APLICACIÓN DE HUMEDALES ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL DE CASA-HABITACIÓN EN ÁREAS RURALES

Transcripción

1 APLCACÓN DE HUMEDALES ARTFCALES PARA EL TRATAMENTO DEL AGUA RESDUAL DE CASA-HABTACÓN EN ÁREAS RURALES Elizabeth Ramírez Flores, Esperanza Robles alderrama, Patricia Bonilla Lemus, Pedro Ramírez García, Alejandro Gutiérrez Sarabia, Ma. Elena Martínez Pérez y Ricardo Ortíz Ortega Proyecto de Conservación y Mejoramiento del Ambiente, ENEP ztacala UNAM, Av. de los Barrios s/n Los Reyes ztacala, Tlalnepantla Estado de México, Tel , fax , erf@servidor.unam.mx RESUMEN Aplicación y evaluación del sistema de humedales artificiales en 2 casas rurales, que carecen de drenaje, ubicadas en poblados diferentes, determinando el decaimiento bacteriano mediante el modelo de Reed, adecuándose el diseño a las características de cada área, haciéndose los análisis pertinentes. Ambos sistemas presentaron eficiencias superiores al 50% en la remoción de materia orgánica y una disminución de coliformes de 3 escalas logarítmicas en Matilde y de 4 a 5 en Jilotepec. Esto concuerda con el período de estabilización de los sistemas, pues son recientes y necesitan aproximadamente un año para obtener eficiencias óptimas. Los valores de la constante de Reed, estuvieron cercanos a la unidad, lo que representa una buena caracterización para el decaimiento bacteriano que sé esta realizando en el sistema. Los efluentes se utilizan para el riego de áreas verdes, cuando se estabilicen totalmente, el agua podría utilizarse para el riego de algunos cultivos. NTRODUCCÓN El gran crecimiento demográfico y el desarrollo industrial de los últimos años han provocado la contaminación y la sobrexplotación de las fuentes de agua en algunas regiones del país (CEPS, 1992). Por lo que el reuso del agua residual es una alternativa que permite satisfacer demandas que no requieren calidad de agua potable, sin embargo es necesario el tratamiento previo de esta agua antes de su aprovechamiento (Rivera y Calderón, 1993). En México, existe un gran número de comunidades rurales, semiaisladas, que no cuentan con sistemas de captación de aguas residuales, por lo que comúnmente se

2 vierte el agua residual en el terreno o a un cuerpo de agua cercano, repercutiendo en la calidad del suelo, de agua superficial y del agua subterránea (CEPS, 1992); o bien se utiliza para el riego de cultivos con la consecuencia de un aumento en la morbilidad y mortalidad por enfermedades infecciosas (Bitton, 1994). Entre los métodos de tratamiento del agua de desecho para zonas rurales están los humedales artificiales o lechos de macrófitas, que tienen como principio que la rizósfera permite el desarrollo de una gran variedad de microorganismos como bacterias, protozoos y hongos, que habitan el espacio que circunda las raíces, y debido a que la rizósfera recibe un aporte continuo de oxígeno que proviene del sistema vascular de los tallos y las hojas de las plantas semiacuáticas, existe el oxígeno necesario para que los micoorganismos descompongan la materia orgánica presente en el agua residual. La traslocación de oxígeno molecular en la planta no es la única variable importante a considerar en los humedales artificiales, también son importantes los procesos microbianos que se realizan en la descomposición de la materia orgánica y en el consumo de bacterias por parte de los protozoos. Asimismo, los factores ambientales tienen un papel importante en la adaptación y desarrollo de las macrófitas. Debido a que el funcionamiento del sistema de tratamiento se basa en la actividad de los microorganismos, es importante comprender los procesos microbiológicos que se realizan en estos sistemas (Findlater et al., 1990; Rivera y Calderón, 1993; Rivera et al., 1993). Por lo anterior se estudiaron 2 plantas de tratamiento de humedales localizados en el área rural para tratar el desecho de casa-habitación que no cuentan con drenaje, para evaluar el funcionamiento y el decaimiento bacteriano en el sistema. MÉTODO La investigación se realizó en 2 sistemas que se propusieron para tratar individualmente el agua residual de casa-habitación en zonas rurales, que no contaban con red recolectora de aguas residuales, una esta localizada en Jilotepec, Edo, de México, donde se realizaron 6 muestreos y la otra en el poblado de Matilde, Hidalgo, realizándose 5 muestreos. El sistema de Jilotepec tiene las siguientes etapas, tanque aerobio, humedal y estanque de almacenamiento. El sistema de Matilde cuenta con tanque anaerobio, humedal y tanque de almacenamiento. Se tomaron muestras del influente y del efluente de cada sistema. Los parámetros que se realizaron en el campo fueron: ph, temperatura, y oxígeno disuelto (OD). Se tomaron muestras para realizar los parámetros siguientes en el laboratorio: Demanda bioquímica de oxígeno (DBO 5 ), Demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos (SS), sólidos sedimentables (SSED), nitrógeno amoniacal (N-NH 3 ), grasas y aceites (GyA). La preservación de las muestras se realizó de acuerdo al parámetro a analizar (refrigeración o fijación). Las muestras bacteriológicas se tomaron en frascos de vidrio previamente esterilizados y se trasladaron en refrigeración al laboratorio para su análisis inmediato. Se determinaron coliformes totales (CT) y coliformes fecales (CF). El análisis de los parámetros físicos, químicos y bacteriológicos se realizaron siguiendo las técnicas indicadas en las Normas Oficiales Mexicanas vigentes.

