EVALUACIÓN DE ESPECIES NATIVAS Y SUSTRATOS …
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EVALUACIÓN DE ESPECIES NATIVAS Y SUSTRATOS MEJORADOS EN PAREDES VERDES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS GRISES EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL & AMBIENTAL PROYECTO DE GRADO JUAN PABLO CANTOR CASTRO ASESOR: JUAN PABLO RODRÍGUEZ SÁNCHEZ Ph.D Mayo, 2019
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EVALUACIÓN DE ESPECIES NATIVAS Y SUSTRATOS MEJORADOS EN
PAREDES VERDES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS GRISES EN LA CIUDAD
DE BOGOTÁ.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL & AMBIENTAL
PROYECTO DE GRADO
JUAN PABLO CANTOR CASTRO
ASESOR: JUAN PABLO RODRÍGUEZ SÁNCHEZ Ph.D
Mayo, 2019
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Tabla de contenido
RESUMEN ............................................................................................................................. 4
OBJETIVO ............................................................................................................................. 5
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 6
METODOLOGÍA ................................................................................................................. 13
RESULTADOS, ANÁLISIS Y DISCUSIÓN ...................................................................... 22
RESULTADOS ..................................................................................................................... 22
PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS ...................................................................................... 25
PARÁMETROS FÍSICOS (COLOR, SÓLIDOS TOTALES, TURBIEDAD)........................................ 29
PARÁMETROS DE CAMPO – PH Y CONDUCTIVIDAD ............................................................ 34
PARÁMETROS QUÍMICOS – DBO5 & DQO ......................................................................... 37
NUTRIENTES ...................................................................................................................... 41
Fosfatos y Fósforo Total............................................................................................... 41
Nitrógeno ...................................................................................................................... 45
ANÁLISIS CUALITATIVO ..................................................................................................... 53
DESEMPEÑO COMPARATIVO ............................................................................................... 56
CONCLUSIONES & RECOMENDACIONES ................................................................... 59
REFERENCIAS ................................................................................................................... 63
ANEXOS .............................................................................................................................. 66
3
Figura 1. Concentración de E. coli. ...................................................................................... 27
Figura 2. Concentración de Coliformes Totales. .................................................................. 28
Figura 3. Color Real ............................................................................................................. 31
Figura 4. Turbiedad .............................................................................................................. 32
Figura 5. Sólidos Totales ...................................................................................................... 33
Figura 6. pH .......................................................................................................................... 34
Figura 7. Conductividad. ...................................................................................................... 35
Figura 8. Remoción DBO5.................................................................................................... 38
Figura 9. Remoción DQO. .................................................................................................... 39
Figura 10. Remoción de Fosfatos y Fósforo Total ............................................................... 42
Figura 11. Remoción de Nitrógeno Amonical...................................................................... 48
Figura 12. Remoción de Nitritos y Nitratos ......................................................................... 50
Figura 13. Remoción de Nitrógeno Total Kjeldahl - NTK................................................... 52
Figura 14. Cronología Cyperus rufus ................................................................................... 53
Figura 15. Cronología Salvia palifolia ................................................................................. 54
Tabla 1. Parámetros medidos y monitoreados ...................................................................... 20
Tabla 2. Descripción del montaje. ........................................................................................ 21
Tabla 3. Parámetros de laboratorio. ...................................................................................... 22
Tabla 4. Parámetros medidos en campo. .............................................................................. 24
Tabla 5. Selección de la configuración. ................................................................................ 57
Ilustración 1. Montaje de columnas de experimentación. .................................................... 14
Ilustración 2. Sustrato perlita & fibra de coco. ..................................................................... 15
Ilustración 3. Sustrato 40% de piedra pómez, 20% tierra negra, 10% arcilla (arlita), 10%
arena, 10% zeolita y 10% perlita .......................................................................................... 16
Ilustración 4. Salvia palifolia (Mastranto) ............................................................................ 17
Ilustración 5. Cyperus rufus.................................................................................................. 18
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Resumen
Las estructuras de paredes verdes han cobrado importancia recientemente por los
diferentes beneficios ambientales, sociales y económicos que estas generan. Sin embargo, el
estudio para el tratamiento de agua gris mediante esta tecnología es reciente y limitada.
Mediante un montaje piloto de pared verde, se estudió la eficiencia de tratamiento por medio
de las especies Salvia palifolia y Cyperus rufus, junto a sustratos compuestos por fibra de
coco & perlita y piedra pómez, tierra negra, arcilla (arlita), arena, zeolita & perlita. Se
obtuvieron resultados deficientes en la remoción de coliformes totales, E. coli, color,
turbiedad, sólidos totales y conductividad. Por otra parte se evidenció un comportamiento de
mejora en los parámeros de DQO y DBO5 a lo largo de las campañas de medición realizadas.
Sin embargo, se evidenció que el mayor potencial está en la remoción de nutrientes,
específicamente fósforo y nitrógeno. Finalmente se concluye que la combinación entre la
especie Cyperus rufus con el sustrato fibra de coco & perlita es la configuración más eficiente
para tratar agua gris a partir de los montajes evaluados.
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Objetivo
Evaluar en un montaje piloto de pared verde el potencial de tratamiento de agua gris
de las especies nativas Salvia palifolia y Cyperus rufus en sustratos mejorados.
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Introducción
Las paredes verdes o muros vivos son sistemas que han surgido en los últimos años
en las zonas urbanas por sus características estéticas, ambientales y ecológicas (Pradhan, Al-
Ghamdi & Mackey, 2019). Dentro de sus beneficios se encuentra la generación de
microclimas, control de la polución, reducción en el consumo de energía, impactos
paisajísticos, entre otros (Pradhan et al., 2019). Sin embargo, uno de los principales
problemas de estas estructuras es la operación, pues requieren de un riego permanente y cual
demanda de energía para su correcto funcionamiento (Perez-Urrestarazu, Fernández-Cañero,
Franco-Salas y Egea, 2015; Hopkins y Goodwin, 2011; Cameron, Taylor & Emmett, 2014).
Este problema se agudiza en ciudades áridas con bajas precipitaciones (Pérez, Rincón, Vila
González & Cabeza, 2011). Para afrontar esta limitación, se ha considerado el riego de las
estructuras con agua gris reciclada (Hopkins, et al., 2011), la cual además de cubrir la
necesidad de agua, puede ser tratada y a la vez mejorar las condiciones del sistema. La
información referente a esta técnica es escasa, dado que los estudios realizados han sido
pocos y se han desarrollado en condiciones biogeográficas disimilares al de este estudio.
Las paredes verdes y muros vivos son sistemas de múltiples especies de vegetación
que crecen sobre estructuras apoyadas a una pared o directamente sobre esta, las cuales se
sostienen sobre sustratos orgánicos e inorgánicos (Prodanovic, Hatt, McCarthy & Deletic,
2017; Prodanovic, Hatt, McCarthy, Zhang & Deletic, 2018). Las paredes verdes se
diferencian de los muros vivos en que estos son un sistema separado de bandejas, columnas
o bolsillos que se adjuntan o se acoplan a una pared (Jin, 2015; Prodanovic et al, 2017;
Proanovic et al, 2018). Por otra parte, en un muro vivo las especies vegetales se siembran en
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la base de la pared, y éstas, por sus características, crecen de forma vertical directamente por
la fachada de la estructura (Fowdar, Hatt, Breen, Cook, & Deletic, 2017).
El agua gris es aquella que proviene de bañeras, lavamanos, lavadoras y duchas. Este
tipo de agua se caracteriza por su bajo contenido de materia orgánica, altos contenidos de
metales (Pradhan et al., 2019), sales, surfactantes, aceites, agentes químicos, espumas y tenso
activos por jabones y detergentes (Travis, Wiel-Shafran, Weisbrod, Adar & Gross, 2010).
Actualmente, el agua gris no es regulada por ninguna normativa nacional, sin embargo, el
agua gris posee un alto potencial de reutilización, ya que según Zavala, Pérez, Reynoso-
Cuevas & Funamizu (2014) el agua gris corresponde al 70% del agua potable utilizada en un
hogar doméstico en Latinoamérica, mientras que Krozer, Hophmayer-Tokich, Van
Meerendonk, Tijsma & Vos (2010), y Al-Hamaiedeh & Bino (2010) aseguran que esta cifra
ronda entre el 40% al 91% del agua potable, dependiendo del país.
La composición del agua gris varía significativamente entre contextos
socioeconómicos, demográficos e inclusive orígenes. Como aseguran Pradhan et al. (2019),
la concentración de contaminantes varía de acuerdo con las fuentes y sus actividades
asociadas. Sin embargo, la Organización Mundial de la Salud (OMS) y entidades
independientes como The International Association of Plumping and Mechanical Officals
(IAPMO) o la National Science Foundation (NSF), han desarrollado rangos de
caracterización para el agua gris (Anexo 1 & Anexo 2). De acuerdo con las caracterizaciones
realizadas por la OMS y el NSF, la caracterización realizada por la NSF es más estricta que
la de la OMS, pues ésta última admite un rango de límites (mínimos y máximos) más
flexibles. Adicionalmente, tanto la OMS como la NSF caracterizan parámetros como SST,
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DBO5, pH, turbiedad, Fósforo Total y Nitrógeno Kjeldahl Total. La caracterización de la
NSF incluye adicionalmente los parámetros de temperatura, DQO, Carbón Total, Coliformes
totales y E. coli, mientras que la OMS incluye nitritos, amonio, sulfatos, conductividad y
sodio.
