Revista de Ciencias

Electrochemical Monitoring and Microbial Characterization of a Domestic Wastewater-Fed Microbial Fuel Cell Inoculated with Anaerobic Sludge

Abstract A dual-chambered microbial fuel cell with aqueous cathode was operated with domestic wastewater to investigate the electrogenic ability of anaerobic bacteria from a municipal wastewater treatment plant. Curves of cell potential vs. current density, power density vs. current density and current at a fixed load of 100 Ω, were obtained daily to monitor the electrochemical evolution of the system as a function of substrate use in several batch cycles. A maximum power density of 1.11 μWcm-2 was obtained after 65 days of continuous operation and a coulombic efficiency of 7% and a chemical oxygen demand removal of 76% were found in the last batch cycle. Anaerobic culture of the bacteria from the anode biofilm resulted in the isolation of two Gram-positive and two Gram-negative bacteria with divergent sugar fermentation capabilities, while analysis of 16S rRNA gene fragments showed three clones from the phyla Firmicutes, δ-Proteobacteria and α- Proteobacteria. Scanning electron imaging analysis revealed an increase in cell diversity and proliferation of methanogenic archaea when changing from synthetic to real wastewater. These results reveal the influence of substrate concentration and presence of methanogenic microorganisms on the production of power in microbial fuel cells, suggesting that future developments could be a contribution for the use of this technology to decontaminate domestic wastewater in small communities.

Resumen Una celda de combustible microbiana de doble cámara con cátodo inmerso en el agua fue operada con aguas residuales domésticas para investigar la capacidad electrogénica de las bacterias anaeróbicas de una planta de tratamiento de aguas residuales municipales. Se obtuvieron diariamente curvas de potencial de celda vs. densidad de corriente, densidad de potencia vs. densidad de corriente y corriente a una resistencia fija de 100 Ω para monitorear la evolución electroquímica del sistema en función del uso del sustrato en varios ciclos de lotes. Se obtuvo una densidad de potencia máxima de 1.11 µWcm-2 después de 65 días de operación continua, una eficiencia coulombic del 7% y una disminución de la Demanda de Oxígeno Químico del 76% en el último ciclo del lote. El cultivo anaeróbico de las bacterias de la biopelícula anódica dio como resultado el aislamiento de dos bacterias Gram-positivas y dos Gram-negativas con capacidades de fermentación de azúcar divergentes, mientras que el análisis de los fragmentos del gen 16S rRNA mostró tres clones de los filos Firmicutes, Prote-Proteobacteria y α -Proteobacterias. El análisis de las imágenes de microscopia electronica de barrido reveló un aumento en la diversidad celular y la proliferación de arqueas metanogénicas al cambiar de aguas residuales sintéticas a reales. Estos resultados revelan la influencia de la concentración de sustrato y la presencia de microorganismos metanogénicos en la producción de energía en la celda de combustible microbiana, lo que sugiere que los desarrollos futuros podrían ser una contribución para el uso de esta tecnología para descontaminar las aguas residuales domésticas en las comunidades rurales.

Biodegradation of Saturated Aliphatic Hydrocarbons by Microbes Isolated from Soils Polluted with Oil Derivatives

Resumen Los derrames de petróleo y sus derivados producen fuertes impactos en el equilibrio de los ecosistemas, ya que no sólo arrasan con su biodiversidad, sino que dejan graves consecuencias que dificultan su capacidad de recuperación. Se ha reportado que microorganismos de zonas contaminadas con hidrocarburos desarrollan habilidades para la degradación de estos contaminantes. Con el propósito de determinar la capacidad de microorganismos nativos de suelo contaminado con petróleo para degradar el queroseno, se seleccionaron dos cepas de microorganismos previamente aisladas de un suelo expuesto a derivados del petróleo, que mostraron tolerancia al contaminante, mediante pruebas de concentración mínima inhibitoria (CMI). La remoción de hidrocarburos alifáticos saturados (n-alcanos C-10 a C-16) se realizaron con las cepas seleccionadas e identificadas como Candida metapsilosis SH1 y Burkholderia cepacia SH3, que presentaron tolerancia a concentraciones superiores al 10% de queroseno. La concentración de hidrocarburos se determinó utilizando un cromatógrafo de gases-masas (GCMS) y los resultados se analizaron comparando las abundancias relativas. Los microorganismos demostraron la capacidad de biodegradación selectiva de los hidrocarburos de cadena larga, causando el fraccionamiento, correlacionado con el aumento de los hidrocarburos de cadena corta (C10 a C12). Estos resultados evidencian aplicaciones promisorias de los microorganismos analizados para mitigar la contaminación de sitios afectados por queroseno. y derivados del petróleo.

