dedicatoria - itsonbiblioteca.itson.mx/dac_new/tesis/114_arturo_lopez.pdf · 2007. 11. 5. ·...
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DEDICATORIA
A mi madre, Blanca, por su compañía y amor.
A mi padre, Arturo, por su esfuerzo y ejemplo
A mi Hermano, Alfredo, a su familia Martha y Noelia.
A mis abuelos, los recuerdo a todos.
A la Familia, Gracias.
A Lourdes y Cecy, otras hermanas.
A la comunidad de Nuestra Señora del Refugio (CUCOS), por ser un estilo
de vida.
A los que pertenecen al movimiento de Renovación Carismática Católica.
Al Ing. Humberto vega Yin, por su amistad y sus valiosos consejos. A todos aquello que han compartido momentos de su vida conmigo, Gracias.
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por haberme encontrado muy joven y acompañarme siempre.
Al Instituto Tecnológico de Sonora, por su incansable labor en la educación.
A mis asesores M. en C. Luciano Castro E. y M. en C. Guadalupe Aguilar Apodaca
por su tiempo, sus deseos de superación constante y su apoyo incondicional.
Al Coordinador de la maestría, M. en C. Francisco Montaño, por su perseverancia y
apoyo para llegar a nuestra meta.
A mis revisores, Dr. Fernando Lares Villa y M. en C. Ignacio Ruiz Hernández , por su
gran disposición y apoyo para la realización de este trabajo.
Al Lic. Juan Manuel Mendoza López, por su apoyo y palabras de aliento.
A la Q. María de la Luz Martínez, por su confianza.
Al personal de CECyTES, en especial al plantel 24 de Febrero y Esperanza por su
apoyo y amistad.
A mis compañeros de maestría: Ing. Rocío Rea, M. en C. Beatriz Torres, M. en C.
Gilberto Leyva, M. en C. Jorge Valenzuela y Biol. Humberto Ruelas, por su apoyo y
amistad prestada.
ÍNDICE
Página
ÍNDICE DE TABLAS...........................................................................................iv
ÍNDICE DE CUADROS........................................................................................v
ÍNDICE DE FIGURAS.........................................................................................vi
RESUMEN..........................................................................................................vii
I. INTRODUCCIÓN..............................................................................................1
1.1.- Antecedentes.............................................................................................. 1
1.2.- Planteamiento del Problema....................................................................... 6
1.3.- Justificación.................................................................................................7
1.4.- Objetivo........................................................................................................8
II.- REVISIÓN DE LITERATURA
2.1.- Aguas residuales........................................................................................9
2.1.1.- Definición.............................................................................................9
2.1.2.- Clasificación de las aguas residuales por su origen........................10
2.1.3.- Características físicas, químicas y biológicas de las aguas
residuales.........................................................................................13
2.1.3.1.- Características de los componentes orgánicos.......................13
2.1.3.2.- Características de los componentes inorgánicos....................14
2.1.3.3.- Características de los componentes microbianos....................15
2.2.- Tratamiento de aguas residuales.............................................................17
2.2.1.- Generalidades...............................................................................17
2.2.2.- Tipos de tratamiento del agua residual.....................................18
2.2.2.1.- Tratamiento primario..............................................................18
2.2.2.2.- Tratamiento secundario.........................................................19
2.2.2.3.- Tratamiento terciario............................................................20
2.3.- Microbiología de las aguas residuales...............................................20
2.3.1.- Géneros de microorganismos en el agua residual........................21
2.3.2.- Caracterización de los componentes microbianos.........................22
2.3.3.- Metabolismo microbiano.................................................................28
2.3.3.1.- Necesidades nutritivas de los microorganismos.......................30
2.4.- Humedales...............................................................................................34
III. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1.- Ubicación del experimento.......................................................................36
3.2.- Descripción del modelo............................................................................37
3.3.- Muestreo...................................................................................................39
3.4.- Análisis.....................................................................................................41
3.4.1.- Técnicas analíticas.................................................................................41
3.4.1.1.- Determinación de Escherichia coli...................................................42
3.4.1.2.- Determinación del bacteriófago MS-2.............................................44
3.5.- Diseño experimental..................................................................................45
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.....................................................................47
4.1.- Escherichia coli..........................................................................................48
4.2.- Bacteriófago MS-2....................................................................................51
4.3.- Comportamiento de los humedales..........................................................53
V. CONCLUSIONES..........................................................................................59
VI. RECOMENDACIONES................................................................................61
VII. BIBLIOGRAFÍA............................................................................................62
ÍNDICE DE TABLAS
Página
1. Clasificación de algunos de los parámetros del agua residual ...
2. Características físicas, químicas y biológicas del agua residual
y su procedencia..........................................................................
3. Principales elementos que constituyen la célula microbiana ......
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ÍNDICE DE CUADROS
Página
1. DQO en las muestras del reservorio.................................................
2. Resultados de los muestreos para Escherichia coli (UFC/ml).........
3. Resultados de los muestreos para el virus MS-2 (UFP/ml)..............
4. Análisis de varianza para Escherichia coli (Primer
experimento).....................................................................................
5. Análisis de varianza para Escherichia coli (Segundo
experimento).....................................................................................
6. Análisis de varianza para el virus MS-2 (Primer experimento)........
7. Análisis de varianza para el virus MS-2 (Segundo experimento)....
8. Medias obtenidas para los muestreos de Escherichia coli .............
9. Medias obtenidas para los muestreos del virus MS-2 ......................
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ÍNDICE DE FIGURAS
Página
1. Colector de agua residual urbana.. ..................................................
2. Configuración de los humedales......................................................
3. Colector de agua residual de las poblaciones Marte R. Gómez y
Tobarito..........................................................................................
4. Siembra de la muestra para determinar Escherichia coli..................
5. Comportamiento de Escherichia coli durante el experimento...........
6. Porcentaje de remoción de Escherichia coli.....................................
7. Comportamiento del virus MS-2 durante el experimento.................
8. Porcentaje de remoción de MS-2....................................................
9. Comportamiento de Escherichia coli en los dos experimentos.........
10. Comportamiento del virus MS-2 durante los dos experimentos.......
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RESUMEN
Una de las necesidades de los núcleos urbanos es tratar las aguas
residuales generadas. Ciertas ciudades ya cuentan con plantas de tratamiento
para dichas aguas, una de ellas es Cd. Obregón, Sonora.
En el área sub-urbana es poca la atención prestada a estos
tratamientos, sin embargo para el año 2010, no se les permitirá descargar sus
aguas sin ningún tratamiento según la normatividad existente en la actualidad
viii
Este trabajo tiene por objetivo evaluar un sistema de humedales
construidos con el fin de tratar el agua residual de una población semi-urbana;
dicha evaluación solamente consistió en el aspecto microbiológico.
La evaluación del humedal consistió en medir el porcentaje de remoción
de microorganismos, en específico Escherichia coli y el bacteriófago MS-2 ,
tratando agua residual proveniente de las comunidades de Marte R. Gómez y
Tobarito.
La remoción de los microorganismos en estudio fue de 80 % en
promedio para E. coli y 20 % para el virus MS-2, dichos resultados son
favorables y nos indican que los humedales son una buena opción para tratar
el agua residual en nuestra región.
