Evaluación del potencial de tratamiento de aguas grises ...

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Evaluación del potencial de tratamiento de aguas grises domésticas con sustratos orgánicos y plantas utilizadas comercialmente en paredes verdes.

Universidad de los Andes

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Tesis de Pregrado en Ingeniería Ambiental

Julián Ricardo Ángel Palomino

Asesor: Juan Pablo Rodríguez Sánchez

Mayo de 2019

Bogotá D.C

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Tabla de contenido

1. Resumen................................................................................................................6

2. Introducción..........................................................................................................6

3. Objetivos................................................................................................................83.1 Objetivo general........................................................................................................83.2 Objetivos específicos..................................................................................................8

4. Metodología...........................................................................................................94.1 Selección del sustrato.................................................................................................94.2 Selección de especies vegetales.................................................................................104.3 Diseño de la estructura............................................................................................104.4 Parámetros de análisis.............................................................................................124.5 Dosificación..............................................................................................................13

5. Resultados y análisis............................................................................................135.1 Evaluación del sistema piloto en campo..................................................................14

5.1.1 Dosificación................................................................................................................145.1.2 Vegetación..................................................................................................................15

5.2 Caracterización del efluente....................................................................................175.2.1 Parámetros físicos.......................................................................................................175.2.2 Materia orgánica.........................................................................................................195.2.3 Nutrientes...................................................................................................................215.2.4 Parámetros biológicos.................................................................................................25

6. Discusión..............................................................................................................266.1 Evaluación del rendimiento general de las columnas..............................................266.2 Potencial de reutilización del agua gris recuperada................................................286.3 Implicaciones de diseño y recomendaciones............................................................28

7. Conclusiones........................................................................................................29

8. Referencias..........................................................................................................30

9. Anexos.................................................................................................................33

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Listado de Figuras Figura 1. Dimensiones de la columna. .................................................................................. 11 Figura 2. Vista en planta del sistema piloto. ......................................................................... 11 Figura 3. A. Nidus al inicio del experimento (Izquierda) y al final (Derecha). .................... 16 Figura 4. C. Comosum al inicio del experimento (Izquierda) y al final (Derecha). ............. 16 Figura 5. Reducción en la turbiedad. .................................................................................... 18 Figura 6. Remoción de SST. ................................................................................................. 19 Figura 7. Remoción de DBO. ............................................................................................... 19 Figura 8. Remoción de DQO. ............................................................................................... 21 Figura 9. Concentraciones de fósforo total. .......................................................................... 22 Figura 10. Remoción de fosfatos. ......................................................................................... 23 Figura 11. Concentraciones de NTK. ................................................................................... 24 Figura 12. Remoción de nitritos. ........................................................................................... 25

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Listado de Tablas Tabla 1. Parámetros de análisis. ............................................................................................ 12 Tabla 2. Parámetros obtenidos del agua gris de estudio y valores de literatura. .................. 14 Tabla 3. Resultados de E. coli y coliformes totales. ............................................................. 26 Tabla 4. Desempeño para los parámetros analizados. .......................................................... 27

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Listado de Anexos Anexo 1. Objetivo 7C. .......................................................................................................... 33 Anexo 2. Floración en la especie C. Comosum .................................................................... 33 Anexo 3. Resultados de color aparente. ................................................................................ 33 Anexo 4. Color aparente vs tiempo. ...................................................................................... 34 Anexo 5. Resultados de conductividad eléctrica. ................................................................. 34 Anexo 6. Conductividad eléctrica vs tiempo. ....................................................................... 35 Anexo 7. Resultados de pH. .................................................................................................. 35 Anexo 8. Resultados de sólidos totales. ................................................................................ 35 Anexo 9. Resultados de turbiedad. ....................................................................................... 36 Anexo 10. Concentraciones de DBO5 .................................................................................. 36 Anexo 11. Resultados de DQO. ............................................................................................ 36 Anexo 12. Eficiencias de remoción de medios naturales usadas de tratamiento de aguas

grises. ............................................................................................................................ 37 Anexo 13. Resultados de fósforo total. ................................................................................. 37 Anexo 14. Resultados de fosfatos. ........................................................................................ 37 Anexo 15. Resultados de NTK. ............................................................................................ 38 Anexo 16. Resultados de Nitrógeno amoniacal. ................................................................... 38 Anexo 17. Nitrógeno orgánico. ............................................................................................. 38 Anexo 18. Resultado de nitratos. .......................................................................................... 39 Anexo 19. Reducción de NOx. ............................................................................................. 39 Anexo 20. Resultados de nitritos. ......................................................................................... 39 Anexo 21. Valores de reúso de agua gris tratada. ................................................................. 40 Anexo 22. Límite permitido par ala reutilización de aguas grises, según el tipo de uso.. .... 40

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1. Resumen Comúnmente se han implementado los sistemas de paredes verdes dentro de las edificaciones o instalaciones domésticas como una opción que permite obtener una mejora en el funcionamiento del inmueble, generación de beneficios ecológicos y aumento en el valor estético, sin tener en cuenta el potencial de tratamiento del agua gris por parte de estas estructuras. Por lo tanto, se realizó el estudio de un sistema piloto de dos sustratos orgánicos y dos plantas utilizadas típicamente dentro de estos sistemas, que permitirá evaluar las eficiencias de tratamiento del agua gris doméstica por parte de los componentes comercialmente utilizados en las paredes verdes. El estudio se realizó durante 2 meses, realizando 3 campañas de monitoreo para evaluar los determinantes de calidad de agua en el afluente y en efluente de la estructura. Como resultado, se presentó buena adaptación y crecimiento de ambas especies vegetales a los sustratos empleados y a las condiciones de riego planteadas (2.5 L/columna-día de agua gris proveniente de la lavadora). Además, los resultados mostraron un buen rendimiento en la remoción de DBO, DQO, turbiedad y nitritos, presentando remociones cercanas a 90%, 80%, 90% y 95% respectivamente. Por otro lado, se presentaron resultados deficientes en la remoción de NTK, nitrógeno amoniacal, fósforo total y sólidos totales a causa de la lixiviación del medio y la ausencia de un medio granular dentro de las columnas. El mejor rendimiento lo obtuvo la especie A. Nidus en conjunto con el musgo sphagnum al presentar la más alta eficiencia de remoción para el mayor número de parámetros. Sin embargo, el efluente de esta configuración no cumple con los estándares de reúso del agua gris tratada, por lo cual se recomienda la implementación de un medio granular que aporte en la remoción de los nutrientes en el agua gris. Palabras clave: Agua gris, paredes verdes, sustratos, remoción de contaminantes.

2. Introducción El uso y disposición final del agua ha venido siendo uno de los grandes desafíos que enfrenta la ingeniería a causa de sus implicaciones en la salud humana y en la calidad ambiental relacionada a su descarga final. Como muestra de esto, al agua y al saneamiento se les dedico un objetivo especifico (Anexo 1) dentro de los Objetivos de Desarrollo Sostenible a causa de su importancia para el desarrollo humano y la sostenibilidad ambiental (Zandaryaa, 2014). Por lo tanto, se debe buscar la correcta implementación de medidas de uso y tratamiento de los diferentes tipos de agua residual generados por el hombre, dentro de los que se encuentra el agua residual doméstica (ARD).

