Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales (2a. ed.)

Autor: Lazcano, César
Editor: Ecoe Ediciones
ISBN: 9789587713442
eISBN Pdf: 9789587713459
Lugar de publicación: Bogotá , Colombia
Año de publicación: 2016
Páginas: 552

Descripción

Al transitar de la biología a la ingeniería, este libro llena un vacío en la bibliografía sobre tratamiento de aguas en América Latina. En este sentido, luego de introducir al lector a los ecosistemas acuáticos, sus principales ciclos biogeoquímicos y los seres vivos que allí habitan (Archaea, Bacteria y Eukaria), la calidad biológica de las aguas y las aguas residuales, el autor describe los procesos de tratamiento de aguas contaminadas y su reúso en agricultura y piscicultura a partir de experiencias exitosas en América y Europa. Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales es un texto guía para estudiantes de carreras de nivel tecnológico, pregrado y posgrado en Biología, Ingeniería Ambiental, Química e Ingeniería Sanitaria, y como texto de consulta para investigadores y profesionales de estas áreas en todos los países de la región.

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Contenido
Prólogo
Presentación
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 aguas
    - 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 pluviales
  - 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 biológicos
  - 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 H2y 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 ycinética 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 metanogénesis
  - 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
Adendas
Abreviaturas y símbolos usados en el texto
Glosario de términos
Referencias Bibliográficas
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