PHRAGMITES AUSTRALIS Y SCHOENOPLECTUS CALIFORNICUS EN HUMEDALES CONSTRUIDOS: DESARROLLO Y ASIMILACION DE NUTRIENTES

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Emilio Prado Villalobos
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III Conferencia Panamericana de Sistemas de Humedales para el Tratamiento y Mejoramiento de la Calidad del Agua Santa Fe, Argentina PHRAGMITES AUSTRALIS Y SCHOENOPLECTUS CALIFORNICUS EN HUMEDALES

1 III Conferencia Panamericana de Sistemas de Humedales para el Tratamiento y Mejoramiento de la Calidad del Agua Santa Fe, Argentina PHRAGMITES AUSTRALIS Y SCHOENOPLECTUS CALIFORNICUS EN HUMEDALES CONSTRUIDOS: DESARROLLO Y ASIMILACION DE NUTRIENTES Daniela López, Mario Sepúlveda y Gladys Vidal Facultad de Ciencias Ambientales. Universidad de Concepción Concepción - Chile Grupo de Ingeniería y Biotecnología Ambiental

INTRODUCCION : selección de macrófitas Las zonas rurales de Chile (2.242.

El uso de tecnologías de tratamiento no convencionales para el tratamiento de aguas servidas, como los humedales

Selección Macrófitas Schoenoplectus californicus Ampliamente distribuida en la región Phragmites australis Cosmopolita y

12-33 Ciclo de desarrollo Planta perennne Bianual Rizomas perennes Plantas anual Altura (m) 3 5 Tasa propagación

2 INTRODUCCION : selección de macrófitas Las zonas rurales de Chile ( habitantes) solo el 13% tienen sistemas de recolección y tratamiento de aguas servidas. El uso de tecnologías de tratamiento no convencionales para el tratamiento de aguas servidas, como los humedales construidos son presentados como alternativas para el tratamiento de aguas servidas. Selección Macrófitas Schoenoplectus californicus Ampliamente distribuida en la región Phragmites australis Cosmopolita y ampliamente usada en humedales construidos Schoenoplectus californicus Phragmites australis Temperatura óptima C) Ciclo de desarrollo Planta perennne Bianual Rizomas perennes Plantas anual Altura (m) 3 5 Tasa propagación Regulación de la temperatura Superficie para la biopelícula Aireación de la rizófera Transporte gases Asimilación de nutrientes Regulación flujo de agua Moderado-lento 3 cm/año Muy rápido 1 m/año Cobertura (año) Denso Muy denso Penetración raíces (m),7-,8,6-1,

3 OBJETIVO Evaluar el desarrollo y asimilación de nutrientes por Phragmites australis y Schoenoplectus californicus en HFSS diseñados para el tratamiento de aguas servidas.

METODOLOGIA Planta Piloto Tanque distribución

Desengrasador HFSS-Phr2 TA TA Fosa Séptica

californicus; DES: Desarenador-desengrasador;

4 METODOLOGIA Planta Piloto Tanque distribución HFSS-Sch2 HFSS-Phr1 HFSS-Sch1 Desarenador- Desengrasador HFSS-Phr2 TA TA Fosa Séptica Tanque de bombeo HSSF Operado por 1163 días Parámetros de operación : CH y TRH Phr: Phragmites australis; Sch: Schoenoplectus californicus; DES: Desarenador-desengrasador; TRH: Tiempo Retención Hidráulico; CH: Carga Hidráulica; TA: Tanque Almacenaje

5 .65 m 3. m.75 m.85 m.75 m Zona A Zona B Zona C METODOLOGIA Tubos de muestreo SST Influente Parámetros Fisicoquímicos DQO NT PT Zona A Zona B Zona C Características físicas Unidad Valor Material Tipo - Grava Tamaño mm Porosidad -,4 Geométricas Área superficial m 2 4,5 Relación Largo/ancho - 2 Promedio altura HSSF m,57 Nivel de agua m,4 Volumen total m 3 1,28 Macrófitas Phragmites australis Schoenoplectus californicus Parámetros In situ 1.5 m Temperatura ph Redox Oxígeno disuelto Influente Efluente Puntos de muestreo In situ

