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MEDIOS DE SOPORTE ALTERNATIVOS PARA LA REMOCIÓN DE
FÓSFORO EN HUMEDALES ARTIFICIALES
Víctor Manuel LUNA PABELLO y Héctor Faustino RAMÍREZ CARRILLO
Departamento de Biología, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria,
04510 D. F., México. Tel/fax: +(52) 56223763. Correo electrónico: lpvictor@servidor.unam.mx
(Recibido abril 2003, aceptado diciembre 2003)
Palabras clave: humedales artificiales, fósforo, adsorción, aguas residuales
RESUMEN
Los humedales artificiales de flujo sub-superficial (HAFS), son sistemas de tratamiento de
aguas residuales cuyo diseño tradicional permite remover entre 40 y 60 % del fósforo total
presente. Aproximadamente, 90% de la remoción es debida a procesos de adsorción que ocu-
rren en el medio filtrante (MF) y el 10 % restante, se debe a las las plantas vasculares y a los
microorganismos. Este estudio se enfocó a la evaluación de los materiales CAS, PIECA y
EVOL, como substitutos del MF usado convencionalmente en HAFS. Los experimentos se
realizaron empleando cuatro columnas de PVC, tres empacadas con cada uno de los MF subs-
titutos y la cuarta con gravilla, como material de referencia. La alimentación de las columnas
(flujo descendente) fue intermitente usando agua residual clarificada proveniente de un siste-
ma de lodos activados. El valor de dicha alimentación fue de 127 mm
3
/mm
2
por día, que es diez
veces superior con respecto a lo indicado en las normas de operación para HAFS. El agua
experimental fue esterilizada previamente y enriquecida con KH
2
PO
4
, con objeto de minimizar la
presencia de microorganismos y para incrementar su contenido de ortofosfatos hasta 22 mg/L,
respectivamente. De acuerdo con los resultados obtenidos, los valores de conductividad hi-
dráulica, para los cuatro materiales, estuvieron dentro del intervalo aceptable (1 x 10
-4
m
3
/m
2
s a
1 x 10
-6
m
3
/m
2
s) para el correcto empacado de sistemas de HAFS. Durante las seis semanas de
experimentación, los materiales CAS y PIECA alcanzaron y mantuvieron una remoción alta de
ortofosfatos (92 %). Para el material EVOL, la máxima remoción lograda fue de 60 %, disminu-
yendo hasta 48 % al final de la prueba. Con relación a la gravilla, la capacidad de remoción
lograda a través de la experimentación fue de 42 %. En consecuencia, los materiales que resul-
tan más prometedores para ser usados como MF para HAFS, son CAS y PIECA, los que
pueden remover 119 % más de ortofosfato que el material de referencia.
Key words: artificial wetlands, phosphorus, adsorption, wastewaters
ABSTRACT
The subsurface flow artificial wetlands (SFAW) are wastewater treatment systems whose design
allow removal rates between 40 % and 60 % for total phosphorus. Approximately 90 % of this
removal are achieved by adsorption processes on the filter media (FM) and, the remaining 10
%, through uptake by vascular plants and microorganisms. The present study focused on the
evaluation of the materials CAS, PIECA and EVOL, as substitutes for conventional FM in
SFAW. The experiments were carried out using four PVC columns, three packed with a different
FM each and the fourth with gravel, as the reference material. The columns were fed intermittently
(descendent flow) using clarified wastewater from an activated sludge plant. They were fed
with about 127 mm
3
/mm
2
24 hours a day. This amount is ten times fold the one mentioned in
guidelines for the operation of SFAW. The experimental water was previously sterilized and
Rev. Int. Contam. Ambient. 20 (1) 31-38, 2004
V.M. Luna Pabello y H.F. Ramírez Carrillo
32
enriched with KH
2
PO
4
, in order to reduce the presence of microorganisms and to increase the
phosphorus concentration up to 22 mg/L, respectively. According to the obtained results, the
values of the hydraulic conductivities of the four FM were in an acceptable range (1 x 10
-4
m
3
/
m
2
s to 1 x 10
-6
m
3
/m
2
s) in order to correct packing of SFAW systems. During the six weeks of
experimentation, two materials, CAS and PIECA achieved and maintained a high removal rate of
total phosphorus (92%). For EVOL, the maximum removal rate reached was 60 %, decreasing to
48% at the end of the test. In relation to the gravel, the capacity of removal reached throughout
the experimentation was 42 % and higher. The most promising alternative FM for SFAW, are
CAS and PIECA which can remove up to 119 % more total phosphorus than the reference
material.
