Evaluación de la eficiencia entre dos sistemas de biofiltros
para el tratamiento de las aguas residuales domésticas de
la localidad de Carapongo, Lurigancho-Chosica
Evaluation of the efficiency between two biofilter systems
for the treatment of domestic wastewater in the locality of
Carapongo, Lurigancho-Chosica
Recibido: marzo 15 de 2019 | Revisado: abril 20 de 2019 | Aceptado: mayo 12 de 2019
Andrea Elizabeth Quispe Pulido1
Williams Brayams Casimiro Vidal1
1 Universidad Nacional Federico Villarreal. Lima – Perú E-mail:
quispe.pulido.andrea@gmail.com/cbrayam1@gmail.com
DOI: http://dx.doi.org/10.24039/cv201971325
ABSTRACT
The objective of this research was to evaluate the efficiency
between two biofilter pilot systems for the treatment of wastewater,
by analyzing the physical - chemical and microbiological
parameters, in order to provide a contribution in the treatment and
reuse of wastewater. for irrigation purposes of crops and to mitigate
the contamination in the irrigation canals and as a consequence in
the Rimac river for the benefit of the inhabitants and the
environment. To do this, an experimental design was used, two
biofilters of similar characteristics were implemented, the first
biofilter system (SB1) conformed by a roughing channel, septic
tank, subsurface vertical flow wetland (HSSFV) and surface wetland
(HS), and the second biofilter system (SB2) consisting of a roughing
channel, septic tank, vermicomeller and surface wetland; using the
species Cyperus papyrus, Alocasia macrorrhiza and Eichhornia
crassipes in SB1, Eisenia foetida and Eichhornia crassipes in SB2.
The results obtained from the parameters Total Suspended Solids
(TSS), Biochemical Oxygen Demand (BOD5), nitrate (NO-3), nitrite
(NO-2), phosphates (PO4-3) and Thermotolerant Coliforms (TC)
were recorded during Two months, reaching the following
conclusions, SB1 was more efficient in the removal of SST, BOD5
and CT with values of 95.71%, 91.55% and 99.87%, respectively.
Meanwhile, SB2 presented values of 90.33%, 91.23% and 97.28%,
respectively. On the other hand, SB2 showed a greater removal of
PO4-3 with a value of 94.5% compared to 92.23% in SB1.
Keywords: Biofilter system, wastewater, wetland, vermicelli.
RESUMEN
El objetivo de la investigación fue evaluar la eficiencia entre dos
siste- mas pilotos de biofiltros para el tratamiento de las aguas
residuales mediante el análisis de los parámetros físico - químico y
microbiológico con la finalidad de brindar un aporte en el
tratamiento y reaprovechamiento de las aguas residuales para fines
de riego de cultivos y mitigar la contaminación en los canales de
regadío y como consiguiente en el río Rímac en beneficio de los
habitantes y el ambiente. Para ello, se empleó un diseño
experimental, se implementaron dos biofiltros de características
similares, el primer sistema de biofiltro (SB1) confor- mado por un
canal de desbaste, tanque séptico, humedal subsuperficial de flujo
vertical (HSSFV) y humedal superficial (HS), y el segundo sistema
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de biofiltro (SB2) conformado por un canal de desbaste, tanque
séptico, lombrifiltro y humedal superficial; empleando a las especies
Cyperus papyrus, Alocasia macrorrhiza y Eichhornia crassipes en
el SB1, Eisenia foetida y Eichhornia crassipes en el SB2. Los
resultados obtenidos de los parámetros Sólidos Suspendidos
Totales (SST), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), nitrato
(NO-3), nitrito (NO-2), fosfatos (PO4-3) y Coliformes
Termotolerantes (CT) fueron registrados durante dos meses,
llegando a las siguientes conclusiones, el SB1 fue más eficiente en
la remoción de SST, DBO5 y CT con valores de 95.71%, 91.55% y
99.87%, respectivamente. En tanto, el SB2 presento valores de
90.33%, 91.23% y 97.28%, respectivamente. Por otro lado, el SB2
presentó una mayor remoción de PO4-3 con un valor de 94.5%
frente al 92.23% en el SB1.
