Biotecnología ambiental de aguas y aguas residualeseBook

SOBRE EL AUTOR
César Augusto Lazcano Carreño
Licenciado en Biología de la Universidad Ricardo Palma (URP) en Perú, con Maestría en Microbiología de la Universidad Peruana Cayetano Heredia y Doctorado en Ciencias con mención en Biotecnología en Atlantic International University (AIU), en Estados Unidos.
Tiene más de 35 años de experiencia profesional y de consultoría en el campo del agua, aguas residuales y ecosistemas hídricos. Luego de realizar estudios sobre reúso de aguas residuales en agricultura en Tacna (Perú) con la Agencia para el Desarrollo Internacional (AID), trabajó durante más de tres décadas en el Servicio de Agua Potable y Alcantarillado de Lima (SEDAPAL), donde estuvo involucrado en actividades de control de calidad biológica de la planta de tratamiento de agua potable de la Atarjea, de mejoramiento de la calidad del agua para consumo humano en Lima y el Callao, y de supervisión de calidad de efluentes de la Planta de Tratamiento de Desagües de Carapongo (Lima), hasta hoy en funcionamiento.
Ha sido docente en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, conferencista, asesor de tesis e investigador activo a nivel nacional e internacional en cursos, charlas, conferencias e investigaciones sobre calidad de aguas para consumo humano y desagües. Sus obras, principalmente manuales sobre metodologías de trabajo en las plantas de aguas y aguas residuales, han sido publicadas por el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS).

