Follow this and additional works at:

166 

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Texto completo

(1)

Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle

Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2009

Análisis comparativo de la eficiencia de remoción

de materia orgánica y fenoles, entre dos reactores de

flujo a pistón con soporte fijo únicamente (PUF) y

otro con soporte fijo y macrófitas

Camilo Andrés Correa González Sonia Angelica Orjuela orozco

Follow this and additional works at:https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria

This is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Ambiental y Sanitaria by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contactciencia@lasalle.edu.co.

Citación recomendada

Correa González, C. A., & Orjuela orozco, S. A. (2009). Análisis comparativo de la eficiencia de remoción de materia orgánica y fenoles, entre dos reactores de flujo a pistón con soporte fijo únicamente (PUF) y otro con soporte fijo y macrófitas. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/605

(2)

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA Y FENOLES, ENTRE DOS REACTORES DE FLUJO A PISTÓN CON SOPORTE FIJO ÚNICAMENTE (PUF) Y OTRO CON SOPORTE FIJO Y

MACRÓFITAS

CAMILO ANDRÉS CORREA GONZÁLEZ SONIA ANGÉLICA ORJUELA OROZCO

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA BOGOTÁ, D.C.

(3)

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA Y FENOLES, ENTRE DOS REACTORES DE FLUJO A PISTÓN CON SOPORTE FIJO ÚNICAMENTE (PUF) Y OTRO CON SOPORTE FIJO Y

MACRÓFITAS

CAMILO ANDRÉS CORREA GONZÁLEZ SONIA ANGÉLICA ORJUELA OROZCO

Tesis de Grado para optar por el título de Ingeniero Ambiental y Sanitario

Director

NÉSTOR ALONSO MANCIPE MUÑOZ Ingeniero Ambiental y Sanitario

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

BOGOTÁ, D.C. 2009

(4)

Nota de aceptación:

_________________________ _________________________ _________________________ _________________________

Firma del Director

Firma del jurado

Firma del jurado

(5)

Agradezco a mis padres Eduardo Correa y Genoveva González, a mi novia Sandra Carvajal y demás personas que me acompañaron en esta etapa de mi vida, por su apoyo, compromiso, entrega y esfuerzo incondicional, logrando así el cumplimiento de una meta más de mi vida. Para ellos no me queda otra cosa más que responder gracias y gracias, sin olvidar que a las únicas personas a las que se les debe corresponder, son a las que te han ayudado. Camilo Correa González

(6)

Agradezco a mis padres por su entrega y esfuerzo para el logro de mis metas, a mis hermanos por ser el motivo para salir adelante día tras día, a Leonardo Gonzáles, mi novio, por acompañarme estos años y ser un aliciente en los buenos y malos momentos, agradezco a Juliana Morales por ser una buena amiga y compañera. Doy gracias a Dios, por permitirme culminar una etapa más de mi vida, a la espera de un futuro lleno de éxitos. Sonia Orjuela Orozco.

(7)

AGRADECIMIENTOS

Esta investigación pudo ser realizada con éxito, gracias a la colaboración de:

El Ingeniero Néstor Alonso Mancipe Muñoz por su asesoría y el tiempo dedicado durante la ejecución de esta proyecto.

Al Ingeniero Roberto Balda por todos los conocimientos proporcionados y su acompañamiento y apoyo para la realización de esta investigación.

A Oscar Contento, por el respaldo y ayuda brindada durante la etapa experimental en el laboratorio de Ingeniería Ambiental de la facultad.

Finalmente, agradecemos al proyecto de investigación “Análisis Comparativo entre

medios de soporte fijo (guadua y espuma de poliuretano junto con plantas macrófitas) y medios de soporte fijo únicamente, en reactores de flujo a pistón para remoción de fenoles y materia orgánica en aguas residuales”, a cargo de los ingenieros Roberto Balda, Néstor Mancipe y Javier González, por la construcción del sistema piloto de tratamiento sobre el cual se desarrollo el presente trabajo de grado.

(8)

“El estudio, análisis, investigación y propuesta ideológica sustentada en este trabajo de grado no compromete de ninguna forma a la universidad”

Art. 42, parágrafo 2 Reglamento Estudiantil

(9)

CONTENIDO pág. INTRODUCCIÓN 17 RESUMEN 18 ABSTRACT 19 1. OBJETIVOS 20 2. MARCO REFERENCIAL 2.1 MARCO TEÓRICO 21

2.1.1 TRATAMIENTO BIOLÓGICO EN AGUAS RESIDUALES 21

2.1.1.1 Proceso Aerobio 21

2.1.1.2 Proceso Anaerobio 22

2.1.2 REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO A PISTÓN 24

2.1.2.1 Medios de Soporte 25

2.1.3 HUMEDALES ARTIFICIALES (WETLAND) 30

2.1.3.1 Uso de macrófitas para la remoción de 31

Contaminantes

2.1.4 FENOLES 37

2.1.4.1 Fenoles como Contaminantes y sus Efectos 39

2.1.5 CLÍNICA VETERINARIA UNIVERSIDAD DE LA SALLE 42

2.2 MARCO NORMATIVO 45

2.1.1 RESOLUCIÓN 1074 DE 1997 45

2.1.2 RESOLUCIÓN 1596 DE 2001 45

3 METODOLOGÍA 46

3.1 FASE 1. DIAGNÓSTICO INICIAL 46

3.2 FASE 2. PRE – EXPERIMENTACIÓN 47

3.3 FASE 3. EXPERIMENTACIÓN 49

3.4 FASE 4. ANÁLISIS COMPARATIVO 50

(10)

4 PLANTA DE TRATAMIENTO PILOTO 51

4.1 CARACTERIZACIÓN INICIAL 51

4.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO 52

4.2.1 Pozo de Bombeo 52

4.2.2 Tratamiento Preliminar y Primario 53

4.2.3 Híbrido de tratamiento, reactor de flujo a pistón 55

y humedal artificial

4.2.4 Reactor anaerobio de flujo a pistón (RAP) 56

4.2.5 Lechos de Secado 56

5 SELECCIÓN DE LA PLANTA MACRÓFITA Y ADAPTACIÓN 58

DEL MEDIO DE SOPORTE

5.1 ACONDICIONAMIENTO DEL MEDIO DE SOPORTE 58

5.2 SELECCIÓN DE LA MACRÓFITA 62

6 ARRANQUE Y PUESTA EN MARCHA 66

6.1 ARRANQUE Y PUESTA EN MARCHA 66

6.2 TIEMPO DE RETENCIÓN TEÓRICO 70

6.2.1 Porosidad del medio 70

6.2.2 Volumen de las Unidades 71

6.2.3 Tiempo de Retención 71

6.3 TIEMPO DE RETENCIÓN POR TRAZADORES 71

6.4 SEGUIMIENTO DE PARÁMETROS DE CONTROL 72

7 COMPORTAMIENTO DE LOS REACTORES PILOTO 75

7.1 COMPORTAMIENTO DEL AFLUENTE 75

7.1.1 Caudal 75

7.1.2 Demanda Química de Oxígeno 76

7.1.3 Demanda Bioquímica de Oxígeno 77

7.1.4 Fenol 78

7.1.5 Sólidos Suspendidos Totales 79

7.1.6 Turbiedad 79

(11)

7.1.8 Temperatura 81

7.1.9 pH 82

7.2 CORRELACIÓN DE VARIABLES 83

7.2.1 Correlación DQO – Fenol 83

7.2.2 Correlación DQO – DBO5 84 7.2.3 Correlación DQO – SST 86

7.2.4 Correlación Fenol – SST 87

7.2.5 Correlación SST – Turbiedad 88

7.3 COMPORTAMIENTO DE LA TEMPERATURA EN 89

LA ZONA ALTA, MEDIA Y BAJA DEL REACTOR 8 COMPARACIÓN DE EFICIENCIAS DE REMOCIÓN DE LOS 90

REACTORES PILOTO 8.1 EFICIENCIA DE REMOCIÓN – DEMANDA 91

QUÍMICA DE OXÍGENO 8.2 EFICIENCIA DE REMOCIÓN – DEMANDA 92

BIOQUÍMICA DE OXÍGENO 8.3 EFICIENCIA DE REMOCIÓN – FENOLES 94 8.4 EFICIENCIA DE REMOCIÓN - SÓLIDOS 96 SUSPENDIDOS TOTALES 8.5 EFICIENCIA DE REMOCIÓN – TURBIEDAD 97

