Desinfección de efluentes de humedales artificiales utilizando

Desinfección de efluentes de humedales artificiales utilizando
especies vegetales Typha y Heliconia.
María del Carmen Landaverde Santos1,*,+, Mayra Amy Olivera Sanchez1
1
Instituto Tecnológico de Minatitlán / Boulevard Institutos Tecnológicos s/n, Colonia Buena Vista
Norte, Minatitlán, Ver., C.P. 96848/ [email protected]
* María del Carmen Landaverde Santos.
+ María del Carmen Landaverde Santos; Tel.: 921-150-70-82; Gladiolas #303 col. Ejidal, C.P. 96495
Coatzacoalcos, Veracruz.
Área del Conocimiento: Tratamiento de aguas y suelos contaminados
Resumen en Español:
Los efluentes de los humedales artificiales que utilizan las especies vegetales Typha y Heliconia poseen
una alta concentración de microorganismos patógenos, por lo que se hace necesario aplicar un proceso
de desinfección utilizando hipoclorito de sodio a fin de cumplir con la normatividad mexicana vigente
para el reúso de aguas residuales tratadas. El objetivo del estudio es determinar la dosis óptima de cloro
para la desinfección de los efluentes de los humedales artificiales con la finalidad de reutilizar el agua
en el Instituto Tecnológico de Minatitlán. La metodología incluyo la determinación del NMP de
coliformes totales y fecales en los efluentes de los humedales artificiales partiendo del inicio de
operación y durante cada semana de la fase experimental con duración de 45 días, asimismo se
determinaron las dosis de cloración a partir de la medición de cloro residual, cloro total y el NMP de
coliformes. Los resultados del estudio mostraron que la dosis óptima de desinfección para Typha fue 2
mg/l, con un tiempo de contacto de 20 minutos y para Heliconia de 2 mg/l, y un tiempo de contacto de
10 minutos, utilizando un pH de 7.5 para ambas especies. En general los resultados de este estudio nos
permiten establecer los cambios en los parámetros fisicoquímicos del efluente tratado con NaOCl, con
un amplio rango de dosis de desinfectante y en tiempos prolongados de reacción. Logrando alcanzar
una inactivación en cuanto a microorganismos patógenos; lo cual permite cumplir con los criterios de
calidad establecidos para el reúso de aguas residuales tratadas.
Palabras clave: NMP 1; desinfección 2; cloro residual 3; cloro total 4.
Resumen en Inglés:
Effluent from the artificial wetlands that use plant Typha and Heliconia species have a high
concentration of pathogenic microorganisms, so it is necessary to apply a disinfection process
using sodium hypochlorite to comply with Mexican regulations for the reuse of treated
wastewater. The objective of the study is to determine the optimal dose of chlorine for
disinfection of wastewater from artificial wetlands in order to reuse the water in the Institute
Technologic de Minatitlan. The methodology included the determination of the total and fecal
coliforms NMP in the effluents of the artificial from the start of operation wetlands and doses of
chlorination from measurement of residual chlorine, total chlorine and coliforms NMP is also
determined during each week of the pilot phase with duration of 45 days. The results of the study
showed that the optimal dose of disinfection for Typha was 2 mg/l, with a contact time of 20
minutes and Heliconia 2 mg/l, and a contact time of 10 minutes, using a pH of 7.5 for both
species. In general the results of this study allow us to establish changes in prolonged physicochemical parameters of reaction. Reaching an inactivation in terms of pathogenic microorganisms; allowing to comply with the quality criteria laid down for the reuse of treated
wastewater.
Keywords: NMP 1; disinfection 2; residual chlorine 3; 4 total chlorine.
1. Introducción
El tratamiento de aguas residuales es necesario para la prevención de la contaminación ambiental y del
agua, al igual que para la protección de la salud pública. La meta del tratamiento de aguas residuales
nunca ha sido producir un producto estéril, sin especies microbianas, sino reducir el nivel de
microorganismos dañinos a niveles más seguros de exposición, donde el agua es comúnmente reciclada
para el riego o usos industriales. Al escoger la tecnología apropiada de tratamiento, deben considerarse
cierto número de factores, incluyendo la cantidad y composición de la corriente de residuos, los
estándares del efluente, opciones indicadas de uso y desecho, opciones de pretratamiento industrial y
factibilidad de funcionamiento (es decir, inquietudes económicas y técnicas) [1].
En el tratamiento, la etapa de desinfección juega un papel importante especialmente cuando la
disposición final del agua está dirigida a riego de parques recreativos, riego agrícola y otras
aplicaciones donde la calidad del efluente y la seguridad del mismo son un requisito importante para la
salud humana. El cloro, en sus diferentes formas (Cl2, ClO2 e hipocloritos), ha sido una de las
tecnologías más utilizadas en los procesos de tratamiento de las aguas residuales como desinfectante,
además de usarse para la remoción de color y olor. Esto en gran parte se debe a sus propiedades
oxidantes, biocidas y principalmente por su bajo costo y fácil manipulación con respecto a otros
productos existentes en el mercado [2]. Por lo que el objetivo de este trabajo es determinar la dósis
óptima de cloro para la desinfección de los efluentes de los humedales artificiales híbrido utilizando las
especies vegetales Typha y Heliconia.
