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1 INTRODUCCION La filtración lenta en arena es una tecnología apropiada para la potabilización del agua en zonas en donde la mano de obra calificada es escasa, costosa y en donde se tiene la disponibilidad de grandes áreas para la instalación de estos sistemas. Estas son unas de las principales ventajas que son inherentes y que la hacen viable para países y comunidades que tienen bajo presupuesto para la operación y mantenimiento (1). Las desventajas que se presentan en esta tecnología son la baja capacidad para la remoción de altos picos de turbiedad presentes en el agua natural (cruda) que pueden ingresar a la planta y la presencia de microorganismos algales, especialmente la especie de las Diatomeas, las cuales son consideradas como obturadoras de filtros (2). El principio de remoción consiste en la formación superficial de una capa biológica en donde coexisten bacterias, protozoos, algas y nemátodos entre otros, generando una relación de simbiosis en donde las algas proveen el oxigeno necesario para la supervivencia de los demás microorganismos, mientras que estos aportan el bióxido de carbono que las algas consumen (1). Los bioindicadores son organismos que se utilizan para demostrar la presencia o la ausencia de algún fenómeno que se quiera comprobar (3). En la presente investigación las algas serán utilizadas como los indicadores de taponamiento de los filtros lentos de arena de la planta de Altavista. Hay circunstancias específicas, como el aumento de la turbiedad o el incremento de microorganismos obturadores de filtros lentos, ya sean el producto de un
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INTRODUCCION
La filtración lenta en arena es una tecnología apropiada para la potabilización del
agua en zonas en donde la mano de obra calificada es escasa, costosa y en
donde se tiene la disponibilidad de grandes áreas para la instalación de estos
sistemas. Estas son unas de las principales ventajas que son inherentes y que la
hacen viable para países y comunidades que tienen bajo presupuesto para la
operación y mantenimiento (1). Las desventajas que se presentan en esta
tecnología son la baja capacidad para la remoción de altos picos de turbiedad
presentes en el agua natural (cruda) que pueden ingresar a la planta y la
presencia de microorganismos algales, especialmente la especie de las
Diatomeas, las cuales son consideradas como obturadoras de filtros (2). El
principio de remoción consiste en la formación superficial de una capa biológica en
donde coexisten bacterias, protozoos, algas y nemátodos entre otros, generando
una relación de simbiosis en donde las algas proveen el oxigeno necesario para la
supervivencia de los demás microorganismos, mientras que estos aportan el
bióxido de carbono que las algas consumen (1).
Los bioindicadores son organismos que se utilizan para demostrar la presencia o
la ausencia de algún fenómeno que se quiera comprobar (3). En la presente
investigación las algas serán utilizadas como los indicadores de taponamiento de
los filtros lentos de arena de la planta de Altavista.
Hay circunstancias específicas, como el aumento de la turbiedad o el incremento
de microorganismos obturadores de filtros lentos, ya sean el producto de un
2
fenómeno hidrológico o climático, como fuertes lluvias o el verano intenso
respectivamente, que obliga a incrementar la frecuencia del mantenimiento del
sistema de filtración del corregimiento de Altavista del municipio de Medellín. Este
mantenimiento consiste en remover la capa superior de arena junto con el lecho
biológico y poner nuevamente en funcionamiento el filtro. La arena removida es
lavada con agua potable y se almacena para una posterior colocación. Estas
circunstancias generan una rápida pérdida de carga del filtro, disminuyendo así, la
carrera de filtración, es decir, en donde normalmente esta puede durar entre 60 a
90 días se ha rebajado a 30 días y a veces hasta menos. La cantidad de agua
potable que deben entregar los filtros lentos es de 5 litros por segundo, porque
fueron diseñados para este caudal, sin embargo, hay ocasiones en las que el agua
entregada es de 2 a 3 litros por segundo, por lo que si el operador necesita
aumentar la cantidad producida, deberá aumentar la velocidad de filtración, lo cual
genera un riesgo de deterioro en la calidad del agua producida. Finalmente, como
el filtro deberá ser sometido a un mantenimiento más constante, incrementando la
posibilidad de que el suministro continúo del agua potable a la comunidad se vea
afectado.
Por otro lado, puede ocurrir que el material filtrante no sea técnicamente apto,
pues la mayoría de estas instalaciones son diseñadas siguiendo la literatura
técnica aplicada en Europa. Esta situación dificulta el mantenimiento de los filtros
ya que el material filtrante está especificado para aguas con bajos niveles de
turbiedad y poca concentración de microorganismos. Se propone entonces que la
arena a ser utilizada tenga una granulometría mayor que la utilizada en Europa,
con el fin de que su porosidad sea superior, el filtro se obture menos y que al
rasparlo quede dentro del lecho un inóculo que permita el crecimiento rápido de la
nueva capa biológica (4).
Es importante destacar que la radiación solar juega un papel importante en el
crecimiento microbiano, especialmente en el crecimiento logarítmico de las algas.
3
Estos microorganismos son importantes en el proceso de tratamiento del agua, ya
que aportan el oxígeno que necesitan las bacterias, los protozoos tales como los
rizópodos o ciliados y los gusanos acuáticos, para degradar la materia orgánica.
Cuando el número de algas es tal que supera la capacidad depuradora de la capa
biológica y la relación simbiótica que tiene con los otros microorganismos
presentes en ella, sus efectos positivos se transforman en negativos, porque
obturan el material filtrante, los conductos y las válvulas de la planta de
tratamiento (1).
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1. GENERALIDADES DEL CORREGIMIENTO DE ALTAVISTA
El corregimiento de Altavista está ubicado en la parte sur occidental del municipio
de Medellín. Lo componen tres núcleos urbanos, San José del Manzanillo, el
Corazón y Altavista. La zona urbana del municipio de Medellín acumula el 95% de
la población; el 5% restante está distribuido en los cinco corregimientos que este
municipio tiene. De este 5%, el corregimiento de Altavista aporta el 11.5% tanto en
población rural como urbana, que equivale a un total de 16.901 habitantes a junio
de 2004 (5) (Figura 1).
Figura 1. Mapa del Corregimiento de Altavista.
Fuente: ALCALDIA DE MEDELLIN, Mapas de los Corregimientos de Medellín.
Medellín, 2006. p.860. pagina Web de la Alcaldía <http://www.medellin.gov.
co/alcaldia/jsp/modulos/V_medellin/index.jsp?idPagina=860 >.
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2. PLANTA DE TRATAMIENTO DE FILTRACIÓN LENTA EN ARENA
La planta de filtración lenta en arena del corregimiento de Altavista (Figura 2),
tiene una capacidad de tratamiento de 15.7 litros por segundo, para abastecer una
población aproximada de 10.000 habitantes con una dotación diaria de 150 litros
/habitantedía. Está compuesta por cuatro unidades de filtración de 27.10 metros
de longitud y 3.30 metros de ancho cada una. La altura total de la caja del filtro es
de 2.60 metros. La altura actual de los lechos de arena es de 1.20 metros incluido
el lecho de soporte que es la grava, cuyo espesor es de 0.40 metros, es decir,
que la altura de la arena es de 0.80 metros (Figura 3).
Figura 2. Imagen Panorámica de la Planta de Filtración Lenta del
Corregimiento de Altavista. Municipio de Medellín.
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Figura 3. Imagen de los Filtros 2 y 3 en Mantenimiento. Planta de Filtración
Lenta del Corregimiento de Altavista. Municipio de Medellín.
La planta tiene como fuentes de abastecimiento tres quebradas: La Piedra, La
Buga y Patio Bonito, siendo esta última la que aporta aproximadamente el 50% del
caudal total necesario. Estas tres quebradas llegan de forma independiente a la
planta y son unificadas el la cámara de aquietamiento, situada antes de un
vertedero rectangular que conduce el agua hasta el prefiltro (Figura 4).
Figura 4. Imagen del Canal de Repartición y Prefiltro. Planta de Filtración
Lenta del Corregimiento de Altavista. Municipio de Medellín.
Filtro 2 Filtro 3
Prefiltro
Canal de Repartición
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3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la zona tropical, Brasil es uno de los pocos países latinoamericanos que ha
realizado estudios de clasificación de los microorganismos que hacen parte de la
microfauna y microflora presente en los filtros lentos de arena (FLA) y ha
desarrollado técnicas para la identificación de los mismos (6). Ni la composición ni
el comportamiento de estos microorganismos son los mismos para todos los
países ubicados en la zona tórrida, ya que las condiciones de temperatura y
sustrato disponibles en esta parte de la tierra son especiales y permiten un
metabolismo y un crecimiento microbiano bastante rápido (6).
La mayoría de las veces, la literatura técnica solo reporta estudios realizados en
Europa o Estados Unidos (2), dando lugar a un vacío técnico y de conocimiento en
lo referente al estudio específico para los sistemas que utilizan esta tecnología en
Colombia.
El Centro Internacional de Abastecimiento y Remoción del Agua (CINARA) ha
realizado un despliegue de esta tecnología en el Valle del Cauca y parte de la
zona cafetera (7), En Antioquia no se conocen trabajos realizados acerca de la
clasificación de los organismos que intervienen en el tratamiento del agua por
medio de la filtración lenta, ni tampoco sobre aquellos microorganismos que
generan graves problemas en la obturación de los filtros, como las algas.
En consecuencia cabe preguntarse: ¿Cuáles son los tipos de microorganismos
algales que están presentes en la capa biológica de los filtros lentos de arena del
corregimiento de Altavista?
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4. HIPÓTESIS
Los organismos algales, presentes en la capa biológica de los filtros lentos de
arena en la planta del corregimiento de Altavista son los causantes de la
obturación de los mismos y del incremento en su mantenimiento.
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5. JUSTIFICACIÓN
Actualmente no existen en Antioquia registros que determinen los
microorganismos integrantes de la capa biológica en los filtros lentos y que
participan en el tratamiento del agua para consumo humano. Tampoco se conoce
cuáles son las especies de algas que obturan los filtros y qué clase de
procedimientos se deben aplicar para su remoción.
Por lo anterior, se hace indispensable implementar la identificación precisa los
microorganismos que participan en el tratamiento biológico del agua en esta zona
del país. La determinación de esta microflora permitirá comparar su composición
en referencia a otros microorganismos que han sido identificados en otros países,
como Brasil. Con el aislamiento y la identificación de las especies algales se podrá
determinar cuáles de ellos causan obturación en los filtros lentos de arena,
establecer las causas ambientales que dan lugar a la presencia de estos
microorganismos y proponer alternativas de tratamiento para obviar este
problema.
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6. OBJETIVOS
6.1. OBJETIVO GENERAL
Identificar los bioindicadores causantes de la obturación en los Filtros Lentos de
Arena del corregimiento de Altavista en el municipio de Medellín, para el periodo
lluvioso a finales de 2005 y el periodo seco a principios de 2006.
6.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar los géneros de algas presentes en el filtro biológico, tomando como
referente un área de cinco centímetros cuadrados, con el fin de hallar aquellas que
son obturadoras de filtros.
Determinar la concentración de los diferentes géneros de algas que están
presentes en la capa biológica de los filtros lentos de arena y así determinar las
posibles especies dominantes.
Establecer las formas de nitrógeno y fósforo presentes en el agua natural que
alimenta el filtro lento de arena y asociarlas con las especies algales que se
puedan encontrar.
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7. VARIABLES Y OPERACIONALIZACIÓN
Las siguientes son las variables a tener en cuenta en la presente investigación:
Clase y concentración de algas presentes en la capa biológica del filtro lento en
arena. La unidad de medición es UFC/100mL de muestra.
Clase y concentración de nutrientes presentes en el agua influente al filtro lento en
arena. La unidad de medición es mg/L.
Frecuencia de remoción de la capa biológica de los filtros lentos en arena. La
unidad de medición es el número de mantenimientos/unidad de tiempo.
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8. MARCO TEÓRICO
8.1 ANTECEDENTES
La filtración lenta en arena es el sistema de tratamiento de agua más antiguo
utilizado por la humanidad. Es sencillo y efectivo porque copia exactamente el
proceso de purificación que se da en la naturaleza al atravesar el agua lluvia los
estratos de la corteza terrestre hasta encontrar los acuíferos o ríos subterráneos
(8).
La primera planta de filtración lenta que se recuerda se instaló en Paisley,
Escocia, en 1804 y desde entonces este tipo de sistema se ha usado
ininterrumpidamente en Gran Bretaña y el resto de Europa, principalmente por su
gran eficiencia en la remoción de microorganismos patógenos (4).
La filtración lenta de arena ha sido proceso de tratamiento de aguas eficaz para
prevenir la transmisión de la enfermedad gastrointestinal por más de 150 años,
primero siendo utilizado en Gran Bretaña y más adelante en otros países
europeos. La eficacia de este proceso del tratamiento de aguas fue demostrada
durante la epidemia 1892 del cólera en Hamburgo, Alemania, cuando la ciencia de
la microbiología estaba en sus primeros años de desarrollo. Según lo descrito por
Gainey y colaboradores (1952), el brote de la enfermedad implicó dos ciudades
Altona y Hamburgo, ya que ambas utilizaron el río Elba como fuente del agua
potable. Altona, localizado aguas abajo recibía el producto del agua de las
descargas de la alcantarilla de Hamburgo, se esperaba una situación similar del
13
brote, pero Altona utilizó la filtración lenta de arena para purificar el río Elba.