9 PARÁMETROS DE DISEÑO 99

9.1 PARÁMETROS TÍPICOS 99

9.1.1 Reactor Anaerobio de Flujo a Pistón 99 9.1.2 Humedales artificiales de Flujo Subsuperficial 100

9.2 PARÁMETROS DE DISEÑO REACTOR ANAEROBIO 100

DE FLUJO A PISTÓN 9.2.1 Carga Hidráulica 100

9.2.2 Carga Volumétrica de Fenol 101

9.2.3 Carga Volumétrica DQO 102

(12)

9.3 PARÁMETROS DE DISEÑO REACTOR HÍBRIDO 103

9.3.1 Carga Hidráulica Superficial 103

9.3.2 Carga Orgánica 104

9.3.3 Carga Volumétrica de Fenol 105

9.3.4 Carga Superficial de Fenol 105

9.3.5 Carga Superficial de SST 106

9.3.6 Tiempo de Retención (DBO5) 107

9.3.7 Profundidad del Agua 108

9.3.8 Profundidad del medio 108

10 CONCLUSIONES 109

11 RECOMENDACIONES 113

BIBLIOGRAFÍA 115

(13)

LISTADO DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Requisitos del Medio de Soporte 26

Tabla 2. Propiedades significativas del fenol 38

Tabla 3. Toxicidad del fenol en función de su concentración 39

Tabla 4. Toxicidad del fenol en algunos Individuos 40

Tabla 5. Técnicas de remoción de compuestos fenólicos de efluentes líquidos 41

Tabla 6. Concentración de vertidos líquidos a la red de alcantarillado 45

público y/o un cuerpo de agua

Tabla 7. Métodos y materiales 49

Tabla 8. Caracterización Inicial 51

Tabla 9. Retención de fenol en el medio de soporte – Espuma Activada 60

Tabla 10. Retención de fenol en el medio de soporte – Espuma Desactivada 61

Tabla 11. Resultados de laboratorio - Determinación de fenol 64

Tabla 12. Especies de plantas macrófitas antes y después de la 65

adición de fenol en el tiempo

Tabla 13. Actividad Metanogénica 70

Tabla 14. Nutrientes 74

Tabla 15. Correlación DQO – Fenol 84

Tabla 16. Correlación DQO – DBO5 85

Tabla 17. Correlación DQO – SST 87

Tabla 18. Correlación DQO – SST 88

Tabla 19. Correlación SST – Turbiedad 89

Tabla 20. Comparación de la eficiencia de remoción DQO 92

Tabla 21. Comparación de la eficiencia de remoción de DBO5 93

Tabla 22. Resultados de la prueba Mann-Whitney Wilcoxon 94

Tabla 23. Comparación de la eficiencia de remoción de Fenoles 95

Tabla 24. Comparación de la eficiencia de remoción de SST 97

(14)

pág.

Tabla 26. Parámetros de Diseño Típicos - RAP 99

(15)

LISTADO DE GRÁFICAS

pág.

Gráfica 1. Retención de fenol en el medio de soporte – Espuma Activada 60

Gráfica 2. Retención de fenol en el medio de soporte – Espuma Desactivada 61

Gráfica 3. Relación AGV / Alcalinidad 73

Gráfica 4. Comportamiento del caudal 76

Gráfica 5. Comportamiento de la DQO 77

Gráfica 6. Comportamiento de la DBO5 78

Gráfica 7. Comportamiento del fenol 78

Gráfica 8. Comportamiento de SST 79

Gráfica 9. Comportamiento de la turbiedad 80

Gráfica 10. Comportamiento de grasas y aceites 81 Gráfica 11. Comportamiento de la temperatura 82 Gráfica 12. Comportamiento del pH 82

Gráfica 13. Relación DQO/DBO5 86

Gráfica 14. Comparación de la eficiencia de remoción de DQO 91 Gráfica 15. Comparación de la eficiencia de remoción de DBO5 93 Gráfica 16. Comparación de la eficiencia de remoción de Fenoles 94

Gráfica 17. Comparación de la eficiencia de remoción de SST 96 Gráfica 18. Comparación de la eficiencia de remoción de Turbiedad 98 Gráfica 19. Carga Hidráulica – RAP 101

Gráfica 20. Carga Volumétrica Fenol – RAP 102

Gráfica 21. Carga Volumétrica DQO - RAP 102

Gráfica 22. Carga Hidráulica Superficial - Híbrido 103

Gráfica 23. Carga Orgánica – Híbrido 104

Gráfica 24. Carga Volumétrica de Fenol – Híbrido 105

Gráfica 25. Carga Superficial de Fenol – Híbrido 106

Gráfica 26. Carga Superficial de SST – Híbrido 106

(16)

LISTADO DE FOTOS

pág.

Foto 1: Medio de soporte plástico (Espuma de poliuretano expandido) 28

Foto 2. Apariencia del material de soporte 28

Foto 3. Lengüevaca 34

Foto 4. Clavito 34

Foto 5. Botoncillo 35

Foto 6. Botoncillo 35

Foto 7. Hierba de Sapo 36

Foto 8. Sombrilla de Agua 36

Foto 9. Sistema Piloto de Tratamiento 52

Foto 10. Pozo de Bombeo 53

Foto 11. Rejilla 53

Foto 12. Sedimentador primario 54

Foto 13. Cámara de reparto principal 54

Foto 14. Caja reguladora de caudal 55

Foto 15. Híbrido de tratamiento Humedal – RAP 55

Foto 16. Reactor anaerobio de flujo a pistón 56

Foto 17. Lechos de Secado 57

Foto 18: Desactivación de la espuma 59

Foto 19. Montaje, espuma de poliuretano 59

Foto 20. Extracción de las plantas macrófitas humedal La Conejera 62

Foto 21. Crecimiento radicular e incrustación en el medio de soporte 63

Foto 22. Llenado de Reactores y siembra de macrófitas 66

Foto 23. Aforo con cajas reguladoras 67

Foto 24. Configuración en manguera 68

Foto 25: Adherencia de la raíz al medio de soporte 69

Foto 26. Porosidad del medio de soporte 71

(17)

LISTADO DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Reacción del Proceso Aerobio 22

Figura 2. Fases de la degradación de materia orgánica 23

Figura 3. Estructura Química del Fenol 37

Figura 4. Matriz de dispersión DQO – Fenol 84

Figura 5. Matriz de dispersión DQO – DBO5 85

Figura 6. Correlación DQO – SST 86

Figura 7. Correlación Fenol – SST 87

(18)

INTRODUCCIÓN

La contaminación del ambiente y en especial del recurso hídrico, ha aumentado significativamente con el tiempo por la acción humana, en el momento de incluir o verter sustancias contaminantes y residuos perjudiciales y ofensivos para el ambiente y la salud del ser humano.

Los cuerpos de agua son los receptores de vertimientos de todo tipo, producto de la actividad humana; sin embargo antes de realizar cualquier tipo de vertimiento es necesario hacer un tratamiento, para disminuir las cargas contaminantes significativamente de modo que pueda ser vertida y transportada sin ningún riesgo para la salud humana y sin afectación al medio.

Existen diversas tecnologías de tratamiento con diferentes principios y criterios de diseño. En el presente documento, se comparan dos alternativas de tratamiento para la remoción de fenol y materia orgánica que son los contaminantes principales que tiene la Clínica Veterinaria de la Universidad de la Salle en sus vertimientos, los cuales se encuentran fuera de los estándares de la resolución 1074 de 1997 del DAMA, en la cual se establecen las concentraciones máximas permisibles para verter a la red de alcantarillado público de la ciudad de Bogotá.

El documento comprende, un marco referencial que contiene un marco teórico, el cual define los sistemas de tratamiento de aguas residuales tenidos en cuenta en esta investigación y la importancia del fenol como contaminante, y el marco normativo vigente para vertimientos al alcantarillado público; La metodología se desarrolla mediante una fase de diagnostico inicial, fase pre-experimental, experimental y análisis comparativo, realizado mediante pruebas estadística paraméticas y no paramétricas, finalmente a partir de los resultados obtenidos se formularon conclusiones y recomendaciones, logrando así el desarrollo de cada uno de los objetivos propuestos en la investigación.