Las organizaciones mencionadas anteriormente, la OMS y la NSF, no solo presentan
la caracterización típica del agua gris, además presentan los estándares de calidad para el
reciclaje de agua gris tratada. Los estándares de calidad se encuentran en los Anexos: Anexo
3, Anexo 4 y Anexo 5. En el contexto colombiano no existe normativa, ley o resolución que
regule ni caracterice específicamente el agua gris. Sin embargo, existen resoluciones que
delimitan los parámetros de vertimiento de agua residual y el reúso de aguas residuales
tratadas en el riego agrícola y uso industrial. La Resolución 0631 de marzo 17 del 2015
especifica en el artículo 8º los valores admisibles de parámetros generales, hidrocarburos,
compuestos de fósforo, compuestos de nitrógeno, iones, metales y metaloides y otros
parámetros para el vertimiento de agua residual. Por otra parte, la Resolución 1207 del 25 de
julio de 2014, especifica los parámetros y los valores correspondientes para el potencial reúso
de aguas residuales tratadas, entre las posibilidades se encuentra el reúso en riego agrícola
(como riego de cultivos, jardines o áreas verdes) o en el uso industrial.
Actualmente las aguas grises son tratadas por diversos procesos tales como filtros de
arena, reactores de películas fijas, reactores biológicos rotativos, membranas, biorreactores,
reactores secuenciales batch, humedales entre otros (Li, Wichmann & Otterpohl, 2009;
Pidou, Mamon, Stephenson, Jefferson & Jeffrey, 2007). Sin embargo, como aseguran los
autores Masi, Hamouri, Abdel Sahfi, Baban, Ghrabi & Regelsberger (2010) y Li, Wichman
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& Otterpohl (2009), los sistemas naturales como los humedales tienen varias ventajas, como
los bajos costos y operaciones de mantenimiento, al igual que la baja demanda de energía
para su funcionamiento. De acuerdo con los estudios realizados por Picard, Fraser & Steer.
(2005) sobre la eficiencia de humedales artificiales, se obtuvo remociones del 90% en DBO,
DQO, SST, NT y PT y de acuerdo con Pradhan et al. (2019), estos sistemas se asemejan a
los sistemas de paredes verdes. A pesar de la eficiencia de los humedales y las ventajas de
este sistema, su aplicabilidad es limitada en sistemas urbanos como en la ciudad de Bogotá,
por la ausencia de espacio. En contra parte, el sistema de paredes verdes tiene la ventaja de
ser un sistema compacto, el cual se puede acoplar en espacios verticales, sin la necesidad de
ocupar grandes extensiones de área horizontal.
Dentro de los estudios realizados sobre el tratamiento de agua gris con paredes verdes
se destacan los estudios de Fowdar et al. (2017) y Prodanovic et al. (2019). En el estudio de
Fowdar et al. (2017), se estudió el potencial de especies ornamentales en sustrato de arena
para tratar el agua gris provenientes de duchas, lavamanos y lavadoras en un edificio en
Melbourne, Australia. El estudio, con duración de un año, obtuvo resultados satisfactorios en
la remoción de nitrógeno (>80%), SST (>80%) y DBO (>90%). Sin embargo, la remoción
de fósforo fue variable (entre 13% a 99%) dependiendo del tipo de especie; las especies más
eficientes en la remoción de fósforo fueron Carex appressa y Canna lilies. Tras el desarrollo
del proyecto, las columnas tuvieron un rendimiento aceptable, pues presentaron colmatación
y se espera que, con la correcta selección de especies, la carga contaminante pueda aumentar.
Finalmente, Fowdar et al. (2017) argumentan que el sistema de paredes verdes puede ser
diseñado eficientemente para el tratamiento de agua gris en un nivel doméstico.
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En el estudio de Prodanovic et al. (2019) se desarrolló un proyecto de paredes verdes
con especies vegetales ornamentales y sustrato de fibra de coco y perlita (2:1), en el cual se
compara el rendimiento en tratamiento del efluente entre especies y dosis de riego. El
proyecto fue llevado a cabo bajo condiciones de laboratorio en la ciudad de Melbourne,
Australia, por un 1 año. Del estudio, se destaca prinicipalemte que las especies ornamentales
tienen la capacidad de remover satisfactoriamente el nitrógeno y fósforo y que estas especies
pueden ser regadas en su totalidad con agua gris sin presentar problemas aparentes.
Prodanovic et al. (2019), resaltan la importancia en la remoción de fósforo de acuerdo a las
especies seleccionadas y la etapa de crecimiento de estas. Afirman que las especies C.
appressa y N. oblitarata, presentan las más altas remociones (34%-53%) y que la remoción
de fósforo mejora a medida que las plantas se desarrollan y crecen.
Tras los estudios realizados por Prodanovic et al. (2018) y Franco (2017), se
determinaron una serie de sustratos que favorecen las condiciones de filtración y sustento de
especies. Prodanovic et al. (2017, 2018) estudió tipos y combinaciones de sustratos en su
estudio Green Walls for greywater reuse: Understanding the role of media on pollutant
removal (2017), concluyendo que los mejores sustratos fueron perlita y fibra de coco. En su
estudio posterior, Optimisation of lightweight green wall media for greywater treatment and
reuse (2018), en donde estudió la relación más eficiente entre fibra de coco y perlita sin
vegetación, determinaron que las relaciones óptimas para una tasa menor a 10 L/h y que
buscara tratar el agua gris era de una fracción de 1:3 a 1:4 de Perlita:Fibra de Coco. Por otro
lado, el estudio de Franco (2017) evalúa dos tipos de sustratos para el uso en techos verdes
en dos etapas de experimentación. En la etapa 1 se utiliza una mezcla de 60% piedra pómez,
20% fibra de coco, 5% arcilla (arlita), 5% arena, 5% zeolita y 5% perlita y en la etapa 2 una
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mezcla de 40% de piedra pómez, 20% tierra negra, 10% arcilla (arlita), 10% arena, 10%
zeolita y 10% perlita.
Uno de los factores más importantes a la hora de diseñar paredes verdes es la selección
de las especies a utilizar. En la literatura se han registrado diversas especies utilizadas en
paredes verdes como los géneros: Juniperus, Sedum, Geranium, Anemone, Viva,
Parthenocissus, Heuchera, Salvia, Lonicera, Pottosporum, Rosmarinus, Alchemilla,
Bergenia, Oenothera y Plumbago en Venecia Italia (Mazzali, Peron, Romagnoni, Pulselli &
Bastianoni., 2013); Helichrysum en España (Azkorra, Pérez, Coma, Cabeza, Burés, Álvaro,
Erkoreka & Urrestarazu, 2015); Prunus y Hedera en Reino Unido (Cameron, et al., 2014);
Ipomoea, Canavalia, Pueraria, Momordica y Apios en Japón (Koyama, Yoshinaga, Hayashi,
Maeda & Yamauchi, 2013); Solene en Francia (Musy, Malys & Inard, 2017); Carex, Canna,
Lonicera y plantas ornamentales de uva de vino en Melbourne, Asutralia (Fowdar et al.,
2017) y Abelia, Wedelia, Alternenthera, Duranta y Hemigraphis en Pune, India (Masi,
Bresciani, Rizzo, Edathoot, Patwardhan, Panse & Lagergraber, 2016). A pesar de los diversos
géneros estudiados, ninguno de los proyectos mencionados se ha desarrollado en el
continente Sur Americano, por lo cual la oferta de vegetación variará significativamente,
permitiendo comparar el rendimiento de especies de un mismo género e inclusive de géneros
diferentes.
En este proyecto se busca que las especies utilizadas sean nativas, pues según Maclvor
& Lundhol (2011) y Ondoño, Sánchez & Moreno (2016), estas especies son más longevas,
con mejor estética, atraen biodiversidad y tienen tendecias de adaptación. Por otra parte, las
especies nativas se caracterizan por tolerar las sequías y proveen benefecios ambientales y
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ecológicos (Botanic Gardens & Parks Authority, 2013). Por otro lado, Butler C., Butler &
Orians (2012) destacan que las especies nativas, además de ser estéticamente más favorables
y proveer variados beneficios ambientales, tienen la característica de no ser invasivas.
Además, el uso de especies nativas fomenta la polinización, lo cual a la vez genera la creación
de hábitats e incrementos en la biodiversidad. Finalmente al trabajar con especies nativas, se
generaría nuevo conocimiento en torno al potencial de estas en el tratamiento y asimilacación
de contaminantes.
La implementación de sistemas de paredes verdes en una ciudad latinoamericana
como Bogotá, podría tener efectos significantes en el contexto ambiental, social, económico,
paisajístico y ecológico. En primera medida se realizaría un tratamiento al agua residual
generada por las viviendas domésticas de la ciudad. A la vez, se fomentaría el reuso y
reciclaje de agua, generando ahorros del recurso y costos asociados en los hogares. Además
se impulsaría un sentido de recuperación y valoración de las especies nativas al estudiar su
capacidad para tratar aguas residuales. Finalmente, el sistema podría generarar un valor
agregado, pues mejoraría la estética de las edificaciones.
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Metodología
Lo primero a determinar es la estructura donde se instalará el sistema piloto de
paredes verdes. De acuerdo con estudios previos (Fowdar et al., 2017 y Prodanovic et al.,
2018), los sistemas piloto se diseñaron en columnas verticales de PVC. Fowdar et al. (2017)
en su estudio, Designing living walls for greywater treatment, diseñaron el sistema en tubería
de PVC con diámetro de 240 mm y altura de 900 mm. Por otro lado, Prodanovic et al. (2018)
en el estudio, Optimisation of lightweight green wall media for greywater treatment and
reuse, diseñaron el sistema en tubería de PVC con diámetro de 100 mm y una altura de 400
mm. A partir de las experiencias previas, se opta por imitar la configuración de Prodanovic
et al. (2018) por su menor tamaño, menores costos y facilidad del montaje, salvo por una
variación en la altura (500 mm) con el fin de dejar un borde libre de 100 mm. Adicionalmente,
a las columnas se les instala un sistema de válvulas para retener el agua y un sistema de doble
capa de malla para evitar el flujo de sustrato y contaminación del efluente.
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Ilustración 1. Montaje de columnas de experimentación.
