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proyecto de degradacion de poliestireno con tenebrio molitor
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Biodegradación del poliestireno expandido por larvas de Tenebrio molitor l. (Coleóptera: Tenebrionidae), en condiciones de laboratorio. Marby Lizeth Cardozo Sánchez Trabajo de grado para obtener el título de Ingeniera Ambiental Universidad Nacional Abierta y a Distancia- UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente ECAPMA Programa de Ingeniería Ambiental Bogotá 2020
Biodegradación del poliestireno expandido por larvas de Tenebrio molitor l. (Coleóptera: Tenebrionidae), en condiciones de laboratorio. Marby Lizeth Cardozo Sánchez Trabajo de grado en la modalidad investigación Director: msc. Graciela Garzón Marín Codirector: phd. Jordano Salamanca Bastidas Universidad Nacional Abierta y a Distancia- UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente ECAPMA Ingeniería Ambiental Bogotá 2020
Dedicatoria A mi madre Dolores Sánchez Feria por su amor e incondicional apoyo.
Agradecimientos A Dios padre por todas las bendiciones que me ha brindado en este proceso y en cada paso que doy. A mi directora de proyecto Graciela Garzón por su apoyo en la elaboración de este proyecto. A los profesores de la Universidad Abierta y a Distancia de Bogotá quienes con sus conocimientos y lineamientos aportaron en mi desarrollo y formación académica y profesional. A mi familia que siempre me ha impulsado para superarme como persona y como profesional.
Lista de figuras Figura 1. Larva, pupa y adulto de Tenebrio molitor ........................................................................ 19 Figura 2. Pesaje del poliestireno expandido para los tratamientos y sus réplicas ............................. 21 Figura 3. Montaje de tratamientos en cajas petri ............................................................................. 22 Figura 4. Larvas de Tenebrio molitor consumiendo poliestireno expandido.................................... 22 Figura 5. Residuos de poliestireno expandido por larvas de Tenebrio molitor ................................. 23 Figura 6. Consumo de poliestireno expandido por larvas de Tenebrio molitor t1 y t2 ..................... 24 Figura 7. Consumo tratamientos 3 y 4 de poliestireno expandido .................................................... 25 Figura 8. Consumo de poliestireno expandido por larvas de Tenebrio molitor (coleóptera: tenebrionidae). Letras diferentes indican diferencias significativas entre los tratamientos kruskal-wallis (α = 0.05). La curva en azul muestra la regresión cuadrática del comportamiento de consumo de Tenebrio molitor. 26 Figura 9. Datos de biodegradación poliestireno expandido por larvas de Tenebrio molitor. ........... 27 Figura 10. Biodegradación de poliestireno expandido por larvas de Tenebrio molitor (coleóptera: tenebrionidae). Letras diferentes indican diferencias significativas entre los tratamientos kruskal-wallis (α = 0.05). La curva en azul muestra la regresión cuadrática del comportamiento de consumo de Tenebrio molitor. .............................................................................................................................................. 28
Lista de anexos Anexo 1. Formato de toma de datos. ................................................................................... 40 Anexo 2. Registro fotográfico............................................................................................... 40
Resumen El poliestireno expandido es un polímero termoplástico a base de petróleo que se obtiene de la polimerización del estireno, es difícil de degradar, lo que lo convierte en un principal contaminante de ríos, lagos y océanos; sin embargo, en estados unidos y países de Europa, y Asia se encontró que podía ser biodegradado por mecanismos biológicos específicamente por larvas de insectos de orden coleóptera, donde se destaca el Tenebrio molitor más conocido como el gusano de harina. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar la capacidad de consumo y biodegradación del poliestireno expandido (PE) por larvas de Tenebrio molitor l. (coleóptera tenebrionidae) en condiciones de laboratorio. Específicamente 1) se cuantificó la capacidad de consumo de poliestireno expandido por larvas de Tenebrio molitor. 2.) Se cuantificó la capacidad de biodegradación del poliestireno expandido con larvas de Tenebrio molitor. Para cuantificar la capacidad de consumo se implementó un diseño completamente al azar en 4 tratamientos (T 1 - 10 larvas , T 2 - 20 larvas, T 3 - 30 larvas, T 4 - 40 larvas) cada uno con 5 réplicas, sobre 500 mg de PE y se tomaron datos una vez por semana. Para cuantificar la biodegradación se tomó el peso del excremento de las larvas en cada tratamiento una vez por semana. Como resultado se obtuvo la diferencia significativa entre los tratamientos (p<0.05) con las larvas de Tenebrio molitor para el consumo y la biodegradación, evidenciando la efectividad del tratamiento 3, y comprobando que el número de larvas no determina la cantidad de consumo y biodegradación. En conclusión, Tenebrio molitor puede ser considerado para biodegradar el poliestireno expandido a pequeña escala. Palabras claves: medio ambiente, cambio climático, sostenibilidad, residuos sólidos, contaminación.
