Ingeniería en Biosistemas [anteriormente Ingeniería Agrícola]

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Análisis de prefactibilidad técnica para la construcción de un humedal artificial en Sámara, Guanacaste, para el tratamiento de aguas negras y grises y su reuso en servicios sanitarios en un complejo turístico
(2023) Céspedes Villalobos, Paula Daniela; Aguilar Álvarez, Ronald Esteban
Se realizó este proyecto de graduación con el objetivo de ejecutar un análisis de prefactibilidad técnica para la construcción de un humedal artificial en el Hotel Playa Pensión Sámara (HPPS) para el tratamiento de aguas negras y grises y su reúso en servicios sanitarios. El HPPS se ubica en Sámara, Nicoya, Costa Rica. El hotel tiene una capacidad de 37 huéspedes, los cuales consumen en promedio aproximadamente 5,8 m3/d de agua potable y producen aproximadamente 4,6 m3/d de agua residual. Esta diferencia entre consumo y producción de agua residual se debe a la utilización de agua potable para actividades que no generan agua residual como limpieza de superficies y uso de piscina. En la actualidad, el HPPS dispone las aguas residuales mediante 3 tanques sépticos y un drenaje. En la entrada de este drenaje, se realizó la medición del parámetro de la Demanda Química de Oxígeno (DQO), que es una medición indirecta de la cantidad de materia orgánica en el agua residual, dando como resultado 544 mg/L sobrepasando el límite máximo permitido indicado en el Capítulo 1, Artículo 8 del Reglamento para la disposición al subsuelo de aguas residuales ordinarias tratadas, el cual es de 150 mg/L [1]. Además, existe una preocupación por el mal funcionando de los tanques sépticos instalados debido a que tienen bombas hidráulicas que dirigen el agua residual hacia el drenaje, sin permitir una correcta sedimentación de sólidos. Por otra parte, en ocasiones el drenaje colapsa porque el volumen de aguas residuales es mayor a lo que soporta el suelo, esta problemática aumenta en temporada lluviosa y ocasiona malos olores. Por lo tanto, se diseñó un sistema de tratamiento primario con un tanque séptico adecuado al caudal de agua residual y un sistema de tratamiento secundario con un humedal artificial de flujo subsuperficial donde se procura disminuir sus contaminantes para utilizar...
Determinación de los parámetros de un sistema de humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical para la optimización del diseño de modelos de caja negra bajo condiciones tropicales
(2020) Venegas Castillo, Johel Alberto; Aguilar Álvarez, Ronald Esteban
A nivel mundial, el 56% de las extracciones de agua dulce son consideradas aguas residuales, de las cuales el 80% son liberadas al ambiente sin ningún tratamiento, provocando el deterioro de los ecosistemas y de la salud pública [1]. Los humedales artificiales son una alternativa accesible para el tratamiento de las aguas residuales y deben ser diseñados bajo parámetros asociados a la temperatura de la zona donde se implementarán. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es establecer los parámetros de diseño de un sistema de humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical (HFSSV) a escala de laboratorio bajo tres tratamientos mediante los modelos de caja negra de remoción de contaminantes en aguas residuales ordinarias para su optimización en zonas tropicales. El estudio se elaboró utilizando nueve HFSSV, tres por cada tratamiento (Neomarica gracilis (lirio), Heliconia psittacorum (heliconia) y control (sin plantas)). El sustrato de los humedales está compuesto por 3 capas de distinto espesor, de forma descendente: granito de río (0,1 m), piedra cuarta de origen volcánico (0,18 m) y piedra canto rodado (0,07 m). Además se establecieron los siguientes criterios de operación: 0,32 m2 de área, 0,35 m de profundidad, 3,22 g DQO/m2/d de carga orgánica, 3 l/d de caudal, 12,3% de porosidad promedio del sustrato, 9,31 mm/d de carga hidráulica y un tiempo de retención hidráulica de 2,1 días. El objetivo específico 1 consistió en estudiar el crecimiento y retención de nutrientes por parte de las plantas, donde se obtuvo un aumento en el número de hojas y de longitud de lámina foliar para las plantas madre del lirio, a diferencia de las heliconias que presentaron...
