evaluacion de zantedeschia aethiopica como planta

EVALUACION DE ZANTEDESCHIA AETHIOPICA COMO PLANTA EMERGENTE EN
PANTANOS DE FLUJO HORIZONTAL DE SUBSUPERFICIE PARA EL
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
José Alonso Figueroa Gallegos
Facultad de Ingeniería
Universidad Autónoma de Chiapas
Boulevard Belisario Domínguez Km. 1084, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas
Tel. 6150527
Fax. 6150322
Correo electrónico: [email protected]
RESUMEN
Se diseñaron, construyeron y evaluaron dos pantanos del tipo flujo horizontal de subsuperficie,
en uno se le sembraron plantas de zantedeschia aethiopica como plantas emergentes y en el otro
no se le sembraron plantas para que sirviera como testigo. Durante tres meses se tomaron
muestras en el influente de los pantanos, el efluente del pantano sin plantas y en el efluente del
pantano con plantas.Al realizar un análisis comparativo de los resultados, se encontró que el
pantano con alcatraces incrementa su efectividad en la remoción de la DQO en 13%, la DBO 5 en
13%, los fosfatos como PO4 en 17.67%, N-amoniacal en 10.6%, SST en 9.62%, conductividad
eléctrica en 5.3%, turbiedad en 11.02%, sulfatos como SO4 en 9.25%, coliformes totales en
1.21% y coliformes fecales en 1.46% con respecto al pantano sin plantas emergentes.
INTRODUCCION
Las descargas de aguas residuales a pantanos no son una nueva práctica, muchas sociedades han
descargado aguas residuales en éstos por siglos (Best, 1987). Recientemente, especialmente con
el reconocimiento de las múltiples propiedades de los pantanos, en la búsqueda de soluciones
innovadoras para proteger el medio ambiente, enmarcadas en las corrientes actuales de
“regresemos a lo básico”, se ha empezado a evaluar el efecto de la disposición de agua residual a
estos ecosistemas (Nelson, 1997). El concepto se basa en el uso, no el abuso de los pantanos para
tratar las aguas, y una de las mejores alternativas de reutilizar el agua es creando hábitats
multifuncionales en pantanos.
Como no siempre se dispone de un pantano natural, construir pantanos o humedales puede ser
una buena opción, el objetivo es lograr que estos pantanos funcionen lo más cercano posible a un
pantano natural; generalmente son construidos y manejados con el uso de vegetación que
“mejore” la calidad del agua. Las raíces de las plantas usadas liberan al medio circundante
pequeñas cantidades de compuestos orgánicos como azúcares o aminoácidos que favorecen a
ciertos microorganismos que viven a su alrededor, así se genera una especie de esfera de
influencia de la raíz que se conoce con el nombre de rizósfera. Los microorganismos favorecidos
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por la rizósfera pueden a su vez favorecer a la planta al acelerar la solubilización de nutrientes del
suelo o de la materia orgánica descompuesta o, como sucede con ciertas bacterias, fijando el
nitrógeno atmosférico.
Los pantanos o humedales construidos son sistemas con plantas acuáticas flotantes, de flujo
superficial o de flujo de subsuperficie. La bibliografía (EPA, 1988) reporta como plantas típicas
usadas en pantanos para el tratamiento de aguas residuales de animales: Hidrocotyle umbrellata,
Iris versicolor, Juncus effusus, Phragmites australis, Sagitaria spp, Scirpus spp, Typha spp y
Zizaniopsis miliacia.
Algunas de las ventajas del uso de pantanos o humedales construidos para el tratamiento de aguas
residuales son: a) menor costo de operación o mantenimiento que los sistemas tradicionales, b)
bajos requerimientos técnicos, c) no requieren el agregado de productos químicos que dañan al
medio ambiente, d) los mecanismos de tratamiento son naturales (biológicos y microbiológicos),
e) adiciona paisajes bonitos, f) efectividad y confianza en el tratamiento de aguas residuales, g)
tolerante a las fluctuaciones hidrológicas y cargas contaminantes, h) provee indirectamente el
crecimiento de ambientes verdes, vida silvestre, áreas recreacionales, etc., (Hammer, 1989).
