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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambie. 30 (3) 275-283, 2014
EVALUACIÓN DE UN HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL EN EL
TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES GENERADAS EN LA INSTITUCIÓN
UNIVERSITARIA COLEGIO MAYOR DE ANTIOQUIA, COLOMBIA
Juan Carlos BEDOYA PÉREZ
1
*, Alba Nelly ARDILA ARIAS
2
y Julina REYES CALLE
2
1
Grupo de Investigación en Biociencias (GIB), Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia
2
Grupo de Investigación en Química Básica y Aplicada (QUIBA). Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid
* Autor de correspondencia; juan.bedoya@colmayor.edu.co
(Recibido agosto 2013; aceptado junio 2014)
Palabras clave: agua residual, parámetros fsicoquímicos, parámetros microbiológicos,
Typha latifolia
,
Cyperus
papyrus
RESUMEN
En este artículo se presentan los resultados obtenidos en la implementación de un humedal
artifcial de Fujo subsuperfcial para el tratamiento de agua residual real generada por la
Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia (IUCMA). Se realizó una evalua-
ción comparativa de la efciencia de remoción de di±erentes parámetros fsicoquímicos y
microbiológicos: demanda bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno , sólidos
suspendidos totales , nitrógeno amoniacal, nitrógeno total, ±ós±oro, coli±ormes y algunos
metales como níquel y zinc en dos humedales independientes. Cada humedal caracterizado
por una macrófta di±erente (
Typha latifolia
y
Cyperus papyrus
). Con ambas macróftas se
logró un eFuente con niveles in±eriores de todos los parámetros analizados con respecto a
los valores obtenidos en la caracterización inicial del agua residual original de la IUCMA.
Sin embargo, la especie
T
.
latifolia
mostró un mejor rendimiento que la especie
C
.
papyrus
en términos de la calidad de agua obtenida en el eFuente al fnalizar el tratamiento.
Key words: subsur±ace Fow, wastewater, physicochemical parameters, microbiological parameters,
Typha
latifolia
,
Cyperus papyrus
ABSTRACT
The results obtained ±rom the implementation o± a subsur±ace Fow constructed wet
-
land (SSFCW) at the Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquía (IUCMA)
campus ±or wastewater treatment are presented in this article. ²or that purpose, two
independent wetlands were constructed. Each one was characterized by di±±erent
macrophytes (
Typha latifolia
and
Cyperus papyrus
). Di±±erent physicochemical and
microbiological parameters, including biochemical oxygen demand, chemical oxygen
demand, total suspended solids, ammonia nitrogen, total nitrogen, phosphorus, coli±orms
and some metals such as nickel and zinc were measured and compared. With both
macrophytes an e±Fuent with lower levels o± all parameters analyzed with respect to
the values obtained in the initial wastewater characterization was achieved. However,
the species
T. latifolia
showed better per±ormance than
C. papyrus
in terms o± e±Fuent
water quality obtained a±ter the treatment.
J.C. Bedoya Pérez
et al.
276
INTRODUCCIÓN
En Colombia se generan más de 4.5 millones de m
3
mensuales de aguas residuales en actividades domés-
ticas, agropecuarias e industriales (PNUMA 2001).
Según el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Soste-
nible de este país, cerca del 90 % de estas aguas son
vertidas directamente en los ríos, convirtiéndose en la
principal fuente de contaminación de aguas superFcia
-
les (MAVDT 2004, MAVDT 2010b). Asimismo, en
el país se generan diariamente unas 30 000 toneladas
de residuos sólidos de los cuales sólo un 30 % se dis-
ponen adecuadamente y gran parte del 70 % restante
terminan siendo descargados en los cuerpos de agua
superFciales, con lo que se incrementa la problemáti
-
ca nacional (Ojeda y Arias 2000). A pesar de ello, en
Colombia sólo existen 237 plantas de tratamiento de
aguas residuales (PTAR). Sin embargo, al igual que en
el caso de los residuos sólidos, el número real de PTAR
en buen estado es desconocido y se estima la necesidad
de construir unas 900 unidades adicionales para el tra-
tamiento de la mínima cantidad de residuos generados
(MAVDT 2002).