INTRODUCCIÓN
La descarga de aguas residuales domésticas e industria-
les propicia, en los cuerpos receptores, el aumento de
materia orgánica, nutrimentos, compuestos tóxicos y
microorganismos indeseables. En México, más de 70 %
de los cuerpos acuáticos superficiales (lagunas, arroyos,
ríos, embalses, etc.) muestran diversos tipos y grados de
contaminación (
CNA 1997,
INEGI 1999), ya que por lo
general reciben aguas residuales no tratadas. De manera
particular, la eutroficación de cuerpos de agua es un fenó-
meno que debe ser prevenido, tanto por los efectos am-
bientales adversos que conlleva, como desde el punto de
vista del aprovechamiento del recurso para abastecimien-
to de agua y para su uso en las diferentes actividades
humanas. Se sabe que la eutroficación es provocada por
el aumento de nutrimentos en el agua, específicamente
por compuestos de nitrógeno (N), como los nitratos (NO
3
-
) y de fósforo (P), como los ortofosfatos (H
x
PO
4
n
). La
eutroficación tiene como principal consecuencia el alto
incremento en la productividad primaria (presencia de or-
ganismos fotosintéticos), lo que a su vez ocasiona el en-
vejecimiento prematuro y la eventual extinción del embal-
se (Adler
et al.
1996, Wood y McAtamney 1996, Brix
1997). En este sentido, si bien el P es un elemento promo-
tor, también puede ser visto como el nutrimento limitante;
en consecuencia, su eliminación en las corrientes de agua
repercutiría en la prevención de la eutroficación de los
cuerpos acuáticos receptores (Nguyen
et al.
1997, Li
et
al.
1999). Cabe señalar que por lo general los H
x
PO
4
n
,
cuyos principales derivados son el fosfato (PO
4
3-
), el
fosfato monoácido (HPO
4
3-
) y el ácido fosfórico (H
3
PO
4
),
constituyen 80 % del total de las formas en las que se
encuentra el P en las aguas residuales de tipo doméstico
(Drizo
et al.
1997, Jing
et al. 2001,
Lin
et al.
2002). Au-
nado a esta situación, la mayoría de las plantas de trata-
miento convencional, actualmente existentes en México,
sólo han sido diseñadas para remover compuestos de car-
bono, por lo que muestran deficiencias funcionales para
eliminar compuestos fosforados (
Mazari 2000)
. Asimis-
mo, se ha comprobado que los sistemas de tratamiento de
tipo fisicoquímico son capaces de remover P por arriba de
60 % en aguas residuales de tipo doméstico, que poseen
en promedio 10 mg/L, medido como fósforo total (PT)
(
Samutt
et al.
1994, CNA 1999
). Sin embargo, este tipo de
tratamientos presenta como inconvenientes su alto costo
de operación y la generación de cantidades abundantes
de lodos no estabilizados, mismos que requieren de un
tratamiento posterior (Davies y Cottingham 1993, House
et al.
1994, Brooks
et al.
2000). Para resolver este tipo
de problemática se deben encontrar alternativas de solu-
ción viables, en función de los recursos disponibles y ape-
gadas a los criterios de calidad del agua para la protec-
ción de la vida acuática, así como a las disposiciones am-
bientales internacionales. Estas últimas, estipulan niveles
máximos permisibles de descarga de PT entre 1 y 5 mg/
L. En el caso específico de México, la normatividad na-
cional vigente aplicable es la Norma Oficial Mexicana
NOM-001-SEMARNAT-1996, la que indica valores máxi-
mos permitidos de PT de 5 mg/L, como promedio men-
sual y de 10 mg/L como promedio diario, susceptibles de
ser descargados en ríos, destinados a la protección de la
vida acuática y en embalses naturales y artificiales para
uso público urbano (Diario Oficial de la Federación 1997).