I.- INTRODUCCIÓN
1.1.- Antecedentes.
El aumento de la población lleva consigo la necesidad de cubrir sus
actividades básicas y es así como después de utilizar los elementos necesarios
son generados gran cantidad de residuos sólidos y líquidos, donde la fracción
líquida de los mismos, generalmente conocida como aguas residuales, es
esencialmente el agua que se desprende de la comunidad una vez que ha sido
contaminada durante los diferentes usos para los cuáles ha sido empleada.
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2
Desde el punto de vista de las fuentes de generación, podemos definir al
agua residual como la combinación de los residuos líquidos, o aguas portadoras
de residuos, procedentes de residencias, comercios e industrias
(Tchobanoglous, 1997)
Los objetivos que se tienen al someter un agua residual a un sistema de
tratamiento son la eliminación de la mayor parte de los sólidos, los
microorganismos patógenos y la presencia de algunos compuestos químicos.
El agua residual proveniente de las actividades domésticas, es conocida
como agua residual urbana. Noyola y Monroy (1994) reportan que en México
además del problema del manejo de aguas residuales urbanas generadas por
centros urbanos se ha agravado por el hecho de que solo el 63 % del volumen
clasificado como la que recibe tratamiento, llega a instalaciones donde son
procesadas adecuadamente; el resto, el 37 %, recibe tratamiento incompleto
porque los sistemas no fueron construidos adecuadamente; porque las plantas
tratadoras no reciben el mantenimiento adecuado y en el peor de los casos, se
encuentran abandonadas debido a problemas de insuficiente apoyo económico
ó de orden administrativo.
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De la información anterior se desprende que más del 89 % de las aguas
residuales de origen urbano del país no reciben un tratamiento completo, lo
cual sugiere la necesidad de implementar plantas de tratamiento en
comunidades urbanas, semi-urbanas y/o rurales, que sean procesos
económicos, de bajos costos de operación y mantenimiento.
Dentro de los sistemas de tratamiento de que se dispone en la
actualidad, el de humedales artificiales ha ganado considerable interés en los
últimos años, debido fundamentalmente a la alta remoción de todos los
contaminantes presentes en el agua residual, incluyendo metales tóxicos y
pesados. Estos sistemas contemplan un tratamiento preliminar, consistente en
sedimentación primaria, luego de lo cual las aguas efluentes ingresan a una
laguna de baja profundidad que contiene grava u otros materiales de soporte ,
y en la que se encuentran plantas, donde se realiza la remoción de distintos
tipos de contaminantes.
En otros casos, las aguas pasan por un sector de la misma profundidad,
pero sin grava, en la que se encuentran plantas del tipo flotante y cuya función
consiste en pulir la calidad del efluente ( Tchobanoglous, 1997)
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Los sistemas de humedales artificiales tienen varias ventajas
comparados con los sistemas de tratamiento convencionales y avanzados.
Algunas de ellas son:
Bajo costo de construcción, operación y mantenimiento
Bajo requerimiento de energía
No requieren de personal altamente calificado para su operación
Proporcionan un tratamiento efectivo y confiable
Ambientalmente son aceptables con potencial para la conservación
de la vida silvestre.
Desde el punto de vista de la eficiencia de tratamiento, este proceso
natural ha mostrado un alto grado de remoción de los parámetros
contaminantes, incluidos los bacteriológicos, quedando la calidad del efluente
final dentro de lo estipulado por las Normas Oficiales Mexicanas.
Los Mecanismos de eliminación de bacterias y parásitos (protozoos y
helmintos) comunes a la mayoría de los sistemas de tratamiento natural
incluyen la muerte, retención, sedimentación, atrapamiento, depredación,
radiación, desecación y adsorción. Los virus se eliminan casi exclusivamente
por adsorción.
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Los sistemas de baja carga y de infiltración rápida, que contemplan el
flujo del agua residual a través del terreno, permiten la eliminación completa de
los microorganismos del agua percolada. En los suelos de textura media a fina,
normalmente empleados en los sistemas de regadío, la eliminación total de los
microorganismos presentes se puede conseguir con 1.5 metros de transporte.
En los sistemas de infiltración rápida, son necesarias mayores distancias
de transporte, siendo el recorrido necesario función de la permeabilidad del
suelo y de la carga hidráulica aplicada. Las restantes formas de tratamiento
natural permiten reducir las concentraciones de microorganismos en varios
órdenes de magnitud pero, en general, no consiguen rendimientos de
eliminación suficientes para eliminar la necesidad de desinfección en lugares en
los que los efluentes deban de cumplir con limitaciones relativas al número de
bacterias (Tchobanoglous, 1997)
En resumen, el sistema de humedales, tiene un ambiente adverso a la
mayoría de los patógenos entéricos, las bacterias, virus, parásitos; los
mecanismos más importantes de eliminación son la adsorción y la predación.
En relación al tiempo de retención hidráulica, en los humedales se da
de 4 a 15 días que, comparándolos con las lagunas de estabilización (aerobia:
10-40 días, anaerobia: 20-50 , facultativa 5-30) , presentan una ventaja ya que
se tiene un sistema con un tiempo de tratamiento más rápido.
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1.2.- Planteamiento del problema.
En este trabajo, se evaluó el porcentaje de remoción de microorganismos
en un sistema de humedales artificiales, considerando el flujo superficial
utilizado y la carga orgánica entrante al sistema, con el fin de establecer el
mejor tiempo de retención hidráulica con la mayor eficiencia del sistema.
Los resultados obtenidos servirán para ser considerados al momento de
implementar un sistema de esta naturaleza para tratar aguas residuales de
pequeñas comunidades, donde por lo limitado de los recursos económicos, se
hace imposible utilizar sistemas de tratamiento convencionales o avanzados
para reducir la carga microbiana que puede ocasionar graves problemas a la
salud del hombre y los animales.
Para este estudio, se tomaron como microorganismos indicadores: las
bacterias coliformes y el bacteriófago MS-2, los que se evaluaron a través de
un monitoreo programado y de las pruebas de laboratorio correspondientes .
El sistema de humedales recibió las aguas residuales que aporta la
población Marte R. Gómez, localizada en la esquina de la calle Fresno y 800
del Valle del Yaqui a 16 Kilómetros al sur de Ciudad Obregón, Sonora.
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El modelo de este proyecto consistió de un sistema de tres arreglos
idénticos formados, en primer lugar, por un humedal de flujo superficial, seguido
de dos humedales, en serie, de flujo subsuperficial.; los que tienen iguales
dimensiones. La vegetación del sistema está integrada por tule silvestre y
como soporte se utilizó grava.
I.3.- Justificación.
Dentro de los parámetros de interés de los sistemas biológicos de
tratamiento del agua residual, el concerniente al aspecto microbiológico es de
vital importancia ya que los microorganismos patógenos presentes son
contaminantes que se desean remover en su totalidad en cualquier sistema de
tratamiento, debido a el riesgo que significan a la salud humana.
Con esta investigación se va a determinar la eficiencia de tratamiento de
organismos patógenos en un sistema de humedales, con base en la carga de
materia orgánica aplicada y del flujo suministrado al sistema, para tener
información disponible al momento de querer utilizar estos sistemas a mayor
escala en nuestra región y para establecer las condiciones de operación en las
que se tenga el mejor funcionamiento y la mejor calidad en el efluente .