(19)

RESUMEN

Los vertimientos de la clínica veterinaria, presentan altas concentraciones de fenol y materia orgánica provenientes de las actividades de limpieza y desinfección de instalaciones, material quirúrgico y antisepsia de heridas, sobrepasando los límites máximos permisibles de la resolución 1074 de 1997, en cuestión de fenol, además de contenidos importantes de materia orgánica por tejidos animales y vertimientos de sangre; para el tratamiento o remoción de dichos contaminantes se utilizaron como base dos reactores piloto, el primero se trata de un Reactor Anaerobio de Flujo a Pistón (RAP) convencional, y el segundo un híbrido de tratamiento constituido por un RAP modificado con el principio de humedales artificiales; los dos reactores emplean como medio de soporte fijo, espuma de poliuretano, por su amplia área de contacto tanto interna como externa que permite un mayor desarrollo de la biota microbiana y la expansión de las raíces de la planta empleada, encargadas de la degradación de materia orgánica y remoción de fenoles.

Para dar solución a la propuesta de investigación se desarrolló cada una de las fases de operación de las unidades piloto, la primera fase, fue la pre-experimentación, en donde se seleccionó la especie de macrófita a utilizar en el proyecto, se revisaron fugas de agua en los reactores, luego se acondicionó el medio de soporte fijo y se realizó la inoculación del lodo a cada reactor, finalmente se determinó el tiempo de retención tanto teórico y como experimental para dar paso al arranque y puesta en marcha de los reactores. En la fase experimental, se midieron de parámetros fisicoquímicos de cada uno de los reactores durante 5 meses, para su posterior análisis. Terminado este periodo se pasó a la tercera fase, en donde se analizaron los resultados, comparando estadísticamente eficiencias de remoción de cada uno de los reactores, además se realizó una correlación entre variables, se verificaron rangos de parámetros de diseño ya estandarizados y se establecieron nuevos rangos en cuando a carga hidráulica, orgánica y superficial de los reactores, teniendo en cuenta el fenol como innovación en el proyecto.

A partir de los análisis de resultados se llega a la conclusión que el reactor Hibrido Humedal – RAP, en cuanto a la eficiencia de remoción de Fenol (contaminantes que sobrepasa la norma) y Sólidos Suspendidos Totales, es mayor que el reactor RAP; en cuanto a los otros parámetros monitoreados los dos reactores tienen un comportamiento semejante; estos resultados fueron analizados con un software estadístico.

(20)

ABSTRACT

The dumping of the veterinary clinic has high concentrations of phenol and organic matter that comes from cleaning and disinfection activities; also there is surgical material that was used before. These components exceed the maximum permissible limits of resolution 1074 in 1997, about phenol and other components from animals tissues and blood dumping

For the treatment or removal of such pollutants were derived from two test pilot reactors. The first is an plug flow Anaerobic Reactor (RAP), and the second is a hybrid therapy consisting of a modified RAP with the principle of wetlands, the two reactors used as a fixed bearing, polyurethane foam, by its wide area of contact both internally and externally, and this is enabling a further development of the microbial biota and the expansion of the plant roots that are working to degrade the organic matter and to remove phenols.

To research proposal was developed for each stage of operation pilot units, the first phase was the pre-testing, which it was selected macrophyte species used in the project, reviewed leak water reactors, then conditioned media support was fixed and the inoculation of slurry to each reactor, and finally found the retention time of both theoretical and experimental as to give way to boot and start up the reactors. In the pilot phase, the physicochemical parameters were measured for each of the reactors during 5 months, for doing a later analysis. Completed this period into the third stage, with the results were analyzed, and statistically comparing removal efficiencies of each reactor was also a correlation between variables was tested ranges and design parameters were standardized and new ranges in terms of hydraulic loading, organic surface of the reactor, paying attention to the phenol as innovation in the project.

With the analysis of results we concluded that the hybrid reactor Wetlands - RAP, in the act to removal efficiency of phenol (pollutants that exceed the standard) and total suspended solids, is higher than the reactor RAP; about the other parameters monitored, the both reactors have a similar behavior; these results were analyzed with a statistical software.

(21)

1. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar un análisis comparativo de la eficiencia de los reactores de flujo a pistón con y sin macrófitas utilizando como medio de soporte fijo, espuma en poliuretano, para la remoción de fenoles y materia orgánica de los vertimientos generados en la sede de la Floresta Universidad de la Salle.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

¾ Seleccionar el tipo de planta macrófita que se adapte mejor a las

condiciones del agua a tratar y a las características del medio de soporte a emplear (espuma en poliuretano).

¾ Arrancar y poner en marcha los reactores de flujo a pistón con y sin

macrófitas con el medio de soporte definido, espuma de poliuretano.

¾ Controlar y evaluar los factores ambientales y los parámetros fisicoquímicos

que inciden en el comportamiento de cada una de las unidades piloto propuestas, en el proceso con aguas residuales con contenido en fenoles y materia orgánica.

¾ Definir los parámetros de diseño básicos para llevar el sistema monitoreado

de aguas residuales con contenido en fenoles y materia orgánica a escala real en la sede La Floresta de la Universidad de La Salle.

¾ Comparar la eficiencia de remoción de fenoles y materia orgánica en los

(22)

2. MARCO REFERENCIAL

2.1 MARCO TEÓRICO

2.1.1 TRATAMIENTO BIOLÓGICO EN AGUAS RESIDUALES

Descargar residuos sobre un recurso hídrico o sobre el suelo se crea, generalmente, un problema de control de calidad asociado con las diferentes características indeseables de los desechos, es uno de los más importantes es la presencia de materia orgánica, siendo estabilizada biológicamente por los microorganismos en condiciones aerobias o anaerobias.

La oxidación biológica es la conversión bacterial de los elementos de su forma orgánica a su forma inorgánica. Toda oxidación supone la transferencia de electrones de una sustancia reducida o donante de electrones a una sustancia oxidante o aceptor de electrones.

La materia orgánica es el alimento o donante de electrones para organismos vivos. Sin embrago, algunos materiales inorgánicos reducidos como el amoniaco, los sulfuros, el hierro ferroso y el hidrógeno molecular pueden servir para algunas

bacterias, como donantes de electrones, alimento o fuentes de energía.1

2.1.1.1 Proceso Aerobio. El proceso aerobio, es un proceso de respiración en el cual el oxígeno libre es el único aceptor final de electrones; el oxígeno es

reducido y el carbono es oxidado al igual que la materia orgánica o inorgánica.2

Usualmente las bacterias son los organismos más importantes en el tratamiento aerobio de las aguas residuales, porque son excelentes oxidadoras de materia orgánica y crecen bien en aguas residuales, siendo capaces de formar una capa floculenta gelatinosa de muy buenas características para la remoción de materia

orgánica.3

La reacción global del proceso, se puede observar en la figura 1.

1

ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de aguas residuales: Teoría y principios de diseño. 2 ed. Bogotá D.C.: Escuela Colombia de Ingeniería, 2002. p. 226-228

2

Ibíd., 229 p.

3

(23)

Figura 1. Reacción del Proceso Aerobio

Fuente: Procesos de depuración de aguas residuales. Disponible en: <http://www.miliarium.com/Paginas/Prontu/Tablas/Aguas/ProcesosEDAR.htm>

2.1.1.2 Proceso Anaerobio. Es la descomposición u oxidación de compuestos orgánicos, en ausencia de oxígeno libre, para obtener la energía requerida para el crecimiento y el mantenimiento de los organismos anaerobios. El proceso anaerobio es menos eficiente en la producción de energía que en el aerobio, puesto que la mayoría de energía liberada en el catabolismo anaerobio proveniente de la sustancia descompuesta, y aún permanece en los productos finales orgánicos reducidos, como el metano, generándose una cantidad de biomasa mucho menor que la producida en el proceso aerobio. En el tratamiento anaerobio se puede considerar, por lo tanto, que ocurren procesos básicos de la descomposición anaerobia, es decir, desnitrificación, respiración de sulfatos, hidrólisis y fermentación acetogénica y metanogénica.

El proceso microbial es muy complejo y está integrado por múltiples reacciones paralelas y en serie, interdependientes entre si. En su forma más elemental, se puede considerar el proceso anaerobio de descomposición de materia orgánica

integrado por dos etapas: fermentación de ácidos y fermentación del metano.4

…Véase la figura 2…

4

(24)

Figura 2. Fases de la degradación de materia orgánica

Fuente: Procesos de depuración de aguas residuales. Disponible en: <http://www.miliarium.com/Paginas/Prontu/Tablas/Aguas/ProcesosEDAR.htm>

La digestión anaerobia de compuestos orgánicos se considera como un proceso secuencial que requiere del metabolismo coordinado de al menos tres grupos microbiales principales:

1. Las bacterias fermentadoras que hidrolizan sustratos poliméricos tales como almidones, grasas y proteínas, hasta compuestos más simples.

