5. MARCO TEORICO - bibing.us.esbibing.us.es/.../abreproy/70357/descargar_fichero/9.+MARCO+TEORICO.pdf · parcial del CO 2 en el gas de vertedero que está en contacto con el lixiviado,

Capítulo 5. Marco teórico

Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el

tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios

5. Marco Teórico | 20

55.. MMAARRCCOO TTEEÓÓRRIICCOO

5.1 Lixiviados de rellenos sanitarios

El lixiviado es el líquido producido cuando el agua procedente de la escorrentía

superficial, lluvia o la producida por la propia dinámica de descomposición de los

residuos se pone en contacto con los residuos depositados, excediendo su

capacidad de absorción, pasando a través de ellos y aumentando la concentración

de contaminantes. Este líquido tiene la capacidad de trasladarse a las aguas

subterráneas, superficiales y al suelo circundante (Zamorano, et al., 2007).

El lixiviado representa un posible riesgo de contaminación tanto del suelo y el

subsuelo como de las corrientes superficiales y sub-superficiales aledañas, debido a

la comunicación hidráulica que poseen los acuíferos (Torres, 2005). Comparado con

las posibles emisiones de gases de vertedero los lixiviados son emitidos durante un

periodo de tiempo mucho más largo. (Steiner, 2008)

5.1.1 Características de los lixiviados

La composición de un lixiviado está caracterizada por cantidades elevadas de

materia orgánica (biodegradable, pero también refractaria a la biodegradación),

sales orgánicas e inorgánicas, nitrógeno, metales pesados y otras sustancias

químicas diluidas, variando con la edad del vertedero (Steiner, 2008), las

características del residuo depositado, la meteorología del lugar y modo de

operación (Castrillón, 2008), (Renou, 2008).

Se concluye usualmente que los lixiviados contienen toda característica

contaminante principal, es decir, alto contenido de materia orgánica, nitrógenos y

fósforo, presencia abundante de patógenos e igualmente sustancias toxicas como

metales pesados y constituyentes orgánicos. (Giraldo, 2001) Los compuestos

orgánicos presentes en los lixiviados son: proteínas, carbohidratos, compuestos

hidroxiaromaticos, alcoholes, y principalmente los ácidos grasos volátiles;

adicionalmente, los lixiviados contienen gran cantidad de nitrógeno amoniacal.

(Torres, 2005) Estas características son importantes en cuanto nos indican que es

necesario removerle a los lixiviados durante su tratamiento, sin embargo, desde el

punto de vista de la selección de la tecnología existen otras características que, sin

ser necesariamente contaminantes, pueden afectar el funcionamiento de los

procesos de tratamiento. (Giraldo, 2001)

La carga orgánica de los lixiviados alcanza los máximos valores en los primeros años

de operación y decrece gradualmente con la edad del vertedero. En contraste, la

concentración de amonio, que en general puede presentar cantidades superiores a




2000 mg/l, no decrece y a menudo constituye su principal contaminante. En cuanto

al contenido en metales pesados, las concentraciones son muy bajas en la fase

metanogénica, pero sí son importantes en la fase inicial del vertedero (fase ácida).

(Castrillón, 2008). Durante la fase ácida de la descomposición, el pH será bajo y las

concentraciones de DBO5, COT, DQO, nutrientes, y metales pesados serán altas. Por

otro lado, durante la fase de fermentación del metano, el pH estará dentro del

rango de 6,5 a 7,5, y los valores de concentración de DBO5, COT, DQO y de los

nutrientes serán significativamente más bajos. Similarmente, serán más bajas las

concentraciones de metales pesados porque la mayoría de los metales son menos

solubles para valores de pH neutros. El pH del lixiviado dependerá no solamente de

la concentración de los ácidos que están presentes, sino también de la presión

parcial del CO2 en el gas de vertedero que está en contacto con el lixiviado, como se

muestra en la siguiente figura. (Tchobanoglous, 1994)

Fuente: Tchobanoglous, 1994

Figura 1. Fases en la generación de lixiviados

En la Figura 1 se muestra las fases de la generación de lixiviados en las cuales se

tiene, I = ajuste inicial, II = fase de transición, III = fase ácida, IV = fermentación del

metano, V = fase de maduración.

La Figura 2 muestra el ciclo del agua en un relleno sanitario. El Caudal de lixiviados

(L) está estrechamente vinculado a la precipitación (P), la escorrentía superficial (R),

y al cambio de humedad del suelo (∆��) y a la intrusión de agua subterránea que se

filtra a través del relleno sanitario (∆��). La técnica de vertido de residuos sólidos

(cubiertas a prueba de agua, requerimientos de revestimiento, tales como arcilla,

geotextiles y / o plástico) sigue siendo primordial para controlar la cantidad de agua

que entra en el vertedero y por lo tanto, para reducir la amenaza de contaminación.

El clima también tiene una gran influencia en la producción de lixiviados, ya que

afecta la entrada de la precipitación (P) y las pérdidas por evaporación (ET). Por

último, la producción de lixiviados depende de la naturaleza de los propios residuos,

es decir, su contenido de agua y su grado de compactación en el vertedero. La

I II III IV V




producción suele ser mayor cuando los desechos se compactan menos, ya que la

compactación reduce la tasa de filtración. (Renou, et al., 2007)

Fuente: http://gestionintegralresiduos.blogspot.com/

Figura 2. Generación de lixiviados

De acuerdo con el balance hídrico se tiene que:

� = � − − ∆�� − �� − ∆��

Donde,

� = es el caudal de lixiviados

� = Precipitación media anual

= es la escorrentía

�� = Evapotranspiración

∆��= Cambio de humedad del suelo

∆��= Cambio de humedad de los residuos

5.1.2 Calidad y cantidad de los lixiviados

La calidad de los lixiviados en un relleno sanitario varía con el tiempo, al igual que

con el tipo de relleno sanitario que se tenga. Puede decirse que los lixiviados de los

rellenos sanitarios de los países en desarrollo presentan concentraciones mucho

mayores de DBO, amoniaco, metales, y sustancias precipitables que aquellos de

países desarrollados.

Las concentraciones de todos los parámetros en el lixiviado joven son mucho

mayores que en el lixiviado viejo. La relación DBO/DQO para un lixiviado joven es

alta indicando una buena biodegradabilidad, mientras que para un lixiviado viejo es

baja indicando una baja biodegradabilidad de la materia orgánica. Las

concentraciones de sales disueltas y metales pesados son mucho mayores en un

lixiviado joven, generando problemas de toxicidad al emplear procesos biológicos

para la eliminación de DBO. De igual manera la eliminación de DBO se ve afectada

por la toxicidad que generan los metales, pero a su vez la eliminación de metales se

ve interferida por la presencia de la DBO que sirve como agente acomplejante que




mantiene los metales en solución dificultando y limitando su eliminación. (Giraldo,

2001)

La calidad y cantidad de los lixiviados dependen de la interacción de un gran número

de factores como: tipo y solubilidad de los residuos dispuestos (composición de las

basuras, cantidad y calidad del reciclaje), diseño y operación del sitio de disposición

