FITOTRATAMIENTO VS TRATAMIENTO QUÍMICO EN AGUAS RESIDUALES. Villalba Campos Juan Sebastián1 Pinto Ricaurte Juan Manuel.2 Universidad Nacional de Colombia. Sede –Orinoquia. Arauca, Km 9 vía Tame (AraucaColombia) 1. Resumen
1. Abstract
En la actualidad el recurso hídrico es un asunto de vital importancia para cualquier territorio. A pesar de ser abundante en nuestro planeta, el agua dulce disponible para uso humano representa una pequeña proporción. Esta disponibilidad se ve amenazada por los conflictos de uso del agua, o simplemente es afectada por los efectos de la actividad antrópica. Por esta razón es importante monitorear el estado de las fuentes hídricas, así como diseñar estrategias que permitan recuperar la calidad de éstas. En ese orden de ideas, se evaluará la aplicación de dos métodos de remediación: fitotratamiento vs tratamiento químico; en aguas residuales. En ese orden de ideas, se pondrá en consideración la eficiencia de dos métodos para el tratamiento de aguas residuales haciendo uso de la planta conocida como buchón de agua (Eichhornia crassipes) y Oxido de TitanioTiO2.
Actually, water resource is a matter of main importance to any territory. Despite being abundant on our planet, freshwater available to human use represents a small portion. This availability is threatened by water-use conflicts or by human activity. For this reason, water-quality diagnosis and remediation strategies are necessary. In this context, this work will evaluate the application of two remediation techniques: phyto-treatment vs chemical treatment. So, this work will consider the efficiency of two methods for wastewater treatment using a vegetal species known as water hyacinth (Eichhornia crassipes) and Titanium Oxide (TiO2).
Palabras clave: Aguas fitotratamiento, tratamiento comparación. 2. Introducción
Key words: Wastewater, Phyto-treatment, Chemical treatment, comparison.
residuales, químico,
El aumento de la población mundial en relación con el uso del agua (oferta y demanda) hace que recapacitamos sobre lo vital que es para la vida, la importancia de racionarla y cuidarla de manera que en el futuro podamos seguir contando con la disponibilidad este recurso natural el mayor tiempo y con la mejor calidad posible. 1 2
Estudiante de Ingeniería Ambiental, jusvillalbacam@unal.edu.co. Química Básica. Estudiante de Ingeniería Ambiental, Jmpintori @unal.edu.co. Química Básica.
Según la Organización de las Naciones Unidas, diariamente 2 millones toneladas de desechos (Agrícolas, domésticos, industriales e institucionales) son arrojados a fuentes hídricas, teniendo en cuenta que por un litro de agua residual vertida directamente al medio puede contaminar aproximadamente ocho litros, lo cual genera la necesidad de realizar un tratamiento con el objeto de mejorar la calidad del agua residual reduciendo los impactos negativos que se general luego de su vertimiento (ONU, 2003). El agua residual es aquella resultante de una actividad agrícola, domesticas, industrial e institucional que por sus características físicas, químicas y microbiológicas debe ser tratada con el objeto de mejorar su calidad antes de ser vertida a un cuerpo receptor disminuyendo su impacto al medio ambiente como también al ser contacto con el hombre. La Fitorremediación es una eco-tecnología, basada en la capacidad que poseen ciertas plantas de absorber y acumular en ellas contaminantes presentes en las aguas residuales (Becerril et al., 2008). Mientras El buchón de agua como se conoce comúnmente, tiene por nombre científico Eichhornia crassipes; originaria de américa del sur, más específicamente en el curso del rio amazonas, y a pesar de ser considerada una plaga por su rápida reproducción, que puede dar con la obstrucción de las vías fluviales en poco tiempo, se conoce que tiene aptitudes para el Fitotratamiento o Fitorremediación, ya que esta planta adquiere del agua diferentes nutrientes necesarios para su metabolismo; entre estos nutrientes vale la pena resaltar el nitrógeno (N) y el fosforo (P) y los iones de calcio, hierro (Fe), potasio (K), cloro (Cl) entre otros, estas características se dan porque en sus raíces el Buchón de agua posee microorganismos que favorecen la acción depuradora que retiene en sus tejidos metales pesados, también puede remover algunos compuestos