REMOCION DE LA MATERIA ORGÁNICA MEDIANTE LA UTILIZACION DE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA COMUNIDAD DE STA. MARIA NATIVITAS TEXCOCO EDO. DE MEXICO.

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1 REMOCION DE LA MATERIA ORGÁNICA MEDIANTE LA UTILIZACION DE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA COMUNIDAD DE STA. MARIA NATIVITAS TEXCOCO EDO. DE MEXICO. Biol.. Arcos Ramos Raúl M en C. Cantellano DE Rosas Eliseo Alejo Nabor Ma. de la Luz García Morales Rosalba Solís Casas Rebeca Laboratorio de contaminación acuática Facultad de Estudios Superiores Zaragoza UNAM Batalla 5 de Mayo, Esq. Fuerte de Loreto s/n. Col. Ejercito de Oriente C.P Delegación Iztapalapa, México D.F. Tel Correo electrónico: biolrar@terra.com.mx. RESUMEN La contaminación del agua ha provocado riesgos a la salud, y a los ecosistema, no solo en las grandes urbes sino también en zona rurales, por tal razón se ha buscado tratar las aguas residuales con un menor gasto energético y económico. El biotratamiento descrito está diseñado a escala piloto para tratar aproximadamente el 10% del total de las aguas residuales de la comunidad. Este sistema de tratamiento está conformado por siete etapas: Válvula de entrada, tres terrazas, sedimentadores, tres humedales (dos de flujo subsuperficial con plantas de tule y plantas ornamentales y uno de flujo vertical con carrizo) y un estanque de almacenamiento. El sistema se construyó en 1999 y después de regular las condiciones hidráulicas y de vegetación se han realizado muestreos durante los últimos diez meses. Los parámetros considerados son físicos, químicos y biológicos, tanto en campo como en laboratorio. El sistema da una remoción de materia orgánica del 90-95%. INTRODUCCION El problema de escasez y contaminación del agua, ha provocado riesgos a la salud y a los ecosistemas. Por ello el hombre se vio en la tarea de buscar sistemas que le permitieran tratar este tipo de aguas. Los métodos utilizados son los filtros biológicos, los lodos activados y los estanques de oxidación. Siendo el proceso de los lodos activado más intensivo que el de los filtros, requiere menos espacio que éstos y por ello es más frecuente en las ciudades que los propios filtros y los estanques. Sin embargo, el proceso de lodos activados requiere de más energía, dado que hay que estar bombeando aire y líquidos continuamente. También es más susceptible a cambios bruscos en la constitución del desecho o la presencia de descargas tóxicas. Además, y aunque los lodos activados son más manejables, demandan mayor habilidad operativa, lo que en consecuencia aumenta los gastos de mantenimiento. Tanto los lodos como los filtros, los estanques de oxidación demandan, por su parte grandes espacios y mucha luz solar, pero bien operados son, asimismo, eficientes.

