efecto de las microalgas en la remoción de los compuestos

EFECTO DE LAS MICROALGAS EN LA REMOCIÓN DE LOS COMPUESTOS
NITROGENADOS PRESENTES EN LA LAGUNA FACULTATIVA DE UNA PLANTA
DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Luis Vargas: Licenciado en Química, Universidad del Zulia (LUZ) 1976. Maestría en Ingeniería
Ambiental (LUZ) 1987. Especialista en el área de tratamiento de aguas residuales. Ha coordinado y
participado en las actividades de laboratorio y campo para la caracterización de efluentes residuales
industriales y domésticos de diferentes empresas, en el diseño de unidades de tratamiento, en estudios
de tratabilidad de aguas residuales. Actualmente es Profesor Titular Jubilado de la Universidad del Zulia
(LUZ) y Asesor del Centro de Investigación del Agua. (CIA)
Carmen H. Cárdenas de Flores: Centro de Investigación del Agua de la Universidad del Zulia.
Melody Hernández: Centro de Investigación del Agua de la Universidad del Zulia.
Ismenia Araujo: Centro de Investigación del Agua de la Universidad del Zulia.
Suher Yabroudi: Centro de Investigación del Agua de la Universidad del Zulia.
Franklin López: Instituto para la Conservación de la Cuenca del Lago de Maracaibo (ICLAM).
Luisa Saules: Centro de Investigación del Agua de la Universidad del Zulia.
José Delgado: Centro de Investigación del Agua de la Universidad del Zulia.
Centro de Investigación del Agua, Ciudad Universitaria, Lagunas de Oxidación. Maracaibo –Venezuela
Teléfonos: (058-061) 597182 - 597181 (Fax) - 597195 (Oficina) - Apartado 98, e-mail:
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RESUMEN
El objetivo fundamental de este trabajo fue, estudiar el efecto que ejercen las microalgas que predominan
en la laguna facultativa de la planta de tratamiento “Maracaibo Sur” en la remoción del nitrógeno presente
en dicha laguna. Las muestras fueron captadas a la entrada y salida de la laguna facultativa, para realizar
el contaje e identificación de microalgas y posteriormente relacionarlas con la concentración de nitrógeno
presente en la laguna. Se midieron parámetros físicos y químicos como temperatura, pH, oxígeno
disuelto, nitrógeno total Kjeldahl, nitrógeno amoniacal, nitritos, nitratos y parámetros microbiológicos
como clorofila y el contaje e identificación de microalgas. Los resultados obtenidos indicaron que se
obtuvieron remociones de nitrógeno total Kjeldahl 21,61%; nitrógeno amoniacal 36,42%; nitrito 95,05% y
nitrato 81,77%. Referente a los parámetros microbiológicos, la clorofila presentó una concentración
máxima de 557,86 mg/m3 y en cuanto al contaje e identificación de microalgas, se observó una gran
variedad de algas pero se obtuvieron en mayor proporción las Cianophytas 54%, Clorophytas 28% y
otros géneros que abarcan otros tipos de algas un 18%. En general se comprobó que las microalgas
ejercieron un papel fundamental en la remoción del nitrógeno que se encontraba en la laguna facultativa
de esta planta de tratamiento.
Palabras Claves: laguna facultativa, nitrógeno, remoción, microalgas, Cianophytas.