Palabras clave: Sistema de biofiltro, agua residual,
humedal, lombrifiltro
Introducción
El tratamiento de las aguas residuales es una cuestión
prioritaria a nivel mundial debido a su incidencia
directa sobre la salud humana, así como por su efecto
sobre el ambiente al contaminar los depósitos naturales
que serán empleados como fuentes de abastecimiento
para plantas de potabilización y demás actividades
humanas (Trang & Konnerup, 2010).
En el Perú, las Empresas Prestadoras de Servicios de
Saneamiento (EPS) son las responsables de administrar
y gestionar los sistemas de alcantarillado que conducen
las aguas residuales a las denominadas plantas de
tratamiento de aguas residuales (PTAR). Sin embargo,
la demanda insatisfecha de la capacidad de tratamiento
de aguas residuales municipales es mayor de 3,6
millones de habitantes, de los cuales al menos 1,9
millones de habitantes viven en ciudades donde no
existen PTAR y requieren la ejecución de nuevos
proyectos (Superintendencia Nacional de Servicios de
Saneamiento-SUNASS, 2015).
La localidad de Carapongo cuenta con 210 hectáreas de
área agrícola el cual es irrigado con las aguas en mal
estado del río Rímac (Soto & Siura, 2008), mientras que
las aguas residuales de dicha localidad son vertidos
clandestinamente a los canales de riego. Ello debido a que
no cuenta en su totalidad con un sistema de tratamiento de
las aguas residuales. Asimismo, estudios realizados en el
2006 muestran que más del 97 % de agua aplicada a las
hortalizas posee concentra- ciones de coliformes fecales de
hasta 5x106/100 ml, encima de los estándares de calidad
de agua (ECA-Agua 1000 NMP/100ml) estipulados en la
legislación nacional ambiental. Como consecuencia se
detectó una gran variedad de parásitos
de origen humano los cuales ponen en riesgo a la salud de
estos mismos (Centro Internacional de la Papa, 2007).
Por tal motivo, en la presente investigación se evaluó
la eficiencia entre dos sistemas de biofiltros para el
tratamiento de las aguas residuales domesticas a fin de
contribuir en el mejoramiento de la calidad del agua
residual para fines de riego en la localidad de
Carapongo- Lurigancho Chosica.
Método
Materiales
Los materiales empleados para el desarrollo de la
investigación fueron los siguientes:
a) Materiales de campo
• Especies vegetales (Ciperus papirus, Alocasia
macrorrhiza, Eichhornia crassipes, Eisenia foetida)
• Sustratos para los filtros (Confitillo, arena
gruesa, arena fina, aserrín)
• Para la construcción de biofiltros (ladrillos,
cemento, arena fina, arena gruesa, piedra
chancada)
• Kit de albañilería (pico, lampa, otros)
• Tanques de vidrio
• Tuberías (Tubos de 2 ", Tubos de 4 ", Tubo "T" de
2", Tapón 2", Codos de 4", reducciones, uniones)
• Pegamento, teflón
• Balde graduado
• EPP (Guantes quirúrgicos, Mascarillas,
guardapolvo, Jabón líquido)
• Para toma de muestras (envases de vidrio,
envases de plástico, cooler y gel refrigerante
para conservar las muestras)
b) Equipos
• Calculadora científica
• Laptop (Hp, Intel COREi3) para la redacción de
la investigación
• Cámara digital (Lumix) para la documentación
fotográfica
c) Cartografía utilizada
• Plano de lotización del distrito de Lurigancho-
Chosica, escala de 1:5000.
d) Software utilizado
• Autocad versión 2015, para elaborar planos
• ArcGIS 10.3, para elaborar mapas
• Office 2013
Método
Se aplicó un diseño experimental con la implementación
de los sistemas de biofiltros ya que se planteaba resolver
la carencia de sistemas de tratamiento de aguas
residuales en el distrito de Lurigancho-Chosica y la
contaminación del agua en los canales de regadío. Se
empleó el muestreo no probabilístico.