Lo segundo a determinar es el sustrato a usar en las columnas de ensayo. Según
Pradhan, et al. (2019), un sustrato debe ser balanceado entre alta porosidad para evitar
colmatación y suficiente área de contacto para promover el tratamiento por medio de
materiales híbridos. A partir de revisión bibliográfica, se obtuvieron diversos sustratos
recomendados tales como: carbón vegetal (Pradhan et al., 2019); arena lavada, carbón, arena
gruesa y gravilla (Fowdar, 2017); perlita y fibra de coco (Prodanovic et al., 2018); agregado
de arcilla ligera expandia (LECA) (Masi, et al., 2016); tierra negra, piedra pómez, arlita,
arena, zeolita, perlita (Franco, 2017) y arena lavada mezclada con polvo de arena, arena
gruesa y gravilla (Rysulova, Kaposztasova, & Vranayova, 2017). Se decide usar los sustratos
recomendados por Prodanovic et al. (2017, 2018) y el de Franco (2017). El sustrato propuesto
por Prodanovic et al. es seleccionado ya que este fue evaluado en un estudio específico en el
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cual se estudió la capacidad del sustrato para remover contaminantes. Se determina que la
relación óptima de perlita fibra de coco es de 1:3 por el uso de vegetación y para el
tratamiento de agua gris. Por último, se considera el sustrato propuesto por Franco (2017) en
la etapa 2, ya que fue probado en el contexto del actual del proyecto y es el recomendado por
la autora. Este sustrato se compone de 40% de piedra pómez, 20% tierra negra, 10% arcilla
(arlita), 10% arena, 10% zeolita y 10% perlita. La composición de los sustratos se caracteriza
por tener 20-25% de material orgánico y un 80-85% de material inorgánico.
Ilustración 2. Sustrato perlita & fibra de coco.
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Ilustración 3. Sustrato 40% de piedra pómez, 20% tierra negra, 10% arcilla (arlita), 10% arena,
10% zeolita y 10% perlita
Lo tercero por definir son las especies a utilizar. Se busca que las especies de este
proyecto sea especies endémicas, con el fin de generar nuevo conocimiento sobre especies
nativas de la ciudad de Bogotá. En el estudio de Franco, Selección, evaluación e
implementación de plantas nativas y sustratos en techos verdes (2017), se determinaron
algunos requerimientos de especies para su factibilidad de adaptación en estructuras de
techos verdes los cuales fueron: raíz menor a 15 cm, no ser un árbol, altura menor a 60 cm,
tolerante a la sequía, uso del suelo poco profundo y altura de hábitats entre los 2500-2700
msnm. Junto a la lista de especies proporcionada por Franco (2017) y adaptando las
necesidades del actual proyecto, se consultó con los biólogos Gwendolyn Peyre y Gustavo
Morales. Dentro de las sugerencias de Peyre se destacan los géneros Sedum, Viola, Carex,
Salvia y Paepalanthus, mientras que por parte de Morales se destacan los géneros
Cortaderia, Cyperus, Lachemilla, Salvia, Orthrosanthus y Sisyrrinchium. Tras una revisión
bibliográfica y visitas de campo a los municipios de Bogotá, Chía, Suesca, Guatavita y
Bojacá, todos en el departamento de Cundinamarca, se determina que las especies más
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factibles por su facilidad de recolección y abundancia son Cyperus rufus y Salvia palifolia.
La recolección de especies se obtuvo por medio del permiso del ANLA con radicado
2019028885-1-000. La especie Salvia palifolia se recolectó en el municipio de Bojacá,
Cundinamarca (4,7469, -74,35163) mientras que la especie Cyperus rufus se recolectó en el
Humedal Córdoba en la localidad de Suba en Bogotá (4,703453, -74,075166). Se recolectan
6 ejemplares de cada especie, de los cuales se utilizan 4 y 2 en caso de que se genere algún
accidente a la hora del proceso de siembra.
Ilustración 4. Salvia palifolia (Mastranto)
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Ilustración 5. Cyperus rufus
Otro factor que se tiene en cuenta a la hora de tomar la decisión sobre el tipo de agua
con el que se regarará el sistema es la fuente y la composición de esta. Con el fin de obtener
menor variabilidad potencial en los datos, se decide tomar una sola fuente con la capacidad
suficiente. Por esta razón se decide tomar el agua de la lavadora, ya que el volumen generado
satisface las demandas del sistema. Además su captación es simple y la variabilidad de su
composición no fluctua significativamente ya que se aplican, por lo general, los mismos
productos (jabones y suavizantes). La lavadora utilizada en este proyecto es de marca
Whirlpool modelo 2008, mientras que los productos utilizados son jabón en polvo marca
Bonaropa, jabón líquido marca Sun Triple Clean y suavizante marca Suavitel. Dentro de las
características de lavado se destaca el lavado tanto de prendas de ropa como de elementos de
mascotas y de hogar. Al utilizar el agua de la lavadora la variación no es significante entre
usuarios, como sí ocurriría si se usara el agua de duchas o lavamanos, pues cada usuario
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tiende a usar diferentes artículos personales como champú, cremas de dientes, jabones, etc.,
que podrían alterar significativamente la composición del agua gris.
Como se mencionó, el riego de las columnas de experimentación se realiza con agua
gris proveniente de la lavadora. Por lo tanto, la tasa de dosificación se fija de acuerdo con el
volumen de agua gris producido (método sugerido por Fowdar). En un ciclo normal de
lavado, se calcula que el volumen de agua recuperable oscila entre los 115 a los 150 litros.
Por otra parte, se estima que, en el contexto de una residencia doméstica de 3 habitantes, de
estrato 5, se lava en promedio 2 veces a la semana. Finalmente, se obtiene que en total se
tienen entre 230 a 300 litros semanales de agua gris. Según los estudios de Prodanovic et al.
(2018), la dotación de agua oscila entre 2 a 8 litros de agua al día, en donde asegura que 2
litros de agua es la cantidad mínima necesaria para que las especies vegetales sobrevivan.
Fowdar et al. (2017), sugiere dotar las columnas de experimentación con 5 litros de agua gris
al día, pues es la cantidad de agua gris generada normalmente en una residencia doméstica
en Australia. Prodanovic et al. (2018) y Fowdr et al. (2017), realizan riego 5 días a la semana
por facilidad en la operación, además aseguran que esta medida simula eventos cortos de
sequía. A partir de esta sugerencia, se decide que el rieg se realizará 5 veces a la semana. Por
lo tanto el volumen promedio de agua gris obtenido semanal (250 L) se divide en los 5 días
de riego. De acuerdo con lo anterior se disponen de 50 L para el riego de las columnas. Cabe
destacar que el montaje fue compartido con otro proyecto, por lo cual el total de columnas a
regar con este volumen son 20. Dividiendo el volumen de 50L en las 20 columnas, se obtiene
un volumen de riego por columna de 2,5L. De acuerdo con lo obtenido, se evidencia que esta
tasa de riego obtenida cumple con las sugerencias de Prodanovic et al. (2018).
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De acuerdo con el presupuesto para la realización del proyecto, se determinan los
parámetros a medir y el número de campañas de medición. A partir de las regulaciones
nacionales (Resolución 1207), como internacionales (NSF 350), y estudios previos (Franco,
2017), se determinan los siguientes parámetros de medición con el fin de poder comparar los
resultados: pH, color, turbiedad, conductividad, DBO5, DQO, nitrógeno amoniacal, nitratos,
nitritos, Nitrógeno Total Kjeldhal, fosfatos, fósforo total, sólidos totales, coliformes totales
y E. coli. Así mismo, el número total de campañas de medición fueron 3, realizadas el 26 de
marzo, 2 y 23 de abril del año 2019. Las muestras tomadas fueron muestras compuestas entre
las réplicas de cada configuración.
Tabla 1. Parámetros medidos y monitoreados
Parámetros medidos
pH Fosfatos
Color Fósforo Total
Turbiedad Sólidos totales
Conductividad Coliformes totales
Nitrógeno Amoniacal E. coli
Nitritatos DBO5
Nitritos DQO
Nitrógeno Total Kjeldhal
Parámetros monitoreados
Apariencia
Grado de colmatación
Dosis de riego
A partir de la determinación de parámetros, se instala el sistema el día 23 de marzo
del 2019. Las columnas fueron llenadas con el sustrato a una capacidad del 80%, esto con el
fin de dejar un borde libre de 10 cm de altura. En la parte superior del sustrato se sembraron
las especies nativas (Cyperus rufus y Salvia palifolia) con la mínima cantidad de tierra
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posible en sus raíces. Tras el proceso de siembra, las columnas son maduradas con agua
potable durante 2 días, en el cual se espera remover la máxima cantidad de sólidos e
impurezas de los materiales orgánicos e inorgánicos de los filtros. Una vez el sistema es
instalado y madurado, la dotación con agua gris empezó el día 25 de marzo. Las columnas
son regadas diariamente salvo dos días a la semana (martes y jueves por lo general), como
sugiere Fowdar et al. (2017) y Prodanovic et al. (2018).
La configuración del sistema busca comparar el rendimiento de las especies, los
sustratos y las combinaciones de estos. Por lo tanto, en cada sustrato se siembra una de las
especies a estudiar y se generan dos réplicas por redundancia. Además, se instalan columnas
de experimentación (sin réplica) de solo sustrato para comparar el efecto de las especies en
el tratamiento del agua gris. A continuación se resumen las configuración del montaje.
Tabla 2. Descripción del montaje.
Sustrato A (SA) perlita:fibra de coco, 1:3.
Sustrato B (SB) 40% de piedra pómez, 20% tierra
negra, 10% arcilla (arlita), 10%
arena, 10% zeolita y 10% perlita.
Planta A (PA) Salvia palifolia
Planta B (PB) Cyperus rufus
Configuración Sustrato Especie Réplicas
PASA A Salvia palifolia 2
PASB A Salvia palifolia 2
PBSA B Cyperus rufus 2
PBSB B Cyperus rufus 2
SA A - 1
SB B - 1
PRE Muestra de agua gris cruda
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Resultados, análisis y discusión
Resultados
Tabla 3. Parámetros de laboratorio.