(tiempo y forma de disposición, grado de compactación del residuo, altura de

enterramiento, geomorfología de la cobertura), procesos de conversión

microbiológica y química, interacción del lixiviado con el medio ambiente,

naturaleza del suelo (topografía, almacenamiento del agua por el suelo, litología y

concentración de materia orgánica y organismos vivos) y condiciones climáticas

(régimen hidrológico, temperatura, evaporación y escurrimiento superficial),

además la calidad de los lixiviados en un relleno sanitario varía significativamente en

el tiempo, al igual que con el tipo de relleno sanitario que se tenga. (Borzacconi, L.

et al., 1996)

Las características del lixiviado de rellenos sanitarios se pueden representar

usualmente por los parámetros básicos de DQO, DBO, la relación DBO/DQO, pH,

sólidos suspendidos (SS), amoniaco (N-NH3), nitrógeno total Kjeldahl (NTK) y

metales pesados. La composición de los lixiviados de diferentes rellenos sanitarios,

según lo informado en la literatura, muestra una amplia variación. En la Tabla 1 se

muestran los tres tipos de lixiviados que se han definido de acuerdo a la edad del

lixiviado. En las tablas 1 a 4 se resumen los rangos de la composición de lixiviados en

diferentes rellenos a nivel mundial y nacional. Estos datos muestran que la edad del

relleno sanitario y por lo tanto el grado de estabilización de los residuos sólidos

tiene un efecto en las características del agua (Renou, et al., 2007)

Tabla 1. Clasificación general del lixiviado por edad

Nuevo Intermedio Viejo Edad (años) <5 5 – 10 >10 pH 6.5 6.5 – 7.5 >7.5 DQO (mg L-1) >10000 4000 – 10000 <4000 DBO5/DQO >0.3 0.1 – 0.3 <0.1 Compuestos Orgánicos

80% (AGV) 5 – 30% AGV + ácidos húmicos y fulvicos

Ácidos húmicos y fulvicos

Metales pesados Bajo – Medio Bajo Biodegradabilidad Importante Medio Bajo

Fuente: Renou, et al., 2007




Tabla 2. Caracterización de lixiviados de vertederos en Colombia

Sitio pH DQO DBO5 DBO5/DQO SS NTK N-NH3 El Guayabal – Cúcuta a 7,54 16334 12878 0,79 2043,2 1266,6 809,25 La Glorita – Pereira b 8,1 8629,17 430,81 0,12 - 346,52 -

Curva de Rodas – Medellín c 6,89 19100 14018 0,73 - 1192 897 El Henequén – Barranquilla d 7,6 4112,08 1611,08 0,39 204 299,3 -

Antanas – Pasto d 7,4 13064 12861 0,98 1355 1574 - Fuentes: a Contreras, A., Gelvez, J. 2006 b Chavarro, M., et al, 2006 c Agudelo, 1996

d Salazar, L., Saavedra I, 2009

Tabla 3. Caracterización de metales pesados en lixiviados de vertederos

Sitio Cd Cr Pb Hg

El Guayabal – Cúcuta a - - 0,032 - Wysieka – Polonia e 0,009 0,06 - - La Glorita – Pereira b - 0,59 - -

Curva de Rodas - Medellín mg/L c - 751,04 33,927 - Henequen – Cartagena f 0,12 - <0,10 <0,015

Fuentes: a Contreras, A., Gelvez, J. 2006 b Chavarro, M., et al, 2006 c Agudelo, 1996

e Kulikowska, D., Klimiuk, 2008 f Olivero, J., et al., 2008

Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios


Tabla 4. Composición de lixiviados

Fuente: Renou, et al., 2007

Edad Sitio DQO DBO DBO/DQO pH SS NTK N-NH3

Joven Canadá 13800 9660 0,7 5,8 - 212 42 Joven Canadá 1870 90 0,05 6,58 - 75 10 Joven China - Hong Kong 15700 4200 0,27 7,7 - - 2260 Joven China - Hong Kong 50000 22000 0,44 7,8 - 9,0 2000 13000 13000 Joven Grecia 70900 26800 0,38 6,2 950 3400 3100 Joven Italia 10540 2300 0,22 8,2 1666 - 5210 Joven Corea del sur 24400 10800 0,44 7,3 2400 1766 1682 Joven Turquía 16200 - 20000 10800 - 11000 0,55 - 0,67 7,3 - 7,8 - - 1120 - 2500 Joven Turquía 35000 - 50000 21000 - 25000 0,5 - 0,6 5,6 - 7,0 2630 - 3930 2370 2020 Medio China - Hong Kong 7439 1436 0,19 8,22 784 - - Medio Alemania 3180 1060 0,33 - - 1135 884 Medio Grecia 5350 1050 0,2 7,9 480 1100 940 Medio Italia 5050 1270 0,25 8,38 - 1670 1330 Medio Polonia 1180 331 0,28 8 - - 743 Medio Taiwán 6500 500 0,08 8,1 - - 5500 Medio Turquía 9500 - - 8,15 - 1450 1270 Viejo Brasil 3460 150 0,04 8,2 - - 800 Viejo Estonia 2170 800 0,37 11,5 - - - Viejo Finlandia 340 - 920 84 0,09 - 0,25 7,1 - 7,6 - - 330 - 560 Viejo Francia 500 7,1 0,01 7,5 130 540 430 Viejo Corea del sur 1409 62 0,04 8,57 404 141 1522




5.1.3 Producción de lixiviados

En la producción de lixiviados influyen reacciones fisicoquímicas (solubilización,

precipitación, oxido – reducción, intercambio iónico de gases de algunos materiales

contaminantes) y reacciones de degradación bilógica de materiales suspendidos y

disueltos que, según las condiciones del medio pueden ser aerobias o anaerobias.

En la degradación aerobia, se aprovecha la presencia del oxígeno que se encuentra

en los espacios vacíos (intersticios) en las capas superiores de las pilas que están en

mayor contacto con el aire; sin embargo, cuando la altura de las capas de desechos

se incrementa, la transformación por vía anaerobia prevalece. (Torres, 2005)

5.2 Metales pesados

Por metales pesados se entiende a cualquier elemento químico metálico que tenga

una relativa alta densidad y sea tóxico o venenoso en concentraciones bajas, y que

no se puedan degradar por medios naturales, además que son peligrosos porque

tienden a bioacumularse en el organismo (Metcalf & Eddy, 1995).

5.2.1 Toxicidad de los metales

El estudio de la toxicidad de los metales presenta una notable complejidad. Así, en

pequeñas cantidades, un buen número de estos elementos (hierro, manganeso,

cobre, cinc, et.) son esenciales para la vida, ya que forman parte de enzimas y

proteínas e intervienen en diversos procesos bioquímicos necesarios para el normal

desarrollo de los animales y de las plantas, sin embargo, pueden llegar a ser tóxicos

a ciertos niveles. Por otra parte, existen elementos metálicos que siendo esenciales

para unos organismos, no lo son para otros. (Izquierdo, 1995)

Finalmente, hay metales que ni son necesarios, ni se les conoce efectos beneficiosos

alguno sobre los seres vivos, siendo tóxicos aun en pequeñas cantidades; tal es el

caso del mercurio, cadmio y plomo. (Izquierdo, 1995)

La tendencia acumuladora de los metales en órganos y tejidos se puede valorar a

través de las vidas medias de estos elementos. En general, estos valores son

inversamente proporcionales a los niveles naturales con que estos elementos se

presentan en el medio ambiente, de donde se deduce, que los seres vivos han

desarrollado mecanismos de defensa para regular la presencia de los metales en sus

organismos y adaptarse al medio. (Izquierdo, 1995)

Varios estudios epidemiológicos han mostrado un incremento en el riesgo de

presentar problemas de salud entre las personas que habitan en cercanía de los

rellenos sanitarios. Estudios realizados para el vertedero de Navarro, ubicado en la




ciudad de Cali, Colombia, muestran evidencias de los efectos de la exposición a un

botadero a cielo abierto en la población que vive en su área de influencia.