Procedimiento
En este ítem se desarrolló el procedimiento para el
diseño e implementación de los sistemas de
biofiltros, con la finalidad de realizar las
comparaciones de ambos sistemas.
Fase 1: Diseño e implementación de los dos sistemas
pilotos de biofiltros
La presente investigación hace una comparación
entre dos sistemas de biofiltros (SB1 y SB2), el
primero (SB1) se encuentra compuesto por un canal de
desbaste (Pre tratamiento), tanque séptico (Tratamiento
primario), seguido por un humedal de flujo
subsuperficial vertical (HFSSV) y un humedal de flujo
superficial (FS), ambos como tratamiento secundario.
Mientras el segundo (SB2), conformado por un canal de
desbaste (Pre tratamiento), tanque séptico (Tratamiento
primario), seguido por un lombrifiltro y un humedal de
flujo superficial, tal como se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Esquema de sistemas de biofiltro
El diseño se basó en el modelo para la remoción de DBO
en humedales de flujo subsuperficial y superficial
(tratamiento secundario) empleado por Lara Borrero
(Lara, 1999) en su tesis de maestría titulado “Depuración de
aguas residuales municipales con humedales artificiales”.
Sin embargo, para el cálculo de las dimensiones del
pretratamiento se tomó como referencia la Guía Práctica de
Diseño, Construcción y Explotación de Sistemas de
Humedales de Flujo Sub-superficial de autoría de
García y Corzo (2008). Por otro
lado, para el diseño del tanque séptico (tratamiento
primario) se consideraron las especificaciones de
la Norma Técnica I.S. 020 - Tanques Sépticos.
En las Tablas 1 y 2, se muestran de manera
resumida las dimensiones para cada tipo de hu- medal y
las formulas empleadas.
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Tabla 1. Dimensiones del Humedal superficial (HS)
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Tabla 2. Dimensiones del Humedal subsuperficial (HSS)
Una vez calculadas las dimensiones, se procedió a
implementar cada sistema de biofiltro (SB1 y SB2)
(Figura 2).
Antes de realizar el muestreo de la calidad de agua,
se esperó un mes hasta la adaptación y estabilización de
las especies en el medio.
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Figura 3. Implementación del sistema de biofiltro SB1 (Izq.) y SB2 (Der.)
Fase 2: Análisis de la calidad del agua residual y
determinación de la eficiencia de remoción.
Las muestras de agua residual tomadas de los
sistemas de biofiltro piloto se analizaron en el
laboratorio certificado Servicios Analíticos Generales
(SAG) para el análisis de los parámetros
fisicoquímicos: SST (mg/l), DBO5 (mg/l), Nitratos,
Nitritos (mg/l), Fosfatos (mg/l) y parámetros
microbiológicos: Coliformes Termotolerantes (NMP/100
ml) del agua residual, para determinar la concentración del
material orgánico presente en las muestras.
Los puntos de monitoreo se ubicaron, el primero a la
salida del tanque séptico (M1), el segundo a la salida
del humedal subsuperficial de flujo vertical (M2), el
tercero a la salida del lombrifiltro (M3), el cuarto y
quinto a la salida del humedal superficial (M4 y
M5). Por otro lado, el monitoreo se realizó con una
frecuencia semanal, con un total de cinco repeticiones,
tal como se muestra en las Figuras 3 y 4.
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Figura 4. Puntos de monitoreo en los sistemas de biofiltros
La eficiencia de remoción (ER) de
contaminantes se expresa en porcentaje haciendo uso
de la siguiente fórmula:
Dónde:
Ca: Concentración afluente
Ce: Concentración efluente
Esta se enfocó en evaluar la eficiencia entre los dos
(2) sistemas de biofiltros para el tratamiento del
agua residual de Carapongo, el cual incluye el tanque
séptico (tratamiento primario) importante para obtener
mejores resultados, por tal motivo la eficiencia de
remoción será calculada de la siguiente manera:
Para evaluar la eficiencia de remoción del
Sistema de Biofiltro 1 (SB1)
• Entre los puntos M1 y M2, Humedal
Subsuperficial
• Entre los puntos M2 y M4, Humedal Superficial
• Para evaluar la eficiencia de remoción del
Sistema de Biofiltro 2 (SB2)
• Entre los puntos M1 y M3, Lombrifiltro
• Entre los puntos M3 y M5, Humedal Superficial
Figura 4. Puntos de monitoreo en los sistemas de biofiltros
Resultados
Sistema de Biofiltro 1 (SB1)Se analizó el parámetro
temperatura en el afluente y efluente del sistema,
registrándose 21ºC y 22.1 ºC, respectivamente. Respecto al
pH se registró 7.34 en el afluente y 7.62 en el efluente.
