División de Ciencias Básicas e Ingeniería
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- Remediación de suelos contaminados con hidrocarburos pesados utilizando biosurfactantes y surfactantes químicos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-10) Mata Guadarrama, Miguel AngelLa presencia de hidrocarburos en el suelo tiene un impacto negativo tanto en la salud humana como en el crecimiento de las plantas y la microbiota nativa. Con el aumento de la extensión de suelos contaminados por hidrocarburos de petróleo se han hecho esfuerzos para remediar esta contaminación, utilizando diversas alternativas como el bioventeo aerobio, la extracción de vapor, las biopilas, la fitorremediación, la bioaumentación y el lavado de suelos, que son los métodos más comúnmente empleados. Se considera que la remediación con surfactantes es un método eficaz, económico y rápido para la limpieza de suelos contaminados con compuestos orgánicos hidrofóbicos como los hidrocarburos. Este estudio se enfocó en la producción de biosurfactantes (ramnolípidos) por una cepa indígena de Pseudomonas sp. en un suelo impactado por hidrocarburos de fracción pesada, con el objetivo de utilizarlos para la remoción de la fracción pesada de hidrocarburos presentes en dicho suelo. Los ramnolípidos se obtuvieron de un medio de cultivo específico para Pseudomonas sp., utilizando aceite lubricante para motor 20W-50 como única fuente de carbono. De acuerdo con los resultados obtenidos, estos ramnolípidos tienen la capacidad de dispersar aceite en agua y formar emulsiones con un índice del 66% en aceites pesados. Se comparó la capacidad de remoción utilizando el biosurfactante con un surfactante químico (Tween 80) mediante lavado de suelos, evaluando además los efectos posteriores en el suelo después de cada lavado. Se utilizaron soluciones al 0.1% de ambos surfactantes, obteniendo remociones máximas de 32.31% y 42.71% para Tween 80 y ramnolípidos, respectivamente. Después de 15 días, la población de microorganismos incrementó en un 533% al utilizar ramnolípidos, mientras que al emplear Tween 80 disminuyó en un 93%. Además, se realizó una bioaumentación añadiendo el medio de cultivo enriquecido con microorganismos y ramnolípidos al suelo impactado, lo que dio como resultado una remoción máxima del 38.29% en 90 días. En contraste con el uso de ramnolípidos, la bioaumentación resultó en remociones de HFP similares al lavado de suelos, estando un 5% por debajo del lavado.
- Fitorremediación de suelo contaminado con cromo hexavalente empleando las especies Portulacaria afra y Cynodon dactylon(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-09-12) Reyes Lomelí, Karla PatriciaEl presente trabajo de investigación trata una propuesta biotecnológica factible para atender una problemática ambiental prioritaria como lo es la contaminación del suelo por cromo hexavalente (Cr(VI)), el cual es considerado altamente toxico. La fitorremediación es un tratamiento que brinda la oportunidad de identificar especies vegetales que son capaces de remediar los suelos y se basa en una tecnología económica y pasiva impulsada por la energía solar, en contraste con los tratamientos fisicoquímicos tradicionales, los cuales son costosos, alteran las propiedades del suelo y promueven la contaminación secundaria. Se evaluó la capacidad de fitorremediación de Cr(VI) de un suelo industrial contaminado empleando las especies vegetales Portulacaria afra (P. afra) y Cynodon dactylon (C.dactylon) durante 192 días de tratamiento. La concentración de Cr(VI) en el suelo al final del tratamiento con ambas especies fue menor que los límites establecidos por las regulaciones mexicanas para suelos de uso agrícola, domestico, comercial e industrial.