En general, las aguas residuales generadas en acti-
vidades humanas poseen una alta carga de sustancias
tóxicas, sedimentos y materiales orgánicos e inor-
gánicos que son altamente demandantes de oxígeno
y estimulan el crecimiento de plantas y microorga-
nismos patógenos que en conjunto contaminan las
fuentes hídricas y atentan contra la salud pública y la
sostenibilidad de la sociedad (UNESCO 2003). Por
tal motivo, a nivel mundial se ha visto la necesidad
de implementar técnicas de tratamiento que incluyan
procesos físicos, químicos y biológicos. El objetivo
es reducir la carga de contaminantes contenida en las
aguas residuales e, idealmente, recuperarlas, reciclar-
las y reutilizarlas antes de verterlas directamente en
cuerpos de aguas superFciales (Saeed y Sun 2012,
Vymazal 2013).
En las últimas décadas diversos estudios realiza-
dos alrededor del mundo se han centrado en el desa-
rrollo de sistemas de tratamiento que sean eFcientes
en la remoción o transformación de contaminantes
y que además sean viables en términos económicos,
técnicos y sociales. Producto de esta dinámica, en la
actualidad existen diferentes métodos para el trata
-
miento de aguas residuales, entre los que los humeda-
les artiFciales de ±ujo subsuperFcial (H²SS, por sus
siglas en inglés), sobresalen como un método eFcaz
y económico para el tratamiento de diferentes tipos
de e±uentes (Lamchaturapatr
et al.
2007). A pesar de
que los HFSS han sido ampliamente utilizados y
desarrollados en diferentes regiones del mundo, en
Colombia –donde cerca de un 50 % de los sistemas de
tratamiento corresponden a lagunas de estabilización
(MAVDT 2010b)– es un campo desconocido, poco
apreciado y prácticamente inutilizado.
Con la información anterior y por el hecho de
que la mayoría de las investigaciones reportadas en
la literatura resaltan la aplicabilidad y viabilidad de
utilizar estos sistemas para el tratamiento de aguas
residuales, se realizó un estudio a escala laboratorio
sobre la eFciencia de remoción de carga contami
-
nante presente en agua residual real generada en la
Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia
(IUCMA), por medio de esta modalidad de trata-
miento de residuos.
MATERIALES Y MÉTODOS
Caracterización fsicoquímica y microbiológica
del agua residual original
Jornada de premuestreo
. Con el objetivo de obtener
una muestra representativa del agua residual, durante
un periodo de dos semanas y en el horario compren-
dido entre las 6 y las 22 h (horario de actividades
académicas), se realizaron jornadas de premuestreos.
La Fnalidad de ellos fue estimar ±ujos volumétricos
medios
del agua residual descargada por la institución
al sistema de alcantarillado municipal. Estos datos
permitieron determinar en qué día de la semana y en
qué horarios debería realizarse el muestreo para la
caracterización inicial.
Jornada de aforo y muestreo
. Para la obtención de
la muestra compuesta se realizó el siguiente proce-
dimiento:
Cada hora entre las 6 y las 18 h se estimó el
caudal instantáneo (
Q
i
) del agua residual, así
como parámetros Fsicoquímicos (temperatu
-
ra, pH, color, turbiedad, oxígeno disuelto y
conductividad), que fueron medidos
in situ
.
Al Fnal de la jornada se calculó el caudal
promedio del e±uente utilizando el método
volumétrico (ecuación 1).
Q
i
T
i
Q
P
T
i
=
(1)
Donde:
Q
p
= Caudal promedio (L/s)
T
i
= Tiempo entre cada muestra (s)
Q
i
= Caudal instantáneo (L/s)
EVAL. H.A.F.S.S. TRATAM. AGUAS RESID. GENER. I.U.C.M.A.
277
Por medio de la ecuación 2, se determinó el
volumen que debería mezclarse de cada una
de las 13 muestras para obtener un volumen
fnal de 2 L.
()
()
×
Q
i
V
V
i
Q
p
n
=
×
(2)
Donde:
V
i
= Volumen de cada alícuota
V
= Volumen total a componer (2 L)
n
= Número de muestras tomadas (13)
Todas las muestras Fueron conservadas y vigiladas
de manera adecuada para garantizar la integridad y la
cadena de custodia de las mismas. Es decir, antes de
recolectar cada muestra, cada recipiente se purgó dos
o tres veces con la misma agua hasta 1/3 de su capaci-
dad, a excepción de las muestras que se tomaron para
realizar el análisis bacteriológico o los recipientes que
contenían preservativos
(ácido sulFúrico
o ácido nítri-
co). Inmediatamente después de tomar la muestra, cada
recipiente se tapó y se conservó a una temperatura de
aproximadamente 4 ºC hasta el momento del análisis.