Abstract The oil spills and their derivatives produce strong impacts on ecosystems balance, as they not only destroy their biodiversity, but also leave serious consequences that hinder their resilience. On the last decades, microbiology studies have shown evidences that microorganisms from polluted areas develop abilities to break pollutants. The purpose was to determine the ability of wild microorganisms from oil contaminated soil to biodegrade kerosene, two microorganisms strains was previously isolated from exposed to petroleum derivatives soil, which showed contaminant tolerance, was selected by means of minimum inhibitory concentration (MIC). The removal of saturated aliphatic hydrocarbons (n-alkanes of C-10 to C-16) were carried out with the strains selected and identified as Candida metapsilosis SH1 and Burkholderia cepacia SH3, which presented tolerance to concentrations greater than 10% of kerosene. The concentration of hydrocarbons was determined using a gas-mass chromatograph (GCMS) and the results were analyzed by comparing relative abundances. The microorganisms demonstrated the capacity for selective biodegradation of long chain hydrocarbons, causing fractionation correlated with the increase of short chain hydrocarbons (C10 to C12). These results show promising applications of the microorganisms tested to mitigate the contamination of sites affected by kerose and oil derivatives.

Diversity Composition and Structure of a Sub Andean Forest at La Hondonada Private Natural Reserve in Yotoco-Valle

Resumen La Reserva Natural La Hondonada posee un número desconocido de plantas endémicas y amenazadas. En este estudio, se realizó una caracterización de la vegetación en esta reserva natural, integrando las actividades de docencia e investigación en el programa de Biología en la PUJ Cali. A través de las actividades de campo de la cátedra de Diversidad Vegetal y, las actividades de laboratorio y campo del grupo de estudio en Diversidad Vegetal (2013-2016), se adelantó un muestreo de 1000 m2 en un remanente de bosque subandino dentro de una matriz de cultivos y potreros. Se censaron todas las plantas en diez transectos en banda de 50*2 m, documentando la riqueza y abundancia, además de las medidas dasométricas. Se recolectaron muestras vegetales para herborización y determinación con bibliografía especializada y se compararon con herbarios locales y virtuales (CUVC, COL, JBB). Se encontraron 131 especies pertenecientes a 45 familias botánicas; la familia más diversa fue Araceae, con 33 especies. Las especies más abundantes fueron Selaginella geniculata en el estrato herbáceo, Faramea occidentalis en el estrato arbustivo; Nectandra macrophylla, Gustavia speciosa y Ocotea caracasana en el estrato arbóreo. En el estrato arbóreo, se encontró una relación entre la abundancia y la dasometría, en donde las especies con mayor IVI e IPF son también Gustavia speciosa y Nectandra macrophylla. Se encontró un bosque diverso, con una composición y dominancia de especies heredera de la conservación en paisajes fragmentados. Se reportan familias botánicas con algún grado de protección y amenaza como Orchidaceae y Lecythidacea, Nuestros resultados subrayan la importancia de la Reserva Natural de la Sociedad Civil La Hondonada, lo que aporta argumentos a la conservación con base en la caracterización de la diversidad vegetal.

Abstract La Hondonada Natural Reserve has an unknown number of endemic and threatened plant species. In this project, a floristic composition study was carried out in this natural reserve by integrating teaching and research activities in the Biology program at the PUJ Cali. Through field activities of the Plant Diversity course and the laboratory and field activities of the Plant Diversity study group (2013-2016), a sample of 1000 m2 was advanced in a relic of a sub-Andean forest within a matrix of crops and grassland. All plants were counted in ten band transects 50*2 m documenting the richness and abundance, in addition to the dasometric measurements. Plant samples were collected for preserved and determination with local and virtual herbaria (CUVC, COL, JBB). 131 species were represented in 45 botanical families. The most diverse family was Araceae with 33 species. The most abundant species were Selaginella geniculata in herbaceous layer and Faramea occidentalis in the understory. Nectandra macrophylla, Gustavia speciosa and Ocotea caracasana were the most abundant species in the arboreal stratum. The arboreal stratum abundance is related to the dasometry since the species with higher IVI and IPF were also Gustavia speciosa and Nectandra macrophylla. A diverse forest was found, with composition and dominance of species inherited from conservation in fragmented landscapes. Botanical families with some degree of protection and threat such as Orchidaceae and Lecythidaceae were reported which encourages conservation of forest at La Hondonada Natural Reserve, meanwhile, new botanists were trained and specialized.