orgánicos, como colorantes, pesticidas, fenoles, y puede reducir los niveles de DBO (demanda biológica de oxígeno) y DQO (demanda química de oxígeno). (Camacho, A. y Ordoñez, J. 2008). El dióxido de titanio suele ser usado como un foto-catalizador para utilizar la energía solar en una serie de reacciones químicas tipo redox, que conllevan a la eliminación de compuestos orgánicos en las aguas residuales además, de modificar los estados de oxidación de los metales pesados que pasan de estar disueltos a una forma insoluble (Garcés et al., S,F). Los tratamientos realizados en este proyecto, consisten en el proceso final de una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) la cual busca la remoción de metales pesados y demás sustancias toxicas para el medio ambiente. La Universidad Nacional sede Orinoquía cuenta con una PTAR, catalogada como pozo séptico, dado que solo posee una sección de sedimentación y una de filtración. Según el informe ambiental de la planta de tratamiento de aguas residuales de la Universidad Nacional sede Orinoquía (2013), las tasas de remoción de DBO son más bajas que lo exigido por la
normatividad ambiental colombiana, lo que hace necesario implementar alternativas para poder mejorar la calidad del agua resultante de esta PTAR. 3. Parte experimental 3.1 Materiales, reactivos y equipos En los experimentos hechos para fitotratamiento vs tratamiento químico en aguas residuales, la adecuación del terreno, la construcción de los humedales y la ambientación se contó con dos palas, un palin, una pala-draga, 20 m2 de caucho negro, 20 m de guadua, 12 m 2 de plástico transparente, tres baldes, 10 m de pita, 20m de alambre, 1 litro de agua destilada. Además, se contó con un pH metro y una balanza electrónica (Marca OHAUS incertidumbre de 0,001g) Finalmente se usaron 35 g de TiO2, 250 litros de aguas residuales provenientes de la universidad nacional y doce buchones de agua. 3.2 Procedimientos 3.2.1 Acondicionamiento de humedales artificiales Se ubicó un punto alto que permitiera evitar inundaciones, en el cual se delimito un terreno rectangular de un área de 6m2 donde se realizó 6 excavaciones con unas medidas de 0.5 m de ancho, 0.6 m de largo y 0.3 m de profundidad que se recubrieron con caucho negro para impermeabilizar el terreno y evitar la filtración de las aguas residuales al terreno, acto seguido se perforo cada vértice de nuestro terreno a una profundidad de 0,5 m en el cual se realizó el montaje de las columnas con guaduas de 2 m, las guaduas sobrantes se colocaron de manera perpendicular a las columnas, con el alambre se procedió a reforzar la unión entre las guaduas, y a hacer una malla en la parte superior, colocamos el plástico transparente sobre nuestra estructura y lo aseguramos con la cuerda. Se llenó cada pozo con 50 litros de agua residual tomada del punto de vertimiento de la universidad Nacional sede Orinoquia y se agregó 17,5 g de TiO2 en dos pozos, 6 buchones de agua a otros dos pozos y el último se dejó sin tratamiento para probar que los resultados obtenidos son dados por la presencia del reactante (Buchón de agua o dióxido de titanio).
Figura 1: adecuamiento de los pozos.
Figura 2: medición de TiO2.
3.2.2 Toma de muestra inicial de DBO Y Solidos Totales Suspendidos. Se tomó una muestra inicial el día 4 de noviembre del 2015 a las 10:00 am que se envió al laboratorio de suelos, aguas y foliares de la universidad nacional sede Orinoquia teniendo en cuenta el protocolo establecido por el mismo para llevar a cabo este procedimiento, en estas muestras se evaluó sólidos suspendidos totales y DBO5
Figura 3: toma de muestras iniciales
3.2.3 Toma de pH y temperatura Se midió periódicamente el pH y la temperatura en cada humedal, entre las 11:00 am y las 1:30 pm, durante los días hábiles comprendidos entre el miércoles 4 de noviembre hasta el 18 de noviembre. Para realizar la toma de pH y temperatura, se agitó cada humedal luego se
introdujo una sonda a media profundidad y se mantenía ahí hasta que el pHmetro se estabilizara. 3.2.4 Toma de muestras finales El día 18 de noviembre se tomó una muestra final por cada pozo las cuales fueron enviadas al laboratorio previamente mencionado para su evaluación con respecto a solidos disueltos totales y DBO5.
Figura 5: Muestras al momento de enviarlas al laboratorio.