La cadena de custodia permitió hacer un control y
seguimiento de las condiciones de recolección de la
muestra, preservación, codifcación, transporte y aná
-
lisis, lo cual Fue esencial para asegurar su integridad,
desde la recolección hasta el reporte de los resultados.
La toma de muestras y los tiempos máximos
para los análisis del agua residual se realizaron de
acuerdo con las normas establecidas en la
Guía para
el monitoreo de vertimientos, aguas superfciales y
subterráneas
del Instituto de Hidrología, Meteoro-
logía y Estudios Ambientales (IDEAM 2002) y con
los procedimientos estándares establecidos por el
Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certif
-
cación (ICONTEC) en la norma NTC-ISO 5667-10
(ICONTEC
1995). Cada muestra se identifcó con la
inFormación necesaria, se rotuló y se llevó al labora
-
torio para su respectivo análisis.
Los equipos usados para la medición de los pará-
metros
in situ
Fueron: colorímetro (Hanna HI 93727),
turbidímetro (Hanna LP 2000-11), conductivímetro
(Hanna EC 214, Electrodo HI 76303), pH-metro
(Thermo Scientifc, OrionStar, Serie BI9092) y sen
-
sor de oxígeno disuelto (Hanna HI 2400, sonda HI
76407/2). La demanda química de oxígeno (DQO) se
determinó utilizando un equipo estándar para espec-
troFotómetro (Macherey y Nagel, Nanocolor 500D).
Una vez obtenida la muestra compuesta del
agua residual original, se caracterizó, por medio de
parámetros fsicoquímicos y microbiológicos
ex situ
como: acidez, demanda química de oxígeno (DQO),
demanda bioquímica de oxígeno (DBO
5
), carbono
orgánico total (COT), FósForo, cloruros, nitritos, nitró
-
geno amoniacal, nitrógeno total, sólidos suspendidos
totales (SST), coliFormes totales, coliFormes Fecales,
arsénico, cadmio, cobre, cromo, mercurio, níquel,
plomo y zinc. El análisis se realizó en un laboratorio
acreditado de la ciudad de Medellín, siguiendo los
protocolos presentados en los métodos normalizados
y establecidos en las más recientes ediciones de los
métodos estándar para el análisis de agua y agua resi-
dual de la asociación de salud pública norteamericana
(APHA, por sus siglas en inglés), de la asociación
norteamericana de servicios del agua (AWWA, por sus
siglas en inglés) ), y de la Federación para el control
de la contaminación del agua (WPCF, por sus siglas
en inglés) para el caso particular de aguas residuales.
Adaptación y puesta en marcha del humedal a
escala de laboratorio
Características del humedal.
El HFSS consistió
en un tanque trapezoidal de acrílico de 1.1 m de largo,
0.4 m de base menor, 0.6 m de base mayor y 0.6 m
de proFundidad con una inclinación del 1 % (
Fig. 1
).
Estas dimensiones Fueron determinadas con base en
las recomendaciones que se establecen en el manual
para el tratamiento de aguas residuales municipales
(EPA 2000).
En cuanto al material de soporte, diversos in-
vestigadores han estudiado el eFecto que presenta
el tipo de sustrato utilizado sobre el rendimiento
del humedal, pero en limitadas ocasiones se ha
encontrado un eFecto signifcativo de este paráme
-
tro sobre el proceso global de remoción de carga
contaminante en humedales artifciales (Chan
et
al.
2008, Bialowiec
et al.
2011, Saeed y Sun 2012,
Fig. 1.
Esquema general del humedal artifcial de ±ujo sub-
superFicial. 1, zona de distribución llena con rocas
grandes; 2, zona de tratamiento; 3, medio de fltración
con grava; 4, vegetación; 5, nivel de agua; 6, zona de
colección; 7, tanque de alimentación (tomado y modif
-
cado de Vymazal 2005)
4
5
1
7
Afluente
2
3
Efluente
6
J.C. Bedoya Pérez
et al.
278
Tee
et al.
2012, Arroyo
et al.
2013, Haibo
et al.
