Evaluación del postratamiento de aguas residuales municipales mediante la utilización de macrofitas como las lentejas de agua (lemma minor) en lagunas de estabilización

Evaluation of municipal wastewater pos-treatment using macrophytes as duckweed (Lemma minor) in stabilization ponds

Avaliação do pos-tratamento de efluentes municipais utilizando macrófitas como lentilha (Lema menor) em lagoas de estabilização

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El tratamiento de aguas residuales ha tenido una evolución significativa en la eliminación de contaminantes, dado que inicialmente se realiza solo la remoción de la DBO5 y SST, y luego avanzó en la reducción de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo (Rodríguez, 2009; Vinicius, 2015) y dentro de ello, se evidenciaron similitudes entre las cinéticas biológicas para materia orgánica, nitrificación y denitrificación, las cuales construyen consideraciones fundamentales y concisas para el proceso de dimensionamiento de sistemas de tratamiento de aguas residuales, y adema son una base sólida y explicativa de los procesos que tiene el convertir el sustrato en otro elemento o subproducto debido a la actividad biológica (Rodríguez, 2010).

Dentro de las posibilidades tecnológicas de eliminación de contaminantes, están los sistemas de lagunaje (lagunas de oxidación) de estabilización los cuales presentan buena remoción de DBO5 (entre el 80 al 90%) y SST (entre el 85% al 95%), pero en cuanto a los nutrientes como el nitrógeno presenta valores muy bajos (entre el 37 al 48%) y el fósforo (entre el 30 al 45%).

La baja eficiencia de los sistemas de lagunaje y para solucionar el problema de la carga orgánica que queda en el efluente luego de pasar por el sistema lagunar, es necesario diseñar y aplicar tecnologías limpias, económicamente viables, de fácil implementación y que utilicen materiales naturales (Gijzen & Ikramullah, 1999; Carvalho, 2011). Este es el caso de las llamadas lagunas de macrofitas, en las cuales se emplean plantas acuáticas como la lenteja de agua poseedoras de una gran capacidad de absorción de nutrientes, bioacumulación de contaminantes de las aguas, que cuentan con una alta productividad, una alta predominancia en condiciones naturales adversas; convirtiéndolas en una herramienta útil en el tratamiento de aguas residuales (Zirscky y Reed, 1988; Skillicorn et al., 1993; Oron, 1994). La investigación buscó determinar la viabilidad de la lenteja de agua como pos tratamiento de efluentes de lagunas de estabilización que tratan aguas residuales domésticas

La fase experimental de este estudio se realizó en los laboratorios de Ingeniería Ambiental y Sanitaria y en el Centro de Consultas Industriales CIDI de la Universidad Popular del Cesar. Se tomó como unidad experimental el efluente de las lagunas anaerobias del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales “El Salguero “en Valledupar-Cesar. Como unidad de observación se utilizaron cuatro recipientes plásticos de 14 L de capacidad con un área superficial de 987,5 cm2 y 14 cm de altura.

Muestreo. Para la experimentación de este trabajo se tomaron muestras del efluente de las lagunas anaerobia No 6 del SISTAR “El Salguero” del Municipio de Valledupar-Colombia. El cultivo del Duckweed fue tomado de un humedal localizado en la Finca Villa Bere, ubicada a 4 km del casco urbano de la ciudad de Valledupar vía a Patillal. Las frondas fueron lavadas para reducir la acumulación de algas y remover los tejidos de las plantas muertas o decaídas. El muestreo del agua durante el trabajo experimental se realizó en el periodo de 7:00 am a 4:00 pm; debido a que en este lapso de tiempo la radiación solar es mayor lo que aumenta la temperatura dentro de las lagunas, contribuyendo al mejor crecimiento y actividad de las bacterias metanogénicas (Albor, et.al, 2016, Byttebier, Fischer & Torres, 2012), lo que no se puede observar en las demás horas del día.

Montaje Del Sistema. Como unidad de observación se utilizaron cinco recipientes plásticos de 14 L de capacidad con un área superficial de 987,5 cm2 y 14 cm de altura (reactores); los reactores 1, 2 y 3 (replicas) contenían agua residual del efluente de la laguna anaerobia muestreada, el reactor 4 (control) contenía agua del humedal donde las lemnas sp fueron tomadas y el reactor 5 (control) contenía agua del efluente de la laguna anaerobia. Los reactores 1, 2, 3 y 4 fueron inoculados con lemnassp, mientras que el reactor 5 no se inoculó. El reactor 4 (control) se utilizó para el análisis de crecimiento mientras el reactor 5 (control) se empleó para el análisis fisicoquímico.

Análisis Fisicoquímico del Agua.

Durante toda la fase experimental y con el fin de monitorear el comportamiento de la lemna sp., en los reactores se midieron los siguientes parámetros fisicoquímicos: Nitrógeno total kjendalh (NTK) y Fósforo. Cada uno de los análisis se realizó según Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 1996. La muestra de agua del efluente de la laguna anaerobia, fue analizada antes de inocular los reactores con el fin de obtener los datos iniciales para medir el porcentaje de remoción en cada uno de los reactores.