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El agua residual doméstica se compone principalmente de aguas grises y de aguas negras, las cuales por lo general corresponden a 70% y 30% respectivamente de la generación total a nivel doméstico (Scheuman, 2009). La principal diferencia entre ambos tipos de agua residual corresponde a que el agua gris no presenta residuos fecales, alta carga química ni elevados niveles de materia orgánica (López et al., 2012). Por lo anterior, este tipo de agua proviene principalmente de la lavadora, regaderas, tinas y lavados, excluyendo el agua de los lavaplatos y el inodoro. La composición de este tipo de agua a nivel doméstico, se ve afectado por varios factores como los productos utilizados en el hogar, los ingresos, la infraestructura de la construcción, los hábitos de higiene y la edad de los residentes (Finley et al., 2009). Comúnmente, se presentan bajos contenidos de sólidos suspendidos totales, alta turbidez, altas concentraciones de fósforo y bajo contenido de patógenos (Chrispim & Nolasco, 2017). A causa de la baja carga contaminante de las aguas grises y de su ausencia de virus y bacterias, junto con su alta generación a nivel residencial, se han generado distintas alternativas de reutilización de esta agua con el objetivo de disminuir los vertimientos de agua residual generados a nivel doméstico. Al realizar un aprovechamiento del agua gris, se busca principalmente sustituir el agua potable que se utiliza en actividades tales como irrigación, descarga y limpieza de inodoros, lavado de ropa y demás oficios que no requieren un estándar de calidad tan alto, como lo es el del agua potable. Por lo tanto, realizar un reciclado del agua gris implicaría un ahorro económico a causa del la reutilización del agua, una disminución en el agua potable utilizada y una reducción en la cantidad de agua residual vertida domésticamente. Por lo anterior, dentro de las alternativas planteadas para el aprovechamiento y reutilización del agua gris doméstica se encuentran los sistemas de tratamiento descentralizados. Estos surgen como alternativas para el tratamiento y reciclado de aguas residuales domésticas (Chong, 2008), que tienen como objetivo optar por sistemas de tratamiento mas simples que los sistemas centralizados. De esta manera, lograr reducir los riesgos para la salud pública asociados a los sistemas combinados de tratamiento de aguas residuales (Pradhan, 2018). Con base en esto, se opta por la implementación de paredes verdes para el tratamiento y reutilización del agua gris doméstica. Las paredes verdes son instalaciones verticales recubiertas de plantas soportadas mediante un medio de cultivo o sustrato, que brinda múltiples beneficios como aislamiento térmico en la edificación en los que están instaladas, aumento en la calidad del aire, aumento en la biodiversidad, ahorro de energía para el edificio (Perini et al, 2011), amortiguación acústica (Azkorra et al., 2015), captura de 𝐶𝑂# y efectos de microclima (Francis y Lorimer, 2011). Además, al ser estructuras verticales implican una mínima demanda de espacio, que junto a su alto valor estético, generan un aumento en el valor de la propiedad en donde está instalada la estructura (Prodanovic et al., 2017). No obstante, uno de los impedimentos mas importante para la implementación de estas estructuras es su alto requerimiento de agua para mantener

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la capa vegetal viva (Fowdar et al., 2017), por lo cual se ha implementado como alternativa el uso de agua gris reciclada para su irrigación. Comercialmente se han implementado paredes verdes principalmente con un fin estético y para brindar un conjunto de beneficios en el paisaje urbano (Francis y Lorimer, 2011), sin tener en cuenta la implementación del agua gris para su riego. A causa de la constante generación de agua gris a nivel domestico y sus parámetros de calidad de agua, el agua gris es una ideal opción para el irrigación de la estructura. Además, cuando se superan las demandas de riego de la pared verde, su excedente podría ser tratado por estos sistemas brindando una fuente de agua alternativa para distintas actividades, tales como uso en el baño e irrigación de zonas verdes (Prodanovic et al., 2017). Para lograr un correcto tratamiento del agua gris, es importante entender el papel de cada elemento que hace parte de la pared verde, incluyendo las plantas, los sustratos, el diseño estructural y las condiciones del entorno, para que se puedan producir sistemas óptimos de captación y tratamiento de esta agua. Hasta el momento, no han habido recomendaciones claras acerca de la correcta composición del sustrato y de las especies vegetales dentro de la estructura (Prodanovic et al. 2018). Por lo tanto, el estudio de los sustratos y las plantas utilizados típicamente dentro de esos sistemas, junto con el riego de agua gris reciclada a la unidad, permitirá mejorar el entendimiento y el diseño de las estructuras actualmente utilizadas, tanto desde un punto de vista ambiental como desde un punto de vista económico.

3. Objetivos

3.1 Objetivo general Evaluar la eficiencia de remoción de los parámetros de calidad del agua gris doméstica por parte de un sistema piloto de paredes verdes conformado por turba rubia y musgo sphagnum en conjunto con las especies Chlorophytum Comosum y Asplenium Nidus.

3.2 Objetivos específicos

1. Evaluar la interacción entre los sustratos y las especies vegetales seleccionadas, y concluir acerca de las configuraciones realizadas.

2. Valorar el montaje del sistema piloto y la dosificación utilizada durante el desarrollo experimental.

3. Evaluar el potencial uso del agua recuperada por el sistema.

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4. Metodología El desarrollo experimental del proyecto se realizó en una vivienda en el barrio Niza, localizada en el sector norte de la ciudad de Bogotá. Para la implementación del proyecto, se seleccionaron dos sustratos y dos especies vegetales que se utilizan comercialmente en la ciudad de Bogotá para la implementación de paredes verdes en obras y proyectos.

4.1 Selección del sustrato

Para la selección del sustrato, se realizó una consulta de distintos sustratos utilizados en Colombia por distintas constructoras con enfoque en infraestructura sostenible. De esta manera, se identificó que para estas estructuras típicamente se utiliza una configuración con únicamente un tipo de sustrato. Dentro del conjunto de opciones evaluadas, el primer sustrato se seleccionó por ser identificado como uno de los más utilizados dentro de este tipo de estructuras, mientras que el segundo se escogió según su potencial de tratamiento al realizar una revisión bibliográfica de los sustratos. De esta manera, se tiene que el primer sustrato seleccionado fue la turba rubia. La turba sirve como un sustrato universal (Ballester-Olmos, 1993), útil para la gran mayoría de tipos de cultivos incluyendo los cultivos en jardines verticales. Consta de materia orgánica descompuesta de modo incompleto a causa del exceso de agua y la falta de oxígeno. La transformación es incompleta debido a que la degradación se da en condiciones anaerobias, lo cual lleva a que los microorganismos únicamente puedan descomponer parcialmente los tejidos muertos. La turba rubia hace parte de la fracción menos degrada de la turbera, por lo tanto es la que se encuentra en la parte mas superficial de esta. Dentro de las funciones, se tiene que el sustrato conserva el agua y los nutrientes, y los da constantemente a las plantas. Además, tiene bolsas de aire o poros para suministrar oxígeno a las raíces de las plantas y permitir el drenaje de este (Kitir, 2018). Para el desarrollo del proyecto, el sustrato obtenido tiene una composición de 100% de turba rubia con un pH de 5.8. En cuanto al segundo sustrato, se seleccionó otro medio orgánico llamado musgo sphagnum. Al igual que la turba rubia, este sustrato consta principalmente de materia orgánica vegetal, en este caso del musgo sphagnum principalmente. A pesar de tener propiedades físicas y químicas similares a la turba rubia (Gaudig, 2014), el sustrato de musgo contiene una fracción más grande de material no descompuesto. Según Glatzel y Rochefort (2017) en su artículo Growing Sphagnum, este sustrato es utilizado para productos especializados como macetas biodegradables, para paredes verdes o jardinería en techos. Además, debido a que esta especie de musgo puede absorber hasta 20 veces su peso seco en agua (Schofield, 1985), brinda un riego de agua eficiente y económico, ofreciendo una importante cualidad dentro su uso comercial. Adicionalmente, se han realizado varios estudios previos en los que se observa

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que el musgo es capaz de adsorber metales pesados del agua residual (Brown, 2000). El medio adicionalmente tiene turba rubia y arena para favorecer la propagación de la fracción no descompuesta del musgo, para así facilitar los procesos biológicos dentro del sustrato que favorezcan el tratamiento del agua gris. Para el desarrollo del proyecto, el sustrato obtenido tiene una composición de 90% musgo y 10% de turba rubia y arena, con un pH de 4.5.

