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Estanques de jacinto de agua para tratamiento de residuos industrialesJohanna Espaa Obando (johannaespana@hotmail.com)

1. Introduccin 2. Aspectos tericos de la especieAspectos tcnicos de estanques de jacinto de agua para depuracin de aguas industriales 3. Comparacin del efecto depurador del jacinto de agua con respecto a otras especies de macrfitas flotantes 4. Conclusiones 5. Bibliografa Estanques de jacinto de agua (eichhornia crassipes) para tratamiento de residuos industriales INTRODUCCIN La descarga de aguas residuales, domsticas e industriales, en cursos naturales de agua (arroyos, ros, humedales), es una prctica antigua, surgida de la necesidad de evacuar dichas aguas fuera de los ncleos urbanos. El impacto ambiental que tales descargas causan, oblig a considerar que la depuracin previa, sobre todo de los desechos industriales, era imprescindible, tanto para ncleos urbanos de gran poblacin como para los ecosistemas que rodean a los complejos industriales. Por regla general, estos complejos estn destinados a ser ubicados en las afueras de las ciudades o centros urbanos, lo que conlleva a que los diversos ecosistemas como lagunas, ros, humedales, bosques involucrados se vean seriamente afectados. De igual forma, los organismos gubernamentales de control ambiental, se vieron en la obligacin de implantar normatividades y regulaciones que permitan minimizar el fuerte impacto de las descargas de desechos por parte del sector industrial, los cuales constituyen un amplio porcentaje del total de los desechos provenientes de ncleos urbanos. La depuracin de aguas residuales provenientes de efluentes industriales, es una necesidad evidente de la sociedad actual debido al peligro que significan estas aguas. La cantidad y naturaleza de los vertidos industriales es muy variada, dependiendo del tipo de industria, de la gestin de su consumo de agua y del grado de tratamiento que los vertidos reciben antes de su descarga. Sin embargo, en los pases en vas de desarrollo los mtodos convencionales para su tratamiento son inviables, debido a sus altos costos de operacin y mantenimiento. Es cuando surge la necesidad de buscar mtodos de bajo costo en los que adems se puede obtener algn subproducto. Los sistemas de tratamiento acuticos son una alternativa propuesta adecuada para la depuracin de aguas residuales. En ellos las plantas acuticas funcionan como filtros biolgicos removiendo sustancias tanto biodegradables como no biodegradables, nutrientes, sustancias txicas y microorganismos patgenos. Estos sistemas aunque son de bajo costo han sido desarrollados fundamentalmente en pases desarrollados debido a la calidad de los efluentes obtenidos. Actualmente se est estudiando una tecnologa especfica de tratamiento de aguas residuales, a travs del cultivo de especies vegetales como el jacinto de agua (Eichhornia crassipes), planta que se encarga de depurar el agua residual, es decir, de disminuir el contenido de contaminantes, para poder ser reutilizada. El efecto depurador del jacinto de agua (Eichhornia crassipes) remueve grandes cantidades nitrgeno y fsforo, adems de metales pesados como manganeso, cromo, cobre, zinc y plomo. Reduce tambin microorganismos patgenos y su sistema radicular es un excelente medio filtrante para minimizar los slidos suspendidos. En este trabajo se abordaran los aspectos tericos y tcnicos concernientes a los estanques de jacinto de agua (Eichhornia crassipes) especializados en el tratamiento de aguas residuales industriales.