2. Materiales y Métodos
Efluente tratado.
El agua residual utilizada en este estudio fue el agua tratada de los efluentes de los humedales
artificiales de las especie Typha y Heliconia que se encuentran en la institución. Estos efluentes fueron
tratados en laboratorio para la determinación del NMP de coliformes totales y fecales [3] partiendo del
inicio de operación y durante cada semana de la fase experimental con duración de 45 días, asimismo
se determinaron las dosis de cloración a partir de la medición de cloro residual y cloro total.
Caracterización fisicoquímica
La caracterización se realizó determinando los siguientes parámetros: pH, temperatura, demanda
química de oxígeno (DQO) [4], demanda bioquímica de oxigeno (DBO), cloro residual y cloro total; el
control se llevó a cabo en los efluentes tratados antes del tratamiento con hipoclorito de sodio.
Cloración de los efluentes Typha y Heliconia.
Este trabajo está basado en la desinfección con hipoclorito de sodio aplicando dosis en un intervalo de
concentraciones de 0.5 hasta 12 mg/l, manejando tiempos de contacto de 10, 20 y 30 minutos. Las
pruebas se realizaron en vasos de precipitados con un volumen de trabajo de 1 l, después de adicionar
el desinfectante se aplica un mezclado rápido de 1 minuto y un mezclado lento de 19 minutos y se deja
reposar durante el periodo de reacción establecido. Para todas estas dosis se determinaron los
parámetros fisicoquímicos, así como los residuales de cloro
Procedimientos analíticos
La DQO se determino en un digestor Hach por el método de dicromato de potasio aplicando la técnica
NMX-AA-030-SCFI-2001. El cloro residual se estableció por el método colorimétrico del dietil-pfenilen diamina (DPD) auxiliándose en un equipo Hach. Se utilizo un equipo portátil para la
determinación del pH. Durante la fase experimental en el laboratorio se integraron un equipo de
pruebas de jarras y la adición de la solución desinfectante (hipoclorito de sodio al 2%).
3. Resultados
En el cuadro 1 se muestran los resultados de la caracterización de los efluentes tratados mediante el
proceso de cloración, estos valores fuero obtenido a partir del inicio de operación durante cada semana
de la fase experimental con duración de 45 días.
Cuadro 1 Parámetros característicos de los efluentes con un flujo continuo
TEMPER
COLIFORMES
DQO
DBO5
DÍAS
pH
ATURA
FECALES
(MG/L) (MG/L)
°C
NMP/100 ml
1
7.61
23
0
7.325
35,000
Typha
2
7.88
22
104
17.574
35,000
3
8.23
26
4
23.201
200,000
4
8.14
25
84
19.974
140,000
Promedio 7.96
24
48
17.0185
67,535
1
7.74
24
79
14.487
35,000
22
7.27
23
0
16.155
45,000
Heliconia
3
7.99
26
179
26.449
140,000
4
8.20
25
39
31.224
750,000
Promedio
7.8
24
74.25
22.078
240,000
Las Figuras 1 y 2 representan los resultados obtenidos en los análisis de demanda en cloro para los
efluentes desinfectados de las especies Typha y Heliconia. Estas figuras muestran que el proceso de
cloración para la desinfección de los efluentes tratados permite disminuir de manera significativa, la
dósis requerida de cloro residual (de 3 mg/l – 8mg/l), para los efluentes de los humedales, para obtener
una concentración residual de cloro de 0.5 mg/l - 1.5, ya que este valor residual permite asegurar la
calidad microbiológica del agua tratada [5].
Cloro residual (mg/l)
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
2
4
6
8
10
Cloro añadido (mg/l))
Cloro residual (mg/l)
Figura 1. Cloro residual en función de la dósis de cloro aplicada del efluente de la especie Typha.
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
2
4
6
8
10
Cloro añadido mg/l
Figura 2. Cloro residual en función de la dósis de cloro aplicada del efluente de la especie
Heliconia
Los resultados obtenidos en las Figura 3 y 4 permiten observar que en todos los casos los efluente de
las especies Typha y Heliconia lograron alcanzar la desinfección de los efluentes tratados, reduciendo
el contenido original de microorganismos de origen fecal a valores inferiores a NMP/100ml=10en el
caso de Typha; para la especie Heliconia, dicha reducción se obtuvo partiendo de una concentración
original de NMP/100m =36 000.