Dichos estudios mostraron efectos en el crecimiento en menores de 3 años, dado

que los niños que habitan cerca del BN presentaron una disminución significativa del

índice de peso para la talla, comparados con las zonas de control del estudio,

adicionalmente se encontró la ocurrencia de síntomas respiratorios bajos o

infecciosos que pueden estar relacionados con el índice de peso para la talla

probablemente debido a que los expuestos presentan episodios respiratorios más

frecuentes y/o de mayor severidad que actúan sinérgicamente con la exposición y

deterioran los índices de crecimiento o a que los expuestos tienen una menor

capacidad de recuperar sus índices de crecimiento después de haber presentado

uno de estos episodios. (Ocampo, C., et al., 2008)

Con respecto a la calidad del agua, el canal interceptor (CVC) Sur que trae aguas

negras de la parte suroriental de la ciudad y que bordea por casi 1 km al basurero de

Navarro y que posteriormente descarga sus aguas al Rio Cauca, ve influenciada la

calidad de sus aguas por las descargas de lixiviados provenientes del BN. Además,

en el agua de algunos de los pozos muestreados alrededor del BN se encontró

presencia de metales pesados (cadmio y plomo). (Ocampo, C., et al., 2008)

A continuación se describen los metales pesados de interés en el desarrollo de este

trabajo de investigación.

5.2.2 Mercurio

El mercurio es el tercer elemento en el grupo IIB de la tabla periódica, tiene un

número atómico de 80, un peso atómico de 200.59, y valencias de 1 y 2. La

abundancia promedio en la corteza terrestre es de 0.009 ppm; en suelos es de 3 a

160 ppb; en corrientes es de 0.07 µg/L, y en aguas subterráneas es de 0.5 a 1 µg/L. el

mercurio se produce libre en la naturaleza, pero su principal fuente es el sulfuro de

mercurio (HgS). El mercurio es usado en amalgamas, recubrimiento de espejos,

lámparas de vapor, pinturas, aparatos de medición (termómetros, barómetros,

manómetros) farmacéuticos, pesticidas y fungicidas.

El mercurio es considerado no esencial para plantas y animales. (APHA/AWWA,

2005)

5.2.3 Cadmio

El Cadmio es el segundo elemento en el grupo IIB de la tabla periódica; tiene un

número atómico de 48, un peso atómico de 112.41, y una valencia de 2. El promedio

de abundancia del Cd en la corteza terrestre es de 0.16 ppm; en suelos es de 0.1 a

0.5 ppm; en corrientes es de 1 µg/L, y en aguas subterráneas es de 1 a 10 µg/L. el




cadmio se presenta en minerales de sulfuro que también contienen Zinc, Plomo, o

Cobre. El metal es usado en galvanoplastia, baterías, pigmentos de las pinturas y en

aleaciones con otros metales.

Este elemento no es esencial para plantas y animales. El cadmio es muy toxico y se

acumula en riñones y el hígado. La organización de las naciones unidas para la

alimentación y agricultura recomienda un nivel máximo para cadmio en aguas de

riego de 10 µg/L. (APHA/AWWA, 2005)

5.2.4 Cromo

El cromo es el primer elemento en el grupo VIB de la tabla periódica, tiene un

número atómico de 24, peso atómico de 51.99, y valencias de 0 y 2 hasta 6. La

abundancia promedio del Cr en la corteza terrestre es 122 ppm; en suelos el rango

del Cr es de 11 a 22 ppm, en corrientes un promedio de 1 µg/L, y en aguas

subterráneas es generalmente 100µg/L. El cromo es encontrado principalmente en

la cromita (FeOCr2O3). El cromo es usado en aleaciones, galvanoplastia, y en

pigmentos. Los compuestos de cromo con frecuencia se añaden al agua de

enfriamiento para el control de la corrosión.

El cromo es considerado no esencial para plantas, pero un elemento traza esencial

para animales. Los compuestos hexavalentes han sido mostrados como

carcinogénicos por inhalación y son corrosivos para los tejidos. La organización de

las naciones unidas para la alimentación y agricultura recomienda un nivel máximo

para cadmio en aguas de riego de 100 µg/L. (APHA/AWWA, 2005)

5.2.5 Plomo

El Plomo (Pb) es el quinto elemento en el grupo IVA de la tabla periódica, tiene un

número atómico de 82, un peso atómico de 207,19, y valencias de 2 y 4. La

abundancia promedio del Pb en la corteza terrestre es 13 ppm; en suelos los rangos

son de 2.6 a 25 ppm; en corrientes es de 3µg/L, y en aguas subterráneas es

generalmente <0.1mg/L. el Plomo es obtenido principalmente de la Galena (PbS). Es

usado en baterías, municiones, soldaduras, tuberías, pigmentos, insecticidas y

aleaciones.

El Plomo no es esencial para plantas y animales. Es toxico por ingestión y es un

toxico acumulativo. (APHA/AWWA, 2005)

5.2.1 Eliminación de metales pesados

En general, los metales pesados son removidos mediante reacciones de intercambio

iónico que se producen mientras los lixiviados viajan a través del suelo, los

oligoorgánicos se separan principalmente mediante absorción. La capacidad de un

suelo para retener los metales pesados encontrados en los lixiviados está en




función de la capacidad de intercambio de cationes que tiene el suelo.

(Tchobanoglous, G., 1994)

La contaminación con metales pesados se ha convertido en uno de los problemas

medioambientales más serios hoy en día. Su tratamiento es de especial interés

debido a su recalcitrancia y persistencia en el ambiente. En los años recientes, varios

métodos para la eliminación de estos elementos del agua residual han sido

extensamente estudiados (Fu, F., Wang, Q., 2010).

Algunas técnicas físico - químicas para la eliminación de metales pesados de las

aguas residuales son la precipitación química, coagulación – floculación, adsorción,

flotación, intercambio iónico, métodos electroquímicos y filtración por membrana.

Según Kurniawan, T., et al (2006) las tecnologías más estudiadas y aplicadas para el

tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales pesados son el

intercambio iónico y la filtración por membrana. La precipitación con cal ha sido

encontrada como uno de los medios más efectivos para tratar efluentes inorgánicos

con altas concentraciones de metales.