E-coli Coliformes
Totales
Color
real
Demanda
Bioquímica
de Oxigeno
- DBO
Demanda
Quimica
de
Oxigeno
- DQO
Fosfatos Fósforo
Total Nitratos Nitritos
Nitrógeno
Amoniacal
Nitrógeno
Total
Kjeldahl
Sólidos
Totales Turbiedad
UFC/100
mL
UFC/100
mL
U-
Pt/Co mg/L-O2 mg/L-O2 mg/L-P mg/L-P
mg/L-
N
mg/L-
N mg/L-N mg/L-N
mg/L-
ST N.T.U.
Pre
Campaña 1 <1 56X102 7,0 82,1 265 0,34 0,87 0,66 0,076 2,0 "3,2" 840 40,9
Campaña 2 <1,0 3X104 20 69,6 525 0,94 1,11 1,55 0,05 1,1 3,8 1515 57,7
Campaña 3 <1 112X104 15 158 648 1,89 2,96 2,21 0,184 1,4 8,7 1260 86,9
PASA
Campaña 1 120 2X104 120 31,3 222 3,70 3,76 3,90 0,010 1,2 7,6 1430 210
Campaña 2 184,0 45*105 400 82,4 502 2,19 2,69 1,73 0,08 1,0 3,6 1400 61,7
Campaña 3 <1 292X105 100 129 463 1,20 4,25 3,09 0,010 1,4 7,4 1400 110
PASB
Campaña 1 160 2X103 50 44,7 163 0,56 1,48 3,99 0,007 1,1 8,1 1030 52,4
Campaña 2 2,0 198*105 70 80,1 386 1,16 1,28 1,99 0,07 0,8 3,7 1510 43,8
Campaña 3 7 257X105 40 172 601 1,41 2,31 2,65 0,026 1,8 9,2 1610 90,2
PBSA Campaña 1 500,0 2X104 175 30,7 442 5,64 5,86 3,54 0,016 0,67 4,9 1580 196
Campaña 2 <1,0 224*105 200 80,4 504 1,81 1,92 1,90 0,07 0,8 6,0 1670 62,2
23
Campaña 3 <1 232X105 40 148 413 1,24 1,34 2,21 0,182 0,6 6,7 1380 54,3
PBSB
Campaña 1 100,0 375X102 40 46,5 232 1,96 2,00 3,99 0,029 1,0 21,2 2440 382
Campaña 2 17 202*105 40 175 606 1,22 1,44 2,21 0,09 0,5 6,0 1790 54,6
Campaña 3 6 216X105 40 237 705 1,46 1,66 2,21 0,025 0,7 13,1 1690 114
SA
Campaña 1 <1 2X103 110 67,8 336 3,52 4,33 "0,49" 0,046 1,8 "3,1" 930 158
Campaña 2 <1,0 46*105 75 174 444 1,42 1,64 1,68 0,05 0,5 11,6 1680 53,1
Campaña 3 2 286X104 35 267 806 2,28 3,04 2,65 0,015 0,7 9,6 1770 128
SB
Campaña 1 <1 185X102 5,0 67,0 315 1,59 1,60 <0,11 0,047 2,0 7,2 660 63,0
Campaña 2 <1,0 22*104 7 178 442 0,90 0,99 1,24 0,08 0,6 3,8 1580 55,1
Campaña 3 <1 324X104 20 250 762 2,02 2,15 2,21 0,068 0,6 8,6 1670 128
24
Tabla 4. Parámetros medidos en campo.
pH Conductividad Temperatura
µS/cm2 ºC
Pre
Campaña 1 9,85 929 17,5
Campaña 2 10,23 1612 17
Campaña 3 9,08 1205 15,3
PASA
Campaña 1 7,23 1317,4 13,8
Campaña 2 6,72 1483 14,9
Campaña 3 7,28 1411 16,6
PASB
Campaña 1 7,29 1311 13,9
Campaña 2 7,3 1591 15,7
Campaña 3 7,47 1402 17,2
PBSA
Campaña 1 8,81 1518 14
Campaña 2 9,1 1725 15,15
Campaña 3 7,86 1434 16,9
PBSB
Campaña 1 8,46 1397 13,85
Campaña 2 9,51 1820 15,35
Campaña 3 8,4 1379 17
SA
Campaña 1 9,47 1665 15,25
Campaña 2 9,98 1707 16,2
Campaña 3 9,32 1387 16,6
SB
Campaña 1 10,11 1698 14,05
Campaña 2 10,22 1654 16,2
Campaña 3 9,35 1304 17
25
Parámetros microbiológicos
Dentro de los parámetros microbiológicos medidos se encuentran los coliformes totales
y Escherichia coli. Los parámetros mencionados son de importancia dado que son parámetros
caracterizados por la NSF y regulados por normatividad nacional e internacional en el re uso
de agua gresidual y agua gris.
A partir de los resultados obtenidos de la muestra de agua gris cruda (PRE), se evidencia
que la concentraciones del parámetro de E. coli son bajas comparadas con la caracterización
de la National Science Foundation (NSF) en las tres campañas de muestreo. De acuerdo con
la caracterización de agua gris propuesta por la NSF, la concentración de E. coli se estima
entre 102 - 103 UFC/100 ml, sin embargo, en los resultados obtenidos la concentración de E.
coli fue menor a 1 UFC/100 ml. Por otro lado, la caracterización de la NSF (2011) determina
que la concentración de coliformes totales se estiman entre 103 – 104 UFC/100 ml. A partir
de las muestras obtenidas, la concentración de coliformes totales para el agua cruda resultó
ser de 5.600 UFC/100 ml, 30.000 UFC/100 ml y 1’120.000 UFC/100 ml para las tres
campañas de medición respectivamente. Dicha variabilidad pudo ser producto del tiempo de
almacenamiento del agua, ya que a lo largo de las campañas el agua se fue almacenando en
contenedores y fue siendo utilizada de acuerdo con los requerimientos de dotación, lo cual
pudo haber generado el crecimiento de microorganismos. De acuerdo con los datos, la
caracterización de la NSF subestima la concentración de coliformes totales. A pesar de que
el agua utilizada proviene de la lavadora, agua que está en menor contacto con el cuerpo
humano y por ende menor concentración de coliformes esperada (a diferencia del agua de
26
bañeras, ducha y lavamanos), los resultados obtenidos llegan a hacer tres órdenes de
magnitud mayor que el valor característico por la NSF.
En cuanto a la remoción de E. coli se obtuvo un comportamiento similar en todas las
muestras (salvo la muestra PASA) a lo largo de las campañas de muestreo (Figura 1). En la
campaña 1 se evidencia que en las muestras con especies vegetales (PASA, PASB, PBSA y
PBSB) hay contaminación por este microorganismo, lo cual puede ser causado por la tierra
en la cual se encontraban las plantas originalmente. Esta hipótesis puede ser sustentada al
comparar con las muestras control (SA y SB), en donde no se evidencia la presencia de E.
coli, ni siquiera en la primera campaña. Todas las muestras en la campaña 2, excluyendo la
muestra PASA, evidencian una disminución de E. coli y en la campaña 3 la presencia de este
microorganismo disminuye significativamente para todas las muestras. De acuerdo con el
comportamiento presentado, se esperaría que a medida que la pared verde sea regada a lo
largo del tiempo, la presencia de E. coli disminuya hasta valores inferiores a 1 UFC/100 ml
gracias al lavado progresivo del sustrato, como se puede evidenciar en las muestras PASA,
PBSA y SB.
27
Figura 1. Concentración de E. coli.
En términos generales, el tratamiento de coliformes totales por medio de los diferentes
montajes no es favorable (salvo en la primera campaña para la muestra PASB y SA), ya que
se genera contaminación de la muestra de agua cruda. Cabe destacar que para los montajes
con especies vegetales se presenta la mayor concentración de coliformes totales, al igual que
con E. coli, por lo cual se puede afirmar que las especies o la tierra de estas pueden ser fuente
para la prolifereación de coliformes. Otra observación es la presencia de coliformes con el
tiempo. A parir de la Error! Reference source not found., se evidencia que la concentración
de coliformes totales incrementa a lo largo del tiempo para todas las muestras, salvo la
muestra SA, por lo cual las más altas concentraciones se dan en la campaña 3 y los más bajos
en la campaña 1. El anterior comportamiento puede ser producto de la colmatación del medio
filtrante, lo cual potencializa la germinación de coliformes por la materia biodegradable.
0
100
200
300
400
500
600
Cam
pañ
a 1
Cam
pañ
a 2
Cam
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a 3
Cam
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Cam
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Cam
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Cam
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Cam
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Cam
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a 1
Cam
pañ
a 2
Cam
pañ
a 3
Pre PASA PASB PBSA PBSB SA SB
E. c
oli
(U
FC/1
00m
l)
E-coli UFC/100 mL
E-coli UFC/100 mL Límite OMS, 2da finalidad
28
Figura 2. Concentración de Coliformes Totales.
De los resultados obtenidos de E. coli, se destaca el comportamiento de los sustratos
PBSA, SA y SB. A pesar de que el montaje PBSA presenta la mayor contaminación de todas
las muestras (en la campaña 1), la concentración de E. coli disminuye efectivamente a valores
inferiores a 1 UFC/100 ml durante las siguientes dos campañas. El sustrato SA, aunque
presenta concentraciones de 2 UFC/100 ml durante la tercera campaña, éste no presenta
concentraciones mayores a 1 UFC/100 ml durante las primeras dos campañas. Por último, el
sustrato SB presenta el mejor rendimiento, dado que en las tres campañas de medición el
resultado de E. coli fue menor a 1 UFC/100 ml, lo cual indica que no hay contaminación por
parte de la muestra y las condiciones iniciales se mantienen.