Algunas desventajas son: a) requerimiento de áreas grandes de terreno, b) datos no precisos de
diseño y criterios de operación, c) complejidad hidrobiológica y falta de entendimiento de
importantes procesos dinámicos, e) requerimiento de pendientes topográficas y geología de la
zona adecuadas y f) susceptibilidad a inundaciones. El pantano construido tipo flujo horizontal de
subsuperficie evita: a) el mal olor, b) la proliferación de moscas y mosquitos, c) el contacto de
personas y animales con los efluentes residuales. Este último es una unidad que consiste en un
canal o fosa en cuyo fondo se coloca un material impermeable al agua, el cual puede ser plástico,
suelo poco permeable o concreto. El canal se llena con un substrato poroso (suelo, arena o grava)
para soportar el crecimiento de las plantas acuáticas emergentes. El agua residual fluye por
gravedad y horizontalmente a través del substrato en el cual entra en contacto con los
microorganismos facultativos que viven en asociación con las raíces de las plantas en el
substrato.
En una granja porcícola con animales confinados, el manejo y disposición de los desechos son
los mayores problemas. Los desechos producidos en este tipo de instalaciones son líquidos,
semisólidos y sólidos, estos residuos son difíciles de manejar siendo un foco potencial de
contaminación. El agua que se usa para el aseo de las instalaciones, obviamente se contamina con
los residuos y los propietarios de las granjas deben responder por la calidad del agua que
descargan ya sea a los alcantarillados municipales o a otros cuerpos receptores.
La investigación se realizó en una granja porcícola, en donde se mantienen de 5 a 10 cerdos para
engorda, como todas las granjas de la zona, tiene problemas relacionados a la disposición de las
aguas residuales producto del lavado de las instalaciones, generando malos olores y proliferación
de moscas. Esta granja se encuentra en La Trinitaria, Chiapas, México, se localiza a 1,540
MSNM, 15° 07’ de latitud norte y 92° 03’ de longitud oeste del meridiano de Greenwich; el
clima de la localidad es semicálido-subhúmedo, con temperatura media de 18.6° C, temperatura
máxima media de 24.8° C, temperatura mínima media de 12.5°C, precipitación anual de 908 mm,
evaporación de 1535 mm, con dirección predominante de los vientos norte y velocidades entre
2.1 m/s y 6 m/s, el régimen de lluvias es de mayo a octubre (INEGI. 1995).
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METODOLOGÍA
El sistema constó de porqueriza en la que se lavaban diariamente los desechos producidos. Ya
que los desechos constaban de una gran cantidad de sólidos, para evitar el taponamiento del
medio filtrante de los pantanos fue necesario optar por un pretratamiento. Tomando en
consideración que una de las ventajas de los pantanos construidos tipo flujo horizontal de
subsuperficie es evitar el contacto de personas y animales con las aguas residuales, en primera
instancia se pensó en la construcción de una fosa séptica o un digestor, que también cumpliera
con este propósito, pero al hacer el análisis económico, la construcción de este tipo de
pretratamiento se salía del presupuesto destinado. Por tal motivo se acondicionó una excavación
existente de base circular de 4 m de diámetro y 2 m de profundidad para que funcionara como un
estanque anaerobio. A esta excavación se le revistieron de mortero cemento-arena las paredes
para impermeabilizarla y se tapó con una lona. Se diseñaron y construyeron dos pantanos tipo
flujo horizontal de subsuperficie con dimensiones de 2.90 m de largo 1.18 m de ancho y 1.0 m de
profundidad cada uno, las paredes fueron revestidas con mortero cemento-arena para
impermeabilizarlas, a la entrada de los pantanos se colocaron piedras para distribuir el flujo y
posteriormente se colocó el medio permeable que consistió en material arenoso que se encontró
en el mismo terreno, al que se le realizó un análisis granulométrico y determinó teóricamente su
permeabilidad. En un pantano se le sembraron plantas de alcatraz (zantedeschia aethiopica) a
cada 30 cm, tomando en consideración experiencias reportadas (EPA, 1993). De acuerdo al
objetivo de la investigación, al otro pantano no se le sembraron plantas, para que sirviera como
testigo, las diferencias en los resultados serían atribuibles a los alcatraces. Se escogieron estas
plantas debido que en la zona, es común verlas florecer donde hay escurrimientos de aguas
jabonosas o residuales domésticas
Una vez establecidas las plantas y estabilizado el sistema, semanalmente durante tres meses se
tomaron muestras simples en el influente de los pantanos (IP), y muestras compuestas en el
efluente del pantano sin alcatraces (EPSA) y del efluente del pantano con alcatraces (EPCA).