INTRODUCCIÓN
Las aguas residuales provenientes de actividades industriales (petroquímica, alimentos) así como de
fuentes domésticas constituyen las bases más importantes de residuos con elevados niveles de
nitrógeno, el cual es un nutriente que provoca una de las formas más importantes de degradación de la
calidad del agua llamada eutroficación. El nitrógeno es incorporado a las aguas por las descargas
residuales domésticas e industriales, por arrastre de los suelos fertilizados con abonos nitrogenados, lo
cual provoca la eutroficación de lagos y embalses (Charles, 1983). Por otro lado, las descargas de
nitrógeno amoniacal en las aguas receptoras puede resultar tóxica para las especies acuáticas presentes
en ellas, por esta razón se afirma que para poder evaluar la toxicidad de una sustancia, es necesario
distinguir entre aquellas que ponen en peligro a humanos y animales, es decir afectando su salud y los
que alteran primordialmente la estructura y organización de un ecosistema acuático. El nitrógeno persiste
en el ambiente, acumulándose en el agua y en los organismos. La bioacumulación o biomagnificación
puede ser controlada hasta cierto límite mediante la absorción por la biota, esto es, repartición entre el
agua y los organismos que utilizan dicho elemento (Nitrógeno), como nutriente para su proliferación como
es el caso del proceso de fijación del nitrógeno donde una enorme cantidad de este proveniente tanto del
aire como del agua, se convierte en compuestos de nitrógeno donde una amplia variedad de bacterias
aeróbias y anaerobias incluyendo algunas especies de algas como las de color verde azulado o
Cianophytas son capaces de fijarlo tomándolo del agua, con el objetivo de obtener las proteínas
necesarias para su crecimiento. El objetivo de esta investigación es estudiar el efecto de las microalgas
sobre la remoción del nitrógeno presente en la laguna facultativa de la planta de tratamiento de aguas
residuales Maracaibo Sur (Berti M et al., 2001; Cooke D et al., 1993).
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
La planta de tratamiento de aguas residuales Maracaibo Sur, se encuentra ubicada en el Municipio San
Francisco, ocupando una extensión de 130 hectáreas y fue concebida para dar solución a un gran
problema ambiental, como era la disposición sin tratamiento de las aguas servidas de la población de una
zona de la ciudad de Maracaibo, específicamente la zona sur. De acuerdo a la división político-territorial
del Estado Zulia, la planta de tratamiento recibe las aguas residuales del Municipio San Francisco y de
una zona del Municipio Maracaibo. Este sistema esta formado por dos subsistemas de recolección uno
llamado Punta Santa y el otro La Silva. Esta planta de tratamiento ha sido diseñada para tratar un caudal
máximo de 3.400 L/s, bajo la modalidad de lagunas de estabilización en tres etapas consecutivas:
primaria (anaerobia), facultativa y maduración. Estas lagunas operan eficientemente en climas cálidos
como el de esta zona. Se realizaron 28 muestreos en un lapso de tres meses consecutivos. Las muestras
se tomaron en forma aleatoria simple a la entrada y salida de la laguna facultativa. Se realizaron
mediciones “in situ” de temperatura, pH y oxígeno disuelto y a nivel de laboratorio los parámetros
químicos que se determinaron fueron: nitrógeno total Kjeldahl, nitrógeno orgánico, nitrógeno amoniacal,
nitrito y nitrato; con respecto a los parámetros microbiológicos se realizó la cuantificación de la
concentración de clorofila contenida en las muestras de agua, en todos los casos se siguió la
metodología descrita por el Standard Methods (APHA-AWWA-WEF, 1998).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Temperatura: Durante el período de muestreo el rango de temperatura encontrado en la laguna
facultativa osciló entre 29,3 °C y 31,9 °C a la entrada y a la salida entre 29,7 °C y 31,7 °C. Los valores
promedio obtenidos durante el ensayo fueron de 31,2 °C a la entrada y 30,4 °C a la salida. La
temperatura es el principal factor que influye en la abundancia, distribución y crecimiento de los
organismos acuáticos y en los procesos químicos y físicos de un cuerpo de agua. Es necesario un rango
de temperatura entre 10 y 40 °C para que se desarrollen organismos del tipo mesofílico, como las algas
verdes que poseen una tasa máxima de crecimiento entre los 30 y 35 °C, lo que indica que están dadas
las condiciones de temperatura para la presencia de este tipo de algas debido a que en la mayoría de las
mediciones, se obtuvieron temperaturas entre 30,4 °C y 31 °C (Metcalf y Eddy, 1995; Borjas, 1982)
Potencial de Hidrógeno (pH): En la Tabla 1 se presentan los valores de pH registrados a la entrada y
salida de la laguna facultativa. Dichos valores de pH proporcionan condiciones favorables para que se
den tantos los procesos aerobios como anaerobios en la laguna facultativa (Nuñez, 2000)
Nitrógeno Total Kjeldahl (NTK): El valor promedio a la entrada de la laguna facultativa se ubicó en 28,56
mg/L y en 22,30 mg/L a la salida, en la Tabla 1 son registrados estos promedios y el porcentaje de
remoción alcanzado. Los valores a la entrada son mayores que los obtenidos a la salida, lo que indica
que casi todo el nitrógeno que entra a la planta formando parte de la materia orgánica es transformado en
productos aprovechables para la vida presente en dichas lagunas. La disminución del NTK, ocurre debido
a que los organismos presentes en la laguna facultativa, entre ellos las algas, utilizan el nitrógeno
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amoniacal que forma parte del NTK como fuente para construir su material celular, ocurriendo de esta
forma la remoción de este parámetro en el agua residual.