2. Las bacterias acetogénicas productoras de hidrógeno, que oxidan a propionato, butirato y otras cadenas largas de ácidos grasos a acetato,

CO2, e H2.

3. Los grupos metanogénicos que utilizan el acetato y el H2 producido para

formar CH4.5

5

RIVERA, A; GUERRERO, B y NIEVES, G. Tratamiento de efluentes para la producción de leche de soya en un filtro anaerobio de flujo a pistón. En: Revista Internacional de Contaminación Ambiental, Universidad Nacional Autónoma de México, 2004. vol. 20, no. 003, 118 p.

(25)

2.1.2 REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO A PISTÓN

El reactor de flujo a pistón es un reactor ideal en el cual las partículas del fluido viajan a lo largo del reactor sin mezclarse y, por tanto, se descargan en la misma secuencia u orden en que entran al reactor. No existe difusión longitudinal ni mezcla, la dispersión es nula, todos los elementos del sistema viaja a la misma velocidad, las partículas retiene su identidad y permanecen en el tanque durante un tiempo igual al tiempo teórico de retención. En la práctica, este tipo de reactor se obtiene, aproximadamente, con tanques largos, de una relación longitud/largo grande para mantener la dispersión longitudinal en un valor mínimo.

Teniendo en cuenta el concepto de flujo a pistón, se puede considerar que el fluido que llega al reactor, es encerrado en paquetes herméticos que viajan a lo largo del tanque, sin transferir ninguna sustancia de un paquete a otro, y aunque exista mezcla completa dentro de cada paquete, cada uno de estos seria como un

minireactor de cochada en mezcla completa.6

Generalmente cuando el proceso de digestión falla debido a altas cargas orgánicas aplicadas al reactor y/o a cortos tiempo de retención hidráulica, se ha encontrado que el paso limitante del proceso ha sido la degradación de los ácidos grasos volátiles. Esto sucede porque la velocidad de crecimiento de las bacterias fermentadoras es mayor que la de las acetogénicas y las metanogénicas. Se ha sugerido que para garantizar la actividad normal de grupos metanogénicos es necesario mantener una temperatura constante dentro del reactor. Cuando el proceso de digestión está sujeto a un cambio brusco de la temperatura, la condición del proceso se torna desbalanceada en la misma proporción en que los grupos bacterianos responden de diferentes maneras. Correspondiendo a su velocidad de crecimiento, los acidogénicos se aclimatan más rápidamente a los cambios de las condiciones del proceso anaerobio, provocando una acumulación de los productos metabólicos, lo que resulta en un desbalance global del proceso. Por eso se ha planteado que la temperatura no debe fluctuar en el sistema más de

2ºC por día.7

El RAP es una variación del Reactor Anaerobio de pantallas, con medio de soporte plástico de porosidad alta para el soporte del crecimiento biológico, dotado de pantallas que obligan al afluente a subir y bajar dentro del tanque, se diferencia básicamente, en que el reactor anaerobio de pantallas, la biomasa sube y cae,

6

ROMERO, Op.cit., 266 p.

7

(26)

pero sin movimiento horizontal a través del reactor, para que las bacterias

permanezcan dentro del tanque.8

Los principios básicos de operación del RAP son:

- Flujo a pistón

- Medio inmerso con baja porosidad para mejorar la sedimentación y propiciar mezcla de modo que exista adherencia.

- Contacto directo de la superficie del agua con la atmósfera, de modo que

las bajas concentraciones de CH4 creen una especie de vacío absoluto

relativo del gas. La evacuación física del CH4 favorece la reacción de la

metanogénesis, haciéndola más rápida y favorable termodinámicamente. En general la evacuación de gases por medios físicos favorece la

termodinámica de las reacciones de la digestión anaerobia.9

2.1.2.1 Medios de Soporte. El medio de soporte, dentro del tratamiento de aguas residuales, permite la adherencia de los microorganismos presentes en el agua residual al medio de soporte o medio de contacto, formando de esta manera una biopelícula, responsable del proceso de remoción.

La función de un medio de soporte sólido es la de proporcionar rigidez y estabilidad para la adherencia de la biomasa, además de exponer la máxima área superficial al flujo. La tasa de crecimiento de la biopelícula es independiente del material del soporte, pero está estrechamente relacionada con la rugosidad de la superficie. En superficies rugosas, la adherencia de las bacterias pioneras y su posterior desarrollo se realiza mucho más rápidamente que en superficies lisas. Sin embargo, el mayor efecto de influencia en el desarrollo de la biopelícula es el área superficial, pues a mayor superficie de contacto del medio de soporte, habrá

un mayor crecimiento de la biopelícula.10

En la tabla 1, se mencionan los requisitos del medio de soporte.

8 ROMERO, Op.cit., 714 p. 9 Ibid, 1129 p. 10

OTERO L. A. Efecto hidráulico de estructuras de soporte de biopelículas en tuberías de Alcantarillado. Trabajo de grado Ingeniero Civil y Ambiental. Bogotá DC: Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental, 2005. p. 1-2

(27)

Tabla 1. Requisitos del Medio de Soporte:

Requisito Objetivo

Ser estructuralmente resistente

Soportar el propio peso, adicionado al peso de los sólidos biológicos adheridos a su superficie

Ser biológica y químicamente inerte.

Evitar reacción entre el lecho y los microorganismos.

Ser suficientemente liviano.

Evitar la necesidad de estructuras complejas, así como permitir la construcción de unidades más altas para reducir áreas de tratamiento. Poseer superficie específica y

porosidad elevadas

Permitir la adherencia de microorganismos y reducir la posibilidad de colmatación. Permitir la rápida proliferación

de microorganismos

Disminuir el tiempo de arranque del reactor.

No presentar superficie lisa Garantizar una porosidad elevada.

Precio reducido Viabilizar económicamente el

proceso

Fuente: Torres, P.; Rodríguez J. y Uribe I. 2003

Las principales finalidades del medio de soporte son:

- Mejorar el contacto entre el sustrato y los sólidos biológicos contenidos en el reactor.

- Facilitar un flujo uniforme en el reactor.

- Permitir la acumulación de gran cantidad de biomasa.

- Actuar como una barrera física, evitando que los sólidos sean arrastrados por fuera del sistema de tratamiento.

En el tratamiento de aguas residuales, se reconocen dos fases generales para la formación de biopelícula; en la primera se tiene una adsorción de la materia orgánica sobre el medio de soporte a nivel molecular con la consecuente adherencia de las primeras células bacterianas. Esta microfauna crece tomando los nutrientes del agua residual. La duración de la fase de adherencia depende de factores como la naturaleza del medio de soporte, la carga de la superficie y la naturaleza y concentración del alimento. La colonización inicial de la superficie

(28)

ocurre en las cavidades del soporte que están protegidas al esfuerzo cortante y que tienen una rugosidad favorable para este desarrollo.

La segunda etapa corresponde a la fase de crecimiento por parte de la biomasa adherida en la fase anterior, al final de esta fase, la superficie del medio de contacto está totalmente cubierta por biopelícula con una compleja estructura de

grupos de células microbiales.11

Por otro lado, como lo señala el Ingeniero Roberto Balda (Universidad de la Salle, Bogotá D.C., Colombia, observación inédita, 2007), en el tratamiento por medio de humedales artificiales, el medio de soporte es importante porque admite a los organismos vivientes y proporciona almacenamiento para muchos contaminantes; además, en éste ocurren transformaciones químicas y biológicas para proveer el crecimiento de las plantas y de los microorganismos adheridos. Los medios de soporte granulares son materiales de origen orgánico e inorgánico, que cumplen una serie de funciones fundamentales tanto para la planta como para los procesos de tratamiento. Dentro de los medios de soporte comúnmente empleados en el tratamiento de aguas residuales, están los medios sintéticos plásticos, materiales pétreos, como gravas entre 3 a 7 cm. de diámetro, materiales bituminoso vegetal como el coque metalúrgico y medios naturales como relleno de madera o guadua.

Medios de soporte plásticos:12 Las piezas de plástico empleadas en el tratamiento de aguas residuales pueden tener diferentes formas y tamaños y pueden estar hechas de diversos materiales plásticos, siendo el polietileno de alta densidad el plástico más utilizado.

Otros materiales que han sido utilizados de manera limitada en plantas de lodos activados con serios problemas de abultamiento de lodos (25 plantas en Europa) son los plásticos porosos como el hule espuma o espuma de poliuretano expandido. …Véase la foto 1... Estos últimos materiales presentan la característica de ser porosos permitiendo que los microorganismos se desarrollen dentro del material y sobre su superficie con la ventaja de que el golpeteo entre las piezas no erosiona las superficies con microorganismos estando siempre expuestos al intercambio de nutrientes.