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La utilización de microorganismos emergentes, como indicadores de la
eficiencia de un proceso de tratamiento de aguas residuales, se debe a que
estos soportan las condiciones normales de algunos tratamientos y se
mantienen aún en el efluente de la planta de tratamiento, además de que
generalmente son organismos patógenos que pueden causar enfermedades en
el ser humano, por lo que se hace necesario revisar si estos microorganismos
se encuentran en el agua residual.
Por otra parte, debido a que dentro de la Normatividad Oficial Mexicana
no se considera el analizar la presencia de estos microorganismos emergentes,
se hace necesario establecer estudios que los abarquen y considerar su
inclusión dentro de las Normas Oficiales Mexicanas.
1.4.- Objetivo.
Evaluar un sistema de humedales en cuanto a la remoción de Microorganismos
patógenos.
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9
.
II. REVISIÓN DE LITERATURA
2.1. Aguas residuales
2.1.1. Definición
Se define como aguas residuales aquellas de composición variada
provenientes de las descargas de usos municipales, industriales, comerciales,
de servicios, agrícolas, pecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos y
en general de cualquier otro uso, así como la mezcla de ellas (NOM-001-ECOL-
1996).
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2.1.2. Clasificación de las aguas residuales por su origen
Las aguas residuales dependiendo de su origen se clasifican en urbanas,
agrícolas o industriales (Quintero,1981). El diferente contenido físico, químico y
microbiológico del agua proporciona una herramienta para la identificación de
la procedencia del agua (tabla 1).
Las aguas residuales urbanas (Figura 1) no son tan complejas como las
industriales y sus principales características son: se presentan en grandes
volúmenes, con alto contenido de materia orgánica, alto contenido de
microorganismos patógenos, con poca variación en su composición y con
variación horaria.
Figura 1.- Colector de agua residual urbana.
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Tabla 1. Clasificación de algunos de los parámetros del agua residual.
Clase Parámetro
Físico Sólidos totales
Sólidos totales en suspensión
Temperatura
PH
Color
Olor
Químico Carbohidratos
Proteínas
Lípidos
Grasas, aceite
DBO5,DQO,COT,DTO
Alcalinidad
Arenas
Metales pesados
N,P
Cloruros
Azufre
Ácido sulfhídrico
Gases
Microbiológicos Bacterias
Algas
Protozoos
Virus
Fuente: Metcalf (1991).
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Las aguas residuales industriales se presentan en grandes volúmenes,
con gran variación en su composición, con descarga continua o periódica.
Las aguas residuales agrícolas ocurren de acuerdo a la precipitación,
técnica de riego agrícola, permeabilidad del suelo, componentes del suelo,
fertilización y aplicación de plaguicidas (López Mercado, 1985).
Las aguas residuales son materiales derivados de residuos domésticos o
de procesos industriales, los cuáles, por razones de salud pública y por
consideraciones de recreación económica y estéticas, no pueden desecharse
sencillamente vertiéndolas sin tratamiento en lagos o corrientes convencionales.
Más bien, los materiales indeseables y tóxicos en el agua deben de ser tratados
para hacerlos inocuos. Materiales inorgánicos como la arcilla, sedimentos y
otros residuos se pueden eliminar por métodos mecánicos y químicos, sin
embargo, si el material que debe de ser eliminado es de naturaleza orgánica, es
mas recomendable la utilización de tratamientos biológicos.
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2.1.3. Características físicas, químicas y biológicas de las aguas
residuales.
La caracterización del agua residual es una necesidad para poder definir
su manejo, tratamiento, la descarga a los cuerpos de agua o establecer el reuso
de la misma.
Las propiedades físicas y los constituyentes químicos y biológicos de las
aguas residuales se encuentran, además de su procedencia en la tabla 2.
2.1.3.1. Características de los componentes orgánicos.
Los componentes orgánicos de las aguas residuales comprenden un
gran número de compuestos que tienen en común la posesión de cuando
menos un átomo de carbono.
La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) de 5 días y a 20 oC, mide una
propiedad en común: la combinación de oxígeno para la generación de energía
para funciones vitales de los microorganismos. Así, midiendo la cantidad de
oxígeno consumido, se obtiene la estimación de la materia orgánica presente
(Romero, 1985).
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La DQO de un desecho es, en general, mayor que la DBO porque son
más los compuestos que pueden ser oxidados químicamente que en forma
biológica, para muchas aguas residuales es posible correlacionar DQO con
DBO; esto puede ser muy práctico porque la DQO se puede determinar en tres
horas, comparado con los cinco días de la DBO. Una vez establecida la
correlación, las mediciones de DQO pueden ser usadas con ventaja para el
control y operación de plantas de tratamiento (Metcalf , 1991).
2.1.3.2. Características de los componentes inorgánicos.
Los diversos compuestos inorgánicos de las aguas residuales y aguas
naturales son importantes en el establecimiento y control de la calidad del agua
(Metcalf,1991).
El nitrógeno total presente en el agua comprende al nitrógeno orgánico,
amoniacal, nitratos y nitritos (Horan, 1990)
Las formas usuales de fósforo en soluciones acuosas incluyen los
ortofosfatos, polifosfatos y fosfatos orgánicos.
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La determinación de los contaminantes tóxicos tales como pesticidas,
insecticidas y metales pesados que son comúnmente utilizados en agricultura e
industria, puede variar mucho. También se recurre a bioensayos con
organismos como peces u otros organismos sensibles capaces de ayudar en el
establecimiento de la dosis letal media (LD50).
2.1.3.3. Características de los componentes microbianos.
En las aguas residuales se puede encontrar una gran variedad de
organismos patógenos (bacterias, virus, hongos y nematodos) cuyos orígenes
son muy diversos. El objetivo es detectar la presencia de organismos patógenos
que podrían constituir un peligro para la salud humana a través del contacto con
el agua contaminada. Por la misma razón, fundamentalmente se recurre al uso
de microorganismos o bacterias indicadoras, estos necesariamente, no causan
enfermedad, sin embargo, su presencia índica que es posible la existencia de
microorganismos patógenos (Horan,1990).
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Tabla 2. Características físicas, químicas y biológicas del agua residual y su
procedencia.
Fuente: Metcalf, (1991).
Características Procedencia
Propiedades físicas
Color Aguas residuales domésticas, industriales y desintegración
de materia orgánica.
Olor Agua residual en descomposición, vertidos industriales.
Sólidos Agua de suministro, agua residual doméstica, industrial,
infiltración y conexiones incontroladas.
Temperatura Aguas residuales industriales y domésticas.
Constituyentes químicos
Orgánicos:
Carbohidratos, grasas animales, aceite y proteínas. Aguas residuales domésticas, comerciales e industriales.
Pesticidas Residuos agrícolas
Fenoles, agentes tensoactivos Vertidos industriales y aguas residuales domésticas.
Constituyentes químicos
Inorgánicos:
Alcalinidad Aguas residuales domésticas, infiltración del agua
subterránea, aguas de suministro.
Cloruros Aguas de suministro, aguas residuales domésticas,
infiltración de agua subterránea, ablandadores de agua.