2013). Teniendo en cuenta esta observación,
únicamente se utilizó grava como sustrato con diá-
metros comprendidos entre 5 y 20 mm.
Por otra parte, la efciencia de remoción y el éxito
de implementar un humedal están determinados en
gran medida por el tipo de macróftas utilizadas.
Así, las macróFitas de mayor uso en humedales
artifciales de ±ujo subsuperfcial han sido los gé
-
neros
Phragmites
,
Scirpus
y
Typha
, los cuales son
de amplia distribución biogeográfca o cosmopolita
(Shutes 2001, Saeed y Sun 2012). En este trabajo
se utilizaron las especies
Typha latifolia
y
Cyperus
papirus
, por ser macróftas propias de la región que
se encuentran adaptadas a las condiciones climáticas
del lugar de estudio.
De acuerdo con lo anterior, se construyeron dos
humedales idénticos y se plantó una macrófta diFe
-
rente en cada uno, con el fn de comparar la efciencia
en la remoción de los parámetros fsicoquímicos y
microbiológicos con cada macrófta. Las plantas
Fueron adquiridas en el jardín botánico “Joaquín
Antonio Uribe” de la ciudad de Medellín y después
de ser colectadas Fueron sometidas a un periodo de
adaptación.
Periodo de adaptación.
Inicialmente los humeda-
les Fueron alimentados con agua potable (
ICONTEC
1994), posteriormente con una mezcla entre agua po-
table y agua residual en proporción 1:1 y fnalmente
con 100 % de agua residual. Cada una de estas Fases
se realizó por un periodo de 15 días. Para el trata-
miento de datos se hizo un análisis de varianza con
una prueba de comparación entre medias (prueba de
Duncan) con el paquete Statgraphics Centurion XV.
Estimación de tiempos de retención hidráulicos
(TRH).
Al fnalizar la Fase de adaptación se descargó
por completo cada humedal y luego, en diFerentes
tiempos y de Forma independiente, cada uno se re
-
cargó nuevamente con agua residual con una carga
orgánica inicial de 305.4 mg/L de DQO para el caso
del humedal con
T. latifolia
y 293.2 mg/L para el
humedal con
C. papirus
. Los humedales Fueron
alimentados con un caudal aproximado de 15 L/día,
equivalente a un TRH teórico de nueve días, tiempo
recomendado para obtener resultados satisFactorios
en humedales que utilizan
T
.
latifolia
(Tejeda 2010).
El control de ±ujo se hizo de Forma manual al regular
el nivel de agua residual en el tanque alimentador
(
Fig. 1
). Cada 24 h y durante diez días se tomaron
muestras del e±uente y se evaluó el porcentaje de
remoción de DQO.
Tratamiento de las aguas residuales usando el
HFSS
Dado que en la IUCMA no existe un sistema de
tratamiento primario para las aguas residuales, se
instaló un tanque de almacenamiento previo al HFSS
simulando las características de una Fosa séptica para
permitir la sedimentación parcial de los sólidos y los
procesos de digestión propios de estos sistemas. El
propósito de este tanque de almacenamiento Fue evi
-
tar la obstrucción del humedal con partículas sólidas
grandes contenidas en el agua residual.
Para el proceso de tratamiento del agua residual,
los dos humedales se alimentaron simultáneamente
con el mismo a±uente, el cual se dividió en dos co
-
rrientes (una para cada humedal).
Para evaluar la efciencia de los humedales en la
remoción de carga contaminante basada en DQO,
COT y SST, se realizaron muestreos y análisis de los
mismos por un espacio de tres meses. Otros paráme-
tros Físicos, químicos y microbiológicos defnidos en
el
cuadro I
Fueron evaluados únicamente en la última
semana de muestreo.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización fsicoquímica y microbiológica
del agua residual original
Los datos tomados durante las jornadas de pre-
muestreo permitieron determinar que el miércoles
correspondía al día con mayor a±uencia estudiantil y
por lo tanto a la mayor generación de agua residual.
Lo anterior se re±ejó en un ±ujo volumétrico continuo
y características fsicoquímicas similares, especial
-
mente entre las 8:00 y las 18:00 h. En la
fgura 2
se muestran los resultados obtenidos durante la
jornada de premuestreo seleccionada. Aunque estos
valores no pueden tomarse como reFerencia para to
-
dos los días durante el tratamiento, sí representan el
comportamiento general de la descarga diaria de las
aguas residuales generadas por la IUCMA al sistema
de alcantarillado.