2 Antecedentes y Problemática La primera preocupación real por la contaminación del agua se produjo a fines del siglo XIX. La revolución industrial había estimulado el crecimiento de las ciudades así como la costumbre de arrojar el agua residual a los ríos cercanos, convirtiéndolos en pozos negros y como la mayor parte del agua potable se tomaba de los mismos ríos contaminados, surgieron epidemias. En los últimos 150 años el hombre ha utilizado sistemas convencionales de depuración de las aguas para aliviar esté mal, pero el hombre con el afán de tener alternativas de depuración a bajo costo y que sea efectiva la remoción de contaminantes a considerado el estudio de los humedales, los cuales han sido utilizados por la humanidad durante siglos como receptáculos de sus aguas residuales debido a su cercanía a los ríos o corrientes de agua y no porque fueran conocidas sus propiedades para el tratamiento de aguas residuales. Y, no fue sino hasta hace algunas décadas que se identificó su importancia económica para los ecosistemas y su participación en el mejoramiento de la calidad del agua residual (14,15,20,23). Pero no fue hasta la época de los 50 s que se inician las investigaciones con plantas como Scirpus spp o Jacinto de agua (Eichhornia spp) como posibles absorbentes de cargas de las aguas residuales (20). A partir de 1970, el gobierno, fundaciones y empresas alemanas dieron apoyo financiero y científico a las investigaciones de los sistemas humedales artificiales en tres universidades alemanas, lo que llevo a que el sistema fuera reconocido e incorporado como propuesta técnica en algunos países. (23) A nivel internacional, desde 1976 se reportan en Sudáfrica, Estados Unidos y Gran Bretaña experiencias en sistemas con áreas inundadas, como pantanos y manglares naturales y a partir de 1986, se empiezan a introducir los sistemas de humedales artificiales (14,15). En la actualidad este tipo de sistemas se aplica en varios países de Europa, América, África y Australia, no solamente para tratar aguas residuales domésticas sino también para tratar efluentes con muy distintas características. En los países en vías de desarrollo, el uso de humedades artificiales se ha enfocado principalmente a tratamiento de aguas residuales de tipo doméstico y rehúso en el riego de cultivos agrícolas. Justificación Académica : Es importante estimular el desarrollo de sistemas de tratamiento como el que se propone ya que pueden ser utilizados por comunidades que no cuentan con los recursos necesarios para implementar tratamientos biológico convencionales, estos sistemas son muy económicos y realizan una adecuada remoción de contaminantes tanto orgánicos como inorgánicos mediante procesos físicos, químicos y biológicos como los que se realizan en la naturaleza. El presente trabajo es de suma importancia ya que permite conocer el nivel de remoción de la materia orgánica que se lleva acabo dentro del sistema, evaluando la Demanda Biológica de Oxigeno y Demanda Química de Oxígeno lo cual nos permite establecer como los compuestos orgánicos pueden ser transformados gracias a los procesos de oxidación y neutralización. También es de suma importancia realizar estudios microbiológicos, ya que este tipo de sistemas se fundamenta en los procesos bioquímicos que realizan estos para la degradación de los contaminantes presentes en ellos su; siendo las coliformes totales y fecales indicadores biológicos que determinan su calidad sanitaria de este tipo de aguas,ya que el agua va hacer reutilizado debe cumplir con los criterios establecidos por la NOM.

3 Localización de la zona : El poblado de Santa María Nativitas se localiza geográficamente en las siguientes coordenadas UTM 21,55560 norte y 52,7395 Este. Geología: Se basa en formación de tarango con abundancia de minas de arena y tobas sobre rocas del terciario. Suelos: Son delgados y moderadamente profundos, de textura gruesa, sobre tepetate. Vegetación: Presenta vegetación arbustiva de hoja cauca tales como gramíneas, leguminosas, cactáceas, marifidáceas y compuestas. Clima: Templado con temperatura promedio de 14.5 C, con una altitud de 2374 msnm. Precipitación entre 700 y 800 mm. Ganadería: Se encuentran algunas explotaciones de ovinos, bovinos, cerdos y aves con tecnología media y alta, donde ya se utilizan programas de inseminación artificial. Alimentos balanceados e instalaciones adecuadas para cada tipo de explotación esto sin dejar de existir la ganadería de traspatio. Tipo de utilización de la tierra:agricultura de temporal (Maíz, Maíz-Avena, Maíz-fríjol) es posible encontrar usos orientados a la minería y la urbanización donde el principal problema es la basura y desechos orgánicos. Su población es de aproximadamente 1885 habitantes. (INEGI, 1998). Por las características fisiográficas antes señaladas se diseño de un sistema piloto para el tratamiento de aguas residuales el cual esta constituido por: Una Válvula de entrada permite el paso del 10% del volumen total, Tres Terrazas las cuales permiten la disminución de arena y sólidos que puedan tapar la entrada al sistema, mediante procesos físicos de sedimentación de materia orgánica, Sedimentadores permiten la sedimentación de los pocos sólidos presentes en el agua y fomenta el crecimiento de algas, Tres Humedales dos de Flujo Subsuperficial (con plantas de tule y ornato) Y Uno de Flujo Vertical con carrizo en los cuales se lleva acabo la remoción de los contaminantes mediante procesos bióticos abióticos y Un Estanque de almacenamiento en el cual se capta el agua para su posterior utilización. Existen en México numerosos comunidades, la mayoría de las cuales no poseen un sistema de tratamiento de aguas, ya que los métodos existentes, como los estanque de oxidación, resultan costosos por la gran cantidad de terreno que demandan. Por ello se han buscado alternativas que permitan tratar las aguas residuales con un menor gasto económico y energético. El sistema al cual nos referimos es de tipo secundario debido a que se basa en la actividad bioquímica de microorganismos que remueven materiales disueltos suspendidos o que los convierten en compuestos más aceptables. La mayoría de estos procesos son aerobios por ello demandan la presencia de oxigeno atmosférico, que va ser utilizado por las poblaciones microbianas en los procesos de oxidación. El proceso es ideal para tratar las aguas residuales de comunidades rurales de tamaño medio y de escasos recursos, ya que su costo es inclusive inferior al de los estanques de oxidación. Las mayores ventajas sobre otros procesos son su bajo costo, fácil instalación y mantenimiento produciendo además un efluente de buen calidad. La importancia y trascendencia de este sistema radica fundamentalmente en que es más barato y se puede combinar con otros sistemas se tratamiento para optimizar su rendimiento. El sistema es altamente eficiente para eliminar los contaminates presentes. Este método biológico ofrece también un aspecto agradable al a vista y puede constituir asimismo una reserva para la vida silvestre.