4.2 Selección de especies vegetales Para la selección de las plantas que se adaptaron a la estructura, se realizó una consulta de las diferentes especies vegetales que se consiguen comercialmente en la ciudad de Bogotá, utilizadas por diferentes constructoras que trabajan con estructuras vegetales verticales. De esta manera, se identificó una tendencia en consultar la Guía Práctica de Techos Verdes y Jardines Verticales, donde se presenta un listado de especies aptas para paredes verdes recomendadas por la Secretaria Distrital de Ambiente de Bogotá. Según las características del sustrato, las condiciones climatológicas de Bogotá y la resistencia a la dosificación de agua gris, se seleccionaron las dos especies vegetales que conforman el sistema piloto de paredes verdes. La primera especie vegetal seleccionada fue la cinta (Chlorophytum comosum); una especie de planta ornamental común que puede asimilar y tolerar metales pesados y un amplio rango de temperatura, que oscila de entre -2 °C a 30 °C (Wang, Zhu, Xang y Zhang, 2017). La segunda especie vegetal seleccionada fue el helecho nido de ave (Asplenium nidus). Es una planta comúnmente utilizada como decorativa y como planta medicinal que no tolera temperaturas más bajas a 10 °C y más altas a 27 °C. Según Srivastava y Uniyal (2013), es una especie que prefiere áreas cálidas y húmedas en sombra parcial y crece en un sustrato rico en materia orgánica, liviano y ácido, como lo son los sustratos que se seleccionaron para el sistema.

4.3 Diseño de la estructura Se realizó una revisión bibliográfica para identificar los diferentes diseños que se utilizan para evaluar el potencial de remoción de contaminantes del agua mediante paredes verdes, desde la perspectiva del dimensionamiento de la columnas. De esta manera, se destacaron las columnas verticales de PVC utilizadas por Fowdar et al. (2017) y Prodanovic et al. (2018), las cuales reciben el agua gris en la parte superior de la columna y la recuperan en la parte inferior de la misma. En el estudio realizado por Fowdar et al. (2017), Designing living walls for greywater treatment, diseñaron una columna con 240mm de diámetro y 900mm de altura, de los cuales 100mm se dejaron libres para el crecimiento de la planta. Por otra parte, Prodanovic et al. (2018) en el estudio, Optimisation of lightweight green wall media for

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greywater treatment and reuse, diseñan una estructura con 100mm de diámetro y 400mm de altura (Figura 1). Con base en lo anterior, se optó por utilizar las dimensiones utilizadas por Prodanovic et al., las cuales implican menores costos y mayor facilidad en el montaje. Así mismo, se tuvo en cuenta los 100mm libres utilizados por Fowdar et al. (2017) para facilitar el crecimiento de las especies vegetales. De esta manera, cada columna utilizada en el sistema piloto es de 500mm de altura y 100mm de diámetro (Figura 1). Adicionalmente, cada columna cuenta con una válvula para retener el agua gris que cae por gravedad a través de la misma, junto con un sistema de doble capa de malla para retener el sustrato en la columna y de esa manera, evitar la contaminación del efluente. Dado que se utilizan 2 sustratos y 2 especies vegetales, se tiene un total de 4 configuraciones posibles, a las cuales se les instaló un duplicado para un total de 8 columnas. Por último, se utilizaron 2 columnas de control, en las cuales cada una contiene un tipo de sustrato sin especies vegetales, y así, poder evaluar de mejor manera el efecto de las plantas en la remoción del agua gris doméstica. A continuación, en la Figura 2, se presenta la distribución de las diferentes configuraciones, junto con su duplicado y las columnas de control mediante una vista en plata.

Figura 1. Dimensiones de la columna.

Figura 2. Vista en planta del sistema piloto.

S1: Turba rubia (control) S2: Musgo Sphagnum (control) P1S1: Turba Rubia + Chlorophytum Comosum P1S2: Musgo Sphagnum + Chlorophytum Comosum P2S1: Turba rubia +Asplenium Nidus P2S2: Musgo sphagnum +Asplenium Nidus

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4.4 Parámetros de análisis Los parámetros de calidad de agua seleccionados para evaluar la eficiencia de remoción del sistema piloto, fueron los utilizados por Franco et al. (2017) en su tesis de maestría Selección, evaluación e implementación de plantas nativas y sustratos en techos verdes.

Tabla 1. Parámetros de análisis.

Nombre Análisis Unidades

Parámetros físicos

Color aparente U-pt/Co

Conductividad uS/cm

Sólidos Totales (SST) mg/L

Temperatura ºC

Turbiedad NTU

pH -

Parámetros químicos

Demanda Biológica de oxígeno (DBO)

mg/L

Demanda Química de oxígeno (DQO)

mg/L

Fosfatos mg/L

Fósforo total mg/L

Nitratos mg/L

Nitritos mg/L

Nitrógeno amoniacal mg/L

Nitrógeno Total Kjeldahl (NTK) mg/L

Parámetros biológicos

Coliformes totales UFC/100ml

E. Coli UFC/100ml

Se realizaron 3 campañas de monitoreo en las cuales se midieron la totalidad de los parámetros mencionados en la Tabla 1 para las 4 configuraciones de plantas y sustratos, las 2 columnas de control y el agua gris con la que se realizó el riego el día de la toma de la muestra. La primer muestra fue tomada el 26 de marzo, con 1 semana de adaptación entre las plantas y los sustratos. Por último, la segunda muestra fue tomada una semana después, el día 2 de abril y la última muestra se tomó el 23 de abril.

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4.5 Dosificación Al evaluar la dosificación utilizada en estudios previos, se encontró que Fowdar et al. (2017) utiliza una dosificación de 5 litros al día por columna, la cual corresponde a la cantidad de agua gris generada típicamente en una residencia en Melbourne, Australia. La dosificación la realizó 5 veces a la semana, para mantener una consistencia en la cantidad de agua suministrada semanalmente, ya que no era factible dosificar los 7 días de la semana durante la duración del experimento (1 año). Por otra parte, Prodanovic et al. (2018) en su estudio Optimisation of lightweight green wall media for greywater treatment and reuse, se dosifica con 3 litros por columna, 2 veces al día y con 2 días de descanso; en el desarrollo experimental del sistema, se redujo la dosificación a causa de que se presentaba colmatación en algunas columnas. Por lo tanto, para el sistema piloto que se implemento en el presente proyecto, se escoge dotar con 2.5 L al día por columna para evitar colmataciones en el sistema y se opta por implementar 2 días de descanso utilizados por los anteriores autores. Como muestra representativa del agua gris para el riego de las columnas, se utilizó el agua proveniente de la lavadora en donde se encuentra ubicado el sistema piloto. Esto se debe a que el agua de la lavadora corresponde al mayor porcentaje del agua gris generada dentro de la residencia. En un ciclo normal de lavado, el volumen de agua recuperable oscila entre 115 a 150 litros. Dentro de la residencia se lava 2 veces por semana, lo cual implica una recuperación de entre 230 a 300 litros de agua gris por semana. Dado que el sistema cuenta con 20 columnas, se lograría implementar una dosificación que oscila entre 2.3 a 3 litros al día por columna, lo cual sirve para satisfacer el requerimiento de agua establecido para la estructura.

5. Resultados y análisis Debido a que el estudio está enfocado en el tratamiento de aguas grises, es importante evaluar que la muestra de agua de tomada de la lavadora utilizada para la dosificación de las columnas es representativa para este tipo de agua residual. En la Tabla 2, se presentan los valores obtenidos para los diferentes parámetros de calidad del agua de dosificación a lo largo de las 3 campañas de monitoreo. Estos valores, se comparan con los rangos de agua gris establecidos por la National Sanitization Foundation (NSF) y por la Organización Mundial de la Salud (OMS). Como se puede observar, la mayoría de parámetros cumplen con los valores típicos establecidos de agua gris, a excepción del pH y la conductividad. Los coliformes totales y la DQO únicamente no cumplen en la última campaña.