Diseño de un sistema de humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical para el tratamiento de aguas residuales porcinas en la finca Linda Vista en Santa Cruz de Turrialba
(2023) Vásquez Alvarado, Tatiana; Aguilar Álvarez, Ronald Esteban
El recurso hídrico es uno de los más valiosos que nos brinda la naturaleza y es cada vez más escaso, además, el agua utilizada en procesos industriales no se reincorpora con la misma calidad al ambiente. La industria ganadera para producción de cerdos se encuentra en constante crecimiento, por lo que cada vez se incrementa más la producción de residuos porcinos y muchas fincas a nivel nacional no cuentan con tratamientos para las aguas residuales que generan. Los humedales artificiales representan una alternativa económica y eficiente que podría emplearse para tratar esos remanentes en las fincas porcinas del país. Por lo tanto, este proyecto consiste en evaluar la eficiencia del tratamiento de aguas residuales de origen porcino mediante sistemas de sedimentadores y humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical (HSSFV), utilizando tres diferentes materiales en los humedales: piedras de río (PR), roca volcánica basáltica (RV) y tapas plásticas (TP) como medios de soporte en sistemas a escala piloto para luego establecer un diseño para la finca Linda Vista en Santa Cruz de Turrialba. El estudio se llevó a cabo utilizando nueve HSSFV, tres por cada tratamiento (PR, RV y TP), plantados con Botón de Oro (Tithonia diversifolia). El objetivo específico 1 consistió en la implementación de los tres sistemas individuales a escala piloto de HSSFV. Previo a su instalación fue necesario caracterizar las condiciones de la finca Linda Vista y de las aguas residuales producidas. Las aguas residuales consisten en excreta porcina y restos de alimento concentrado mezclados con el agua cuando se hace un barrido en húmedo del piso. El barrido con agua genera un agua residual con una carga inicial de materia orgánica de 32887,5 mg DQO/L y un consumo de agua de 1,66 m3/d. Esta carga es muy alta para ser tratada por sistemas de humedales. Se propuso un barrido en seco de las excretas previo al lavado con agua de las porquerizas...
Diseño preliminar de un humedal artificial para tratar el efluente generado en el proceso productivo de un ingenio azucarero localizado en Alajuela
(2023) Solís Núñez, Sofía; Aguilar Álvarez, Ronald Esteban
La industria azucarera se caracteriza por verter cantidades considerables de aguas residuales con altas concentraciones de materia orgánica y contaminantes que los obliga a implementar sistemas de tratamiento de aguas residuales, previo al vertido en los cuerpos de agua. El presente estudio se realizó en un ingenio azucarero localizado en Alajuela, que se caracteriza por implementar diferentes acciones para reducir su impacto ambiental, como lo es una planta de tratamiento para sus vertidos. Si bien la empresa ya cuenta con un sistema de tratamiento, se tiene la oportunidad de mejorar el sistema. A partir de ello, el objetivo de este estudio consistió en realizar el diseño preliminar de un humedal artificial para reducir la concentración de los contaminantes en el efluente y propiciar un biosistema que atraiga fauna y armonía con el medio ambiente. El primer objetivo específico consistió en la identificación de las etapas y componentes del sistema de tratamiento actual, la determinación del caudal que ingresa al sistema y la caracterización fisicoquímica del agua residual. Por lo que se tuvo como resultados, que el sistema de tratamiento de aguas residuales se encuentra conformado por un tratamiento preliminar, primario y secundario, así como una pila de lodos. Además, se determinó que el caudal promedio en actividad productiva es de 0,26 L/s, lo que brinda tiempos de retención hidráulica de 5 horas para el decantador primario y de 13 horas para el secundario. En cuanto a la caracterización fisicoquímica del agua residual, se obtuvo que se cumple con la mayoría de los límites establecidos por el Reglamento de Vertido y Reúso de Aguas Residuales (decreto N° 33601), exceptuando la materia orgánica y la concentración de pH. El segundo objetivo específico tuvo como finalidad diseñar y construir modelos de los humedales artificiales a escala laboratorio...