En la Figura 5 se observan los valores de la Demanda
Bioquímica de Oxígeno (DBO5), los cuales van
disminuyendo de manera significativa al paso por el
humedal subsuperficial de flujo vertical (HSSFV) con las
especies Cyperus papyrus y Alocasia macrorrhiza (M2),
luego al humedal superficial con la especie Eichhornia
crassipes (M4).
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Figura 6. Variación de la concentración de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5)-SB1
Respecto a los porcentajes de remoción de DBO5, como se
muestra en la Tabla 3, el humedal, subsuperficial de flujo
vertical (M2) presento una eficiencia promedio de 86.02%
de DBO5 respecto al efluente del tanque séptico (M1), una
eficiencia máxima del 88.97% mostrado
el día 04/06/2016. Por otro lado, el efluente del
humedal superficial (M4) presentó una eficiencia
promedio de 91.55% respecto al efluente del
tanque séptico (M1) y una máxima remoción de
95.98% de DBO5 los días 21 y 28/05/2016.
Tabla 3. Remoción de la Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5)-SB1
* No se tuvo en cuenta en el cálculo de Remoción global y remoción promedio
En la Figura 6 se observan los valores de Sólidos
Suspendidos Totales (SST), los cuales van disminuyendo de
manera significativa al paso por el humedal
subsuperficial de flujo vertical (HSSFV) con las especies
Cyperus papyrus y Alocasia macrorrhiza (M2) y humedal
superficial con la especie Eichhornia crassipes (M4).
Por otro lado, tomando como referencia los valores
de la guía de protección ambiental (EPA, 1992) para el
reúso de aguas residuales, los valores de M2 y M4 en su
totalidad cumplen con el valor establecido de 30 mg/l
para SST.
Respecto a los porcentajes de remoción de SST, como se
muestra en la Tabla 4, el humedal subsuperficial (M2)
presentó una eficiencia promedio de 94.67% de SST
respecto al efluente del tanque séptico (M1), una
eficiencia máxima del 97.35% presentado el día
04/06/2016. Por otro lado, el efluente del humedal
superficial (M4) mostró una eficiencia promedio de
95.71% respecto al efluente del tanque séptico (M1) y
una máxima remoción de 96.86% de SST el día 04/06/2016.
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Figura 7. Variación de la concentración de Solidos Suspendidos Totales (SST)-SB1
Tabla 4. Remoción de la concentración de Solidos Suspendidos Totales (SST)-SB1
* No se tuvo en cuenta en el cálculo de Remoción global y remoción promedio
En Figura 7 se aprecia que los valores de nitratos
van disminuyendo al paso por el humedal subsuperficial
con las especies Cyperus papyrus y Alocasia macrorrhiza
(M2); sin embargo, al paso por el humedal
superficial con la especie Eichhornia crassipes (M4)
aumenta la concentración de nitratos.
Figura 8. Variación de la concentración de Nitratos-SB1
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En la Figura 8, los valores de nitritos aumentan al
paso por el humedal subsuperficial con las especies
Cyperus papyrus y Alocasia macrorrhiza (M2) y el
humedal superficial con la especie Eichhornia
crassipes (M4).
Figura 9. Variación de la concentración de Nitritos-SB1
En la Figura 9, los valores de fosfatos van
disminuyendo de manera significativa al paso por el
humedal subsuperficial de flujo vertical (HSS- FV)
con las especies Cyperus papyrus y Alocasia macrorrhiza
(M2) y humedal superficial con la especie
Eichhornia crassipes (M4). Los porcentajes de
remoción de fosfatos se aprecian en la Tabla 5.