Hamburgo, careciendo de filtros lentos de arena, presentó la parte más recia del
brote, con 8605 muertes. Gainey y colaboradores (1952), obtuvieron los índices de
mortalidad del cólera como 1344 por 100.000 habitantes en Hamburgo y 230 por
100.000 habitantes en Altona. Atribuyendo un gran porcentaje de las muertes por
cólera en Altona a las infecciones que ocurrieron en Hamburgo. Este
acontecimiento ilustra la eficacia de los filtros de arena lentos para controlar los
contaminantes microbiológicos aun cuando el personal carecía de una
comprensión moderna en microbiología (9).
Durante el presente siglo se desarrolló el filtro rápido que, comparativamente con
el filtro lento, requiere de áreas más pequeñas para tratar el mismo caudal y por lo
tanto tiene menor costo inicial, aunque es más costoso y complejo de operar. Las
nuevas tecnologías calificaron como obsoleto al filtro lento, al ser más simple que
cualquiera de las innovaciones más recientes, pues se supuso que debía ser
necesariamente inferior. Paradójicamente, pese a ser el sistema de tratamiento
más antiguo del mundo, es uno de los menos comprendidos y del que menos
investigaciones se han realizado sobre el comportamiento del proceso y su
eficiencia (10).
Investigaciones recientes impulsan el resurgimiento del filtro lento, permitiendo
conocer profundamente este complejo proceso que se desarrolla en forma natural,
sin la aplicación de ninguna sustancia química, pero que requiere de un buen
diseño, así como de una operación apropiada y un mantenimiento cuidadoso para
no afectar el mecanismo biológico del filtro y reducir la eficiencia de remoción
microbiológica (11).
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8.2. CONCEPTUALIZACION
8.2.1. Comportamiento del filtro lento: la filtración biológica (o filtración
lenta) se consigue al hacer circular el agua cruda a través de un manto poroso de
arena. Durante el proceso las impurezas entran en contacto con la superficie de
las partículas del medio filtrante y son retenidas, desarrollándose adicionalmente,
procesos de degradación química y biológica que reducen la materia retenida a
formas más simples, las cuales son llevadas en solución o permanecen como
material inerte hasta un subsiguiente retiro o limpieza (12).
Los procesos que se desarrollan en un filtro lento se complementan entre sí,
actuando en forma simultánea, para mejorar las características físicas, químicas y
bacteriológicas del agua tratada. El agua cruda que ingresa a la unidad
permanece sobre el medio filtrante de tres a doce horas, dependiendo de las
velocidades de filtración adoptadas. En este tiempo, las partículas más pesadas
que se encuentran en suspensión se sedimentan y las partículas más ligeras se
pueden aglutinar, llegando a ser más fácil su remoción posterior. Durante el día y
bajo la influencia de la luz del sol se produce el crecimiento de algas, las cuales
absorben dióxido de carbono, nitratos, fosfatos y otros nutrientes del agua para
formar material celular y oxígeno. El oxígeno así formado se disuelve en el agua y
entra en reacción química con las impurezas orgánicas, haciendo que éstas sean
más asimilables por los microorganismos (12).
En la superficie del medio filtrante se forma una capa, principalmente de origen
orgánico, conocida con el nombre de schmutzdecke o “piel de filtro”, a través de la
cual pasa el agua, antes de llegar al propio medio filtrante. El schmutzdecke está
formado principalmente por algas y otras numerosas formas de vida, tales como
plankton, diatomeas, protozoarios, rotíferos y bacterias. La acción intensiva de
estos microorganismos atrapa, digiere y degrada la materia orgánica contenida en
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el agua. Las algas muertas, así como las bacterias vivas del agua cruda son
consumidas en este proceso. Al mismo tiempo que se degradan los compuestos
nitrogenados se oxigena el nitrógeno. Algo de color es removido y una
considerable proporción de partículas inertes en suspensión son retenidas por
cernido (12).
Habiendo pasado el agua a través del schmutzdecke, entra al lecho filtrante y es
forzada a atravesarlo en un tiempo que normalmente toma varias horas,
desarrollándose un mecanismo físico de cernido que constituye una parte del
proceso total de purificación. Una de las propiedades más importantes del manto
filtrante es la adherencia, fenómeno resultante de la acción de fuerzas
electrostáticas, acciones químicas y atracción de masas. Para apreciar la
magnitud e importancia de este fenómeno, es necesario visualizar que un metro
cúbico de arena con las características usuales para filtros lentos tiene una
superficie de granos de cerca de 15,000 m 2 . Cuando el agua pasa entre los
granos de arena con un flujo laminar (el cual cambia constantemente de dirección)
se facilita la acción de las fuerzas centrífugas sobre las partículas y la adherencia
a la superficie de los granos de arena (12).
En los poros o espacios vacíos del medio filtrante (los cuales constituyen
aproximadamente el 40% del volumen) se desarrolla un proceso activo de
sedimentación, fenómeno que se incrementa apreciablemente por la acción de
fuerzas electrostáticas y de atracción de masas (12).
Debido a los fenómenos enunciados anteriormente, la superficie de los granos de
arena es revestida con una capa de una composición similar al schmutzdecke, con
bajo contenido de algas y partículas, con un alto contenido de microorganismos,
bacterias, bacteriófagos, rotíferos y protozoarios; todos ellos se alimentan y
absorben las impurezas y residuos de los otros. Este revestimiento biológico es
activo hasta los 0.40 m de profundidad en el medio filtrante. Predominan diversas
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formas de vida en las diferentes profundidades y se desarrolla una mayor actividad
biológica cerca de la superficie del manto filtrante, donde las condiciones son
óptimas y existe una gran cantidad de alimento (12).
El alimento consiste esencialmente en partículas de origen orgánico, llevadas por
el agua. El revestimiento orgánico mantiene a las partículas que se encuentran en
suspensión hasta que se degrada la materia orgánica y es asimilada por el
material celular, el cual a su vez es asimilado por otros organismos y convertido en
materia inorgánica, bióxido de carbono, nitratos, fosfatos y sales que son
arrastradas posteriormente por el agua (12).
En el extremo final del manto filtrante disminuye la cantidad de alimento,
encontrándose otro tipo de bacterias, las cuales utilizan el oxígeno disuelto en el
agua y los nutrientes que se encuentran en solución (12).
Como consecuencia de los procesos indicados anteriormente, un agua cruda que
ingresa en el filtro lento con sólidos en suspensión en estado coloidal y amplia
variedad de microorganismos y complejas sales en solución sale virtualmente libre
de tales impurezas y con bajo contenido de sales inorgánicas. En el proceso de
filtración biológica, no sólo se han eliminado los organismos nocivos o peligrosos,
sino también los nutrientes en solución, los cuales podrían facilitar el subsiguiente
crecimiento microbiano (12).
Por lo general, el efluente obtenido en este proceso tiene bajo contenido de
oxígeno disuelto y alto contenido de bióxido de carbono, por lo que se requiere un
proceso de aireación posterior para mejorar ambas características (12).
Como el rendimiento del filtro lento depende principalmente del proceso biológico,
mientras la capa biológica se desarrolla, la eficiencia es baja, mejorando a medida
que progresa la carrera de filtración, proceso que se conoce con el nombre de
“maduración del filtro” (12).
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8.2.2. Mecanismos de remoción: desde el punto de vista microbiológico, a
mayor población de algas y protozoos en el medio filtrante, puede haber mayor
eficiencia de remoción de coliformes fecales. Para una remoción de 0.5 logs de
coliformes fecales, se presentó una población de protozoos de 3 logs/cm 3 de
arena y una población de algas de 4.2 logs/cm 3 de arena; mientras que para la
remoción de 3 logs de coliformes fecales las poblaciones de protozoos fueron de
5.5 logs/cm 3 de arena y una población de algas de 6.8 logs/cm 3 de arena.
Adicionalmente, la población de protozoarios en el medio filtrante puede estar
actuando como control del crecimiento de las bacterias porque estos las depredan
(13).
Ahora bien, los mecanismos de transporte y adherencia que actúan sobre las
partículas acarreadas por el agua en el proceso de remoción por filtración
lenta(Tabla 1), son los mismos que actúan en el proceso de filtración rápida, la
diferencia fundamental está en el mecanismo biológico adicional que actúa en el
filtro lento. Mientras que en el filtro rápido los microorganismos quedan entre el
lodo retenido en el lecho filtrante y salen del filtro con el agua de lavado, quedando
nuevamente liberados, en el filtro lento mueren como consecuencia del proceso de
degradación biológica (1).
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Tabla 1. Partículas Encontradas en el Agua.
Categoría Grupo/Nombre Tamaño (micrones)
Mineral
Arcilla (coloidal)
Silicatos
No silicatos: Fe, Ca, Al, Mg, etc.
0.001 – 1.0
Biológica
Virus
Bacterias
Quistes de Giardia lamblia Algas unicelulares
Huevos de parásitos
Huevos de nemátodos
Cryptosporidium oocysts
0.01 – 0.1
0.3 – 10
10
30 – 50
10 – 50
10
4 – 5
Otras partículas
Pequeños desechos amorfos
Grandes desechos amorfos
Coloides orgánicos
1 – 5
25 – 500
Fuente: AWWA, 1991 citado por CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José,
Manual I, II y III: Teoría y Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control.
Perú. Lima, OPS/CEPIS, 1992.
8.2.3. Mecanismos de transporte: esta etapa de remoción, básicamente
hidráulica, ilustra los mecanismos mediante los cuales ocurre la colisión entre las
partículas y los granos de arena. Estos mecanismos son principalmente:
intercepción, sedimentación y difusión. Para comprenderlos hay que considerar
primero la forma en que el fluido se comporta alrededor de un grano de arena,
considerado como una obstrucción al paso del agua. La Figura 5, muestra cómo
el modelo de flujo de un fluido (el cual puede ser representado en términos de
líneas de flujo) es alterado por la presencia de un grano de arena idealizado en la
Figura 5 como una esfera (1).
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Si una partícula (representada en la Figura 5 por un círculo negro) es llevada por
las líneas de flujo, puede colisionar con un grano de arena, adherirse a él y de
este modo ser removida mediante uno de estos cinco mecanismos (1).
Figura 5. Mecanismos de transporte.
Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José, Manual I, II y III: Teoría y
Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima, OPS/CEPIS,
1992.
Cernido: el mecanismo de cernido actúa exclusivamente en la superficie de la
arena y sólo con aquellas partículas de tamaño mayor que los intersticios de la
arena. Su eficiencia es negativa para el proceso porque colmata rápidamente la
capa superficial, acortando las carreras de filtración.
Los sólidos grandes, especialmente material filamentoso como las algas
clodóferas, forman una capa esponjosa sobre el lecho que mejora la eficiencia del
cernido, actuando como un prefiltro sobre el lecho de arena, protegiéndolo de una
rápida colmatación y permitiéndole cumplir con su función de filtración a
profundidad (1).
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Intercepción: es una de las formas en que las partículas pueden colisionar con los
granos de arena. La intercepción solamente puede ocurrir si la partícula conducida
por las líneas de flujo se acerca al grano de arena, de modo que roce la superficie
de éste. Cuando más grande es la partícula, será más factible que ocurra la
intercepción (Figura 5(a)) (1).
Sedimentación: la fuerza de gravedad actúa sobre todas las partículas,
produciendo la componente vertical de la resultante de la velocidad de
conducción, la cual puede causar la colisión de la partícula con el grano de arena.
Su influencia es perceptible solamente con partículas mayores de 10 µm. (Figura
5(b)) (14).
Difusión: es el tercer mecanismo de transporte representativo en la filtración lenta.
La energía térmica de los gases y líquidos se pone de manifiesto en un
movimiento desordenado de sus moléculas. Cuando esas moléculas colisionan
con una pequeña partícula, ésta también empieza a moverse en forma
descontrolada, en una serie de pasos cortos, a menudo denominados de “andar
desordenado” (14).
Si la partícula es conducida por las líneas de flujo, la difusión puede cambiar su
trayectoria, moviéndose de una línea de flujo a otra, pudiendo eventualmente
colisionar con un grano de arena. Como se puede inferir, cuanto más baja es la
velocidad del flujo, más pasos podrá dar la partícula por unidad de tiempo. Por lo
tanto, la probabilidad de colisión aumenta a medida que la velocidad intersticial
decrece. Asimismo, a medida que la temperatura se incrementa, aumenta también
la energía térmica, por consiguiente, el número de pasos por unidad de tiempo y la
probabilidad de colisión. La difusión es un mecanismo importante con partículas
de tamaño menor a 1 µm (Figura 5 (c)) (14).
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Flujo intersticial: las líneas de flujo mostradas en la Figura 6, han sido idealizadas
para un solo grano de arena. En una porción de lecho filtrante con granos de
arena, las líneas de flujo tienen una configuración más tortuosa, como se indica en
la Figura 6. Por definición, el flujo entre dos líneas cualesquiera de corriente es
similar y el espacio dentro del cual discurren se denomina conducto cilíndrico. La
configuración de estos conductos cilíndricos es tortuosa, se bifurca, se unen y se
vuelven a bifurcar en diferentes puntos. Este cambio continuo de dirección del flujo
crea mayor oportunidad de colisión, al cruzarse constantemente las partículas y
los granos de arena (14).