La precipitación química es ampliamente usada para la remoción de metales

pesados de efluentes inorgánicos. Después de ajustar el pH a condiciones básicas

(pH 11), los iones metálicos disueltos son convertidos a una fase solida insoluble por

una reacción química con un agente precipitante como la cal. Una de las desventajas

de la precipitación química es el incremento en el contenido de sólidos disueltos del

agua residual a tratar. Otra desventaja es el gran volumen de lodo a tratar que,

además, puede contener compuestos tóxicos que dificulten su tratamiento y

evacuación. (Kurniawan, T., et al, 2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).

La coagulación – floculación seguida por la sedimentación y filtración pueden ser

empleadas para tratar agua residual cargada con metales pesados. El proceso de

coagulación desestabiliza las partículas coloidales por adición de un coagulante que

neutraliza las fuerzas que mantienen separados a los coloides. Al incrementar el

tamaño de las partículas, la coagulación es seguida por la floculación de las

partículas inestables que se unen formando flóculos voluminosos. (Kurniawan, T., et

al, 2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).

La flotación es empleada para separar sólidos o dispersar líquidos de una fase

líquida usando finas burbujas de gas. Las burbujas se adhieren a las partículas, y la

fuerza ascensional que experimenta el conjunto partícula - burbuja de aire hace que

suban hasta la superficie del líquido, donde se acumulan y pueden ser eliminadas

como lodo. La flotación por aire disuelto es el método más comúnmente usado para

el tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales. (Kurniawan, T., et al,

2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).




La adsorción se ha convertido en una de las técnicas alternativas de tratamiento de

las aguas residuales contaminadas con metales pesados, por ser un método

económico y efectivo. La adsorción es un proceso de transferencia de masa por el

cual se transfiere una sustancia soluble presente en la interfase de una solución a la

superficie de un sólido, donde es confinado por interacciones físicas y/o químicas.

Debido a su gran superficie, alta capacidad de adsorción y reactividad de la

superficie, la adsorción con carbón activado pude eliminar metales tales como Ni,

Cr, Cd, Cu y Zn de un efluente inorgánico. (Kurniawan, T., et al, 2006). (Fu, F., Wang,

Q., 2010).

Sumado a la filtración por membrana el intercambio iónico, es también uno de los

tratamientos frecuentemente empleados a nivel mundial para el tratamiento de

aguas residuales contaminadas con metales pesados. En el intercambio iónico,

ocurre un intercambio reversible de iones entre las fases sólida y líquida, donde una

sustancia insoluble remueve iones de una solución electrolítica y libera otros iones

de igual carga en una cantidad químicamente equivalente sin ningún cambio

estructural en la resina. El intercambio iónico también se puede utilizar para

recuperar valiosos metales pesados de efluentes inorgánicos. Después de separar la

resina cargada, el metal se recupera en una forma más concentrada por elución con

los reactivos adecuados. (Kurniawan, T., et al, 2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).

Entre las técnicas de tratamiento electroquímicas se encuentran la electrodiálisis,

electrolisis de membrana y precipitación electroquímica. La electrodiálisis es una

separación de membranas en la cual las especies ionizadas en la solución son

pasadas a través de una membrana semipermeable selectiva de iones por aplicación

de un potencial eléctrico. Las membranas son láminas delgadas de materiales

plásticos con características aniónicas o catiónicas. Algunas investigaciones indican

que la electrodiálisis no es efectiva para tratar efluentes inorgánicos con una

concentración de metales mayor a 1000 mg.L-1, esto sugiere que la electrodiálisis es

más adecuada para una concentración de metales pesados menor a 20 mg.L-1. La

electrolisis de membrana, es un proceso químico impulsado por un potencial

electrolítico, también puede ser aplicado para remover impurezas metálicas de las

aguas residuales de acabado de metales. Este método puede ser empleado para

tratar aguas residuales con una concentración de metales mayor a 2000 mg.L-1 o

inferior a 10 mg.L-1. Para maximizar la remoción de metales pesados de aguas

residuales contaminadas, el potencial eléctrico ha sido utilizado para modificar la

precipitación química convencional. En general, los procesos de precipitación

electroquímica pueden tratar efluentes inorgánicos con concentraciones de metales

mayores que 2000 mg.L-1. (Kurniawan, T., et al, 2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).

La filtración por membrana ha recibido una atención considerable para el

tratamiento de efluentes inorgánicos, ya que es capaz de eliminar no solo sólidos




suspendidos y compuestos orgánicos, sino también contaminantes inorgánicos

tales como metales pesados. Dependiendo del tamaño de la partícula que puede ser

retenida, varios tipos de filtración por membrana como la ultrafiltración,

nanofiltración, y osmosis inversa pueden ser empleados para la remoción de

metales. (Kurniawan, T., et al, 2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).

Todas las limitaciones de los procesos físico – químicos descritos conducen a aplicar

tecnologías basadas en procesos biológicos, debido a que los microorganismos

tienen la capacidad de adaptarse a multitud de agentes contaminantes, tanto

orgánicos como inorgánicos y aunque los microorganismos no pueden destruir los

metales pesados, si pueden influir en su movilidad en el medio ambiente,

modificando sus características físicas y/o químicas. Según Vargas, R., (2005)

estudios llevados a cabo sobre descontaminación de fluidos mediante

microorganismos revelan que los metales pesados presentan gran afinidad por los

flóculos microbianos, adhiriéndose a estos en cortos periodos de tiempo.

5.3 Tecnologías de tratamiento de lixiviados

Debido a que las características de los lixiviados pueden variar tanto, y si no es

posible emplear el reciclaje y la evaporación de lixiviados o evacuarlos directamente

a una instalación de tratamiento, será necesario realizar algún tipo de pre-

tratamiento o tratamiento completo. El proceso o los procesos de tratamiento

biológicos y físico-químicos elegidos dependerán en gran parte del contaminante o

contaminante que haya que separar. (Renou, 2008)

El tipo de instalaciones de tratamiento utilizadas dependerá principalmente de las

características del lixiviado, y en segundo lugar, de la localización geográfica y física

del vertedero (Renou, 2008)

La remoción de la materia orgánica basada en la demanda química de oxígeno

(DQO), demanda biológica de oxígeno (DBO), y amonio del lixiviado es usualmente

un requisito previo antes de la descarga del lixiviado a aguas naturales. (Renou,

2008)

5.4 Sistemas naturales

Los sistemas naturales son aquellos que logran la eliminación de las sustancias

contaminantes de las aguas residuales a través de mecanismos y procesos naturales

los cuales no requieren de energía externa ni de aditivos químicos. En estos

sistemas un buen número de procesos de descontaminación son ejecutados por

sinergia de diferentes comunidades de organismos. (García, J., Corzo, A., 2008)




Algunas de las diferencias fundamentales de los sistemas naturales respecto a los

convencionales son un nulo consumo energético para descontaminar y una mayor

superficie de tratamiento (García, J., Corzo, A., 2008).

Los sistemas naturales pueden clasificarse en dos categorías según el tratamiento

tenga lugar fundamentalmente en el terreno o en una masa de agua, como se

muestra en la siguiente tabla.

Tabla 5. Clasificación de los sistemas naturales de tratamiento de aguas residuales.