Figura 10. Variación de la concentración de Fosfatos-SB1
Tabla 5. Remoción de la concentración de Fosfatos-SB1
En la Figura 10, los valores de coliformes
termotolerantes disminuyen de manera significativa al
paso por el humedal subsuperficial de flujo vertical
(HSSFV) con las especies Cyperus papyrus y Alocasia
macrorrhiza (M2) y humedal superficial con la
especie Eichhornia crassipes (M4). Los porcentajes de
remoción se aprecian en la Tabla 6.
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Figura 11. Variación de la concentración de Coliformes Termotolerantes-SB1
Tabla 6. Remoción de la concentración de Coliformes Termotolerantes-SB1
Respecto a los porcentajes de remoción de coliformes
termotolerantes, como se muestra en la Tabla 6, el
humedal subsuperficial (M2) presentó una eficiencia
promedio de 97.44% de coliformes termotolerantes
respecto al efluente del tanque séptico (M1) y una
eficiencia máxima del 98.82% presentado el día
21/05/2016. Por otro lado, el efluente del humedal
superficial (M4) mostró una eficiencia promedio de
99.87% respecto al efluente del tanque séptico (M1)
y una máxima remoción de 99.99% de coliformes
termotolerantes los días 14 y 21/05/2016.
Sistema de Biofiltro 2 (SB2)
Se registró una temperatura en el afluente y efluente
del sistema, de 21ºC y 22.3 ºC, respectivamente. Respecto
al Ph se registró 7.34 en el afluente y 7.73 en el efluente.
En la Figura 11, los valores de la Demanda
Bioquímica de Oxígeno (DBO5) van disminuyendo de
manera significativa al paso por el lombrifiltro con
la especie Eisenia Foétida (M3) y el humedal
superficial con la especie Eichhornia crassipes (M5).
Presentando una máxima concentración de DBO5 en el
punto M1 de 140.7 mg/l (14/05/2016), en el punto M3
de 32.4 mg/l (21/05/2016) y en el punto M5 de 19.2
mg/l (21/05/2016). En promedio en el punto M1 tuvo
una concentración de 132.58 mg/l, en el punto M3 una
concentración de 24.64 mg/l y por último en M5 una
concentración de 11.36 mg/l. Los porcentajes de
remoción de DBO5 –SB2 se aprecian en la Tabla 7.
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Figura 12. Variación de la concentración Demanda Bioquímica de Oxígeno (SST)-SB2
Tabla 7. Remoción de la concentración Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5)-SB2
En la Figura 12, los valores de Sólidos Suspendidos
Totales (SST) disminuyen de manera significativa al
paso por el lombrifiltro con la especie Eisenia Foétida
(M3) y el humedal superficial con la especie Eichhornia
crassipes (M5). Presentan una máxima concentración de SST
en el punto M1 de 149.7 mg/l (28/05/2016), en
el punto M3 de 16.8 mg/l (14/05/2016) y en el punto
M5 de 22.4 mg/l (14/05/2016). En promedio, en el
punto M1 tuvo una concentración de 133.23 mg/l, en el
punto M3 una concentración de 12.80 mg/l y por último
en M5 una concentración de 12.66 mg/l. En la Tabla 8
se muestran los porcentajes de remoción de SST-SB2.
Figura 13. Variación de la concentración de Solidos Suspendidos Totales (SST)-SB2
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Tabla 8. Remoción de la concentración de Solidos Suspendidos Totales (SST)-SB2
* No se tuvo en cuenta en el cálculo de Remoción global y remoción promedio
En la Figura 13 se observan los valores de nitratos.
Estos aumentan al paso por el lombrifiltro con la especie
Eisenia Foétida (M3); sin embargo, al paso por el
humedal superficial (M5) disminuye la concentración de
nitratos. Presenta una máxima concentración en el punto M1
de 3.8 mg/l (14/05/2016), en el punto M3 de 13.69 mg/l
(05/05/2016) y en el punto M5 de 4.29 mg/l (28/05/2016).