40,000
NMP/100 ml
30,000
20,000
10,000
0
0 ppm
NMP/100 ML 35,000
0.8
ppm
1 ppm
2 ppm
2.5
ppm
0
0
0
0
Figura 3. Concentración de coliformes en NMP/100 ml a 20 minutos de tiempo de contacto
NML/100 ml
40,000
30,000
20,000
10,000
0
NMP/100 ML
0 ppm
0.5
ppm
0.8
ppm
1.0
ppm
1.6
ppm
36,000
0
0
0
0
Figura 4. Concentración de coliformes en NMP/100 ml a 10 minutos de tiempo de contacto
4. Discusión
Mediante la fase experimental en el laboratorio se tomaron como parámetro de control la remoción de
coliformes fecales de acuerdo a los valores establecidos por la norma para el reúso del agua (240
NMP/100 ml), en donde se aplicaron dósis promedio de hipoclorito de sodio de 0.5 a 12 mg/l con un
tiempo de contacto de 10, 20 y 30 minutos. Estudios previos realizados por el de trabajo “Tratamiento
Fisicoquímico y Oxidación Química de Persistentes” (Instituto de Ingeniería-UNAM), establecieron la
dosis de hipoclorito de sodio en donde los resultados indicaron una dosis mínima de 15 a 20 mg Cl2/l
para abatir el número de coliformes fecales en el orden de magnitud indicado por la norma.
En este trabajo se realizaron nuevamente pruebas de desinfección para confirmar y delimitar la dósis
óptima de desinfectante, en donde se compararon las variaciones de pH, el cual al aumentarlo
disminuye el cloro residual libre, y el tiempo de contacto, ya que es la variable más importante en el
proceso de desinfección, en algunas referencias bibliográficas se ha observado que, para una
concentración dada de desinfectante, la mortalidad de los microorganismos aumenta cuanto mayor sea
el tiempo de contacto, por ejemplo para la especie Typha con un tiempo de contacto de 10 minutos
para un pH=7 se necesitaron 10 mg/l de cloro para matar el 100% de bacterias; en cambio para el
mismo PH con un tiempo de contacto de 20 minutos se necesitaron 1mg/l de cloro. Para la especie
Heliconia con un pH=6 y un tiempo de contacto de 10 minutos se necesitaba una dósis muy alta y
tiempos de contactos muy largos lo que hacía muy difícil matar las bacterias, en cambio para un pH =7
con un tiempo de contacto de 10 minutos se necesitaron 2 mg/l de cloro. Encontrando como dósis
óptima para la especie Typha 2 mg/l de cloro, manteniéndose el efecto de inactivación del hipoclorito
de sodio hasta 20 minutos; para la especie Heliconia 2 mg/l de cloro, hasta 10 minutos de inactivación
del hipoclorito de sodio.
5. Conclusiones
Se pudieron determinar la dosis óptima de cloro para la desinfección de los efluentes de los humedales
artificiales con la finalidad de reutilizar el agua en el Instituto Tecnológico de Minatitlán. De igual
manera se determino el NMP de coliformes totales y fecales en los efluentes de los humedales
artificiales partiendo del inicio de operación en un proceso continuo e intermitente, con duración de 45
días para flujo continuo, asimismo se determinaron las dosis de cloración a partir de la medición de
cloro residual, cloro total y el NMP de coliformes. Los resultados del estudio mostraron que la dósis
óptima de desinfección para la especie Typha es a una concentración de 2 mg/l de hipoclorito de sodio,
con una concentración de 0.5 mg/l de cloro residual y con un tiempo de contacto de 20 min para un
flujo continuo y para la dósis óptima de cloro para la desinfección para la especie Heliconia fue de 2
mg/l de hipoclorito de sodio con una concentración de cloro de 0.5 mg/l de cloro residual y con un
tiempo de contacto de 10 minutos.
Se recomienda al instituto tecnológico de Minatitlán tomar en cuenta la reutilización de las aguas
residuales tratadas, ya que estas reducen los costos totales del consumo del recurso hídrico y brinda una
ayuda para el riego de jardines y diferentes actividades que involucren el uso de agua.
Agradecimientos



Al Instituto Tecnológico de Minatitlán, por el apoyo al proyecto en estudio.
A la M.C. Edith García Gil y su grupo de trabajo, por la información proporcionada.
A mis compañeros de trabajo por el apoyo, los consejos y por su valiosa información obtenida
en el desarrollo de este proyecto en estudio.
Referencias
[1] Arboleda V., Jorge, 2000. Teoría y práctica de la purificación del agua, teoría de la sedimentación
del agua y diseño de sedimentadores.
[2] Syke, 1958; c. Weber, 1979, efecto del cloro sobre las propiedades físicas y químicas del agua
residual, Instituto de Ingeniería-UNAM, Coyoacán.
[3] NMX-AA-042-1987 Calidad del agua determinación del numero más probable (NMP) de
coliformes totales, coliformes fecales (termotolerantes) y Escherichia coli presuntiva.
[4] NMX-AA-030-SCFI-2001 Análisis de agua - determinación de la demanda química de oxígeno en
aguas naturales, residuales y residuales tratadas - método de prueba (cancela a la nmx-aa-030-1981).
[5] Doré M. (1989). Chimie des oxydants et Traitement des Eaux, Edit. Technique et Documentation
Lavoisier, PUF Vandôme.