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La importancia actual que tiene como mtodo alternativo y algunos datos obtenidos experimentalmente para comparar la eficiencia del efecto depurador de esta especie con el que tienen otras especies acuticas sobre los desechos industriales. 1. ASPECTOS TERICOS 1.1 CARACTERSTICAS DE LA ESPECIE Eichhornia crassipes [1] Nombre cientfico o latino: Eichhornia crassipes Nombre comn o vulgar: Jacinto de agua, Camalote, Lampazo, Violeta de agua, Buchn, Taruya, Lirio de agua, lechuga de agua, lechugun Familia: Pontederiaceae (Pontedericeas). Origen: cursos de agua de la cuenca del Amazonas, en Amrica de Sur. Se han distribuido prcticamente por todo el mundo, ya que su aspecto ornamental origin su exportacin a estanques y lminas acuticas de jardines en climas templados y clidos. Son consideradas malas hierbas, que pueden obstruir en poco tiempo una va fluvial o lacustre. Especie flotante de races sumergidas. Carece de tallo aparente, provista de un rizoma, muy particular, emergente, del que se abre un rosetn de hojas que tienen una superficie esponjosa notablemente inflada en forma de globo que forma una vejiga llena de aire, mediante la que el vegetal puede mantenerse sobre la superficie acutica. Hojas sumergidas lineares, y las emergidas, entre obovadas y redondeadas, provistas de pequeas hinchazones que facilitan la flotacin. En verano produce espigas de flores lilas y azuladas que recuerda vagamente a la del jacinto. Las races son muy caractersticas, negras con las extremidades blancas cuando son jvenes, negro violceas cuando son adultas. Usos: para adornar pequeos lagos, embalses, pero sobre todo para estanques y tambin acuarios. Ofrece un excelente refugio para los peces protegindolos del sol excesivo, de las heladas y a los alevines del embate de los benteveos (Pitangus sulphuratus). Las races constituyen un excelente soporte para el desove de las especies ovparas (carasisus, carpas, etc.), incluso aquellos aficionados que cren a sus peces en acuario, en poca de fresa les sera muy til hacerse de algn ejemplar joven de esta planta para el acuario de cra donde desovaran sus peces. Las races del camalote no slo le servirn de soporte para los huevos, si no que son un refugio para los alevines, e incluso en ellas se desarrolla una microflora que sirve como alimento inicial para los mismos. Luz: sol o semisombra. Requiere iluminacin intensa, que, si es artificial, deber ser proporcionada por una rampa luminosa completa. Temperaturas: en invierno la planta debe ser protegida en invernadero fro en climas con heladas, mantenindola siempre en agua. Se cultiva a una temperatura entre 20-30C. No resiste los inviernos fros (hay que mantenerla entre 15-18C en contenedores con una profundidad de al menos 20cm. y una capa delgada de turba en el fondo). Puede rebrotar en primavera si se hiela. Necesita aguas estancadas o con poca corriente e intensa iluminacin. Multiplicacin: mediante divisin de los rizomas. Durante el verano se reproduce fcilmente por medio de estolones que produce la planta madre, llegan formarse verdaderas islas de gran porte. Esta especie est considerada entre las 100 especies ms invasoras del mundo por la UICN. Es por ello que hoy en da se desaconseja su utilizacin por particulares, para evitar que se siga extendiendo esta plaga a los ros por imprudencia en su uso. Como consecuencia de su proliferacin est creando en ros y lagos importantes problemas en canales de riego agrcolas y afecciones a los ecosistemas ribereos, ya que cubre como una manta toda la superficie del ro, por su fcil reproduccin vegetativa y sexual. Esto se debe a que es una especie alctona sin predadores, ni competidores en muchos sitios.

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Como es invasora, puede que al retirar el exceso de un estanque o acuario particular, vaya a parar a entornos naturales y cause estos daos ecolgicos. 1.2 HISTORIA [2] Se introdujo primero en los Estados Unidos desde Venezuela y se exhibi en la Exposicin de Algodn de Nueva Orleans en 1884. Los amantes de los jardines la adoptaron como planta ornamental sembrndola en piscinas y estanques. Al poco tiempo, superaron los lmites de estanques ornamentales e invadieron los arroyos, canales, conductos de aguas de regado, vas fluviales y lacustres, convirtindose as en una molesta plaga. Las potencialidades de esta planta fueron descubiertas por Sir Albert Howard en 1920. Este brillante cientfico especializado en agricultura, realiz estudios sobre la planta en India y public artculos relacionados con el aprovechamiento de sta en la depuracin de aguas residuales, usos derivados como abono orgnico y alimento para ganado porcino. 1.3 COMPOSICIN QUMICA [2] As como las algas, la hierba del lecho del ro y dems plantas acuticas, el jacinto de agua tiene un alto contenido de agua entre 93 y 95%. Esta composicin vara dependiendo del medio en el cual crezca la planta. Cuando hay escasez de elementos fertilizantes, se inhibe el crecimiento de la planta. Por el contrario, en abundancia de nutrientes, la planta se desarrolla a su mximo lmite, adquiriendo un intenso color azul-verdoso. Para realizar el anlisis de la composicin del jacinto de agua se tomaron dos muestras, la primera (1) de un estanque pobre en nutrientes y la segunda (2) de una corriente lenta en donde las sales tienden a acumularse. Tabla 1. Composicin qumica del Jacinto de agua.

