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Num.5-2015-Art.1 | Plantas acuáticas en el tratamiento biológico de aguas residuales domésticas

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Plantas acuáticas en el tratamiento biológico de aguas residuales domésticas

Mónica León
Docente FICAYA / Recursos Naturales Renovables
Ana María Lucero
Estudiante FICAYA / Recursos Naturales Renovables
angelmony8@gmail.com

Eichhornia crassipes, Lemna gibba y Azolla filiculoides, aplicadas en asociación o monocultivos en sistemas comunitarios y unifamiliares, en el proceso de remoción de contaminantes en aguas residuales domésticas.

Eichhornia crassipes. Foto: Mónica León y Ana María Lucero

La pérdida constante de recursos naturales es uno de los mayores problemas que el planeta enfrenta en la actualidad, entre los más importantes para la vida se encuentra el agua, que con el crecimiento poblacional y la demanda diaria ha incrementado su contaminación de forma acelerada, problema que es más evidente en aquellos sitios donde no existen políticas que rijan las condiciones de uso del agua y su eliminación al ambiente especialmente en fuentes de agua dulce natural. En América Latina el tratamiento de estas aguas se constituye en un reto, debido a que alrededor del 80% de las aguas residuales son dispuestas sin tratamiento en el ambiente y/o usadas para fines agrícolas, constituyéndose en un problema sanitario de envergadura en muchas localidades (CEPIS, 2004).

En las dos últimas décadas, se han incorporado diversos procesos que tienen por objetivo promover la remoción de compuestos específicos, como son el nitrógeno y fósforo contenidos en este tipo de aguas residuales. Las descargas de aguas residuales con este tipo de compuestos producen efectos altamente negativos en los cuerpos receptores, tales como eutrofización, reducción de oxígeno disuelto o la disminución de la efectividad de los procesos de desinfección en las plantas de tratamiento (Ortíz, 2001).

Aspectos importantes

Azolla filiculoides. Foto: Mónica León y Ana María Lucero

Los sistemas de depuración de bajo coste energético pueden ser una alternativa de tratamiento de las aguas residuales domésticas en entornos rurales al basarse en reproducir, en espacios limitados, los procesos de depuración que se dan en la naturaleza, necesitando pocos o nulos aportes energéticos externos. Además, los residuos que generan los procesos de depuración, así como el mantenimiento que requiere, son mínimos (Ortíz Muñoz, 2001).

El tratamiento de aguas residuales por medio de estanques con plantas acuáticas ha despertado un gran interés, por el potencial que han presentado para la depuración de las mismas. Algunos de estos sistemas han logrado proporcionar un tratamiento integral en donde no solamente se remueven eficientemente material orgánico y sólidos suspendidos, sino que, también se logran reducir nutrientes, sales disueltas, metales pesados y patógenos.

Se han estudiado distintas plantas acuáticas en sistemas de depuración de aguas residuales, algas u otras sumergidas, con vistas a explorar su posible valor nutritivo, las así denominadas macrófitas acuáticas flotantes, la lenteja de agua o lemna (Lemna spp), azolla (Azolla spp), y jacinto de agua (Eichhornia crassipes Mont.) son del grupo de las plantas que con más intensidad se han estado evaluando en el trópico en sistemas de tratamiento de aguas (Suárez y Gonzáles-García, 1998). Las funciones que las plantas acuáticas cumplen en los sistemas de tratamiento son las siguientes:

  • Airear el sistema radicular y facilitar oxígeno a los microorganismos que viven en la rizósfera.
  • Absorción de nutrientes (nitrógeno y fósforo).
  • Eliminación de contaminantes asimilándolos directamente en sus tejidos.
  • Filtración de los sólidos a través del entramado que forma su sistema radicular.

E. crassipes conocida en Ecuador, como jacinto o lirio de agua pertenece a la familia Pontederiaceae, se trata de una planta flotante compuesta por una larga ronda de esponjosos tallos, sus hojas son de color verde profundo, grande y erecto, las raíces son variables en longitud de unos 10 cm a 90 cm de largo. Es una planta de rápido crecimiento distribuida en casi todos los países tropicales, que puede tolerar condiciones de contaminación por metales o por eutrofización de cuerpos de aguas lénticos y lóticos. Esta planta se ha convertido en un problema ambiental; no obstante, ha despertado interés en el tratamiento de la contaminación por metales en suelos agrarios y cuerpos de agua (Benítez et al., 2011).

Lemna gibba Foto: Mónica León y Ana María Lucero
Lemna gibba Foto: Mónica León y Ana María Lucero

Es una de las especies acuáticas más estudiadas, debido a sus características depuradoras y facilidad de proliferación. Posee un sistema de raíces, que tienen microorganismos asociados a ellas que favorecen la acción depuradora (Benítez et al.,2008).

