Por:
David Arturo Munar Flórez, Asistente de Investigación – Programa de Procesamiento y Usos de Cenipalma
Tatiana Gama, Auxiliar Ambiental de Unipalma
Juan Galindo, Analista Ambiental de Unipalma
Fabian Sierra, Director de Planta de Unipalma
Blanca Romero, Subgerente Operativo de Unipalma
Jesualdo Mejía, Tecnologo de investigación de Programa de Procesamiento y Usos de Cenipalma
Luis Guillermo Teherán Sierra, Investigador Postdoctoral – Programa de Agronomía de Cenipalma
Nidia Ramirez-Contreras, Investigadora Posdoctoral, Líder del Área de Biorrefinería y Sostenibilidad – Programa de Procesamiento y Usos de Cenipalma
Camilo Domínguez, Alfa Laval
Jesús Garcia-Nuñez, Coordinador del Programa de Procesamiento y Usos de Cenipalma
Las aguas residuales contienen diversos compuestos que deben ser tratados o removidos previo a su disposición final. Estos compuestos contienen nutrientes inorgánicos y orgánicos, lo que se refleja en una elevada demanda química de oxígeno (DQO) y demanda biológica de oxígeno (DBO). Aunque se cuenta con tratamientos físico-químicos para la reducción de los compuestos presentes en las aguas residuales, los tratamientos biológicos son una opción para descomponer y convertir estos compuestos en biomasa y gases asociados (CO2, CH4, N2 y SO2), disminuyendo así los valores de DBO y DQO en los efluentes y mejorando su calidad¹.
Los tratamientos biológicos utilizan diferentes microorganismos como las bacterias, hongos, levaduras y microalgas para el tratamiento de las aguas. Las microalgas poseen una capacidad ficorremediadora que consiste en la eliminación o biotransformación de contaminantes de un medio líquido o gaseoso. Estos compuestos contaminantes son captados por la biomasa algal y pueden ser recuperados mediante su cosecha² ³. Dentro de las especies de microalgas con alto potencial de biorremediación de nutrientes en aguas residuales se ha identificado a Scenedesmus, Chlorella, Botryococcus, entre otras. En un enfoque de cocultivo, las microalgas cooperan simbióticamente con microorganismos heterotróficos como levaduras, bacterias y hongos, lo que da como resultado el intercambio de nutrientes y metabolitos que, a su vez, aumentan el rendimiento de la biomasa de las algas y mejoran la biorremediación³.
El efluente de las plantas de beneficio de palma de aceite es una de las principales biomasas que se produce en el proceso de extracción del aceite de palma crudo (APC). El efluente contiene sustancias orgánicas/inorgánicas como nitrógeno (N), fósforo (P), azufre (S), cloruros, entre otros, que pueden generar impactos negativos a las aguas superficiales donde son dispuestos luego de su tratamiento. Actualmente, para el tratamiento de los efluentes se cuenta con un sistema de lagunas de estabilización (anaeróbicos y aeróbicos), donde a través del uso de bacterias nativas se realiza la remoción de la materia orgánica (DQO)¹ ².
En Colombia, algunas plantas de beneficio ya han convertido las lagunas de tratamiento anaeróbico en biodigestores para la captura y uso del biogás ⁶. Aunque este proceso disminuye el impacto ambiental por emisiones de gases de efecto invernadero (metano), aún se requiere de un tratamiento efectivo del efluente para dar cumplimiento a la normativa nacional de la Resolución 0631/2015. El contenido de N, P, S, y cloruros de los efluentes, considerados como contaminantes del agua, pueden ser valorados como nutrimentos para el uso en suelos, por lo que se plantea la necesidad de remoción de los contaminantes del efluente y su posterior reciclo como nutrimentos de suelos en las plantaciones de palma. Un tratamiento terciario, que contribuye a la reducción de contaminantes en aguas residuales (80-100 % de absorción de N y P) junto con la fijación de carbono atmosférico, es el uso de microalgas (fitorremediación). Las microalgas son favorables para el tratamiento de aguas residuales por su capacidad de absorber nutrientes y convertirlos en biomasa ². También se ha demostrado el uso de microalgas para fitorremediación en cultivo mixto, es decir, interacciones microalgas-microalgas o microalgas-bacterias, ya que de esta forma se puede absorber nutrientes a un ritmo mayor ² ³.