Comparison of the Efficiency of Hypotheses Tests and Confidence Intervals in the Inference Process. Study on Means

Resumen Estudios pertinentes aseguran que cuando se requiere inferir sobre algún parámetro, los intervalos de confianza son una alternativa más adecuada que las pruebas de hipótesis. El presente estudio mide la eficiencia de inferencia de estas dos metodologías, aplicadas sobre contrastes de medias, comparando la probabilidad de cometer un error y un acierto en cada una de ellas ─Estas probabilidades son estimadas mediante un proceso de simulación estocástica de Montecarlo. Tomando en cuenta este criterio, se encontró que ambos procesos inferenciales son igualmente efectivos, esto es, presentan igual probabilidad de equivocarse e igual probabilidad de acertar, razón por la cual no se puede asegurar que un procedimiento es mejor que otro. Si bien es cierto, los intervalos de confianza proporcionan mayor información sobre la medición de diferencias significativas entre los parámetros comparados, esto no se debe confundir con mayor eficiencia. Parece ser que problema no son los modelos de pruebas de hipótesis, sino más bien el planteamiento que tradicionalmente estos presentan. Para superar este problema y conseguir que la metodología basada en el valor P proporcione la misma información inferencial que los intervalos de confianza se recomienda utilizar un enfoque de pruebas de hipótesis basado en equivalencia.

Abstract Relevant studies ensure that when you need to infer about a parameter, confidence intervals are more appropriate alternatives than hypothesis testing. This study measures the efficiency of inference of these two methodologies, applied on contrasts of means, comparing the probability of an error and a success in each one of them ─These probabilities are estimated through a stochastic Monte Carlo simulation process. Taking into account this criterium, it was found that both inferential processes are equally effective, for this reason, it cannot be guaranteed that one procedure is better than another. Confidence intervals provide more information about the measurement of significant differences between the parameters compared, but this should not be confused with greater efficiency. The problem is not hypothesis testing models, but rather the approach they traditionally present. To overcome this problem and get than methodology based on P value provides the same inferential information as the confidence intervals, it is recommended to use an approach of hypothesis testing based on equivalence.

CFD Analysis of the Non-premixed Combustion of H ₂ Previous to the Study of Syngas Combustion Produced by Biomass Gasification

Resumen El presente estudio surge como un acercamiento hacia el análisis de la combustión del gas de síntesis producto de la gasificación de biomasa en la cámara de combustión de una microturbina a gas como parte de un sistema de generación de potencia SOFC- MGT al cual se integra una unidad de gasificación; asumiendo que el gas combustible es hidrógeno en proporción con un gas inerte como el nitrógeno a condiciones de 300 K y 1 atm. El propósito del análisis se centró en la evaluación de la fluctuación de la temperatura de llama adiabática y las fracciones molares de las especies químicas de los productos respecto a cambios en la razón de equivalencia para la combustión con el fin de caracterizar el comportamiento de la combustión ante variaciones de la composición química del gas dada la diferencia en la composición de las biomasas consideradas: Cascarilla de arroz, cascarilla de café y cuesco de palma de aceite. Para proporciones cercanas a la proporción estequiométrica, se estimó un error del 0.9%. Además, se encontró que la temperatura de llama adiabática, las fracciones molares de N2 y O2, fueron mayores y la fracción molar de H2O fue menor para razones de equivalencia ø < 1 respecto a los valores calculados basado en el balance de especies químicas.

Abstract This study is a before handed approach to the analysis of combustion of “syngas” into the combustion chamber of a microturbine coupled to a power generation system SOFC-MGT (Solid Oxide Fuel Cell - Micro turbine), to which a gasifier unit is integrated. It is assumed that the fuel gas is hydrogen that enters to the combustion chamber in proportion with an inertial gas such as nitrogen under conditions of 300 K and 1 atm. The main purpose of this study focused on the evaluation of the fluctuation of the adiabatic flame temperature, and the molar fractions of the species for combustion products with respect to changes in the rate of equivalency for the combustion in order to categorize the behaviour of the combustion with variations in the chemical composition of the gas due to the difference in the composition of the biomass to be studied: rice husk, coffee husk, and palm oil shell. For equivalence ratios near to the stoichiometric proportion, an error of 0.9 % was estimated. Additionally, it was found that the adiabatic flame temperature, molar fractions of N2 and O2 were higher and the molar fraction of H2O was lower for equivalence ratios ø < 1, than the values calculated based on a chemical species balance.

