MÉTODO EN COLUMNA. UNA NUEVA ALTERNATIVA PARA EL MUESTREO DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.

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1 XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Cancún, México, 27 al 31 de octubre, 2002 MÉTODO EN COLUMNA. UNA NUEVA ALTERNATIVA PARA EL MUESTREO DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN. Armando Rivas Hernández Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Licenciatura en biología (UMSNH), Especialidad en control biológico de aguas contaminadas (Shimane, Japón), Maestría en Ingeniería Ambiental (UNAM). 15 años de experiencia en investigación y desarrollo de tecnología de tratamiento de aguas residuales (IMTA). Diseño, evaluación, operación y mantenimiento de plantas de tratamiento, con énfasis en sistemas naturales de tratamiento (lagunas de estabilización y humedales). Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Paseo Cuauhnaáhuac N Progreso, Jiutepec, Morelos, C.P , México. Tel- Fax 52 (777) RESUMEN Los efluentes de los sistemas lagunares deben muestrearse para su evaluación rutinaria, mensual, cumplimiento de normas, etc. En México existen 530 sistemas de lagunas de estabilización equivalentes al 51 % de las plantas de tratamiento (1132). Se tiene la necesidad de monitorear sus efluentes par verificar su calidad del agua con el fin de evaluar su funcionamiento, por lo que es necesario aplicar técnicas de muestreo que sean más confiables y económicas. El muestreo simple resulta más costoso que el muestreo compuesto, por considerar un mayor número de muestras, requiere mayor tiempo para su ejecución, y demanda mayores recursos humanos y de laboratorio. Una tercer alternativa, el método de columna, proporciona resultados similares a los de las muestras compuestas, por lo que mediante una muestra única es posible obtener resultados igualmente confiables. Se evalúa la confiabilidad de los resultados obtenidos mediante muestras simples, compuestas y en columna, así como el efecto de las variables diámetro y longitud de la columna. Se evaluaron 3 diámetros (1.5, 2.0 y 2.5 pulgadas) y 3 longitudes (0.5, 0.75 y 1.0 m). Se determina estadísticamente que el diámetro de dos pulgadas y la longitud de 1.0 m son las medidas más confiables para usarse en la columna. Se concluye que el muestreo en columna es igualmente confiable que el compuesto, con la consecuente reducción de costos. Palabras clave. Lagunas, estabilización, muestreo, columna. INTRODUCCIÓN. Desde hace varios años los efluentes de las lagunas de estabilización deben de ser monitoreados de manera sistemática (quincenal, mensual), con el fin de evaluar la calidad del agua tratada y de esta manera verificar si cumple con las normas de descarga. La muestra que se toma es del tipo simple y es con la que se determina la calidad del agua de los efluentes. La calidad del agua del efluente de una laguna de estabilización, obtenida mediante una muestra simple, puede variar significativamente dependiendo de la hora del día en que se realiza el muestreo, de la cercanía al efluente del punto de muestreo y de la profundidad de muestreo. Todas estas variables reducen la confiabilidad de la muestra. 0

2 Una muestra compuesta reduce la variabilidad (dispersión estadística) de una muestra simple y por lo tanto incrementa su confiabilidad, sin embargo una muestra compuesta requiere una frecuencia de muestreo de cada cuatro horas, durante un período de 24 horas, implicando una demanda de recursos materiales, humanos y financieros mayores que los de una muestra simple. Una alternativa de muestreo reciente que se realiza con una única muestra y que presenta la misma confiabilidad de una muestra compuesta es la obtenida mediante el método de columna en el que por requerirse de una muestra única sus costos de obtención son menores que los de una muestra compuesta. Objetivos. - Evaluar la confiabilidad de las muestras obtenidas mediante los métodos de muestreo: simple, compuesto y en columna. - Evaluar el efecto de las variables diámetro y profundidad de la columna de muestreo. ANTECEDENTES Pearson (1987), Evalúa la dispersión estadística entre las muestras simples y muestras compuestas obtenidas de un efluente lagunar, mediante un análisis de desviación estándar. Señala las bondades del método en columna sobre las muestras de tipo simple. En México no hay referencias del uso del método en columna. METODOLOGÍA La planta de tratamiento de aguas residuales municipales de la que se tomaron las muestras se ubica en San José de los Laureles, en Tlayacapan, Mor. El sistema de tratamiento (con gasto de 2 lps) está formado por un tanque séptico seguido de dos lagunas facultativas Figura 1 Planta de tratamiento, mediante lagunas de estabilización. San José de los Laureles, Tlayacapan, Mor. En la figura 1 se muestra una panorámica del sistema, se indica con flechas la posición de los tubos de entrada, la dirección del flujo, la ubicación del efluente y un detalle del mismo. 1