- Análisis de riesgo asociado a la exposición crónica a plaguicidas, con el uso de Sistemas de Información Geográfica y percepción remota(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022-08) Soler Pérez de Salazar, María JoséPara evaluar el riesgo de las poblaciones aledañas a zonas de cultivo a la exposición crónica de plaguicidas por vía aérea, se estudió la deriva de los compuestos clorpirifos etil, cipermetrina, atrazina, glifosato y 2-4-D utilizados en la producción de maíz y trigo en una zona de riego del Bajío de Guanajuato, durante el ciclo agrícola 2019-2020. Se implementó un análisis multicriterio de las variables que intervienen en la evaluación de los componentes del riesgo, es decir, la vulnerabilidad (intrínseca y extrínseca) y la amenaza, estableciendo pesos específicos para cada variable por medio del Proceso de Jerarquías Analíticas (PJA) y haciendo uso de herramientas como los Sistemas de Información Geográfica (SIG) y la percepción remota (PR), para facilitar el cálculo y la integración de la información. Para la determinación de las variables de vulnerabilidad intrínseca se obtuvieron datos de población total y grupos vulnerable por manzana, del censo 2020 del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI), correspondientes a 17 localidades del área de estudio, así como información relativa a la topografía. En el caso de las variables de vulnerabilidad extrínseca se analizaron datos de rapidez y dirección de vientos de un periodo de 9 años (2013 a 2021), obtenidas de la red de estaciones meteorológicas de la Fundación Guanajuato Produce A.C. También se determinó la propensión del suelo a la erosión y las barreras geológicas con información del INEGI y las barreras vegetales con observaciones en campo. La amenaza se determinó integrando la exposición potencial de las zonas urbanas y la severidad de cada plaguicida evaluado. Para determinar la exposición potencial, primero se obtuvo el área de cultivos circundantes a los puntos poblacionales, para lo cual se realizó la clasificación de cobertura de suelo de imágenes de satélite, correspondientes a las dos temporadas del año agrícola: primavera-verano (PV) y otoño-invierno (OI). Estas clasificaciones consistieron en la identificación de los cultivos presentes en el área de estudio por medio del entrenamiento y validación del algoritmo de clasificación supervisada Random Forest, utilizando como insumo el levantamiento de 107 y 323 parcelas para las temporadas PV y OI respectivamente, 9 imágenes Sentinel-2 de mayo a noviembre del 2019 (PV) y 11 de diciembre del 2019 a mayo del 2020 (OI), descargadas de la plataforma Copernicus de la Agencia Espacial Europea, así como los índices espectrales NDVI y NDWI derivados de las mismas imágenes. Los resultados mostraron una precisión global de 79.1% para la clasificación PV y 87.9% para OI, los cuales son valores aceptables, si se comparan con ejercicios similares reportados por otros autores. De los mapas obtenidos, se aislaron las zonas urbanas, de maíz y de trigo y se establecieron buffers a 500 m de distancia de cada pixel urbano, para calcular el área de cultivos dentro ellos. Esta información, junto con la dosis del plaguicida, la formulación comercial, el número de aplicaciones que se realizan por temporada, la proporción de productores que lo emplean y la proporción estimada de pérdida de producto por deriva, sirvió para determinar la exposición potencial de cada pixel urbano a cada uno de los compuestos evaluados. Cabe señalar que en el caso de la proporción de pérdida por deriva se consideraron tres escenarios: pérdida mínima (14%), promedio (46%) y máxima (78%), según valores reportados en la literatura. En lo que se refiere a la severidad de los plaguicidas, se utilizó el índice de riesgo ambiental (ERI), el cual permitió establecer una comparación entre las características fisicoquímicas y el perfil toxicológico de los ingredientes activos evaluados, obteniendo valores “muy bajos” para el glifosato y la cipermetrina, “bajos” para el 2-4-D y atrazina e “intermedio” para clorpirifos etil. Esta información se utilizó, en conjunto con la exposición potencial, para determinar la amenaza de las zonas urbanas. Una vez determinadas todas las variables de los componentes de vulnerabilidad y amenaza, se procedió a normalizarlas dentro de una escala de 5 niveles (muy alto, alto, intermedio, bajo y muy bajo) para luego ponderarlas e integrarlas en niveles de agregación de acuerdo con la metodología del PJA, obteniendo finalmente la evaluación de riesgo por escenario de deriva. Con esta evaluación se determinó que 11.8% de las manzanas que componen las localidades urbanas están “sin riesgo”, por corresponder a zonas donde no hay población, y por lo tanto vulnerabilidad, o no hay amenaza, por no tener parcelas a menos de 500 m de distancia, o bien se presentan ambas características. También se observó que predomina la categoría riesgo “bajo” en la mayoría de las localidades (más del 70% de las manzanas) y solamente una pequeña fracción (2.1% en el escenario de mayor deriva) se encuentra en riesgo “intermedio”. Aun así, no se deben minimizar estos resultados, ya que en esta última categoría se encuentra el 9% del total de la población del área de estudio, del cual el 48% corresponde a población vulnerable, es decir 722 niños y 719 mujeres en edad reproductiva. Las localidades con manzanas dentro de la categoría de riesgo “intermedio” son San Nicolás de los Agustinos, San Pedro de los Naranjos, Maravatío del Encinal y Cupareo. Estos resultados muestran que la integración de herramientas de evaluación indirecta del riesgo, como son los sistemas de información geográfica, la percepción remota y el análisis multicriterio de variables, puede ser de gran utilidad para determinar las zonas urbanas más expuestas a la deriva de plaguicidas utilizados en zonas de agricultura intensiva.
- Composteo bioaumentado con bacterias de la larva Tenebrio molitor para el tratamiento de un suelo contaminado con hidrocarburos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2021-04) Bautista García, José AlfredoLa contaminación del suelo por hidrocarburos es un problema que ha estado presente desde que se utilizan los distintos combustibles derivados del petróleo como fuente de energía. Actualmente, los hidrocarburos representan un grave problema global, ya que el ingreso de este tipo de contaminantes al suelo provoca una gran cantidad de efectos adversos al ambiente y a la salud. Por este motivo es preciso el desarrollo de nuevos procesos de remediación de suelos que aceleren la degradación de los hidrocarburos y que sean eficaces y robustos. Los tratamientos biológicos tienen mayor aceptación, ya que son amigables con el ambiente, son bajos sus costos, no generan una disrupción ambiental y no demandan tanta cantidad de energía o maquinaria pesada; además al combinar estos procesos, tienden a ser aún más eficientes. En este proyecto se combinaron el composteo de suelos y la bioaumentación para remediar un suelo contaminado con hidrocarburos. Se utilizaron cosustratos como harina de maíz, salvado de trigo y aserrín para el composteo y se tomó la decisión de aislar y seleccionar bacterias de la larva Tenebrio molitor para la bioaumentación, ya que se ha evidenciado que ésta tiene en su tracto un consorcio de bacterias que, funcionado de manera simbiótica, es capaz de utilizar a los hidrocarburos como fuente de carbono. En este trabajo se evaluó el composteo bioaumentado con bacterias hidrocarbonoclastas extraídas la larva Tenebrio molitor, aplicado a suelos contaminados con diésel adicionando diferentes cosustratos como harina de maíz caduca, salvado de trigo y aserrín. Los resultados evidenciaron que el inóculo aislado potencializa el tratamiento y, combinado con harina de maíz, se obtiene mayor eficiencia (87%) y tasa de remoción (9.10% diésel removido/semana); y en suelos con concentración de 11796 mg/kg, este tratamiento combinado redujo al contaminante hasta valores por debajo de los establecidos por la Norma Oficial Mexicana NOM-138-SEMARNAT/SSA1-2012 en 10 semanas.