RESULTADOS
El tiempo de residencia hidráulico en ambos pantanos fue de 2.5 días, este valor comparado con
los 3.72 días de diseño nos da una relación de 0.67, posiblemente porque la permeabilidad del
substrato utilizado fue mayor que el calculado teóricamente o por existir algún corto circuito en el
sistema.
El oxígeno disuelto en el pantano sin alcatraces, a una profundidad de 5 cm de la superficie del
agua, se midieron concentraciones de 1.4, 1.3 y 1.2 mg/l, respectivamente, pero para
profundidades de 10 cm y mayores, resultaron concentraciones de oxígeno de 0 mg/l para todos
los casos. Para el pantano con alcatraces, los resultados fueron de 0.5, 2.5 y 1.8 mg/l y 0.1, 0.2 y
0 mg/l respectivamente.
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Tanto en la laguna (IP), en el efluente del pantano sin alcatraces (EPSA), como para el pantano
con alcatraces (EPCA) las mediciones reportaron 0 mg/l de oxígeno disuelto.
El pH, en el IP osciló entre 7.39 y 6.42, el EPSA entre 7.42 a 6.81 y el EPCA entre 7.47 y 7.03.
En el IP y EPSA la tendencia fue a acidificarse, mientras que en el EPCA la tendencia fue a
obtener un valor de 7.
La temperatura del agua fue un reflejo de la temperatura ambiente, los valores no mostraron
diferencias notables.
Los alcatraces tuvieron un buen desarrollo, floreciendo abundantemente, se le cortaron las flores
y algunas hojas para inducir el crecimiento de brotes nuevos y por lo mismo aumentar las
necesidades de nutrientes de las plantas.
En lo referente a la Demanda Química de Oxígeno, en el influente de los pantanos, en términos
generales se observó una tendencia ascendente en los valores, esto se debió a que cuando el
sistema comenzó a operar los cerdos estaban pequeños, por lo que la carga orgánica fue
aumentando a medida que éstos fueron creciendo. En ambos efluentes (EPSA y EPCA) hasta la
muestra 5 no se observó una diferencia clara en sus concentraciones, pero a partir de la muestra 6,
se pudo observar las ventajas del pantano con alcatraces, esto coincidió con la floración y poda de
las plantas.
Los resultados obtenidos de los análisis de la DBO 5 , tienen tendencias muy semejantes a los de la
DQO comentadas en el párrafo anterior, con una relación DBO 5 /DQO en los siguientes
porcentajes: para el IP: 49.20%; para el EPSA: 51.64% y para el EPCA: 51.95%. La
concentración máxima en el IP se encontró en la muestra 8 con 932.09 mg/l a la que le
correspondió una concentración en el EPCA de 132.0 mg/l, que representó una eficiencia de
remoción del 85.84%.
El fosfato total como PO4 , hasta la muestra 4, su reducción fue casi la misma en ambos pantanos,
pero a partir de la muestra 5 se ve la diferencia de mayor reducción en el pantano con alcatraces,
lo que coincide como en los casos de la DQO y DBO 5 con la floración y poda de las plantas.