Evaluación del uso de microalgas
Cenipalma, en colaboración con el Tecnopaque SENA (Centro de gestión y desarrollo sostenible surcolombiano) llevó a cabo pruebas de laboratorio para identificar el potencial de reducción de contaminantes, presentes en los vertimientos de planta de beneficio, con el uso de microalgas del tipo Chlorella vulgaris. Considerando este avance, se planteó realizar pruebas iniciales a escala piloto, en condiciones reales de operación de un sistema de tratamiento de efluentes en planta de beneficio de palma de aceite. Para esto se contó con el apoyo técnico y económico de la planta de beneficio Unipalma de los Llanos S. A. El piloto desarrollado incluyó: i) caracterización y monitoreo de los vertimientos para identificar características físico-quimicas; ii) preparación del inóculo y pruebas de crecimiento de las microalgas (escalamiento); iii) diseño y fabricación de los reactores raceway ; iv) establecimiento de la microalga en el reactor race-way para la remoción de los contaminantes, y v) cosecha de la microalga.
Para las pruebas a escala piloto se utilizó vertimientos provenientes de la última laguna del sistema de tratamiento de efluentes. Este proceso se basó en la interacción entre microalgas, en particular la especie Chlorella y las bacterias nativas presentes en el sistema de tratamiento de Unipalma de los Llanos S. A. Para la etapa de cosecha de la microalga, posterior a su ciclo de remoción de contaminantes en el reactor raceway, fue necesario utilizar una centrifuga de platos (suministrada en préstamo por la empresa Alfa Laval), debido a que, por el tamaño de partícula de la Chlorella, la separación por centrifugación es la más viable (Figura 1).
Los resultados del estudio mostraron un potencial positivo tanto en los equipos evaluados (reactor raceway y centrífuga) como en el uso de microalgas para el tratamiento de vertimientos. En las pruebas con microalgas, se observó una disminución del 72 % en la Demanda Química de Oxígeno (DQO) cuando el vertimiento fue tratado en el reactor raceway y la centrífuga. En las pruebas sin inoculación de microalgas, es decir, en el tratamiento testigo, la remoción de DQO fue del 58 %. En cuanto al nitrógeno total (N) y fósforo total (P), las pruebas con microalgas mostraron porcentajes de remoción del 55 % y 60 %, respectivamente, superiores a los obtenidos en las pruebas testigo (N: 29 % y P: 46 %). Respecto al comportamiento de los cloruros, los porcentajes de remoción fueron menores que los de los demás parámetros analizados. En las pruebas con inoculación de microalgas, la remoción de cloruros fue del 19 %, mientras que en las pruebas testigo se observó un aumento del 6 % en su concentración. En general, los resultados indican una mayor eficiencia en la remoción de los parámetros evaluados cuando se inocularon microalgas en los reactores raceway (Figura 2).
Los prototipos de reactor raceway para el escalamiento de las microalgas (starter) y el tratamiento terciario de los vertimientos fueron construidos en el área de las lagunas del sistema de tratamiento de efluentes (Figura 3).
Figura 3. Reactores raceway construidos para el estudio.