Al analizar horarios consecutivos, en general
las descargas en horas pares superan a las de horas
impares (tercera columna) dado que corresponden
a periodos de cambio de clase. En estos periodos
los alumnos y los docentes hacen un mayor uso de
lavamanos y sanitarios. Asimismo, se encontró que
los mayores ±ujos volumétricos están comprendi
-
dos entre las 8:00 y las 18:00 h por ser horarios
con un mayor número de clases en esta institución.
En
la misma
fgura 1
se muestran, para este caso
particular, los volúmenes que Fueron tomados de
EVAL. H.A.F.S.S. TRATAM. AGUAS RESID. GENER. I.U.C.M.A.
279
cada alícuota para completar los 2 L de muestra
compuesta de acuerdo con las ecuaciones 1 y 2.
Las características físicas, químicas y microbio
-
lógicas medidas
in situ
y
ex situ
en el agua residual
original, se muestran en el
cuadro I
. De acuerdo
con la normatividad ambiental colombiana, las
aguas residuales generadas en la IUCMA son
catalogadas como aguas de origen doméstico (De-
creto 3930 de 2010) y se encuentran en la categoría
mundial de aguas residuales municipales (Vymazal
2007). Sin embargo, parámetros como DBO
5
, fós
-
foro total, nitrógeno amoniacal y nitrógeno total
se encuentran por encima de los valores máximos
permitidos para el vertimiento de aguas residuales
en sistemas de alcantarillado y aguas superFciales
(200, 10, 5 y 20 ppm respectivamente; MAVDT
2010b). Lo cual indica la necesidad de implementar
un sistema de tratamiento previo a la descarga.
La relación DBO
5
/DQO permite determinar qué
cantidad de la DQO (materia orgánica e inorgánica
contenida en una muestra) de un vertido es suscep-
tible de ser depurada por los microorganismos en
cinco días (DBO
5
) y por tanto el carácter de bio-
degradabilidad de los diferentes vertimientos. Así,
de acuerdo con el
cuadro II
, cuando la relación
DBO
5
/DQO es menor a 0.3, el vertimiento es no
biodegradable, valores entre 0.3 y 0.7 lo hacen poco
biodegradable, mientras que valores superiores a
CUADRO I.
CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL GENERADA EN LA INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA COLEGIO
MAYOR DE ANTIOQUIA Y ANÁLISIS FINAL DE LOS EFLUENTES OBTENIDOS PARA CADA ESPECIE
Parámetro
Unidad
Agua residual no
tratada
1
Agua tratada
(
T. latifolia
)
Agua tratada
(
C. papyrus
)
Límite
2
Método
Caudal
mL/s
331.8
Volumétrico
Temperatura
ºC
24
24
24
< 40ºC
Termómetro de Hg
pH
UdepH
8.7
7.09
6.87
5.0-9.0
pH-metro
Color
UPC
583
53
45
----
Colorímetro
Turbiedad
UNT
33
5.1
4.2
-----
Turbidímetro
Conductividad
µS/cm
852
NM
NM
----
Conductímetro
Oxígeno disuelto
% Sat.