Una alternativa relativamente novedosa para el tratamiento
de aguas residuales domésticas la constituye el empleo de
humedales artificiales. Este tipo de tratamiento fue desa-
rrollado formalmente en la década de los años sesenta
por Seidel y Kickut bajo el nombre de método de zona de
la raíz (Brix 1994). No obstante, a través de los años si-
guientes se desarrollaron diversas variantes entre las que
se encuentran los humedales artificiales de flujo sub-su-
perficial (HAFS), los que han demostrado ventajas ope-
rantes frente a las otras variantes. Los HAFS son siste-
mas de tratamiento diseñados y construidos con base en
el funcionamiento de humedales naturales. Básicamente
están conformados por tres componentes: 1. el medio
filtrante o material de empaque, 2. plantas vasculares
emergentes y 3. los microorganismos que se desarrollan
en el medio filtrante y en las raíces y rizomas de las plan-
tas vasculares (
Fig.1
). Desde el punto de vista operante,
consisten en hacer pasar el agua residual a tratar, prefe-
rentemente con bajo contenido en sólidos, por un medio
de soporte, o lecho, conformado con material filtrante que
REMOCIÓN DE FÓSFORO EN HUMEDALES ARTIFICIALES
33
permite el crecimiento de plantas vasculares y la proli-
feración de microorganismos depuradores (Brix 1997,
Lin
et al.
2002). Por medio de la interacción de estos
componentes es como se lleva a cabo la remoción de la
materia orgánica disuelta, nutrimentos y microorganismos
(Tanner
et al.
1995). Específicamente, la retención de P
se efectúa principalmente por vía de la precipitación y
adsorción en el medio de soporte, que es poco
significativa si las características de éste no son de tipo
mineral, conformadas por sustancias reactivas al P, o
bien, si dichas sustancias se agotan por el tiempo de
actividad del sistema (Johansson 1997). Actualmente, los
HAFS existentes en diferentes partes del mundo logran
remover un máximo de 50 % de PT presente en el agua
residual sometida a tratamiento (Drizo
et al
. 1997, Kadlec
1999, Richardson y Qian 1999) De ese porcentaje, de 6
a 15 % es atribuible a las plantas vasculares (Brix 1997,
Suzuki
et al.
1998) y de 75 a 90 % al medio de soporte
(Drizo
et al.
1997, Kadlec 1999). En cuanto a los
microorganismos, el porcentaje de remoción de PT de
acuerdo con Davies y Cottingham (1993) es menor a 5
%. Sin embargo, Hiley (1995) señala que debe
considerarse que por efecto de la actividad microbiana
anaerobia se libera P inorgánico al medio, incrementando
con ello su concentración hasta en 2 %.
Considerando la importancia de eliminar P en corrien-
tes de agua contaminada, así como la factibilidad de
emplear HAFS para dicha remoción y, finalmente, que
esa remoción se realiza en mayor porcentaje en el MF,
el presente trabajo se enfocó a evaluar la capacidad de
remover H
x
PO
4
n
empleando tres diferentes materiales,
susceptibles de ser utilizados como MF alternativos para
la construcción de HAFS.
METODOLOGÍA
Sistemas experimentales
El desarrollo experimental consistió en empacar 4
columnas de cloruro de polivinilo (PVC), con un arre-
glo estructural que estuvo en función de los gradientes
de tamaño de las partículas. Las principales caracte-
rísticas estructurales de las columnas experimentales
se aprecian en la
figura 2
. Considerando que el estu-
dio se enfocó a evaluar la capacidad de tres materiales
para remover ortofosfatos, la sección de la columna
experimental correspondiente al soporte o MF, fue
empacada con su respectivo material de prueba. Los
materiales empleados fueron agregados minerales de-
nominados CAS, PIECA y EVOL, incluyendo gravilla
como material de referencia o testigo, ya que es el que
comúnmente se usa como MF en la construcción de
HAFS. La composición de estos materiales, en cuanto
a contenido de Fe, Ca, Al y P, fue también objeto de
este estudio. El contenido de MF en las columnas fue
el siguiente: Columna 1 CAS, columna 2 PIECA, co-
lumna 3 EVOL y columna 4 gravilla. El arreglo de los
horizontes se efectuó de acuerdo con las normas esta-
blecidas para la distribución del lecho en HAFS (
EC/
EWPCA 1990,
Nguyen
et al
. 1997). El intervalo de
tamaño de las partículas utilizadas como soporte prin-
cipal del MF fue de 0.5 a 1.0 mm.
Influente.
A partir de trata-
miento primario o
secundario
Efluente
Plantas vasculares
Soporte
Fig. 1.