4 En este trabajo se presenta el diseño de un sistema piloto para tratar el 10% del volumen total de la comunidad Sta. María Nativitas en Texcoco, Edo. de México la cual cuento con una población de aproximadamente 300 habitantes y su actividad económica se basa en pequeños negocios y agricultura. METODOS El humedal fue construido en 1999, en la comunidad de Sta. María Nativitas en Texcoco, Edo. de México con la finalidad de estudiar los efectos del tratamiento de aguas residuales domésticas, las cuales provienen de las familias que residen en la comunidad. El humedal fue diseñado como una planta piloto y esta constituido por: Válvula de entada que recibe aproximadamente el 10% del total de agua residual Terrazas que sirven principalmente para la sedimentación de sólidos grandes. Estanque de Estabilización donde ocurre sedimentación, degradación biológica de la materia orgánica, muerte de microorganismos por la acción de la luz UV, y crecimiento de algas que oxigenan el agua, entre otros procesos. Dos humedales de tipo sub-superficia, cada uno con diferentes vegetación (Tule y plantas ornamentales), donde el agua corre horizontalmente a través del sustrato, con un tiempo de retención hidráulica de aproximadamente dos días, lo que permite que se lleven a cabo las diferentes transformaciones de la materia orgánica, mediante procesos químicas, físicos y biológicos. Un humedal de tipo vertical con una vegetación conformada por carrizo, donde el agua cae verticalmente sobre el sustrato. En este humedal se tiene otro proceso importante: el Hidroperiodo Intermitente l que quiere decir que en el humedal hay períodos secos y húmedos. Para la evaluación de este sistema de tratamiento, se manejan los siguiente parámetros a determinar: PARAMETRO UNIDAD METODO PH - Potenciómetro Orion POR mv Potenciómetro Orion CONDUCTIVIDAD Microsiemems/L Conductimetro OXIGENO Mg/L Oxigeno SÓLIDOS SEDIMENT. Mg/L Conos Imhoff DQO Mg/L Flujo Cerrado DBO Mg/L Incubación a los 5 días TEMPERATURA C Potenciómetro Orion RESULTADOS Y DISCUSIÓN Cuando se midieron los parámetros de eficiencia de remoción de materia orgánica en los diferentes puntos de monitoreo, fue notable observar que las tasa de eliminación de la materia orgánica fueron altas, estos se observa con el parámetro determinado de DQO.

5 mg/l AFLUENTE TERRAZAS POZA ESTAB. TULE FLORES VERTICAL ESTANQUE Figura 1. Promedio de DQO en el sistema de tratamiento. En la figura 1 se puede observar que los valores de DQO son altos en el afluente debido a las gran cantidad de sólidos presentes, los cuales requieren una gran cantidad de oxígeno para degradarlas a compuestos más simples. La DQO se reduce considerablemente en las primeras fases del tratamiento ya que van los valores de 1600 mg/l a 250 mg/l aproximadamente y posteriormente existen pocas variaciones Afluente Terrazas Est.estab. Tule Flores Vertical Tanque Figura 2 Promedios de ph en el sistema de tratamiento. Por las características de este tipo de aguas se observa que tienen un ph de 8.5, al pasar a través del sistema de humedales se llevan a cabo procesos biogeoquímicos que llevan a casi a la neutralidad las aguas por ello encontramos valores de

