Introducción
Diseño regenerativo es un enfoque basado en la teoría de sistemas orientado a los procesos de diseño. El término "regeneración", describe los procesos que restauran, renuevan o revitalizan sus propias fuentes de energía y materiales, la creación de sistemas sostenibles que integren las necesidades de la sociedad a la integridad de la naturaleza.
Diseño regenerativo es la biomimética de los ecosistemas que proporcionan todos los sistemas humanos para funcionar como un sistema de economía ecológica viable cerrado para toda la industria. Es paralela a los ecosistemas en que la materia orgánica y sintética no es sólo metabolizan pero transformaron en nuevos materiales viables. Ecosistemas y sistemas diseñados de manera regenerativa son marcos integrales que busca crear sistemas sin desperdicio alguno. El modelo está destinado a ser aplicado a muchos aspectos diferentes de la vida humana como el medio urbano, los edificios, la economía, la industria y los sistemas sociales. En pocas palabras, es el diseño de los ecosistemas y el comportamiento humano, o la cultura que funcionan como hábitats humanos.
Mientras que el mayor objetivo del desarrollo sostenible es satisfacer las necesidades humanas fundamentales de hoy sin comprometer la posibilidad de las generaciones futuras para satisfacer las suyas, el objetivo final del diseño regenerativo es para reconstruir los sistemas con una eficacia absoluta, que permite la co-evolución de los recursos humanos, junto con otras especies florecientes.
OBJETIVOS
Conocer acerca del diseño regenerativos para la reducción de efectos de la contaminación del agua.
Determinar las metodologías utilizadas para el diseño regenerativos para la reducción de efectos de la contaminación del.
Estudiar casos y ejemplos prácticos de diseño regenerativos para la reducción de efectos de la contaminación del.
CAPITULO I:
Tipos de sistemas regenerativos
JACINTO DE AGUA "EICHHORNIA CRASSIPES"
Origen del Jacinto de agua "Eichhornia crassipes"
Eichhornia crassipes, llamado comúnmente Jacinto de agua común o camalote. El Jacinto de agua o calamote (Eichhornia crassipes) es un planta acuática de los ríos, canales y lagos en las regiones tropicales de la familia Pontederiaceae.
El Jacinto de agua proviene de América del Sur tropical, es de la cuenca del Amazonas y los grandes lagos y pantanos de la región del Pantanal en el oeste de Brasil. Es conocido en Europa como planta ornamental, especialmente para los estanques de jardín.
Fuera de América del Sur está creciendo en todo el mundo en las aguas de neófito y es en su mayoría clasificado como malas hierbas que crecen rápido. Así como las algas, la hierba del lecho del río y demás plantas acuáticas, el Jacinto de agua tiene un alto contenido de agua entre 93 y 95%. Esta composición varía dependiendo del medio en el cual crezca la planta.
Características del Jacinto de agua
Es una Hierba perenne, flotante o arraigada.
Sus tallos son cortos, globosos y esponjosos lo cual le facilita la flotación, miden aproximadamente 50 centímetros de largo y cada uno lleva 8 a 15 flores vistosas se reunieron en la mazorca.
Las hojas son reniformes de 6 a 9 cm de largo además son gruesas, cerosas, brillantes redondos, y están muy por encima de la superficie del agua en los tallos.
Las venas de la hoja son densos, muchos, en forma de almendra y longitudinal.
Las flores tienen seis pétalos, son cigomorfas de color azul con una mancha amarilla en el lóbulo superior, las que se disponen en espigas de 7 a 20cm de largo.
El fruto es una cápsula de 1,5 cm, forma una cápsula que puede contener hasta 450 semillas.
Posee unas raíces largas, púrpuras y negras plumosas.
Su reproducción es a partir de estolones.
Necesitan mucho sol y calor.
El jacinto de agua puede crecer entre 2 y 5 cm por día en algunos lugares del sudeste de Asia.
Está incluido en la lista 100 de las especies exóticas invasoras más dañinas del mundo de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza.
Los jacintos de agua son la única hierba acuática de gran tamaño que puede flotar en el agua libre en la parte inferior. Flotan por el aire dentro de sus tallos huecos que les dan su nombre malayo que significa "tubérculo embarazada".