Análisis fisicoquímico.

Los datos obtenidos en la caracterización inicial realizada al agua residual muestreada antes de ser llevada a los reactores 1, 2 ,3 y 4; fueron tomados como referencia para medir la remoción de nutrientes (tabla 1).

Los porcentajes de remoción de cada uno de los reactores fueron: 96.93 % en el reactor 1, 94.63 % en el reactor 2, 94.61 % en el reactor 3, y 43.35 % en el reactor control, estos valores evidencian que dicha remoción supera el 80%, observándose mayor remoción en el reactor 1; en este reactor se presentó el mayor crecimiento del Duckweed, por lo que se ratifica que la capacidad de asimilación y estabilización de los nutrientes en términos de nitrógeno por parte del Duckweed y además, está directamente relacionada con la velocidad de crecimiento, la población establecida y la composición del tejido de las plantas (Waha, et.al., 2005). Las lagunas con plantas acuáticas para el tratamiento de aguas residuales, se basan en principios ecosistémicos e hidráulico, en donde los efluentes son tratados eficientemente mediante relaciones mutuas y coordinadas de flujo de energía y nutrientes, entre las plantas acuáticas y los microorganismos degradadores (Silva, y Queiroz, 2004; Ocaña y Sánchez, 2016).

El comportamiento del nitrógeno total Kjendalh en cada uno de los reactores nos muestra que hay remoción de este nutriente (Figura 1); la mayor parte de los elementos asimilados puede deberse a la absorción de los compuestos nitrogenados por parte de la macrofita. En los reactores 1, 2 y 3 el porcentaje está por encima del 90%, mientras el reactor control el cual no fue inoculado con la macrofita (control) presenta una remoción por debajo del 45%. Por lo cual se puede establecer que la efectividad de la lemna sp para la remoción de nitrógeno total es mayor del 50%.

Investigaciones muestran que la remoción de nitrógeno total kjendalh en lagunas Duckweed se presenta de forma gradual en relación a los días transcurridos, a partir del análisis de comportamiento de este parámetro en líneas continuas de 7 estanques, con tiempo de retención de 3 días en cada uno, se demostró que la disminución de NTK es debida mayormente a la incorporación en la biomasa vegetal (Caicedo, 1995; Ahmad, et. al., 2016). Lo cual confirma los resultados en cuanto a remoción de nitrógeno obtenidos en esta investigación. Los porcentajes de remoción de cada uno de los reactores superan el 69%, observándose mayor remoción en el reactor 2. El comportamiento de los reactores fue muy similar, con concentraciones al final del montaje de 13.85 mg/L en el reactor 1; 11.82 mg/L en el reactor 2; 12.05 mg/l en el reactor 3 y 37.44 mg/l en el control (Figura 2). Los resultados de este experimento evidencian que la remoción del fósforo en los reactores puede deberse a la acumulación del mismo en los sedimentos y a la filtración del fósforo por parte de la planta. La remoción de fósforo es relacionada con la absorción por parte de la planta; y su eficiencia depende del tamaño y el sistema radicular de las mismas (Rodríguez, Díaz, Guerra, Hernández, 1996).

Se pudo determinar que las macrofitas en estudio (lemnas sp.) presentaron una remoción efectiva en los niveles de fósforo total, lo cual se refleja en los porcentajes de remoción de los reactores que trabajaron con esta macrofita: reactor 1 (69,18%); reactor 2 (73,7%); reactor 3 (73.19%), a diferencia del reactor control el cual presentó un porcentaje de remoción de 16.69%. L En estudios anteriores realizados con la lemna sp la concentración de fósforo pudo ser reducida de 15 mg/lt a 0,5 mg/lt al final de un periodo de 8 días (Duran, 2009). Con este estudio queda demostrado que la lemna sp puede remover fósforo eficientemente si se cosecha frecuentemente, estas plantas para su desarrollo necesitan altas cantidades de fósforo mejorando la calidad del agua (Obek, y Hasar, 2002; Caicedo, 2007).

El sistema de lemna sp es eficaz para la remoción de nutrientes (nitrógeno y fósforo) en efluentes de lagunas de estabilización que tratan aguas residuales domésticas. Las lentejas de agua, son una buena alternativa para la depuración de las aguas residuales domésticas, pudiendo eliminar grandes cargas de nutrientes (nitrógeno y fósforo). Además de las ventajas de orden económico y de implementación; por ser tecnologías que no requieren muchos recursos para su operación y mantenimiento. Sin embargo, el uso del Duckweed, en el tratamiento de aguas residuales dependerá de las características presentes en la misma, así como también de las condiciones del lugar donde se requiera hacer la implementación.

Agradecimientos

Los autores agradecen a las Universidad Popular del Cesar y la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por el apoyo en el desarrollo de esta investigación.