Figura 6. Líneas de Flujo en el Interior del Lecho Filtrante (1).
Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José, Manual I, II y III: Teoría y
Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima, OPS/CEPIS,
1992.
Como se indica en la Figura 6, si una partícula es conducida por las líneas de flujo
intersticial, será más probable que en cualquier punto durante su paso entre los
granos de arena choque contra uno de ellos. La posibilidad de chocar dentro de un
tramo dado su trayectoria depende de la dimensión de los granos de arena, de
la velocidad intersticial y de la temperatura.
Cuanto más pequeños los granos de arena, mayor probabilidad de colisión. La
porosidad del medio es mayor, por lo tanto, hay mayor cantidad de conductos,
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produciéndose mayor número de bifurcaciones. Asimismo, cuanto más baja la
velocidad intersticial, mayor posibilidad de colisionar. Como se indicó previamente,
las velocidades más bajas permiten mayor oportunidad de colisión por unidad de
distancia con el mecanismo de difusión. Sin embargo, a medida que la velocidad
intersticial se incrementa, hay un punto por encima del cual la velocidad ya no
influye aunque siga aumentando. Finalmente, las temperaturas altas intensifican el
mecanismo de difusión, produciéndose una mayor probabilidad de colisión (14).
Probabilidad de colisión: todo el análisis efectuado hasta ahora está
estrechamente relacionado con la oportunidad de colisión entre una partícula y un
grano de arena, expresado mediante el coeficiente η. El número de colisiones por
unidad de desplazamiento determina el potencial de remoción mediante la
filtración. La remoción final dependerá de que se produzca la adherencia (12).
8.2.4. Mecanismo de adherencia: sólo cuando se produce la adherencia, hay
remoción. La fracción de partículas que se adhieren en relación con el número de
colisiones, por definición es el coeficiente α. El desarrollo de la película biológica
proporciona a los granos de arena una superficie absorbente que favorece la
adherencia. Otra suposición es que las enzimas extracelulares coagulan las
partículas permitiendo así la adherencia (12). Se desconoce en qué situaciones
aumenta o disminuye el valor de α.
Cuando el filtro comienza a funcionar y antes de que se desarrolle la película
biológica la remoción de coliformes es cercana a cero y por lo tanto α = 0.
Después de que la película biológica se ha desarrollado, la tasa de remoción es
del orden de 2 a 4 logaritmos, encontrándose el coeficiente α cercano a 1.0. Esto
indica la importancia de la película biológica en la eficiencia del filtro lento. Los
microorganismos pueden morir o ser ingeridos por los predadores, antes de que
logren alcanzar una superficie absorbente. Por lo tanto, la remoción indicada
23
puede deberse a muerte o predación adicional a la adherencia. Sin embargo,
luego de producida la adherencia ocurrirá inevitablemente la predación y la muerte
(15).
El filtro se considera “maduro” cuando la película biológica ha llegado a su máximo
desarrollo para las condiciones existentes. El límite máximo de desarrollo de la
película biológica no está aún definido, necesitándose mayor investigación al
respecto para obtener esta importante información (12).
No obstante, investigaciones han demostrado que el límite máximo de desarrollo
de la capa biológica se relaciona con el contenido de nutrientes en el agua cruda
(16).
Puede esperarse que los filtros lentos que tratan aguas con bajo contenido de
nutrientes presenten una remoción de coliformes fecales del orden de 2 log,
después de producirse la maduración de la película biológica. En cambio, con
aguas ricas en nutrientes es de esperar que se obtengan remociones del orden de
3 log, evidenciándose en otros casos eficiencias de remoción de hasta 4 log (16).
8.2.5. Mecanismo biológico: tal y como se indicó anteriormente, la remoción
total de partículas en este proceso se debe al efecto conjunto de los mecanismos
de adherencia y biológico (1).
Al iniciarse el proceso, las bacterias predadoras o benéficas transportadas por el
agua pueden multiplicarse, contribuyendo a la formación de la película biológica
del filtro y utilizando como fuente de alimentación el depósito de materia orgánica.
Estas bacterias oxidan dicha materia para obtener la energía que necesitan para
su metabolismo (desasimilación) y convierten parte de ésta en material necesario
para su crecimiento (asimilación). Así, las sustancias y materia orgánica muerta
24
son convertidas en materia viva. Los productos de desasimilación son llevados por
el agua a profundidades mayores para ser utilizados por otros organismos (1).
El contenido bacteriológico está limitado por el contenido de materia orgánica en el
agua cruda y es acompañado de un fenómeno de mortalidad concomitante,
durante el cual se libera materia orgánica para ser utilizada por las bacterias de las
capas más profundas y así sucesivamente. De este modo, la materia orgánica
degradable presente en el agua cruda es gradualmente descompuesta en agua,
bióxido de carbono y sales relativamente inocuas, tales como sulfatos, nitratos y
fosfatos (proceso de mineralización) los cuales son descargados en el efluente de
los filtros (10).
La actividad bacteriológica descrita es más pronunciada en la parte superior del
lecho filtrante y decrece gradualmente con la profundidad y la disponibilidad de
alimento. Cuando se limpian las capas superiores del filtro se remueven las
bacterias, siendo necesario un nuevo período de maduración del filtro hasta que
se logre desarrollar la actividad bacteriológica necesaria. A partir de los 0.30 a
0.50 m de profundidad, la actividad bacteriológica disminuye o se anula
(dependiendo de la velocidad de filtración); en cambio, se realizan reacciones
bioquímicas que convierten a los productos de degradación microbiológica (tales
como aminoácidos) en amoníaco y a los nitritos en nitratos (nitrificación) (1).
8.2.6. Factores que modifican la eficiencia del filtro lento: estos factores
pueden clasificarse como de diseño, operación y ambientales; del comportamiento
de estos dependerá la eficiencia del proceso (Tabla 2).
25
Tabla 2. Variables del Proceso que Afectan la Eficiencia de la Filtración
Lenta.
Clasificación Variables
Condiciones de
diseño
Tasa de velocidad
Tamaño de la arena d10 y C.U.
Pérdida de carga permitida
Profundidad del lecho de arena (máxima y mínima)
Parámetros de
operación
Frecuencia de raspados
Tiempo en que el filtro está fuera de operación después
del raspado
Mínima altura de lecho permitida
Tiempo de maduración del filtro
Variaciones de flujo
Edad y tipo del schmutzdecke
Distancia entre la capa de hielo y el lecho de arena (en
climas muy fríos)
Condiciones
ambientales del
agua cruda
Temperatura del agua
Calidad del agua cruda
Clase de microorganismos presentes
Concentración de microorganismos
Tipo y concentración de algas
Magnitud y tipo de turbiedad
Concentración y tipo de compuestos orgánicos
Concentración y tipo de nutrientes
Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José, Manual I, II y III: Teoría y
Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima, OPS/CEPIS,
1992.
26
8.2.7 Condiciones ambientales y calidad del agua cruda: las condiciones
del agua cruda que más afectan la eficiencia del filtro son la temperatura, la
concentración de nutrientes y de sustancias tóxicas y afluentes con turbiedad y
color altos (1).
Temperatura: en condiciones ambientales extremas se han detectado eficiencias
en la remoción entre 0 y 90%. La eficiencia de remoción de bacterias coliformes
fecales puede reducirse al 99% a 20º C, y al 50% a 2º C; permaneciendo
inalterables todas las condiciones restantes (13). En filtros operando con
velocidades de 0.3 m/h y temperaturas de 4º C, con buenas condiciones de
funcionamiento, no se han logrado producir efluentes con menos de 50
UFC/100mL. Los antiguos sistemas de Londres se operan con velocidades de
0.20 m/h, obteniéndose filtrados con concentraciones de coliformes fecales
menores de 10 UFC/100mL (13).
En Suiza, Holanda y otros países desarrollados de Europa y cuyas temperaturas
son bajas, los filtros lentos son techados para conservar el calor y atenuar el
efecto de la nieve y las heladas. Adicionalmente, las regiones en las que los
afluentes asocian una baja temperatura y concentración de nutrientes, el lecho del
filtro puede demorar varios meses en madurar y alcanzar su máxima eficiencia de
remoción bacteriológica (13).
Concentración de nutrientes: La velocidad de desarrollo de la formación
biológica en el filtro depende de la concentración de nutrientes en el agua, debido
a que ésta es la fuente de alimentación de los microorganismos. Experimentos
realizados incrementando los nutrientes en un filtro, indican que la formación de la
capa biológica se acelera activamente, en comparación, con otro similar operando
con la misma calidad de agua (1).
27
Concentraciones altas de turbiedad y color: La capacidad de los filtros lentos
para reducir la turbiedad y el color es muy limitada. El agua cruda no debe
sobrepasar de 10 a 20 unidades nefelométricas de turbiedad (UNT) por períodos
prolongados, pudiendo aceptarse picos de 50 a 100 UNT por pocas horas, debido
a que causan enlodamiento de la superficie del filtro, reduciendo la capacidad de
remoción de la formación biológica del filtro y reduciendo dramáticamente la
duración de la carrera de filtración. En los casos en que los filtros se están
raspando cada dos o tres días por esta causa, además de afectar la calidad del
agua producida, incrementa en forma exagerada los costos de operación y
mantenimiento (1).
En cuanto a color verdadero, la capacidad de remoción del filtro lento se limita a
40 ó 50 unidades de color (UC). Estos aspectos se pueden controlar anteponiendo
al filtro lento (Figura 7) tantos procesos como sea necesario para adecuar el
afluente a los límites de turbiedad estipulados para el filtro (1).
Figura 7. Filtro Lento para el Medio Rural (CEPIS, 1982).
Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José, Manual I, II y III: Teoría y
Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima, OPS/CEPIS,
1992.
28
8.2.8 El schmutzdecke definido: el schmutzdecke se deriva de la palabra
alemana que significa “capa sucia”. Esta película pegajosa, que es de color rojizo,
se forma de la descomposición de la materia orgánica, hierro, manganeso y sílice
y por otras acciones del filtro fino que contribuyen a la remoción de partículas
coloidales finas en el agua cruda. El schmutzdecke también está en la zona inicial
de la actividad biológica, proporcionando una cierta degradación de orgánicos
solubles en el agua cruda, que es útil para reducir el sabor, los olores y el color
(17).
8.2.9. Procesos de la purificación en el schmutzdecke y la zona biológica:
las condiciones encontradas dentro de un filtro lento de arena son generalmente
inadecuadas para la multiplicación de bacterias intestinales. Estas, que
normalmente crecen a la temperatura corporal de 37° C, no prosperan en las
temperaturas debajo de 30° C. Además, generalmente la capa filtrante no contiene
mucha materia orgánica del origen animal para satisfacer sus necesidades
alimenticias y también hay en el filtro competición por el alimento de otros
microbios, mientras que en profundidades más bajas el alimento llega a ser
incluso más escaso de modo que mueren de hambre, particularmente a
temperaturas más altas cuando su tasa metabólica aumenta. Agregado a esto,
muchos tipos de organismos predadores (tales como protozoos y pocos
metazoarios) abundan en la parte superior del lecho que se alimentan de otras
células. Finalmente, aunque relativamente pocos datos cuantitativos están
disponibles, se sabe que los microorganismos en un filtro lento de arena, producen
varias sustancias que actúan como venenos químicos o biológicos a las bacterias
intestinales. Los efectos combinados de este ambiente selectivamente hostil dan
lugar a la muerte y a la inactivación de muchos microorganismos patógenos. El
resultado total es una reducción sustancial en el número de E. coli, y una mayor disminución proporcional uniforme de patógenos. Este efecto llega a ser mayor
mientras que la flora y la fauna del filtro se convierten en presencia del alimento,
del oxígeno y de las temperaturas convenientes (1).
29
8.2.10. Manteniendo el lecho húmedo: para la supervivencia de los
microorganismos dentro de la zona biológica, la arena se debe mantener mojada.
La capa filtrante de arena se mantiene mojada por el diseño del filtro, donde el
nivel de tubo de salida se hace sobre el nivel de la arena. Esto asegura que la
capa filtrante no se seque (1).
8.2.11. Suministro de alimentos: para la supervivencia de los microorganismos
dentro de la zona biológica, necesita tener una fuente de alimento en el agua
cruda. Un inóculo biológico en el filtro con agua cruda asegura una filtración
biológica más eficiente (18).
8.2.12. Fuente de Oxígeno: para la supervivencia de los microorganismos
dentro de la zona biológica, necesita tener una fuente de oxígeno. El oxígeno se
utiliza en el metabolismo de componentes biodegradables, la inactivación y el
consumo de patógenos. Si el oxígeno baja a cero durante la filtración ocurre la
descomposición anaerobia, con la producción consiguiente del sulfuro del
hidrógeno, del amoníaco y producir sustancias que transfieren sabor y olor, que
junto con el hierro y el manganeso disueltos, hacen del agua tratada inadecuada
para el lavado de ropa y otros propósitos. Así el contenido medio en oxígeno del
agua filtrada no debe caer debajo de 3 mg/L. Para evitar la caída de la
concentración del oxígeno se puede airear el agua cruda o realizar pretratamiento
para bajar su demanda del oxígeno (1).
Encontrar una manera de permitir mucha transferencia del oxígeno para sostener
la capa biológica es esencial en el diseño del filtro de arena lento de paso
intermitente. El estudio fue realizado en 1995 y determinó un modelo matemático
para describir la difusión de la transferencia del oxígeno en la biocapa del filtro
(19).