3 Para calcular la eficiencia de remoción se utilizó la fórmula: alor del efluente 100 % de Remoción = alor del influente Se utilizó el modelo de Reed (1991) para determinar el decamiento bacteriano, ya que se adecuaba mejor a las condiciones del sistema de humedales. La ecuación de Reed es: Q ln (Co/Ce) As = Kt d d Donde: AS = área superficial Q = gasto Ln = base de los logaritmos naturales Co = DBO 5 del efluente Ce = DBO 5 del influente Kt = constante de degradación bacteriana d = profundidad del sistema d = porosidad del medio RESULTADOS Sistema de tratamiento de Jilotepec, Edo. de México. Los resultados de los parámetros que se midieron en el campo se presentan en la tabla 1, en ella se aprecia que en todos los muestreos el ph del influente y del efluente del sistema no tuvo gran variación (la máxima fue de 7 décimas, muestreos y ), con excepción del muestreo, en que la variación fue de más de 2 unidades. Se aprecia que al principio el ph del sistema estuvo muy cercano a la neutralidad, después se elevó, pero en los últimos muestreos el ph se mantuvo muy constante principalmente en el efluente. La temperatura estuvo en un intervalo de en el influente y de en el efluente. Se encontró una concentración aceptable de oxígeno disuelto en la entrada ( mg/l) y una muy buena concentración en la salida del sistema ( mg/l).

4 Tabla 1. Parámetros fisicoquímicos de campo del sistema de tratamiento de Jilotepec, Edo. de México. Estación de Parámetro ph Temperatura( ) OD(mg/l) La determinación de la eficiencia del sistema se realizó tomando en cuenta el porcentaje de remoción de los parámetros siguientes: DBO 5, DQO, N-NH 3, SS, SSED, GyA, CT y CF (tabla 2). Tabla 2. Porcentajes de remoción de los parámetros fisicoquímicos y bacteriológicos del sistema de tratamiento de Jilotepec, Edo. de México. Parámetro DQO n.d. DBO SS n.d SSED. n.d n.d N-NH n.d. n.d GyA n.d n.d CT n.d CF n.d n.d. no determinado En general, el sistema presentó una eficiencia superior al 60% en la remoción de materia orgánica representada por la DBO 5 y la DQO. No hubo remoción en cuanto a los sólidos en los 3 primeros muestreos, pero en los subsecuentes el porcentaje de remoción fue alto. La remoción de N-NH 3 y de grasas y aceites se mantuvo mas o menos constante a partir del muestreo y respectivamente.

5 A excepción del primer muestreo donde la remoción de los coliformes totales y fecales fue alta (88.3 y 96.7%), en los demás muestreos la remoción bajo notablemente (menos del 55%). Sistema de tratamiento del poblado de Matilde, Hidalgo. Los resultados de campo para este sistema se presentan en la tabla 3. El ph estuvo cercano a la neutralidad durante todo el período de muestreo, a diferencia del sistema de Jilotepec, las concentraciones de oxígeno disuelto fueron bajas, aunque siempre estuvieron por arriba de 1 mg/l. Tabla 3. Parámetros fisicoquímicos de campo del sistema de tratamiento de Matilde, Hidalgo. Estación de Parámetro ph Temperatura( ) OD(mg/l) Los porcentajes de remoción de los parámetros analizados se presentan en la tabla 4. La remoción de materia orgánica fue superior al 60% y en el caso de sólidos sedimentables fue muy alta. Las grasas y los aceites también presentaron una excelente remoción de mas del 85%. En contraste, la remoción de los coliformes totales y fecales fue baja (menor del 40%). Tabla 4. Porcentajes de remoción de los parámetros fisicoquímicos y bacteriológicos del sistema de tratamiento de Matilde, Hidalgo. Parámetro DQO n.d DBO SS n.d. SSED n.d. N-NH n.d. GyA n.d. CT CF n.d. no determinado