Evaluación de un filtro biológico y un sistema hidropónico de lechuga (Lactuca sativa) para el tratamiento de las aguas residuales de un sistema de recirculación acuícola para la producción de tilapia (Oreochromis niloticus)
(2020) Rodríguez Núñez, Yadir Simón; Aguilar Álvarez, Ronald Esteban
La agricultura y agro-industria son los principales consumidores de agua fresca para la producción de alimentos (70 % del agua dulce), (1,2). Por ejemplo, la producción acuícola intensiva (100 tilapias/m3) se sustituye al día el 50 % del agua utilizada con agua fresca (se especula que en Costa Rica es alrededor de 2.617.601 m3 de agua, según datos del Censo Agropecuario (3) realizado en el año 2014), dando como saldo negativo, la vertida del agua residual al ambiente sin tratamiento. Ante la necesidad de proteger el recurso hídrico, este proyecto propone la utilización de sistemas acuapónicos con recirculación del agua y aprovechamiento con producción vegetal. Estos sistemas combinan la producción de peces y vegetales, promoviendo una demanda mínima de agua fresca mediante la recirculación del agua. El sistema implementado en este proyecto consta de un tanque para producción de peces (52 tilapias en 1,49 m3), un sistema de aireación, un tanque de compensación (1 m3), una bomba centrífuga, un filtro biológico (Fb) y un sistema hidropónico (SH) con 52 lechugas ubicadas en 4 camas con 2 m de longitud cada una. Trabajando en paralelo, el agua residual pasa por el Fb y el SH, y el efluente es regresado al tanque con peces. El objetivo de este proyecto es determinar la eficiencia del Fb y el SH en el tratamiento de las aguas residuales. Se especula que el sistema de recirculación acuícola (SRA) sólo requiere el SH para el tratamiento de las aguas, evitando la adquisición de un filtro biológico. Durante nueve semanas, se cuantificó el crecimiento de los peces y las lechugas, y se midieron parámetros de calidad del agua (por ejemplo: nitritos, nitratos, Temperatura, pH, entre otros) a lo largo del sistema para ver el tratamiento realizado a las aguas. A lo largo del experimento, el agua en el tanque con peces cuenta con la mayoría de las condiciones ideales para la producción (por ejemplo, NO2- y N-NH3 menores a 1 mg/l). Los peces...
Producción mixotrófica de hidrógeno usando la microalga Chlorella vulgaris G120 creciendo en agua de descarga de caña de azúcar y purines porcinos
(2022) Zúñiga Moreno, José Pablo; Aguilar Álvarez, Ronald Esteban
Esta investigación motivada en la economía circular evaluó una nueva forma de revalorizar la melaza de caña de azúcar y los purines porcinos, ambos subproductos agrícolas. Estos se probaron como una fuente revalorizable de nutrientes para intentar sustituir la glucosa pura y el nitrato de potasio respectivamente, ambos insumos de uso tradicional necesarios para la producción de biomasa microalgal de Chlorella vulgaris cepa G120. Esto con el fin de intentar volver más rentable una emergente tecnología de producción de biogás rico en hidrógeno con potencial biocombustible aprovechando el metabolismo de esta microalga. Así mismo, a la vez que se reduce la carga contaminante de dichos subproductos agrícolas que son generalmente aguas de descarga. En una primera etapa se evaluó la capacidad de crecimiento microalgal y la concentración de clorofila en células de la Chlorella vulgaris cuando se usó los medios nutritivos tradicionales con glucosa y nitrato de potasio. Esto bajo las tres rutas tróficas posibles de la microalga: autotrofía (usando solamente minerales (K3)), mixotrofía y heterotrofía (usando glucosa con minerales (GM)). Se obtuvieron los siguientes rendimientos en términos de biomasa microalgal seca, de mayor a menor, con la mixotrofía (5.58 ± 0.31 g/L), la heterotrofía (4.23 ± 0.12 g/L) y la autotrofía (1.05 ± 0.05 g/L). Y una concentración de clorofila en las células con autotrofía (4.56 ± 1.36%) fue significativamente mayor que en mixotrofía (2.01 ± 0.23%) y heterotrofía (1.22 ± 0.17%), siendo estas últimas sin diferencias significativas. En las pruebas de mixotrofía y heterotrofía la glucosa se consumió completamente. Estos resultados demuestran la capacidad de la microalga de seguir acumulando biomasa aprovechando la energía de carbohidratos exógenos para crecer cuando necesita dispensar parcial o completamente de la luz, lo cual es importante...

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Examinando Ingeniería en Biosistemas [anteriormente Ingeniería Agrícola] por Autor "Aguilar Álvarez, Ronald Esteban"

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