Azolla filiculoides Lam., Azolla es un género perteneciente a la familia Salvinaceae que agrupa varias especies de pequeños helechos acuáticos tales como: Azolla microphylla Kaulf., Azolla caroliniana Kaulf., Azolla mexicana Schltdl. y Cham y Azolla pinnata R.Br.

Consiste en un corto tallo ramificado que posee raíces las cuales cuelgan hacia abajo en el agua. Cada hoja es bilobulada, el lóbulo superior contiene clorofila verde mientras que el lóbulo inferior es incoloro. Esta planta de forma individual usualmente alcanza entre 2 y 5cm de longitud, pero puede llegar a los 4 cm y su diámetro es de 1-2 cm. Posee rizomas y raíces individuales ramificadas (1-3 cm) en determinados puntos de los lóbulos (Becerra, 2015).

Bajo ciertas condiciones, también existe un pigmento de antocianina, que le confiere al helecho un color entre rojiza y carmelita. La coloración mencionada está asociada con la sobrefertilización del reservorio acuático, excesiva contaminación o luz solar, ya que prefiere lugares sombreados.

Tiene la habilidad de fijar nitrógeno atmosférico gracias a su asociación en simbiosis con una cianobacteria denaminada Anabaena azollae. Vive en las cavidades de las frondas del helecho, es capaz de usar su propia energía fotosintética para fijar el nitrógeno atmosférico y producir amonio, lo que es aprovechado por la azolla para cubrir sus propios requerimientos de nitrógeno (Sevillano et al., 2008).

Lemna gibba L. o lentejas de agua son pequeñas macrófitas flotantes que prosperan en aguas estancadas o de corriente lenta. Las lemnáceas constituyen una familia de plantas vasculares, que flotan libremente sobre la superficie del agua, y que tienen una distribución mundial. Existen cuatro géneros: Spirodela, Lemna, Wolffia y Wolffiela, y cerca de 40 especies (Cordoba et al., 2010).

Cosecha del jacinto acuático Foto: Mónica León y Ana María Lucero
Cosecha del jacinto acuático Foto: Mónica León y Ana María Lucero

Estas macrófitas tienen una morfología relativamente simple, puesto que no tienen tallos ni hojas verdaderas; comúnmente consisten en una o pocas frondas de forma ovalada que raramente exceden los 5 mm de longitud. Cada fronda puede tener una o algunas raíces, y las plantas florecen muy raramente (Lara, 1999).

Las Lemnáceas se han utilizado en algunas oportunidades para aprovecharlas como plantas depuradoras de aguas residuales y particularmente, han sido incluidas en circuitos complejos de depuración de excretas porcinas, mientras que en otras ocasiones, la atención de los investigadores se ha movido preferencialmente hacia su uso en nutrición animal (Zarela, 2012).

Alrededor de 500.000 personas en el Ecuador viven en el ecosistema y lo usan cotidianamente para obtener productos que permiten su subsistencia (Medina, 1997). De manera indirecta, varios millones de personas usan los páramos a través de los sistemas de riego, agua potable y generación hidroeléctrica (Mena y Medina, 2001).

Manejo de los cultivos en los sistemas de tratamiento

Para determinar la eficiencia de las especies en la remoción de contaminantes se realizaron ensayos en uno de los sistemas de tratamiento de aguas residuales de la comunidad de Turucu. En el cual se aplicaron los tratamientos donde se emplearon las especies E. crassipes, A. filiculoides y L. gibba en la depuración de las aguas. Aplicándose las proporciones de siembra sugeridas por Rodríguez (2001), quien recomienda que la proporción de Azolla sp sea 1,71 kg/m2, E. crassipes 5 kg/m2 y Lemna. sp de 1,5 kg/m2.

Asociación de E. crassipes, A. filiculoides, y de L. gibba
Foto: Mónica León y Ana María Lucero

Tratamiento uno: cultivo y manejo de E. crassipes

Proceso de siembra se realizó en base a hijuelos de plantas grandes obtenidas de otros los sistemas de tratamiento de aguas residuales y del Lago San Pablo. La siembra fue realizada dispersándose esporádicamente los hijuelos de jacinto de agua en los cuatro estanques de la comunidad de Turucu con la finalidad de evitar un estrés en la planta y una mejor adaptación.

Manejo de E. crassipes. Durante el cultivo se realizaron varias cosechas, seleccionado especialmente a las plantas con coloración amarillenta o aquellas que presentaban bulbos blanquecinos, permitiendo el crecimiento de los individuos en buenas condiciones. Para la determinación del crecimiento, rendimiento de la biomasa y la capacidad de carga operacional KOP y rendimiento máximo de la biomasa por el método gráfico (León-Espinoza y Lucero, 2008).