Las condiciones del efluente únicamente pueden ser comparadas con los parámetros
propuestos por la OMS (2006), dado que tanto la resolución 1207 del 2014 como los
parámetros de la NSF miden E. coli en NMP, lo cual imposibilita la comparación con las
0.0
5000000.0
10000000.0
15000000.0
20000000.0
25000000.0
30000000.0
35000000.0
Cam
pañ
a 1
Cam
pañ
a 2
Cam
pañ
a 3
Cam
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a 1
Cam
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a 2
Cam
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a 1
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Cam
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Cam
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Cam
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a 1
Cam
pañ
a 2
Cam
pañ
a 3
Pre PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Co
lifo
rmes
To
tale
s (U
FC/1
00m
l)
Muestra
Coliformes Totales (UFC/100 ml)
Coliformes Totales UFC/100 mL
29
unidades obtenidas (UFC). De acuerdo con la OMS, hay dos posibles finalidades en el re uso
de agua gris. La primera es el potencial re uso de agris gris en cisternas de inodoros y en
riego de jardines privados, en la cual debe haber ausencia de E. coli. La segunda finalidad es
en el baldeo de pavimientos, lavado de vehículos y riego de zonas verdes urbanas, donde se
admiten valores inferiores a 200 UFC/100 ml de E. coli. A partir de estos parámetros, solo la
muestra SB podría ser utilizada para la primera finalidad mientras que todas las muestras
podrían ser usadas para la segunda finalidad (salvo la muestra PBSA durante la primera
campaña).
Parámetros físicos (color, sólidos totales, turbiedad)
Los parámetros físicos de color y sólidos totales no son caracterizados por la NSF (2011)
ni por la OMS (2006). A pesar que ambas entidades caracterizan los sólidos suspendidos
totales, este parámetro no es comparable con el de sólidos totales caracterizado en el
proyecto, dado que este incluye tanto sólidos suspendidos como sólidos disueltos. Sin
embargo, ambas organizaciones mencionadas regulan la turbiedad, el cual es un indicador de
los sólidos suspendidos totales en el agua. Por una parte la NSF estima que el agua gris tenga
una turbiedad entre 50-100 NTU, mientras la OMS estima valores entre 22-200 NTU. De
acuerdo con la muestras obtenidas de agua cruda, la turbiedad obtenida fue de 40,9 NTU,
57,7 NTU y 86,9 NTU para las tres campañas de medición respectivamente. Los valores
obtenidos experimentalmente se ajustan al rango propuesto por la OMS, sin embargo solo
dos de los valores (campaña 2 y 3) se ajustan a la caracterización de la NSF, pues el resultado
de la campaña 1 es inferior al caracterizado.
30
El color es un parámetro indicador de los sólidos disueltos en el agua. En los
resultados obtenidos se evidenció que en la mayoría de los casos (salvo en la muestra SB)
hubo un aumento en dicho parámetro, lo cual pudo ser causado principalmente por dos
factores: la tierra original de las especies vegetales y la fibra de coco (Figura 3). La primera
hipótesis puede ser comprobada ya que al comparar las muestras del mismo sustrato B, PASB
y PBSB, con la muestra control SB, se evidencia un incremento de mínimo 20 U-Pt/Co. Por
lo anterior se intuye que la tierra con la que vienen las especies tiene un impacto directo en
el color del efluente. La segunda hipótesis puede ser verificada al comparar las muestras
donde se usa el sustrato A con las que usan el sustrato B. En las muestras donde se usa el
sustrato A el promedio durante las campañas es de 140 U-Pt/Co, mientras que el promedio
de color al usar el sustrato B es de 35 U-Pt/Co. Por lo anterior se infiere que usar fibra de
coco como sustrato afectará el color del efluente por posible dilución de sólidos contenidos
en este material.
31
Figura 3. Color Real
La remoción de turbiedad presentó resultados atípicos durante las tres campañas de
muestreo en los diferentes montajes (Figura 4). A partir de los resultados, se puede evidenciar
que hubo solo una campaña por montaje (salvo en el montaje PASA) en la cual se presentó
reducción de la turbiedad, sin embargo, no hay consistencia en cuál de las campañas se
presentó dicha reducción. Además, la reducción promedio de la turbiedad en los escenarios
en donde sí hay mejora es solo del 15,9%. Se puede concluir que el tratamiento de turbiedad
mediante el sistema no es eficiente, pues no se evidencia un comportamiento homogéneo
entre campañas ni montajes, además la eficiencia de remoción, cuando la hay, no es
significativa.
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
400.0
450.0
Cam
pañ
a 1
Cam
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a 2
Cam
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a 3
Pre PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Co
lor
real
(U
-Pt/
Co
)
Muestra
Color real (U-Pt/Co)
Color real U-Pt/Co
32
Figura 4. Turbiedad
Aunque la turbiedad es un indicador directo de los sólidos suspendidos totales, este
parámetro no fue analizado. Sin embargo, se realiza el análisis de sólidos totales, el cual
incluye tanto sólidos suspendidos como sólidos disueltos. Este parámetro es un indicador
indirecto tanto del color como de turbiedad. En términos generales, la remoción de sólidos
totales no es favorable para ningún montaje ya que el parámetro empeora en 15 de los 18
casos estudiados (Figura 5). En las únicas muestras donde efectivamente hay una remoción
en los sólidos totales es en la campaña 2 de PASA con un 7,6%, en la campaña 2 de la muestra
PASB con un 0,3% y en la campaña 1 del sustrato SB con un 21,4%. Como se puede
evidenciar, las tasas de remoción para este parámetro son variables, su comportamiento no
es claro y las remociones logradas no son significantes.
0
200
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600
800
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1200
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a 1
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Cam
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Pre PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Turb
ied
ad (
NTU
)
Turbiedad (NTU)
Conductividad µS/cm3 Límite inferior OMS
33
Figura 5. Sólidos Totales
De acuerdo con los parámetros físicos de color, turbiedad y sólidos totales analizados,
no hay un montaje que se destaque en la remoción de estos parámetros, tampoco una
tendencia de mejora a lo largo del tiempo reflejada en las campañas de medición. En la
mayoría de los casos hay un deterioro en la calidad de los parámetros, y en los casos donde
hay mejora, se da por una situación puntual y con valores no significativos.
La Resolución 1207 del 2014 no regula ninguno de los parámetros físicos descritos
con anterioridad. La OMS por una parte solo regula la turbiedad, en la cual esta debe ser
menor a 2 NTU si se desea usar en cisternas de inodoros y en riego de jardines privados y
menor a 10 NTU si su finalidad es el baldeo de pavimientos, lavado de vehículos y riego de
zonas verdes urbanas. La NSF ajusta límites de 10 NTU y 5 NTU para residencias
unifamiliares y residencias multifamiliares o comercio respectivamente. De acuerdo con las
muestras obtenidas, el parámetro de turbidez no cumpliría ninguna de las recomendaciones
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Cam
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a 1
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Pre PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Sólid
os
Tota
les
(mg/
L)
Muestra
Sólidos Totales mg/L
Sólidos Totales mg/L-ST
34
proporcionadas por las organizaciones internacionales, por lo cual se deben realizar mejoras
para reducir este parámetro. La OMS no regulan sólidos totales ni color. La NSF en cambio
regula sólidos suspendidos totales y considera el parámetro de color como no aplicable.
Parámetros de campo – pH y Conductividad
En campo se midieron los parámetros de pH y conductividad. Los valores obtenidos
para las diferentes muestras y sus respectivas campañas se ilustran en la Figura 6 y Figura 7.
Figura 6. pH
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Cam
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a 1
Cam
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Cam
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Cam
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a 2
Cam
pañ
a 3
Pre PASA PASB PBSA PBSB SA SB
pH
pH
Conductividad µS/cm3 Límite inferior OMS Límite superior OMS
35
Figura 7. Conductividad.
La caracterización de agua gris cruda para el parámetro de pH es realizada por la NSF,
mientras que la OMS caracteriza la conductividad. El pH debe rondar entre 6,5 a 8 (NSF,
2011), mientras que la conductividad entre 325-1140 mS/cm (OMS, 2006). De acuerdo con
lo obtenido, los pHs fueron de 9,85, 10,23 y 9,08, los cuales son superiores a la
caracterizaicón propuesta por la NSF. Por otra parte, la conductividad presentó solo un valor
dentro del rango propuesto por la OMS (campaña 1), mientras que los valores de las
campañas 2 y 3 fueron superiores.
El comportamiento en la reducción del pH de los montajes fue positivo en términos
generales, pues todas las muestras durante las tres campañas de medición, salvo las muestras
control (SA y SB), obtuvieron reducción en el pH. En promedio las muestras con especies
vegetales presentaron una reducción de pH del 18,06%. Sin embargo, la mayor reducción se
presentó en la campaña 2 del montaje PASA con una reducción del 34,31%. A diferencia de
0
200
400
600
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1400
1600
1800
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Cam
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a 1
Cam
pañ
a 2
Cam
pañ
a 3
Pre PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Co
nd
uct
ivid
ad (
µS/
cm3)
Conductividad (µS/cm3)
Conductividad µS/cm3 Límite inferior OMS Límite superior OMS
36
los montajes con especies vegetales, los montajes de sustrato o de control llegaron a aumentar
el pH: la mustra SA en la campaña 3 y la muestra SB en las campañas 1 y 3. A partir de lo
anterior se destaca que las especies vegetales cumplen un rol importante a la hora de
neutralizar el pH, rol que debe ser tenido en cuento ya que los pHs del agua gris cruda
resultaron superiores a lo caracterizado por la NSF.
Dentro de las montajes realizados, se destacan las muestras PASA y PASB, pues
fueron los montajes con mayor reducción de pH. En promedio, la reducción por el montaje
PASA fue del 26,91%; 26,59% para la campaña 1, 34,31% para la campaña 2 y 19,82% para
la campaña 3. El montaje PASB presentó reducciones en el pH del 25,98% para la campaña
1, 28,64% para la campaña 2 y 17,73% para la campaña 3, para un promedio de reducción
general del 24,12%. Por lo anterior, se afirmar que la especie Salvia palifolia es la mejor
especie, combinada con el sustrato A en la reducción del pH.