11

OTERO, Op.cit., 1 p.

12

GONZÁLEZ, S; MALDONADO, L. y GONZÁLEZ, O. Tratamiento de aguas residuales utilizando biopelículas sobre un material poroso. CONGRESO DE INTERAMERICANO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL (27-31, octubre, 2002: Cancún, México). Universidad Nacional Autónoma de México, 2002 2 p.

(29)

Foto 1: Medio de soporte plástico (Espuma de poliuretano expandido)

Fuente: GONZÁLEZ, S; MALDONADO, L. y GONZÁLEZ, O. 2002

Investigaciones realizadas en la Universidad Autónoma de México, han demostrado la eficiencia en el uso de estos medios de soporte plásticos; el trabajo experimental desarrollado, tuvo como finalidad determinar el desempeño de un reactor de lecho móvil utilizando un material poroso como agente inmovilizador de microorganismos para el tratamiento de aguas residuales; En el reactor de lecho móvil, fueron introducidas piezas de plástico especialmente diseñadas que sirvieron como base para el crecimiento de los microorganismos. Los resultados demostraron que la utilización del hule espuma como medio para inmovilizar microorganismos permitió su desarrollo estable en la parte interna y externa de cada pieza.

En la foto 2, se muestra como los microorganismos cubren completamente la superficie del material.

Foto 2. Apariencia del material de soporte

(30)

Espuma de poliuretano: La espuma de poliuretano, es un material plástico poroso, fabricado mediante una polimerización de uretano. Se trata de una

agregación de burbujas. Este material celular, producido por la reacción de

un poliol y un poli-isocianato orgánico, en la presencia de agua, puede incluir catalizadores, agentes activos de superficie, agentes sopladores

auxiliares, rellenos, plastificantes y colorantes.13

Características:

- Material aislante, con propiedades térmicas (resistencia a temperaturas extremas, manteniendo todas sus propiedades técnicas en un espectro que va de los 50ºC bajo cero o a 110ºC).

- Peso reducido.

Formación.

Se forma básicamente por la reacción química de dos compuestos, un poliol y un isocianato, aunque su formulación necesita y admite múltiples variantes y aditivos. Dicha reacción libera unos gases, (dióxido de carbono) que son los que van formando las burbujas.

Está fabricado esencialmente por los siguientes productos:

- Poliol (Polioxipropilenglicol) en un 55% a un 70% aproximadamente - TDI (Di-isocianato de tolueno) en un 25% a 35%

- Agua

- Catalizador metálico (Octoato Estañoso)

- Catalizador Anímico

- Surfactante o Estabilizador - Agente Soplante Auxiliar - Colorantes

- Aditivos (Retardantes a la flama, Antiestáticos, Antioxidantes)

13

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Plásticos: Espumas Flexibles de Poliuretano. Bogotá D.C.: El Instituto, 1985. 1 p.

(31)

Usos:

- En colchones, sillas, muebles y sofás, como relleno principal o como integrante de los acolchados.

- En la construcción como aislante térmico o como relleno.

- En la industria del automóvil como elemento principal de defensas,

asientos, y otros.14

- Medio de soporte en sistemas de tratamiento biológico.

2.1.3 HUMEDALES ARTIFICIALES (WETLAND)

Los humedales artificiales son sistemas acuáticos diseñados y construidos por el hombre para suplir las necesidades de tratamiento, con los que se busca aprovechar los procesos físicos, químicos y biológicos que se presentan al interactuar el agua, el medio filtrante, las plantas, los microorganismos y la atmósfera, por lo que se limitan las condiciones ecológicas y la capacidad de auto purificación encontradas en un humedal natural. Por esto se dice que forman parte del concepto de la ecotecnología, es decir, de la comprensión profunda de los ecosistemas mediante la aplicación de una ingeniería sostenible con el propósito de reducir el daño al ecosistema.

De acuerdo con lo investigado del ingeniero Roberto Balda (universidad de la Salle, Bogotá D.C., Colombia, observación inédita, 2007), Los humedales tienen la capacidad de modificar todos los parámetros cualitativos de las aguas que pasan en forma lenta a través de ellos; a partir de esto se ha generado la técnica de

humedales artificiales para tratar aguas residuales, cumpliendo las siguientes

funciones:

− Fijar físicamente algunos contaminantes a través de la adsorción en la

superficie del medio filtrante.

− Utilizar y transformar los elementos orgánicos e inorgánicos por intermedio

de los microorganismos que están adheridos en las superficies.

− Lograr niveles de tratamiento con un bajo consumo de energía y poco

mantenimiento.

14

QuimiNet. ¿Qué es la Espuma de Poliuretano?. [En línea]. México [citado en 1 noviembre de 2007]. Disponible en <http://www.quiminet.com.mx/art/ar>

(32)

En el tratamiento del agua residual con humedales artificiales se desarrolla diferentes mecanismos para la eliminación de contaminantes a través de la fitorremediación, los cuales se basan en reacciones que ocurren naturalmente y son:

− Remoción de sólidos suspendidos por sedimentación y filtración.

− Biodegradación de la materia orgánica a partir de microorganismos

aeróbicos y anaeróbicos.

− Eliminación de microorganismos patógenos; por sedimentación, filtración y

por la acción predadora de otros organismos.

− Ajuste de pH.

Los humedales artificiales de flujo subsuperficial se caracterizan porque su lecho contiene un medio poroso en el cual se encuentran plantadas macrófitas emergentes. Este tipo de humedales se diseñan de tal manera que el nivel del agua se encuentre por debajo del nivel del medio poroso con el fin de minimizar los olores, la atracción de vectores y los efectos negativos en la salud pública de las poblaciones aledañas al humedal.

Los humedales artificiales presentan algunas ventajas con respecto a otros sistemas de tratamiento de aguas residuales, dentro de las que se pueden mencionar: bajo costo de construcción y operación, fácil operación, mínima o nula necesidad de equipos mecánicos, electricidad u operadores calificados y una nula

producción de biosólidos y lodos residuales.15

2.3.1.1 Uso de macrófitas para la remoción de contaminantes. La vegetación que se presenta en los humedales son plantas acuáticas, llamadas macrófitas, las cuales son plantas herbáceas que se desarrollan en agua y suelos con diferente grado de saturación, crecen en la zona litoral de lagos, embalses y ríos; en la zona de interfase agua-tierra, sobre la superficie del agua o totalmente sumergidas. Ellas cumplen distintas funciones como: ser indicadoras de algunas características tróficas, servir de hábitat y alimento de muchos organismos, producir oxígeno, gas carbónico y aportar materia orgánica hacia el medio.

La abundancia de las poblaciones de macrófitas acuáticas se relaciona con el área del litoral, sus condiciones topográficas y el estado de eutroficación del agua.

15

GARCÍA T. y RODRÍGUEZ M. Diseño, construcción y evaluación preliminar de un humedal de flujo subsuperficial. Tesis de Maestría Ingeniero Civil. Bogotá DC.: Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería Civil, 2005. 1 p.

(33)

Normalmente, lagos muy eutrofizados con litorales poco profundos son los medios más adecuados para el desarrollo de extensas zonas de vegetación acuática. Las plantas acuáticas reciben el nombre de malezas cuando se convierten en un problema para el manejo de los ecosistemas acuáticos; estas comunidades tienen importancia en los siguientes puntos:

- Confieren estabilidad al terreno. - Generan la vía trófica directa.

- Constituye la base para el desarrollo de una abundante y diversa comunidad de organismos asociados.

Las comunidades de plantas acuáticas desempeñan un papel preponderante en los ecosistemas lénticos, ya que por un lado constituyen el mayor aporte de materia orgánica a las aguas y por otro, generan alrededor de ellas un hábitat que alberga una variada y abundante fauna asociada. Además presentan una de las más altas productividades dentro del reino vegetal, muy por encima de las

comunidades de microalgas16.

La utilización de plantas acuáticas ha sido desarrollada como un tratamiento secundario o terciario alternativo de aguas residuales, y ha demostrado ser eficiente en la remoción de una amplia gama de sustancias orgánicas así como nutrientes y metales pesados.

El mecanismo mediante el cual la planta saca del agua residual el contaminante es el siguiente: las plantas acuáticas, que constituyen la base de la tecnología de los wetland, tienen la propiedad de inyectar grandes cantidades de oxígeno hacia sus raíces. El aire que no es aprovechado por la especie y que ésta expele es absorbido por microorganismos, como bacterias y hongos, que se asocian a la raíz y se encargan de metabolizar los contaminantes que entran al sistema.