Nitrógeno Amoniacal: En la Tabla 1 se muestran los valores promedios obtenidos para este parámetro,
donde se observa una remoción del nitrógeno amoniacal debido a que el amonio es utilizado como fuente
principal de nutrientes por muchos organismos vegetales y microorganismos que luego es oxidado a
nitrito y nitrato para ser incorporado en las células sintetizadas de las algas, provocando de esta manera
la disminución del nitrógeno amoniacal.
Nitrito: Los valores a la entrada y a la salida de la laguna, estuvieron muy cercanos a cero, como se
muestra en la Tabla 1, llegando ha alcanzar una remoción promedio del 95,05%. Los valores a la salida
del sistema se pueden considerar despreciables.
Nitrato: Se registraron valores de concentración bajos tanto para la entrada como para la salida de la
laguna, siempre inferiores a 0,206 mg/L. La Tabla 1 muestra los valores promedio de la concentración de
nitrato con sus respectivos rangos y porcentaje de remoción. La concentración de este parámetro a la
entrada se encuentra por encima del de salida. Este comportamiento se debió a factores como el oxígeno
disuelto y el efecto de dilución por recirculación de agua tratada en el sistema lo cual facilita la oxidación
del amoniaco a nitrito y nitrato. Como se sabe, los nitratos se consumen con rapidez durante los períodos
de intensa proliferación del fitoplancton ya que las algas son capaces de utilizar varias formas de
nitrógeno como: nitrito, nitrato y amonio así como los compuestos orgánicos nitrogenados solubles.
Tabla 1. Resultados obtenidos en la Evaluación de los Parámetros Físico-Químicos
Entrada
Salida
% de Remoción
PARÁMETRO
pH
7,46
8,00
NTK (mg/L)
28,56
22,30
21,61
Nitrógeno
16,92
11,51
36,42
Amoniacal (mg/L)
Nitrito (mg/L)
0,182
0,019
95,05
Nitrato (mg/L)
0,101
0,015
81,77
3
Clorofila: En la entrada de la laguna facultativa se obtuvo una concentración promedio de 142,25 mg/m
3
3
y a la salida de 269,71 mg/m . La concentración promedio de entrada se considera alta (142,25 mg/m )
ya que se sabe que a la salida de un tratamiento anaerobio no deben existir concentraciones de clorofila.
Sin embargo, en esta planta, la salida de los módulos anaerobios se une con el agua que se recircula
desde el depósito del efluente el cual viene con un alto contenido de clorofila, contribuyendo a que exista
cantidades de ésta a la entrada de la laguna facultativa.
Contaje e Identificación de Microalgas: De acuerdo con los resultados de las muestras obtenidas tanto
a la entrada como a la salida, la laguna presenta una diversidad de especies siendo mayor a la salida. La
Tabla 2 presenta las especies de algas predominantes que resultaron del contaje e identificación durante
el período de muestreo.