Esquema de la estructura y componentes básicos de un HAFS
Base cerrada
Drenado 1
Drenado 2
Soporte
Drenado
superior
Alimentación
manual
Altura:
1000 mm
400
50
100
100
mm
mm
mm
mm
Diámetro
interno:
100 mm
Manguera
de salida,
diámetro interno:
4 mm
Nivel de agua
450 mm
60 mm
Fig. 2
. Arreglo general de cada columna
Condiciones de operación
El agua empleada para la alimentación de las colum-
nas experimentales se obtuvo de un solo lote, provenien-
te del efluente del sedimentador secundario de una plan-
ta de lodos activados, que trata aguas residuales de tipo
doméstico. Las características fisicoquímicas de este tipo
de agua fueron proporcionadas por la superintendencia
de la planta y se indican en la
tabla I
. Dicho lote se
esterilizó durante 15 minutos a 115 lb de presión y una
Microorganismos
Membrana de impermeabilización
V.M. Luna Pabello y H.F. Ramírez Carrillo
34
temperatura de 120 ºC, con el fin de evitar la participa-
ción de los microorganismos pre-existentes y, a conti-
nuación, se le adicionó bifosfato de potasio (KH
2
PO
4
)
en cantidad suficiente para incrementar a 22 mg/L el
contenido de H
x
PO
4
n
. El lote de agua experimental se
mantuvo en un cuarto frío a 7 ºC, retirando únicamente
el volumen de agua necesario para alimentar las colum-
nas, las que funcionaron con flujo descendente. La elec-
ción de esta concentración se hizo en función del valor
máximo obtenido en los efluentes de las plantas de trata-
miento secundario que actualmente operan en México,
cuyo intervalo se ubica entre 8 y 22 mg/L (CNA 1999).
La «alimentación manual» se efectuó por dosificación
intermitente, realizando por la parte superior de las co-
lumnas dos dosificaciones de 500 mL por día, equivalen-
te a una razón de carga hidráulica (RCH) de 127 mm
3
/
mm
2
por día; valor 10 veces superior a la carga propues-
ta por las normas de operación común de HAFS (Reddy
y D’Angelo 1997, Zhu
et al.
1997, Prystay y Lo 1998).
La prueba tuvo una duración de 6 semanas, lo que, de
acuerdo con la RCH alimentada, equivale a operar las
columnas por un periodo de aproximadamente 4 años si
se compara con un HAFS a escala real (Sikora
et al.
1997, Sakadevan y Bavor 1998, Tanner
et al.
1998).
Análisis fisicoquímicos
Se evaluaron una vez por semana, H
x
PO
4
n
,
alcalinidad y pH tanto en el influente, como en el efluente
de las columnas. Además, a cada uno de los medios
filtrantes se les determinó la conductividad hidráulica
(CH), antes del inicio y al final de la prueba, porosidad y
densidad relativa. Asimismo, en los cuatro medios
filtrantes se evaluaron, alcalinidad, conductividad eléc-
trica y composición en masa de fósforo, calcio, fierro y
aluminio, de acuerdo con los métodos normalizados ame-
ricanos (APHA 1998).