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Tabla 2. Parámetros obtenidos del agua gris de estudio y valores de literatura. Fuente: OMS (2006) & NSF (2011).

Parámetro Agua gris de dosificación

Literatura

Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Unidades E-coli <1 <1 <1 10^2 - 10^3 UFC/100 mL Coliformes totales 5600 30000 1120000 10^3 - 10^4 UFC/100 mL DBO 82,08 69,60 157,78 130 - 180 mg/L-O2 DQO 265,44 525,00 648,48 250 - 400 mg/L-O2 Fósforo Total 0,87 1,11 2,96 1.00 - 3.00 mg/L-P Nitratos 0,66 1,55 2,21 3.00 - 5.80 mg/L- N Nitritos 0,08 0,05 0,18 0.10 - 0.80 mg/L-N N. amoniacal 2,01 1,10 1,40 0.10 - 25.40 mg/L-N NTK "3,20" 3,80 8,74 2.10 - 31.50 mg/L-N Turbiedad 40,90 57,70 86,90 22 - 200 N.T.U. pH 9,85 10,23 9,08 6.50 - 8.70 - Conductividad 929 1612 1205 325 - 1140 uS/cm <XXX: Valor por debajo del limite de detección del método. “XXX”: Valor entre el limite de detección y el limite de cuantificación.

5.1 Evaluación del sistema piloto en campo

5.1.1 Dosificación El desempeño en la dosificación de 2,5 L/día-columna planteado para el desarrollo experimental del proyecto, no se logró cumplir a lo largo del tiempo de estudio de las columnas. Durante las primeras tres semanas de experimentación, en la cuales se tomaron las dos primeras muestras, no se presentaron colmataciones de agua en las columnas. Sin embargo, a partir del 9 de abril (inicio de la semana 4) , se comenzó a presentar colmatación de agua dentro del sistema en distintas columnas, generando a partir de ese momento irregularidades en la dosificación y en los tiempo de retención hidráulico, ocasionando valores que oscilarón entre las 12 y las 24 horas, lo cual implicó cambios en los procesos fisicoquímicos dentro de las unidades. Las columnas de control mostraron una tendencia a colmatarse mas rápido en comparación a los columnas con vegetaciones. A partir del 12 de abril (semana 4), el control con musgo sphagnum comenzó a aceptar dosificaciones significativamente menores, donde incluso se presentaron días en donde no se pudo dosificar a causa de que el medio aún contenía agua del día anterior. Lo anterior implicó consecuencias notables en la última campaña, en la cual

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se evidencian resultados críticos que afectaron la evaluación entre las columnas con vegetación y la columna de control que contienen al sustrato. En cuanto al control de la turba rubia, este aceptó mayor dosificación que el otro control, sin embargo, presenta irregularidades en su dosificación teniendo días en los cuales se logró dosificar completamente y otros en donde el caudal osciló entre 0,5 L/día a 2 L/día. En cuanto a las columnas con especies vegetales, las que contenían a la turba rubia presentaron menor colmatación en el sistema que las especies que contenían a la turba de musgo sphagnum, a pesar de que el cambio no fue drástico. Lo anterior coincide con lo visto en las columnas de control, por lo cual se concluye que la turba rubia permite una mayor filtración de agua que el musgo sphagnum. El mejor desempeño fue por parte de la columna P2S1 (A.Nidus + turba rubia), en la cual fue posible cumplir con la dosificación planteada la mayor parte del tiempo. El peor desempeño fue por parte de la columna P1S2 (C. Comosum + musgo sphagnum), la cual a partir de la semana 4, no logró aceptar los 2.5 L/día. Por último, en la última semana de estudio, ninguna de las 10 columnas logró aceptar la dosificación completa, indicando que la colmatación de agua fue aumentando en el tiempo, a pesar de los 2 días a la semana sin dosificar ninguna columna.

5.1.2 Vegetación La adaptación de las especies vegetales a la estructura fue positiva a lo largo del tiempo de estudio. En primer lugar, según Gilman (1999), la especie A. Nidus evidencia condiciones de estrés mediante la coloración amarilla de sus hojas. En el sistema piloto, el helecho mantuvo su coloración verde desde el primer día hasta el último día en sus diferentes configuraciones, mostrando que no estuvo sometida a condiciones limitantes durante el tiempo de experimentación. Esto se presentó principalmente porque esta especie prefiere el crecimiento en suelo húmedos y ricos en materia orgánica, lo cual es favorecido por parte de los 2 sustratos (Srivastava y Uniyal, 2013). Sin embargo, se evidencia la presencia de un organismo dentro de las plantas alimentándose de las hojas, consecuencia de la colmatación del filtro y de la naturaleza de la especie vegetal, que según indica Hennen (1999), ante el riego excesivo de agua se genera la aparición de plagas. En la Figura 3, se presenta una comparación entre la especie al inicio de la experimentación y al final de esta. Cabe resaltar, que dicho comportamiento se presentó en todas las columnas.

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Figura 3. A. Nidus al inicio del experimento (Izquierda) y al final (Derecha).

Ahora bien, la especie C. Comosum tampoco presentó afectaciones importante durante la etapa de experimentación. La coloración verde y sus rayas blancas se mantuvieron con la misma intensidad en las diferentes configuraciones. No obstante, se presentaron leves quemaduras en la punta de algunas hojas de la especie, a causa de los químicos contenidos en el agua de dosificación, principalmente por el cloro (Mahr, 2006). Sin embargo, esto no presentó implicaciones relevantes de salud para la especie. Incluso, la planta de la columna P1S1 comenzó a presentar floración (Anexo 2). En la Figura 4, se presenta una comparación visual entre la especie al inicio de la experimentación y al final de esta.

Figura 4. C. Comosum al inicio del experimento (Izquierda) y al final (Derecha).

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5.2 Caracterización del efluente

5.2.1 Parámetros físicos En primer lugar, el color aparente presentó resultados desfavorables durante el desarrollo experimental (Anexo 3). El valor más bajo obtenido en el efluente del sistema fue de 125 U-pt/Co por parte de C. Comosum en conjunto con el musgo sphagnum (P1S2) y por la A. Nidus en conjunto con la turba rubia (P2S1) en la última campaña de toma de datos. Sin embargo, estos resultados presentan un elevado valor en comparación con el afluente, el cual para la tercera campaña tiene un valor de 15 U-pt/Co. Como se puede observar en el Anexo 4 , la última campaña fue la que presentó los mejores valores de color, lo que sugiere que a mayor tiempo de adaptación, se obtiene mejores valores de color. Adicionalmente, los rangos de color mas bajos se presentaron por parte de las columnas que contenían el sustrato con musgo sphagnum, a excepción del control en la última campaña, en la cual se presentó un valor de 750 U-pt/Co a causa de la colmatación del filtro, lo cual generó unelevado tiempo de contacto entre el agua gris y el sustrato. En segundo lugar, la conductividad eléctrica genera resultados fluctuantes en las distintas campañas (Anexo 5), a excepción de la primera en la cual se presente una disminución en todas las configuraciones. Como se muestra en el Anexo 6, el sustrato de musgo presenta menores valores de conductividad en comparación con los efluentes del sustrato de turba. Asadi y Huat (2009) en su estudio Electrical Resistivity of Tropical Peat, concluyen que entre más descompuesta está la turba, mayor su conductividad eléctrica. Lo anterior coincide con los datos obtenidos, debido a que, los mayores valores los obtiene la turba rubia la cual, como se explicó en la metodología, presenta un grado mayor de descomposición que la turba de musgo sphagnum. En tercer lugar, los resultados obtenidos para pH concuerdan con lo esperado acorde a las propiedades de los sustratos. Como se indicó en la metodología, el turba rubia y el musgo sphagnum tienen un pH de 5.80 y 4.50 respectivamente, lo cual ocasionó una disminución significativa para este parámetro en el efluente del sistema. Además, como se puede observar en el Anexo 7, las columnas que contiene al sustrato de menor pH, presentan un rango de valores de entre 4.47 a 4.85, mientras las columnas que contienen a la turba rubia presentan valores de entre 6.28 a 7.30. Teniendo esto en cuenta, únicamente las configuraciones que contienen a la turba rubia cumplen con los valores de reúso del agua gris tratada recomendado por la NSF, el cual corresponde a un rango de 6.00 a 9.00 (Bruursema, 2011). Por último, en el agua gris los altos valores de turbiedad se dan principalmente por los sólidos totales y por el contenido de jabón en el agua (Goyenola, 2007). En la Figura 5, se presenta una reducción en este parámetros para la mayoría de las muestras. Lo anterior está