6 Afluente Terrazas Poza est Tule Flores Vertical Estanque Figura 3 Promedio del POR en el sistema de tratamiento. Este parámetro indica la presencia de iones oxidantes, particularmente para condiciones dentro del sistema de tratamiento se encuentran valores de 50 a -180 donde son minimas o nulas las concentraciones de oxígeno. Debido a los procesos oxidativas por esto se confirma con los niveles bajos de oxígeno, ya que este es consumido en la oxidación de la materia orgánica. Sin embargo en el humedal vertical se observa un incremento en la concentración de oxígeno, ya que este tiene la finalidad de inyectar oxígeno a partir del hidroperiodo intermitente Afluente Terrazas Est. Estab. Tule Flores Vertical Estanque Figura 4 Promedio del Oxígeno en el sistema de tratamiento

7 Se observa que la presencia de oxigeno en las primeras etapas del tratamiento es muy baja debido a que en el afluente hay gran cantidad de contaminantes presentes, este se reduce llevando al sistema a condiciones anoxicas debido a los procesos bioquímicas que se realizan por medio de los microorganismos presentes dentro del sistema, sin embargo se observa un aumento significativo en el humedal de flujo vertical 5 mg/ll debido por las etapas intermitentes que se llevan dentro de este humedal lo cual inyecta oxígeno y permite una mayor remoción de materia orgánica mg/l Afluente Terrazas Sediment. Figura 5 Promedio de sólidos sedimentables en el sistema de tratamiento Se observa que el afluente por sus características va a presentar gran cantidad de sólidos presentándose 12 mg/l, sin embargo estos niveles se reducen después de que pasan por las terrazas las cuales tienen la finalidad de sedimentar los sólidos presentes mediante procesos físicos y se inician los procesos de digestión de sólidos lo cual es de suma importancia para nuestro sistema ya que permite su mejor funcionalidad. Encontrando niveles de.05 mg/l en los sedimentadores. CONCLUSIONES La eficiencia del tratamiento del sistema está fuertemente relacionada con las características hidráulicas del sistema Las terrazas cumplen una importante función en la remoción de contaminantes mediante los mecanismos físicos, en las cuales hay un a remoción de un 90%. El hidroperiodo intermitente que se lleva a cabo en el humedal de flujo vertical es muy relevante ya que adiciona elementos oxidantivos y permite que se de una mejor remoción de materia orgánica. En general el sistema trata de manera adecuada el agua residual pero es necesario hacer más modificaciones para que funcione más eficientemente.

8 Por las características de este tipo de aguas se puede decir que pueden ser utilizadas para el riego, sin embargo se pone a consideración bajo la NOM la utilización de esta aguas para el riego de hortalizas. BIBLIOGRAFÍA Hammer, D.A Cstructed Wetlands for Wasterwater Treaatment: Municpal, industrial and agricultural. Lewis Publisher, Chelsea, MI. Hammer, D.A Constructed Wetlands can Replace Conventional Watewatertreatment. Waste Water Internaational. Oct: Jewell W. J. Resource-recovery waste water treatment. American Scientist. (82): Kadlec Robert, H, Treatment Wetlands Lewis Publisdhers 2da. Edición. Nueva York pp López P. y Ramos, El medio ambiente en México. Temas, problemas y alternativas. Fondo de cultura económica. México, D.F. p.355. Martínez, J.A El medio acuático y su contaminación. Fondo de cultura económica. México, D.F. p.414. Millán-Hernández, S.E 2000 Tesis Licenciatura Operación de una planta piloto tipo humedal artificial para el tratamiento de aguas residuales y su uso en riego agrícola. UNAM. México, DF. Murray, V.F; 1992; La contaminación en México, 3ª ed, Fondo de cultura económica, México D.F., p.406. Ramalho, R.S., Tratamiento de Aguas Residuales. Editorial REVERTÉ. Barcelona pp Ramírez, H Tesis de Licenciatura Desarrollo de la ingeniería básica para el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales a base de un humedal artificial de flujo horizontal UNAM. México, DF. Robles, E.; Gallegos, E.; Calderón, A. Y Sainz, M Sistema de tratamiento de lechos de raíces. Remoción de materia orgánica. Información científica y tecnológica. Vol. 15 N 203. CONACYT. México, D.F., pp