Metales pesados Vertidos industriales
Nitrógeno Aguas residuales domésticas, residuos agrícolas.
PH Vertidos industriales
Fósforo Aguas residuales domésticas, industriales y agrícolas.
Azufre Aguas de suministro, residuales domésticas e industriales.
Compuestos tóxicos gases:
Ácido sulfhídrico Descomposición de aguas residuales domésticas.
Metano Descomposición de aguas residuales domésticas.
Oxígeno Aguas de suministro, infiltración del agua superficial.
Constituyentes biológicos:
Animales Cursos de agua y plantas de tratamiento.
Plantas Cursos de agua y plantas de tratamiento.
Protistas Aguas residuales domésticas y plantas de tratamiento.
Virus Aguas residuales domésticas.
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2.2. Tratamiento de aguas residuales.
2.2.1. Generalidades.
Se denomina tratamiento de aguas residuales al conjunto de operaciones
y procesos ideados a principio de siglo cuya característica fundamental es
acelerar, en varios ordenes de magnitud los procesos naturales para eliminar
los contaminantes del agua (López, 1985).
La utilización de tratamiento para aguas residuales, por pequeña que sea
la cantidad con lleva tres beneficios inmediatos:
a) Satisfacer con mayor facilidad la demanda de agua de primer uso puesto
que, en general, el reuso disminuye la demanda.
b) Disminuir la cantidad de desechos vertidos al agua y, en consecuencia, abatir
un poco los niveles de contaminación en los cuerpos receptores.
c) Reducir si no es posible eliminar, los daños ecológicos que se originan en las
regiones en donde se toma el agua para satisfacer las necesidades de lugares
muchas veces distantes.
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2.2.2. Tipos de tratamiento del agua residual.
Son muchos los métodos y equipos utilizados para el tratamiento de los
efluentes líquidos. Un sistema completo de tratamiento puede incluir de forma
general los siguientes procesos: tratamiento primario, tratamiento secundario y
tratamiento terciario, los cuales pueden ser aplicados independientemente
aunque siempre de manera secuencial y acorde con la finalidad que se persiga,
aumentando su costo de manera proporcional al grado de descontaminación
que se desee alcanzar (Pompa,1993).
2.2.2.1. Tratamiento primario.
Consiste en la separación de sólidos suspendidos más pesados que el
agua. Se realiza en tanques circulares o rectangulares y existen cuatro formas
de hacerlo: por sedimentación, por coagulación, por floculación y por
precipitación química (Quintero, 1981).
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2.2.2.2. Tratamiento secundario.
Tiene como objeto fundamental eliminar la materia orgánica disuelta en
el agua; utilizando métodos químicos o biológicos. La precipitación química se
hace con polielectrolitos, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3, que forman un lodo que
sedimenta; tiene buenos resultados pero es costoso.
La oxidación biológica es sin duda el método preferido; consiste en la
oxidación de la materia orgánica por medio de microorganismos en condiciones
aeróbicas, anaeróbicas o facultativas. Existen tres métodos para efectuar la
oxidación biológica: por lagunas de oxidación, estabilización, filtros biológicos y
lodos activados.
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2.2.2.3. Tratamiento terciario.
Pueden ser procesos biológicos o fisicoquímicos, siendo los objetivos del
proceso biológico la remoción de material nitrogenado disuelto en el agua
residual (nitratos, nitritos o amoniaco), fósforo y algunos metales
bioacumulables. Dentro de los fisicoquímicos se les utiliza para remover
sustancias que dan color, metales pesados, sólidos suspendidos y desinfección
del agua tratada.
2.3 . Microbiología de las aguas residuales.
En general la ecología microbiana de los sistemas de tratamiento de
aguas residuales es compleja. Por consecuencia tiene una amplia variedad de
especies e incorpora varios ciclos nutricionales completos (Lares, 1994).
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2.3.1. Géneros de microorganismos en el agua residual.
Los mecanismos de remoción de contaminantes están a cargo bacterias
autótrofas y heterótrofas, las cuales oxidan la materia orgánica; a su vez los
productos de esta degradación son utilizados por algas. Los géneros de
bacterias que predominan son Pseudomonas, Bacillus, Brucella,
Mycobacterium, Salmonella, Alcalígenes y Achromobacter, los tipos de algas
más comunes son las verdes: Chlorella, Chlamydomonas, Euglena; algas
bentónicas: Phormidium; Diatomeas: Nitzchia y algas azul verdes o
cianobacterias: Oscillatoria y Anabena.
Los nemátodos presentes en el agua residual de importancia sanitaria:
son Ascaris spp., Enterobius spp. (Metcalf , 1991)
También existen protozoarios cuya presencia puede tomarse como
indicadores de la eficiencia del tratamiento aerobio ya que son organismos que
se presentan cuando los niveles de oxígeno son adecuados. Entre los
protozoarios se encuentran flagelados y ciliados fijos. Se han localizado
crustáceos microscópicos (Daphnia y Cyclops) que se alimentan de algas y
bacterias, por lo que cultivados en el último de los tanques del tratamiento
contribuyen a reducir la proporción de algas del efluente (López ,1985).
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En cuanto a virus, es posible encontrarlos excretados por los humanos,
los cuales son un peligro para la salud, entre ellos el virus del hepatitis y la
poliomielitis
2.3.2.- Caracterización de los componentes microbianos.
En las aguas residuales se puede encontrar una gran variedad de
organismos patógenos (bacterias, hongos, virus y nematodos, entre otros)
cuyos orígenes son muy diversos: excretas humanas de individuos infectados,
descargas provenientes de plantas donde se procesa materia animal, agua de
riego en tierras con pastoreo, etc. son fuente constante de patógenos. Para
identificar todas las especies se necesitaría un extremado consumo de tiempo y
proveería escasa información para usos de ingeniería. El objetivo principal de
estos estudios es detectar la presencia de organismos patógenos que podrían
constituir un peligro para la salud humana a través del contacto con el agua
contaminada. Por la misma razón, fundamentalmente se recurre al uso de
microorganismos o bacterias indicadoras, estos necesariamente, no causan
enfermedad, sin embargo, su presencia indica que es posible la existencia de
microorganismos patógenos (Horan, 1990)
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El término “organismo indicador” como se usa en la microbiología del
agua, significa: un microorganismo cuya presencia es evidencia de que la
contaminación del agua ( asociada con contaminación fecal de humanos u otros
animales de sangre caliente).
Existen tres indicadores comúnmente usados: el grupo coliforme,
Streptococcus faecalis y Clostridium perfringes (Yánez, 1993). El grupo
coliforme es el que ofrece mayores ventajas como organismo indicador, por ser
el grupo más numeroso y fácil de determinar.
El uso de la prueba de coliformes fecales es una herramienta más
valiosa que la de coliformes totales, para la evaluación de la calidad
bacteriológica de aguas contaminadas, puesto que excluye la presencia de
organismos no fecales que pueden estar sujetos a reproducción posterior.
(Yánez, 1993)
Debido a que las aguas residuales urbanas llevan alto contenido de
materia fecal, en la que se encuentran ciertas bacterias, particularmente
Escherichia coli, y varios microorganismos similares, denominados coliformes,
como por ejemplo, Streptococus faecalis y Clostridium perfringes, la presencia
de cualquiera de estos organismos indicará la posible presencia de otros
microorganismos patógenos.