En promedio en el punto M1 tuvo una concentración de
3.37 mg/l, en el punto M3 una concentración de 11.96 mg/l
y por último en M5 una concentración de 2.25 mg/l.
Figura 14. Variación de la concentración de Nitratos-SB2
En la Figura 14, se observan los valores de nitritos.
Estos aumentan al paso por el lombrifiltro con la especie
Eisenia Foétida (M3) y el humedal superficial con la
especie Eichhornia crassipes (M5). Presentan una
concentración promedio en el punto M1 de 0.0034 mg/l,
en el punto M3 una concentración de 1.38 mg/l y por
último en M5 una concentración de 0.483 mg/l.
Figura 15. Variación de la concentración de Nitritos-SB2
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En la Figura 15, los valores de fosfatos disminuyen
de manera significativa al paso por el lombrifiltro con la
especie Eisenia Foéti- da (M3) y el humedal superficial
con la especie Eichhornia crassipes (M5). Presentan una
máxima concentración de fosfatos en el punto M1 de 24.484
mg/l (05/05/2016), en el punto M3 de 4.4 mg/l
(28/05/2016) y en el punto M5 de 3.15 mg/l
(28/05/2016). En promedio en el punto M1 tuvo una
concentración de 23.36 mg/l, en el punto M3 una
concentración de 2.5 mg/l y por último en M5 una
concentración de 1.31 mg/l. Los porcentajes de
remoción de fosfatos se aprecian en la Tabla 9.
Figura 16. Variación de la concentración de Fosfatos-SB2
Tabla 9. Remoción de la concentración de Fosfatos-SB2
En la Figura 16, los valores de coliformes
termotolerantes van disminuyendo de manera significativa
al paso por el lombrifiltro con la especie Eisenia
Foétida (M3) y el humedal superficial con la especie
Eichhornia crassipes (M5). Presentan una máxima
concentración de coliformes termotolerantes en el punto
M1 de 6.80E+06 NMP/100ml (21/05/2016), en el punto
M3 de 4.50E+05 NMP/100ml (21/05/2016) y
en el punto M5 de 1.30E+05 NMP/100ml (04/06/2016).
En promedio, el punto M1 tuvo una concentración de
4.90E+06 NMP/100ml, en el punto M3 una
concentración de 2.52E+05 NMP/100ml y por último
en M5 una concentra- ción de 3.21E+04 NMP/100ml.
En la Tabla 10 se aprecian los resultados de remoción
de coliformes termotolerantes- SB2.
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Figura 17. Variación de la concentración de Coliformes Termotolerantes-SB2
Tabla 10. Remoción de la concentración de Coliformes Termotolerantes-SB2
* No se tuvo en cuenta en el cálculo de Remoción global y remoción promedio
Discusión
Duran I. & Redañez M. (2014) en su tesis titulada
“Evaluación de un Humedal Artificial de flujo
subsuperficial vertical para el tratamiento de aguas
grises” tuvo como objetivo evaluar la eficiencia de
remoción de contaminantes de las aguas grises mediante
la construcción de un humedal artificial de flujo
subsuperficial vertical en la casa de retiro Alvernia
– Cieneguilla, previo a la implementación del humedal
con la especie Cyperus papyrus se ha previsto una
trampa de grasas y un tanque de sedimentación para
que el proceso sea más efectivo. Por otro lado, el caudal
de ingreso al sistema fue de 3.65 m3/d, el área
superficial del humedal fue de 51 m2 con una profundidad
1.2 m y tiempo de retención de 10 horas. Se obtuvo valores
de remoción de 96.39% de DBO5, 95.2% de DQO,
97.48% en SST y 99.89% de coliformes termotolerantes, y
para los parámetros nitrito y nitratos no se presentó
porcentajes de remoción. Asimismo, los resultados se
encuentran dentro de los rangos establecidos por la OMS y
los estándares nacionales. En la Tabla 11 se muestran los
resultados y porcentajes de remoción por parámetro.