Sistemas Naturales de Tratamiento de Aguas Residuales Basados en la aplicación del agua en el terreno Basados en los procesos que suceden en

la masa de agua Aplicación subsuperficial Aplicación superficial

Sistemas con plantas

flotantes

Lagunaje natural

Humedales construidos

flujo superficial

Zanjas y lechos filtrantes humedales construidos

flujo subsuperficial

Filtros verdes infiltración–percolación

filtro de arena

Fuente: García, J., Corzo, A., 2008.

Como alternativas de tratamiento de lixiviados han sido propuestos los sistemas

naturales, lagunas y humedales artificiales. Dichos sistemas tienen la ventaja de la

simplicidad en su operación y la posibilidad de lograr diferentes niveles de

tratamiento, desde un pre-tratamiento hasta un tratamiento terciario en caso de

necesitarse. (Giraldo, 2001)

La principal desventaja que se tiene con estos sistemas es la cantidad de terreno

que requieren para localizar los procesos. Sin embargo, por la naturaleza misma de

los diseños de los rellenos sanitarios, en donde hay necesidad de tener áreas de

amortiguamiento visual, de ruido y de olores, las áreas que usualmente están

localizadas a los alrededores del relleno, podrían utilizarse como parte de los

sistemas naturales de tratamiento; en especial en el caso de los humedales.

(Giraldo, 2001)

5.5 Fitorremediación

La fitorremediación es una tecnología verde emergente para la remediación de

suelos, sedimentos, agua superficial y subterránea, que se basa en el uso de la

vegetación como principal agente descontaminador para eliminar (fitoextracción,

fitodegradación o fitovolatilización) o inmovilizar (fitoestabilización) contaminantes

peligrosos para el medio ambiente. La técnica es aplicable por contaminación de

metales pesados, compuestos orgánicos y radionucleidos. (Urzelai, 2001, Alkorta,

2000).

Esta definición afecta a todas las plantas que, con procesos químicos, biológicos y

físicos ayudan a la biorrecuperación de sustratos contaminados. Se pueden

distinguir dos tipos diferentes de “fitorremediación”: “in planta” y “ex planta”,




según se realice la degradación del contaminante dentro de la propia planta o fuera

de ella. En el primer caso (in planta), la planta absorbe el contaminante y lo incluye

dentro de ella, mientras que cuando es “ex planta”, dicha degradación se realiza en

la zona de la rizosfera, debido a los exudados radicales y a la mayor actividad que

existe en la zona. (Ministerio Español de medio ambiente, 2004 – 2007).

Las plantas y sus organismos de la rizosfera pueden ser usados para

fitorremediación en diferentes maneras, como se ve en la figura 2, donde se

muestran las tecnologías usadas para la remediación de agua, suelos o aire

contaminados. Estos pueden ser utilizados como filtros en humedales construidos o

en una instalación hidropónica, esta última llamada Rizofiltración. Los arboles

pueden ser usados como barrera hidráulica para crear un flujo de agua hacia arriba

en la zona de la raíz, previniendo que la contaminación se filtre hacia abajo o para

evitar que una columna de agua subterránea contaminada se extienda

horizontalmente. El termino fitoestabilización denota el uso de plantas para

estabilizar los contaminante en el suelo, o bien simplemente por prevención de la

erosión, la lixiviación, escorrentía, o mediante la conversión de los contaminantes a

formas menos biodisponibles. (Pilon-Smits, E., 2005)

Las plantas también pueden utilizarse para extraer los contaminantes y acumularlos

en sus tejidos, seguido por la cosecha del material vegetal (por encima del suelo).

Esta tecnología se denomina fitoextracción. El material vegetal puede ser utilizado

posteriormente para fines no alimentarios (por ejemplo, madera, cartón) o

incineración, seguido por la disposición en un relleno sanitario o, en el caso de los

metales preciosos, el reciclaje de los elementos acumulados. Este último se

denomina fitominería. (Pilon-Smits, E., 2005)

Fuente: Pilon-Smits, E., 2005

Figura 3. Técnicas de Fitorremediación




Las plantas pueden facilitar la biodegradación de contaminantes orgánicos por los

microorganismos en su rizosfera. Esto se llama fitoestimulación o rizodegradación.

Las plantas también pueden degradar los contaminantes orgánicos directamente a

través de sus propias actividades enzimáticas, en un proceso llamado

fitodegradación. Después de la absorción en el tejido de la planta, ciertos

contaminantes pueden dejar la planta en forma volátil, lo que se llama

fitovolatilización. En la Figura 4 se muestran los posibles destinos de un

contaminante durante la fitorremediación, donde se muestra que el contaminante

puede ser estabilizado o degradado en la rizosfera, secuestrado o degradado

dentro los tejidos de la planta o volatilizado.

Fuente: Pilon-Smits, E., 2005

Figura 4. Ubicación del contaminante en la fitorremediación

5.5.1 Humedales construidos

Los humedales naturales son complejos mosaicos de lámina de agua, vegetación

sumergida, vegetación flotante, vegetación emergente y zonas con nivel freático

más o menos cercano a la superficie, en los que el suelo se mantiene saturado de

agua durante un largo periodo de tiempo cada año. En los humedales crecen

vegetales, animales y microorganismos especialmente adaptados a estas

condiciones ambientales. Estos seres vivos junto a procesos físicos y químicos, son

capaces de depurar el agua, eliminando grandes cantidades de materia orgánica,

sólidos, nitrógeno, fósforo y, en algunos casos, productos químicos tóxicos.

(Lahora, A., 2002)

Se ha tratado de aprovechar este gran potencial depurador de los humedales para

el tratamiento de aguas residuales, diseñando instalaciones capaces de reproducir

las características de los humedales. (Lahora, A., 2002)




Los humedales específicamente construidos con el propósito de controlar la

contaminación del agua han recibido gran cantidad de nombres en las distintas

partes del mundo donde han sido usados (Crites et al., 2000). La denominación mas

extendida es “Humedales Artificiales” o “Humedales Construidos” (“Constructed

Wetlands”; U.S. Enviromental Protection Agency, 1988)

Los humedales artificiales son humedales que se han construido o modificado

ampliamente por los seres humanos, dichos humedales son sistemas artificiales de

tratamiento de aguas residuales poco profundos, generalmente menos de 1 metro

de profundidad, pueden ser estanques o canales con vegetación especializada, ya

sean plantas que viven en el agua (hidrofitos) o las que se desarrollan en terrenos

permanentemente inundados o al menos saturados de agua, con bastante

frecuencia (Higrofitos), y que dependen de procesos microbianos naturales,

biológicos, físicos y químicos para el tratamiento de las aguas residuales. Uno de los

rasgos más característicos de la vegetación de los humedales es su adaptación a

vivir con una fuerte limitación de la disponibilidad del oxígeno en el suelo, es decir,

en condiciones de anaerobiosis que normalmente no soportan las plantas

terrestres. Los procesos de descontaminación tienen lugar mediante las

interacciones entre el agua, el sustrato sólido, los microorganismos, la vegetación e

incluso la fauna (García, J., Corzo, A., 2008).