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24
Debido a que los exámenes de laboratorio para encontrar
microorganismos patógenos en el agua presentan una serie de desventajas, se
ha utilizado el grupo coliforme como indicador sanitario, este grupo presenta
algunas ventajas al momento de ser analizado en pruebas de laboratorio:
Los microorganismos coliformes, sobre todo E. coli habitan
constantemente en el intestino humano en grandes cantidades. Se estima
que una persona, en promedio, excreta al día miles de millones de estos
microorganismos.
Estos microorganismos viven más tiempo en el agua que los patógenos
Obviamente, una persona sana no elimina microorganismos patógenos,
pero puede desarrollársele una infección intestinal y esos microorganismos
aparecerán en las materias fecales.
El grupo coliforme comprende todos los bacilos aerobios y anaerobios
facultativos, gramnegativos, no esporulados que producen ácido y gas al
fermentar la lactosa, las especies clásicas de este grupo son Escherichia coli y
Enterobacter aerogenes.
Los organismos patógenos para el hombre que se transmiten por el agua
incluyen bacterias, virus y protozoarios. Los organismos transmitidos por el
agua se desarrollan en el intestino y abandonan el organismo en las heces.
Entonces la contaminación fecal de los suministros de agua pueden ocurrir, y si
ésta no es tratada adecuadamente, los patógenos entran a un nuevo huésped.
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25
Probablemente las bacterias patógenas más importantes transmitidas por
el agua son Salmonella typhi, el organismo causante de la fiebre tifoidea y
Vibrio cholerae, que ocasiona el cólera. aunque el agente causal de la fiebre
tifoidea también se puede transmitir por los alimentos contaminados y por
contacto directo de personas infectadas, el medio más común y más serio de
transmisión es el agua.
Los enterovirus se pueden replicar en el tracto intestinal y pueden ser
diseminados por las heces. Estos se han dividido en grupos basados en
diferencias morfológicas, físicas, químicas y antigénicas. Un individuo puede
excretar alrededor de 1010 virus por gramo de heces y puede continuar en las
aguas residuales por más de 50 días.
El agua residual cruda de entrada a las plantas de tratamiento contienen
un significativo número de virus patógenos. Una estimación de los virus
entéricos puede exceder de 7000/l del agua residual estos en los Estados
Unidos. Desafortunadamente, los virus pueden encontrarse concentrados en los
lodos de las plantas, lo que es más, el tratamiento de los lodos de aguas
residuales puede ser no efectivo para reducir el número de virus infecciosos.
Soares (1990) fundamenta que la reducción viral en una digestión anaerobia de
los lodos puede ir desde el 50 % hasta como un máximo 99.9 %, con una alta
variación dependiendo del tratamiento.
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26
En adición la concentración de virus vivos en el digestor puede ser mayor
de 1000 virus/l si el tratamiento tiene una eficiencia constante de 99 %. En
Florida USA, Wellings (1976) reporta como concentración de 24 unidades
formadoras de colonias de virus/250 gramos de lodos.
Mas de lo conocido de los virus en el agua residual se ha asociado con
gastroenteritis. Excepciones son los virus que son asociados con una variedad
de enfermedades y adenovirus, que pueden causar enfermedades en los ojos y
en las vías respiratorias. Los enterovirus, por su parte, son asociados con
algunas enfermedades más serias como hepatitis, meningitis, miocarditis y
parálisis.
Los más comunes virus entéricos estudiados en el agua residual y en el
lodo incluyen a los poliovirus, Coxsackie A y B, Echovirus y otros tipos de
enterovirus recientemente clasificados. Sin embargo, algunas de las infecciones
por enterovirus como las causadas por el poliovirus pueden ser asintomáticas,
las infecciones sintomáticas pueden ser superiores al 95 % al comienzo de
la de la hepatitis.
Mucha de la información avala la remoción de los enterovirus por
tratamiento de aguas residuales y muchos de los estudios se han realizado
debido a su ocurrencia en el lodo.
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27
Los rotavirus son ahora reconocidos como la mayor causa de la
gastroenteritis de niños, la que después de un tiempo resulta en deshidratación
en infantes y adultos. Algunas fuentes de agua han sido documentadas como
contaminadas y estos virus aislados de los lodos de aguas residuales.
Astrovirus, Calicivirus, Coronavirus y otros agentes severos han sido
asociados con una gastroenteritis humana, pero hay poca información sobre el
tema.
Los adenovirus causan infecciones respiratorias, infecciones en los ojos,
sin embargo algunos tipos nuevos (severos) han sido asociados con
gastroenteritis primaria.
Los virus transmitidos por el agua incluyen el virus de la polio y otros del
grupo de los enterovirus, así como el que causa la hepatitis. Los poliovirus
tienen varios modos de transmisión y la vía del agua puede ser un factor
importante en algunas áreas.
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28
Debido a que los virus son acelulares, son más estables en el ambiente y
no mueren tan fácilmente como las bacterias. Sin embargo, los poliovirus y el
virus de la hepatitis infecciosa se eliminan del agua por las prácticas de
tratamiento apropiadas y el mantenimiento de 0.6 ppm de cloro libre en el
suministro de agua, lo que, por lo general, garantiza su seguridad.
2.3.3. Metabolismo microbiano.
Los mecanismos de degradación de la materia orgánica presente en el
agua residual se da a través de la oxidación que realizan las bacterias
autótrofas presentes, utilizando el oxígeno que producen la microalgas
mediante la fotosíntesis.
En general la descomposición aeróbica de materia orgánica se lleva a
cabo por reacciones oxidativas de materiales tales como carbohidratos,
proteínas y compuestos orgánicos azufrados o fosfatados hasta productos
inorgánicos estables como: CO2,NH3, NO3, NO2, S04 y PO4 inorgánicos,
mediante una secuencia ordenada de reacciones enzimáticas que comprende,
en primer lugar, la hidrólisis de moléculas grandes de (polisacáridos, proteínas,
lípidos, etc.) a unidades más simples (azúcares, aminoácidos, ácidos grasos),
los cuales pueden pasar fácilmente a través de las membranas celulares de los
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29
microorganismos para ser metabolizadas. La continuación del proceso
metabólico consiste en la transformación de tales productos en intermediarios
de las rutas metabólicas que conducen a la degradación total( ácido pirúvico,
acetil CoA, ácido acetoglutárico, etc.). Finalmente la incorporación de tales
sustancias al ciclo de Krebs da lugar a la transformación total de tales
compuestos orgánicos en CO2, H2O y energía (López , 1985).
La descripción cuantitativa de la descomposición de la materia orgánica
por parte de las bacterias y el aprovechamiento por las algas se expresa a
continuación mediante la siguiente ecuación (Yánez, 1993).
CaHbNcOdPe+ (a+b/4-d/2+3c/2+2e)O2= aCO2+b/2H2O+cNO3+ePO4
Las algas utilizan el dióxido de carbono y otros nutrientes y con ayuda de
la luz producen material celular y el oxígeno requerido por las bacterias, de
acuerdo con la siguiente relación (Yánez,1993).