6 Modelo para determinar el decaimiento bacteriano. Aplicando la ecuación de Reed, se obtuvo la constante de decaimiento (Kt) para cada uno de los muestreos de los 2 sistemas (tabla 5). Tabla 5. Constante de decaimiento bacteriano en los 2 sistemas de humedales artificiales. Kt Jilotepec Matilde 1.09 n.d 0.60 n.d n.d La mayoría de los valores obtenidos para Kt estuvieron cercanos a la unidad, valor que representa un decaimiento bacteriano bueno. CONCLUSONES La remoción de materia orgánica y de las bacterias coliformes de los humedales, aún no es la deseable, debido a que por ser sistemas de reciente construcción, aún les falta madurar. Rivera y colaboradores (1993, 1997), encontraron que en países como México, el tiempo mínimo para que el sistema de humedales se estabilice es de un año, a diferencia de países como Alemania y el Reino Unido en los que el sistema se estabiliza en más tiempo debido a que la temperatura ambiental es menor (Findlater et al., 1990; Nuttall et al., 1997). La baja remoción de las coliformes, fue más notable en el sistema de Hidalgo, esto probablemente se debió a que la primera etapa del sistema es anaerobia, por lo que el agua residual no llega bien oxígenada al humedal y a que el sistema fue construido por iniciativa del propietario de la casa y no contó con asesoramiento técnico. Con los resultados obtenidos se realizarán modificaciones al sistema para incrementar su eficiencia. Se observo que en ambos sistemas la mayoría de los valores de la constante de decaimiento bacteriano (Kt), estuvieron cercanos a la unidad, por lo que se puede decir que el modelo de Reed describe adecuadamente el decaimientro bacteriano que se esta realizando en los sistemas. Además los valores fueron similares a lo reportado por otros autores (Nuttall et al.,1997). Sin embargo es necesario contar con más datos, sobre todo para el sistema de Hidalgo para confirmar estos resultados. La aplicación de humedales artificiales o lechos de macrófitas puede ayudar a resolver el problema de manejo de desechos líquidos domésticos en zonas rurales aisladas de nuestro país, el sistema es atractivo para estas áreas debido a que no se requiere de conocimiento técnico especializado para su mantenimiento.

7 Los autores desean agradecer a la DGAPA de la UNAM por el apoyo financiero otorgado para la realización de este proyecto. REFERENCAS Bitton, G. (1994). Wastewater microbiology. Wiley-Liss. Nueva York. CEPS. (1992). Estrategias para la protección de aguas subterráneas. OMS.OPS. Lima. Findlater, B.C., Hobson, J. A. y Cooper, P.F. (1990). Reed bed treatment systems: Performance evaluation. En: Constructed Wetlands in water Pollution Control. Cooper, P.F. y Findlater, B.C. Editors. Pergamon Press. Great britain. pp 193. Nuttall, P.M., Boon, A.G. y Rowell, M.R. (1997). Review of the design and management of constructed wetlands. Report 180. Construction ndustry Research and nformation Association. Great Britain. Rivera, F., Rodriguez, S., Warren, A., Bonilla, P., Ramirez, E., Calderon, A. y Ortiz, R. (1993). An investigation of the pathogenic and non-pathogenic free-living amoebae from the root zone method of wastewater treatment. Water, Air and Soil Pollution. 69. pp 93. Rivera, F. y Calderón, A. (1993). Tratamiento del agua residual por lechos de raices. nformacion Cientifica y Tecnologica. CONACyT 15(20). pp. 22. Rivera, F., Warren, A., Ramirez, E., Decamp, O., Bonilla, P., Gallegos, E., Calderón A. Y Sánchez, J.T. (1995). Removal of pathogens from wastewaters by the root zone method (RZM), Water Science and Technology. 32 (3). Pp. 21. Rivera, F., Robles, E., Gutiérrez, A., Gallegos, E., Calderón, A., Ramírez, E., y Bonilla, P. (1997). El humedal con lecho de grava como una alternativa para el tratamiento de desechos con alta carga orgánica. Geografía. 15, pp 37.