Los humedales tienen típicamente canalizaciones, aislamiento del suelo para evitar

el paso de la contaminación a los ecosistemas naturales circundantes como capas

impermeables de arcilla o de plástico, y estructuras para el control del flujo de la

salida en cuanto a su dirección, flujo, tiempo de retención, y nivel del agua.

Dependiendo del tipo de sistema, pueden o no contener un medio inerte poroso

como piedra, grava o arena. (Urzelai, 2001)

Los humedales construidos han sido usados para tratar una variedad de aguas

residuales incluyendo, aguas de escorrentía urbana, municipales, agrícolas,

industriales y de drenaje ácido de minas y atendiendo el tipo de circulación del agua,

los humedales construidos se han clasificado en dos tipos, humedales de flujo

superficial y humedales de flujo subsuperficial. Este trabajo de investigación se

realizará en humedales de flujo subsuperficial, por lo cual será el tema en el que más

se haga referencia. (Lahora, A., 2002)




Tabla 6. Principales procesos físico – químicos y biológicos en la depuración de aguas residuales con humedales.

Contaminante Proceso de eliminación Materia Orgánica Sedimentación

Asimilación Mineralización

Sólidos en suspensión Floculación Sedimentación Filtración Degradación

Nitrógeno Amonificación Volatilización del amonio Nitrificación Desnitrificación

Fósforo Adsorción Sedimentación Precipitación química Asimilación vegetal

Patógenos Sedimentación y muerte gradual Radiación UV Antibióticos naturales Predación

Compuestos inorgánicos Asimilación Inmovilización

Metales pesados Fijación al sedimento Adsorción por las plantas

Fuente: Lahora, A., 2002

5.5.1.1 Humedales artificiales de flujo superficial

En los sistemas de flujo superficial el agua esta expuesta directamente a la

atmósfera y circula preferentemente a través de los tallos y hojas de las plantas.

Estos tipos de humedales se pueden entender como una modificación del lagunaje

natural. Se suelen aplicar para mejorar la calidad de los efluentes que ya han sido

previamente tratados en una depuradora. (García, J., Corzo, A., 2008)

En un humedal artificial de flujo superficial la vegetación está parcialmente

sumergida en el agua, y su profundidad varía entre 1 y 4.5 metros. Este tipo de

sistemas consta en general de canales o tanques con una barrera natural o artificial

para prevenir la percolación del agua. Algunos de estos sistemas se diseñan de

manera que haya retención completa del agua residual que se aplica a través de

percolación y la evapotranspiración. Las bacterias adheridas a las plantas tratan el

agua residual a medida que esta fluye a través de la vegetación y por medio de

procesos físicos y químicos (Crites, 2000).




Fuente: García, J., Corzo, A., 2008

Figura 5. Humedal construido de flujo superficial

5.5.1.2 Humedales artificiales de flujo subsuperficial

Los humedales de flujo subsuperficial se clasifican según el sentido de circulación

del agua en horizontales o verticales. (García, J., Corzo, A., 2008)

5.5.1.2.1 Humedales de flujo horizontal

En este tipo de sistemas el agua circula horizontalmente a través del medio granular

y los rizomas y raíces de las plantas. La profundidad de agua es de entre 0,3 y 0,9 m.

se caracterizan por funcionar permanentemente inundados (el agua se encuentra

entre 0,05 y 0,1 m por debajo de la superficie) y con cargas de alrededor de 6

gDBO/m2.dia. (García, J., Corzo, A., 2008)


Figura 6. Humedal construido de flujo subsuperficial horizontal

5.5.1.2.2 Humedales de flujo vertical

Esta tipología de humedales fue desarrollada en Europa como alternativa a los

humedales horizontales para producir efluentes nitrificados. En general los sistemas

verticales se combinan con horizontales para que sucedan de forma progresiva los

procesos de nitrificación y desnitrificación y se consiga así eliminar nitrógeno.

(García, J., Corzo, A., 2008)





Figura 7. Humedal construido de flujo subsuperficial vertical

Tanto los humedales horizontales como los verticales pueden estar compuestos por

los siguientes elementos: (1) estructuras de entrada del afluente, (2)

impermeabilización del fondo y laterales ya sea con láminas sintéticas o arcilla

compactada, (3) medio granular, (4) vegetación emergente típica de zonas

húmedas, y (5) estructuras de salida. (García, J., Corzo, A., 2008)

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. (US EPA, 2000)

Un humedal con flujo subsuperficial, puede considerarse como un reactor biológico

tipo “proceso biopelícula sumergida”. El agua entra por uno de sus extremos, y se

reparte, atravesando la zona de grava sembrada con macrófitas. En el otro extremo,

el agua es recogida en el fondo. El nivel máximo se regula de manera que no aflora

la lámina de agua y se mantenga unos centímetros por debajo de la grava, haciendo

visitable el humedal e impidiendo la proliferación de moscas y mosquitos. (Lahora,

A., 2002)

En un humedal artificial de flujo subsuperficial el agua residual se trata a medida que

fluye a través de un medio poroso. La vegetación emergente se planta en el medio,

que puede ser desde grava gruesa hasta arena. La profundidad del lecho va desde

0.45 a 1 m y tiene una pendiente característica de 0 a 0.5% (Crites, 2000)




5.5.1.3 Mecanismos de Depuración

En un humedal artificial se desarrollan diferentes mecanismos de remoción de

contaminantes del agua residual. Evidentemente, un amplio rango de procesos

biológicos, químicos y físicos tiene lugar. Por lo tanto, la influencia e interacción de

cada componente involucrado es bastante compleja. (Delgadillo, O., et al., 2010)

Los Humedales construidos son sistemas muy complejos que separan y transformar

los contaminantes por agentes físicos, químicos, y los mecanismos biológicos que

pueden ocurrir simultáneamente o secuencialmente como el agua residual fluye a

través del sistema. Los mecanismos predominantes y su secuencia de reacción

dependen de los parámetros de entrada externos al sistema, las interacciones

internas, y las características del humedal. (EPA, 2010)

Las raíces de las plantas sumergidas proporcionan sustrato para los procesos

microbiológicos y dado que la mayoría de las macrófitas emergentes pueden

transmitir oxígeno de las hojas a las raíces, se presentan microzonas aeróbicas en la

superficie de las raíces y los rizomas. El resto del medio sumergido de los humedales

FS tienden a carecer de oxígeno. Esta falta general de oxígeno limita la remoción

biológica del amoniaco (NH3/NH4 - N) por nitrificación en los humedales FS, pero

aun así el sistema es efectivo en la remoción de DBO, SST, metales y algunos

contaminantes orgánicos prioritarios, dado que su tratamiento puede ocurrir bajo

condiciones aeróbicas y anóxicas. La remoción de nitratos por desnitrificación

biológica también puede ser muy efectiva dado que las condiciones anóxicas

requeridas están siempre presentes y se cuenta con suficientes fuentes de carbono.