Figura 4: Toma de pH y temperatura
4. Resultados y discusión 4.1 Potencial de Hidrogeno (pH). POZO\DÍA BLANCO BUCHON 1 BUCHON 2 TiO2 1 TiO2 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
6,78 6,78
7,37 7,23
7,35 7,17
7,45 7,31
7,19 6,92
7,37 7,38
7,32 7,15
7,19 6,92
6,29 6,13
6,78
7,22
7,3
7,52
6,81
7,23
6,69
6,81
6,32
6,78 6,78
7,24 7,2
7,48 7,68
7,46 7,41
7,1 6,92
7,26 7,7
7,19 7,49
7,1 6,92
6,27 6,51
Tabla 1: Datos del pH obtenido
A partir de estos datos se realizó la siguiente gráfica, para poder observar los cambios obtenidos
VARIACIÓN DEL pH 8 7,8 7,6
7,4 7,2 7 6,8 6,6 6,4 6,2 6 DÍA 1
DÍA 2
DÍA 3
BLANCO
DÍA 4
DÍA 5
BUCHON 1
DÍA 6
DÍA 7
BUCHON 2
TiO2 1
DÍA 8
DÍA 9
TiO2 2
Grafica 1: Cambio de pH a través del tiempo.
Basándonos en la gráfica, podemos afirmar que el pH disminuyo mínimamente su nivel con respecto al inicial, es decir, se volvió un poco más acido en todos los humedales, no obstante los valores del pH en ninguno de los humedales se encuentre fuera del rango dictado por el ministerio de ambiente en la resolución 0631 de 2015, el cual establece que el agua residual para vertimientos puntuales debe tener un pH entre 6 y 9. 4.2 Temperatura POZO\DÍA
1
2
3
4
5
BLANCO
31,3
30,8
29,62
29,6
31,3
34
32,7
31,5
31,5
BUCHON 1 BUCHON 2 TiO2 1
31,3
30,5
30,2
29,2
30,5
33,4
32,1
30,5
31,1
31,3
30,9
29,5
33,8
31
33,9
32,4
31
31,2
31,3
30,6
29,8
29,5
30,9
33,4
31,1
30,9
31,1
31,3
30,5
30,8
29,6
31,3
34,6
32,2
31,5
31,2
TiO2 2
Tabla 2: Datos de temperatura obtenidos.
6
7
8
9
En base a estos datos se hizo la siguiente grafica
VARIACIÓN DE TEMPERATURA 35
TEMPERATURA (°C)
34 33 32 31 30 29
1
2
3
4
5
6
7
8
9
DÍA BLANCO
BUCHON 1
BUCHON 2
TiO2 1
TiO2 2
Grafica 2: Variación de temperatura a través de todo el proyecto. Dado los resultados de pH y temperatura se puede observar que estos están directamente relacionados, ya que cuando aumenta la temperatura el pH disminuye, es decir, son directamente proporcionales. 4.3 DBO5 POZO
INICIAL
FINAL
CAMBIO
BLANCO BUCHON 1 BUCHON 2 TiO2 1 TiO2 2
14,93 14,93 14,93 14,93 14,93
6,81 14,52 17,58 11,42 16,07
Disminuyo 54,4 % Disminuyo 2,7 % Aumento 17,74 % Disminuyo 23,5% Aumento 7,6 %
Tabla 3: datos de variación del DBO5 obtenidos.
18
DBO (mg/L)
16 14 12 10 8 6 INICIAL
FINAL
Tiempo de la muestra BLANCO
BUCHON 1
BUCHON 2
TiO2 1
TiO2 2
Grafica 3: Datos obtenido del DBO5 El DBO5 se refiere a la cantidad de oxigeno requerido para degradar la materia orgánica contenida en el cuerpo de agua durante un tiempo de 5 días a una temperatura constante de 20°C, la resolución 0631 del 2015 expedida por el ministerio del medio Ambiente establece que las aguas residuales de origen domestico deben tener un valor de DBO (demanda de bioquímica de oxigeno) menor o igual a 90 mg/L cuando son vertidas a el cuerpo receptor superficial, es de gran relevancia resaltar que a mayor cantidad de materia orgánica o DBO mayor el grado de contaminación. La muestra inicial de DBO en el cuerpo de agua residual que se usó, fue de 14,93 mg/L para todos los pozos; luego de 15 días el pozo en blanco presento una mayor disminución con un valor del 54,4% de DBO5 que los demás, el pozo con buchón de agua 1 disminuyo 2,7% y el buchón 2 aumento 17,74%, mientras que en los pozos con dióxido de titanio el primero disminuyo 23,5% y el segundo aumento 7,6%. Se establece que los pozos con dióxido de titanio presentan mejores valores de DBO en consideración con los que tienen buchón de agua, puesto que el porcentaje de disminución en los humedales con TiO2 es mayor que en los humedales con Buchón de agua.