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principalmente relacionado a la remoción de la espuma de jabón por parte las distintas configuraciones. Sin embargo, las altas concentraciones de sólidos totales (Anexo 8) contribuyen a que no se presente una mayor reducción de este parámetro. Por esta razón, los valores de turbiedad obtenidos (Anexo 9) son mayores a los reportados por Fowdar et al. (2017), donde su sistema piloto de paredes verdes alcanza valores de 12.30 NTU. En comparación con las columnas de control, se observa que las especies vegetales contribuyen positivamente en la reducción de la turbiedad, en especial la especie A. Nidus, la cual en la última campaña fue la que presentó mayor reducción en la turbiedad.

Figura 5. Reducción en la turbiedad.

La contribución en la turbiedad por parte de los sólidos totales se puede evidenciar en los porcentajes de remoción, los cuales en general fueron bajas y en repetidas ocasiones el efluente fue mayor que el afluente (Figura 6). Las mayores remociones se obtuvieron en la primera campaña por parte de las columnas de control, alcanzando un máximo de 32.10% por parte del musgo sphagnum. No obstante, el bajo rendimiento se puede estar presentando a causa de que el agua gris arrastra sólidos del sustrato, atribuidos a un escape de agua en la unión entre la columna y la válvula. Los valores obtenidos muestran que a medida que avanza el tiempo, la eficiencia de remoción tiende a bajar. Esto indica que en el momento en el que se empezó a saturar la estructura, el agua gris arrastró una mayor concentración de sólidos del sustrato a causa de mayores tiempos de contacto. A causa de las altas concentraciones de sólidos totales en el agua gris de dosificación (840 – 1515 mg/L), las bajas remociones obtenidas implican muy altas concentraciones en el efluente de la estructura.

-40

-20

0

20

40

60

80

100

S1 S2 P1S1 P1S2 P2S1 P2S2

Redu

cciónTu

rbieda

d(%

)

ReduccióndelaTurbiedad

Campaña1 Campaña2 Campaña3

19

Figura 6. Remoción de SST.

5.2.2 Materia orgánica

Como se puede observar en la Figura 7, cada configuración logró alcanzar remociones de DBO cercanas al 80%, teniendo como máximo valor una remoción del 90,5% en la última campaña por parte de la A. Nidus en conjunto con el musgo sphagnum (P2S2). Las mayores remociones se dieron por parte del musgo sphagnum, en donde ninguna de las dos configuraciones tuvo porcentajes de remoción menores a 78% en las 3 campañas. No obstante, el control de musgo sphagnum, en la última campaña, presentó una remoción baja en comparación con las columnas con vegetación, a causa de la colmatación del filtro. La naturaleza de ambos sustratos, indica que la reducción en la DBO se esta dando principalmente en la parte superior del medio por actividad biológica. Los resultados a favor del sustrato 2 se pueden estar presentando debido a que este sustrato tiene un mayor contenido de oxígeno, junto con una mayor fracción de material no descompuesto, lo cual favorece las actividades aeróbicas en el medio.

Figura 7. Remoción de DBO.

-30

-10

10

30

50


Remociónde

ST(%

)

PorcentajederemocióndeST


0

20

40

60

80

100

S1 S2 P1S1 P1S2 P2S1 P2S2Remociónde

DBO

5(%

)

PorcentajederemocióndeDBO5


20

En comparación con otras tecnologías de tratamiento similares, los valores de remoción obtenidos fueron positivos. En el estudio de Puigagut et al. (2007), acerca de los humedales artificiales horizontales y verticales, los porcentajes remoción de DBO fluctúan entre 80 a 92%, siendo mayores los obtenidos por los sistemas verticales. En comparación con otros estudios en paredes verdes, los valores de remoción son muy cercanos a los obtenidos. En el estudio de Masi et al (2016), se obtuvo como valor máximo de remoción un 86%. Sin embargo, en comparación con el estudio de Fowdar et al. (2017), se obtuvieron valores menores para la remoción de este parámetro; en este estudio se obtuvieron remociones de DBO cercanas al 97% para todas sus configuraciones, en su última toma de datos (12 meses de operación). Lo anterior implica buenos resultados en la remoción de DBO en el sistema piloto. Como se puede observar en el Anexo 10, las concentraciones alcanzadas por parte de la A. Nidus en conjunto con el musgo sphagnum (P2S2), cumple con los valores de reúso de agua gris (Anexo 21) para este parámetros a lo largo de las 3 campañas. Los controles, en la última campaña, muestran concentraciones muy altas a causa de la colmatación de las columnas. Por otro lado, las eficiencias de remoción de DQO fueron menores que las obtenidas para la DBO. Esto se puede presentar debido al aporte de partículas orgánicas del medio a causa de los procesos de lixiviación (Prodanovic et al., 2018). Excluyendo la columna de control del sustrato de musgo sphagnum, los valores de remoción en la última campaña fluctúan entre 63.00 a 81.60%. En la Figura 8, se muestran los porcentajes de remoción obtenidos para este parámetro. Nuevamente, la remoción mas alta fue por parte de la A. Nidus en conjunto con el musgo sphagnum (P2S2). Sin embargo, la turba rubia presenta una tendencia a generar mayores porcentajes de remoción que el musgo sphagnum. Para la última campaña, las remociones son mayores que las presentadas por las columnas sin vegetación, lo cual muestra un aporte positivo por parte de la adaptación de la planta al medio. En general, para las distintas configuraciones, se muestra un aumento en la eficiencia de remoción a medida que avanza el tiempo; esto muestra la importancia de la maduración del medio y la adaptación de las especies vegetales para la remoción de DQO.

21

Figura 8. Remoción de DQO.

Otro factor a tener en cuenta es el tiempo de retención hidráulico, que como se indicó anteriormente, se vio afectado a razón de que la filtración fue más lenta a medida que avanzaba el tiempo. Prodanovic et al. (2017) indica que a mayor tiempo de retención del agua gris, se presenta mayor remoción de DQO. En su estudio, en la filtración más lenta se reporta un promedio de remoción de DQO de 70%, mientras que para la filtración rápida se alcanzan valores de 35% como máximo. Esto muestra que es probable que la reducción de DQO sea impulsado por aumentos en la actividad biológica que se potencian por mayor tiempo de contacto entre el agua y el medio filtrante. En comparación con lo observado en la literatura, la remoción de DQO alcanzada fue similar a la obtenida en otros estudios de paredes verdes. Como se indicó anteriormente, Prodanovic et al. (2017) alcanza remociones máximas de 70%. Masi et al. (2016) alcanzó remociones de 86% como máximo, aunque el promedio de remoción para todas sus diferentes fases experimentales fue cercano al 40%. Por último, Oteng-Peprah & Acheampong (2018) en la revisión bibliográfica que realizaron en su estudio para las eficiencias de tratamiento de aguas grises mediante distintos medios orgánicos, muestran que el sustrato a base de turba alcanza remociones cercanas al 90% para DQO, la cual es la segunda mayor de las estudiadas después del carbón activado (Anexo 12)

5.2.3 Nutrientes

5.2.3.1 Fósforo En las dos primeras campañas no se presentaron remociones de fósforo total en ninguna de las columnas; los valores aumentaron en comparación con las concentraciones del afluente (Anexo 13). Incluso, en la segunda campaña las concentraciones alcanzaron valores más altos

0

20

40

60

80

100


Remociónde

DQO(%

)

PorcentajederemocióndeDQO


22

que los valores obtenidos en la primera campaña, bajo una concentración de fósforo similar en el agua gris. Sin embargo, como se puede observar en la Figura 9, en la última campaña las columnas P1S2 y P2S2 presentaron una menor concentración en el efluente en comparación con el afluente, alcanzando remociones de 27.4% y 38.5% respectivamente. Lo anterior muestra un mejor resultado en la remoción de fósforo total por parte del musgo sphagnum en comparación con la turba rubia.