106CO2+ 90H2O+ 16NO3+ PO4= C106 H180 045 N16+154 ½ O2
Los mecanismos descritos anteriormente van a repercutir en las
variaciones de los niveles de oxígeno y en el pH.
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30
Las variaciones de pH se deben principalmente a la actividad
fotosintética, se han encontrado cambios llegando a valores tan altos como 10 y
11, especialmente cerca de la superficie donde las concentraciones de algas y
oxígeno son mayores, el dióxido de carbono producido por las bacterias no
satisface a las necesidades de las algas durante el día, por lo que las algas
extraen el dióxido de carbono de los bicarbonatos y carbonatos, ocasionando
incremento en el pH (Yánez, 1993).
2.3.3.1. Necesidades nutritivas de los microorganismos.
El microorganismo requiere para su crecimiento de una fuente de energía
y de fuente de nitrógeno, fósforo y minerales traza. En la mayoría de las
fermentaciones industriales la fuente de energía y materia es la misma, pero es
necesario que contenga todos los elementos constitutivos de la masa celular en
las proporciones requeridas por la composición interna del organismo, Tabla 3.
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31
Tabla 3.Principales elementos que constituyen la célula microbiana.
Elemento Compuesto orgánico %Peso
seco
H Compuesto orgánico y agua 8
O Compuesto orgánico y agua 20
C Compuesto orgánico 50
N Proteína, ácido nucleico y coenzimas 14
S Proteínas y algunas coenzimas 1
P Ácidos nucleícos, fosfolípidos y
coenzimas
3
Mg Cofactor de las reacciones enzimáticas 0.5
Mn Cofactor de algunas enzimas 0.1
Ca Cofactor de enzimas 0.5
Fe Citocromos, proteínas, cofactor
enzimas
0.2
Co Vitamina B12 0.3
Zn Ciertas enzimas
Cu Ciertas enzimas
Mo Ciertas enzimas
Fuente: Quintero (1981).
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32
Para el crecimiento óptimo de los microorganismos se debe tener en el
medio nutrientes que aporten carbono, nitrógeno y fósforo en las cantidades
adecuadas, incluyendo varios micronutrientes (cobalto, molibdeno, manganeso,
etc) y vitaminas (B12, B1, etc) (Tchnobanoglous, 1997).
A) Necesidades de fuentes nitrogenadas.
El nitrógeno constituye de 10 a 15 % del peso de las células en base
seca; pocas bacterias utilizan el nitrógeno libre o de compuestos minerales
simples, como los nitritos o nitratos que son reducidos a amoniaco. Este
compuesto puede ser proporcionado por los aminoácidos y los péptidos; en
algunos casos, ciertos microorganismos degradan las proteínas naturales,
como por ejemplo, la gelatina.
B) Necesidades de fuentes minerales.
Los minerales son necesarios en muy bajas concentraciones (mg/l de
medio de cultivo). Entre ellos se tiene a los iones: sodio, potasio, calcio,
magnesio, hierro, cloruro, cobre, zinc, cobalto y manganeso, los cuales son
necesarios para la constitución de enzimas, la activación de algunas reacciones
enzimáticas y la constitución de vitaminas, pigmentos, toxinas y antibióticos. Es
importante el papel del calcio en la termo-resistencia de las esporas
bacterianas.
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33
C) Necesidades de fuentes de carbono.
Este elemento es esencial ya que representa de 45 a 50 % del peso
celular en base seca y se debe proporcionar en abundancia. Las fuentes de
carbono son diversas y se pueden distinguir dos grandes categorías de
microorganismos en base a la forma en que lo obtienen.
Los autótrofos son capaces de utilizar el carbono a partir de compuestos
más sencillos, no orgánicos, del bióxido de carbono o los carbonatos. Estas
bacterias poseen un poder de síntesis muy elevado, pudiendo elaborar
compuestos orgánicos bacterianos complejos a partir de elementos minerales
simples del medio.
Los heterótrofos son microorganismos que requieren de compuestos
orgánicos que sirven como fuentes energéticas, entre los que se encuentran:
los carbohidratos simples como las pentosas y hexosas; los polisacáridos
complejos como el almidón y la celulosa; también puede usarse sustancias
hidrocarbonadas como ácidos orgánicos, lípidos y alcoholes.
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34
2.4.- Humedales.
La tecnología de los humedales tuvo su origen en Alemania a partir de un
trabajo a nivel laboratorio del profesor Kickuth de la Universidad de Kassel, en
los años 60 y a partir de entonces se ha logrado un gran desarrollo y
expansión. En la actualidad es muy utilizada en los países del este de Europa,
Asia y en Centro y Sud América y especialmente en los últimos 20 años en
Norteamérica, Estados Unidos y Canadá donde se les ha considerado como
una tecnología alternativa e innovadora con los suficientes fundamentos
teóricos para ser una opción atractiva de tratamiento ( Sather,1989)
Hammer y Bastian (1989) definen los humedales como un área inundada
o saturada de agua subterránea suficiente para soportar distintos tipos de
vegetación y de vida acuática normal o adaptada a este tipo de terrenos en los
que mediante la integración de plantas, animales, microorganismos y factores
ambientales como la luz solar, aire y suelo, se logra mejorar la calidad del agua.
Históricamente muchas culturas se han desarrollado a las orillas de estos
ecosistemas que son considerados como importantes sumideros para
nutrientes en los que se desarrollan una gran variedad de especies; plantas,
peces, pájaros, etc., que además ofrecen un agradable aspecto al observador
(Brix,1993)
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35
En esencia, los humedales artificiales son sistemas de tratamiento de
aguas residuales en los que se simulan los procesos de autopurificación que
ocurren en la naturaleza y que logran reducir eficazmente la diversidad de
contaminantes presentes en los diferentes tipos de aguas residuales; pueden
establecerse en lugares donde anteriormente existía un sistema natural, o bien
en un sitio donde por su ubicación se facilite su implementación (Hammer y
Bastian,1989)
Un humedal artificial o construido consiste básicamente de una o varias
celdas excavadas en el terreno en las cuales se introduce suelo o bien otro tipo
de material el cual puede servir de soporte o sustrato de uno o varios tipos de
plantas acuáticas, a través del cual se hace fluir agua residual cruda, tratada,
urbana, agrícola, industrial o pluvial para que sea depurada mediante diversos
mecanismos de tipo físico- químico y biológico.
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36
III. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. Ubicación del Experimento.
Dentro de la Dirección de Investigación y Estudios de Postgrado, del
Instituto Tecnológico de Sonora (ITSON) en la actualidad se realizan algunas
investigaciones con el fin de contar con alternativas para disminuir la
contaminación ambiental; dentro de estas alternativas se encuentran las
relacionadas con el tratamiento para el agua residual.
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37
En particular y como parte del tratamiento biológico de aguas
residuales, se tiene implementado un sistema de humedales artificiales de
una superficie aproximada de 285 M2, el cual se ubica en el campo
experimental del ITSON-DIEP, localizado en la manzana 910, lote 19 y 20 del
Valle del Yaqui a 16 Kilómetros al sur de Ciudad Obregón, Sonora.
3.2.- Descripción del modelo.
La etapa de estudio abarcó los meses de Junio a Julio de 2001,
realizándose tres muestreos en cada semana a partir del mes de Junio.