La disponibilidad limitada de oxígeno en los humedales FS disminuye la capacidad

de remoción de amoniaco por nitrificación biológica. (US – EPA, 2000)

Los mecanismos disponibles de remoción del fósforo en todos los tipos de

humedales artificiales también requieren largos periodos de retención para producir

niveles bajos de fósforo a partir de agua residual doméstica típica. (US – EPA, 2000)

Los humedales de flujo subsuperficial remueven en forma confiable la DBO, la DQO

y los SST, y con tiempos de retención suficientemente largos también pueden

producir bajas concentraciones de nitrógeno y fósforo. Los metales son también

removidos eficazmente y se puede esperar también una reducción de un orden de

magnitud en coliformes fecales en sistemas diseñados para producir efluentes de

tratamiento secundario o avanzado. (Folleto US EPA)

Los humedales pueden tratar con efectividad altos niveles de demanda bioquímica

de oxigeno (DBO), solidos suspendidos (SS) y nitrógeno, así como niveles

significativos de metales, compuestos orgánicos traza y patógenos. La remoción de

fosforo es mínima debido a las limitadas oportunidades de contacto del agua

residual con el suelo. Los mecanismos básicos de tratamiento incluyen




sedimentación, precipitación química, absorción, e interacción biológica con la DBO

y el nitrógeno, así como la captación por parte de la vegetación que se descompone

y que permanece como materia orgánica refractaria, que termina formando turba

en el humedal. Los nutrientes y otras sustancias asociadas a esta fracción refractaria

se considera que son eliminados permanentemente del sistema. (Lara, J., 1999) en

la siguiente figura pueden observarse los principales procesos que se llevan a cabo

en un humedal y que permiten la depuración del agua residual.

Adaptado de Lara, J., 1999.

Figura 8. Procesos de depuración de los humedales artificiales

Adaptado de (Libro de Garcia).

Figura 9. Procesos de degradación de la materia orgánica en humedales




5.5.1.4 Principales componentes de los humedales

5.5.1.4.1 Vegetación

Los efectos de la vegetación sobre el funcionamiento de los humedales son:

Las raíces y rizomas proporcionan una superficie adecuada para el crecimiento de la

biopelicula. La biopelicula crece adherida a las partes subterráneas de las plantas y

sobre el medio granular. Alrededor de las raíces se crean microambientes aeróbicos

donde tienen lugar procesos microbianos que usan el oxígeno, como la degradación

aeróbica de la materia orgánica y la nitrificación.

Amortiguamiento de las variaciones ambientales. Cuando las plantas están

desarrolladas reducen la intensidad de la luz incidente sobre el medio granular

evitándose así grandes gradientes de temperatura en profundidad que pueden

afectar el proceso de depuración. En climas fríos la vegetación protege de la

congelación.

La selección dela vegetación que se va a usar en un sistema de humedales debe

tener en cuenta las características de la región donde se realizara el proyecto. Las

especies deben ser colonizadoras activas, con eficaz extensión del sistema de

rizomas. Deben alcanzar una biomasa considerable por unidad de superficie para

conseguir la máxima asimilación de nutrientes. La biomasa subterránea debe poseer

una gran superficie específica para potenciar el crecimiento de la biopelicula. Deben

disponer de un sistema eficaz de transporte de oxígeno hacia las partes

subterráneas para promover la degradación aeróbica y la nitrificación. Se debe

tratar de especies que puedan crecer fácilmente en las condiciones ambientales del

sistema proyectado, debe tratarse de especies con una elevada productividad,

tolerar los contaminantes presentes en las aguas residuales y se deben utilizar

especies propias de la flora local.

Las macrófitas son capaces de transportar oxígeno desde los tallos y hojas hacia sus

raíces y rizomas, pero en los humedales de flujo subsuperficial la cantidad de

oxígeno aportada es muy pequeña en comparación con la demanda de las aguas

residuales, por lo que los procesos de eliminación de materia orgánica son

básicamente anaerobios, no ocurriendo por tanto la nitrificación – Desnitrificación.

(Lahora, A., 2002)

Esta situación condiciona a su vez la existencia y las características de las biocenosis

existentes, pues aquí participan factores como la disponibilidad de alimento, que

hace que cierta fauna sea más abundante a medida que nos acercamos al fondo,

aunque este hecho está influido a su vez por el hábitat y por el biotopo (color,

sombra, viento, sustrato básico, pendientes y material de las orillas, etc.). (Seoánez,

1999)




Diversos tipos de plantas pueden emplearse para el tratamiento de las aguas

residuales, el crecimiento de las raíces de las plantas emergentes suministra un

aporte de oxigeno durante ese crecimiento. El oxígeno se encuentra muy cerca de

las raíces y rizomas jóvenes y permite cierta oxigenación de las aguas residuales.

Las plantas utilizan durante su crecimiento cierta cantidad de nitrógeno y de fosforo

y pueden, en ciertos casos, consumir y concentrar en sus tallos y hojas ciertos

metales pesados. (OPS/OMS 1999)

La vegetación proporciona superficies para la formación de películas bacterianas,

facilita la filtración y la adsorción de los constituyentes del agua residual, permite la

transferencia de oxígeno a la columna de agua y controla el crecimiento de algas al

limitar la penetración de la luz solar. (Borrero, 1999)

El oxígeno necesario para que se lleven a cabo los procesos físico-químicos y

bacteriológicos de depuración, es suministrado por las plantas, que forman por

fotosíntesis o toman del aire e inyectan hasta la zona radicular con lo cual

proporcionan oxígeno a los microorganismos que viven en la rizosfera,

favoreciendo la eliminación microbiana de algunos contaminantes, además de la

degradación de la materia orgánica y el crecimiento de bacterias nitrificantes.

(González, J., 2010)

La selección de las especies vegetales se debe realizar de acuerdo a la adaptabilidad

de las misas al clima local, su capacidad de transportar oxígeno desde las hojas

hasta la raíz, su tolerancia a concentraciones elevadas de contaminantes, su

capacidad asimiladora de los mismos, su tolerancia a condiciones climáticas

diversas, su resistencia a insectos y enfermedades y su facilidad de manejo

(González, J., 2010)

Fuente: (García, J., Corzo, A., 2008).

Figura 10. Esquema de una planta emergente.




5.5.1.4.2 Sustrato

La grava es el medio más utilizado en Estados Unidos y Europa, aunque también se

ha utilizado roca triturada, grava, arena y otro tipo de materiales del suelo. (US –

EPA, 2000)

En el medio granular ocurren múltiples procesos como la retención y sedimentación

de la materia en suspensión, la degradación de la materia orgánica, la

transformación y asimilación de los nutrientes, y la inactivación de los

microorganismos patógenos. (García, J., Corzo, A., 2008)

El medio granular debe ser limpio (exento de finos), homogéneo, duro, durable y

capaz de mantener su forma a largo plazo. Además, debe permitir un buen

desarrollo de las plantas y de la biopelicula. Diámetros medios alrededor de 5 – 8

mm ofrecen muy buenos resultados. (García, J., Corzo, A., 2008)

Una característica muy importante del medio granular es su conductividad

hidráulica, ya que de esta propiedad depende la cantidad de flujo de agua que

puede circular a través de él. Durante el diseño debe tenerse en cuenta que la

conductividad hidráulica disminuirá con el paso del tiempo (García, J., Corzo, A.,

2008)

El sustrato sirve de soporte a la vegetación y permite la fijación de la población

microbiana, que va a participar en la mayoría de los procesos de eliminación de los

contaminantes presentes en las aguas a tratar. (Centa, 2004)

Cuando las aguas residuales pasan a través del medio, éste permite efectuar una

buena remoción de los sólidos suspendidos y de la parte orgánica asociada.

