EVALUACION DE ZANTEDESCHIA AETHIOPICA COMO PLANTA EMERGENTE EN PANTANOS DE FLUJO HORIZONTAL DE SUBSUPERFICIE PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

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1 EVALUACION DE ZANTEDESCHIA AETHIOPICA COMO PLANTA EMERGENTE EN PANTANOS DE FLUJO HORIZONTAL DE SUBSUPERFICIE PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES José Alonso Figueroa Gallegos Facultad de Ingeniería Universidad Autónoma de Chiapas Boulevard Belisario Domínguez Km. 1084, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas Tel Fax Correo electrónico: RESUMEN Se diseñaron, construyeron y evaluaron dos pantanos del tipo flujo horizontal de subsuperficie, en uno se le sembraron plantas de zantedeschia aethiopica como plantas emergentes y en el otro no se le sembraron plantas para que sirviera como testigo. Durante tres meses se tomaron muestras en el influente de los pantanos, el efluente del pantano sin plantas y en el efluente del pantano con plantas.al realizar un análisis comparativo de los resultados, se encontró que el pantano con alcatraces incrementa su efectividad en la remoción de la DQO en 13%, la DBO 5 en 13%, los fosfatos como PO 4 en 17.67%, N-amoniacal en 10.6%, SST en 9.62%, conductividad eléctrica en 5.3%, turbiedad en 11.02%, sulfatos como SO 4 en 9.25%, coliformes totales en 1.21% y coliformes fecales en 1.46% con respecto al pantano sin plantas emergentes. INTRODUCCION Las descargas de aguas residuales a pantanos no son una nueva práctica, muchas sociedades han descargado aguas residuales en éstos por siglos (Best, 1987). Recientemente, especialmente con el reconocimiento de las múltiples propiedades de los pantanos, en la búsqueda de soluciones innovadoras para proteger el medio ambiente, enmarcadas en las corrientes actuales de regresemos a lo básico, se ha empezado a evaluar el efecto de la disposición de agua residual a estos ecosistemas (Nelson, 1997). El concepto se basa en el uso, no el abuso de los pantanos para tratar las aguas, y una de las mejores alternativas de reutilizar el agua es creando hábitats multifuncionales en pantanos. Como no siempre se dispone de un pantano natural, construir pantanos o humedales puede ser una buena opción, el objetivo es lograr que estos pantanos funcionen lo más cercano posible a un pantano natural; generalmente son construidos y manejados con el uso de vegetación que mejore la calidad del agua. Las raíces de las plantas usadas liberan al medio circundante pequeñas cantidades de compuestos orgánicos como azúcares o aminoácidos que favorecen a ciertos microorganismos que viven a su alrededor, así se genera una especie de esfera de influencia de la raíz que se conoce con el nombre de rizósfera. Los microorganismos favorecidos 1

2 por la rizósfera pueden a su vez favorecer a la planta al acelerar la solubilización de nutrientes del suelo o de la materia orgánica descompuesta o, como sucede con ciertas bacterias, fijando el nitrógeno atmosférico. Los pantanos o humedales construidos son sistemas con plantas acuáticas flotantes, de flujo superficial o de flujo de subsuperficie. La bibliografía (EPA, 1988) reporta como plantas típicas usadas en pantanos para el tratamiento de aguas residuales de animales: Hidrocotyle umbrellata, Iris versicolor, Juncus effusus, Phragmites australis, Sagitaria spp, Scirpus spp, Typha spp y Zizaniopsis miliacia. Algunas de las ventajas del uso de pantanos o humedales construidos para el tratamiento de aguas residuales son: a) menor costo de operación o mantenimiento que los sistemas tradicionales, b) bajos requerimientos técnicos, c) no requieren el agregado de productos químicos que dañan al medio ambiente, d) los mecanismos de tratamiento son naturales (biológicos y microbiológicos), e) adiciona paisajes bonitos, f) efectividad y confianza en el tratamiento de aguas residuales, g) tolerante a las fluctuaciones hidrológicas y cargas contaminantes, h) provee indirectamente el crecimiento de ambientes verdes, vida silvestre, áreas recreacionales, etc., (Hammer, 1989). Algunas desventajas son: a) requerimiento de áreas grandes de terreno, b) datos no precisos de diseño y criterios de operación, c) complejidad hidrobiológica y falta de entendimiento de importantes procesos dinámicos, e) requerimiento de pendientes topográficas y geología de la zona adecuadas y f) susceptibilidad a inundaciones. El pantano construido tipo flujo horizontal de subsuperficie evita: a) el mal olor, b) la proliferación de moscas y mosquitos, c) el contacto de personas y animales con los efluentes residuales. Este último es una unidad que consiste en un canal o fosa en cuyo fondo se coloca un material impermeable al agua, el cual puede ser plástico, suelo poco permeable o concreto. El canal se llena con un substrato poroso (suelo, arena o grava) para soportar el crecimiento de las plantas acuáticas emergentes. El agua residual fluye por gravedad y horizontalmente a través del substrato en el cual entra en contacto con los microorganismos facultativos que viven en asociación con las raíces de las plantas en el substrato. En una granja porcícola con animales confinados, el manejo y disposición de los desechos son los mayores problemas. Los desechos producidos en este tipo de instalaciones son líquidos, semisólidos y sólidos, estos residuos son difíciles de manejar siendo un foco potencial de contaminación. El agua que se usa para el aseo de las instalaciones, obviamente se contamina con los residuos y los propietarios de las granjas deben responder por la calidad del agua que descargan ya sea a los alcantarillados municipales o a otros cuerpos receptores. La investigación se realizó en una granja porcícola, en donde se mantienen de 5 a 10 cerdos para engorda, como todas las granjas de la zona, tiene problemas relacionados a la disposición de las aguas residuales producto del lavado de las instalaciones, generando malos olores y proliferación de moscas. Esta granja se encuentra en La Trinitaria, Chiapas, México, se localiza a 1,540 MSNM, de latitud norte y de longitud oeste del meridiano de Greenwich; el clima de la localidad es semicálido-subhúmedo, con temperatura media de 18.6 C, temperatura máxima media de 24.8 C, temperatura mínima media de 12.5 C, precipitación anual de 908 mm, evaporación de 1535 mm, con dirección predominante de los vientos norte y velocidades entre 2.1 m/s y 6 m/s, el régimen de lluvias es de mayo a octubre (INEGI. 1995). 2