30
8.2.13. Tiempo de contacto: para la oxidación bioquímica satisfactoria de la
materia orgánica por los microorganismos en la capa biológica, se debe permitir
un tiempo suficientemente largo, el contacto con el lecho de arena. El tiempo
adecuado se asegura, guardando el índice de filtrado bajo. Una forma de hacer
esto es reducir la cabeza de la presión (carga hidráulica) del agua encima de la
arena y otra, aumentar la profundidad de la arena. Desde la descarga se relaciona
la pérdida de la cabeza y la longitud de la columna de la arena (20).
8.3. CONCENTRACIÓN DE ALGAS
Las algas pueden llegar al filtro procedente de los ríos, lagos y presas que
alimentan estos sistemas. Son parte constituyente del schmutzdecke y en
concentraciones de 2400 organismos por cada gramo de arena (21), su efecto es
beneficioso para el funcionamiento del filtro (1). Las algas mantienen el equilibrio
biológico produciendo el oxígeno que requieren los predadores para su desarrollo
y consumiendo el anhídrido carbónico que estos exhalan; además de actuar como
un prefiltro sobre la superficie de la arena (1).
Sin embargo, bajo ciertas condiciones particularmente relacionadas con la
disponibilidad de luz y nutrientes, como presencia de fosfatos y nitratos en el agua,
pueden producirse sobre crecimientos de algas. Estos florecimientos o blooms de
algas pueden crear serios problemas de operación y calidad al agua tratada, tales
como bloqueo o colmatación prematura del lecho filtrante, producción de olor y
sabor, incremento en la concentración de sustancias orgánicas solubles y
biodegradables en el agua, incremento de las dificultades asociadas con la
precipitación de carbonato de calcio y desarrollo de condiciones anóxicas.
Además, la carrera del filtro puede reducirse a un sexto de su período normal
31
debido a un exagerado crecimiento de algas, aún en climas templados como el de
Gran Bretaña (1). Durante su actividad fotosintética, las algas pueden reducir la
capacidad buffer natural o amortiguadora del agua y el pH puede elevarse
considerablemente, aún por encima de 10 u 11, como consecuencia de esto, el
hidróxido de magnesio y de calcio puede precipitar sobre los granos de arena,
afectando la eficiencia del proceso y las condiciones de operación del filtro (1).
El control a las algas es difícil, pero puede solucionarse controlando los nutrientes
en la fuente y el efecto de la luz al cubrir los reservorios de agua cruda. En Europa
este problema se obvia techando los filtros, encontrando que la falta de luz no
afecta mayormente el proceso y la reducción de las algas permite operar con
tasas de filtración más altas (1).
8.4. LAS ALGAS
Las algas son un grupo de organismos de estructura simple que producen oxígeno
al realizar el proceso de la fotosíntesis, proceso en el cual los organismos con
clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía
en forma de luz y la transforman en energía química. Aunque la mayoría de las
algas son microscópicas como las diatomeas también las hay visibles a simple
vista como las algas marinas y las no marinas. Las algas pueden estar tanto en el
agua como en la tierra, pueden vivir en simbiosis con hongos creando líquenes; la
simbiosis es un proceso en el que dos organismos cooperan para obtener un
beneficio mutuo. Ciertas algas han evolucionado hacia la pérdida de su capacidad
fotosintética (2).
32
8.4.1. Clasificación de las algas: la división más simple de estos
microorganismos podría ser las formas móviles y las formas inmóviles. Los
biólogos suelen utilizar un sistema de clasificación que las distribuye en reinos
diferentes. Las investigaciones actuales sugieren que existen, al menos, dieciséis
líneas filogenéticas, grupos de organismos con un antepasado común, o
divisiones. Las líneas filogenéticas de las algas se definen según determinadas
características: (1).
Ø La composición de la pared celular.
Ø Los pigmentos fotosintéticos.
Ø Los productos de reserva.
Ø Los flagelos de las células móviles.
Ø La estructura del núcleo, el cloroplasto, el pirenoide, zona del cloroplasto
que participa en la formación de almidón; y la mancha ocular, orgánulo
constituido por una gran concentración de lípidos.
Las algas procarióticas, que carecen de membrana nuclear, se clasifican en el
reino Móneras. Las formas unicelulares de las algas eucarióticas, que tienen su
núcleo rodeado por una membrana, se incluyen en el reino Protistas, al igual que
las líneas filogenéticas con formas pluricelulares, aunque según ciertas
clasificaciones estas últimas se incluyen en el reino vegetal (1). Una hipótesis
apunta a que los orgánulos de las células de las algas han evolucionado a partir
de endosimbiontes (1).
8.4.2. Líneas filogenéticas: en la división de las algas se han definido dieciséis
líneas filogenéticas:
Ø Algas verde azuladas o azules (cyanoprokariota): Las algas verde azuladas también son llamadas bacterias verde azuladas porque carecen
33
de membrana nuclear como las bacterias. Sólo existe un equivalente del
núcleo, el centroplasma, que está rodeado sin límite preciso por el
cromatoplasma periférico coloreado. El hecho de que éstas se clasifiquen
como algas en vez de bacterias es porque liberan oxígeno realizando una
fotosíntesis similar a la de las plantas superiores. Ciertas formas tienen vida
independiente, la mayoría se agrega en colonias o formando filamentos. Su
color varía desde verde azulado hasta rojo o púrpura dependiendo de la
proporción de dos pigmentos fotosintéticos especiales: la ficocianina (azul)
y la ficoeritrina (rojo), que ocultan el color verde de la clorofila. Mientras que
las plantas superiores presentan dos clases de clorofila llamadas A y B, las
algas verde azuladas contienen sólo la de tipo A, ésta no se encuentra en
los cloroplastos, sino que se distribuye por toda la célula. Se reproducen
por esporas o por fragmentación de los filamentos pluricelulares. Las algas
verde azuladas se encuentran en hábitats diversos de todo el mundo.
Abundan en la corteza de los árboles, rocas y suelos húmedos donde
realizan la fijación de nitrógeno. Algunas coexisten en simbiosis con hongos
para formar líquenes. Cuando hace calor, algunas especies forman
extensas y, a veces, tóxicas floraciones en la superficie de charcas y en las
costas. En aguas tropicales poco profundas, las algas llegan a constituir
unas formaciones curvadas llamadas estromatolitos, cuyos fósiles se han
encontrado en rocas formadas durante el precámbrico, hace más de 3.000
millones de años. Esto sugiere el papel tan importante que desempeñaron
estos organismos cambiando la atmósfera primitiva, rica en dióxido de
carbono, por la mezcla oxigenada que existe actualmente. Ciertas especies
viven en la superficie de los estanques formando las “flores de agua” (1).
Ø Algas verdes (chlorophyta): Se cuentan entre los organismos más antiguos; la primera alga verde aparece en el registro fósil hace más de
2.000 millones de años. Se les considera predecesoras de las plantas
verdes terrestres. Las algas verdes se asemejan a las plantas superiores en
34
que tienen clorofila A y B y almidón como material de reserva. La mayoría
son unicelulares móviles o no, coloniales o pluricelulares. Las especies
unicelulares móviles se desplazan en el agua gracias a los flagelos. Las
especies inmóviles pueden generar células reproductoras móviles, es decir,
zoosporas. Tanto las móviles como las inmóviles pueden vivir aisladas o
reunirse en colonias; a menudo, éstas tienen forma determinada y un
número fijo de células, todas ellas iguales, y constituyen un cenobio o una
comunidad celular. La mayoría de estas algas posee paredes celulares con
dos capas, una interna de celulosa y otra externa con pectina, sustancia
blanca amorfa que producen algunas plantas. Muchos clorófitos
unicelulares se agrupan en filamentos y son visibles como musgo de río o
verdín de charca. En hábitats marinos las más desarrolladas se componen
de sifones plurinucleados y alcanzan una longitud de 10 metros. Un género
tiene las paredes celulares impregnadas con una forma de carbonato de
calcio llamada aragonita y contribuye de modo importante a la formación de
los arrecifes de coral. Las algas verdes se localizan también en el suelo
húmedo, adheridas a las plantas terrestres (algunas de éstas son
parásitas), e incluso en la nieve y el hielo. Las formas marinas son fáciles
de ver en las rocas costeras cuando baja la marea. Algunas especies
terrestres de algas viven en simbiosis con los hongos (líquenes). Las algas
verdes se reproducen de forma vegetativa (por fragmentación y división
celular), asexual (por esporas y zoosporas), y sexual por conjugación; y en
muchas especies se da la alternancia de generaciones. Las algas verdes
tienen una enorme importancia ya que constituyen una fuente de alimento
(plancton) para otros organismos acuáticos y contribuyen al aporte de
oxígeno atmosférico. Cuando la población de caráceas (algas de agua
dulce) aumenta demasiado provocan mal olor y en charcas y lagos
contaminados por nitratos y fosfatos aparece en el agua una espuma densa
y maloliente y se produce un drástico descenso del oxígeno disponible,
necesario para otras formas de vida acuática (1).
35
Ø Diatomeas (bacillariophyta): Las diatomeas son organismos unicelulares,
pueden unirse en colonias con forma de tallo o ramificadas. Las células de
las diatomeas son completas. Tienen membrana, núcleo, cromatóforos, dos
vacuolas que se reparten el líquido intracelular, entre otros. En tales células
no se acumula almidón, sino gotas de aceite. Lo más notable de estas
plantas es la membrana que las envuelve y las protege, constituida por una
modificación de la celulosa impregnada de una combinación silícica; esta
especie de caparazón, el frústulo, se compone de dos piezas que encajan
una en otra por sus bordes, como una caja y su tapadera. En muchas
diatomeas existe una línea sinuosa que recorre la valva (rafe) que va de un
nódulo extremo a otro, interrumpida por un nódulo central. El sílice les
confiere rigidez y origina patrones de estrías, esculpidos de manera
complicada, que suelen servir como rasgos para su identificación. El
citoplasma contiene la clorofila verde, se mezcla con la xantofila (de color
amarillento), la carotina y con el fucoxantina y confieren a las diatomeas su
apariencia castañodorada con una pigmentación similar, aunque no
idéntica, a la de las algas pardas. Su reproducción generalmente es por
división celular. Las cubiertas se separan y cada mitad segrega otra un
poco más pequeña que encaja con la anterior. Las divisiones celulares
sucesivas van produciendo células de menor tamaño, hasta que se alcanza
una talla mínima. Periódicamente se originan células de la talla del
organismo original por reproducción sexual (1).
Estas algas se encuentran principalmente en charcas de agua dulce o en
las capas superficiales de los océanos, donde constituyen un componente
principal del plancton del que depende la vida marina; y en suelos
húmedos. Pueden flotar formando parte del plancton o fijarse a rocas u
otras superficies. Los restos fósiles de las conchas de las diatomeas se
llaman tierra de diatomeas, que se usa como abrasivo y filtrante. Existen
dos tipos de diatomeas: (1).
36
Ø Céntricas: tiene la valva circular y las grabaduras o estrías van
desde el centro hasta los bordes. Carece de rafe y abunda en los
mares. Junto a los flagelados vegetales, constituyen el principal
componente del plancton vegetal.
Ø Pennadas: en general son alargadas o elípticas, en forma de “S”;
tienen rafe y las grabaduras parten a menudo de la grieta
longitudinal y se disponen a ambos lados de ella, como en un
pluma de un pájaro.
Ø Otras líneas filogenéticas de algas: Se han definido, al menos, otras once
líneas filogenéticos de algas. La mayoría son organismos flagelados
unicelulares o miembros de colonias. Los dinoflagelados (Pyrrophyta) son
mayoritariamente marinos. Desempeñan un papel destacado como
productores primarios en la red trófica, son más conocidos porque originan
la marea roja, crecimiento explosivo de ciertas especies que introducen
toxinas en el medio (1).
Los cocolitopóridos, miembros de la división Prymnesiophyta o Haptophyta, tienen unas escamas calcificadas complejas llamadas cocolitos unidas a
sus cuerpos celulares. Los cocolitos fosilizados que forman acantilados
blancos, son importantes en el estudio geológico de los estratos (capas de
roca sedimentaria) (1).
Otras líneas filogenéticas de algas con miembros fotosintéticos son Chrysophyta, Xanthophyta (Tribophyta), Eustigmatophyta, Raphidophyta, Cryptophyta, Euglenophyta y Prasinophyta (1).
37
8.5. ALGAS OBTURADORAS DE FILTROS
Al pasar el agua por el filtro de arena los espacios que quedan entre los granos se
llenan de partículas coloidales y sólidas, que habían estado dispersas en el agua.
Si el agua cruda procede de una fuente superficial, como un depósito, embalse o
corriente, las algas que invariablemente se encuentran presentes, aparecerán en
el material acumulado en el filtro de arena. A menudo son la causa primaria del
taponamiento del filtro (2).
En la mayoría de los lugares, las algas y otras materias en particular son lo
suficientemente abundantes durante todo el año para definir que el agua sea
tratada con coagulantes antes de dirigirla directamente a los filtros. Sin este
tratamiento preliminar, el filtro se obstruiría tan rápidamente que sería poco
económico usarlo (2).