Introducción Según (Escobar, 2000) los residuos sólidos son una problemática ambiental constante y creciente a nivel mundial ya que es equivalente al aumento de la población. Son generados por actividades antrópicas asociadas a los sectores: agropecuario, construcción, salud, industria, e inclusive desde los hogares, es decir, que el hombre es el primer responsable de la contaminación ambiental en el planeta por residuos sólidos tanto en el entorno rural como urbano. Los residuos sólidos generados son una carga para el medio ambiente debido a su acumulación e inadecuada disposición causando contaminación en las fuentes hídricas, generando obstrucción en el sistema de alcantarillado lo que a su vez provoca inundaciones en zonas urbanas, desplazamiento y extinción de fauna local, suelos cada vez menos fértiles, entre otros efectos negativos. Los residuos sólidos pueden ser degradados directamente dependiendo de su composición, ya sea física o químicamente, también pueden ser reciclados y reutilizados en otros procesos o como material de otros productos. Según (Gudiño, 2017), el poliestireno expandido es uno de estos residuos contaminantes que puede ser reutilizado pero que a la fecha no es posible degradar y aun así sigue siendo el que más demanda tiene gracias a que es muy ligero. El poliestireno expandido es un polímero termoplástico que se obtiene de la polimeración del estireno el cual puede ser deformable o flexible, presenta una estructura celular cerrada y llena de aire, por lo general es utilizado en diferentes aplicaciones como el embalaje de componentes eléctricos, empaques de comida, o como aislante térmico y acústico; los diferentes productos elaborados con este compuesto son resistentes a la humedad, grasas, ácidos y químicos; su uso se limita a una sola vez y su disposición final es en los rellenos sanitarios o en las fuentes hídricas y pueden permanecer en el ambiente hasta 500 años.
Debido a ello la idea de utilizar un mecanismo biológico para la degradación del poliestireno expandido es más viable y eficiente; “el término biodegradación en el campo de los polímeros hace referencia al ataque de microorganismos a estos materiales, proceso a través del cual se obtiene la desintegración del polímero en pequeños fragmentos debido a la ruptura de enlaces en su cadena principal”, (Valero Valdivieso et al, 2013). Estudios realizados por científicos de la universidad Stanford de california confirman que la clave está en los Tenebrios ya que sus larvas se alimentan de espuma de poliestireno expandido transformándolo en CO 2 y fragmentos biodegradados, (Flores et al, 2016). Esta investigación tiene como objetivo evaluar la capacidad de consumo y biodegradación del poliestireno expandido (PE) por larvas de Tenebrio molitor (coleóptera tenebrionidae) en condiciones de laboratorio y aborda la hipótesis que las larvas de Tenebrio molitor (coleóptera: tenebrionidae) consumen y biodegradan el poliestireno expandido (PE) en condiciones de laboratorio.
Marco teórico 3.1 Objetivos de Desarrollo Sostenible ODS ‘’Los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) se gestaron en la conferencia de las naciones unidas sobre el desarrollo sostenible, celebrada en río de janeiro en 2012’’ (PNUD, 2020). El propósito fue crear un conjunto de objetivos mundiales que se relacionaran entre sí y cuyo desarrollo permitiera un equilibrio entre los sectores de sostenibilidad medio ambiental, económico y social, pese a ello, en el país hay actividades que no están comprometidas con los objetivos lo cual altera el equilibrio planteado. Según (Pérez, 2002), Colombia es uno de los países del mundo con mayor riqueza de recursos naturales al poseer en su territorio del 10% de la flora y fauna mundiales, el 20% de las especies de aves del planeta, 1/ 3 de las especies de primates de américa tropical, más de 56. especies de plantas fanerógamas registradas y cerca de mil ríos permanentes. Sin embargo, esta biodiversidad no está exenta de los cambios generados por los factores climáticos a nivel global que son causados no solo por diferentes acciones naturales sino también humanas. Según (Espinoza, 2001) los impactos afectan tanto los ambientes naturales como los que tienen intervención y creación humana, suelen ser cambios de temperatura, lluvias acidas, derretimiento de los polos, entre otras, y a esto se le suma la contaminación ambiental por residuos sólidos, los cuales ´´podemos clasificar de dos tipos: los generados por la propia actividad humana, sobre todo en las grandes ciudades, a los que llamaremos residuos urbanos, y los producidos por la actividad industrial, a los que llamaremos residuos industriales, (Sans & Ribas , 1989).