3
37
NM
NM
----
Oxímetro
Acidez
ppm
ND
ND
16.3
-----
Titulométrico
DBO
5
ppm
255
42.8
43.5
200
Prueba DBO
5
DQO
ppm
326.9
150.7
170.4
400
Re±ujo cerrado
COT
ppm
213
64.9
134.5
-----
Kit COT
²ósforo
ppm
13.2
0.376
0.542
5
Ácido ascórbico
Cloruros
ppm
177.7
NM
NM
----
Titulométrico
Nitritos
ppm
0.0653
ND
ND
2
Colorimétrico
Nitrógeno amoniacal
ppm
54.9
23.7
37.5
10
Macro-Kjeldahl
Nitrógeno total
ppm
202.2
86.2
90.3
20
Macro-Kjeldahl
Sólidos suspendidos
ppm
67.0
3
40
200
Secados (103 - 105 ºC)
Sólidos totales
ppm
538
247
682.5
-----
Secados (103 - 105 ºC)
Coliformes totales
NMP/100mL
> 2400
430
1100
-----
NMP
Coliformes fecales
NMP/100mL
1100
16
150
-----
NMP
Arsénico
µg/L
< 0.05
< 0.05
< 0.05
-----
Espectrofotometría
de absorción atómica
Cadmio
ppm
< 0.0028
< 0.0028
< 0.0028
0.001
Cobre
ppm
0.0045
< 0.0045
< 0.0045
0.5
Cromo
ppm
0.0054
< 0.0054
< 0.0054
0.5
Mercurio
µg/L
0.431
0.033
0.031
1.0
Níquel
ppm
0.008
< 0.008
< 0.008
0.02
Plomo
ppm
0.013
< 0.013
< 0.013
0.03
Zinc
ppm
0.192
0.125
0.0716
0.2
1
Estos valores corresponden a promedios ponderados de los muestreos realizados de lunes a sábado entre las 6 a.m y las 9 p.m por un
periodo de dos semanas. En horas de la noche y los domingos el caudal no es signiFcativo. Las redes de agua de lluvia no convergen
con la red de tuberías para aguas residuales
2
Valores máximos permitidos para aguas residuales vertidas en aguas superFciales. (
MAVDT 2010a)
3
Basado en la máxima solubilidad de agua a 20 ºC (6.8 mg/L). ND: No detectado. NM: No medido
J.C. Bedoya Pérez
et al.
280
0.7 favorecen las condiciones de recuperación por
métodos biológicos (Ardila
et al.
2012). Según la
relación DBO
5
/DQO obtenida para el agua residual
original (0.78), se puede aFrmar que este e±uente
es de naturaleza biodegradable, es decir, la mayor
cantidad de la DQO (materia orgánica e inorgánica)
presente en el vertido se puede oxidar bioquímica-
mente. De esta forma, el presente vertido puede ser
reducido mediante la implementación de sistemas
biológicos de tratamiento de aguas residuales entre
los que precisamente se encuentran los humedales
artiFciales. Por lo tanto, este valor obtenido nos
permite asegurar una buena remoción de los con-
taminantes de naturaleza orgánica por el método
propuesto en el presente trabajo.
Adaptación y puesta en marcha del humedal a
escala de laboratorio
En el
cuadro III
se muestran los datos de
adaptabilidad y supervivencia de las especies uti-
lizadas. Aparentemente, los resultados indican una
mayor capacidad de supervivencia de la especie
C. papyrus
al estrés generado durante el periodo
de adaptación y puesta en marcha del humedal
(primeros dos meses). No obstante, durante el
periodo de montaje, ajuste e implementación de
los humedales no se presentaron diferencias sig
-
niFcativas entre ambas especies en términos del
número de plantas iniciales (P = 0.6945), número
de plantas muertas (P = 0.4486) y número de plan-
tas nuevas (P = 0.5109).
Sin embargo, la especie
T
.
latifolia
presentó un
mayor índice de crecimiento respecto a
C. papyrus
en términos de longitud y desarrollo de hojas durante
los tres meses posteriores. En ambos casos se vio la
necesidad de realizar podas al Fnalizar el quinto mes
para evitar la sobresaturación del sistema.
En la
fgura 3
se muestran los porcentajes de
remoción de DQO con cada macróFta durante el
periodo de estimación de los tiempos de retención
hidráulicos. En términos de la disminución de DQO
se lograron mejores rendimientos para un TRH
de nueve días para
T
.
latifolia
y de siete días para
0
12345678
9
Número de alícuota
10 11 12 13 14 15 16 17 18
100
200
300
400
500
600
700
800
Caudal instantáneo (L/s)
Volumen alícuota (mL)
Fig. 2.
Caudal de aguas residuales generadas en la Institución
Universitaria Colegio Mayor de Antioquia (línea sólida).
Volumen de alícuota tomada para obtener una muestra
compuesta de 2 L (línea punteada). Las alícuotas fueron
tomadas cada hora (6 a 21 h)
CUADRO II.
CRITERIOS DE BIODEGRADABILIDAD
SEGÚN LA RELACIÓN DBO
5
*
/DQO
**
(Ardila
et al.
2012)
DBO
5
/DQO
Carácter
> 0.8
Muy biodegradable
0.7 – 0.8
Biodegradable
0.3 – 0.7
Poco biodegradable
< 0.3
No biodegradable
*
Demanda bioquímica de oxígeno transcurridos cinco días de
reacción;
**
Demanda química de oxígeno
CUADRO III.