Algunas de las especies que se pueden utilizar son: Jacinto acuático, Lenteja de

agua y Azolla. El jacinto acuático (Eichhornia crassipes) es una de las especies

acuáticas más estudiadas, debido a sus características depuradoras y facilidad de proliferación, especialmente en regiones tropicales y subtropicales, que incluyen las áreas comprendidas entre San Francisco (Estados Unidos) y Lebu (Chile). Esta planta obtiene del agua todos los nutrientes que requiere para su

16

CUBILLOS, Carlos Eduardo. Et. Al. Estudios e investigaciones de las obras de restauración ambiental y de navegación del canal del dique. Cormagdalena, Universidad Nacional de Colombia. Facultad de ingeniería. Departamento de ingeniería civil y agrícola. Bogotá. Enero 2007. p. 41-42

(34)

metabolismo, siendo el nitrógeno y el fósforo, junto a los iones de potasio, calcio, magnesio, hierro, amonio, nitrito, sulfato, cloro, fosfato y carbonato, los más importantes. Poseen un sistema de raíces, que pueden tener microorganismos asociados a ellas que favorece la acción depuradora de las plantas acuáticas. En general, estas plantas son capaces de retener en sus tejidos una gran variedad de compuestos orgánicos, tales como fenoles, ácido fórmico, colorantes y pesticidas,

y disminuir niveles de DBO5, DQO y sólidos suspendidos, además de metales

pesados como cadmio, mercurio, arsénico.17

Experiencias en el tratamiento de aguas residuales urbanas empleando humedales artificiales de flujo subsuperficial, han demostrado que la degradación del fenol podría estar asociada a la acumulación y posterior degradación en el medio de soporte sobretodo en las raíces de las plantas y también a alguna pérdida por volatilización no muy importante debido rango de temperatura dentro

del medio (15-18°C)18

En los lugares más abiertos se encuentra vegetación enraizada emergente herbácea, dominada principalmente por lengua de vaca y barbasco (Rumex conglomeratus, Polygonum sp, MV); además de botoncillo (Bidens laevis), sombrilla de agua (Hydrocotyle ranunculoides), hierba de sapo (polygonum hidropiperoides), y clavito (Ludwigia peploides), que forman parches herbáceos de extensión variable. A continuación se presenta una descripción general de algunas de estas especies.

Rumex Conglomeratus (Lengüevaca): Se conoce también con otros nombres vulgares: arracachuelo, ruibardo, lengüevaca (Antioquia); Barbasco (Cundinamarca); Curly dock (EE.UU.); hierba mulata (Cuba). Son plantas importadas invasoras, difíciles de extirpar una vez que se han apoderado de un terreno. Se trajeron al país como plantas forrajeras de

gran resistencia.19 En la foto 3, se ilustra.

17

CELIS, J; JUNOD, J. y SANDOVAL, M. Recientes aplicaciones de la depuración de aguas residuales con plantas acuáticas. En: Theoria. 2005. vol. 14, no. 1, 18 p.

18

ANGARITA, S. y RODRÍGUEZ, M. Hipótesis de optimización en humedales de flujo subsuperficial en el tratamiento de agua residual urbana: Énfasis en la retención de metales. Trabajo de grado Ingeniero Civil y Ambiental. Bogotá DC.: Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental, 2006. 13 p.

19

PÉREZ ARBELÁEZ, Enrique. Plantas Útiles de Colombia. Ediciones FONDO FEN COLOMBIA, DAMA, Jardín Botánico “José Celestino Mutis”. 5 ed. Bogotá. 1996. p. 626-627

(35)

Foto 3. Lengüevaca

PÉREZ ARBELÁEZ, E. 1996. p. 627

Ludwigia Peploides. (Clavito): El nombre de clavito se debe a al forma de los frutos alargaditos que mantienen 3 – 4 sépalos, recordando un clavo de especia…Véase foto 4… Esta especie es uno de los elementos más comunes en nuestras aguas y protege la vida animal acuática: peces

pequeños, renacuajos, entre otros.20 Existen cerca de 36 especies; en

nuestras zanjas y en los pantanos de poca profundidad es común estas especies de estolones redondos, postrados, sumergidos, que emiten raíces filiformes nutritivas y, además, otras flotadoras o respiratorias blancas, blandísimas Foto 4. Clavito PÉREZ ARBELÁEZ, E. 1996. p.541 20 Ibíd., 541 p.

(36)

Bidens Lavéis. (Botoncillo): Esta hermosa planta nativa crece en todos los humedales de Santa Fe de Bogotá. Se extiende en los bordes y por sobre el espejo de agua. Por lo general crece asociada con la hierba de sapo y la gualola. Sus lindas y vistosas flores amarillas aportan un tono

particular al paisaje de los cuerpos de agua21. …Véase foto 5 y 6…

El botoncillo también se conoce con los nombres vulgares de Orégano, totecitos, mosquita, hierba de toro, y cansa mozo. Existen hasta 12

especies de Botoncillo.22

Foto 5 y 6. Botoncillo

PÉREZ ARBELÁEZ, E. 1996. p.651 MOLINA, Luís. 1997. p.125

Polygonum Hydropiperoides. (Hierba de Sapo): Polygonum significa en griego multirodillonas por los nudos abultados que estas plantas presentan en su tallo. Además, las caracteriza una envoltura persistente, pajiza, que sube de tales nudos, llamada ócrea… Véase foto 7…

Esta especie es de pantanos y tierras húmedas de todo clima, y tiene flores

blancas.23

Su presencia es constante en la mayor parte de los humedales, especialmente en los que conservan espejo de agua; crece asociada con el

21

MOLINA, Luís Fernando. Cerros, humedales y áreas rurales. DAMA, 1997. 124 p.

22

PÉREZ ARBELÁEZ, E. Op. cit., 657 p.

23

(37)

botoncillo y la sombrilla de agua. Pertenece a la familia de la gualola y

aporta al cuerpo de agua el desarrollo de la vida acuática.24

Foto 7. Hierba de Sapo

MOLINA, Luís F. 1997. p.127

Hydrocotile Ranunculoides. (Sombrilla de Agua): Simpática y atractiva planta que vive sobre la superficie del agua, se encontró por primera vez en el humedal la Conejera confundida entre la profunda eclosión de vida floral que allí se produce. Luego se comprobó que es común en la mayor parte de los humedales de la ciudad. Su forma redondeada y con borde irregular la hace inconfundible, como se ilustra en la foto 8. También se conoce

como paragüitas de sapo.25

Foto 8. Sombrilla de Agua

MOLINA, Luís F. 1997. p.137

24

MOLINA, Luís Fernando. Op. cit., 126 p.

25

(38)

En el tratamiento de aguas residuales urbanas se ha utilizado, Botoncillo (Bidens laveis), barbasco del pantano o hierba de sapo (Polygonum

hydropiperoides), y Junco simultáneamente26, en un humedal optimizado, para

la retención de metales. Estas mismas especies se han utilizado en humedales artificiales de flujo subsuperficial para el tratamiento de agua residual sintética, diseñado y construido con algunas variaciones de los humedales clásicos.

2.1.4 FENOLES

El fenol es un alcohol que en forma pura es un sólido cristalino de color

blanco-incoloro a temperatura ambiente. Su fórmula química es C6H5OH, y su estructura

química se muestra en la figura 11; Puede sintetizarse mediante la oxidación parcial del benceno.

Figura 3. Estructura Química del Fenol:

Fuente: Wikipedia, la enciclopedia libre. Fenol. Disponible en <http://es.wikipedia.org/wiki/Fenol>

El fenol es una sustancia manufacturada. El producto comercial es un líquido. Tiene un olor repugnantemente dulce y alquitranado. Se puede detectar el sabor y el olor del fenol a niveles más bajos que los asociados con efectos nocivos. El fenol se evapora más lentamente que el agua y una pequeña cantidad puede formar una solución con agua. El fenol se inflama fácilmente, es corrosivo y sus gases son explosivos en contacto con la llama. En la tabla 2 se presentan las principales características del fenol.

26

(39)

Tabla 2. Propiedades significativas del fenol

FENOL

Peligros Físicos Riesgo de inhalación

Datos

Importantes El vapor es más denso que el aire y puede extenderse a ras

del suelo; posible ignición en punto distante.

Por evaporación de esta sustancia a 20°C, se puede alcanzar bastante lentamente una concentración nociva en

el aire.