A diferencia del pH, el comportamiento de la conducitividad es deficiente, ya que en
solo dos muestras se presentaron reducciones en la conductividad (campaña 2 muestra PASA
y la campaña 2 de la muestra PASB). El resto de las muestras, en todas sus campañas
presentaron aumento en la conductividad, alcanzando un máximo de 1820 µS/cm3 (en la
campaña 2 de la muestra PBSB) y un promedio general de 1511,3 µS/cm3. Además, al
evaluar el impacto de las especies, se destaca que en aquellos montajes donde no hay especies
(SA y SB) el aumento de conductividad es del 32,30% , comparado con un 25,65% cuando
sí hay especies. Por lo anterior se destaca que los sustratos utilizados liberan iones, ya sea
por el material orgánico o inorgánico, los cuales aumentan la conductividad del agua.
Además, se puede concluir que las plantas tienen bajo impacto regulador en la
37
conductividad, pues solo hay una diferencia del 6,64% en el incremento de la conductividad
cuando no se utilizan especies vegetales.
Para que el agua gris sea reutilizada en ambientes domésticos como en ambientes
agrícolas o industriales, la NSF y la Resolución 1207 del 2014 establecen un rango entre 6-9
en el pH. A partir de este límite, se puede concluir que los montajes con especies vegetales
tienen el potencial de cumplir la normatividad, pero tan solo los montajes PASA y PASB
cumplen cabalemente esta resticción. En cuanto a la conductividad, la Resolución 1207 del
2014 fija un valor límite máximo de 1.500 µS/cm3. Según este límite, la única muestra que
cumpliría integralmente durante las tres campañas de medición sería la muestra PASA, ya
que en el resto de montajes alguna campaña supera el límite establecido.
Parámetros químicos – DBO5 & DQO
La caracterización de la demanda biológica de oxígeno de 5 días (DBO5) se da por parte
de las organizaciones NSF y OMS, con valores de 130-180 mg/L y 90-290 mg/L,
respectivamente. De acuerdo con la muestra de agrua gris cruda obtenida, se puede afirmar
que los valores de DBO5 obtenidos pueden ser caracterizados tanto por los estándares de la
NSF como los de la OMS, dado que los valores obtenidos para las tres campañas fueron de
82,1 mg/L, 69,6 mg/L y 158 mg/L. En cuanto a la DQO, ni la NSF como la OMS presentan
valores característicos para este parámetro.
El comportamiento en la remoción de la DBO5 por medio de los montajes evidencia
dos factores principalmente. El primer factor a destacar es la eficiencia de remoción de DBO5
38
con montajes vegetativos, es decir aquellos montajes con especies presentan una mejor
remoción que aquellos con montajes con solo sustrato (Figura 8). Aunque en promedio haya
un detrimiento en el parámetro de DBO5 tanto para los montajes con especies como para los
montajes con solo sustrato, dicho detrimiento es más agudo para los montajes de solo sustrato
(SA y SB) con un 66,3% comparado con un 1,8% de los montajes con especies vegetales. El
segundo factor relevante es la remoción de DBO5 en el tiempo. De acuerdo con la Error!
Reference source not found., se evidencia que durante las primera campañas se da la
remoción más eficiente de DBO5 para todos los montajes, incluyendo los montajes sin
especies. En contra parte, la campaña 2 presenta detrimiento para todos los montajes.
Finalmente, el comportamiento de la campaña 3 no es claro, ya que para 4 de los 6 montajes
hay deterioro en el parámetro mientras que para 2 montajes (PASA y PBSA) hay remoción,
aunque esta no sea significativa.
Figura 8. Remoción DBO5
-200
-150
-100
-50
0
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100
Cam
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a 1
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PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Rem
oci
ón
(%
)
Muestra
Remoción DBO5 (%)
DBO Remoción (%)
39
Le remoción de DQO, a diferencia de la remoción de DBO5, no presenta una
tendencia clara (
Figura 9). A pesar de esto, se puede destacar que el comportamiento en los montajes de solo
sustrato (SA y SB) son semejantes, puesto que durante las campañas 1 y 3 hay deterioro,
mientras que en la campaña 2 hay mejoramiento. Además, las variaciones presentandas en
entre estos montajes no superan el 7,7% de remoción, por lo cual se puede afirmar que
sutratos A y B tienen un efecto similar en el parámetro de DQO. Por último, cabe resaltar
que, aunque el comportamiento de remoción no es homogéneo, los montajes con la especie
Salvia palifolia presentan resultados favorables durante las tres campañas de medición, con
un mínimo de remoción de 4,4%, un máximo de 38,6% y un promedio de 20,3%.
Figura 9. Remoción DQO.
El estudio de Pradhan et al. (2019) resume la eficiencia de remoción de diferentes
sustratos estudiados por Prodanovic et al. (2017), Farhan, Zakaria, Mat & Mohd (2018), Masi
-80
-60
-40
-20
0
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PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Rem
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(%
)
Muestra
Remoción DQO (%)
DQO Remoción (%)
40
et al. (2016) y Dalahmeh, Ahrens, Gros, Wiberg & Pell (2018). Dentro de los montajes de
sustratos estudiados en este proyecto (fibra de coco & perlita y piedra pómez, arlita, arena,
zeolita y perlita), se evidencia que los resultados obtenidos fueron deficientes comparados
con lo reportado por Pradhan et al. (2019). De acuerdo con los resultados promedios de los
sustratos control (SA y SB), no se evidenció remoción de DQO, al contrario aumentó. A
diferencia de los resultados obtenidos por Prodanovic et al. (2017), en donde la fibra de coco
generó una remoción de DQO en un 25% y la perlita en un 75%, el sustrato experimental con
la misma composición (SA) reportó aumentó de DQO en dos de sus campañas (1 y 3) en un
26,5% y en 24,3%, respectivamente, y en la campaña 2 una reducción del 15,4%. La crifra
de remoción conseguida en la campaña 2 no alcanza la remoción propuesta en los estudios
de Prodanovic et al. (2017). Por otra parte, Prodanovic et al. (2017) y Masi et al. (2016),
evaluan algunos de los sustratos utilizados en el montaje SB, dentro de los cuales se
encuentran la arcilla, la arena y la perlita. De acuerdo con los estudios de Prodanovic et al.
(2017) y Masi et al. (2016), la arcilla tiene el potencial de reducir la DQO en un 40%, la arena
entre un 75%-80% y la perlita en un 75%. Sin embargo, tras los resultados obtenidos para le
muestra SB, el único valor de remoción obtenido (durante la campaña 2) fue de 15,8%; cifra
considerablemente inferior a lo reportado en la literatura.
A partir de los resultados, se puede determinar que la remoción de DBO5 es más
eficiente en montajes con especies vegetales, sin embargo hay variación significativa en los
datos, lo cual imposibilita determinar efectivamente cual de los sustratos y especies es más
eficiente a la hora de remover DBO5. Sin embargo, de acuerdo al comportamiento constante
en la remoción de DQO, se puede afirmar que las muestras PASA y PASB son las que
presentaron un mejor comportamiento entre todos los montajes estudiados.
41
La Resolución 1207 del 2014 regula la DBO5 en el re uso de agua gris con fines
industriales, especificamente para la limpieza mecánica de vías y riego de vías para el control
de material particulado. La legislación nacional regula este parámetro en un nivel límite
máximo de 30 mg/L. de acuerdo con los resultados obtenidos, ninguna muestra satisface
dicho límite. Por otra parte, la NSF regula la DQO y la DBO5 para residencias unifamiliares
como para residencial multifamiliares y comercio en un valor máximo de 25 mg/L. Las
muestras obtenidas no cumplen con el parámetro recomendado por la NSF, ya que el valor
mínimo obtenido en el proyecto fue en la campaña 1 de la muestra PBSA el cual fue de 30,7
mg/L.
Nutrientes
Fosfatos y Fósforo Total
Prodanovic et al. (2019) realizaron un estudio experimental en el cual evaluaron el
potencial de remoción de nutrientes por medio de paredes verdes con especies ornamentales
en Melbourne, Australia. Dentro de los parámetros se evaluaron el fósforo filtrado reactivo
y el fósforo total, entre otros. El fósforo filtrado reactivo fue la forma dominante de fósforo
en el estudio de Prodanovic et al. (2019). En el desarrollo de este proyecto se evaluó tanto el
fósforo total como los fosfatos, en donde estos últimos representaron la forma dominante con
un promedio de 79,28% del fósforo total (Figura 10). Por lo tanto, el comportamiento de los
fosfatos tuvo un comportamiento similar al del fósforo total, como en el caso de Prodanovic
et al. (2019), donde afirma que el fósforo filtrado reactivo tuvo un comportamiento similar
que el fósforo total.
42
La caracterización del fósforo total en agua gris cruda varía significativamente entre
la NSF y la OMS. Por una parte, los estándares característicos de la NSF son más estrictos
para el fósforo total, entre 1-3 mg/L, mientras que la OMS establece rangos entre 0,6-27,3
mg/L. De acuerdo con los estándares, las muestras obtenidas en las tres campañas se ajustan
satisfactoriamente a la caracterización de la OMS. Por otra parte, en la campaña 1 se obtuvo
un valor de 0,87 mg/L, el cual se encuentra por debajo de lo establecido por la NSF. Dentro
de los valores, el valor máximo fue de 2,96 mg/L, por lo cual el límite superior de la NSF es
más certero que el límite máximo establecido por la OMS. Tanto la NSF como la OMS no
caracterizan fosfatos.
Figura 10. Remoción de Fosfatos y Fósforo Total
-200
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PASA PASB PBSA PBSB SA SBRem
oci
ón
(%
)
Muestra
Remoción de Fosfatos y Fósforo Total
Fósforo Total Remoción (%) Fosfatos Remoción (%)
43
Como se mencionó, el comportamiento entre fosfatos y fósforo total fue proporcional
en la mayoría de los escenarios, sin embargo, esto varió en la campaña 3 para las muestras
PASA y SB. A partir del comportamiento general se observa que la remoción de fósforo total
y fosfatos se empieza a evidenciar desde la campaña 3, es decir 1 mes después del inicio del
proyecto. De acuerdo con Prodanovic et al. (2019), la remoción de fósforo depende del
sistema de raíces, pues al inicio del proyecto el sistema de raíces no suele estar desarrollado,
por lo cual estas no logran alcanzar las reservas de fósforo acumuladas en los bolsillos de
tierra (Read, Fletcher, Wevill & Deletic, 2010).