En los filtros lentos las algas y otros microorganismos acuáticos pueden
desempeñar un papel útil en el proceso de purificación. Forman una capa suelta y
limosa en la superficie de la arena, que actúa por si misma como filtro. Las algas
de esta capa liberan oxígeno durante la fotosíntesis y el oxígeno a su vez, es
utilizado por las bacterias saprofitas, aerobias, hongos y protozoarios, que se
implantan en el filtro y en la superficie, lo que permite la descomposición o
estabilización de la materia orgánica presente en el agua natural. Sin embargo, las
diatomeas, si se encuentran en grandes cantidades, por poseer paredes rígidas,
suelen perjudicar más que beneficiar, al acelerar el taponamiento del filtro. En
ciertos casos ha sido posible utilizar filtros lentos de arena cuando las diatomeas
ponen fuera de servicio los filtros rápidos. El agua que ha atravesado un filtro lento
está relativamente libre de bacterias, algas y otros organismos, así como de
materia orgánica muerta (2).
38
No se conoce bien porque ciertas algas son más eficaces que otras en cuanto a
reducir la corriente de agua en el filtro. Desde luego, es fundamental su capacidad
para multiplicarse en gran número. La pared rígida de las diatomeas compuesta
de sílice que no se descompone, el copioso material mucilaginoso que rodea las
células de Palmella sp y la tendencia a formar copos o una red de filamentos, son otros factores,como ocurre con Fraginaria sp y Tribonema sp (2).
Las diatomeas se encuentran durante todas las estaciones del año y son, por
mucho, el grupo más importante dentro de los organismos que obturan los filtros.
Las especies importantes que producen este efecto son: Asterionella, Fragilaria, Tabellaria y Synedra. Otras diatomeas que ocasionalmente taponan los filtros comprenden Navícula, Cyclotella, Diatomea y Cymbella (2). Las diatomeas por poseer la pared rígida compuesta de sílice y no descomponerse, aún cuando ellas
mueran rápidamente en la superficie del filtro, su pared silícica subsiste y obstruye
los poros de arena (2).
8.6. CONTROL DE ALGAS
Siempre que la densidad de algas en un estanque supera concentraciones del
orden de 200 UPA/mL (unidades patrón de área/mL) (22) sin que sea posible
controlarlas, se debe aplicar un alguicida o cualquier otro recurso que las elimine
del agua. El número límite de algas por mililitro varía según la especie en cuestión
y con su respectivo tamaño celular. Con los análisis físicos y químicos del agua se
podrá determinar si existen nutrientes en cantidad y concentración suficientes
como para que sean un factor determinante en la presencia de estos
microorganismos en la planta de Altavista (23).
39
8.7. BIOINDICADORES
Los indicadores biológicos son atributos de los sistemas biológicos que se
emplean para descifrar factores de su ambiente. Inicialmente, se utilizaron
especies o asociaciones de éstas como indicadores y posteriormente, comenzaron
a emplearse también atributos correspondientes a otros niveles de organización
del ecosistema, como poblaciones, comunidades, entre otros, lo que resultó
particularmente útil en estudios de contaminación (3).
Las especies indicadoras son aquellos organismos (o restos de los mismos) que
ayudan a descifrar cualquier fenómeno o acontecimiento actual (o pasado)
relacionado con el estudio de un ambiente. Las especies tienen requerimientos
físicos, químicos, de estructura del hábitat y de relaciones con otras especies. A
cada especie o población le corresponden determinados límites de estas
condiciones ambientales entre las cuales los organismos pueden sobrevivir
(límites máximos), crecer (intermedios) y reproducirse (límites más estrechos). En
general, cuando más estenoica sea la especie en cuestión, es decir, cuando más
estrechos sean sus límites de tolerancia, mayor será su utilidad como indicador
ecológico. Las especies bioindicadoras deben ser, en general, abundantes,
sensibles al medio de vida, fáciles y rápidas de identificar, bien estudiadas en su
ecología y ciclo biológico, y con poca movilidad (3).
A principios de siglo se propuso la utilización de listas de organismos como
indicadores de características del agua en relación con la mayor o menor cantidad
de materia orgánica. Se generalizo la idea de utilizar las especies como
indicadores, aplicándose a la vegetación terrestre y al plancton marino. En
determinadas zonas las plantas se emplearon como indicadores de las
características de agua y suelo e incluso para establecer la presencia de uranio.
(3).
40
En oceanografía los bioindicadores se utilizan en estudios de hidrología, geología,
transporte de sedimentos, cambios de nivel oceánico o presencia de peces de
valor económico, por ejemplo. Los indicadores hidrológicos son organismos
mediante los cuales se pueden diferenciar las distintas masas de agua de mar
(masas que difieren en sus características físicas, químicas, de flora y fauna y que
se caracterizan, en general, por su temperatura y salinidad) y determinar sus
movimientos. Los organismos pueden ser utilizados como indicadores de una
masa de agua, requiriéndose que sean fuertemente estenoicos para que no
sobrevivan a condiciones diferentes a las de la masa de agua que caracterizan, o
bien como trazadores de una corriente, si son más o menos resistentes a los
cambios ambientales y sobreviven en condiciones diferentes, indicando la
extensión de una corriente que puede atravesar varias masas de agua. Estos
métodos biológicos son más útiles que las determinaciones físicas o químicas
especialmente en las zonas marginales, de cambio y además, informan sobre el
grado de mezcla de dos tipos de agua en las zonas intermedias (3).
La utilización de organismos vivos como indicadores de contaminación es una
técnica bien reconocida. La composición de una comunidad de organismos refleja
la integración de las características del ambiente sobre cierto tiempo, y por eso
revela factores que operan de vez en cuando y pueden no registrarse en uno o
varios análisis repetidos. La presencia de ciertas especies es una indicación
relativamente fidedigna de que durante su ciclo de vida la polución no excedió un
umbral (3).
Varios organismos, sensibles a su medio ambiente, cambian aspectos de su
forma, desaparecen o, por el contrario, prosperan cuando su medio se contamina.
Cada etapa de auto depuración en un río que sufrió una descarga de materia
orgánica se caracteriza por la presencia de determinados indicadores. Según su
sensitividad a la polución orgánica se clasificaron especies como intolerantes,
facultativas, o tolerantes (3).
41
El empleo de organismos indicadores de contaminación requiere conocer las
tolerancias ecológicas y los requerimientos de las especies, así como sus
adaptaciones para resistir contaminantes agudos y crónicos. Las investigaciones
sobre organismos indicadores de contaminación comprenden el estudio
autoecológico, en el laboratorio, para establecer los límites de tolerancia de una
especie a una sustancia o a una mezcla de ellas mediante ensayos de toxicidad; y
el sinecológico, que se basa en la observación y análisis de las características
ambientales de los sitios en los cuales se detectan con más frecuencia
poblaciones de organismos de cierta especie. Algas, bacterias, protozoos,
macroinvertebrados y peces son los más utilizados como indicadores de
contaminación acuática (3).
Los resultados del estudio de las especies indicadoras de niveles de calidad de
agua son más inmediatos, requieren un profundo conocimiento para identificar los
organismos y sólo son adecuados para las condiciones ecológicas y
características regionales; mientras que los resultados numéricos de los estudios
de estructura de comunidades, si bien requieren su interpretación ecológica,
demandando más tiempo, son independientes de las características geográficas
regionales y tienen aplicabilidad aún con informaciones sistemáticas y ecológicas
deficientes (3).
En las evaluaciones de riesgo ecológico se ha propuesto la utilización de
indicadores de conformidad, de diagnóstico, y tempranos de daño (3).
42
9. MATERIALES Y MÉTODOS
9.1. SITIOS DE MUESTREO PARA CLASIFICACIÓN DE LAS ALGAS
Las muestras para el recuento y clasificación de las algas fueron colectadas en los
cuatro filtros lentos que componen la planta de tratamiento biológico del
corregimiento de Altavista del municipio de Medellin.
9.2. TOMA DE MUESTRAS PARA ANÁLISIS DE ALGAS
Las muestras fueron tomadas en dos periodos, el periodo lluvioso, durante el mes
de diciembre de 2005 y el periodo seco en los últimos días del mes de enero de
2006. Se tomaron muestras en la parte inicial, en el centro y en la parte final de
cada uno de los cuatro filtros. Se hizo un raspado superficial de la capa biológica
formada en la parte superior de los lechos filtrantes, con el fin de no arrastrar
material pesado que pudiera sedimentarse y producir interferencia en el momento
de realizar el montaje de las alícuotas en los portaobjetos para ser observados en
el microscopio. Este raspado se llevó a cabo con un bisturí y se introdujo en
frascos plásticos de 50 mL de capacidad. Después se le agregó agua natural, de
la misma que se iba a tratar en la planta. El área que se eligió fue de 5 centímetros
cuadrados en cada uno de los tres sitios de muestreo en los cuatro filtros, para un
43
total de 12 muestras por periodo climático. El tiempo de maduración mínima de
cada filtro fue de 2 meses. Los muestreos fueron realizados entre las 7 a.m. y los
8 a.m (Figura 8). Estas muestras fueron trasladadas inmediatamente al laboratorio
de limnología del Instituto de Biología de la Universidad de Antioquia. De cada una
de las muestras se extrajeron alícuotas de 0.5 mL y se procedió a hacer el
montaje en fresco. Los conteos e identificación se hicieron en microscopio fotónico
(24).
Figura 8. Imagen de la Toma de Muestras de la Capa Biológica. Planta de
Filtración Lenta del Corregimiento de Altavista. Municipio de Medellín.
9.3. METODOLOGÍA
9.3.1. Recuento de algas: Las muestras fueron preservadas en formol diluido al
10%. Cada muestra fue analizada individualmente para determinar las microalgas
Capa Biológica de 3mm de Espesor en toda el Área del filtro
44
presentes. Se empleó una cámara de conteo SedgwickRafter con capacidad de 1
mL de muestra, haciendo un recorrido total de los campos disponibles.
Las muestras que presentaban mayor concentración de sedimentos, impedían el
reconocimiento de las algas, razón por la cual fue necesario adecuarlas mediante
diluciones, hasta obtener una visualización confiable del material.
Para la determinación de las diferentes especies de diatomeas, las muestras se
sometieron a la siguiente rutina:
Ø Centrifugado a 20000 rpm durante 10 minutos
Ø Lavado con peróxido de hidrógeno (H2O2)
Ø Calentamiento en estufa a 90º C durante 1 hora
Ø Lavado con agua destilada
Posteriormente, se procedió al montaje en placas permanentes para la
observación, determinación y control de las especies presentes, siguiendo el
protocolo que aparece a continuación (24).
Ø Colocar 1 a 4 gotas de la muestra tratada (dependiendo de la densidad)
sobre un cubreobjetos.
Ø Dejar secar a temperatura ambiente y adicionar 1 ó 2 gotas del medio de
montaje. En algunos casos fue necesario acelerar el proceso de secado
mediante el uso de estufa a 50 60º C.
Ø Colocar el cubreobjetos invertido sobre un portaobjetos previamente lavado
y calentado.
Ø Dejar este montaje en una placa de calentamiento hasta que la resina se
funda y se extienda.
Ø Rotular
45
Las placas así dispuestas fueron observadas al microscopio para la determinación
y cuantificación de las especies presentes.
9.3.2. Toma de muestras para análisis físico y químico: las muestras para
los análisis físicos y químicos del agua fueron colectadas en la canaleta de salida
del prefiltro que se encuentra antes de los cuatro filtros lentos.
Para determinar la concentración de oxigeno, las muestras fueron tomadas en
frascos de Winkler y se fijó el oxígeno disuelto. Para los otros análisis se tomaron
tres muestras por filtro en frascos plásticos de 500mL de capacidad. Los
muestreos se realizaron entre las 7 a.m. y las 8 a.m. y fueron llevadas al
laboratorio de análisis de aguas de las Empresas Publicas de Medellín, ubicado en
las instalaciones de la planta San Fernando (Anexo A).
9.3.3. Técnica para los análisis físicos y químicos: los análisis físicos y
químicos del agua natural que ingresa a la planta de Filtración Lenta en Arena del
corregimiento de Altavista, se ejecutaron siguiendo los procedimientos analíticos
que están descritos en Los Métodos Estándar para análisis se Agua y Aguas
Residuales de la AWWA (Anexo A).
Las variables cuantificadas fueron: la alcalinidad total como CaCO3, dureza total
como CaCO3, fosfatos como PO4, nitrógeno amoniacal, nitrógeno total (NTK),
nitrógeno orgánico, nitritos, oxigeno disuelto, sólidos disueltos, sólidos
suspendidos y sólidos totales.
9.3.4. Estructura del agrupamiento de diatomeas: se estableció con los índices
convencionales de diversidad (23), riqueza numérica, dominancia (25) y equidad
(26). Estos índices tienen
46
en cuenta el hecho de que en cualquier colección de individuos, casi sin
excepción, se observan una o dos especies comunes dominantes, unas pocas de
abundancia intermedia y un amplio número de especies raras y poco abundantes.
Normalmente, ninguna comunidad está constituida por especies igualmente
cuantiosas, es decir, con una diversidad máxima, a estos índices corresponden los
de Shannon y Weaver, el de Brillouin y el de Simpson y otros, que buscan reunir
los componentes de riqueza y de equidad en uno solo, por lo que se han
denominado índices de heterogeneidad. Los índices de diversidad de Shannon y
Weaver y de Brillouin son los mejor conocidos y más usados (23).