ADAPTABILIDAD Y SUPERVIVENCIA DE
LAS ESPECIES UTILIZADAS
Especie
Nº Organismos
Mes
1
2
3
4
5
Cyperus
papyrus
Iniciales
6
6
6
8
9
Muertos
0
1
0
0
1
Nuevos
0
1
2
1
2
Typha
latifolia
Iniciales
7
4
6
6
8
Muertos
3
0
1
0
0
Nuevos
0
2
1
2
3
0
20
40
60
80
100
0123456789
10
11
Remoción de DQO (%)
Tiempo (días)
Typha
Cyperus
Fig. 3.
Porcentaje de remoción de DQO con
Typha latifolia
y
Cyperus papirus
durante el periodo de estimación de los
TRH
EVAL. H.A.F.S.S. TRATAM. AGUAS RESID. GENER. I.U.C.M.A.
281
C. papirus
con porcentajes de remoción de DQO
del 79.4 % y 68.1 % respectivamente. En el caso
específco de
T
.
latifolia
se obtuvieron tiempos que
han sido recomendados por Tejeda (2010) para lograr
desempeños satisFactorios en humedales que utilizan
esta especie
.
De acuerdo con estos resultados la Fase
del tratamiento de aguas residuales se realizó con
±ujos volumétricos de 15 L/día para
T
.
latifolia
y de
19 L/día para
C
.
papirus
.
Tratamiento de las aguas residuales usando el
HFSS
En las
fguras
4
y
5
se muestra la variación en
el tiempo de la DQO, COT y SST de los humedales
para cada especie. Con ambos tipos de macrófta el
mayor porcentaje de remoción se observó durante los
primeros diez días de Funcionamiento del humedal,
tiempo adecuado para superar los tiempos de reten-
ción establecidos anteriormente.
Después de este periodo el valor promedio para
la DQO, COT y SST Fue de 144.7, 70.08 y 10.0 ppm
para el humedal con
T
.
latifolia
y de 199.3, 132.6
y 45.4 ppm para el humedal con
C. papyrus
. En
ambos casos se obtuvo un e±uente dentro de los
límites permisibles de vertimiento a aguas superf
-
ciales y a sistemas de alcantarillado, según la norma
colombiana vigente (MAVDT 2010b) (
Cuadro I
).
Las oscilaciones de estos parámetros en tiempos
posteriores al TRH (
Fig. 4
y
5
), probablemente se
deben a que el a±uente no siempre tenía las mismas
características iniciales por ser un agua residual real.
Además, es importante resaltar que durante el tercer
y cuarto mes hubo una mayor variación en el número
total de plantas presentes en cada humedal por eFec
-
tos de muerte y surgimiento de nuevos individuos,
lo cual pudo aFectar directamente el desempeño del
sistema de tratamiento.
De acuerdo con los valores obtenidos para los
parámetros fsicoquímicos y microbiológicos del
agua residual original, se puede decir que al fnal
del tratamiento se obtuvo un promedio de remoción
de DQO de 53.9 % con
T
.
latifolia
y de 47.9 % con
C. papyrus
. En términos de DBO
5
, el porcentaje de
remoción Fue casi similar con ambas especies (83.2
con
T
.
latifolia
y 82.9% con
C. papyrus
). De acuerdo
con la literatura (Axler 2000, Davison 2000, EPA
2000), la efciencia de los humedales con respecto a
la DBO
5
oscila entre el 20 y el 93 % con un promedio
de 70.9 %. Por lo anterior, se puede afrmar que con
ambas especies se obtuvo una remoción dentro del
rango esperado y por encima del promedio.
Por otro lado, se logró remover 69.5 % de COT
con
T. latifolia
y 36.8 % con
C. papyrus
. En cuanto
a los porcentajes de remoción de SST, se lograron
remociones de 95.5 % con
T. latifolia
y de 40.3 % con
C. papyrus
. Los altos niveles de remoción de FósForo
obtenidos con ambas macróftas (97.2 % con
T. latifolia
y 95.9 % con
C. papyrus
), demuestran la gran demanda
de nutrientes que tienen ambas especies. La remoción
de este elemento se puede dar por captación de las plan-
tas, por la adsorción al medio y por la sedimentación
Aunque los niveles de metales pesados presentes
en el agua residual original son bastante bajos, los
valores obtenidos en el agua residual después del
tratamiento son menores o iguales en todos los ca-
sos con las dos especies. De acuerdo con los datos
anteriores, se puede afrmar que durante los últimos
días de tratamiento se logró obtener un e±uente
más homogéneo con ambas especies. Lo que podría
estar relacionado con una mejor adaptación de las
plantas a su medio, así como de la comunidad de
microorganismos que Forman parte del humedal.