Figura 9. Concentraciones de fósforo total.

Las altas concentraciones de fósforo en el efluente pueden estar principalmente atribuidas a la lixiviación dentro del medio, potenciada por los altos tiempos de retención hidráulico por parte de los sustratos (Headley, 2001). Los suelos de turba, de los cuales se extraen ambos sustratos, presentan un importante contenido de nutrientes que facilitan la lixiviación del medio (Van Beek et al., 2007) aumentando las concentraciones de fósforo en el agua. Este comportamiento también se presentó en el estudio de Fowdar et al. (2017), en el cual se atribuyen las bajas remociones de fósforo a la lixiviación de los nutrientes en las raíces de las plantas y del medio filtrante. En la última campaña se puede evidenciar que la colmatación de las columnas contribuyó a las altas concentraciones de fósforo en el efluente, mostrando la concentración más alta por parte de la columna de control del musgo sphagnum, la cual contenía agua estancada dentro de la columna desde el día anterior, lo cual favorece la liberación de nutrientes por parte del medio. En el estudio de Prodanovic et al. (2018) se presentaron concentraciones de fósforo más altas cuando las columnas contenían agua estancada de la dosificación anterior, también atribuidas a la lixiviación del medio; lo cual es comparable con lo sucedido en el control de musgo sphagnum.

00,51

1,52

2,53

3,54

4,5


FósforoTo

tal(mg/L-P)

FósforoTotal

Pre S1 S2 P1S1 P1S2 P2S1 P2S2

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No obstante, el incremento en la eficiencia de remoción alcanzado en la última campaña, puede estar atribuido a la captación de fosfatos por parte de las plantas, siendo esta la principal forma de fósforo aprovechable por las plantas (Schachtman, 1998). Esto se puede observar en la reducción en las concentraciones de fosfatos en la última campaña (Figura 10), la cual alcanzó valores entre 11,6% a 48,1%, excluyendo la columna de control colmatada. El mejor desempeño fue por parte de las columnas de contenían a la turba rubia, alcanzando las menores concentraciones (Anexo 14) dentro del sistema, lo cual puede ser atribuido a que la mejor captación se da a un pH neutral (Młodzińska y Zboińska, 2016). En cuanto a las especies vegetales, la más destacada fue la especie A. Nidus, alcanzado la mayor remoción (48,1%) dentro de la estructura.

Figura 10. Remoción de fosfatos.

5.2.3.2 Nitrógeno

Inicialmente, se presentan concentraciones más altas de NTK en el efluente que en el afluente del sistema, a excepción de la especie A. Nidus en conjunto con el musgo sphagnum (P2S2) presentando una remoción de 26,4% en la última campaña. Las altas concentraciones de salida (Anexo 15) parecen estar atribuidas a la lixiviación del medio al igual que en el caso del fósforo. En el estudio de Prodanovic et al. (2017), se atribuye las bajas eficiencias de remoción por la lixiviación del nitrógeno contenido en el sustrato. En la Figura 11, se presentan las marcadas diferencias entre las concentraciones de salida y las concentraciones de entrada, mostrando un importante aporte de nitrógeno por parte del medio.

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100


Remociónde

fosfatos(%

)

Porcentajederemocióndefosfatos


24

Figura 11. Concentraciones de NTK.

Por otro lado, los resultados acerca de las concentraciones de nitrógeno amoniacal en el efluente de cada columna (Anexo 16), indican ser un factor importante en las altas concentraciones obtenidas de NTK. De hecho, el nitrógeno amoniacal es la fuente de nitrógeno que más se lixivia dentro de la turba (Kemppainen, 1995), siendo este el principal aporte de nutrientes al efluente de agua. Además, para este compuesto no se evidencia remoción en ninguna de las configuraciones dentro la estructura. Sin embargo, al analizar el nitrógeno orgánico (Restando al NTK el nitrógeno amoniacal), se puede evidenciar que hay una remoción de nitrógeno por parte del sistema. En el Anexo 17, se puede observar que para la última campaña, todas las configuraciones presentaron una remoción en el nitrógeno orgánico, alcanzando la máxima remoción de 43.8% por parte de A. Nidus en conjunto con el musgo sphagnum (P2S2). Esta reducción se puede estar presentando a causa de la actividad microbiana dentro del sustrato y por el aprovechamiento por parte de las especies vegetales (Jones et al. 2004). Sin embargo, al comparar los controles con las columnas con vegetación, no se evidencia una clara diferencia en los resultados que muestre un aprovechamiento por parte de las plantas. En conjunto con las altas concentraciones de nitrógeno amoniacal, las altas concentraciones de nitratos (Anexo 18) sugieren que no se están presentando procesos de nitrificación-denitrificación dentro del sistema. En los estudios de Prodanovic et al. (2018) y Fowdar et al. (2019), se evalúa la eficiencia en la denitrificacion mediante la suma entre los nitratos y los nitritos (NOx). Al aplicar esto a los resultados obtenidos, se puede evidenciar una remoción en la última campaña por parte de todas las configuraciones (Anexo 19). Sin embargo, dentro de las columnas, se espera que estos procesos se presenten a partir de los 6 meses de operación del sistema (Prodanovic et al., 2017), por lo cual se descarta que la reducción se esté dando por un proceso de denitrificación. Esta reducción en el NOx, se puede atribuir a la captación por parte de las especies vegetales. La reducción en este parámetro, se

0

5

10

15

20

25


NTK

(mg/L-N)

NitrógenoTotaldeKjeldahl

Aguagris S1 S2 P1S1 P1S2 P2S1 P2S2

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está dando principalmente por las grandes eficiencias de remoción obtenidas en los nitritos (Figura 12), en donde las remociones fueron similares para las 4 configuraciones, mostrando un gran desempeño por parte de ambos sustratos y especies vegetales. Las concentraciones alcanzan valores menores al limite de detección (Anexo 20), mostrando concentraciones muy bajas de nitritos en el efluente.

Figura 12. Remoción de nitritos.

5.2.4 Parámetros biológicos Como se pudo observar en la Tabla 2, para ninguna de las muestras de agua gris de dosificación se encontró E. coli, lo cual implica que no es posible evaluar la eficiencia de remoción de este parámetro por parte de las distintas configuraciones dentro del sistema piloto. Sin embargo, en la Tabla 3 se puede observar que para las últimas dos campañas se reportó E. coli en el efluente, mientras que en la primera campaña no se reportó este parámetro en ninguna de las columnas. Dado que los sustratos a base turba favorecen la supervivencia y crecimiento de distintas bacterias, incluyendo E. coli (Xiao et al., 2015), se esperaría que sea mayor la presencia de este contaminante en la última campaña en comparación con la segunda. Sin embargo, no se presenta una clara tendencia a aumentar a lo largo del tiempo, lo cual sugiere que la concentración puede darse por contaminación del agua del efluente a causa de errores en la toma de muestras en campo. Por otra parte, los resultados obtenidos de coliformes totales (Tabla 3) indican un alto contenido de este contaminante tanto en el agua de dosificación como en el efluente del sistema. Adicionalmente, a mayores tiempos de adaptación, se evidencia un claro aumento en la cantidad de coliformes reportados, alcanzado valores de hasta 3 ordenes de magnitud mayores en la última campaña en comparación con la primera. Por último, no es clara una influencia de las especies vegetales en el aumento o disminución de los coliformes totales a

0

20

40

60

80

100


Redu

cciónde

NO2-(%

)

Porcentajedereduccíondenitritos


26

excepción de la campaña 3, en la cual la especie A. Nidus presento una reducción significativa de este parámetros en sus dos configuraciones, alcanzado una remoción del 73,4 % en conjunto con la turba rubia.