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Tabla 11. Resultados y porcentajes de remoción en humedal subsuperficial vertical
Fuente: Duran y Redañez, 2014
En esta investigación, al igual que en la investigación
de Duran I. & Redañez M. en el 2014, se ha previsto un
pre tratamiento y tratamiento primario antes de la
implementación del humedal subsuperficial de flujo
vertical (HSSFV); sin embargo, en la presente
investigación se agregó un humedal superficial (HS)
después del HSS- FV. Por otro lado, se trabajó a nivel
piloto con un caudal de 0.018 m3/d, 0.27 m2,
profundidad 0.4 m y tiempo de retención hidráulica
2.16 días utilizando las especies Cyperus papyrus y
Alocasia macrorrhiza para el HSSFV, y un área de
0.391 m2, profundidad 0.25 m y tiempo de retención
hidráulica 3.5 dias utilizando la especie Eichhornia
crassipes para el HS. Al igual que la investigación de
Duran se obtuvieron altos porcentajes de remoción, tal
como se muestra en la Tabla 12.
Tabla 12.Comparación de resultados y porcentajes de remoción
En la Tabla 12, los resultados del sistema de
biofiltro 1 (SB1) se asemejan a la investigación de Duran;
sin embargo, en la presente investigación por fines
prácticos se trabajó a una pequeña escala, con un área de 0.27
m2 y profundidad 0.4 m para el HSSFV, y un área de
0.391 m2 y profundidad 0.25 m para el HS, mientras en la
investigación de Duran trabajó en un área de 51 m2 con una
profundidad 1.2 m. Cabe resaltar que si bien las bajas
profundidades en humedales HSS, aumentan el potencial de
transferencia de oxígeno, lo cual favorece el desarrollo de
una biomasa aerobia (biofilm) fijada sobre el medio
poroso y con ello la eliminación de la materia y
la nitrificación, es necesario un área superficial mayor.
En este sentido, para las dimensiones trabajadas los
resultados son óptimos.
Respecto a los parámetros nitritos y nitratos si bien
no ha presentado porcentaje de remoción, sus valores se
encuentran por debajo de los estándares de calidad para
Agua – Categoría 3 para riego de vegetales 10 mg/l para
nitritos y 10 mg/l nitratos.
En tanto en la presente investigación se optó por
trabajar con dos especies en el HSSFV, ya que ello
permite una mayor estabilidad a largo plazo frente a
perturbaciones (por ejemplo, plagas), aumenta la
superficie colonizada por las bacterias y mejora el
valor ecológico del humedal (Garcia, Morató, & Bayona,
2004). Sin embargo, será necesario a largo plazo la
eliminación de la potencial vegetación oportunista a fin
de evitar la disminución de conductividad hidráulica del
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sistema que conlleva a la disminución de la vida activa
del mismo.
Zambrano X. et al (2009) en su artículo de
investigación titulado “Diseño del sistema de tratamiento
para la depuración de las aguas residuales domésticas de la
población San Eloy en la provincia de Manabí por medio
de un sistema de tratamiento natural compuesto por un
humedal artificial de flujo libre”, tuvo como objetivo
colaborar con la reducción de la contaminación de los
cuerpos de agua depurando las aguas residuales que pasen
por este sistema, mediante la implementación de un
diseño de humedal de flujo libre basado en la remoción
de contaminantes como la DBO, sólidos suspendidos,
fósforo y nitrógeno principalmente, previo a la
implantación del humedal con la especie Scirpus se ha
previsto un tanque séptico y filtro anaerobio para que el
proceso sea más efectivo. Llegando a la conclusión
después de los cálculos realizados que el sistema obtiene
una DBO5 y SST de efluente teórico de 50 mg/l y 36
mg/l que corresponde
al 80 % y 86% de remoción, respectivamente, y está por
debajo del valor 100 mg/l permitido por la legislación
ambiental de Ecuador, valor que se espera obtener en la
construcción del sistema.