La medida de la diversidad no es sencilla, debe tenerse en cuenta una definición
precisa de los organismos comprendidos en una comunidad (26). Por ello es
preciso especificar los límites del tiempo durante el cual se efectuó el estudio, así
como las fronteras espaciales del área que contiene la comunidad y la forma como
se llevó a cabo el muestreo. Además, como ya se especificó, se requiere una
clasificación taxonómica clara del material involucrado, es decir, un estudio
cualitativo previo (23).
Normalmente se hace referencia a la diversidad de especies, pero esto no impide
el tratamiento de cualquier rango taxonómico, de componentes estructurales del
habitat e incluso de la diversidad trófica. Como muchos organismos no se
distribuyen al azar en el área de muestreo, se debe seguir una cuidadosa
metodología en la que quede bien representada la muestra tomada en forma
verdaderamente aleatoria, y que permita el uso correcto de los procedimientos
estadísticos involucrados (23).
Ø Índice de diversidad de Shannon y Weaver: Según Pielou, se debe usar
para colecciones infinitamente amplias, en las que el número de taxones es
desconocido y de las cuales debe tomarse una muestra aleatoria. Su
utilización implica que todas las especies de la población original estén
47
representadas en la muestra y que dicha población sea homogénea. No
puede ser usado entonces en cualquier situación, como se ha hecho
normalmente, pues presenta un sesgo definido en muestras pequeñas (23).
El valor máximo de este índice está dado por ln S, donde S es el número de taxones en la muestra; pero normalmente el rango de valores oscila entre
1.5 y 3.5, sobrepasando raramente un valor de 4.5 (23). Según Margalef, en
los ecosistemas lacustres continentales el fitoplancton puede llegar a
presentar una diversidad muy por debajo de uno de los ambientes muy
eutróficos y un máximo de cinco en los oligotróficos y distróficos (23).
Para el cálculo del índice se utiliza el logaritmo en base 2 (log2), pero puede usarse cualquier otro tipo de base, como la diez o la e del logaritmo natural, que es la más usada actualmente. El mismo tipo de logaritmo
usado para calcular el índice de diversidad debe ser utilizado para el cálculo
de los demás índices relacionados. Como el índice de equidad y el de
riqueza. De acuerdo con el tipo de logaritmo, las unidades del índice serán:
1) para log2, bits por individuos o dígitos binarios por individuos; 2) para loge (ln), bel nat por individuo o nat por individuo; 3) para log10, bel por individuo, dígito decimal por individuo o decit por individuo. Su expresión
numérica es:
H’ = ∑ pi ln pi Donde:
ni Pi =
n
ni : número de individuos del taxón pésimo
n : número total de individuos en la muestra.
N = ∑ ni
48
Ø Índice de riqueza: estos son una medida del número de especies o
taxones por unidad de muestreo. Los índices de riqueza de Gleason y de
Margalef son denominados índices simples de riqueza y sus valores oscilan
entre 0 y 30, sus fórmulas son: S
Rg = Ln n
S 1 Rm =
Ln n
Donde S es el número de taxones registrados, también denominados riqueza numérica.
Ambos son sensibles al tamaño muestral, por lo cual es recomendable
contar directamente el número de especies en muestras de igual tamaño.
En caso de tamaño maestrales desiguales, que es probablemente la
situación más usual, debe usarse el método denominado rarefacción. Este
método permite comparar el número de especies entre comunidades (23).
Ø Modelos de abundancia de especies o modelos de equidad: Describen
la distribución de la abundancia de especies, es decir, la equidad. Existen
cuatro de estos modelos: la serie geométrica, la serie logarítmica, la
distribución logarítmica normal y el modelo de barra rota. Cada uno de ellos
se apoya en pruebas estadísticas que permiten observar el grado de ajuste
de los resultados hallados al modelo teórico.
En general, el valor de la equidad es inverso al valor de la pendiente
obtenida en los modelos citados y el valor de este índice aumenta a partir
de la serie geométrica hasta el modelo de barra rota, en el que la equidad
es 1 porque la diversidad alcanza el valor máximo. El índice de equidad
49
oscila entre el valor 0 como mínima equidad – mayor contaminación, menor
diversidad – y uno, mas equidad – diversidad máxima, menor
contaminación . El más usado es el índice de equidad de Pielou. (23)
El cual se expresa así:
H’ J’ =
H’max
Donde:
H’: índice de diversidad de Shannon y Weaver
H’max: índice de diversidad máxima (= ln s)
Con el fin de establecer que componentes de la diversidad influenciaban
significativamente a la diversidad, se llevó a cabo un análisis de regresión y
correlación lineal múltiple.
Una vez establecido qué componentes se relacionaban más con la diversidad, se
efectuó un análisis de varianza de dos vías para un diseño de bloques. Dicho
análisis tenía como finalidad establecer la significancia estadística de las
variaciones de diversidad, riqueza y equidad entre filtros y periodos.
50
10. RESULTADOS
En total se hallaron veintiuna especies (Tabla 3), de las cuales catorce se
presentaron en las dos épocas: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestris, Navicula bryophila, Surirella tenera, Gyrosigma acuminatum, Cymbella mexicana, Diadesmis contenta, Navicula cincta, Amphipleura lindheimeri, Pinnularia nobilis, Hantzschia amphioxys,. En la época seca desaparecen cinco especies: Gomphonema abbreviatum, Nitzschia dissipata, Frustulia rhomboides, Stauroneis cf. obtusa, Caloneis bacillus y aparecen dos nuevas: Navicula subrhynchocephala y Gomphonema cf. olivaceum. (Anexo B).
Tabla 3. Número de Microorganismos Encontrados por Epoca en 0.5 mL
de Muestra, en los Cuatro Filtros. Planta de Filtración. Corregimiento de
Altavista. Medellín. Noviembre de 2005 y Enero – Febrero de 2006.
ESPECIES PERIODO LLUVIAS PERIODO SECO
Número de Individuos Número de Individuos
F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3 F4
Pinnularia sudetica 225 75 108 87 9 30 18 18
Melosira varians 72 15 21 24 178 210 243 159
Synedra ulna 48 3 0 33 21 9 48 6
Cocconeis placentula 18 6 3 6 3 6 18 3
Tetracyclus rupestris 12 2 3 12 0 21 93 3
Navicula bryophila 9 2 6 6 3 0 3 0
Surirella tenera 6 0 6 6 3 3 6 12
Gyrosigma acuminatum 18 3 3 6 0 0 9 0
51
ESPECIES PERIODO LLUVIAS PERIODO SECO
Número de Individuos Número de Individuos
F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3 F4
Cymbella mexicana 27 0 0 12 0 3 3 0
Diadesmis contenta 12 2 0 0 0 0 6 0
Navicula cincta 21 0 0 0 0 0 12 0
Amphipleura lindheimeri 9 0 0 3 3 0 0 0
Pinnularia nobilis 6 2 0 9 0 3 0 0
Gomphonema abbreviatum 3 2 3 3 0 0 0 0
Hantzschia amphioxys 3 0 0 3 0 0 3 0
Nitzschia dissipata 3 0 0 0 0 0 0 0
Frustulia rhomboides 3 0 0 0 0 0 0 0
Stauroneis cf. obtusa 0 0 3 3 0 0 0 0
Caloneis bacillum 0 2 0 0 0 0 0 0
Navicula subrhynchocephala 0 0 0 0 0 0 24 0
Gomphonema cf. olivaceum 0 0 0 0 3 0 0 0
Gráfico 1. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 1. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época de Lluvias
(Dic2005).
52
Gráfico 2. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 1. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca de lluvias.
(Dic2005).
Las especies analizadas en los gráficos 1 y 2 fueron 17, de acuerdo a lo
encontrado en las muestras examinadas: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Navicula bryophila, Surirella tenera, Gyrosigma acuminatum, Cymbella mexicana, Diadesmis contenta, Navicula cincta, Amphipleura lindheimeri, Pinnularia nobilis, Gomphonema abbreviatum, Hantzschia amphioxys, Nitzschia dissipata, Frustulia romboides.
53
Melosira varians 80%
Gomphonema cf . olivaceum
1%
Navicula bryophila 1%
Surirella tenera 1%
Pinnularia sudetica 4%
Cocconeis placentula 1%
Amphipleura lindheimeri
1%
Synedra ulna 9%
Gráfico 3. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 1. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época Seca (Feb
2006).
Gráfico 4. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 1. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca Seca. (Feb
2006).
54
Las especies encontradas en los muestreos que realizaron durante la época seca
fueron 8 y se pueden apreciar en los gráficos 3 y 4: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Navicula bryophila, Surirella tenera, Amphipleura lindheimeri, Gomphonema cf. olivaceum
En los gráficos 1, 2, 3 y 4 se pueden apreciar las especies de Diatomeas y su
estructura de agrupamiento de acuerdo a la densidad por individuos en el filtro
número 1 en cada una de las dos épocas climáticas.
Pinnularia sudetica. 66%
Synedra ulna. 3%
Tetracyclus rupestris. 2%
Caloneis bacillum. 2%
Cocconeis placentula. 5%
Pinnularia nobilis. 2%
Nav icula bryophila. 2%
Melosira v arians. 13%
Diadesmis contenta. 2%
Gyrosigma acuminatum. 3%
Gomphonema abbrev iatum. 2%
Gráfico 5. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 2. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época de Lluvias
(Dic2005).
55
Gráfico 6. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 2. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca de Lluvias.
(Dic 2005).
En el periodo lluvioso de diciembre de 2005 se recolectaron muestras en el filtro 2
de la planta de Altavista y se encontraron 11 especies algales de diatomeas que
se encontraro: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Navicula bryophila, Gyrosigma acuminatum, Diadesmis contenta, Pinnularia nobilis, Gomphonema abbreviatum, Caloneis bacillum.
56
Gráfico 7. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 2. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época Seca (Feb
2006).
Gráfico 8. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 2. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca Seca. (Feb
2006).
57
Durante el periodo seco, se hizo el muestreo del filtro 2 y los resultados obtenidos
sólo muestran 8 especies encontradas, que se pueden apreciar en los gráficos 7 y
8, dichas especies son listadas a continuación. Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Surirella tenera, Cymbella mexicana, Pinnularia nobilis.
Los gráficos 5, 6, 7 y 8 muestran el comparativo porcentual de las especies de
diatomeas y la densidad de individuos respectivamente encontradas en el filtro 2
para las dos épocas climáticas.
Pinnularia sudetica. 69%
Stauroneis cf. obtusa. 2%
Surirella tenera. 4%
Tetracyclus rupestris. 2%
Cocconeis placentula. 2%
Navicula bryophila. 4%
Melosira varians. 13%
Gyrosigma acuminatum. 2%
Gomphonema abbreviatum. 2%
Gráfico 9. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 3. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época de Lluvias
(Dic2005).
58
Gráfico 10. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 3. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca de Lluvias.
(Dic 2005).
Los hallazgos encontrados en los análisis de las muestras tomadas en el filtro 3
para el periodo lluvioso de diciembre de 2005, detallan la presencia de 9 especies
representativas: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Navicula bryophila, Surirella tenera, Gyrosigma acuminatum, Gomphonema abbreviatum, Stauroneis cf. obtusa.
59
Gráfico 11. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 3. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época Seca (Feb
2006).
Gráfico 12. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 3. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca Seca. (Feb
2006).
60
En las muestra tomadas en el filtro 3 durante la epoca seca se hallaron las 13
especies siguientes: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Navicula bryophila, Surirella tenera, Gyrosigma acuminatum, Cymbella mexicana, Diadesmis contenta, Navicula cincta, Hantzschia amphioxys, Navicula subrhynchocephala.
En los gráficos 9 y 10 se pueden apreciar las especies de diatomeas distribuidas
porcentualmente para la epoca de lluvias en el filtro 3 y los gráficos 11 y 12 se
presenta la estructura de agrupamiento de individuos para la época seca.
Gráfico 13. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 4. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época de Lluvias
(Dic2005).
61
Gráfico 14. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 4. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca de Lluvias.
(Dic 2005).
En el filtro 4, se hallaron 14 especies para el periodo lluvioso: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Navicula bryophila, Surirella tenera, Gyrosigma acuminatum, Cymbella mexicana, Amphipleura lindheimeri, Pinnularia nobilis, Gomphonema abbreviatum, Hantzschia amphioxys, Stauroneis cf. obtusa.
62
Melosira varians 79%
Surirella tenera 6%
Pinnularia sudetica 9%
Tetracyclus rupestris 1%
Cocconeis placentula 1%
Synedra ulna 3%
Gráfico 15. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 4. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época Seca (Feb
2006).
Gráfico 16. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 4. Planta de
Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca Seca. (Feb
2006).
63
En el periodo seco, se presentaron 6 especies para el filtro 4: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestrs, Surirella tenera.
En el gráfico 17, se aprecia de forma general el comportamiento de las especies
dominantes según el periodo climático.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Esp/05 ml
PROMEDIOS DE LAS PRINCIPALES ESPECIES
PERIODO LLUVIAS 124 33
PERIODO SECO 19 198
Pinnularia sudetica Melosira varians
Gráfico 17. Comportamiento de las Especies Pinnularia sudetica y Melosira varians en Cuanto el Promedio del Crecimiento. Corregimiento de Altavista.