Tratamiento dos: cultivo y manejo de A. filiculoides

El proceso de siembra de la semilla consistió en la dispersión de pequeñas plantas de A. filiculoides, que se obtuvieron en las orillas del Lago San Pablo.

Manejo de A. filiculoides. En investigaciones antes realizadas en la provincia esta especie ha sido utilizada como un tratamiento terciario; en este estudio se consideró la posibilidad de emplearlo como un tratamiento secundario.

Establecido el cultivo, la biomasa fue cosechada cada semana y se realizaron mediciones del tamaño de las raíces, altura de la planta en cada una de los estanques, con el propósito de verificar su tolerancia en aguas con mayor contaminación.

Tratamiento tres: cultivo y manejo de L. gibba

Este cultivo ha sido empleado en otras investigaciones proporcionando excelentes porcentajes en remoción de contaminante de aguas residuales domésticas. Para este proyecto se consideró como un tratamiento adicional el uso de la lenteja, para evaluar la incidencia del manejo adecuado en los procesos de depuración. La Lemna fue obtenida de otros sistemas de tratamiento, en Cotacachi.

Tratamiento cuatro: cultivo y manejo en asociación (E. crassipes, A. filiculoides y L. gibba)

La aplicación de este tratamiento se propuso para comparar la eficiencia de los cultivos solos y en asociaciones de las tres especies. El orden con que fueron cultivadas las especies se basó en los porcentajes de remoción en las diferentes pruebas realizadas en E. crassipes, A. filiculoides y L. gibba por separado, elaborando un cuadro con las variables a evaluarse (parámetros físicos, químicos y microbiológicos) y su respectiva calificación en la que se acreditó el valor tres al porcentaje con mayor depuración, dos al de mediana purificación y uno al de menor remoción.

Proceso de análisis

Luego de realizados los análisis de aguas en cada tratamiento, se procedió a obtener los promedios de los resultados de los análisis de aguas. En el cuadro se puede observar el porcentajes de remoción en los cuatro tratamientos. La remoción de la mayoría de parámetros la alcanzó la especie E. crassipes, seguida de la especie A. filiculoides, y de L. gibba quedando como última opción la asociación de las tres especies propuestas anteriormente.

Conclusiones

de las aguas residuales domésticas fue E. crassipes, debido al importante número de parámetros removidos, logrando la permisibilidad en la mayoría, a excepción de los microbiológicos para los cuales la mejor alternativa de remoción fue L. gibba.

Los tratamientos adicionales propuestos A. filiculoides, L. gibba y asociación de las tres especies, también lograron eficientes niveles de remoción, el segundo lugar después de E. crassipes la ocupa A. filiculoides, seguido de L. gibba y finalmente la asociación propuesta.

Las especies presentaron diferencias en la remoción de contaminantes debido a la necesidad en requerimientos nutricionales de cada una.

E. crassipes remueve parámetros físicos, al igual que parámetros químicos como DBO y DQO.

La asociación y E. crassipes removieron en su mayoría los compuestos nitrogenados.

A. filiculoides logró mejores niveles de remoción en compuestos fosfatados.

L. gibba con los parámetros microbiológicos alcanzaron mejores remociones.


Parámetros L. gibba A. filiculoides E. crassipes Asociación
Conductividad 13.44 18.76 25.35 2.02
Sólidos totales 14.51 18.81 25.69 1.78
Sólidos Suspendidos 91.29 93.91 95.40 88.38
Sólidos sedimentales 93.85 92.59 94.80 98.62
DQO 63.12 72.48 76.30 70.35
DBO 78.26 79.25 87.68 40.00
N-Nitratos 33.14 31.05 0.30 38.09
N-Nitritos 0.00 0.00 0.00 0.00
Nitrógeno amoniacal 0.00 0.00 20.01 23.62
Nitrógeno total K 5.74 6.38 77.78 0.00
Fósforo total 63.32 77.35 0.00 62.57
Fosfato 63.32 77.76 0.00 58.88
Coliformes totales 96.98 83.42 94.09 72.16
Escherichia coli 98.55 88.88 97.76 86.62

Fuente: León-Espinoza y Lucero-Peralta, 2008
Que contiene la tabla: El porcentaje de remoción de los diferentes parámetros físico- químicos de aguas residuales domésticas, en sistemas de tratamiento comunitarios en la comunidad de Turucu, cantón Cotacachi.

About Ortega-Andrade,SM

Docente de la Facultad de Ciencias Agropecuarias y Ambientales (FICAYA), en la Universidad Técnica del Norte. Ibarra-Ecuador

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