Análisis estadísticos
Los resultados obtenidos sobre la remoción de
H
x
PO
4
n
fueron sometidos a un análisis de varianza
mediante la prueba de Dunnett. En este caso, se esta-
bleció como hipótesis nula la igualdad de las medias
entre el testigo y cada uno de los tres tratamientos, a
un intervalo de confianza de 95 %. Asimismo, como
requisito estadístico para ejecutar dicho análisis, se lle-
varon a cabo, de manera previa, las pruebas de: a. in-
dependencia de los datos, tomando como referencia a
la prueba de
X
2
; b. varianzas de las poblaciones igua-
les, utilizando la prueba de Bartlett y c. poblaciones
con distribución normal, empleando la
X
2
(Montgomery
y Hines 1993, Mendenhall 1997).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los materiales utilizados muestran como compo-
nentes importantes los indicados en la
tabla II
. En el
caso de CAS y PIECA los análisis practicados mues-
tran que se trata de mezclas de materiales minerales
que presentan carbonato de calcio, óxidos de fierro y
aluminio. Cabe señalar que al ser dichas sustancias
ampliamente reactivas con H
x
PO
4
n
, generan comple-
jos muy insolubles y de mayor densidad que el agua,
por lo cual se precipitan al fondo del lecho de las co-
lumnas, reduciendo de este modo el contenido de
H
x
PO
4
n
presente en el agua. De manera particular,
en el caso del la columna 3 (EVOL), a pesar de con-
tener concentraciones apreciables de hierro, que tie-
ne una afinidad química alta con H
x
PO
4
n
, sólo se ob-
servó una remoción inicial máxima de 60 %, disminu-
Parámetro
Unidad
Valores
Valores
empleados
registrados,
para la prueba
medidos
mensualmente
durante
el periodo julio a
diciembre de 2001
Potencial de hidrógeno pH
7.16
7.46 ±
1.20
Nitrógeno Total
mg/L
17.32
19.52 ± 12.22
DBO
5
mg/L
18
22
± 14.20
DQO
mg/L
23
21
± 18.20
SST
mg/L
16
19
± 18.00
Sólidos sedimentables
mL/L
0.12
0.22 ±
0.05
Grasas y aceites
mg/L
1.25
1.14 ±
1.10
Unidades formadoras
de colonias
UFC/mL
16
22
±
6.10
Huevos de helmintos
HH/L
5<
5<
TABLA I
. VALORES PROMEDIO DE LOS PRINCIPALES
PARÁMETROS
DEL
AGUA
RESIDUAL
PRETRATADA EMPLEADA COMO INFLUENTE
EN LAS COLUMNAS EXPERIMENTALES
Material
pH
Alcalinidad
P (mg/g)
Fe (mg/g)
Ca (mg/g) Al (mg/g)
Conductividad
(unidades)
(mg CaCO
3
/L)
eléctrica (ìS/cm)
PIECA
10.98
334.41
< 0.01
2.11
324
2.23
2826
CAS
9.12
282.23
< 0.01
7.18
233
19.23
2150
EVOL
5.20
11.12
< 0.01
43.56
0.82
2.57
3180
Gravilla
7.69
24.28
< 0.01
2.89
13.50
45.23
1612
TABLA II
. PARÁMETROS RELEVANTES
DE LOS MEDIOS FILTRANTES EMPLEADOS
REMOCIÓN DE FÓSFORO EN HUMEDALES ARTIFICIALES
35
yendo de manera progresiva a 44 %, al final del estu-
dio. Por esta razón, se establece que EVOL puede
considerarse como un material de capacidad limitada
para la remoción de H
x
PO
4
n
.
Los resultados experimentales de las pruebas pue-
den observarse en la
figura 3
, en la que se aprecia que
al término de la misma, las columnas 1 y 2, con los mate-
riales CAS y PIECA, respectivamente, presentaron una
capacidad de remoción de H
x
PO
4
n
superior a 90 %. En
ambos casos, esta capacidad no decreció a lo largo del
periodo experimental.
En lo que respecta a la alcalinidad (
Fig. 4
), en la
columna 2 (PIECA) se presentó el incremento mayor
en este parámetro, como resultado de su elevada con-
centración de carbonatos (
Tabla II
); en tanto que en
la columna 1 (CAS) no hubo modificación sustancial
de este parámetro (menos del 5 %). En cuanto a la
columna 3 (EVOL), el valor de alcalinidad se redujo
ligeramente.
Con relación al pH, las columnas con PIECA y con
CAS, aumentaron aproximadamente 1.5 unidades, dando
un valor promedio en el efluente de 8.8 y 9.1 unidades,
respectivamente, que se encuentra dentro del intervalo
aceptable de descarga (Diario Oficial de la Federación
1997). Posiblemente el efecto de alcalinización del agua
filtrada se debió a que ambos materiales tienen cantida-
des apreciables de carbonatos que al disociarse libera-
ron calcio, lo que confiere al agua la característica alcalina
detectada (
Fig. 5
). Referente a los materiales EVOL y
GRA, puede decirse que no propiciaron una modifica-
ción apreciable del pH del agua.
Con relación a la conductividad hidráulica (CH), los
tres materiales de soporte evaluados presentaron valo-
res acordes con los recomendados para ser utilizados
en HAFS (
Tabla III
), los que pueden variar entre 1x10
-
4
y 1x10
-6
m
3
/m
2
s (Kadlec 1999
, EC/EWPCA, 1990
).