Peligros Químicos Efectos de Exposición de Corta

Duración

- Puede explotar por calentamiento intenso por encima de 78°C.

- El vapor de la sustancia es corrosiva para los ojos, la piel y el tracto

respiratorio.

- La disolución en agua es un ácido débil.

- La inhalación del vapor de la sustancia puede originar edema pulmonar.

- La sustancia puede causar efectos en el sistema nervioso central.

- Reacciona con oxidantes, originando peligro de incendio y

explosión. - La exposición puede causar la muerte. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata.

Vías de Exposición Efectos de Exposición Prolongada

- La sustancia se puede absorber rápidamente por inhalación del vapor, a través de la piel y por ingestión.

- La sustancia puede afectar al hígado y al riñón.

El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis.

Punto de ebullición: 182°C Densidad relativa de vapor (aire = 1): 3.2 Punto de fusión: 43°C

Densidad relativa (agua = 1): 1.06

Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.001 Solubilidad en agua, g/100 ml: 7 Punto de inflamación: 79°C (c.c.)

Solubilidad en agua: Moderada Temperatura de autoignición: 715°C

Propiedades Físicas

Presión de vapor, Pa a 20°C: 47 Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 1.36-10

Datos

Ambientales La sustancia es tóxica para los organismos acuáticos.

(40)

El fenol se usa principalmente en la producción de resinas fenólicas. También se usa en la manufactura de nylon y otras fibras sintéticas. El fenol es muy utilizado en la industria química, farmacéutica y clínica como un potente fungicida, bactericida, antiséptico y desinfectante, también para producir agroquímicos, policarbonatos, en el proceso de fabricación de ácido acetilsalicílico (aspirina) y en preparaciones médicas como enjuagadientes y pastillas para el dolor de

garganta.27

Los fenoles son compuestos aromáticos comunes en aguas residuales de la industria del petróleo, carbón, plantas químicas, fabricas de explosivos, resinas y otras. Estos causan problemas de sabores en aguas de consumo tratadas con cloro; en aguas residuales, se consideran no biodegradables pero se ha demostrado que son tolerables concentraciones de hasta 500mg/L además tienen

una alta demanda de oxígeno.28

Cuando el fenol entra en contacto con cloro en fuentes de agua tratadas para consumo humano, forma compuestos fenilclorados, muy solubles y citotóxicos por

su facilidad para atravesar membranas celulares.29

2.1.4.1 Fenoles como Contaminante y sus Efectos

Las concentraciones de los efluentes fenólicos resultan tóxicos para el ambiente y letal para la vida humana. …Véase tabla 3…

Tabla 3. Toxicidad del fenol en función de su concentración.

Fuente: BALDA, Roberto. 2007

Concentración Toxicidad

1g Dosis oral letal para un adulto

> 200 ppm Inhibe la actividad biológica del suelo (Amornprasertsook &

Polprasert, 1996) y se torna bactericida (Kolaczkowski et al., 1997) 5 – 25 ppm Dosis letal para la vida acuática (Amornprasertsook & Polprasert,

1996; Polprasert & Sookhanich, 1995).

2 – 2.5 ppm Le da al agua de beber sabor y olor característico cuando se combina con cloro (Polprasert & Sookhanich, 1995)

27

Wikipedia, la enciclopedia libre. Fenol. [en línea]. [citado en 25 septiembre de 2008]. Disponible en <http://es.wikipedia.org/wiki/Fenol>

28

ROMERO. Op.cit., 58 p.

29

(41)

En la siguiente tabla, se observa la dosis de toxicidad para algunos individuos.

Tabla 4. Toxicidad del fenol en algunos Individuos

Individuo Cantidad

Seres humanos: 1 g puede ser fatal

Mamíferos: DL50 414-530 mg/kg, oral Ratas DL50 670 mg/kg, dérmico DL50 400-600 mg/kg, oral Conejos DL50 850 mg/kg, dérmico Gatos DL50 100 mg/kg, oral Perros DL50 500 mg/kg, oral Organismos acuáticos: Pimephales promelas CL50 24-68 mg/l,

Leuciscus idus melanotus CL50 25 mg/l (48h)

Lepomis macrochirus CL50 24 mg/l (96h)

Daphnia CL50 12 mg/l (48h)

Scenedesmus quadricauda CE0 7,5-40 mg/l

Microcystis aeruginosa CE0 4,6 mg/l

Fuente: Fenol, Toxicidad. Disponible en

http://www.ces.iisc.ernet.in/energy/HC270799/HDL/ENV/envsp/Vol326.htm

Los principales efectos de los fenoles se pueden ver en seres vivos y el ambiente, como se describe a continuación:

Seres Humanos / Mamíferos. Los vapores y líquidos del fenol son tóxicos y pueden ingresar fácilmente al cuerpo por vía cutánea. Los vapores inhalados lesionan las vías respiratorias y el pulmón. El contacto del líquido con la piel y los ojos produce severas quemaduras. La exposición prolongada paraliza el sistema nervioso central y produce lesiones renales y pulmonares. El fenol ejerce efectos teratógenos y cancerígenos.

Agua. El fenol es más pesado que el agua y se hunde. Se disuelve lentamente y forma, incluso en dilución, soluciones tóxicas.

Aire. Los vapores son más pesados que el aire y, expuestos al calor, forman mezclas explosivas. La oxidación del fenol en el aire se acelera por efecto de la luz o de impurezas que actúan como catalizadores.

(42)

Suelo. Debido a la degradación microbiana (aeróbica o anaeróbica) la acumulación de fenol en el suelo es escasa; el nivel de esta acumulación depende de la presencia de minerales arcillosos.

Plantas. Inhibe la permeabilidad pasiva y el crecimiento.

Cadena Alimenticia. Se produce poca acumulación en los alimentos. La presencia de fenol en aguas subterráneas también contamina el agua

potable, la que ya no se podrá consumir debido a su sabor desagradable.30

Además de los efectos adversos presentados anteriormente, la remoción de los fenoles del ambiente, es compleja y difícil por diversos factores de los cuales se mencionan algunos a continuación: su alta solubilidad en el agua a temperatura ambiente, su habilidad para ionizarse, su baja presión de vapor y su tendencia a la oxidación. Como consecuencia de lo anterior, su remoción se ha convertido en un serio problema de separación y cada vez surgen más técnicas innovadoras para su tratamiento, por ejemplo: extracción por solventes, adsorción en carbón activado, oxidación química, extracción electroquímica y el tratamiento biológico, entre otras. …Véase tabla 5…

Tabla 5. Técnicas de remoción de compuestos fenólicos de efluentes líquidos.

Técnica Variantes

Columnas de filtración con lodo activado Remoción enzimática por la b – tyrosinase

Lagunas de estabilización con plantas Typha

Adsorción en carbón activado y biodegradación Tratamientos

Biológicos

Remoción con Pseudoomonaas alcaligenes

Emulsiones oleosas y cáusticas soportadas en fibras microporosas de polipropileno

Extracción

Líquido – Líquido Emulsiones oleosas y cáusticas con N503

(N,N-di (11 – metilheptil) acetamina como "carrier".

Columna de lecho fijo con carbón activado modificado Superficialmente Columna de lecho fijo con mezcla de diferentes carbones

Adsorción

Materiales sorbentes alternativos: hollín y cenizas volantes Oxidación Oxidación a altas temperaturas y presiones

Fuente: BALDA, Roberto. 2007

30

Zambrano, B. y Beltrán, J. Determinación de la Concentración Letal Media (Cl50-48) del Fenol en los Vertimientos de La Clínica Veterinaria de la Universidad de la Salle – Sede Floresta, por Medio de Bioensayos de Toxicidad Acuática sobre Daphnia Pulex. Trabajo de grado Ingeniero Ambiental y Sanitario. Bogota DC.: Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, 2008. 71 p.

(43)

El tratamiento biológico ha sido utilizado eficientemente en la depuración de aguas residuales que contienen compuestos orgánicos peligrosos. Si bien los compuestos tóxicos como el fenol contribuyen con la inestabilidad de los sistemas de tratamientos biológicos de aguas residuales, estos compuestos también son usados como fuentes de carbono y energía por ciertos grupos de microorganismos. Su degradación puede ser llevada a cabo por organismos procariotas y eucariotas, tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas. En este sentido, algunos investigadores han demostrado que cultivos de

Pseudomonas sp. y Spirillum sp., degradan fenol en ausencia de oxígeno libre. También ha sido reportada la fermentación metanogénica de fenol bajo estas condiciones de oxigenación.