3 Las muestras fueron tomadas del efluente de la segunda laguna facultativa. Se tomaron en un área cercana al tubo de descarga, evitando al máximo generar turbulencia durante la introducción de los recipientes de muestreo. No se usó una lancha para no afectar la calidad del agua de las muestras. En la figura 2 se muestra la forma en la que se tomaron las muestras con la columna suspendida de un mástil. La introducción de esta es lenta para no generar turbulencia y evitar así romper la estructura de los estratos, con lo que se obtiene una muestra confiable. Figura 2 Toma de muestras mediante el método en columna. Determinación del diámetro y de la longitud de la columna.- Para evaluar el efecto del diámetro se consideraron 3 condiciones: D 1 = 1.5 plg, D 2 = 2.0 plg y D 3 = 2.5 plg. Previamente se determinó la velocidad a la que debía introducirse la columna en el cuerpo de agua, para lo cual se hicieron pruebas con tubos transparentes de acrílico introduciéndolos en un estanque transparente de acrílico (laguna experimental) y observando de qué manera se generaba menos turbulencia y rompimiento de los estratos de agua. Igualmente se hicieron pruebas de sumersión de la columna para evaluar el efecto de la longitud, en la laguna experimental transparente. También se midió la profundidad de la laguna en San José de los Laureles utilizando la técnica de la toalla blanca que consiste en introducir en la laguna facultativa un mástil (por ejemplo un carrizo) enrollado con toalla blanca, en la que queda la marca de los lodos del fondo. De este modo se determinaron las longitudes de la columna, cuyo tamaños fueron: L 1 = 0.50 m, L 2 = 0.75 m y L 3 = 1.0 m. La toma de muestras se realizó por triplicado, con intervalos de dos horas para un total de tres muestreos. Los parámetros fisicoquímicos, microbiológicos y de campo analizados son los mismos que se señalan en la siguiente sección. Evaluación de los métodos de muestreo.- Después de establecer el diámetro y la longitud más adecuados para la toma de muestras con la columna, se realizó el muestreo para evaluar los métodos en columna, compuesto y simple. La toma de muestras se realizó con intervalos de cuatro horas durante 24 horas para un total de seis muestreos Los parámetros medidos en campo fueron: conductividad, SDT, ph, OD, y temperatura ambiental y del agua. Los parámetros de laboratorio fueron: DBO total, DBO soluble, DQO total, DQO soluble, SST, turbiedad, coliformes totales y coliformes fecales. Las muestras se preservaron y almacenaron con base en las técnicas descritas en el Standard Methods (Cleseceri, et al,1998). RESULTADOS Determinación del diámetro y de la longitud de la columna de muestreo.- Los resultados de calidad del agua, con los que se calcularon los estadísticos para seleccionar el diámetro y la longitud de la columna se muestran en la tabla 1. 2

4 TABLA 1 Promedios generales de parámetros fisicoquímicos y microbiológicos para determinación del diámetro y la longitud de la columna. LONGITUD Y DIÁMETRO FÍSICOQUÍMICOS MICROBIOLÓGICOS DBO TOT. DBO SOL. DQO TOT. DQO SOL. SST CT CF L 1 D E E+05 L 1 D E E+05 L 1 D E E+05 L 2 D E E+05 L 2 D E E+05 L 2 D E E+05 L 3 D E E+05 L 3 D E E+05 L 3 D E E+05 L = Longitud, D= Diámetro. A partir de la tabla 1 se calculan los estadísticos para cada uno de los parámetros estudiados. En el caso de la DBO TOTAL se obtiene la tabla 2. TABLA 2. Resultados de laboratorio y estadísticos obtenidos para la demanda bioquímica de oxígeno total 5 días (mg/l). LONGITUD Y DIÁMETRO DBO TOTAL 5 DÍAS X M D. M. D. T VARIANZA χ2 CV L 1 D L 1 D L 1 D L 2 D L 2 D L 2 D L 3 D L 3 D L 3 D X M = media aritmética, χ2= chí-cuadrada, DM = desviación media, DT = desviación típica, CV = coeficiente de variación. Analizando la X 2 y el coeficiente de variación, los que permiten la comparación entre poblaciones con diferente naturaleza, se tiene que los valores menores de dispersión se presentaron en la longitud 3 y en el diámetro 3 con un valor de 0.46 de X 2 y de 0.07 de CV. A partir del análisis estadístico se seleccionó diámetro de dos plg y la longitud de 1.0 m como los más convenientes para ser usados en la columna de muestreo. Evaluación de los métodos de muestreo en columna, compuesta y simple.- Los resultados de los análisis fisicoquímicos y microbiológicos obtenidos para los tres métodos de muestreo se presentan en la tabla 3. La X 2 y el CV con valores menores, en cada uno de los parámetros analizados corresponden a los de la muestra compuesta, le siguen en orden ascendente los de la muestra en columna y finalmente los de las muestras 3

