Tratamiento de aguas residuales domésticas aplicando a sistemas unifamiliares y comunitarios

Resumen ejecutivo

El tratamiento de aguas residuales domésticas es una necesidad urgente, debido a los problemas de contaminación que producen si son vertidas directamente en fuentes de agua natural. Este trabajo presenta el comportamiento de tres especies de plantas acuáticas flotantes (Eichhornia crassipes, Lemna gibba y Azolla filiculoides) utilizadas para el tratamiento de aguas residuales domésticas, a nivel de sistemas unifamiliares y comunitarios en sectores rurales (Guitarra Ucu, El Cercado, Iltaquí y Turucu) del cantón Cotacachi – Ecuador. Las especies se aplicaron como tratamientos en monocultivos y asociación en uno de los sistemas de la comunidad Turucu, en el que se realiza tratamiento del agua residual originada por 22 familias. El intervalo de muestreo fue cada ocho días con frecuencia de tres repeticiones. En los análisis de las aguas tratadas se determinó que de los cuatro tratamientos el de mayor capacidad en remoción de contaminantes (DBO, DQO, Nitritos y Nitratos; Sólidos, Fósforo total y fosfatos), fue Eichhornia crassipes con niveles de hasta el 98%; para los parámetros microbiológicos Escherichia coli y Coliformes totales el mejor tratamiento fue Lemna gibba que removió entre el 96% y 98,5%; Azolla filiculoides resultó eficiente como tratamiento terciario y finalmente se ubicó la asociación. En los sistemas unifamiliares se aplicó Eichhornia crassipes por su eficiencia en remoción de contaminantes; en uno de los cuales también se trató aguas grises, obteniéndose excelentes niveles de remoción en Escherichia coli y Coliformes totales. Además se determinó la producción de biomasa fresca de Eichhornia crassipes que una área de 184 m2, fue de 5453,97 Kg/año ó 5,97 ton/año.

Antecedentes

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. Para dar solución a este problema en muchos países, se aplica el tratamiento de aguas residuales (Instituto Cinara España, 2005). Este trabajo surge de la preocupación que el recurso agua amerita, enfocándose en la contaminación por desechos líquidos, provenientes de las aguas residuales domésticas en las comunidades rurales del cantón Cotacachi, donde según el proyecto Manejo de Recursos Naturales de la Micro Cuenca del río Pitzambiche (2003), el agua atraviesa por problemas serios de contaminación.

El tratamiento y mejoramiento de las aguas residuales domésticas en este sector ha iniciado con la implementación de dos sistemas de tratamiento comunitarios en el año 2004 en la comunidad de Turucu, en los cuales se manejaba la especie Lemna gibba para tratar aguas residuales provenientes de 36 familias. El diagnóstico de estos sistemas ha ayudado a determinar su funcionamiento y verificar la concentración de contaminantes que se evacuan de los dos sistemas de la comunidad al río Pitzambiche. A través de la aplicación de plantas acuáticas flotantes diferentes se persiguió mejorar el tratamiento que se daba inicialmente aplicando Lemna gibba. En algunas comunidades rurales como Iltaquí, Guitarra Ucu y El Cercado que no poseen alcantarillado se ha implementado tres sistemas de tratamiento piloto a nivel unifamiliar. Las metas del estudio fueron determinar la eficiencia de las especies, Eichhornia crassipes, Azolla filiculoides, y Lemna gibba, aplicadas en asociación o monocultivos en sistemas comunitarios y unifamiliares, en el proceso de remoción de contaminantes en aguas residuales domésticas.

Materiales y métodos

El proyecto se desarrolló al norte del Ecuador en la provincia de Imbabura en el cantón Cotacachi en cuatro comunidades rurales Turucu, El Cercado, Iltaquí y Guitarra Ucu.

Se consideró como tratamientos a los cultivos Eichhornia crassipes Lemna gibba y Azolla filiculoides aplicados de forma independiente y en asociación (Cuadro 1.) Cuadro 1. Tratamientos considerados para el tratamiento de aguas residuales domésticas

El estudio se realizó durante el año 2007-2008, iniciando con el diagnóstico del tratamiento de las aguas de los sistemas construidos en el año 2004 en la comunidad de Turucu. Como componentes de este diagnóstico se realizaron análisis de las aguas residuales y luego se realizó la limpieza estos sistemas comunitarios. Se construyó un filtro de (ripio, arena, piedra y ladrillos) para tratamiento de lodos producidos durante este proceso. Finalmente se cultivaron las especies en los estanques del sistema uno de Turucu, en monocultivos, y luego se aplicó una asociación de las especies antes analizadas.