Como resultado del estudio se observó que la inoculación de microalgas en el tratamiento de los vertimientos del reactor raceway y la centrifuga (cosecha de microalgas y recuperación de lodos), contribuye a remociones adicionales, mostrando resultados mayores en comparación con las pruebas no inoculadas. Respecto a la concentración de cloruros, fósforo y nitrógeno totales en las pruebas realizadas con microalga, se observó una disminución de cada uno de los parámetros. Aunque la tendencia de los resultados es a la disminución de las concentraciones de N, P, cloruros y DQO, se debe tener en cuenta que la concentración de entrada de estos compuestos al tratamiento influye en los porcentajes de remoción finales, mostrando un menor desempeño con concentraciones iniciales más altas. Por tanto, es clave dar un manejo adecuado a las lagunas de estabilización para generar la mayor remoción posible asociada a este tipo de tratamientos terciarios. Adicionalmente, se observa que la remoción de la biomasa resultante del proceso de crecimiento de las microalgas, por sus características nutricionales, especialmente el contenido de N, P y K, tiene usos potenciales dentro de la dinámica de economía circular asociada al cultivo de la palma de aceite. En las muestras analizadas, se observó que la relación C/N se encontraba en valores cercanos a 10, convirtiéndola en materia prima para la elaboración de biofertilizantes, como lo muestran diferentes trabajos con efectos positivos para cultivos y el suelo, favoreciendo las interacciones microbianas en la rizosfera (Renuka et al. 2018). Otros posibles usos, incluyen la aplicación al cultivo y como parte de la preparación de sustratos para vivero por su contenido nutricional, ya que puede proveer sustancias como aminoácidos y compuestos bioactivos que estimulan el crecimiento vegetal. Otro uso potencial de esta biomasa, se puede encontrar en procesos de compostaje como parte de los materiales, aportando además de nutrientes, humedad y carbohidratos de rápida degradación, importante en las etapas iniciales del proceso.
Finalmente, los resultados sugieren que el uso de microalgas como tratamiento biológico de efluentes en plantas de beneficio tiene un impacto positivo en la remoción de contaminantes y recuperación de nutrientes. Además, las microalgas desempeñan un papel dual: secuestran dióxido de carbono durante la fotosíntesis y aprovechan los nutrientes de los efluentes para su crecimiento, contribuyendo así a la mitigación del cambio climático y a la valorización de residuos.
Referencias
¹ U. S. E. P. Agency, N. Risk, L. Remediation, and P. C. Division, “P rinciples of Design and Operations o f Wastewater Treatment Pond Systems f or Plant Operators , Engineers , and Managers Principles of Design and Operations of Wastewater Treatment Pond Systems for Plant Operators , Engineers ,” no. August, 2011.
² A. Abdelfattah et al., “Microalgae-based wastewater treatment: Mechanisms, challenges, recent advances, and future prospects,” Environ. Sci. Ecotechnology, vol. 13, p. 100205, 2023, doi: 10.1016/j.ese.2022.100205.
³ A. A. AMIRAH SAMSUDIN, AZLIN SUHAIDA AZMI, MOHD NAZRI MOHD NAWI, “( Cod ) Removals By Microalgae – Bacteria Co – Culture System in Palm Oil Mill Effluent ( Pome ),” vol. 20, no. 2, pp. 22–31, 2019.
⁴ F. Mohd Udaiyappan, H. Abu Hasan, M. S. Takriff, and S. R. Sheikh Abdullah, “A review of the potentials, challenges and current status of microalgae biomass applications in industrial wastewater treatment,” J. Water Process Eng., vol. 20, no. August, pp. 8–21, 2017, doi: 10.1016/j.jwpe.2017.09.006.
⁵ A. F. Mohd Udaiyappan et al., “Microalgae-bacteria interaction in palm oil mill effluent treatment,” J. Water Process Eng., vol. 35, no. February, 2020, doi: 10.1016/j.jwpe.2020.101203.
⁶ N. E. Ramirez-Contreras, D. A. Munar-Florez, J. A. Garcia-Nuñez, M. Mosquera-Montoya, and A. P. C. Faaij, “The GHG emissions and economic performance of the Colombian palm oil sector; current status and long-term perspectives,” J. Clean. Prod., vol. 258, 2020, doi: 10.1016/j.jclepro.2020.120757.
Renuka, N., Guldhe, A., Prasanna, R., Singh, P., & Bux, F. (2018). Microalgae as multi-functional options in modern agriculture: current trends, prospects and challenges. *Biotechnology Advances*, *36*(4), 1255–1273. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2018.04.004