Mientras el medio filtrante tenga buena capacidad de absorción, podrá permitir la

acumulación de fósforo, si las condiciones son favorables. (OPS/OMS 1999)

5.5.1.4.3 Microorganismos

Los microorganismos tienen un papel esencial que juegan en todos los sistemas de

tratamiento de aguas residuales a partir de plantas. Ya sean aerobias o anaerobios,

consumen la parte carbonada de las aguas residuales para transformarla

principalmente en CO2 para las bacterias aerobias y también en metano para las

bacterias anaerobias. (OPS/OMS 1999).

Mientras sea posible mantener las condiciones secuenciales aerobias y anaerobias,

las bacterias nitrificantes van a transformar el nitrógeno amoniacal en nitritos y

nitratos en las zonas aireadas y las bacterias desnitrificantes van a permitir la

transformación de los nitratos y nitritos en nitrógeno gaseoso en las zonas

anaerobias. (OPS/OMS 1999).




Los microorganismos crean además paredes biológicas que facilitan la

sedimentación de las partículas y juegan un papel importante en la remoción de

SST, principalmente en los sistemas de flujo superficial. (OPS/OMS 1999).

5.6 Descripción plantas estudiadas

5.6.1 Heliconia psittacorum

La Heliconia es un género monotípico de la familia Heliconiaceae monocotiledónea.

Las especies de Heliconia se distribuyen en los bosques húmedos de tierras bajas de

Centro y Sur América, así como en las islas del Caribe. Un pequeño grupo también se

encuentra en algunas islas del Océano Pacífico. Cerca de 180 especies del género se

han descrito. (Lee, Y., et al., 1994)

De acuerdo con el sistema integrado de clasificación de las plantas florales

(angiospermas) de Cronquist, 1981, la Heliconia se ubica en el orden ZIngiberales y

su clasificación sistemática es la siguiente (Solarte, J., 2012):

Clase: Liliopsida (monocotiledoneae)

Orden: Zingiberales

Familia: Heliconiacea

Género: Heliconia

Especie: Heliconia psittacorum L. f.

Figura 11. Heliconia psittacorum.

Las especies del género Heliconia se desarrollan en pisos tropicales y de transición a

premontano. Es una planta musoide a canoide, 0.5-1.5 m de altura. Presenta hojas

con pecíolos de 11 – 32 cm de largo y lámina de 37 – 60 por 6 – 10 cm. Tiene una

inflorescencia erecta de 8 – 18 cm de largo, un raquis flexuoso, por lo general

anaranjado, glabro a glauco, espatas dísticas 3 - 7 por inflorescencia, orientadas 30-

45°, por lo común rojo-naranjas, glaucas y de 5-5.5 por 1.6-2.5 cm. Flores anaranjadas,

rojas o amarillas con ápices verde-oscuro, glabras, y rectas a parabólicas (Red

Nacional de Jardines Botánicos, 2008, p. 19 citado en Solarte, J., 2012).




Las heliconias se propagan usualmente de manera natural a través del desarrollo de

las yemas vegetativas presentes en su tallo rizomatoso, característica utilizada en

producción para la multiplicación artificial. Un aspecto relevante de las heliconias es

que pueden ser utilizadas tanto para el ornato de parques y jardines (JEREZ, 2007,

p. 19 citado en Solarte, J., 2012). Por otra parte, se ha establecido que las Heliconias

sp., además de poder ser utilizadas en el tratamiento de aguas residuales juegan un

importante papel ecológico, pues presentan un crecimiento rizomatoso que

permite contrarrestar los movimientos de tierra en las laderas erosionadas de

barrancos (Solarte, J., 2012).

5.6.2 Gynerium sagittatum

Gynerium sagittatum (Aubl.) P. Beauv. ("caña brava") es un carrizal rizomatoso con

brotes fuertes (culmos) y largas hojas que se agrupan en la parte superior del tallo,

formando una cumbre en forma de abanico. La especie está ampliamente

distribuida en el trópico de América del Sur y es característica de ríos, llanuras de

inundación, pantanos y otros hábitats sucesionales tempranos. (Kroon, H., y Kalliola

R., 1995)

Clase: Liliopsida

Orden: Poales

Familia: Poaceae

Género: Gynerium

Especie: G. sagittatum (Aubl.) Beauv.

Figura 12. Gynerium sagittatum.

Esta especie es originaria de América tropical, es nativa de Colombia, se encuentra

en entre los 0 y 1500 m. Vive en bosques secos tropicales, y en bosques húmedos y

muy húmedos premontanos. G. sagittatum (Aubl.) Beauv, alcanza los 7 m de altura y

4 cm de diámetro en su tallo, forma grandes asociaciones. Las hojas pueden llegar a

medir hasta 1 m de alto, acintadas y dispuestas en forma de abanico al final de las

cañas, borde aserrado con tricomas. Flores de color blanco, muy pequeñas y

agrupadas en inflorescencias terminales. Frutos de 8 mm de largo, de color crema

(Red Nacional de Jardines Botánicos, 2008, p 20 citado en Solarte, J., 2012).




5.6.1 Colocasia esculenta

De acuerdo a GLOBAL BIODIVERSITY INFORMATION FACILITY: La Clasificación del

Portal de Datos de GBIF (basado en el Catálogo de la Lista de Verificación Anual, con

adiciones provisionales de los recursos de datos de espécimen y observación) la

clasificación de esta especies vegetal es la siguiente (Solarte, J., 2012):

Clase: Liliopsida

Orden: Arales

Familia: Araceae

Género: Colocasia

Especie: C. esculenta (L.) Schott.

Figura 13. Colocasia esculenta.

Esta especie se distribuye en México, islas del Caribe, Centroamérica, Suramérica,

Asia, África, islas del océano índico, islas del océano Pacífico y Australia. Usualmente

forman grandes agrupaciones alrededor de cuerpos de agua como manantiales,

estanques, canales y otras áreas húmedas (Red Nacional de Jardines Botánicos,

2008, p 22 citado en Solarte, J., 2012).

Esta especie presenta bulbos subterráneos ricos en almidón. Sus hojas tienen un

peciolo esponjoso, verde frecuentemente de color púrpura en el ápice, mide de 80 a

180 cm de largo; sus láminas foliares son de color verde oscuro y generalmente

presentan un punto de color rojo o púrpura, donde se unen con el peciolo. Sus

inflorescencias están cubiertas por una espata de unos 35 cm de largo. Sus flores

son de color verde, amarillo pálido o blanco. Sus frutos son de color naranja. Sus

semillas son pequeñas, miden de 1 a 1.5 mm (Red Nacional de Jardines Botánicos,

2008, p 22 citado en Solarte, J., 2012).

Documents

5. MARCO TEORICO - bibing.us.esbibing.us.es/.../abreproy/70357/descargar_fichero/9.+MARCO+TEORICO.pdf · parcial del CO 2 en el gas de vertedero que está en contacto con el lixiviado,