El análisis del contenido de los lodos que se sedimentan en los estanques dio como resultado, que la materia orgánica estaba concentrada en un 48%, y entre los parámetros microbiológicos los más abundantes fueron Escherichia coli y coliformes totales con niveles de (15 x 108 y 15 x 105) considerados como peligrosos debido a que son causantes de enfermedades como tifoidea, otros como Salmonella sp y Shigella sp causantes salmonelosis y tifoidea, que pueden permanecer en forma de quistes y ooquistes, en los lodos. Se encontraron helmintos (Ascaris lumbricoides, Entamoeba histolítica) que generalmente presenta forma de huevos en los lodos. Producto de la descomposición de proteínas y compuestos nitrogenados los niveles de (amoníaco, nitrógeno amoniacal) y fósforo total, fue alto.

En el estudio fisiológico de las especies empleadas en la depuración de aguas se determinó un acelerado proceso de crecimiento de las especies en aguas con altas concentraciones de macronutrientes como P, N, S, en forma de fosfatos, nitratos, amoníaco y sulfatos y mejor adaptabilidad, desarrollo fisiológico presentaron las plantas en los últimos estanques (3 y 4) del sistema

Una vez establecida la lista de parámetros se procedió a la aplicación de los tratamientos, en el sistema uno y de cada tratamiento se evaluaron varias muestras de agua por tres ocasiones en cada tratamiento con ocho días de intervalo que fueron analizadas en los laboratorios de aguas de EMAPA (Empresa Municipal de Agua Potable) y en los laboratorios de la UTN (Universidad Técnica del Norte). Estos valores fueron comparados con los de límites permisibles de descargas en cuerpos de agua dulce de la Norma Ambiental del TULAS para Ecuador. Y finalmente se determinó la aceptabilidad o no aceptabilidad de los parámetros para cada uno los tratamientos a nivel comunitario y unifamiliar, estableciendo el mejor tratamiento aplicado. (Modelo de análisis y comparación con norma Tulas)

Resultados y discusión

El tratamiento con mayor eficiencia en remoción de contaminantes fue Eichhornia crassipes, removiendo el 80% de los parámetros establecidos con una eficiencia superior al 65% en descontaminación; especie que se aplicó también a sistemas unifamiliares en las comunidades de Guitarra Ucu, El Cercado e Iltaquí, evaluación que se constituyó en la segunda fase de la investigación.

Los sistemas a nivel unifamiliar en relación a los sistemas comunitarios presentaron variaciones como tamaños y tiempos de retención hidráulica, la cual se incrementó de 8 a 11,5 días. Para una familia que consume aproximadamente 500 litros diarios, el sistema unifamiliar se dimensionó así, un tanque sedimentador de 1×1 m2, tres estanques de (0,90 m de ancho x 3,40 m de largo x 0,40 m de profundidad). Del análisis de resultados a nivel unifamiliar y comunitario en comparación con la norma TULAS, la mayoría de parámetros se enmarcaron dentro de los límites permisibles de vertido en cuerpos de agua dulce, con incrementos en los nitritos, nitrógeno amoniacal y nitrógeno total de Kjeldahl; los que se elevaron especialmente con Lemna gibba y lograron ser removidos con Eichhornia crassipes. En los parámetros microbiológicos no se lograron niveles de aceptabilidad con ningún tratamiento, sin embargo se resalta a Lemna gibba como la mejor alternativa de remoción, que alcanza porcentajes de 98, 6% de remoción para Escherichia coli y el 97% en Coliformes totales. Y con remociones de hasta el 100% de parámetros microbiológicos en aguas grises (sistema de Iltaquí).