TABLA DE CONTENIDO

Capítulo 1. Introducción
Capítulo 2. Los seres vivos en los ambientes acuáticos
Generalidades
La célula
Definición
Composición química
Carbohidratos
Proteínas
Lípidos
Ácidos nucleicos
Otros componentes químicos del protoplasma celular
Conceptos básicos de enzimología
Cinética química
Orden de una reacción
Las enzimas
Clases de enzimas
Especificidad enzimática
Cinética enzimática
Actividad enzimática
Energía y metabolismo
Generalidades
Primera ley de la termodinámica
Segunda ley de la termodinámica
Formas de energía que usan los organismos vivos
Energía luminosa
Potencial eléctrico
Oxidación biológica
Mecanismos de la oxidación biológica de la materia orgánica
Reacciones de óxido-reducción
Metabolismo
Catabolismo
Anabolismo (biosíntesis)
Fotosíntesis
Los virus
Generalidades
Características de los virus
Tipos de virus
Virus animales y humanos
Virus de bacterias o bacteriófagos
Virus de plantas
Taxonomía y caracterización de los seres vivos
Generalidades
Procariotes
Forma y tamaño de las células procarióticas
Estructura de la célula procariótica
Nutrición en procariotes
Crecimiento microbiano
Factores para el crecimiento de los procariotes
Cinética del crecimiento microbiano en reactores
Dominio Archaea
Arqueas halofílicas extremas
Arqueas sulfatorreductoras
Arqueas que carecen de pared celular
Arqueas extremotermófilas
Arqueas metanogénicas
Dominio Bacteria
Bacterias patógenas
Bacterias que originan infecciones gastrointestinales
Bacterias que originan enfermedades emergentes y oportunistas patógenas en agua
Bacterias indicadoras de la calidad del agua
Dominio Eukaria
Estructura de la célula eucariota
Reino Protista
Reino fungi
Reino Plantae
Reino Animalia
Capítulo 3. Ecología de los ambientes acuáticos
Generalidades
Los ecosistemas acuáticos
Autodepuración de los ecosistemas acuáticos
Factores que intervienen en el proceso de autodepuración
Fases de la autodepuración
Termodinámica de los ecosistemas acuáticos
Principios básicos de ecología aplicados a la termodinámica de
los ecosistemas
Crecimiento y desarrollo de los ecosistemas
Definición termodinámica de exergía
El ciclo hidrogeológico
Balance hidrológico
Los ciclos biogeoquímicos
Ciclo del carbono
Ciclo del nitrógeno
Fijación de N
Amonificación
Nitrificación
Desnitrificación
Asimilación del armonio
Reducción disimilatoria de nitrato a amonio
Proceso Anammox
Uso del proceso Anammox en el tratamiento de aguas residuales
Ciclo del fósforo
Meteorización
Solubilización
Asimilación
Precipitación
Mineralización
Remoción de fósforo en plantas de tratamiento
Microorganismos que contribuyen con la precipitación química
Ciclo del azufre
Oxidación del azufre elemental
Reducción del sulfato
Capítulo 4. Evaluación de la calidad biológica de las aguas
Generalidades
Evaluación de la salud de los ecosistemas y su relación con la salud del hombre y la biota
Aspectos generales para el control y vigilancia de las fuentes de agua
Uso de bioindicadores y biomarcadores en problemas de salud de los ecosistemas
Clasificación de los biomarcadores
Biomarcadores de la condición fisiológica
Biomarcadores de la condición celular
Biomarcadores específicos para metales
Las algas como bioindicadores de la calidad de los ecosistemas acuáticos
Uso de macroinvertebrados bentónicos como indicadores en cuerpos de agua
Principales biomarcadores usados en los monitoreos de ecosistemas acuáticos
Biosensores obtenidos por ingeniería genética para el monitoreo de fuentes de agua
Biosensores automatizados para análisis de aguas
Biosensores bacterianos en contaminación con petróleo
Capítulo 5. Características de las aguas residuales
Generalidades
Definición
Clases de aguas residuales
Aguas residuales domésticas
Aguas residuales municipales
Aguas residuales industriales
Aguas residuales agropecuarias o agroindustriales
Aguas residuales de origen minero-metalúrgico
Aguas pluviale
Características físicas de las aguas residuales
Sólidos
Sólidos totales (ST)
Temperatura
Color
Olor
Transmitancia
Características químicas de las aguas residuales pH
Alcalinidad
Carbohidratos
Proteínas
Lípidos
Nitrógeno
Fósforo
Oxígeno disuelto (OD)
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5)
Demanda química de oxígeno (DQO)
Carbono orgánico total (COT)
Carga orgánica en los desagües domésticos
Características biológicas de las aguas residuales
Modelos de reactores biológicos en el tratamiento de aguas residuales
Tipos de reactores biológico
Reactores básicos de crecimiento en suspensión
De flujo discontinuo
De flujo en pistón
De flujo continuo y mezcla completa
Reactores de película fija
De lecho relleno
De lecho fluidizado (FBR)
Contactor biológico rotatorio (RBC)
Capítulo 6. Introducción al tratamiento de aguas residuales
Generalidades
Objetivos del tratamiento de las aguas residuales Procesos operacionales y unitarios en sistemas
de tratamiento de aguas residuales
Biodegradabilidad de la materia orgánica en las aguas residuales
Importancia de las moléculas de H2 y acetato en el proceso de metanogénesis
Capítulo 7. Lagunas de estabilización
Generalidades
Descripción del proceso
Clasificación de las lagunas de estabilización
Lagunas aerobias
Lagunas facultativas
Lagunas anaeróbicas
Lagunas anóxicas
Lagunas aireadas
Objetivos del tratamiento por medio de lagunas de estabilización
Ventajas del uso de lagunas de estabilización
Desventajas del uso de lagunas de estabilización
Factores que influencian los diseños y funcionamiento
de las lagunas de estabilización
Viento
Temperatura
Precipitaciones
Tiempo de retención hidráulico (TRH)
Radiación solar
Las algas
Las bacterias
Evaporación
Área superficial
Cortocircuitos
Mezcla
pH
Materiales tóxicos
Oxígeno disuelto (OD)
Nutrientes
Cálculos básicos para el diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales
Diseño de lagunas anaeróbicas
Ejemplo de dimensionamiento y diseño de lagunas anaeróbicas
Diseño de lagunas facultativas
Modelo ecológico en lagunas facultativas
Proceso de remoción de patógenos
Modelo de mezcla completa y cinética de primer orden
Parámetros de diseño de lagunas facultativas
Ejemplo de diseño y dimensionamiento de lagunas facultativas
Diseño de lagunas aireadas de estabilización
Ecuación para el dimensionamiento de lagunas aireadas facultativas
Ecuación para el dimensionamiento de lagunas aireadas de mezcla completa
Remoción de la DBO
Requerimientos de oxígeno
Concentración de biomasa en la laguna
Producción de lodos
Clarificación y depuración del efluente
Optimización del diseño de lagunas aireadas
Ejemplo de diseño y dimensionamiento de lagunas aireadas
Capítulo 8. Lodos activados
Generalidades
Aspectos biológicos en los reactores para lodos activados
Floc de lodos activados y biofloculación
Presencia de bacterias
Presencia de hongos
Presencia de protozoarios y rotíferos
Oxidación de la materia orgánica en el tanque de aireación
Sedimentación de lodos
Determinación del índice volumétrico de lodos (SVI)
Remoción de patógenos
Sistema convencional de lodos activados
Parámetros de diseño de reactores para lodos activados
Principales problemas que ocurren en sistemas de lodos activados
Técnicas de control de sistemas de lodos activados
Respirometría
Tipos de respirómetros
Ventajas de la respirometría
Ensayo de toxicidad
Ejemplo de diseño de reactores para lodos activados
Capítulo 9. Reactores de película biológica fija
Biofiltros
Generalidades
El empaque
aracterísticas del empaque
Tipos de empaque
Clasificación de los biofiltros
Biología de los biofiltros percoladores
Ventajas de los biofiltros
Desventajas de los biofiltros
Criterios de diseño de biofiltros
Parámetros de diseño en biofiltros sin recirculación
Parámetros de diseño en biofiltros con recirculación
Problemas operativos en biofiltros
Biodiscos
Cinética del tratamiento en biodiscos
Dimensionamiento de biodiscos
Ventajas de los sistemas RBC
Capítulo 10. Tratamiento anaeróbico
Generalidades
Microbiología del proceso anaeróbico
El proceso de hidrólisis
El proceso de acidogénesis] El proceso de acetogénesis
El proceso de metanogénesi
Granulación
Reactores anaeróbicos
Generalidades
Ventajas de los reactores anaeróbicos
Desventajas de los reactores anaeróbicos
Requisitos para un buen tratamiento
Tipos de reactores anaeróbicos
Reactores de primera generación
Reactores de segunda generación
Reactores de tercera generación
Remoción de DQO y producción de metano
Principales sistemas anaeróbicos usados en tratamiento
de aguas residuales
Tanque séptico
Tanque Imhoff
Filtro anaeróbico
Reactor anaeróbico de flujo ascendente y manto de lodos (UASB)
Reactor granular expandido y manto de lodos
Reactor de lecho fluidizado
Reactor de lecho expandido
Capítulo 11. Reúso de aguas residuales
Generalidades
Factores favorables para el reúso o reciclaje de aguas residuales
Reúso en agricultura
Experiencias en el uso de aguas residuales en agricultura en diversas partes del mundo
Algunas sugerencias para el uso adecuado de aguas residuales
agricultura
Reúso en piscicultura
Reúso en la recarga del acuífero
Reúso como agua potable