Tabla 2. Porcentaje de los diferentes tipos de algas medidos a la entrada y salida de la laguna
facultativa
Tipo de Algas
Entrada (%)
Salida (%)
Cianophyta
54
54
Clorophyta
27
28
Otros Géneros
19
18
3
Se puede observar que las especies predominante pertenecen al género Cianophytas, seguido de las
Clorophytas y por último las Crisophytas, aunque éstas últimas resultaron en muy poca cantidad en
comparación con los otros géneros.
Por otro lado, al evaluar las correlaciones existentes entre las concentraciones de nitrógeno amoniacal y
las densidades de microalgas, se consideran como altamente correlacionadas, variables cuyo coeficiente
de correlación fue superior a 0,80 (valor absoluto), y como significativa la correlación en el caso de
coeficientes superiores a 0,5 e inferiores a 0,80. Los resultados de este estudio demuestran que las
Cianophytas fueron las especies predominantes en la laguna facultativa, representado principalmente por
la Spirulina. Según Curtis H (1972), esta especie posee filamentos que se mueven en el agua con un
lento movimiento deslizante, aunque no se sabe como se produce este movimiento ya que ellas carecen
de flagelos o de cualquier otro medio visible de locomoción, sin embargo éstas suelen flotar
acumulándose en la superficie y en las esquinas de la laguna de acuerdo a la dirección del viento. Los
parámetros físicos y químicos como temperatura, pH y oxígeno disuelto, deben ser uniformes durante un
período de tiempo largo, debido a que las algas necesitan condiciones estables para su crecimiento. Las
diferencias de utilización de un recurso determinado por las microalgas, en este caso el nitrógeno, puede
ser demasiado pequeña como para dar lugar a una exclusión competitiva de unas especies con otras; sin
embargo, si esto fuese así, la ventaja ganada por la especie que constituía el mayor competidor puede no
ser suficiente para determinar la exclusión competitiva de las otras especies. (González de Infante A,
1988).
CONCLUSIONES
Las densidades poblacionales de las microalgas dependen en esta laguna de los parámetros físicos y
químicos como la temperatura, el pH, el oxígeno disuelto y el nitrógeno. Esta dependencia es mucho
mayor entre el nitrógeno amoniacal y las Cianophytas ya que los resultados demostraron que estas algas
lo utilizaron como fuente principal de nitrógeno, de allí la capacidad de estos organismos para remover el
nitrógeno amoniacal del agua. En general las microalgas ejercieron un efecto positivo sobre la remoción
del nitrógeno que se encontraba presente en la laguna facultativa de esta planta de tratamiento.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
APHA, AWWA, WEF, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, (1998).
th
19 Edition. Washington. U.S.A.
Berti, M; Ramírez, E. (2001). “Evaluación de la Fase de Arranque de una Planta de Tratamiento
de Aguas Residuales”. Tesis de Grado. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Venezuela.
Borjas, J. (1982). “Acuitratamiento por Lagunas de Estabilización”. Editorial Escuela Colombiana
de Ingeniería.
Charles, M. (1993). “Remoción de los Compuestos Nitrogenados en un Sistema Piloto de
Estabilización”. Tesis de Grado. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Universidad del Zulia.
Venezuela.
Curtis, H. (1972). “Biología”. Ediciones Omega S.A. Barcelona.
Cooke, D; Welch, E; Peterson, S and Newroth, P. (1993). “Restoration and Management of Lakes
nd
and Reservoirs”. 2 Edition. Lewis Pub. Co. USA.
González de Infante, A. (1988). “El Plancton de las Aguas Continentales”. Secretaría General de
la Organización de los Estados Americanos. Washington D.C. Programa Regional de Desarrollo
Científico y Tecnológico.
Metcalf y Eddy, (1995). “Ingeniería de las Aguas Residuales. Tratamiento, Vertido y
Reutilización”.Tercera Edición. Editorial McGraw-Hill. Volumen 1.
Nuñez, M. (2000). “Filtro Rocoso como Medio de Mejoramiento de la Calidad de los Efluentes de
las Lagunas de Estabilización de LUZ”. Trabajo Grado. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado.
Universidad del Zulia. Venezuela.
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