3 METODOLOGÍA El sistema constó de porqueriza en la que se lavaban diariamente los desechos producidos. Ya que los desechos constaban de una gran cantidad de sólidos, para evitar el taponamiento del medio filtrante de los pantanos fue necesario optar por un pretratamiento. Tomando en consideración que una de las ventajas de los pantanos construidos tipo flujo horizontal de subsuperficie es evitar el contacto de personas y animales con las aguas residuales, en primera instancia se pensó en la construcción de una fosa séptica o un digestor, que también cumpliera con este propósito, pero al hacer el análisis económico, la construcción de este tipo de pretratamiento se salía del presupuesto destinado. Por tal motivo se acondicionó una excavación existente de base circular de 4 m de diámetro y 2 m de profundidad para que funcionara como un estanque anaerobio. A esta excavación se le revistieron de mortero cemento-arena las paredes para impermeabilizarla y se tapó con una lona. Se diseñaron y construyeron dos pantanos tipo flujo horizontal de subsuperficie con dimensiones de 2.90 m de largo 1.18 m de ancho y 1.0 m de profundidad cada uno, las paredes fueron revestidas con mortero cemento-arena para impermeabilizarlas, a la entrada de los pantanos se colocaron piedras para distribuir el flujo y posteriormente se colocó el medio permeable que consistió en material arenoso que se encontró en el mismo terreno, al que se le realizó un análisis granulométrico y determinó teóricamente su permeabilidad. En un pantano se le sembraron plantas de alcatraz (zantedeschia aethiopica) a cada 30 cm, tomando en consideración experiencias reportadas (EPA, 1993). De acuerdo al objetivo de la investigación, al otro pantano no se le sembraron plantas, para que sirviera como testigo, las diferencias en los resultados serían atribuibles a los alcatraces. Se escogieron estas plantas debido que en la zona, es común verlas florecer donde hay escurrimientos de aguas jabonosas o residuales domésticas Una vez establecidas las plantas y estabilizado el sistema, semanalmente durante tres meses se tomaron muestras simples en el influente de los pantanos (IP), y muestras compuestas en el efluente del pantano sin alcatraces (EPSA) y del efluente del pantano con alcatraces (EPCA). RESULTADOS El tiempo de residencia hidráulico en ambos pantanos fue de 2.5 días, este valor comparado con los 3.72 días de diseño nos da una relación de 0.67, posiblemente porque la permeabilidad del substrato utilizado fue mayor que el calculado teóricamente o por existir algún corto circuito en el sistema. El oxígeno disuelto en el pantano sin alcatraces, a una profundidad de 5 cm de la superficie del agua, se midieron concentraciones de 1.4, 1.3 y 1.2 mg/l, respectivamente, pero para profundidades de 10 cm y mayores, resultaron concentraciones de oxígeno de 0 mg/l para todos los casos. Para el pantano con alcatraces, los resultados fueron de 0.5, 2.5 y 1.8 mg/l y 0.1, 0.2 y 0 mg/l respectivamente. 3

