Desarrollo de bioadsorbentes a partir de residuos agroindustriales para remoción de nutrientes en aguas residuales

Como alternativa de solución a los problemas ambientales que genera el mal manejo de la alta producción de residuos de cascarilla de arroz y tallo de maíz en Colombia, de los cuales se generan 749,734.5 y 434,555.2 toneladas anuales, respectivamente, y teniendo en cuenta la necesidad de eliminar nutrientes del agua en elevadas concentraciones para mitigar la eutrofización de las fuentes hídricas y reducir la adquisición de enfermedades asociadas al consumo humano de agua contaminada con nitratos y fosfatos (cáncer, daño hepático, osteoporosis, entre otras), este proyecto se basó en la producción de bioadsorbentes a partir de estos residuos para eliminar nutrientes en aguas residuales, profundizando en el estudio de optimización de las variables operaciones para su escalamiento en plantas de tratamiento de aguas residuales, como brecha principal del conocimiento, así como la determinación del desempeño económico y ambiental del bioadsorbente más apropiado. Los bioadsorbentes producidos se estudiaron en dos modos de operación (por lote y en columna de lecho fijo), con agua sintética y real, determinando las mejores condiciones operativas del más eficiente: el biochar de cascarilla de arroz modificado con MgCl2 (BCA-Mg), partiendo de un diseño de experimento de cribado de cuarta fracción (2k-2) para la selección de las variables significativas susceptibles de optimización de la eficiencia de eliminación de nitratos y fosfatos, a través de un diseño central compuesto de la metodología de superficies de respuesta, dependiendo de los resultados estadísticos. Se propuso su reúso luego de gastarse y cargarse con nutrientes en la adsorción en medio acuoso, como bioproducto para la enmienda del suelo de cultivos de arroz en Colombia, evaluando los impactos ambientales asociados a través de la metodología del Análisis de Ciclo de Vida y su viabilidad económica por medio de un análisis técnico-económico. Se encontraron altas capacidades máximas de adsorción de BCA-Mg, 35.11 mg/g para nitratos y 111.10 mg/g para fosfatos en flujo discontinuo y de 9.4 mg/g y 78 mg/g, respectivamente en columna de lecho fijo, valores que permiten el cumplimiento de la normativa colombiana de calidad del agua, destacando la independencia del pH, lo cual reduce costos del tratamiento de agua. Se encontraron altos costos de tratamiento de agua asociados al proceso de producción de biochar y su aplicación en la adsorción de nutrientes ($8,314/kg de BCA-Mg y $110,128/m³ de agua tratada), influenciados por el alto precio del MgCl₂ y la energía eléctrica en Colombia. Sin embargo, se obtuvieron ahorros significativos en la aplicación del biochar gastado al suelo, de -$10,080,000/ha por reducción del consumo de agua y de -$178,112/ha por la disminución de fertilizantes nitrogenados, así como se obtuvieron beneficios ambientales importantes, como la reducción del uso de recursos y la huella de carbono. Estos hallazgos potencialmente mejorarían la calidad de vida de las comunidades colombianas y fortalecerían la gestión de las autoridades ambientales al considerar y regular técnicamente estas alternativas de tratamiento de agua para garantizar el cumplimiento legislativo de vertido líquido en el país, y su sinergia con la aplicación al suelo. Sin embargo, se recomienda principalmente minimizar los costos de la producción de BCA-Mg a través de la optimización de los procesos implicados, con la finalidad de garantizar su viabilidad económica para que sea un material accesible en cualquier comunidad colombiana.

• Autores: Lugo Arias, José Luis
• Tipo de recurso: Doctoral thesis
• Fecha de publicación: 2025
• Institución: Universidad del Norte
• Repositorio: Repositorio Uninorte
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:manglar.uninorte.edu.co:10584/13694
• Acceso en línea: http://hdl.handle.net/10584/13694
• Palabra clave: Residuos industriales; Aguas residuales; Ciclo de vida de productos; Fosfatos
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