EVOL presentó el valor más bajo de CH, mientras que
PIECA tuvo el valor más alto. Esta situación se apre-
ció tanto al inicio como al final de la prueba. Los resul-
tados sugieren que no hubo azolvamiento derivado de
la remoción de H
x
PO
4
n
; asimismo, debe recordarse que
el agua utilizada como influente tuvo concentraciones
Tiempo (semanas)
0123
456
10
pH
Fig. 4.
Variación
del valor de pH en cada columna a lo largo del experimento
0
Columna
(CAS
Columna 2
(PIEC
Columna 3
(EVO
Columna
(testigo
Columna 1
(CAS)
Columna 2
(PIECA)
Columna 3
(EVOL)
Columna 4
(testigo)
Tiempo (semanas)
Columna 1
(CAS)
Columna 2
(PIECA)
Columna 3
(EVOL)
Columna 4
(testigo)
123456
100
90
80
70
60
50
40
30
Remoción de H
x
PO
4n
(%)
Columna 1
(CAS)
Columna 2
(PIECA)
Columna 3
(EVOL)
Fig. 3.
Variación del porcentaje de remoción de ortofosfatos ( H
x
PO
4
n
) para cada columna
Columna 4
(testigo)
V.M. Luna Pabello y H.F. Ramírez Carrillo
36
bajas de sólidos suspendidos, lo que tampoco contri-
buyó a la aparición de sedimentos en las columnas
(
Tabla I
). En cuanto a su densidad, los materiales pre-
sentaron un valor superior a 1.5 g/mL. Es importante
destacar que en los HAFS, es deseable que existan
concentraciones superiores a dicho valor con el fin de
evitar que, por efecto de la presión del fluido, las par-
tículas tiendan a sufrir desarreglos en los horizontes
que conforman. Con relación a la porosidad, en los
HAFS los materiales deben contar con un valor supe-
rior a 0.3 % (Richardson y Craft 1993
,
Johansson
1997). Como se observa en la
tabla
III
, los tres ma-
teriales experimentales evaluados superaron este va-
lor.
De acuerdo con los análisis de composición realiza-
dos, presentados en la
tabla II
, a ninguno de los mate-
riales se les detectó P, por lo que se descarta un posible
aporte por parte de los mismos. Particularmente, el CAS
mostró una composición de Al, Fe y Ca, lo que le con-
fiere un particular interés, debido a que los mismos
interaccionan con el H
x
PO
4
n
y facilitan la eliminación
de P en el agua bajo tratamiento al formar compuestos
insolubles. Esta ventaja puede hacer de este material
un medio prometedor para su empleo en aguas
residuales que presenten variaciones importantes de pH.
En este sentido, si el agua a tratar tiene valores meno-
res a 6 unidades de pH, la interacción del H
x
PO
4
n
se
llevará a cabo principalmente con el Fe, mientras que
si el valor de pH oscila entre 6 y 8, el P se unirá con el
Al. Finalmente, si existen valores mayores a 8 unida-
des, entonces el P reaccionará con el Ca. Sin embargo,
cabe señalar que para el buen funcionamiento del CAS
deben evitarse variaciones inadecuadas en la composi-
ción de los minerales que intervienen en su conforma-
ción.
Los resultados obtenidos, respecto a las propieda-
des físicas y de composición, hacen que para fines de
selección entre los tres materiales estudiados, PIECA
y CAS sean medios filtrantes de amplio potencial para
su implementación en HAFS. En este sentido, si bien
las pruebas experimentales realizadas en las columnas,
durante un periodo de operación de seis semanas, re-
presentan un tiempo relativamente corto de experimen-
tación, es necesario considerar que debido a las condi-
ciones de operación a las que fueron sometidas (RCHS,
concentración de fósforo, diseño de las columnas, etc),
tienen una equivalencia funcional de aproximadamente
4 años.
Material experimental
Testigo
Columna
1
2
3
4
Material
CAS
PIECA
EVOL
Gravilla
Conductividad hidráulica
antes de la prueba (m
3
/m
2
s)
7.12x10
-5
5.19x10
-4
1.39x10
-6
5.45x10
-4
Conductividad hidráulica
al final de la prueba (m
3
/m
2
s)
4.15x10
-5
9.21x10
-4
8.89x10
-5
3.11x10
-4
Porosidad (%)
0.46
0.44
0.49
0.45
Densidad relativa (g/mL)
2.35
2.46
1.76
2.42
TABLA III
. RELACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS CUA-
TRO MEDIOS FILTRANTES
Fig. 5.