Periodo de Lluvia y periodo seco. Diciembre 2005 y Enero – Febrero 2006.
64
Figura 9. Imagen de la Especie Algal Melosira varians.
Figura 10. Imagen de la Especie Algal Pinnularia sudetica.
Finalmente, La regresión lineal múltiple efectuada entre la diversidad y sus
componentes presentó la siguiente ecuación:
H’ = 0.77 + 0.05S + 2.92E α = 0.0000, R 2 = 99.9%, SE = 0.018
Donde:
H: Diversidad según Shannon y Weaver
S: Riqueza de especies
E: Índice de equidad
65
En la ecuación anterior se observa que sólo la riqueza y la equidad mostraron
relación significativa con la diversidad. Para estas variables se realizó el análisis
de varianza, en el que la riqueza de diatomeas no presentó variación significativa
ni entre filtros (α = 0.8197) ni entre periodos (α = 0.2710). Igual sucedió para la
equidad entre filtros (α = 0.9156) y periodos (α = 0.2628) y para la diversidad (α =
0.9575 para filtros, α = 0.2683 para periodos).
Gráfico 18. Estructura Promedio de los Filtros para el Periodo Lluvioso.
66
Gráfico 19. Estructura Promedio de los Filtros para el Periodo Seco.
En los gráficos 18 y 19, puede verse que aunque la riqueza y la densidad medias
fueron mayores durante el periodo lluvioso, dado que la dominancia de uno de los
taxones (Melosira varians) fue mayor en el periodo seco (D = 0.54) la diversidad y la equidad medias disminuyeron ostensiblemente hacia este periodo.
En las Tablas 4 y 5 que aparecen a continuación se presentan los resultados de
los análisis físicos y químicos del agua natural que ingresa a la planta de
tratamiento biológico del Corregimiento de Altavista para los diferentes periodos
climáticos.
67
Tabla 4. Análisis Físicos y Químicos del Agua Natural en la Planta de
Filtración Lenta de Arena. Corregimiento de Altavista. Medellín. Octubre
2005.
Acueducto Veredal Altavista
Informe de Análisis – Periodo Lluvioso
Fecha de recolección 2005/10/31
Análisis Físico Químico
Parámetro Valor Unidades Método
Limt.
Det.
Fecha
Análisis
Alcalinidad, como
CaCO3 51.4 mg/L Titulométrico 0.3 20051101
Dureza Total, CaCO3 41.6 mg/L Titulométrico 2.0 20051101
Fosfatos, PO4 0.041 mg/L Colorimétrico 0.011 20051031
Nitrógeno Amoniacal,
NH3 < 0.18 mg/L Titulación 0.18 20051102
Nitrógeno Total, NTK 0.74 mg/L Titulación 0.09 20051116
Nitrógeno Orgánico 0.74 mg/L Diferencia 0.09 20051118
Nitritos, NO2 0.007 mg/L Colorimétrico 0.001 2005/11/31
Oxigeno Disuelto, O2 9 mg/L Winkler
No
definido 2005/10/31
Sólidos Disueltos 101 mg/L Gravimétrico 0 20051102
Sólidos Suspendidos 12 mg/L Gravimétrico 2 20051102
Sólidos Totales 113 mg/L Gravimétrico 14 20051102
Temperatura 17.7 °C Potenciom.
No
definido 20051102
pH 7.4 Potenciom. 0.1 20051102
68
Tabla 5. Análisis Físicos y Químicos del Agua Natural en la Planta de
Filtración Lenta de Arena. Corregimiento de Altavista. Medellín. Enero 2006.
Acueducto Veredal Altavista
Informe de Análisis – Periodo Seco
Fecha de recolección 2006/1/31
Análisis Físico Químico
Parámetro Valor Unidades Método
Limt.
Det.
Fecha
Análisis
Alcalinidad, como
CaCO3 53.2 mg/L Titulométrico 0.3 20060201
Dureza Total, CaCO3 44.6 mg/L Titulométrico 2.0 20060201
Fosfatos, PO4 0.061 mg/L Colorimétrico 0.011 20060131
Nitrógeno Amoniacal,
NH3 < 0.22 mg/L Titulación 0.18 20060201
Nitrógeno Total, NTK 0.86 mg/L Titulación 0.09 20060216
Nitrógeno Orgánico 0.86 mg/L Diferencia 0.09 20060217
Nitritos, NO2 0.009 mg/L Colorimétrico 0.001 2006/02/17
Oxigeno Disuelto, O2 8 mg/L Winkler
No
definido 2006/01/31
Sólidos Disueltos 142 mg/L Gravimétrico 0 20060102
Sólidos Suspendidos 22 mg/L Gravimétrico 2 20060102
Sólidos Totales 125 mg/L Gravimétrico 14 20060102
Temperatura 18.3 °C Potenciom.
No
definido 20060102
pH 7.3 Potenciom. 0.1 20060102
69
11. DISCUSIÓN
Los datos experimentales para el comportamiento de las algas en dos periodos
climáticos diferentes, lluvioso y seco se presentan en la Tabla 3. En esta tabla
están enumeradas las especies de diatomeas que fueron identificadas y
clasificadas por filtro y por periodo climático. De las veintiuna especies halladas,
las que tuvieron un mayor recuento fueron: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis plancetula, Tetracyclus rupestris y Navícula bryophila. El resto de especies tenían crecimiento esporádico y bajo, por lo cual se considera
que su influencia en la obturación de los filtros no es representativa.
Las especies Pinnularia sudetica, Melosira varians y Synedra ulna sobre salen por su crecimiento poblacional, mostrando un comportamiento sui generis, permitiendo deducir que para el caso de Pinnularia sudetica la época lluviosa proporciona las condiciones ideales para su crecimiento, mostrando una relación de 3:1 con
respecto a Melosira varians y de 4.5:1 con Synedra ulna. Si se tiene en cuenta que estas dos especies suman un 25% del total encontrado, se puede decir que tienen
un ambiente propicio para su desarrollo en esta época (gráfico 1). De igual forma
al hacer el análisis del crecimiento poblacional de las especies de la época seca,
es necesario resaltar que este influye de manera directa en el destacado
crecimiento de Melosira varians con respecto a Pinnularia sudetica que sufre un decrecimiento abrupto, en tanto que Synedra ulna mantiene en términos porcentuales su mismo crecimiento sin importar la época climática. Las relaciones
proporcionales que se establecen son de 20:1 y 8.8:1 respectivamente (gráfico 3).
70
De las especies predominantes, se pudieron determinar en el Filtro 1 durante la
epoca lluviosa Pinnularia sudetica en un 45%, Melosira varians en un 15% y Synedra ulna en un 10%. En la época seca la especie Synedra ulna, en orden de magnitud permanece constante es su número mientras que Pinnularia sudetica disminuyó de forma alarmante como se hizo énfasis anteriormente, a diferencia de Melosira varians que con el 80% del total de las especies se hace mucho más
predominante. Con los gráficos 2 y 4 se pueden correlacionar los resultados
expresados en los gráficos 1 y 3, ya que estos muestran la densidad absoluta de
individuos por especie según el periodo climático.
En el análisis comparativo del Filtro 2, se puede apreciar un comportamiento
similar al del Filtro 1, la diferencia es marcada por el tamaño poblacional de las
especies, atribuible al grado de obturación del filtro en el momento del muestreo,
sin embargo conserva el predominio de las mismas especies al igual que en el
Filtro 1, para este caso la proporción de predominancia de Pinnularia sudetica con respecto a Melosira varians es de 5:1 en la época lluviosa y para la época seca la relación es de 1:7. (Gráficos 5 y 7). Es notoria la casi desaparición de la especie Synedra ulna en las dos épocas climáticas. Por otro lado, la relación entre Melosira varians con respecto a Tetracyclus rupestris en la época seca es de 10.5: 1 situación que es válida tenerla en cuenta ya que representa un número
significativo de individuos (Gráfico 7).
En el Filtro 2 para la época de seca Synedra ulna no tiene protagonismo con su 3%, a diferencia del Filtro 1, inclusive superada por Cocconeis plancetula que tiene un peso del 5% del total de especies, mientras que Pinnularia sudetica y Melosira varians siguen superando a todas las de más con el 66% y 13%
respectivamente. Situación que cambia en la época seca ya que aparece la
especie Tetracyclus rupestris, aportando un 7% del total del número de individuos,
presentándole competencia a Pinnularia sudetica que aparece con un 11%. Melosira varians con un 74% permanece con un comportamiento similar al del
Filtro 1 para la misma época. De igual forma este comportamiento se puede
71
confirmar con los resultados representados en los gráficos 6 y 8 de la estructura
de agrupamiento de individuos.
Para el Filtro 3 el análisis comparativo de crecimiento poblacional en los
microorganismos muestra el mismo comportamiento similar en los filtros
analizados para la época lluviosa (Gráfico 9), más no para la época seca ya que
allí reaparece Synedra ulna aportando un 10% de la población total y merece una
especial mención la especie Tetracyclus rupestris con un 19% del total. En este
punto se podría concluir que las especies Pinnularia sudetica y Melosira varians son competidoras exclusivas y que su predominio estaría directamente
relacionado con los periodos climáticos, si no es por la aparición de estas
especies. La relación de Pinnularia sudetica es de 5:1 con respecto a Melosira varians en el periodo lluvioso y en el seco es de 1:6. En la época seca la relación proporcional entre Synedra ulna y Tetracyclus rupestris con respecto a lMelosira varians es de 5:1 y de 2.6:1 respectivamente (Gráfico 11).
Durante la época lluviosa en el Filtro 3 la especie Tetracyclus rupestris casi desaparece con su 2%; mientras que Pinnularia sudetica con el 69% y Melosira varians con el 13% mantienen su presencia “normalizada”; a diferencia de la
época seca, en donde ella pierde predominancia con un 50% frente a otros
individuos tales como: Tetracyclus rupestris 19%, Synedra ulna 10%, Navicula subrhynchocephala 5%, Cocconeis plancetula 4%. Inclusive Pinnularia sudetica 4%, no solo es superada por la Tetracyclus rupestris, sino por otras especies que no habían tenido protagonismo anteriormente. Nuevamente la estructura de
agrupamiento de diatomeas tiene similar comportamiento a los anteriores análisis
por filtro muestreado y por periodo climático, allí se puede apreciar la densidad
absoluta de Melosira varians, con respecto a otras especies en donde sobresale la Tetracyclus rupestris.
Finalmente, el análisis comparativo de las especies que sobre salen por su
crecimiento en el filtro 4 se encontró que para la época de lluvias la especie
72
Pinnularia sudética es la que presenta un mayor crecimiento con respecto a Melosira varians, con una relación proporcional de 3.7:1, además, aparece la especie Synedra ulna con crecimiento aún mayor de Melosira varians, teniendo una relación con respecto a Pinnularia sudètica de 2.7:1 (Gráfico 13). En la época seca Melosira varians continua con su comportamiento “normal” con respecto a los otros filtros anteriormente analizados, en este filtro y para esta época aparece una
especie diferente Surirella tenera, con una participación porcentual del 6% lo cual
es significativa si se compara con Pinnularia sudetica que aparece con un 9%. Por
lo tanto la relación proporcional de Melosira varians con respecto a estas dos especies es de 13:1 y de 8.7:1 respectivamente (Gráfico 15)
En Filtro 4 en epoca de lluvias, las especies Synedra ulna, Melosira varians y Cymbella mexicana juntas aportan un 31% (15%, 11% y 6% respectivamente) del
total del número de individuos, lo cual constituye una competencia fuerte a Pinnularia sudetica que ella sola aporta un 41%. En este filtro Melosira varians continua su aporte predominante con un 79%; aparece la especie Surirella tenera con un 6% frente al 9 % de Pinnularia sudetica.
En filtros lentos evaluados en Estados Unidos y Europa se pudo determinar que la
técnica de mantenimiento (raspado) es un factor determinante para que estas
unidades puedan o no funcionar adecuadamente (16). Existe la posibilidad que la
operación y actividades limpieza de los filtros en la planta filtración lenta en arena
del corregimiento de Altavista no sea bien ejecutada, por lo tanto, la relación
existente entre la población de algas remanentes en el filtro después de la
limpieza y de la técnica o forma de hacer el raspado al medio filtrante daría como
resultado un crecimiento anormal de las diatomeas y que con ello el taponamiento
demasiado rápido del filtro, es decir que haya necesidad de volverle a hacer
mantenimiento antes de 2 o 3 meses.
73
Con respecto a los resultados obtenidos de los análisis físicos y químicos del agua
natural influente de la planta de filtración lenta y mostrados en las Tablas 4 y 5, no
aportan un factor determinante que pueda indicar que el sobre crecimiento de las
especies de algas diatomáceas, ya que las concentraciones de los compuestos de
nitrógeno y de fósforo son de 0.74 mg/L y de 0.061 mg/L respectivamente, las
cuales son muy bajas como para tenerlas en cuenta. Lo que indica que no hay una
relación directa entre estas variables y la presencia de estas especies algales (28).