El modelo de este proyecto consiste de un sistema de tres arreglos
idénticos formados, en primer lugar, por un humedal de flujo superficial, seguido
de dos humedales en serie de flujo subsuperficial. La vegetación que lo
constituye está integrada por tule silvestre ( Typha spp.)
Para este estudio, los Humedales fueron nombrados de acuerdo al flujo
que tenían (figura 2 ):
Humedal 1: 1 l/min
Humedal 2: 1.5 l/min
Humedal 3: 3.0 l/min
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38
Humedal 3 Humedal 1 Humedal 2
RESERVORIO
Figura 2. Configuración de los Humedales.
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39
3.3.- Muestreo
Durante el desarrollo del experimento se realizaron nueve experimentos
en los cuáles se varió el contenido de materia orgánica que entraba al sistema
con el objetivo de tener una concentración distinta de microorganismos en cada
etapa, para esto en los tres primeros experimentos se suministró al sistema
agua residual urbana de la población de Marte R. Gómez y Tobarito (Figura 3) y
en los restantes se mezcló con agua residual de una granja porcicola ubicada a
un costado del sistema de humedales; la proporción usada era de 1:1 y 1:2, de
agua residual urbana con agua residual de la granja porcicola. Cada uno de
estos nueve experimentos se realizó en un tiempo de tres semanas.
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40
Figura 3. Colector de agua residual urbana de las poblaciones Marte R.
Gómez y Tobarito.
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41
3.4.- Análisis
Dentro de los parámetros más importantes que sirven para evaluar el
desempeño de estos sistemas, se encuentra la carga microbiana, es por ello
que con este trabajo se determinó la eficiencia de remoción de
microorganismos emergentes , a través de las determinaciones que a
continuación se describen, todas ellas aprobadas por la Environmental
Protection Agency, EPA, de los Estados Unidos de Norteamérica.
.
3.4.1.- Técnicas analíticas
Se presentan a continuación las técnicas utilizadas para determinar
algunos microorganismos emergente, aprobadas por la Environmental
Protection Agency de los Estados Unidos de Norteamérica.
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42
3.4.1.1.- Determinación de Escherichia coli.
1. Se preparó el medio MFC, según instructivo
2. Se realizaron dos diluciones de la muestra ( utilizando TRIS estéril o
agua destilada estéril)
3. De las diluciones realizadas se tomó 0.1 ml y se sembró en el
medio, en la caja de Petri, por dispersión con varilla de vidrio, como
se aprecia en la figura 4.
4. Se realizó la Incubación a una temperatura entre 44-45 ºC
5. Se realizó la cuantificación a las 24 y a las 48 horas, considerando
para ello que las colonias de E. coli dan una coloración azul fuerte.
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43
Figura 4.- Siembra de la muestra para determinar Escherichia coli.
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44
3.4.1. 2.- Determinación del bacteriófago MS-2.
1. Se hizo crecer a E. coli en medio TSB para que la bacteria estuviera
fresca y en la fase de crecimiento logarítmico.
2. Los tubos de TSB con agar (al 1.0 %) se fundieron en baño maría.
entre 44 y 50 ºC
3. Se realizaron diluciones de las muestras
4. Se colocaron los tubos en baño maría.
5. Se adicionaron a cada tubo con agar, 0.1 ml de las diluciones entre 0.5 a
1.0 ml de la bacteria E. coli (fresca y en fase logarítmica), se
homogenizó el tubo mediante agitación y se vació su contenido en cajas
de TSA, teniendo cuidado de distribuir homogéneamente, por medio de
oscilación de la caja.
6. Se incubó a 37 ºC
7. La identificación del MS-2 se hizo por observación de halos
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45
3.5. Diseño experimental.
Se manejo un diseño experimental en bloques al azar, manejando dos
experimentos:
1. En el primer experimento se utilizó agua residual urbana proveniente de
la población de Marte R. Gómez y Tobarito, esta parte abarcó tres
repeticiones.
2. En el segundo experimento se utilizó una mezcla de agua residual
urbana con agua residual de una granja porcicola (ubicada al costado del
sistema de humedales), en proporción de 1:1 y 1: 2, realizándose en esta
parte seis repeticiones.
En el desarrollo de este experimento se involucraron dos tipos de
variables: dos independientes y una dependiente. Las variables independientes
que no se encontraban influidas por alguna otra fueron la carga hidráulica
superficial y la carga orgánica superficial; a su vez, estas dos variables afectan
directamente y modifican el porcentaje de remoción de microorganismos
patógenos dentro del sistema.
La carga hidráulica superficial está expresada como la relación del flujo
volumétrico con respecto a la superficie del humedal y la carga orgánica
superficial es el flujo másico de materia orgánica y nutrientes entrando al
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46
humedal. Al aumentar la carga hidráulica superficial se aumenta la cantidad de
agua que entra al sistema y por consiguiente la materia orgánica presente, por
lo que la cantidad de microorganismos aumenta. Lo mismo sucede con la carga
orgánica superficial aumentando la cantidad de materia orgánica se aumenta la
cantidad de microorganismos en el sistema de tratamiento. Por su parte la
variable dependiente fue el porcentaje de remoción.
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47
IV.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para el primer experimento (numerados como muestras 1,2,3) , se utilizó
agua residual urbana con tres repeticiones, mientras que para el segundo
experimento (numerados como muestras 4,5,6,7,8,9) se utilizó una mezcla de
agua residual urbana con agua residual porcícola (Cuadro1), este último con
seis repeticiones, los resultados se comentan a continuación.
Para el análisis de medias se utilizaron datos modificados, usándose en
este caso la raíz cuadrada del dato correspondiente.
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48
Cuadro 1.- DQO en las muestras del reservorio.
Primer Experimento
Segundo Experimento
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Reservorio 290 140 180 240 215 245 237 273 290
4.1.- Escherichia coli.
Los resultados de Escherichia coli, se muestran en el cuadro 2 y las
figuras 5 y 6
Cuadro 2.- Resultados de los muestreos para Escherichia coli (UFC/ml).
Primer
Experimento
Segundo
Experimento
Muestra 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Reservorio 52000 119500 96500 128500 22250 15900 11350 5150 20200
Humedal 1 1570 8900 25050 42050 3940 3275 1655 1100 1975
Humedal 2 6540 19300 38750 46150 2345 1565 2130 1690 1160
Humedal 3 6080 11850 27400 3770 1710 1590 1670 2100 650
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49
0
50000
100000
150000
200000
250000
UFC/ml
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Número de muestreo
Figura 5.- Comportamiento de Escherichia colidurante el Experimento.
ReservorioHumedal 1Humedal 2Humedal 3
0102030405060708090
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Número de muestreo
Figura 6.- Porcentaje de remoción de Escherichia coli.
Humedal 1
Humedal 2
Humedal 3
% de Remoción
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50
Los datos presentados en el Cuadro 2 se grafican y se presentan en la
Figura 5 la que muestra el comportamiento de remoción de los humedales en
cuanto al microorganismo E. coli, en dicha gráfica se observa de manera
general que el efluente del sistema presenta una menor cantidad de
microorganismos que el influente.