Diversity and Biological Interactions in Mangrove Forests Ecosystem

Resumen Los mangles son árboles que poseen características morfológicas y fisiológicas especiales para sobrevivir en el ambiente extremo que se forma en el límite entre la tierra y el mar, cumpliendo una importante función como primera línea de barrera contra las mareas. En Colombia, se encuentra una gran concentración de bosques de mangle en donde conviven distintas especies de estos árboles, representando el 2.09% del total presente en el planeta. Las zonas de manglar han sufrido cambios drásticos debido al aumento de las presiones antrópicas como la deforestación, la polución, el alto contenido de metales pesados en el agua, entre otros, generando presiones sobre el ecosistema y los árboles. En varios estudios se ha detectado que, en algunas zonas de manglar en Colombia, los árboles están presentando una enfermedad manifestada en forma de agallas y de la cual no se sabe su causa exacta. Conociendo la importancia de esta problemática, se busca establecer que información existe sobre la diversidad e interacciones biológicas en el ecosistema con el fin de determinar los componentes más importantes que pudiesen estar siendo afectados por los cambios que están teniendo lugar en el ecosistema y que podrían llevar a desequilibrios internos y enfermedades.

Abstract Mangroves are trees with special morphological and physiological characteristics to survive the extreme environment between the land and sea boundaries, fulfilling an important function as first line tide barriers. Colombia has great concentration of mangrove forests, 2.09% of the planet’s mangroves, where different species of these trees coexist. Mangrove areas have undergone drastic changes due to an increment in anthropic pressure such as deforestation, pollution, high heavy metal contents in water, among others, creating pressures on the ecosystem and the trees. Several studies have found that in some mangrove areas in Colombia, trees are presenting a disease in the form of galls the exact cause of which is unknown. Being aware of the importance this problem, we need to establish the existing information about biodiversity and biological ecosystem interactions in order to determine the most important components that could be affected by the changes that are taking place in the ecosystem and that could lead to internal imbalances and diseases.

Sensory Analysis of Corn Flour Fortified with Moringa oleifera for the Vulnerable Population in Cartagena de Indias

Resumen El presente estudio tiene como finalidad reconocer el grado de aceptación de la harina de maíz como medio para introducir la planta Moringa oleifera a la dieta de la población vulnerable en la ciudad de Cartagena de Indias. La metodología utilizada fue el análisis sensorial mediante ANOVA usando una escala hedónica de 9 puntos en dos presentaciones de la harina de maíz fortificada con 20% de polvo de Moringa oleifera: colada y arepa, en una muestra de 32 personas incluyendo niños, jóvenes y adultos en barrios marginales de la ciudad. Se evaluaron tres variables: color, sensación en la boca y sabor. En cuanto a la arepa, la media obtenida para color (4.16) y sensación en la boca (3.56), equivale a me gusta; en cuanto al sabor (3.38) me gusta moderadamente. Para la colada en cuanto al color se obtuvo una media de (2.69) me gusta moderadamente para sensación en la boca (2.09) y sabor (1.91) se obtuvo una media de me gusta mucho. Al comparar las dos presentaciones se obtuvo una diferencia significativa entre las medias indicando que tuvo mayor aceptación cultural la colada de harina de maíz fortificada con polvo Moringa oleifera en todos los aspectos evaluados.

Abstract The present work has the finality of recognizing acceptance degree of corn flour as a medium to introduce Moringa oleifera plant into the diet of vulnerable population in the city of Cartagena de Indias. The methodology used was sensorial analysis using ANOVA with a 9 points hedonic scale in two different presentations of corn flour fortified with 20% of Moringa oleifera powder: colada and corn cake, in a sample of 32 including children, youngsters and adults in marginal neighborhoods in the city. Three variables were assessed: color, mouth feel and flavor. When it comes to corn cake medium color (4.16) and mouth feel (3.56), would verbally mean I just like it; nevertheless, for flavor (3.38) would mean I moderately like it. For colada (a hot beverage popular in Latin America) color obtained a medium of (2.69) (I moderately like it) meanwhile, for mouth feel (2.09) and flavor (1.91) a verbal equivalent of (I like it very much) was obtained. On comparing the two presentations given a meaningful difference between means indicate a larger acceptance for colada of corn flour fortified with Moringa oleifera.