Tabla 3. Resultados de E. coli y coliformes totales.

Muestra E. Coli Coliformes totales

Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Agua gris <1 <1 <1 5600 30000 1120000 S1 <1 22 3 16400 22000 3550000 S2 <1 3 1 6000 23000 1590000 P1S1 <1 <1 16 11000 123000 3900000 P1S2 <1 10 21 20000 160000 1010000 P2S1 <1 243 6 27900 139000 298000 P2S2 <1 <1 39 10000 124000 980000

6. Discusión

6.1 Evaluación del rendimiento general de las columnas Dentro del sistema piloto se obtuvieron resultados positivos en la adaptación y crecimiento de ambas especies vegetales dentro de ambos sustratos, a pesar del aumento en el grado de colmatación de las columnas. Se destacó la remoción de DBO, DQO, turbiedad y nitritos, mostrando las remociones más altas dentro del sistema y presentando una tendencia a mejorar con el tiempo. Por otro lado, el nitrógeno total, el nitrógeno amoniacal, los sólidos totales y el fósforo total, presentaron concentraciones en el efluente mas altas que en el afluente en la mayoría de las muestras, mostrando un bajo rendimiento para estos parámetros por parte de la estructura. Sin embargo, el comportamiento, y por ende las eficiencias de remoción, variaron en las diferentes columnas, logrando cambios en el desempeño según la interacción sustrato-planta. A continuación, en la Tabla 4 se muestra la configuración que mejor desempeño obtuvo para cada parámetro analizado, así como la que presentó el desempeño más bajo. Esta evaluación se realizó analizando el desempeño de cada configuración para las 3 campañas, dándole un mayor peso a la última, donde el medio filtrante se encuentra más maduro.

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Tabla 4. Desempeño para los parámetros analizados.

Con base en lo anterior, se puede observar que la configuración más destacada fue la P2S2, la cual está compuesta por la especie A. Nidus, en conjunto con el sustrato de musgo sphagnum. Esta fue la configuración que presentó la mejor eficiencia de remoción para el mayor número de parámetros. Además, utilizando la metodología de pesos utilizada por Franco et al. (2017), en la cual se le da el mayor porcentaje del peso a NTK(17%), fósforo total(17%) y DQO (17%) a causa de su importancia en la calidad del agua y en el crecimiento de las especies vegetales en un sistema de techos verdes, la columna P2S2 es la que mejor resultados presenta para los tres parámetros, en conjunto con otros determinante de calidad de agua tales como color, conductividad, sólidos totales, DBO y nitritos. Por el contrario, la columna P1S1 fue la que presentó las eficiencias más bajas para el mayor numero de parámetros, mostrando un mejor rendimiento por parte de el musgo sphagnum, el cual para ambos sustratos presentó un mejor rendimiento. Este resultado a favor del sustrato de musgo, se puede presentar debido a que este contiene una mayor fracción de material no descompuesto que el sustrato de turba rubia, aumentando el oxígeno en el medio, permitiendo un aumento en la actividad biológica en la zona aerobia del sustrato. Sin embargo, presenta ser más susceptible a la colmatación del medio en

P2S1 P1S2

Color P2S2 P1S1

Conductividad P2S2 P1S1

Turbiedad P2S1 P1S2

SolidosTotales P2S2 P1S1pH pH P1S1/P2S1 P1S2/P2S2

DBO P2S2 P1S1

DQO P2S2 P1S1

Fósforototal P2S2 P1S1

fosfatos P2S1 P1S2

NTK P2S2 Todaslasdemásconfiguraciones

Nitrógenoamoniacal

Nitrógenoorgánico P2S2 P1S1

Nitratos

Nitritos

E-ColliColiformestotales P2S1 P1S1

Parámetrosbiológicos

Categoría Parámetro Mejordesempeño Desempeñomasbajo

Resultadosnegativosparatodaslasconfiguraciones

DesempeñosimilarparatodaslasconfiguracioensDesempeñosimilarparatodaslasconfiguraciones

Vegetación

Dosificación

Todaslasconfiguracionesmostraronbuenaadaptacióndelasespeciesvegetales

Parámetrosfisicos

Materiaorgánica

ResultadosnegativosparatodaslasconfiguracionesNutrientes

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comparación con la turba rubia, la cual en sus columnas con especie vegetal y el control, presentan mejor rendimiento ante la dosificación propuesta. Por otro lado, ambas especies vegetales demuestran muy buena adaptación a ambos sustratos y a las condiciones de riego implementadas. No obstante, los mejores resultados de tratamiento los obtuvo la especie A. Nidus para ambos sustratos.

6.2 Potencial de reutilización del agua gris recuperada Para evaluar el potencial de reúso del efluente, únicamente se tomará en cuenta el agua de la mejor configuración obtenida. La columna P2S2, a pesar de presentar el mejor rendimiento, su contenido de nutrientes, coliformes fecales y sólidos totales es muy elevado, reduciendo sustancialmente su potencial de rehúso. En comparación con las indicaciones de la NSF acerca de los requerimientos mínimos en el efluente de agua gris tratada (Anexo 21) y de las recomendaciones de la OMS sobre el rehusó del agua gris (Anexo 22), el efluente no cumple con las condiciones de reutilización para ninguna de las actividades propuestas. El agua recuperada del sistema, presenta una mayor aproximación a un aprovechamiento para uso ornamental, riesgo de especies frutales y cultivos forrajeros (Bruursema, 2011, World Health Organization, 2006).

6.3 Implicaciones de diseño y recomendaciones En primer lugar, el dimensionamiento planteado para las columnas, junto con la implementación de un duplicado por cada configuración y la implementación de las columnas de control, mostraron cumplir con su propósito. La columna tenia la capacidad de soportar la dosificación planteada y los 100mm libres para el crecimiento de las especies vegetales mostraron ser de gran utilidad ante el buen desempeño en la adaptación y salud de ambas plantas. Además, la columna de control, permitió identificar los cambios en el desempeño entre ambos sustratos y evaluar el efecto de las especies vegetales en el tratamiento del agua gris. A pesar de que la doble capa de maya logró retener el sustrato, en algunas ocasiones se presentó contaminación en la muestra, atribuida a escapes de agua y sustrato en la unión entre la columna y la válvula, por lo cual es recomendado realizar una soldadura entre ambas partes para evitar la contaminación del efluente. En segundo lugar, para poder entender mejor el papel de las especies vegetales en la remoción de los contaminantes, es recomendado implementar un mayor número de mediciones durante un mayor tiempo de experimentación. Para la mayoría de los parámetros de calidad de agua, la última campaña fue la que presentó los mejores resultados, mostrando una gran importancia en la maduración del filtro y la adaptación de la especie vegetal al medio. Razón por la cual, mayores de tiempos de adaptación pueden implicar un mejor desempeño en el tratamiento del agua gris. Por esta razón, Prodanovic et al. (2019), en su estudio Designing

29

green walls for greywater treatment: The role of plants and operational factors on nutrient removal, realiza el análisis del efluente a los 9 meses de operación, donde se espera que a causa de la maduración del filtro, se mejoren los procesos de adsorción, captación y biodegradación mediante la interacción sustrato-planta. En tercer lugar, en todas las columnas, principalmente en las del musgo sphagnum, se presentó la rápida colmatación en el medio atribuida al bajo volumen de poros por parte de los sustratos. Por lo tanto, es importante añadir un medio poroso que permita optimizar la retención de agua en el sistema (Manso y Castro-Gomes, 2015), ya que reducir la dosificación, implicaría un menor aprovechamiento del agua gris recuperada dentro de la residencia. De está manera, se debe buscar alcanzar un mejor rendimiento hidráulico por parte del sistema. Por último, la combinación entre el sustrato de mejor desempeño (musgo sphagnum) con un medio poroso, permitiría obtener mejores resultados en las concentraciones de nutrientes en el efluente del sistema. Al aumentar el volumen de poros y reducir el porcentaje de sustrato orgánico dentro de la columna, se reducirían las concentraciones de nitrógeno y fósforo, atribuidas a la lixiviación del medio (Razzaque y Hanafi, 2005). Adicionalmente, se esperaría lograr un mayor porcentaje de remoción en los nutrientes, atribuido a los procesos fisicoquímicos que puede aportar la inclusión de un tipo de medio filtrante adicional (Prodanovic, 2017). Por lo tanto, es recomendado evaluar la implementación del musgo sphagnum en conjunto con un medio poroso, para evaluar el potencial de remoción en los nutrientes, conservando el desempeño del musgo en la remoción de DBO, DQO, turbiedad y los nitritos.