1.4 MECANISMOS DE DEPURACIN [3]Los principales mecanismos de depuracin del jacinto de agua que actan sobre las aguas residuales industriales son los siguientes: Eliminacin de slidos en suspensin: Los slidos se eliminan por sedimentacin, decantacin, filtracin y degradacin a travs del conjunto que forma el sustrato del humedal con las races y rizomas del jacinto de agua. Eliminacin de materia orgnica: La eliminacin de la materia orgnica del agua es realizada por los microorganismos que viven adheridos al sistema radicular de la planta y que reciben el oxgeno a travs de un sistema de aireacin muy especializado. Una parte de la aireacin del agua tambin se realiza por difusin del oxgeno del aire a travs de la superficie del agua. Tambin se elimina una parte de la materia orgnica por sedimentacin. Eliminacin de nitrgeno: El nitrgeno se elimina por diversos procesos: absorcin directa por la planta y, en menor medida, por fenmenos de nitrificacin-desnitrificacin y amonificacin, realizados por bacterias. Eliminacin de fsforo: El fsforo se elimina por absorcin por el jacinto de agua, adsorcin sobre las partculas de arcilla y precipitacin de fosfatos insolubles, principalmente con Fe y Al, en suelos cidos y con calcio en suelos bsicos. Eliminacin de microorganismos patgenos: Por filtracin y adsorcin en partculas de arcilla, accin predatoria de otros organismos (bacterifagos y protozoos), toxicidad por antibiticos producidos por las races y por la radiacin UV contenida en los rayos solares. Trazas de Metales: Tienen una alta afinidad por adsorcin y complejacin con materia orgnica y pueden ser acumulados en los humedales. Tambin existen transformaciones microbianas y asimilacin por la

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planta, mediante la raz, la cual atrapa y fija entre sus tejidos concentraciones hasta de 100 mil veces superiores a las del agua que las rodea.[4] La reduccin o eliminacin de contaminantes de las aguas residuales, por medio de ecosistemas acuticos, con la participacin activa de plantas superiores (macrfitas) adaptadas al medio acutico (hidrfitos), se conoce tradicionalmente como fitodepuracin. La fitodepuracin de las aguas residuales puede efectuarse por humedales naturales, en los que el hombre no interviene en su construccin o mediante humedales artificiales especialmente diseados y construidos para la optimizacin de su funcin depuradora.