La presente investigación, al igual que la tesis
desarrollada por Zambrano, X. en el 2009, ha previsto un
tanque séptico como tratamiento primario antes del
diseño del humedal de flujo libre, sin embargo, en la
presente investigación se agregó adicionalmente un canal
de desbaste como pre tratamiento para ambos sistemas
de biofiltros (SB1 y SB2), un humedal subsuperficial
de flujo vertical en el SB1 empleando a las especies
Cyperus papyrus y Alocasia macrorrhiza y un lombrifiltro
en el SB2, y al igual que la investigación de Zambrano,
para los parámetros de DBO5 y SST los valores se
encuentran por debajo de los valores establecidos en los
estándares de calidad de agua. Los resultados comparativos
de remoción de DBO5 y SST de cada investigación se
muestran en la Tabla 13.
Tabla 13. Resultados y porcentajes de remoción de DBO5 y SST
En Tabla 13, se aprecian mejores resultados en el SB1
y SB2 en cuanto a remoción de materia orgánica DBO5
debido a que se empleó humedales/lombrifiltro
adicionales. En este sentido, debido a que en los
humedales subsuperficiales de flujo vertical prevalecen
las vías aerobias en comparación con otros tipos de
humedales, favorece la biodegradación de la materia
orgánica presente en el medio. Estos valores se
encuentran dentro de lo esperado, confirmándose
que el rendimiento para DBO5 en humedales puede estar
entre 75-95% y produciendo efluentes menores a
20 mg/l (García & Corzo, 2008).
En la remoción de sólidos suspendidos por medio de
los procesos físicos de sedimentación y filtración se
consigue la eliminación de la materia en suspensión, en el
cual el rendimiento de eliminación de la materia en
suspensión en los humedales subsuperficiales
suelen ser muy elevado. Normalmente es de más del 90%
produciendo efluentes con concentraciones menores
de 20 mg/l de forma sistemática (García & Corzo, 2008).
Conclusiones
Se implementó los dos sistemas pilotos de
biofiltro (SB1 y SB2), el primero (SB1) compuesto por un
canal de desbaste, tanque séptico, seguido por un humedal
de flujo subsuperficial vertical y un humedal de flujo
superficial. Mien- tras el segundo (SB2), conformado
por un canal de desbaste, tanque séptico, seguido por un
lombrifiltro y un humedal de flujo superficial. Las
especies empleadas en el humedal subsuperficial
fueron Cyperus papyrus y Alocasia macrorrhiza, mientras
en el humedal superficial se utilizó la especie
Eichhornia crassipes. Cabe resaltar, por fines
prácticos, que el canal de desbaste y el tanque séptico se
compartió por ambos sistemas.
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Para el análisis de la calidad del agua residual, se
establecieron cinco puntos de monitoreo, el primero a la
salida del tanque séptico (M1), el segundo a la salida del
humedal subsuperficial de flujo vertical (M2), el
tercero a la salida del lombrifiltro (M3), el cuarto y
quinto a la salida del humedal superficial (M4 y M5).
En cada punto de muestreo se analizó los SST (mg/l),
DBO5 (mg/l), nitratos, nitritos (mg/l), fosfatos (mg/l) y
coliformes termotolerantes (NMP/100 ml), con una
frecuencia semanal durante cinco semanas. Luego de haber
realizado los análisis en el laboratorio se evidenció que la
calidad del agua del sistema de biofiltro SB1 tiene
una alta eficiencia de remoción de los parámetros
SST, DBO5 y coliformes termotolerantes respecto al
sistema biofiltro SB2, alcanzando un porcentaje de
remoción promedio de 95.71%, 91.55% y 99.87%,
respectivamente. De manera referencial se compararon los
resultados de ambos sistemas (SB1 y SB2) con los
estándares de calidad ambiental para agua (ECA-Agua) en
la categoría 3 (D1: riego de vegetales – Agua para riego no
restringido) establecido en el D.S. N°004-2017-MINAM,
los cuales para los parámetros DBO5, SST, nitratos,
nitritos cumplen con lo establecido en la normativa.
Agradecimiento
Al Dr. Walter Gómez Lora por su asesoría en la
realización de esta investigación, al Centro de
Investigación de gestión del agua (CEIGA) y al equipo
de promotores del Programa de Estudiantes
Investigadores de la Oficina Central de
Investigación - Vicerrectorado de Investigación por
su ayuda en mi formación como investigadora.
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