Transformación de aguas residuales domésticas y borra de café, para obtención de bio-productos de alto valor agregado con fines de re uso ornamental. 20288.

La facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana, genera residuos orgánicos sólidos (ROS) y aguas residuales domésticas (ARD). Los ROS son dispuestos en bolsas de color verde y se entregan a los operadores del servicio de aseo de la capital. En relación con el agua residual doméstica producida en los diferentes edificios no se le realiza ningún tipo de tratamiento, es vertida a los sistemas de tuberías y luego pasa al sistema de alcantarillado de la ciudad Facultad de Ciencias (Facultad de Ciencias,2015). La cultura ecológica de la Comunidad Universitaria en términos de la separación adecuada de residuos sólidos orgánicos ha venido en aumento, y el manejo seguirá siendo apropiado si se continúan promoviendo campañas de recolección, separación en la fuente y reciclaje. No obstante, para el ARD se debería realizar un tratamiento antes del vertimiento, para disminuir el impacto ambiental que pueda causar sobre la calidad del recurso hídrico. Dado que tiene una composición química variada, microorganismos que pueden ser resistentes a los antibióticos y micro contaminantes (Pedroza et al., 2018; Grandclment et al., 2017; Goswami et al., 2018). En este sentido, una parte de los ROS y el ARD, podrían ser transformados a través de procesos físicos, químicos y biológicos, para la obtención de productos de mayor valor agregado. Para emplearlos dentro del campus de la universidad como aguas de riego y sustratos de siembra para jardinería. Asociado con los ROS, la borra de café o cuncho de café se genera al preparar el café en las grecas y maquinas que se encuentran ubicadas en las salas de profesores y en los servicios de alimentación. Aproximadamente se producen 15 kilos en base húmeda por semana en la facultad de Ciencias, los cuales se depositan en bolsas verdes y no son aprovechados de ninguna manera (Bulla, 2019). La borra puede ser desecada y transformada en un biochar a través de conversión térmica o pirólisis. Este bio-carbón tiene propiedades muy especiales con efecto benéfico en suelos a nivel físico, químico y se ha reportado que favorece la actividad biológica de diferentes grupos de microorganismos (Kopeć et al., 2018; Sertoli et al., 2019). Por otra parte, el biochar se enriquece o co inocula con microorganismos benéficos asociados con el ciclo del carbono, nitrógeno, fósforo y promotores de crecimiento vegetal. Convirtiéndolo en un biomaterial con gran aplicación en el sector ornamental ya que puede usarse como sustrato de germinación y propagación de material vegetal. Ayudando a sustituir en cierta proporción el uso de suelo agrícola cuando se prepara el sustrato de siembra para viveros, invernaderos o zonas verdes (Bulla, 2019; Moreno et al., 2019; Blanco et al; 2020). Sumando a todo esto el biochar por si solo es un adsorbente de alta eficiencia que se usa para remover nutrientes, metales, colorantes y microorganismos en aguas residuales. Por lo que puede emplearse como material filtrante en las plantas de tratamiento para aguas residuales domésticas y no domésticas (Pedroza, 2018). Por otro lado, en la facultad también se generan aguas residuales de tipo doméstico (ARD), su composición química es variable y es necesario realizar un tratamiento antes vertirla a los sistemas de alcantarillado (Pedroza et al., 2018). Uno de los puntos de mayor interés es la zona de lavado y descontaminación del material empleado en las clases (zona de monitoria localizada en el edificio 50 costado izquierdo). El ARD que allí se genera pasa de los lavaderos a la caja de inspección y posteriormente a los sistemas de alcantarillado, sin tratamiento previo. Durante el 2018 se realizaron muestreos puntuales y se determinó que tienen cargas de materia orgánica variables, detergentes y microorganismos (DQO: 200-1000 mg/L, DBO5: 67-678 mg/L). A pesar de su alta variación el tratamiento por vía biológica es factible ya que la relación de tratabilidad (DBO5/DQO) es superior a 0.5. Gracias a esto al realizar unas pruebas preliminares en el Laboratorio de Microbiología Ambiental y suelos, se demostró que la carga contaminante puede disminuirse hasta un 70 % a escala de Erlenmeyer (Pedroza, 2018). Para incrementar esta eficiencia se pueden implementar diferentes procesos unitarios de tipo biológico y fisico-químicos. En relación con el tratamiento biológico los co-cultivos con microlagas y bacterias sulfuro oxidadoras (BSO), remueven carbono disuelto, nitrógeno, fósforo y compuestos volátiles (CO2 y H2S) que son los responsables de generar olores ofensivos (Céspedes, 2019; Espinosa y Muñoz, 2020). El uso de estos microorganismos se realiza en reactores fototróficos que tienen lámparas de luz visible y sensores que permiten medir y controlar los diferentes parámetros de operación para optimizar el desempeño de estas unidades. Una vez