1.5 INTERRELACIN DEL JACINTO DE AGUA Y MECANISMOS DE DEPURACIN QUE OCURRENDENTRO DEL ESTANQUE [5] En el medio ambiente natural, cuando interacciona el agua, el suelo, las plantas y microorganismos y la atmsfera, se producen procesos fsicos, qumicos, y biolgicos. Los sistemas de tratamiento se disean para aprovechar estos procesos con objeto de proporcionar tratamiento al agua. Los procesos que intervienen en los sistemas de tratamiento natural incluyen muchos de los utilizados en las plantas de tratamiento. Sedimentacin Filtracin Transferencias de gases Adsorcin Intercambio inico Precipitacin qumica Conversin y descomposicin biolgica Procesos propios como la fotosntesis, la fotooxidacin, y la asimilacin de las plantas. A diferencia de los sistemas mecnicos, en los que los procesos se llevan a cabo, de forma secuencial, en diferentes tanques y reactores a velocidades aceleradas como consecuencia del aporte energtico, en estos sistemas los procesos se producen a velocidades naturales y tienden a realizarse de forma simultnea en un nico ecosistema. El sistema del jacinto de agua es un filtro vivo, es un sistema de tratamientos de aguas abajo costo, hecho por el hombre de tal forma de emular y maximizar los procesos naturales de purificacin conocidos y que se producen en estos sistemas. En estos sistemas las plantas acuticas bombean oxigeno desde el aire (atmsfera) hacia las races para as poder sobrevivir dentro de su hbitat. La fina capa de oxigeno que cubre las races de las plantas que soportan a una poblacin diversa de microbios aerobios que digieren molculas orgnicas y a su vez liberan dixido de carbono y agua. La combinacin de digestin y la absorcin que toma lugar en este sistema provee de una reduccin del CTO (Consumo Total de Oxgeno) y en la DBO (Demanda Bioqumica de Oxgeno) y en las concentraciones compuestos txicos (metales pesados). Estos tratamientos son capaces eliminar, hasta cierto punto, casi todos los constituyentes del agua considerada como contaminantes. Slidos suspendidos Materia Orgnica Nitrgeno Fsforo Elementos traza. Compuestos orgnicos de traza. Microorganismos. Slidos suspendidos.- Los slidos suspendidos del agua se eliminan por sedimentacin, potenciada por las reducidas velocidades de circulacin y por la escasa profundidad, y por filtracin a travs de las formas vivas y de los desechos vegetales. En la interfase suelo se produce una eliminacin adicional. Materia orgnica.- La materia orgnica degradable presente en el agua, ya sea soluble o insoluble, se elimina por degradacin microbiana. Los microbios responsables de esta degradacin suelen estar

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asociados a pelculas que se desarrollan sobre la superficie de las partculas del suelo, vegetacin y desechos vegetales. En general, stos sistemas se disean y explotan de modo que resulte posible mantener condiciones aerbicas, con la intencin de que la degradacin de la materia orgnica se realice, principalmente, gracias a la accin de microorganismos aerbicos, ya que la descomposicin aerbica tiende a ser mas rpida y completa que la anaerobia y por lo tanto, se consiguen evitar los problemas de olores asociados a los procesos de descomposicin anaerobia. Nitrgeno.- El nitrgeno es un elemento esencial puesto que es un elemento de protenas. Las fuentes de nitrgeno en un estanque incluyen principalmente nitrgeno atmosfrico (N2) y productos de descomposicin provenientes de materias orgnicas presentes en el estanque. La transformacin y eliminacin de nitrgeno en estos sistemas implica una serie de procesos y reacciones complejas. Los mecanismos implicados en la eliminacin de nitrgeno del agua dependen de la forma en que esta presente el nitrgeno. Nitrgeno orgnico Nitrgeno amoniacal (NH3 Amoniaco libre o No Ionizado y NH4 Amonio Ionizado). Nitrgeno en forma de nitratos (Nitritos NO2 y Nitrato NO3) Desnitrificacin Biolgica Nitrgeno orgnico.- El nitrgeno orgnico asociado a los slidos suspendidos presentes en el agua, se elimina por sedimentacin y filtracin. El nitrgeno orgnico en fase slida se puede incorporar directamente al humus del suelo, que consiste en molculas orgnicas complejas de gran tamao que contienen carbohidratos complejos, protenas, substancias protenicas y ligninas. Parte del nitrgeno orgnico se hidroliza para formar aminocidos que se pueden descomponer, adicionalmente para producir iones amonio (NH4). Nitrgeno amoniacal.- En estos sistemas de tratamiento, el nitrgeno amoniacal puede seguir diferentes vas de descomposicin. El amoniaco soluble se puede eliminar por volatilizacin directa a la atmsfera en forma de amoniaco gas. Esta va de eliminacin es de un 10%. La mayor parte del amoniaco afluente y del amoniaco convertido se absorbe temporalmente, mediante reacciones de intercambio inico, sobre las partculas del suelo y sobre las partculas orgnicas dotadas de carga. El amoniaco absorbido es apto para el consumo por la vegetacin y los microorganismos, o para la conversin a nitrgeno en forma de nitrato mediante la nitrificacin biolgica bajo condiciones aerbicas. Nitrgeno en forma de nitrato.- No sufre reacciones de intercambio inico debido a su carga negativa, permanece en solucin, y es transportado como parte del agua percolada. Si no se elimina por consumo de las plantas o por procesos de desnitrificacin, el nitrato es lixiviado o percolado alcanzando las aguas subterrneas subyacentes. La vegetacin puede asimilar los nitratos, pero ello solo se produce en las proximidades de las races durante los periodos de crecimiento activo, la que posteriormente se debera recoger y retirar de sistema. Los nitratos son fcilmente asimilados para nuevos tejidos por las plantas, o se convierte en nitrgeno elemental por la bacteria de desnitrificacin. Algunos nitratos se pierden en los sedimentos. Desnitrificacin / Nitrificacin Biolgica.- Los nitratos tambin se eliminan por desnitrificacin biologa y posterior liberacin del oxido nitroso gaseoso y del nitrgeno molecular a la atmsfera. En los sistemas acuticos la desnitrificacin biolgica es el principal mecanismo de eliminacin de nitrgeno. Para que la desnitrificacin sea completa, es necesario que la relacin carbono/nitrgeno sea de al menos 2:1. En la nitrificacin, la bacteria del genero Nitrosomonas convierte el amonaco en nitrito, y la bacteria del genero Nitrobacter convierte nitrito en nitrato bajo ciertas condiciones. Estas formas inorgnicas pueden ser txicas, es por esta razn que la amonificacin, nitrificacin y desnitrificacin son procesos importantes en los sistemas de acuicultura. Fsforo.- Los principales procesos de eliminacin de fsforo que se producen son por adsorcin, precipitacin qumica y las plantas que los consumen. El fsforo, normalmente presente en forma de ortofosfatos, es absorbido por minerales arcillosos y determinadas fracciones orgnicas de la matriz del suelo. La precipitacin qumica con calcio (a pHs neutros o alcalinos) o con hierro o aluminio (a pHs cidos), se produce a menor velocidad que los fenmenos de adsorcin. Estos sistemas acuticos, presentan un potencial de eliminacin de fsforo limitado.