Son consideradas malas hierbas, que pueden "taponar" en poco tiempo una vía fluvial o lacustre.
Las raíces son muy características, negras con las extremidades bancas cuando son jóvenes, negro violáceas cuando son adultas.
Ofrece un excelente refugio para los peces protegiéndolos del sol excesivo.
En invierno la planta debe ser protegida en invernadero frío en climas con heladas, manteniéndola siempre en agua.
Se cultiva a una temperatura entre 20-30ºC. No resiste los inviernos fríos (hay que mantenerla entre 15-18ºC en contenedores con una profundidad de al menos 20cm. y una capa delgada de turba en el fondo).
Puede rebrotar en primavera si se hiela.
Necesita aguas estancadas o con poca corriente e intensa iluminación.
Durante el verano se reproduce fácilmente por medio de estolones que produce la planta madre, llegan formarse verdaderas ¨islas¨ de gran porte.
Además de salvaje, Eichhornia crassipes se cultiva en jardines de agua y en fuentes y piscinas; es la única especie de su género estrictamente flotante.
Figura 1. Jacinto de agua en época de florecimiento e imagen de las raíces filtradoras de metales o tóxicos inorgánicos
Interrelación del Jacinto de agua y mecanismos de depuración
En el medio ambiente natural cuando interacciona el agua, el suelo, las plantas y microorganismos y la atmósfera se producen procesos físicos, químicos, y biológicos. Los sistemas de tratamiento se diseñan para aprovechar estos procesos con objeto de proporcionar tratamiento al agua.
Los procesos que intervienen en los sistemas de tratamiento natural incluyen muchos de los utilizados en las plantas de tratamiento.
Sedimentación
Filtración
Transferencias de gases
Adsorción
Intercambio iónico
Precipitación química
Conversión y descomposición biológica
Procesos propios como la fotosíntesis, la foto oxidación, y la asimilación de las plantas.
A diferencia de los sistemas mecánicos, en los que los procesos se llevan a cabo, de forma secuencial, en diferentes tanques y reactores a velocidades aceleradas como consecuencia del aporte energético, en estos sistemas los procesos se producen a velocidades "naturales" y tienden a realizarse de forma simultánea en un único "ecosistema".
El sistema del Jacinto de agua es un filtro vivo, es un sistema de tratamientos de aguas abajo costo, hecho por el hombre de tal forma de emular y maximizar los procesos naturales de purificación conocidos y que se producen en estos sistemas. Las raíces del Jacinto de agua absorben de forma natural los contaminantes, tales como los productos químicos tóxicos como el plomo, el mercurio y el estroncio-90.
Mecanismos de depuración
Los principales mecanismos de depuración del Jacinto de agua que actúan sobre las aguas residuales industriales son los siguientes:
Eliminación de sólidos en suspensión: Los sólidos se eliminan por sedimentación, decantación, filtración y degradación a través del conjunto que forma el sustrato del humedal con las raíces y rizomas del Jacinto de agua.
Eliminación de materia orgánica: La eliminación de la materia orgánica del agua es realizada por los microorganismos que viven adheridos al sistema radicular de la planta y que reciben el oxígeno a través de un sistema de aireación muy especializado. Una parte de la aireación del agua también se realiza por difusión del oxígeno del aire a través de la superficie del agua. También se elimina una parte de la materia orgánica por sedimentación.
Eliminación de nitrógeno: El nitrógeno se elimina por diversos procesos: absorción directa por la planta y, en menor medida, por fenómenos de nitrificación-des nitrificación y amonificación, realizados por bacterias.
Eliminación de fósforo: El fósforo se elimina por absorción por el Jacinto de agua, adsorción sobre las partículas de arcilla y precipitación de fosfatos insolubles, principalmente con Fe y Al, en suelos ácidos y con calcio en suelos básicos.
Eliminación de microorganismos patógenos: Por filtración y adsorción en partículas de arcilla, acción predatoria de otros organismos (bacteriófagos y protozoos), toxicidad por antibióticos producidos por las raíces y por la radiación UV contenida en los rayos solares.