se realiza el tratamiento del agua residual, parte de las microalgas se recirculan al reactor y la biomasa restante se coagula para concentrar el lodo algal. A partir de este se obtienen diferentes bi o-productos (biochar, colorantes, aceites esenciales y biomasa como alimento para peces y camarón) (Ardila Leal et al., 2020; Céspedes et al., 2020; Rojas, 2020). El efluente depurado puede continuar a la siguiente fase del tratamiento o se vierte al sistema de alcantarillado si cumple con los parámetros de calidad dados por el Ministerio del Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible en las resoluciones 0631 del 2015 y 0883 del 2018. Como se mencionó en el párrafo anterior si el efluente cumple con todos parámetros físicos, químicos y microbiológicos, puedo ser vertido al sistema de alcantarillado. Sin embargo, se presentan algunas restricciones relacionadas con la baja eliminación o inactivación de microorganismos en el efluente después de pasar por las unidades primarias secundarias/terciarias de tipo biológico. Es por esto que se utilizan diferentes tecnologías químicas (hipoclorito de sodio, peróxido de hidrógeno y ácido peracético) (Hernández, 2012) y físicas (fotólisis UV, Fenton, Fotocatálisis, ultrasonido, micro y nanofiltración) (García et al., 2012; Villanueva, 2012; Abelló, 2104), para realizar un tratamiento más fino, eliminar microorganismos y dejar el afluente apto para re uso en ciertos procesos productivos y de servicios, tal y como lo estipula la resolución 1207 del 2014. El proceso de fotocatálisis con TiO2/UV es una de las tecnologías más eficientes para la inactivación de microorganismos en cortos periodos de tiempo. Lamentablemente, el uso de lámparas de luz ultravioleta incrementa los costos de operación, limita el escalamiento y disminuye su factibilidad económica. Una alternativa es modificar el TiO2 por la inclusión de otros óxidos semiconductores (CuO, CeO, entre otros) para modificar el GAP del semiconductor y permitir que absorba y sea foto excitado con longitudes de onda dentro del espectro visible. De tal manera que se empleen lámparas fluorescentes o luz solar (SODIS), para inactivar microorganismos (Villanueva, 2012). A su vez el TiO2 modificado se puede recuperar a través de cambios de pH (sedimentación) o filtración con biochar o carbón activado (Fernández et al.,2016). El fotocalizador se reactiva térmicamente y se utiliza nuevamente para realizar el tratamiento terciario. Al implementar todas las unidades de tratamiento (tanques de homogenización, reactores con microalgas/bacterias, coagulación y reactores de fotocatálisis), se logra el tratamiento eficiente del ARD y de esta forma se lograría reutilizarla como agua de riego para plantas ornamentales, garantizando la calidad física, química y microbiológica. A esta etapa de re uso también se puede incorporar el biochar de borra de café enriquecido con microorganismos benéficos siendo un modelo de economía circular para el tratamiento y aprovechamiento de una parte de los residuos sólidos y agua residuales domésticas, que se generan en la facultad de Ciencias. A su vez al integrar todo a través de esta biorefinería se genera un conocimiento base y real, que podría ayudar a proyectar y modelar la necesidad de un sistema integrado de residuos sólidos y aguas residuales para el nuevo edificio de Ciencias que se está construyendo en la universidad. Dentro de las experiencias previas que soportan este proyecto, los grupos de investigación Unidad de Investigaciones Agropecuarias (UNIDIA/Microbiología), el grupo de Agricultura Biológica (Laboratorio LAMIC/Biología) y la Facultad de Estudios Ambientales y rurales, han trabajado en la producción, caracterización y uso, de un biochar a partir de borra de café. Este material se enriqueció con microorganismos benéficos y se utilizó como sustrato de siembra para materas y en algunas zonas verdes de la universidad (Bulla, 2019). Adicionalmente, en el grupo de Biotecnología Ambiental e Industrial, el biochar se evaluó como adsorbente para la remoción de colorantes en aguas residuales y como soporte para inmovilizar microorganismos con potencial ambiental (Pedroza, 2018). El tratamiento con microalgas y bacterias sulfuro oxidadoras se inició en el 2019 a través de dos trabajos de pregrado en cooperación con investigadores de la Universidad Javeriana y Universidad Anáhuac de México. Adicionalmente para la presente convocatoria contaremos con la asesoría de investigadores de la Universidad de Caldas y la Universidad Nacional sede Bogotá. Para la parte de oxidación avanzada contamos con la cooperación con el grupo de películas delgadas del Departamento de Física. Con sus profesores se han realizado estudios con diferentes tipos de óxidos semiconductores para el tratamiento de aguas residuales domésticas, demostrando que son altamente eficientes para la inactivación de microorganismos (FIUC 2016; Villanueva, 2012; Chaparro, 2016; Fernández et al., 2016).