Tal como fueron descritas por Mervin Palmer (2) y Samuel Murgel Branco (27), las
algas, especialmente las Diatomeas, son obturadoras de filtros en las estaciones
de tratamiento de agua potable. Estos estudios confirman de manera clara lo
hallado en los filtros de la planta tratamiento biológico del corregimiento de
Altavista del municipio de Medellín. Las especies Pinnularia sudetica, Melosira varians, Tetracyclus rupestris, Synedra ulna, Cocconeis plancetula, Navicula subrhynchocephala, Cymbella mexicana y Surirella tenera, entre otras, son diatomeas que causan la obturación de los filtros y por ello se tiene un aumento en
la frecuencia del mantenimiento de estos, pasando de 2 o 3 meses de jornadas de
filtración a realizar cada 15 días el raspado de la capa superficial, disminuyendo
con ello la eficiencia en la producción de agua potable en cuanto a cantidad se
refiere.
Con este hallazgo se puede confirmar la hipótesis planteada al inicio de este
estudio. Por consiguiente, se recomienda para posteriores estudios que en otras
plantas de este tipo, se analice la presencia de estos microorganismos y se
puedan implantar medidas preventivas. Asimismo, se pueda hacer una asociación
de este crecimiento con los nutrientes que pueden estar presentes en el agua que
alimentan estas estaciones.
En resumen, los periodos climáticos influyen en modo directo en el desarrollo
poblacional de los microorganismos presentes en los filtros lentos de arena de la
planta del corregimiento de Altavista. De igual forma se llega a la conclusión de
74
que el periodo lluvioso favorece las condiciones necesarias para el desarrollo de la Pinnularia sudetica y de igual forma se constituye un impedimento para la Melosira varians, que precisamente se caracterizó en todo el estudio por ser la especie dominante en los periodos secos. De la misma manera se establece que
ambas especies está siempre presentes en la capa biológica de los filtros y que
son los responsables de la obturación de los mismos, lo cual corrobora la hipótesis
planteada al inicio de la investigación.
Con respecto a las demás especies, su presencia es intermitente, pero
representativa, pues su porcentaje de predominio en algunos casos es igual o
superior a las que se han encontrado con mayor prevalencia.
En este punto es necesario hacer la relación entre las condiciones climáticas y las
condiciones óptimas para el desarrollo de las especies, teniendo en cuenta que
para el crecimiento del fitoplancton son esenciales los nutrientes y la luz, pues son
quienes regulan su crecimiento (28). En época de lluvias los nutrientes y la luz
disminuyen y en la época de sequía, estos se concentran.
Observando el comportamiento del crecimiento de las especies, en época seca,
donde se presenta mayor intensidad de luz y concentración de nutrientes, se
beneficia la especie Melosira varians (Figura 9) y en época de lluvias, donde se presenta menor intensidad de luz y concentración de nutrientes, se beneficia la
especie Pinnularia sudetica, (Figura 10).
Teniendo en cuenta que la jornada de los filtros en épocas de lluvias no están
cumpliendo la jornada de filtración esperada que es de tres meses, mínimo dos, es
importante hacerle un seguimiento a la especie Pinnularia sudetica en cuanto al crecimiento poblacional, a su composición, tamaño y otros parámetros que
75
podrían tener efectos sobre la capa biológica, ya que su presencia impide el paso
del agua; no tanto así a la especie Melosira varians (Figura 9), quien a pesar de su gran crecimiento poblacional que presenta en época seca, las jornadas de
filtración no se afectan significativamente.
76
12. CONCLUSIONES
Ø Las especies de algas diatomáceas identificadas en las muestras tomadas de
la capa biológica de los filtros de la planta de Altavista son catalogadas como
obturadoras y esto se puede correlacionar como una causa del taponamiento
de estas de unidades de filtración.
Ø Las especies Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Tetracyclus rupestris son las especies de diatomeas que tienen una mayor predominancia con relación las otras halladas en los diferentes muestreos de los cuatro
filtros.
Ø El periodo lluvioso favorece las condiciones necesarias para el desarrollo de
la Pinnularia sudetica y de igual forma se constituye un impedimento para la Melosira varians, que precisamente se caracterizó en todo el estudio por ser la especie dominante en los periodos secos.
Ø No parece existir una correlación directa de compuestos de nitrógeno y
fósforo encontrados en los análisis físicos y químicos, ya que la
concentración de estos es menor o igual a 0.74 mg/mL lo cual es muy baja
con respecto a lo exigido en el decreto 1594 de 1984 artículo 38.
77
13. RECOMENDACIONES
Ø Se debe realizar un estudio de las actividades antrópicas en las cuencas de
las quebradas La Piedra, La Buga y Patio Bonito, con el fin de identificar
cuáles son las posibles fuentes de nutrientes que permiten la proliferación
de las algas diatomáceas.
Ø Se deben instalar barreras que impidan la entrada de luz solar directa a los
filtros con el fin de controlar un factor determinante del crecimiento de algas
en los filtros.
Ø Se debe construir un sistema de control de picos de turbiedad con el fin
atenuar en época de lluvias el incremento de esta variable que influye
directamente en el aporte de material biológico a los filtros.
Ø En investigaciones posteriores se deben analizar la relación existente entre
estos picos de turbiedad con respecto al incremento de la población de
algas y a su vez en la disminución de las jornadas de filtración.
78
BIBLIOGRAFIA
(1) CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José, Manual I, II y III: Teoría y
Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima,
OPS/CEPIS, 1992.
(2) PALMER, Mervin. Algas en Abastecimiento de Agua: Manual Ilustrado.
EEUU. Ohio: Cincinnati, Ed. Interamericana, 1955. 91 p.
(3) PUIG, Alba. Bioindicadores (= indicadores biológicos) [en línea]. Argentina
(2006); p. 3. Cricyt Conicet. <http://www.cricyt.edu.ar/
enciclopedia/terminos/Bioindic.htm 18k > [consulta: 15 Agosto. 2006].
(4) HAZEN, A., The Filtration of Water Public Supplies, 3 rd edition, USA. New
York, ed. Jhon Wiley and Sons, 1913.
(5) Alcaldía de Medellin. Estudio Estadístico de 2004 [en línea]. Medellin,
Colombia (2004); p. 7. Alcaldía de Medellin. <
http://www.medellin.gov.co/alcaldia/jsp/modulos/mapaSitio/index.jsp?id
Pagina=801> [consulta: 15 Agosto. 2006].
79
(6) DI BERNADO, Luiz. Congreso Brasileiro de Engenharia Sanitaria e
Ambiental: Estudo qualitativo e quantitativo da comunidade biotica
presente em um sistema de prefiltro e filtro lento para tratamento de
aguas de abastecimento. Brasil. Sao Carlos: Escola de Engenharia de
Sao Carlos, 1991. 150175 p.
(7) GALVIS, Gerardo. VISSCHER, Jan Teun. Proyecto Integrado de
Investigación y Demostración en Filtración Lenta en Arena: Informe Final,
Versión Resumida. Colombia. Cali, CINARA, 1989. 150 p.
(8) BAKER, M., The Quest for Pure Water: Journal AWWA, vol. 1. USA.
Denver, 1948.
(9) LOGSDON, Gary S, KOHNE, Roger, ABEL, Solomon, LABONDE,
Shawn. Slow sand filtration for small water systems, NRC [en línea]
Canada (2002); p. 3. National Research Council Canada <
http://jees.nrc.ca/ > [consulta: 15 Agosto. 2006].
(10) ARBOLEDA, Jorge, VILLAQUIRAN, H., Comparación de Costos entre
Plantas de Potabilización de Agua Convencionales y Plantas de
Tecnología Latinoamericana, Colombia. Cali, ACODAL, 1982. 106 –
109p.
(11) GALVIS, Gerardo. FERNANDEZ, J., Manual de Diseño, Operación y
Mantenimiento de Filtros Gruesos Dinámicos. Versión Preliminar.
Colombia. Cali, CINARA – IRCWD, 1991.
80
(12) HUISMAN, L., WOOD, W.E., Slow Sand Filtration: World Health
Organization, Switzerland. Geneva, 1974.
(13) SANCHEZ, Luis., LATORRE, Jorge, GALVIS, Gerardo, Comportamiento
de la Población de algas y Protozoos después de la Limpieza de la
Biomembrana en un Filtro Lento de Arena: XX Congreso de Brasilero de
Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Brasil. Rio de Janeiro, 1999.
(14) YAO, K., HABIBIAN, M., O’MELIA, Ch., Water and wastewater Filtration:
Concepts and applications, Vol.5. USA. Enviromental Science and
Technology. 1971, 1105 p.
(15) BRYCK, J., SKLENAR, J., Slow Sand Filtration for Giardia Lamblia Removal: Village of 100 Mile House, B. C. West Vancouver, Dayton &
Knigth Ltd, 1986.
(16) BELLAMY, W., SILVERMAN, G., HENDRICKS, D., Removing Giardia
Cysts with Slow Sand Filtration. Journal AWWA. vol.77, USA. 1985.
(17) MUHAMMAD, N., ELLIS, K., PARR, J., SMITH, M., Optimization of slow
sand filtration. Reaching the unreached: challenges for the 21st century.
22nd WEDC Conference, India. New Delhi, 1996. 283285 p.
(18) PALMATEER, G., MANZ, D., JURKOVIC, A., McLONIS, R., UNGER, S.,
KWAN, K., DUTKA, B., Toxicant and Parasite Challenge of Manz
81
Intermittent Slow Sand Filter: Environmental Toxicology, vol. 14, 1999.
217 – 225 p.
(19) BUZUNIS, B., Intermittently Operated Show Sand Filtration: A New Water
Treatment Process. MSc Thesis, Canada. University of Calgary, 1995.
163p.
(20) CUSTODIO, E., LLAMAS, M., Hidrología Subterránea, 2 tomos. Omega,
1983. 2350 p.
(21) DI BERNADO, Luiz. Congreso Brasileiro de Métodos y Teorías de
tratamiento de agua. Brasil. Rio de Janeiro: Asociación Brasilera de
Ingeniería Sanitaria y Ambiental, 1993. 1 498 p.
(22) Di BERNARDO, Luiz, Plantas de Potabilización de Filtración directa. III
Curso Internacional de Plantas de Potabilización, Universidad Nacional
de Colombia. Facultad de Ingeniería. Santafé de Bogota, DC. 1999. 10 p.
(23) RAMIREZ, J., Fitoplancton en Agua Dulce, Primera edición. Colombia.
Medellín, Ed. Universidad de Antioquia. 2000.
(24) SALVADO, H., GRACIA, M., Determination of Organic Loading Rate of
Activated Sludge Plants Based on Protozoan Analysis, Vol. 27,
Water Research WATRAG, 1993, 891895 p.
82
(25) DIAS, Andre, AIRES, Catarina, ALVES, Nuno, CATARINO, Rui. Estudio
de la relacion abundancia – biomasa [en línea]. Faro, Portugal (2002);
p. 5. Universidad de Algarbe. <http://www.ualg.pt/npfcma
/docs/trab_bmp/obII_ abund_biomassa.pdf > [consulta: 28 Junio. 2006].
(26) PIELOU, E., An introduction to mathematic ecology, USA. New York:
Wiley, 1969. 286 p.
(27) BRANCO, S., Hidrobiología Aplicada a la Ingeniería Sanitaria, 3 ra
Edición, Brasil. Sao Paulo, 1986. 365 – 368 p.
(28) ROLDAN P., Gabriel A. Bioindicación de la Calidad del Agua en
Colombia. Ed. Universidad de Antioquia. Medellín, 2003. 6 – 7 p.
83
ANEXOS
ANEXO A
Procedimientos de Análisis Físicosquímicos: Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater
EMPRESAS PUBLICAS DE MEDELLIN, E.S.P GERENCIA DE AGUAS
CONTROL CALIDAD AGUAS ANALISIS DE LABORATORIO
2006
ANALISIS METODO Ref. Standard methods ANALISIS FISICOQUIMICOS
Color Aparente Espectrofotométrico Turbiedad Nefelométrico, 2130B Alcalinidad total Titulométrico, 2320B Dureza total Titulométrico con EDTA ,2340C Fosforo total Colorimetrico, 4500PE, 4500PB Sólidos totales Gravimétrico, 2540B Sólidos disueltos Gravimétrico, 2540C Sólidos suspendidos Gravimétrico, 2540D
Nitrógeno total Colorimetrico, 4500N, Ed. 20 Nitrógeno amoniacal Colorimetrico, 4500N (Edición 20) Nitrógeno Orgánico Colorimetrico, 4500N (Edición 20) Nitritos Colorimétrico, 4500NO2B Oxígeno disuelto Titulación, 4500OB, Ed. 20
84
ANEXO B
Imágenes de Especies de Diatomeas Encontradas en los Muestreos. Filtros
Lentos de Arena. Corregimiento de Altavista del Municipio de Medellín
Foto 1 Navicula cincta
Foto 2 Cocconeis placentula
85
Foto 3 Frustula romboides
Foto 4 Synedra Ulna
86
Foto. 5 Melosira varians
Foto 6 Pinnularia sudetica
87
Foto 7 Cymbella mexicana
Foto 8 Pinnularia nobilis
88
Foto 9 Amphipleura lindheimeri
Foto 10Surirella tenera
89
Foto 11 Tetracyclus rupestres
Foto 12 Navicula bryophila
90
Foto 13 Navicula minuscula
Foto 14 Navicula radiosa
91
Foto 15 Caloneis bacillum
Foto 16 Epithemia sp.