Trazas de Metales: Tienen una alta afinidad por adsorción y complejación con materia orgánica y pueden ser acumulados en los humedales. También existen transformaciones microbianas y asimilación por la planta, mediante la raíz, la cual atrapa y fija entre sus tejidos concentraciones hasta de 100 mil veces superiores a las del agua que las rodea.
OTROS SISTEMAS DE REGENERACIÓN DE AGUAS CONTAMINADAS
FITOEXTRACCIÓN O FITOACUMULACIÓN
Se refiere a la toma del contaminante por parte de la planta específicamente por sus raíces, debido a la capacidad que algunas especies tienen para acumular compuestos incorporándolos a sus tejidos. En este proceso la planta absorbe y/o concentra el compuesto contaminante en sus partes cosechables, tejidos de hojas y tallos (Carpena y Bernal, 2007), principalmente cuando éste no es degradado rápida o completamente.
La fitoacumulación generalmente es usada para remediar agua o suelos contaminados con metales, por lo tanto se usan plantas hiperacumuladoras, con altas tasas de crecimiento y gran producción de biomasa, donde la cosecha de las plantas permite la remoción del contaminante del medio afectado.
RIZODEGRADACIÓN
Según la cooperación interestatal de tecnología y regulación (2001), la rizodegradación es también conocida como fitoestimulación, y corresponde a la toma del contaminante dentro de la zona de raíces de las plantas, debido a la actividad microbiana asociada a la rizósfera. Esta actividad se ve favorecida debido a las proteínas y enzimas que producen los exudados de carbono, energía, nutrientes, azúcares, amino ácidos y otros compuestos que garantizan las condiciones apropiadas para el crecimiento microbiano (Van Deeps, 2006). Del mismo modo, las raíces proporcionan un medio de soporte para las bacterias, contienen una fuente de carbono y transfieren el oxígeno desde el ambiente, estimulando la degradación aerobia. Para propiciar este tipo de mecanismo dentro de la fitorremediación, las plantas a usar deben proveer un gran sistema de raíces (largas y ramificadas).
Según Mentaberry (2008), la rizodegradación puede ocurrir rápidamente mediante la combinación de procesos físicos y químicos en las raíces muertas (quelación, intercambio iónico, adsorción), a velocidad intermedia donde se incluye la captura intracelular, deposición en la vacuola y translocación de los contaminantes a los tallos, o lentamente por mecanismos de precipitación mediada por la raíz y generación de exudados.
De acuerdo con Kamath (n.d.), la rizodegradación puede ser el mecanismo más significativo para la remoción de los hidrocarburos derivados del diesel, ya que los PAHs por ser hidrofóbicos y por su facilidad de ser retenidos en suelos, disminuye la biodisponibilidad para la toma por parte de las macrófitas y su fitodegradación, haciendo que este tenga un mayor contacto con la zona de raíces donde su remoción sea efectuada.
FITOESTABILIZACIÓN
Se refiere al uso de plantas para reducir la biodisponibilidad de los contaminantes en el entorno, inmovilizándolos en el suelo y agua a través de las raíces. Este mecanismo es principalmente aplicable a contaminantes metálicos, ya que en ocasiones es recomendable inmovilizar el compuesto, debido a su incompleta o difícil biodegradación. Según Van Deeps (2006), la fitoestabilización toma ventaja de los cambios físico–químicos inducidos por las plantas en el suelo, los cuales pueden promover la precipitación de los metales en la zona de raíces, principalmente mediante los cambios de pH propiciados por ellas mismas.
FITODEGRADACIÓN
Este mecanismo también es conocido como fitotransformación, en este, los compuestos contaminantes son transformados a moléculas más simples, para después ser incorporados a los tejidos y ayudar al crecimiento de la planta. En este proceso las enzimas y proteínas de las plantas dan paso a reacciones químicas que generan un rompimiento de las moléculas de los contaminantes, según Dietz and Schnoor (2001), la Fitodegradación se da bajo tres fases: conversión (reacciones oxido- reducción, hidrólisis), conjugación (con azucares y aminoácidos) e incorporación a la planta (vacuola, pared celular), los cuales son usados por estas para su propia desintoxicación.
