experimentos de crecimiento de las microalgas seleccionadas, en medio sintético y en agua residual urbana, para comparación de las mismas, realizados en Granada. La obtención repetitiva de biomasa a efectos de obtención de material biosorbente se ha realizado en Tetuán y Jaén. Experimentos de caracterización de las biomasas como material biosorbente. Experimentos de biosorción en discontinuo con las biomasas secas formando aglomerados de tamaño