A partir de las muestras control (SA y SB), se pueden evidenciar dos factores. El
primer factor es el rol de las especies en los montajes ya que, al analizar la tercera campaña,
en promedio los montajes con especies generan una remoción del 29,69% y de 19,14% de
fosfatos y fósforo total respectivamente. Por otra parte, los montajes sin especies generan un
aumento promedio de fosfatos del 13,7% y una reducción promedio de 12,3% en el fósforo
total. Sin embargo, al analizar el comportamiento de los sustratos a partir de los montajes
control, es evidente que el sustrato B presenta mayores reducciones que el sustrato A tanto
en fosfatos como en fósforo total.
Dentro de las muestras, se observa que los montajes con la especie Cyperus rufus
presentaron un mejor rendimiento en remoción de nutrientes de fósforo comparado con los
montajes que utilizan la especie Salvia palifolia. De acuerdo con los datos de la campaña 3,
los montajes con la especie Salvia palifolia presentaron en promedio remoción del 30,83%
para fosfatos y un aumento del 10,94% en fósforo total, mientras los montajes con la especie
Cyperus rufus presentaron reducción del 28,5% en fosfatos y 49,2% en fósforo total. Aunque,
44
se esperaría que el montaje con el sustrato B y la especie Cyperus rufus fuera más eficiente
que el montaje con el sustrato A y la misma especie (por la comparación entre sustratos
realizada anteriormente), pero los resultados fueron opuestos. La muestra PBSA tuvo una
remoción de 11,42% y de 10,94% más en fosfatos y fósforo total respectivamente que la
muestra PBSB.
Fowdar et al. (2017), realizaron un estudio en la remoción de diferentes parámetros
del agua gris por medio de paredes verdes. En este estudio se evaluaron 8 especies diferentes
en un sustrato compuesto por arena, carbón y gravilla. Dentro de los resultados se destaca
que la especie Carex appressa y Canna lilies presentaron la mayor remoción con un 67% y
un 49% respetivamente. En el caso de estudio, el montaje de sustrato A y la especie Cyperus
rufus presentó la mayor remoción en la tercera campaña con un 54,7%. A pesar que los
sustratos son diferentes, es conveniente experimentar en el futuro con alguna especie del
género Carex para determinar y corroborar la eficiencia de este género en la remoción de
fósforo total. Por otra parte, el estudio de Fowdar et al. (2017) sustenta la hipótesis de la
importancia de las especies vegetales a la hora de remover fósforo, puesto que en la muestra
sin vegetación la remoción de fósforo total fue del solo 7%, mientras que en el proyecto la
remoción promedio fue de -81,96%.
A partir del estudio de Prodanovic et al. (2018), se decidió considerar la utilización
del sustrato A en el experimento (perlita & fibra de coco en una relación 1:3). En el estudio
realizado, Prodanovic et al. obtuvieron eficiencias de remoción aproximadamente del 42%
para la primera campaña de medición, de 22% para la segunda campaña y un aumento en el
120% para la tercera campaña. Cabe destacar que el estudio realizado no incluyó especies
45
vegetales. Al comparar los resultados obtenidos experimentalmente con lo datos de
Prodanovic et al. (2018) se evidencia incongruencia, dado que en el proyecto se presentó
aumento en las tres campañas en un 396.7%, 47,1% y 2,7%, respectivamente. Además, cabe
resaltar que con el transcurso del tiempo hay menor aumento en las concentraciones a
diferencia del estudio de Prodanovic et al. (2018), en el cual a mayor tiempo mayores
concentraciones de fósforo total.
Tanto para fosfatos como para fósforo total no hay regulación nacional, como
recomendaciones internacionales que fijen un valor límite máximo para el re-uso de agua
gris. Sin embargo, es pertinente evaluar las condiciones finales del efluente del sistema,
especialmente si su re-uso se da en el ámbito agrícola, dado que los fosfatos pueden generar
eutrofización. De acuerdo con el informe práctico Eliminación y determinación del fosfato
(Pütz, 2010), “…dependiendo de la concentración de fosfato existente en el agua, puede
producirse la eutrofización. Tan sólo 1 g de fosfato-fósforo (PO4-P) provoca el crecimiento
de hasta 100 g de algas”.
Nitrógeno
Nitrógeno Amoniacal
Al igual que en la caracterización de fósforo total, la NSF establece valores más
estrictos que la OMS, aunque esta vez para el Nitrógeno Total Kjeldahl. Para este caso la
NSF fija valores entre 3-5 mg/L, mientras que la OMS entre 2,1-31,5 mg/L. De acuerdo con
lo obtenido experimentalmente, los resultados se acoplan en su totalidad a los estándares de
la OMS, sin embargo, solo las dos campañas iniciales se acoplan con lo caracterizado por la
46
NSF; la tercera campaña se sobrepasa por 3,7 mg/L. Cabe resaltar que el agua gris,
especialmente la que proviene de lavadoras, tiene alta carga de detergente, los cuales
incrementan la concentración de fósforo en el agua.
El nitrógeno amoniacal, según Purwono, Rezagama, Hibbaan & Budihardjo (2017)
compone 60% del nitrógeno total en el agua residual doméstica, mientras que el nitrógeno
orgánico el 40%. A partir de los resultados obtenidos se determinó si lo discutido por
Purwono et al. (2017) aplicaba para el agua gris en igual medida. No obstante, a partir de los
resultados obtenidos experimentalmente se determinó que en promedio el nitrógeno
amoniacal correspondió al 19% del total de Nitrógeno Total Kjeldahl (NTK) de la muestra,
por lo cual la determinación de Purwono et al. (2017) no puede ser utilizado de la misma
manera en aguas grises.
El comportamiento del nitrógeno amoniacal (NH3/NH4+) tuvo diferentes tendencias a
lo largo del proyecto dependiendo de los montajes (Figura 11). La primera observación es la
diferencia en la remoción entre los montajes con especies y sin especies. En los montajes con
especies el comportamiento fue intercalado entre campañas, con mayores remociones
durante las campañas 1 y 3, mientas que en los montajes sin vegetación la remoción se
presentó mayormente sobre las últimas dos campañas. En promedio, la remoción de
nitrógeno amoniacal fue mayor en los montajes sin vegetación (37,3%), comparado con los
montajes con especies (33,0%) sin embargo, la diferencia fue de solo 4,3%. Prodanovic et al.
(2019) afirman que la remoción en el caso del Nitrógeno Orgánico Disuelto, no varía
significativamente entre configuraciones con y sin especies vegetales. A partir de los
47
resultados obtenidos, se puede determinar que la diferencia de remoción para nitrógeno
amoniacal tampoco es significativa entre montajes con y sin especies vegetales.
Al comparar la remoción entre las configuraciones de solo sustrato (SA y SB), se destaca
un comportamiento similar, ya que la variación en la remoción promedio es del 5%; 39,8%
de remoción para el sustrato A y 34,8% para el sustrato B. No obstante, se puede evidenciar
el comportamiento a lo largo de las campañas, en el cual se destaca que la campaña 1 tuvo
una remoción del 8,3% para el sustrato A y 0% para el sustrato B. Según Prodanovic et al.
(2018), en las primeras instancias de experimentación, la remoción nitrógeno se da
principalmente por procesos físicos como adsorción y separación por el medio filtrante. En
la experimentación se evidenció que el sustrato B filtraba a una tasa superior que el sustrato
A, por lo cual el tiempo de contacto era menor por lo cual puede justificar la no remoción de
nitrógeno amoniacal en la primera campaña. En cambio, en las campañas posteriores se
evidencia una remoción promedio para ambos sustratos del 53,9%. Prodanovic et al. (2018),
afirman que en etapas posteriores se generan biopelículas en las columnas de
experimentación en las cuales los microorganismos generan procesos de nitrificación.
Sumado a esto, en las campañas posteriores se reduce la tasa de infiltración por la
colmatación gradual de los filtros, lo cual aumenta el tiempo de contacto y fomenta los
procesos biológicos de nitrificación (Prodanovic et al., 2018).
De acuerdo con la Figura 11, se puede observar que los montajes PASA y PASB
presentan una reducción en la remoción e inclusive un aumento en las concentraciones de
nitrógeno amoniacal en la tercera campaña. Experimentalmente estas configuraciones
presentaron colmatación desde el 8 de abril hasta su finalización, por lo cual la campaña 3
48
(realizada el 23 de abril) se vio afectada por este efecto. Aunque el tiempo de contacto haya
aumentado, es posible que el microambiente se haya deteriorado (por la ausencia de oxígeno
al estar colmatada) lo cual haya interrumpido los procesos de nitrificación y como
consecuencia haya generado lixiviación de nitrógeno amoniacal.
Figura 11. Remoción de Nitrógeno Amonical.
Nitritos y Nitratos
La remoción de nitrtitos presentó una tendencia general en todas las muestras
analizadas (Figura 12). Se observa que la remoción se altera entre campañas pues, en la
campaña 1 y 3 hay remoción para todas las muestras, mientras que en la campaña 2 hay
aumento en las concentraciones de este parámetro para cinco de las seis muestras. El
comportamiento obtenido puede ser causado por el cambio en el sistema de nitrificación,
ya que según Prodanovic et al. (2018), en las primeras etapas se da una remoción de
nitrógeno por medios físicos como filtración y adsorción y luego se da remoción por
agentes microbiológicos. El cambio entre la remoción física (durante la campaña 1) y la
-40.00
-20.00
0.00
20.00
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PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Re
mo
ció
n (
%)
Muestra
Remoción Nitrógeno Amoniacal (%)
Nitrógeno Amoniacal Remoción (%)
49
actividad microbiológica (campaña 2), pudo generar el aumento de nitritos por la
ausencia de bacterias nitrobacters, las cuales oxidan los nitritos a nitratos. Esta
configuración inicial pobre de microorganismos pudo haber generado aumento en las
concentraciones de nitritos (Prodanovic et al., 2019).