Variación de los valores de alcalinidad para cada columna a lo largo del
experimento
Columna 1
(CAS)
Columna 2
(PIECA)
Columna 3
(EVOL)
Columna 4
(testigo)
30
25
20
15
10
Alcalinidad (mg CaCO
3
/L)
Columna 1
(CAS)
Columna 2
(PIECA)
Columna 3
(EVOL)
Columna 4
(testigo)
REMOCIÓN DE FÓSFORO EN HUMEDALES ARTIFICIALES
37
Finalmente, desde el punto de vista estadístico, la
prueba experimental realizada para evaluar la remo-
ción de H
x
PO
4
n
, cumplió con los requisitos de: a. inde-
pendencia de los datos
(
χ
2
calculada
= 1.052 <
χ
2
0.95, 2
=
5.991), b. varianzas de las poblaciones iguales (
χ
2
calcula-
da
= 5.7633 <
χ
2
0.95, 3
= 7.815) y c. poblaciones con
distribución normal (
χ
2
calculada
= -13.6276 <
2
0.95, 2
=
5.991). De acuerdo con el análisis, derivado de la prue-
ba de Dunnett, las columnas 1 y 2 (empacadas con CAS
y PIECA, respectivamente) presentaron una diferencia
significativa similar, d
i
, al ser comparadas con la colum-
na 4 (testigo), empacada con GRA, (22.7023 y 22.6239,
respectivamente), mientras que la que contuvo EVOL,
columna 3, mostró apenas una d
i
ligeramente superior,
3.9933, a la propuesta teórica, D
0.025
(3, 20) = 2.54. Por
lo tanto, se rechazó la hipótesis nula (igualdad de las
medias entre el testigo y cada uno de los tres tratamien-
tos), como resultado de que los tres tratamientos fueron
significativamente diferentes del testigo, a un intervalo
de confianza de 95 %. Este análisis confirmó que los
materiales CAS y PIECA fueron los que presentaron la
mayor capacidad de remoción de H
x
PO
4
n
cuando se
compararon con la gravilla como material testigo o de
referencia.
CONCLUSIONES
Las pruebas realizadas en las columnas experimen-
tales durante un periodo de operación de seis semanas,
equivalente a 4 años, permitieron determinar que la
conductividad hidráulica promedio, para los tres mate-
riales evaluados y el testigo, estuvieron dentro del inter-
valo recomendado para HAFS, por lo cual pueden ser
empleados para tal fin.
Las columnas empacadas con CAS y PIECA remo-
vieron más de 90 % del contenido inicial de H
x
PO
4
n
pre-
sente en el agua residual enriquecida con bifosfato de
potasio a 22 mg/L. Lo anterior permite cumplir con la
NOM-001-SEMARNAT-1996, cuyos límites máximos
permitidos de PT, susceptibles de ser descargados en
ríos destinados a la protección de la vida acuática y en
embalses naturales y artificiales destinados al uso públi-
co urbano, son de 5 mg/L, como promedio mensual y de
10 mg/L como promedio diario. La columna empacada
con EVOL presentó una capacidad de remoción de
H
x
PO
4
n
cercana a 44 % en promedio; porcentaje que
impide lograr concentraciones en el efluente menores a
los niveles máximos permitidos antes citados.
Las columnas empacadas con CAS y PIECA
incrementaron el pH de 7.6 a 8.8 y 9.1 unidades, respec-
tivamente. En el caso de EVOL y GRA el pH sólo se
alcalinizó ligeramente, no obstante, en todos los casos,
los valores de pH se mantuvieron dentro de un intervalo
aceptado por la normatividad.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue realizado con fondos del PAIP 5290-
12 del año 2001 y 2002 otorgado por la Facultad de Quí-
mica de la UNAM. Se agradece al CONACyT la beca
otorgada a Héctor Faustino Ramírez Carrillo para la rea-
lización de sus estudios de maestría en Ingeniería Am-
biental. Se agradece ampliamente el apoyo académico
brindado por el B.S. Winfried Benedikt Ksoll y por la M.
en I. Ana Elisa Silva Martínez, así como por parte del
personal del Laboratorio del Posgrado en Ingeniería de
la UNAM.
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