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Elementos traza.- La eliminacin de los elementos traza (principalmente metales) se produce, fundamentalmente, por el mecanismo de adsorcin (trmino que engloba reacciones de adsorcin y precipitacin) y, en menor grado, mediante la asimilacin de algunos metales por parte de las plantas. Los metales son retenidos en el suelo o en los sedimentos de los sistemas acuticos. Los rendimientos de eliminacin suelen ser menores al 80% debido al contacto limitado con slidos y sedimento. Compuestos Orgnicos a nivel de traza.- Los compuestos orgnicos de traza se eliminan del agua por volatilizacin y adsorcin seguidas de degradacin biolgica o fotoqumica. En general, los sistemas permiten eliminar una fraccin importante de los compuestos orgnicos de traza; sin embargo los datos de que se dispone en la actualidad no permiten predecir los rendimientos de eliminacin de compuestos individuales. Microorganismos.- Los mecanismos de eliminacin de las bacterias y parsitos (protozoos y helmintos) comunes a la mayora de los sistemas de tratamiento natural incluyendo la muerte, retencin, sedimentacin, atrapamiento, depredacin, radiacin, desecacin y adsorcin. Los virus se eliminan casi exclusivamente por adsorcin y posteriormente muerte

1.6 EFECTO DEPURADOR [7]Experimentos realizados demuestran que mediante el uso de estas plantas se pueden obtener buenas eficiencias en la remocin de los contaminantes ms comunes de aguas residuales, siendo significativo las remociones en carga de nitrgeno entre 7 y 38 kg de NTK/Ha.d y cargas de fsforo entre 0,9 y 13 kg de Pt/Ha.d, observndose que el tamao de la planta as como su sistema radicular influyen en la remocin de contaminantes. Las plantas utilizadas presentan velocidades de crecimiento entre 123 y 487 g/m2.d (peso hmedo), con un contenido de protenas entre 25 y 30% (base seca). 2. ASPECTOS TCNICOS DE ESTANQUES DE JACINTO DE AGUA PARA DEPURACIN DE AGUAS INDUSTRIALES 2.1 CONDICIONES PARA EL TRATAMIENTO [5] Topografa. El terreno debe tener una topografa uniforme horizontal o con ligera pendiente. Caracterstica del suelo. Los suelos mas indicados son aquellos de permeabilidad lenta (