7. Conclusiones Inicialmente, durante el estudio se presentó gran adaptación y supervivencia por parte de ambas especies vegetales a condiciones estresantes, donde se trabajó con sustratos de pH ácido, altas tasas de riego, colmatación en el medio y el aporte químico por parte del agua gris de dosificación. No obstante, la especie A. Nidus presentó mejores resultados en el tratamiento del agua gris para ambos sustratos, en comparación con la especie C. Comosum. Por otra parte, se destacó la remoción de DBO, DQO, turbiedad y nitritos por parte de las columnas, donde el mejor desempeño lo presentó la configuración P2S2 (A. Nidus + musgo sphagnum), alcanzando los valores de remoción más altos para el mayor número de parámetros dentro del sistema. A pesar de lo anterior, se presentaron deficiencias en la remoción de nitrógeno total, nitrógeno amoniacal y fósforo total, atribuidas principalmente a la lixiviación del medio. Las altas concentraciones de nitrógeno amoniacal y de nitritos, indican ausencia de nitrificación y denitrificación dentro del medio, contribuyendo a las altas concentraciones de nitrógeno en

30

el efluente. No obstante, en la última campaña se presentaron pequeñas remociones en nutrientes, otorgada a la captación por parte de las especies vegetales. Sin embargo, no se logró la calidad establecida de reúso agua gris tratada por la NSF y la OMS. Dado lo anterior, es recomendado adicionar un medio granular a la columna que contrarresté la colmatación presentada en las columnas y aporte en la remoción de nutrientes. Por último, se presenta la necesidad de ampliar el tiempo de la experimentación para entender de mejor manera los procesos físicos, químicos y biológicos por parte del medio y de las plantas, para así obtener un mayor numero de datos y una tendencia clara en el tiempo que permita realizar un análisis estadístico que le de fortaleza a las hipótesis planteadas.

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33

9. Anexos

Objetivo 6: Garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento

para todos.

Anexo 1. Objetivo 6. Fuente: Sanahuja (2015).

Anexo 2. Floración en la especie C. Comosum

Muestra Resultado (U-pt/Co)

Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Agua gris 7 20 15 S1 250 650 150 S2 200 350 750 P1S1 275 650 170 P1S2 180 250 125 P2S1 200 400 125 P2S2 160 350 150

Anexo 3. Resultados de color aparente.

34

Anexo 4. Color aparente vs tiempo.

Muestra Resultado (uS/cm)


Anexo 5. Resultados de conductividad eléctrica.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Campaña126/03/2019

Campaña22/04/2019

Campaña323/04/2019

Color(U-pt/co)

ColoraparentevsTiempo


35

Anexo 6. Conductividad eléctrica vs tiempo.

Muestra Resultado

Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Agua gris 9,85 10,23 9,08 S1 6,44 6,69 7,14 S2 4,57 4,47 4,85 P1S1 6,83 7,07 6,90 P1S2 4,98 4,56 4,60 P2S1 6,28 7,30 6,80 P2S2 4,81 4,76 4,83

Anexo 7. Resultados de pH.

Muestra Resultado (mg/L)


Anexo 8. Resultados de sólidos totales.

02004006008001000120014001600

Campaña126/03/2019

Campaña22/04/2019

Campaña323/04/2019

EC(u

S/cm

)

Conductividadeléctricavstiempo

S1 S2

36

Muestra Resultado (NTU)


Anexo 9. Resultados de turbiedad.


Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Agua gris 82,10 69,60 158 S1 15,40 26,90 79 S2 15,20 11,40 58 P1S1 16,70 42,10 88 P1S2 15,40 15,10 24 P2S1 15,70 36,20 36 P2S2 15,20 14,80 15

Anexo 10. Concentraciones de DBO5



Anexo 11. Resultados de DQO.

37

Tipo de material Contaminante Remoción (%) Método de remoción Carbón activado DBO 97 adsorción DQO 94 TN 98 TP 91

Turba DQO 90 filtración DBO 95 E. Coli 100

Anexo 12. Eficiencias de remoción de medio naturales usadas de tratamiento de aguas grises.

Fuente: Oteng-Peprah & Acheampong (2018)



Anexo 13. Resultados de fósforo total.



Anexo 14. Resultados de fosfatos.

38



Anexo 15. Resultados de NTK.


Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Agua gris 2 1,1 1,4 S1 7,5 2,8 6,9 S2 3,9 2,1 2,7 P1S1 6,2 2,5 5,6 P1S2 4,3 2,8 4,1 P2S1 14,6 4,2 3,2 P2S2 4,6 2,6 2,3

Anexo 16. Resultados de Nitrógeno amoniacal.


Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Agua gris 1,2 2,7 7,3 S1 15 5,4 4,6 S2 1 2,4 11,4 P1S1 6,9 3,4 6,8 P1S2 2,6 4,1 6,4 P2S1 0 6,2 6 P2S2 10,2 4,3 4,1

Anexo 17. Nitrógeno orgánico.

39



Anexo 18. Resultado de nitratos.

Anexo 19. Reducción de NOx.


Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Agua gris 0,076 0,06 0,184 S1 0,014 0,03 0,01 S2 0,006 0,01 <0,002 P1S1 0,016 0,06 0,01 P1S2 <0,002 0,01 0,009 P2S1 0,007 0,07 0,01 P2S2 <0,002 0,01 0,01

Anexo 20. Resultados de nitritos.

38,326,1

14,9

-29,8

7,3 7,3 7,3

52,3

26,1

-50

-30

-10

10

30

50

70


Redu

ccíonde

Nitrógen

ooxidad

o(%

)

ReduccióndeNitrógenoOxidado(nitratos+nitritos)


40

Parámetro Clase R Clase C

Promedio general Muestra única Promedio general Muestra única DBO (mg/L) 10 25 10 25 SST (mg/L) 10 30 10 30 Turbiedad (NTU) 5 10 2 5 E.coli (NMP/100ml) 14 240 2 200 pH 6 a 9 No aplica 6 a 9 No aplica Color Medido y reportado No aplica Medido y reportado No aplica Olor No ofensivo No aplica No ofensivo No aplica Aceites No detectable No aplica No detectable No aplica

Anexo 21. Valores de reúso de agua gris tratada. Fuente: Bruusema & NSF (2011)

Parámetro

Límite permitido Irrigación de

plantas ornamentales,

frutos y cultivos forrajeros

Irrigación de vegetales que

puedan comerse sin

cocinar

Descarga del inodoro

DBO (mg/L) < 240 < 20 < 10 SST (mg/L) < 140 < 20 < 10 Coliformes fecales (UFC/100ml) < 1000 < 200 < 10

Anexo 22. Límite permitido par ala reutilización de aguas grises, según el tipo de uso. Fuente: WHO (2011).

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