- Fitorremediación de suelos contaminados con arsénico, cobre y plomo empleando Echeveria elegans y Crassula ovata(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2021-05) Guzmán Guerrero, AlexisEl manejo inadecuado de residuos generados por la industria ha contribuido a la contaminación del suelo por metales pesados y metaloides, convirtiéndose en un problema, debido a su persistencia en el suelo por años, provocan efectos toxicológicos a plantas y animales, así como afectaciones a la salud humana. Por estas razones, es necesario la remediación de suelos contaminados. La fitorremediación es una alternativa de tratamiento de suelos contaminados rentable y amigable con el ambiente para la extracción de metales y metaloides. En este proyecto se evaluó el proceso de fitorremediación (fitoextracción y fitoestabilización) en un suelo proveniente de una industria metalmecánica contaminado con arsénico, cobre y plomo, mediante la utilización de las especies vegetales Echeveria elegans (echeveria) y Crassula ovata (árbol de jade). Se realizaron dos experimentos, uno en suelo sin adición de nutrientes y el segundo en suelo con adición de nutrientes. Los resultados obtenidos fueron que ambas plantas tuvieron la capacidad para acumular y estabilizar As, Cu y Pb en suelo con poco o gran contenido de nutrientes. Ambos vegetales resultaron hipertolerantes de acuerdo con sus factores de bioconcentración (FBC) y factores de traslocación (FT), los cuales indican su potencial para ser utilizados en un tratamiento de fitorremediación. Es decir, fueron efectivas para la técnica de fitoestabilización a altas concentraciones de estos contaminantes. Al finalizar los seis meses de tratamiento, las concentraciones de As, Cu y Pb no se redujeron por debajo de los límites máximos permisibles en suelo industrial establecidos en la NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004 y en la Guía de Calidad de Suelos Industriales de Canadá (el Cu no está regulado en México) en ambos experimentos. Sin embargo, se obtuvo el tiempo y la velocidad aproximados de remoción de estos contaminantes, concluyendo que el proceso sería idóneo cuando las concentraciones de los contaminantes en suelo sean menores a 4 o 5 veces, para el arsénico, 10 a 12 veces para el plomo y hasta 20 veces para el cobre.
- Tratamiento de un suelo contaminado con escorias de plomo, mediante las técnicas de lavado y encapsulamiento(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-08) Ortíz Reyes, TaniaDebido a su eficiencia y facilidad de operación, la técnica de encapsulamiento es comúnmente empleada para inmovilizar el suelo contaminado con metales pesados. Sin embargo, la desventaja principal de esta técnica es el aumento en volumen de los residuos confinados y del costo de su almacenamiento. En este trabajo se llevó a cabo la evaluación de la eficiencia y la comparación de dos vías alternativas de tratamiento en un suelo contaminado con escorias de plomo. La primera vía consistió en la extracción, precipitación, estabilización-solidificación y encapsulamiento del plomo, regresando un porcentaje de suelo a su sitio original. Mientras que, en la segunda vía, consistió en la estabilización-solidificación y encapsulamiento del suelo contaminado. En la primera vía, se removió el 92 % del plomo presente en el suelo contaminado al lavarlo con una combinación de ácido clorhídrico-goma xantana, se precipitó el 99 % del plomo en forma de hidróxido, posteriormente se inmovilizó hasta un 99 % del plomo presente en el precipitado, y una vez encapsulado en el bloque ecológico obtuvo una resistencia de compresión 30 veces mayor al límite establecido en la normatividad para bloques artesanales (DOF, 2018). En la segunda vía se inmovilizó el 99 % del plomo presente en el suelo contaminado y una resistencia en el bloque ecológico 40 veces mayor al límite establecido en la normatividad (DOF, 2018). En conclusión, la primera vía alterna es menos viable porque necesita el doble de costo tan sólo para la materia prima, en comparación con la segunda vía. El tratamiento del suelo contaminado por cualquiera de las dos vías evita el confinamiento del encapsulado en un vertedero para residuos inmovilizados, ya que puede utilizarse en la construcción de rellenos sanitarios o de confinamiento.