Con el fin de comparar los diferentes humedales se obtuvieron los
porcentajes de remoción. Para E. coli microorganismo utilizado como referencia
se obtuvo que el porcentaje de remoción fue de: 83% para el humedal
numerado como 1, para el número 2 fue de 80 % y para el número 3 de 83 %,
como se puede apreciar el porcentaje de remoción se encuentra alrededor del
80 %, estos resultados nos indican también que este sistema de humedales
tiene la capacidad de remover este tipo de microorganismos, esto se observa
en la Figura 6.
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51
4.2.- Bacteriófago MS-2.
Para el virus entérico MS-2, los resultados se plasman en el cuadro 3,
se puede observar que graficando estos datos (Figura 7) existe remoción de
este tipo de virus.
Cuadro 3.- Resultados de los muestreos para el virus MS-2 (UFP/ml)
Primer
Experimento
Segundo
Experimento
Muestra 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Reservorio 1595 2015 1130 1700 1550 780 3035 5550 3000
Humedal 1 1025 680 1575 1455 610 675 2285 2210 2150
Humedal 2 1050 820 635 1315 745 1120 2950 2960 2475
Humedal 3 1165 1085 1600 1445 1845 485 2555 1900 2125
Al graficar el porcentaje de remoción de los tres humedales se encontró
que el humedal 1 removía el 29 %, humedal 2 tenía un 31 % de remoción y el
humedal 3 con un 20 %, tomando en cuenta que el humedal 3 tenía un
suministro de carga mayor que los otros dos.
El comportamiento del porcentaje de remoción se puede observar en la
figura 8.
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52
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
UFP/ml
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Número de muestreo
Figura 7.- Comportamiento del virus MS-2 durante el experimento.
ReservorioHumedal 1Humedal 2Humedal 3
0
10
20
30
40
50
60
70
% de Remoción
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Número de muestreo
Figura 8.- Porcentaje de remoción de MS-2.
Humedal 1
Humedal 2
Humedal 3
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53
4.3.- Comportamiento de los humedales.
Los humedales presentan remoción de Escherichia coli (E. coli) y del
virus MS-2 por lo que se puede considerar este sistema viable de implementar
encontrando buenos resultados.
Los humedales durante el experimento se comportaron
homogéneamente, es decir, estadísticamente los humedales fueron iguales en
cuanto a su funcionamiento, para la remoción de E. coli y del virus MS-2.
En las Figuras 9 y 10 (obtenidas de los cuadros 8 y 9) se observa que los
humedales presentaron un comportamiento muy parecido durante los dos
experimentos, es decir, aún con una variación de la carga orgánica los
humedales se comportaron igual.
Los humedales llevan a cabo la eliminación de microorganismos en el
agua residual por medio de la depredación y la competencia. Mohammad
(1998) reporta que los microorganismos son eliminados del agua residual por
medio de las plantas utilizadas en el humedal, es decir gracias a los procesos
aeróbicos y anaeróbicos por ellas generadas.
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54
Al realizar el análisis de varianza para Escherichia coli (cuadros 4 y 5) se
encontró que existía una diferencia significativa entre los tratamientos
(diferentes humedales).
En cuanto al virus MS-2 el análisis de varianza arrojo que no existía
diferencia significativa entre los humedales, como se observa en los cuadros 6 y
7.
Al realizar la comparación de medias se encontró que no existía
diferencias en cuanto al comportamiento de los humedales en los experimentos
realizados, esto se aprecia en los cuadros 8 y 9 y en las figuras 9 y 10.
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55
Cuadro 4.- Análisis de varianza para Eschericia coli (Primer experimento).
FV GL SC CM F
Tratamientos
Bloques
Error
Total
3
2
6
11
73794.09
20251.06
3957.71
98002.87
24598.03
10125.53
659.61
37.29
15.35
C.V. = 15.91 %
Cuadro 5.- Análisis de varianza para Escherichia coli (segundo experimento).
FV GL SC CM F
Tratamientos
Bloques
Error
Total
3
5
15
23
45644.93
74728.71
23848.04
144221.70
15214.97
14945.74
1589.86
9.57
9.40
C.V.= 46.09 %
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56
Cuadro 6.- Análisis de varianza para el virus MS-2 (Primer experimento).
FV GL SC CM F
Tratamientos
Bloques
Error
Total
3
2
6
11
187.22
5.93
205.64
398 .79
62.40
2.96
34.27
1.82
0.08
C.V. = 17.16 %
Cuadro 7.- Análisis de varianza para el virus MS-2 (Segundo experimento).
FV GL SC CM F
Tratamientos
Bloques
Error
Total
3
5
15
23
366.53
2453.98
612.23
3432.74
122.17
490.79
40.81
2.99
12.02
C.V. = 15.01 %
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57
Cuadro 8.- Medias obtenidas para los muestreos de Escherichia coli.
Tratamiento Primer
experimento
datos reales
Primer
experimento
datos
trasformados
Segundo
experimento
datos reales
Segundo
experimento
datos
transformados
Reservorio 89333.33 294.78 33891.66 159.02
Humedal 2 21530 138.88 9173.33 70.68
Humedal3 15110 114.44 1915 42.46
Humedal 1 11840 97.40 8999.16 73.88
Cuadro 9.- Medias obtenidas para los muestreos del virus MS-2.
Tratamiento Primer
experimento
datos reales
Segundo
experimento
datos
transformados
Segundo
experimento
datos reales
Segundo
experimento
datos
transformados
Reservorio 1580 39.47 2319.16 48.81
Humedal 1 1093.33 32.58 1564.16 38.32
Humedal 2 835 28.74 1927.5 42.57
Humedal3 1283.33 35.68 1725.83 40.53
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58
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Reservorio Humedal 1 Humedal 2 Humedal 3
Med
ias
de lo
s m
uest
reos
Experimento 2
Experimento 1
Figura 9.-Comportamiento de Escherichia coli en los dos experimentos.
0102030405060708090
100
Reserv
orio
Humed
al 1
Humed
al 2
Humed
al 3
Med
ia d
e lo
s m
uest
reos
Experimento 2Experimento 1
Figura 10.- Comportamiento del virus MS-2 durante los dos experimentos.
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59
V. CONCLUSIONES
De acuerdo al objetivo planteado, se puede decir que se logró evaluar el
sistema en cuanto a la remoción de microorganismos patógenos y las
conclusiones son las siguientes:
El sistema de humedales presentó de forma natural , es decir, sin
utilización de ningún tipo de químicos, una alta remoción de la bacteria E.
coli, con lo que indica que también se eliminan otro tipo de
microorganismos que presentan formas similares de vida.
El virus MS-2 presenta mayor resistencia a los sistemas de tratamiento,
sin embargo mediante este sistema se removió una cantidad favorable
de este tipo de organismos.
Los humedales presentaron comportamientos semejantes entre sí.
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60
El sistema de humedales analizado es capaz de remover los
microorganismos en estudio, por lo que este tipo de tratamiento puede
ser tomado en cuenta para implementarse en pequeñas comunidades,
con el fin de eliminar microorganismos de las aguas residuales.
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VI.-RECOMENDACIONES
Es necesario conocer el comportamiento de los humedales con
diferentes flujos de agua, por lo que se recomienda variar los flujos de
cada humedal.
El tiempo de residencia del agua residual en cada humedal es un factor
que es necesario retomar en un estudio posterior.
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