4.4 Solidos suspendidos totales POZO
FINAL SOLIDOS TOTALES (g)
CAMBIO
BLANCO
INICIAL SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (g) 7
16
Aumento 128,57%
BUCHON 1 BUCHON 2
7 7
13 67
Aumento 85,7% Aumento 857,14%
7 7
TiO2 1 TiO2 2
12 6
Aumento 71,42 Disminuyo 14,28%
SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (mg/L)
Tabla 4 de: Datos de remoción de DBO5 obtenidos. 80 70 60 50
BLANCO
40
BUCHON 1
30
BUCHON 2
20
TiO2 1 TiO2 2
10 0 INICIAL
FINAL MUESTRA
Grafica 4: datos obtenidos de solidos suspendidos totales.
Los sólidos suspendidos totales es aquella cantidad de materia (solidos) resultante después de un proceso de filtración, la resolución 0631 de 2015 establece que los sólidos suspendidos totales de un vertimiento puntual de aguas residuales domesticas a un cuerpo superficial receptor debe ser menor o Igual a 90 (mg/L). La muestra inicial de cuerpo de agua residual el 4 de noviembre del 2015 presento 7 mg/L de solidos suspendidos totales, este valor esta entre el rango permisibles, estos solidos suspendidos totales hacen referencia a la cantidad de materia orgánica contenida por el cuerpo de agua en un litro y también es directamente proporcional al grado de contaminación, a mayor cantidad de solidos suspendidos totales mayor contaminación. Luego de los 15 días de tratamiento el pozo con dióxido de titanio-2 presento disminución del 14,28% de sólidos suspendido totales, mientras los demás pozos aumentaron; El blanco 128%, buchón-1 85,7%, buchón-2 857,14% y dióxido de titanio con dióxido de titanio 71,42%, los anteriores aumentos drásticos de solidos suspendidos totales se pueden dar ya que los agentes externos pueden cambiar este parámetro. 5. Conclusión Del anterior proyecto y en base a los resultados, podemos concluir que en un periodo corto de tiempo (15 días) la efectividad de los diferentes tratamientos no varía mucho, siendo más efectivo el tratamiento químico con dióxido de titanio (TiO2) que el fitotratamiento con
Buchón de agua (Eichhornia crassipes) basándonos en parámetros como el DBO5 y la cantidad de solidos suspendidos totales. 6. Referencias: Becerril, J., Epelde, L. y Garbisu, C. (2008). Fitorremediación. El Ecologista. N° 57. Página 10. Bernal J. (2015). Evaluación de Eichhornia crassipes. en el tratamiento de las aguas residuales provenientes del campus de la Universidad Nacional de Colombia, sede Orinoquia (Tesis de pregrado) Universidad Santo Tomas, Bucaramanga, Colombia. Camacho, A. y Ordoñez, J. (2008). ). Evaluación de la eficiencia de un sistema de recuperación de aguas residuales con Eichhornia Crassipes, Para el pos-tratamiento del efluente del reactor anaerobio a flujo pistón de la universidad Pontificia Bolivariana de Bucaramanga (tesis de pregrado). Universidad Pontificia Bolivariana, Bucaramanga, Colombia. Garcés, F., Mejía, A. y Santamaría, J. (S.F). La fotocatálisis como alternativa para el tratamiento de aguas residuales. Lasallista de investigación. Volumen 1, N°1. Organización de las Naciones Unidas. (2003). Agua para todos, agua para la vida: informe de las naciones unidas sobre el desarrollo de los recursos hídricos del mundo. Recuperado de: http://www.un.org/esa/sustdev/sdissues/water/WWDR-spanish129556s.pdf
Ministerio del medio ambiente. (2015) Resolucion 0631 de 2015 por la cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de agua superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se dictan otras disposiciones.