- Remoción de arsénico, cromo y vanadio de agua residual mediante un proceso combinado de ferroxidación y precipitación química(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-02) Torres León, Diego AbrahamEn esta tesis se evaluó la eficiencia de remoción de arsénico, cromo y vanadio disueltos en agua residual proveniente de una industria metal mecánica, mediante las técnicas de ferroxidación con viruta de Fe (0) (hierro de valencia cero), precipitación química y un proceso combinando ambas técnicas. Se estudió la ferroxidación con base en un diseño factorial 2k para conocer los parámetros influyen significativamente en el proceso, se analizaron cuatro parámetros: concentración de contaminantes, tamaño de viruta de hierro, cantidad de viruta utilizada y tiempo de residencia. Solamente el tiempo de residencia afectó significativamente la eficiencia. De concentraciones iniciales de 14.16 mg/L de As, 12.82 mg/L de Cr y 13.53 mg/L de V, después del proceso de ferroxidación con 8 h de tiempo de residencia, se obtuvieron eficiencias de remoción de 98.17% de As, 98.64% de Cr y 98.04% de V utilizando 20 g de viruta de tamaño <1 mm. A pesar de estas eficiencias no se alcanzó una concentración por debajo del límite establecido en la NOM-001-SEMARNAT-1996 (DOF, 2018) en el caso del arsénico, sin embargo, cuando se incrementó el tiempo de residencia a 16 h se alcanzó una concentración por debajo del límite establecido para los tres contaminantes. Al tener tiempos de residencia largos (16 h) y gran cantidad de lodos generados (10 g por cada 100 mL por tratamiento), considerados residuos peligrosos, se buscó optimizar el proceso de ferroxidación disminuyendo la cantidad de hierro a 1 g y variando el tiempo de residencia en un intervalo de 8 h. En 4 h se observó una remoción mayor al 98% en As y 100% en V, sin embargo, la remoción de Cr fue cercana al 90%, lo que implicó concentraciones finales que rebasan los límites de la normatividad, por lo que se propuso combinar la ferroxidación, con 4 h de tiempo de residencia, con un proceso de precipitación química. Para este proceso se utilizó la misma muestra de agua que en la evaluación de la ferroxidación, además se usó CaO como agente precipitante. Se obtuvieron remociones finales de 99.5% de As, 98.56% de Cr y mayor a 99% de V. Las concentraciones finales de los tres contaminantes cumplen la normatividad mexicana.
- Fitoextracción de arsénico, cadmio y cobre, mediante las especies Eichhornia crassipes, Myriophyllum aquaticum y Wolffia columbiana en un humedal artificial(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-01) Islas Olvera, JessicaEn este trabajo se estudió el proceso de remoción de arsénico, cadmio y cobre, de agua residual industrial cuyas concentraciones se encontraban por arriba de los límites máximos permisibles que establece la normativa mexicana, mediante el proceso de fitoextracción. Se realizaron tres experimentaciones: (1) mezcla de contaminantes en medio neutro, (2) mezcla de contaminantes en medio ácido y (3) contaminantes sin estar en mezcla en medio neutro. La fitoextracción se realizó mediante la implementación de un humedal artificial utilizando las plantas acuáticas: lirio acuático (Eichhornia crassipes), sirena (Myriophyllum aquaticum) y lentejuela (Wolffia columbiana). Se determinó su potencial como plantas fitoextractoras mediante el factor de bioconcentración, el cual indicó que en cadmio y cobre las especies resultaron hiperacumuladoras (porque su concentración superó el 0.1 % en biomasa seca) y sólo son acumuladoras de arsénico. También se estudió la cinética de fitoextracción de arsénico y cadmio, logrando obtener los parámetros del modelo de Michaelis-Menten, destacando la velocidad máxima de remoción para Eichhornia crassipes (1.021 mg As kg-1 h-1), Myriophyllum aquaticum (0.080 mg As kg-1 h-1; 0.616 mg Cd kg-1 h-1) y Wolffia columbiana (0.666 mg As kg-1 h-1; 1428 mg Cd kg-1 h-1), necesarios para la predicción del tiempo y la velocidad de remoción de estos contaminantes en cuerpos de agua con diferentes concentraciones, así como la biomasa necesaria para la restauración.