Es por esta razón que se han implementado estrategias para el manejo de los residuos sólidos en la industria que son la fuente generadora principal, así como también se han lanzado campañas en contra de estos contaminantes especialmente en los océanos ‘’el programa de las naciones unidas para el medio ambiente alerta sobre las consecuencias de contaminar nuestros océanos con plásticos y asegura que más de 8 millones de toneladas de plástico terminan en los océanos cada año’’, (ONU, 2017). La preocupación que existe a nivel mundial por los grados de contaminación asociada a los residuos plásticos y la presencia de componentes nocivos en el medio ambiente ya sean químicos, físicos o biológicos es generada por actividades antrópicas ejercidas por el hombre como la emisión de gases contaminantes por el transporte público, explotación de recursos naturales en exceso, agricultura, deforestación, ampliación en obras civiles entre otras. La contaminación hídrica y del aire es reconocida por los estudiantes como la principal problemática ambiental del país, (Hernández, 2015). 3.2 Poliestireno expandido El poliestireno expandido (PE) es un material utilizado en el sector de envasado y embalaje debido principalmente a sus excelentes cualidades para la protección contra impactos y sus propiedades de aislamiento térmico, así como por su ligereza y facilidad de conformado que le permiten adaptarse a las necesidades de cada producto a proteger, también se utiliza por la comunidad en general para empaques de alimentos. El PE es un material plástico fabricado a partir del moldeo de perlas preexpandidas, que derivan del petróleo, mayoritariamente como subproducto, entre los cuales también se encuentran el etileno, estireno y diversos compuestos aromáticos. Este estireno monómero junto con el agente expansor sufre un proceso de polimerización dando lugar al poliestireno expandible. El consumo mundial de pe para el año 2017 estuvo representado
para limpiar terrenos o aguas contaminadas, (Glazer & Nikaido, 1995). Es por esta razón que los insectos de orden coleóptera han mostrado eficiencia en la biodegradación del poliestireno, donde se destaca Tenebrio molitor, (Bombelli et al, 2017). 3.4 Tenebrio molitor Es un insecto de orden coleóptera de la familia tenebrionidae es de color castaño oscuro, casi negro, de aproximadamente 18 mm de largo y 4 mm de ancho; su cuerpo es compacto con bordes casi paralelos, (Reyes & Melendez, 2013). Tanto las patas como las antenas presentan un color pardo más claro, siendo estas últimas muy cortas y con artejos engrosados. La larva es amarilla, cilíndrica y alargada, llegando a medir de 20 a 30 mm, con pequeñas patas torácicas, (Arias, 2018). Ver fig. 1. figura 1. Larva, pupa y adulto de Tenebrio molitor. Fuente: autor
3. 5 Muestra Aleatoriamente se realiza la selección de los individuos de una población sobre los cuales se realizarán los estudios requeridos, en algunas ocasiones son necesarias características específicas dentro de esta selección con el fin de que el tipo de estudio realizado tenga el resultado esperado.
‘’ para que la muestra proporcione información sobre la población total, deberá ser, en algún sentido, representativa de dicha población’’, (Ross, 2018). Con la muestra se determina la proporcionalidad, la media o varianza. 3.6 Tipos de muestra De acuerdo con los resultados que se esperan, son implementados los muestreos probabilísticos y los no probabilísticas. Es seleccionado el muestreo probabilístico, cuando se requiere precisar el tamaño de la muestra y se seleccionan aleatoriamente, estratificadamente o por racimos. Y cuando es un muestro no probabilístico debe cumplir con la selección de la muestra individuo por individuo y con características no representativas de la población, (Hernández et al, 2014).