El N-amoniacal no muestra grandes diferencias en los resultados como los parámetros anteriores,
únicamente se pudo observar una pequeña reducción en el EPCA a partir de la muestra 7.
Para los sólidos suspendidos totales, hasta la muestra 4, ambos pantanos tuvieron casi la misma
reducción, en las muestras 5, 6, 7, 9 y 10 se observó mayor reducción en el pantano con
alcatraces, la muestra 8 presentó mayor reducción en el pantano sin alcatraces. Aunque los
promedios indican un porcentaje mayor de reducción de SST en el pantano con alcatraces, no se
aprecia claramente, lo que sí es claro es que existió reducción al pasar por ambos pantanos .
Al analizar los resultados de la conductividad eléctrica no se apreciaron grandes cambios.
La turbiedad siempre se mantuvo en valores más bajos en el efluente del pantano con alcatraces.
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El color no mostró cambios significativos al pasar por ambos pantanos.
El Sulfato Total como SO4 no muestra una tendencia clara entre el EPSA y EPCA, pero siempre
estuvieron por debajo de las concentraciones en el IP.
En promedio la relación coliformes fecales/coliformes totales fue: para IP de 82.30%, para EPSA
de 97.98% y para EPCA de 89.62%; se observa únicamente en el EPCA una tendencia de
reducción constante; aunque se reduce en alto porcentaje, los resultados no son adecuados para
disponer las aguas de acuerdo a la normatividad vigente, por lo que requiere adicionar cloro o
algún otro tratamiento para bajar las concentraciones de coliformes.
El único valor reportado de N-nitratos fue en el EPCA en la muestra no. 6 con concentración de
0.25 mg/l, en los demás fueron reportados como ND.
Es importante mencionar que únicamente los datos de temperatura del agua y el pH medido en
campo presentaron valores bajos en su desviación estándar, los demás parámetros presentaron
valores altos.
CONCLUSIONES
Después de diseñar y construir un pantano tipo flujo horizontal de subsuperficie, utilizando
alcatraces (Zantedeschia aethiopica) como plantas emergentes, haber evaluado los resultados de
las muestras tomadas, se concluye lo siguiente:
a) La especie Zantedeschia aethiopica, crece y se desarrolla bien como planta emergente en un
pantano de tipo flujo horizontal de subsuperficie.
b) El pantano tipo flujo horizontal de subsuperficie con la especie Zantedeschia aethiopica como
planta emergente, incrementó su efectividad en el tratamiento de las aguas residuales porcícolas
en relación con un pantano con las mismas características pero sin plantas emergentes, en los
porcentajes siguientes: DQO: 13%; DBO 5 : 13%; PO4 : 17%; N-NH3 : 10%; SST 9%;
Conductividad eléctrica: 5%; Turbiedad: 11%; Color 1%; SO4 : 9%; Coliformes totales: 1%;
coliformes fecales 1.5%
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REFERENCIAS
Best, Ronnie. Natural wetlands-southern environment: wastewater to wetlands, where do we go
from here?. M. Publishers Inc. Orlando, Florida. 1987
EPA. Design Manual. Constructed Wetlands and Aquatic Plant System for Municipal
Wastewater Treatment. 1988.
EPA. Subsurface Flow Constructed Wetlands for Wastewater Treatment. A Technology
Assessment. 1993
EPA. Constructed Wetlands for Animal Waste Treatment. A Manual on Performance, Design and
Operation with Case Histories. 1998
Hammer, Donald. Constructed Wetlands for Wastewater Treatment. Municipal, Industrial and
Agricultural. Lewis Publishers. USA.1989
INEGI. Anuario Estadístico del Estado de Chiapas. 1995.
Nelson, Mark. The potential of created wetlands for protection of the coastal environment.
Summary of presentation given at Centro Ecológico Akumal (CEA). Quintana Roo, México.
1997.
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