4 Tanto en la laguna (IP), en el efluente del pantano sin alcatraces (EPSA), como para el pantano con alcatraces (EPCA) las mediciones reportaron 0 mg/l de oxígeno disuelto. El ph, en el IP osciló entre 7.39 y 6.42, el EPSA entre 7.42 a 6.81 y el EPCA entre 7.47 y En el IP y EPSA la tendencia fue a acidificarse, mientras que en el EPCA la tendencia fue a obtener un valor de 7. La temperatura del agua fue un reflejo de la temperatura ambiente, los valores no mostraron diferencias notables. Los alcatraces tuvieron un buen desarrollo, floreciendo abundantemente, se le cortaron las flores y algunas hojas para inducir el crecimiento de brotes nuevos y por lo mismo aumentar las necesidades de nutrientes de las plantas. En lo referente a la Demanda Química de Oxígeno, en el influente de los pantanos, en términos generales se observó una tendencia ascendente en los valores, esto se debió a que cuando el sistema comenzó a operar los cerdos estaban pequeños, por lo que la carga orgánica fue aumentando a medida que éstos fueron creciendo. En ambos efluentes (EPSA y EPCA) hasta la muestra 5 no se observó una diferencia clara en sus concentraciones, pero a partir de la muestra 6, se pudo observar las ventajas del pantano con alcatraces, esto coincidió con la floración y poda de las plantas. Los resultados obtenidos de los análisis de la DBO 5, tienen tendencias muy semejantes a los de la DQO comentadas en el párrafo anterior, con una relación DBO 5 /DQO en los siguientes porcentajes: para el IP: 49.20%; para el EPSA: 51.64% y para el EPCA: 51.95%. La concentración máxima en el IP se encontró en la muestra 8 con mg/l a la que le correspondió una concentración en el EPCA de mg/l, que representó una eficiencia de remoción del 85.84%. El fosfato total como PO 4, hasta la muestra 4, su reducción fue casi la misma en ambos pantanos, pero a partir de la muestra 5 se ve la diferencia de mayor reducción en el pantano con alcatraces, lo que coincide como en los casos de la DQO y DBO 5 con la floración y poda de las plantas. El N-amoniacal no muestra grandes diferencias en los resultados como los parámetros anteriores, únicamente se pudo observar una pequeña reducción en el EPCA a partir de la muestra 7. Para los sólidos suspendidos totales, hasta la muestra 4, ambos pantanos tuvieron casi la misma reducción, en las muestras 5, 6, 7, 9 y 10 se observó mayor reducción en el pantano con alcatraces, la muestra 8 presentó mayor reducción en el pantano sin alcatraces. Aunque los promedios indican un porcentaje mayor de reducción de SST en el pantano con alcatraces, no se aprecia claramente, lo que sí es claro es que existió reducción al pasar por ambos pantanos. Al analizar los resultados de la conductividad eléctrica no se apreciaron grandes cambios. La turbiedad siempre se mantuvo en valores más bajos en el efluente del pantano con alcatraces. 4

5 El color no mostró cambios significativos al pasar por ambos pantanos. El Sulfato Total como SO 4 no muestra una tendencia clara entre el EPSA y EPCA, pero siempre estuvieron por debajo de las concentraciones en el IP. En promedio la relación coliformes fecales/coliformes totales fue: para IP de 82.30%, para EPSA de 97.98% y para EPCA de 89.62%; se observa únicamente en el EPCA una tendencia de reducción constante; aunque se reduce en alto porcentaje, los resultados no son adecuados para disponer las aguas de acuerdo a la normatividad vigente, por lo que requiere adicionar cloro o algún otro tratamiento para bajar las concentraciones de coliformes. El único valor reportado de N-nitratos fue en el EPCA en la muestra no. 6 con concentración de 0.25 mg/l, en los demás fueron reportados como ND. Es importante mencionar que únicamente los datos de temperatura del agua y el ph medido en campo presentaron valores bajos en su desviación estándar, los demás parámetros presentaron valores altos. CONCLUSIONES Después de diseñar y construir un pantano tipo flujo horizontal de subsuperficie, utilizando alcatraces (Zantedeschia aethiopica) como plantas emergentes, haber evaluado los resultados de las muestras tomadas, se concluye lo siguiente: a) La especie Zantedeschia aethiopica, crece y se desarrolla bien como planta emergente en un pantano de tipo flujo horizontal de subsuperficie. b) El pantano tipo flujo horizontal de subsuperficie con la especie Zantedeschia aethiopica como planta emergente, incrementó su efectividad en el tratamiento de las aguas residuales porcícolas en relación con un pantano con las mismas características pero sin plantas emergentes, en los porcentajes siguientes: DQO: 13%; DBO 5 : 13%; PO 4 : 17%; N-NH 3 : 10%; SST 9%; Conductividad eléctrica: 5%; Turbiedad: 11%; Color 1%; SO 4 : 9%; Coliformes totales: 1%; coliformes fecales 1.5% 5

6 REFERENCIAS Best, Ronnie. Natural wetlands-southern environment: wastewater to wetlands, where do we go from here?. M. Publishers Inc. Orlando, Florida EPA. Design Manual. Constructed Wetlands and Aquatic Plant System for Municipal Wastewater Treatment EPA. Subsurface Flow Constructed Wetlands for Wastewater Treatment. A Technology Assessment EPA. Constructed Wetlands for Animal Waste Treatment. A Manual on Performance, Design and Operation with Case Histories Hammer, Donald. Constructed Wetlands for Wastewater Treatment. Municipal, Industrial and Agricultural. Lewis Publishers. USA.1989 INEGI. Anuario Estadístico del Estado de Chiapas Nelson, Mark. The potential of created wetlands for protection of the coastal environment. Summary of presentation given at Centro Ecológico Akumal (CEA). Quintana Roo, México