Con las dos macróftas se logró un e±uente cuyos
niveles en todos los parámetros analizados resultaron
DQO
SST
COT
0
20
40
60
80
100
0123456789
10
11
Concentración (ppm)
Tiempo (días)
Fig. 5.
Comportamiento de los parámetros DQO, COT y SST
durante el tratamiento con
Cyperus papyrus
Fig. 4.
Comportamiento de los parámetros DQO, COT y SST
durante el tratamiento con
Typha latifolia
DQO
COT
SST
0
20
40
60
80
100
0123456789
10
11
Concentración (ppm)
Tiempo (días)
J.C. Bedoya Pérez
et al.
282
inferiores a los valores obtenidos en la caracteriza
-
ción inicial del agua residual original de la IUCMA.
Sin embargo, la especie
T. latifolia
mostró un mejor
rendimiento que la especie
C. papyrus
en términos de
la calidad de agua obtenida en el eFuente al ±nalizar
el tratamiento (
Cuadro I
).
A pesar de lo anterior, con ninguna de las dos
especies se logró obtener un eFuente que cumpliera
con los niveles máximos de remoción establecidos
para el nitrógeno total y el nitrógeno amoniacal
en un vertimiento de aguas residuales hacia aguas
super±ciales o hacia un sistema de alcantarillado.
No obstante, al comparar los resultados ±nales con
las características del agua residual sin tratamiento
podría suponerse que se lograron disminuciones
considerables en estos parámetros.
Es posible que no se haya efectuado una remoción
efectiva del nitrógeno debido a la poca profundidad
del humedal, lo que impidió la formación de zonas
anóxicas y posiblemente anaeróbicas, con las que se
inhiben los procesos de nitri±cación y desnitri±cación.
Lo anterior indica la necesidad de realizar variaciones
en la construcción del humedal con el objetivo de lo-
grar mejores resultados en la disminución de nitrógeno
amoniacal y nitrógeno total por ser los parámetros que
más alejados se encuentran de la norma colombiana.
Diferentes estudios han mostrado la limitación
que tienen estos sistemas de tratamiento para lograr
disminuciones considerables en estos parámetros. En
estos trabajos se reportan reducciones que en promedio
oscilan entre el 40 y el 55 % para el nitrógeno total y
del 46 al 50 % para el nitrógeno amoniacal (Vymazal
2007, Yang
et al.
2008, Lieyu
et al.
2011). Entre las
estrategias que han sido utilizadas para reducir estas
formas de nitrógeno se encuentran, principalmente,
una variación en la profundidad del humedal, la
aireación del sistema (Yang
et al.
2008), el uso de
sustratos alternos (Tao y Wang 2009), la recirculación
de eFuentes (He
et al.
2008), el tratamiento con dife
-
rentes plantas acuáticas (Lamchaturapatr
et al.
2007) y
la construcción de sistemas híbridos (Vymazal 2013).
CONCLUSIONES
Los mayores niveles de remoción de DQO (70.4 %),
DBO
5
(96.7 %) y SST (81.4 %) presentes en el agua
residual de la IUCMA, se obtuvieron en el humedal
que contenía la especie
T. latifolia
.
Con ninguna de las macró±tas usadas se logró
obtener un eFuente que cumpliera con los niveles
máximos de remoción establecidos por la normativi-
dad colombiana para el nitrógeno total y el nitrógeno
amoniacal en un vertimiento de aguas residuales hacia
aguas super±ciales o hacia sistemas de alcantarillado.
Sin embargo, la comparación de los resultados
±nales con las características del agua residual sin
tratamiento evidencia disminuciones considerables
de estos parámetros.
Los resultados obtenidos en el presente trabajo
demuestran que es posible implementar la tecnolo-
gía de humedales arti±ciales subsuper±ciales para
el tratamiento de aguas residuales domésticas en
municipios de Medellín, de forma económica y am
-
bientalmente responsable.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a la Institución Educativa
Colegio Mayor de Antioquia por el ±nanciamiento
del presente proyecto de investigación.
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