Todos los otros tratamientos propuestos (Azolla filiculoides, Lemna gibba y asociación) lograron también eficientes niveles de remoción en relación a las normas ambientales del Ecuador. Estableciéndose el segundo lugar después de Eichhornia crassipes para Azolla filiculoides, seguido de Lemna gibba y finalmente la asociación propuesta. Adicionalmente se realizó el estudio de la capacidad de carga operacional (capacidad máxima con la que se puede manejar una especie en la cosecha y la depuración en los estanques) con la especie Eichhornia crassipes determinándose su período de cosecha entre 19 y 15 días, y el rendimiento de biomasa diario se estableció de 58,97 a 105,82 g/m2/día

Conclusiones

• El diagnóstico de los sistemas de tratamiento de la comunidad de Turucu, reveló que el inadecuado mantenimiento afecta la calidad de las aguas, además la falta de un tratamiento preliminar, no ayuda disminuir el ingreso de sólidos al sistema.

• La especie más eficiente en el tratamiento de las aguas residuales domésticas para esta investigación fue Eichhornia 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 Lemna gibba.

• Los tratamientos adicionales propuestos Azolla filiculoides, Lemna gibba y asociación, también lograron eficientes niveles de remoción, ubicándose de la siguiente forma, el segundo lugar después de Eichhornia crassipes la ocupa Azolla filiculoides, seguido de Lemna gibba y la finalmente la asociación propuesta.

• Las especies presentaron diferencias en la remoción de contaminantes debido a la necesidad en requerimientos nutricionales de cada una, Eichhornia crassipes remueve en mayoría parámetros físicos, al igual que DBO y DQO, los compuestos nitrogenados lograron ser removidos en su mayoría con la asociación y Eichhornia crassipes, en compuestos fosfatados se logró mejores niveles de remoción con Azolla filiculoides y los parámetros microbiológicos alcanzaron sus mejores remociones con Lemna gibba.

• El uso de Eichhornia crassipes en la remoción de contaminantes a nivel unifamiliar, varía dependiendo del tipo de aguas a tratarse y se ve afectada por las características en la concentración de nutrientes, siendo este tratamiento excelente para aguas grises en la comunidad Iltaquí, y eficiente para aguas residuales domésticas en Guitarra Ucu y El Cercado, alcanzando niveles aceptables de descontaminación.

Recomendaciones

• Crear en la comunidad de Turucu una política interna de manejo de los sistemas que involucre a todos los usuarios y que los beneficios y responsabilidades sean compartidos de manera equitativa entre todos los integrantes.

• Construir un sistema preliminar de rejillas, previo al tanque sedimentador, implementar válvulas de control que permitan evacuar de forma fácil y sin riesgos los lodos y excesos de agua, las separaciones entre estanques deben ser al menos de 50 cm de distancia y recubiertas con cemento.

• Se sugiere la aplicación de Azolla filiculoides como un tratamiento terciario pues en este estudio se corroboró su mejor adaptabilidad en aguas con permanente circulación y oxigenación demostrando mayor capacidad de remoción de contaminantes en los últimos estanques.

• Aplicar un sistema terciario alternativo para la remoción de parámetros nitrogenados y microbiológicos (Escherichia coli y coliformes totales) que las especies de plantas acuáticas flotantes no pueden remover. 

• Diseñar planes integrales de manejo y tratamiento de las aguas residuales domésticas tratadas, involucrando los componentes, alimentación y salud tanto a nivel de personas y animales, consideradas como medidas de prevención.

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ESTUDIO EICHHORNIA CRASSIPES, AZOLLA FILICULOIDES Y LEMNA GIBBA, EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS APLICANDO A SISTEMAS UNIFAMILIARES Y COMUNITARIOS EN EL CANTÓN COTACACHI – ECUADOR Enviado por Ing.+Lic. Yunior Andrés Castillo S.

"NO A LA CULTURA DEL SECRETO, SI A LA LIBERTAD DE INFORMACION"® www.monografias.com/usuario/perfiles/ing_lic_yunior_andra_s_castillo_s/monografias Correo: [email protected] Santiago de los Caballeros, República Dominicana, 2015.

"DIOS, JUAN PABLO DUARTE Y JUAN BOSCH – POR SIEMPRE"®

Autor:

León Espinoza Mónica Eulalia.

Lucero Peralta Ana María.

León Espinoza Mónica Eulalia.

Lucero Peralta Ana María.