FITOVOLATILIZACIÓN
Para el crecimiento de las plantas, estas necesitan de compuestos orgánicos y agua, por lo tanto estas toman el contaminante, lo llevan a los tallos y hojas, lo evaporan y volatilizan mediante los estomas abiertos de las hojas, liberando el compuesto en una forma modificada a la atmosfera (USEPA, 1998); sin embargo este mecanismo no demuestra ser una solución terminal para tratar el contaminante, ya que bajo ciertas circunstancias este puede pasar a la atmosfera en condiciones aún tóxicas.
La fitovolatilización puede ser un proceso de remoción importante para los compuestos hidrofóbicos volátiles como los bencenos y compuestos del BTEX, siendo este mecanismo de particular importancia en los sistemas de humedales de flujo Subsuperficial donde la directa volatilización es restringida por las bajas tasas de difusión de contaminantes a través de la zona no saturada de agua (Kadlec and Wallace, 2008). Según Frick et al. (1999), los procesos primarios que remueven hidrocarburos de aguas y suelos contaminados, son aquellos que tienen incluidos la degradación, acumulación y volatilización de los compuestos.
CAPITULO II:
JACINTO DE AGUA "EICHHORNIA CRASSIPES"
Diseño del esquema regenerativo
La reducción o eliminación de contaminantes de las aguas residuales, por medio de ecosistemas acuáticos, con la participación activa de plantas superiores (macrófitas) adaptadas al medio acuático (hidrófitos), se conoce tradicionalmente como fitodepuración. La fitodepuración de las aguas residuales puede efectuarse por humedales naturales, en los que el hombre no interviene en su construcción o mediante humedales artificiales especialmente diseñados y construidos para la optimización de su función depuradora.
En estos sistemas las plantas acuáticas bombean oxigeno desde el aire (atmósfera) hacia las raíces para así poder sobrevivir dentro de su hábitat. La fina capa de oxigeno que cubre las raíces de las plantas que soportan a una población diversa de microbios aerobios que digieren moléculas orgánicas y a su vez liberan dióxido de carbono y agua.
La combinación de digestión y la absorción que toma lugar en este sistema provee de una reducción del CTO (Consumo Total de Oxígeno) y en la DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno) y en las concentraciones compuestos tóxicos (metales pesados).
Estos tratamientos son capaces eliminar, hasta cierto punto, casi todos los constituyentes del agua considerada como contaminantes. Así se hacen esfuerzos para utilizar esta planta en Bangladesh para limpiar el agua potable de arsénico, de acuerdo con la OMS (2005), hay 77 millones de zonas que están en riesgo de una intoxicación por arsénico, 300 a 400 ppb. Se ha demostrado experimentalmente que los jancitos de agua pueden efectivamente eliminar el arsénico del agua potable. Las fibras secas de la planta y muebles de mimbre se hacen.
Los resultados obtenidos demuestran que mediante el uso de plantas acuáticas flotantes se pueden lograr buenas eficiencias en la remoción de los contaminantes más comunes de las aguas residuales domésticas, siendo el Jacinto de agua la planta más eficiente, lográndose remociones de hasta 70% en DBO con cargas orgánicas de 510 kg/m2.d y tan solo un día de tiempo de retención.
CAPITULO III:
La fitorremediación demuestra su eficiencia para la disminución de componentes contaminantes presentes en el agua residual, situación que favorece el empleo de estos sistemas, dada las ventajas económicas, ecológicas y funcionales que posee.
Los distintos sistemas para regenerar cuerpos de agua dependerán de la zona de trabajo, así como también de las condiciones ambientales que se cuenten. Estos factores favorecerán en la menor o mayor eficiencia de los sistemas a aplicar.
Se presentaron resultados prometedores para el tratamiento de aguas residuales domésticas, por lo tanto se sugiere más investigación para el empleo de este tipo de sistemas bajo las condiciones de clima tropical.
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www.ingenieroambiental.com/info/aguas.pdf
Autor:
Falconi Castilla, Cristhian Alejandro
Jara Jara, Hans Jefferson
"UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA SUR"
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA, ELECTRÓNICA Y AMBIENTAL
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
Enviado por:
DOCENTE
Dr. Sánchez Calle, Marco
LIMA – PERÚ
VILLA EL SALVADOR
2016