6 METODOLOGIA Foliar (tallos/m 2 ) Cobertura (%) Longitud (m) N Total P total Peso Medidas In situ Instituto de Investigación Agropecuarias (INIA) Primavera (212) Invierno (213) Verano (214) Schoenoplectus californicus Phragmites australis Neubauer et al.212

7 RESULTADOS: Caracterización Influente Año Estación Parámetro (mg/l) DQO SST NT PT Variaciones estacionales Menor 2% para DQO, SST, NT y PT Primavera 296 ± ± ± ± 6 Verano 21 ± ± ± 1 14 ± 2 Otoño 26 ± ± ± ± 1 Invierno 42 ± ± ± ± 3 Otoño 194 ± ± ± 4 13 ± 1 Agua servida tipo concentrada (~3 mgdqo/l); (>45 mgsst /L antes tratamiento primario SST: 192 mg/l Aguas servidas tipo diluida 213 Invierno 172 ± ± ± ± 2 Primavera 318 ± ± ± ± 3 Verano 289 ± ± ± ± 2 >2-4% a las zonas urbanas concentradas Aportes por mantención o faena animal (6 mgn/l) Sin diferencias entre temporadas Agua servida tipo concentrada (>8 mg NT /L ) y ~14 mg PT/L) Henze et al., 22;; Vera, 212; Chartier et al., 212

8 Concentración (mg/l) Eficiencias eliminación (%) RESULTADOS: Desempeño de los HSSF NT COS (g/m 2 d) ,8 ±,1 2,3 ± 1, Aumento carga 32% 2,9 ±,3 3,7 ±,6 3, ±,8 8,5% HSSF-Phr HSSF-Sch Eficiencias : 21% (5-35%) Concentración salida : 71 (53-89) mg/l Menor eficiencia 65-85% a lo descrito para HSSF Concentración otras investigaciones (17-64 mg/l) PT COS (g/m 2 d) 3 2,3 ±,1,3 ±,1 2%,4 ±,1,5 ±,1,4 ±, 1% Eficiencias :3,4% (-8-13%) Concentración salida : 14 (12-15) mg/l 1-2 Menor eficiencia 7% a lo descrito para HSSF P/V O/I O/I P/V O/I meses Funcionamiento Grava presenta la menor capacidad de eliminación de P Sin influencia entre plantas o temporadas Rai et al., 215; Zhu et al., 214; Zurita et al., 29;; Mander et al., 23; Cui et al., 28; Vohla et al., 27

Biomasa (gps/m 2 ) Biomasa (gps/m 2 ) RESULTADOS: Desarrollo macrófitas 3 25 2 15 1 3 5 25 2 15 2 5 15 1 2 5 12-17 34-45 Ind/m 2 15 1 1 5 53-75 38-52 gps/m 2 Primavera Invierno Verano 212 213 214

6 HSSF-Phr HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF-Sch HSSF-Phr HSSF-Phr. 1.2.8.4.

9 Biomasa (gps/m 2 ) Biomasa (gps/m 2 ) RESULTADOS: Desarrollo macrófitas Ind/m gps/m 2 Primavera Invierno Verano Ind/m Ind/m 2 21% (1782 gps/m 2 ) Cobertura (%) Longitud tallo (m) HSSF-Phr 75 HSSF-Sch HSSF-Phr 1 HSSF-Sch 1 HSSF-Phr HSSF-Sch Cobertura (%) Longitud tallo (m) HSSF-Phr HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF-Sch HSSF-Phr HSSF-Phr % HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF- Biomasa (gps/m Biomasa (gps/m Primavera Invierno Verano Zona A Zona B Zona C HSSF-Phr HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF-Sch HSSF-Phr HSSF-Phr HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF- Mayor desarrollo ( gps/m 2 ) y menor (3%) variación en Zona C Alto desarrollo HSSF-Phr Moderado desarrollo HSSF-Sch HSSF-Phr 75 % tallos (325 tallos) 72% biomasa (385 gps/m 2 ) Tasa propagación 1m/año PS: Peso Seco; Ind: Individuos Tasa propagación 15-3 cm/año Pulgón (Áfido) Zhao (212); Rodriguez y Brisson (215); Neubauer et al., 212; Wallace y Knight, 26; Clarke y Baldwin, 22