Entre las bacterias que tienen la habilidad de degradar compuestos fenólicos bajo condiciones aeróbicas, se encuentran: Flavobacterium sp., Rhodococcus chlorophenolicus, Rhodococcus sp., Arthrobacter sp., Mycobacterium sp.,

Sphingomonas sp. y Pseudomonas sp. Banerjee encontró que las especies mayormente responsables de la biodegradación de fenoles fueron Pseudomonas stutzeri y Pseudomonas putida, durante el tratamiento de aguas residuales sintéticas en reactores biológicos rotatorios de contacto.31

2.1.5 CLÍNICA VETERINARIA UNIVERSIDAD DE LA SALLE 32 “Servicios médicos para grandes y pequeños animales”

Localización: Carrera 7a No 172 – 85

Universidad de la Salle - Sede Floresta Bogotá D.C. – Colombia

Servicios:

- Clínica veterinaria especializada en cirugía y oftalmología con servicio de quirófano radiología y análisis clínicos.

- CONSULTA EXTERNA: Grandes, medianas y pequeñas especies

- IMAGENOLOGÍA: Artroscopía, ecografía, electrocardiografía, endoscopia, radiología - LABORATORIO CLÍNICO

31

Díaz, Altamira, et al. Degradación de fenoles totales durante el tratamiento biológico de aguas de producción petroleras. En: Ciencia. 2005. vol.13, no. 3, p. 1-2, 6.

32

Zambrano, B. y Beltrán, J. Determinación de la Concentración Letal Media (Cl50-48) del Fenol en los Vertimientos de La Clínica Veterinaria de la Universidad de la Salle – Sede Floresta, por Medio de Bioensayos de Toxicidad Acuática sobre Daphnia Pulex. Trabajo de grado Ingeniero Ambiental y Sanitario. Bogota DC.: Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, 2008. p. 72-73

(44)

Hematología, parasitología, urianálisis, citología, química sanguínea y gases arteriales

- LABORATORIO DE HISTOPATOLOGÍA - NECROPSIA PARA TODAS LAS ESPECIES - CIRUGÍA Y HOSPITALIZACIÓN

Impacto Ambiental. El impacto ambiental ocasionado por las actividades desarrolladas en cada uno de los servicios que presta la clínica veterinaria se ven reflejadas a nivel de afectación en vertimientos y generación de residuos peligrosos.

En cuanto a la contaminación del recurso agua, los vertimientos provenientes de la clínica veterinaria y en especial de laboratorios de necropsia, salas de cirugía, establos y porquerizas; presentan trazas de fenol, teniendo en cuenta que utilizan creolina concentrada para la desinfección correspondiente.

Dentro de los protocolos de desinfección de la clínica se tienen los siguientes niveles de desinfección:

1) La desinfección dentro de la prevención primaria, que puede definirse

como la protección de la sanidad por métodos aplicados con carácter individual o colectivo, por ejemplo, mediante el lavado y desinfección de instalaciones o corrales a fin de lograr un ambiente seguro.

2) La desinfección profiláctica: Realizada periódicamente en laboratorios y salas de cirugía donde hay o pueden llegar animales susceptibles a la enfermedad. Tiene por consiguiente un objetivo preventivo.

La concentración de trazas de fenol en los vertimientos de la clínica varía teniendo en cuenta el número de veces que debe ser realizada la respectiva desinfección ya que se ejecuta a partir de los primeros síntomas de enfermedad en los animales y después del aislamiento de cada animal enfermo. Se debe realizar periódicamente hasta por lo menos tres semanas después de la aparición del último animal enfermo. Esta desinfección debe ser realizada de manera total en los recintos donde los animales enfermos estaban antes de ser removidos y en todos los instrumentos, máquinas, corrales o caminos con los cuales hayan tenido contacto.

(45)

El empleo de la cantidad adecuada de solución desinfectante es muy importante ya que la solución debe llegar a todas las superficies y depresiones del objeto o material a desinfectar. Por tanto, hay que examinar los materiales u objetos a desinfectar y decidir en consecuencia.

En términos generales se establece que para las superficies de cemento, maderas y otras no absorbentes, el volumen de la solución desinfectante es de una dilución de 0.006 ppm de la solución.

En la clínica y laboratorios utilizan el cicatrizol que es un antiséptico adhesivo protector de heridas; compuesto por Acido Fénico. Es uno de los más antiguos antisépticos, extraído por destilación del alquitrán de hulla o por síntesis. Su acción la ejerce cuando el fenol se combina con las proteínas, actuando en forma inespecífica como un veneno protoplasmático. En solución acuosa al 2 % mata Salmonella y es bactericida para los gérmenes comunes. Es poco fungicida y no mata esporas a menos que se utilice en concentraciones superiores al 5 %. En concentraciones menores al 0,5% no se comporta como bactericida pero sí como bacteriostático. En concentraciones débiles al 2-5 % el ácido fénico penetra la piel actuando sobre las terminaciones nerviosas sensitivas causando anestesia local. El fenol se utiliza como antipruriginoso en dermatosis pruriginosa.

2.2 MARCO NORMATIVO

2.2.1 RESOLUCIÓN 1074 DE 199733

Por la cual se establecen estándares ambientales en materia de vertimientos. Dispone en el artículo 3, las concentraciones máximas permisibles de vertimientos a la red de alcantarillado público y/o un cuerpo de agua…Véase tabla 6…

Para la aplicación de la presente norma se deberán adoptar los lineamientos señalados en los Métodos Normalizados para el análisis de aguas potables y residuales "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater" (Última Edición).

33

Colombia. Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente – DAMA. RESOLUCIÓN 1074 DE 1997, por la cual se establecen estándares ambientales en materia de vertimientos. Bogotá DC.: 30 Oct de 1997

(46)

Tabla 6. Concentración de vertidos líquidos a la red de alcantarillado público y/o un cuerpo de agua.

Parámetro Expresada

como Norma(mg/l)

Compuestos fenólicos Fenol (mg/L) 0.2

DBO5 (mg/L) 1000

DQO (mg/L) 2000 SST (mg/L) 800

Fuente: Resolución 1074 de 1997

2.2.2 RESOLUCIÓN 1596 DE 2001

Por la cual se modifica la resolución 1074 de 1997 en materia de tensoactivos (SAAM)

ARTÍCULO SEGUNDO: Las partes no modificadas de la resolución 1074 de 1997,

continúan vigentes34.

34

Colombia. Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente – DAMA. RESOLUCIÓN 1596 DE 2001, por la cual se modifica la resolución 1074 de 1997. Bogotá DC.: 19 Dic de 2001

(47)

3 METODOLOGÍA

La presente investigación se desarrolló en la clínica Veterinaria de la Facultad de Veterinaria y Zootecnia de la Universidad de la Salle, sede de la Floresta, para dar cumplimiento a la normatividad vigente en materia de vertimientos a la red de alcantarillado de Bogotá D.C. Dentro de sus instalaciones, fueron construidos dos reactores, un RAP propiamente dicho, y un híbrido entre RAP y humedal artificial.

De acuerdo a lo anterior, la investigación fue dividida en 5 fases para lograr el cumplimiento de los objetivos propuestos. …Véase anexo A…

3.1 FASE 1. DIAGNÓSTICO INICIAL

En esta fase se realizó la recolección de información en lo relacionado con el medio de soporte fijo, las macrófitas, y la teoría y funcionamiento de los humedales artificiales y reactores anaerobios de flujo a pistón, información consultada en La biblioteca Luís Ángel Arango, Universidad Nacional, Universidad de la Salle, Universidad de los Andes, Jardín Botánico, fuentes electrónicas, fuentes personales directas, entre otras, para estructurar el marco teórico de la presente investigación.

Para la elección de las especies de macrófitas empleadas en el proyecto de investigación, se tuvo en cuenta, su abundancia en nuestros humedales, su crecimiento como flujo subsuperficial, su uso en otras investigaciones y su capacidad para remover materia orgánica y fenoles. De este modo, las especies seleccionadas fueron:

- Rumex Conglomeratus (Lengua de Vaca) - Ludwigia Peploides (Clavito)

- Bidens Lavéis (Botoncillo)

- Polygonum Hydropiperoides (Hierba de Sapo) - Hydrocotile Ranunculoides (Sombrilla de Agua)

Finalmente, para determinar las condiciones iniciales del agua residual a tratar, se realizó una caracterización inicial mediante un monitoreo compuesto de 24 horas tomando datos de caudal, temperatura, pH y toma de muestras de agua para análisis fisicoquímicos cada 30 minutos, medición de sólidos sedimentables cada

Figure

Actualización...

Related subjects :