5 simples. Por ejemplo, analizando los estadísticos de la DBO total el valor de X 2 de la muestra compuesta es de 0.47, 1.11 para la muestra en columna y Para el coeficiente de variación los resultados de este mismo parámetro fueron: 0.06 para la muestra compuesta, 0.08 para la muestra en columna y 0.11 para la muestra simple. TABLA 3. Estadísticos de las mediciones fisicoquímicas y microbiológicas de los muestreos en columna, simple y compuesto. C Estadísticos DBOtot DBOsol. DQOtot. DQOsol. O Media M P D.M U D. T E Varianza S T X A CV C O L U M N A S I M P L E Estadísticos DBOtot DBOsol. DQOtot. DQOsol. Media D. M D. T Varianza X CV estadísticos DBOtot DBOsol. DQOtot. DQOsol. Media D. M D. T Varianza X CV χ2 = chí-cuadrada, D.M. = desviación media, D.T. = desviación típica, C.V. = coeficiente de variación. * Parámetro no cuantificado. De lo anterior se obtiene la siguiente relación: X 2 Compuesta < X 2 Columna < X 2 Simple El mismo comportamiento se presenta para el CV. CV Compuesta < CV Columna < CV Simple La representación gráfica de los resultados mencionados se muestran en la Figura 3, donde V. M. = Valor Medio. 4

6 Figura 3. Representación gráfica de la dispersión de los tres métodos de muestreo. Con base en los resultados anteriores se tiene que el método más confiable de muestreo es el de muestras compuestas, le sigue en confiabilidad el método en columna y por último las muestras simples presentan la mayor dispersión. CONCLUSIONES El diámetro más recomendable de la columna de muestreo es de 2 plg, por presentar menor dispersión estadística y por generar menor turbulencia al ser introducida en la columna de agua. La longitud de columna con mayor confiabilidad es la de 1.0 m por presentar los valores menores de dispersión estadística, al integrar la composición de los estratos de la columna de agua de la laguna de estabilización.. El método de muestra compuesta es más confiable que el muestreo en columna o el muestreo simple, sin embargo, el método en columna presenta una confiabilidad similar a la de la muestra compuesta, con la ventaja de realizar una muestra única, en cualquier hora del día, con las ventajas de disminución de costos, flexibilidad en los horarios para la tomas de muestras y para su transporte al laboratorio. Además demanda menores recursos humanos, equipo y materiales que los requeridos durante el muestreo compuesto o para la toma de muestras simples. Debido a que el método en columna integra los diferentes estratos de la laguna de estabilización también se tiene la ventaja de mayor confiabilidad de la muestra bajo condiciones de lluvia. RECOMENDACIONES. Se recomienda el uso del método en columna para la toma de muestras de efluentes de lagunas de estabilización por su alta confiabilidad y reducción de costos. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Pearson H. W., Mara D.D., Konig, A. R. de Oliveira, Mills S. W., Smallman D. J. and. Silva S. A. ( 1987). Water column sampling as a rapid and efficient method of determining effluent quality and the performance of waste stabilization ponds. Water Sci. Tech. Vol. 19 No. 12 PP H. W. Pearson, D. D. Mara and Bartone. (1987). Guidelines for the minimum evaluation of the performance of full- scale waste stabilization pond systems. Wat. Res. Vol. 21, No. 9, Pp Irwin R. Miller John E. Freund. (1988). Probabilidad y estadísticas para ingenieros.. 4ta. edición Norma Oficial Mexicana NMX-AA-003 (1980) Aguas residuales- Muestreo publicado en el Diario Oficial de la Federación el 25 de marzo de Konig A. (1984). Ecophysiological studies on some algae and bacteria of waste stabilization ponds. Ph.D. Thesis. University of Liverpool. U. K. 5

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