10 Fósforo (g P/ kg PS) Fósforo (g P/ kg PS) Nitrógeno (g N/ kg PS) Nitrógeno (g N/ kg PS) RESULTADOS: Asimilación de nutrientes Primavera 2, Phragmites australis 25-92% mayor que otras estaciones Invierno Verano Schoenoplectus californicus gn/kgps 5,5-9,5 gn/kgps Primavera 3, Invierno Verano Biomasa (gp Zona A HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF-Ph 6% de P y N contenido 2 en las aguas servidas es eliminado por las plantas Zona B Zona C HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF HSSF-Phr HSSF-Sch HSSF-Ph 1,5,51 gp/kgps 2,,86 gp/kgps 1,,5 1, Phragmites australis Schoenoplectus californicus, Primavera Invierno Verano, Primavera Invierno Verano Fósforo HSSF-Sch 4% mayor HSSF-Phr Variación estacional: 33% HSSF-Sch y 72% HSSF- Phr Parámetro Producción Biomasa Contenido tejido planta Unidad Estaciones Primavera Invierno Verano g PS/m ± ± ± ± ± ± 177 g N/m 2 11,39 ±,63 3,25 ±,57 1,28 ±, 1,24 ±,6 1,73 ±,5 7,52 ±,76 g P/ m 2,23 ±,,45 ±,2,8 ±,,12 ±,,19 ±,2,83 ±,3 Zhao (212); Brezinová y Vymazal, 215; Neubauer et al., 212; Weller et al., 215

11 Conclusiones La eliminación de fósforo y nitrógeno presentaron una disminución de continua durante los cuatro primeros años. El nitrógeno para el primer año presentó eficiencias en promedio de 3% (,98 gn/m2 d eliminado) para finalizar en primavera del tercer año con eficiencias menores a 12% (,7 gn/m 2 d eliminado). A su vez, el fósforo presentó máximas eficiencias durante el segundo año, sin embargo esta eficiencia no supera el 2%. Respuesta asociada principalmente al aumento en la carga entre temporadas de NT (1,8 a 3,7 gn/m 2 d) y a la capacidad de asimilación de nutrientes por parte de las macrófitas. La tasa de propagación de Phragmites australis en una etapa inicial es superior a Schoenoplectus californicus. Sin embargo, a largo plazo se estableció mayor desarrollo de la biomasa (1782 gps/m 2 ) y cobertura (85%) para Schoenoplectus californicus respecto a Phragmites australis (385 gps/m 2 y 64 %). No obstante, la disminución en el desarrollo de P. australis al final del periodo de monitoreo, se debió principalmente al efecto de una plaga de áfidos que la atacó. El contenido de nutrientes en los tejidos de P. australis y S. californicus presentó una tendencia marcadamente estacional, presentando las mayores concentraciones de nitrógeno (7,52 y 11,39 gn/m 2 para Sch y Phr) y fósforo (,23 y,83 gp/m 2 para Phr y Sch) durante las temporadas de crecimiento (primavera y verano). Así, a escala piloto P. australis y S. californicus son capaces de eliminar nutrientes en un máximo de 6% de la carga de N y P aplicada al HSSF.

12 Grupo de ingeniería y biotecnología ambiental Universidad de Concepción - Chile

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