En el caso de la remoción de nitratos se puede evidenciar, de acuerdo con la Figura
12, que hay aumento en el parámetro en todas las campañas en los montajes con especies,
mientas que en las configuraciones de solo sustrato sí se presentan remociones. El
aumento de nitratos va disminuyendo en las muestras con especies a lo largo del tiempo,
lo cual indica que a medida que las especies se acoplan al sustrato y desarrollan su sistema
de raíces, estas empiezan a captar dicho nutriente. En contra parte, los montajes de solo
sustrato van disminuyendo su remoción a medida de que se realizan las campañas de
medición.
De acuerdo con lo observado experimentalmente, la especie Salvia palifolia tuvo una
mala adaptación, especifiamente en el sustrato SA. Como se describirá posteriormente,
durante de la campaña 3 la especie de la muestra PASA estaba en malas condiciones,
pues perdió la mayoría de sus hojas, lo cual generó su muerte. Las especies de la muestra
PASB empezaron a verse afectadas en ese mismo tiempo, sin embargo no habían muerto.
A diferencia de la especie Salvia palifolia, la especie Cyperus rufus tuvo una buena
adaptación en ambos sustratos. Este comportamiento refleja la diferencia de remoción de
nitratos en la campaña 3, ya que como se puede observar en la Figura 12, los montajes
con la especie Cyperus rufus tuvieron una leve remoción (PBSA) o no generaron
50
remoción (PBSB), mientras que los montajes con la especie Salvia palifolia aun
presentaron aumento en la concentración de nitratos.
Figura 12. Remoción de Nitritos y Nitratos
Al comparar la remoción de nitratos y nitritos entre las configuraciones con especies
y sin especies, se puede determinar que en promedio la remoción de nitritos con especies fue
1,8% mayor que para la configuración sin especies. En contra parte, la remoción promedio
de nitratos con especies fue de -174,0% mientras que la remoción sin especies fue de 16,8%.
Por lo anterior se afirma que la variación de la remoción de nitritos no es significativa entre
montajes con y sin especies, lo cual soporta la afirmación de Prodanovic et al. (2019), en la
cual afirma que no hay variación significativa entre montajes en la remoción de Nitrógeno
Orgánico Disuelto. Sin embargo, en cuanto a la remoción de nitratos, se puede determinar
que al menos en las primeras semanas de un sistema piloto de paredes verdes las
configuraciones con y sin especies sí se presentan cambios significativos. A pesar de este
-100.00
-80.00
-60.00
-40.00
-20.00
0.00
20.00
40.00
60.00
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100.00C
amp
aña
1
Cam
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a 2
Cam
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a 1
Cam
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Cam
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PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Rem
oci
ón
(%
)
Muestra
Remoción de Nitritos y Nitratos
Nitritos Remoción (%) Nitratos Remoción (%)
51
comportamiento, es relevante estudiar el comportamiento de los nitratos en una venta de
tiempo de mayor duración.
La resolución 1207 del 2014 establece un máximo de 5mg/L de nitritos para el re-uso
de agua residual en uso agrícola y riego de áreas verdes, esto con el fin de evitar problemas
en la salud humana y ambientales como la eutrofización. De acuerdo a la normatividad
nacional y a los resultados obtenidos, todas las muestras obtenidas podrían ser reutilizadas
(considerando el parámetro de nitritos únicamente) en acitividades agrícolas como en riego
de áreas verdes.
Nitrógeno Total Kjeldahl – NTK
Las especies investigadas en este estudio, Salvia palifolia y Cyperus rufus presentaron
un comportamiento deficiente en la remoción de nitrógeno total, ya que hay aumento de este
en un 45,5% para S. palifolia y de 126,3% para C. rufus. En el estudio realizado por
Prodanovic et al. (2019), en el cual realizaron un estudio detallado de la remoción de
nutrientes a paritr de especies ornamentales en paredes verdes, se destacan las especies Carex
appresa y Nephrolepis obliterata, ya que lograron remociones mayores al 88% en nitrógeno
total durante la investigación. Por otra parte, el estudio de Fowdar et al. (2017), se destacó
que todas las especies analizadas lograron remociones de nitrógeno total mayores al 80%
salvo las especies Phormium, Strelitzia reginae y Phragmites australis, las cuales tuvieron
remoción de nitrógeno total en un 55%, 23% y 7% respectivamente. A pesar que los medios
de los estudios de Prodanovic et al. (2019) y Fowdar et al. (2017) fueron diferentes a los
52
estudiados en esta investigación, los valores de remoción de nitrógeno total son insuficientes
comparado a los valores obtenidos por los autores mencionados.
En el estudio de Prodanovic et al. (2018), es posible evaluar la eficienca del sustrato
A. De acuerdo al estudio realizado en 2018 por Prodanovic et al., las remociones de nitrógeno
total obtenidas para el sustrato perlita y fibra de coco (relación 1:3), el mismo evaluado en
este proyecto (SA), fueron aproximadamente de 50%, 72% y 47% para las tres campañas
realizadas respectivamente. En contra parte, los resultados obtenidos experimentalmente
(Figura 13) para este mismo sustrato en la remoción de nitrógeno total fueron de 3,1%, -
205,3% y -10,3%. En los casos que se utilizaron especies con este sustrato los resultados
fueron: -1368%, 5,3% y 15,4% con la especie Salvia palifolia y -53,2%, -57,9% y 23,1% con
la especie Cyperus rufus. En conclusión, la réplica del sustrato sugerido por Prodanovic et
al. (2018) no logró los resultados deseados, inclusive con el uso de especies vegetales.
Figura 13. Remoción de Nitrógeno Total Kjeldahl - NTK
-600.00
-500.00
-400.00
-300.00
-200.00
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100.00
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a 3
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a 1
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a 3
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a 2
Cam
pañ
a 3
Cam
pañ
a 1
Cam
pañ
a 2
Cam
pañ
a 3
Cam
pañ
a 1
Cam
pañ
a 2
Cam
pañ
a 3
Cam
pañ
a 1
Cam
pañ
a 2
Cam
pañ
a 3
PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Rem
oci
ón
(%
)
Muestra
Nitrógeno Total Kjeldahl Remoción (%)
Nitrógeno Total Kjeldahl Remoción (%)
53
Análisis cualitativo
La apariencia de las paredes verdes debe ser adecuada para aportar un efecto positivo en el paisaje urbano en el cual será instalado.
Por lo tanto, aunque es un factor cualitativo, debe ser evaluado. A continuación, se presenta una cronología en donde se evidencia el
cambio visual de las especies Salvia palifolia y Cyperus rufus a lo largo del proyecto.
Figura 14. Cronología Cyperus rufus
marzo 31 abril 2 abril 10 abril 13 abril 13
abril 23 mayo 4 mayo 4 mayo 14
54
Figura 15. Cronología Salvia palifolia
marzo 31 abril 2 abril 5 abril 10 abril 10
abril 13 abril 13 abril 13 abril 13 abril 23
abril 23 abril 28 mayo 4
55
Las muestras con la especie Salvia palifolia tuvieron un comportamiento aceptable
hasta el 8 de abril, pues desde este día se empezó a evidenciar colmatación en los montajes,
probablemente por el sistema radicular de la especie. A partir de este día, la tasa de riego se
redujo y varió de acuerdo con la capacidad de absorción diaria de cada columna. Las dosis
específicas se encuentran en el Anexo 6. Como se puede evidenciar desde abril 10 las hojas
empezaron a tornarse de un color amarillo e inclusive aparecieron rasgos físicos anormales
en las hojas (fotografía abril 13). En abril 23 ambas réplicas de la configuración PASA se
vieron afectadas, perdiendo la totalidad de su cobertura. Para esta misma fecha una de las
réplicas de la configuración PASB presentó la misma condición que las muestras de PASA
y la otra réplica empezaba a presentar los mismos síntomas iniciales que los de la
configuración PASA.
A diferencia de la especie Salvia palifolia, la especie Cyperus rufus presentó un
comportamiento favorablemente progresivo. Se evidenció que a lo largo del proyecto la
especie fue creciendo, alcanzando una altura considerablemente mayor que la inicial. Sin
embargo, el aspecto más relevante fue la floración en las últimas fechas del proyecto (mayo
4 - 14). Lo anterior refleja que la especie Cyperus rufus tuvo una adaptación favorable a lo
largo del proyecto. Además, las configuraciones con la especie Cyperus rufus siempre
pudieron recibir la dosis de diseño (2,5 L/día), ya que no presentaron colmatación. Las
muestras SA y SB no presentaron cambios significantes aparentes y la dosis de riego se
mantuvo constante a lo largo del proyecto.
De acuerdo con lo observado, se evidenció que los tiempos de retención fueron
diferentes entra las configuraciones que tenían la especie Salvia palifolia y con las
56
configuraciones sin especie y aquellas que tenías la especie Cyperus rufus. En el caso de las
configuraciones PASA y PASB, el tiempo de retención fue variable. En las primeras semanas
del proyecto, dichas columnas presentaron un tiempo de retención similar al de las columnas
PBSA, PBSB, SA y SB, sin embargo, desde el 8 de abril, el tiempo de retención aumentó
hasta el punto en el cual solamente se podía dosificar 1 litro al día por cada columna. Sin
embargo, las condiciones más críticas se presentaron en las últimas semanas de
experimentación en las columnas PASA. Por otra parte, el tiempo de retención para los
montajes PBSA, PBSB, SA y SB, fue siempre constante a lo largo del proyecto y este era de
apenas segundos o minutos. Los montajes de solo sustrato (SA y SB) fueron aquellos con los
menores tiempos de retención a lo largo de la experimentación.
Desempeño comparativo
A partir de la evaluación de los diferentes parámetros llevada a cabo en el capítulo
anterior, se realizó una selección de las configuraciones más eficientes para el tratamiento de
agua gris. La metodología consistió en otorgar un valor a los montajes con mayor rendimiento
por cada parámetro evaluado. Dicho valor podría ser 1, en caso de que tuviera un buen
rendimiento, o 0 en caso contrario. Todos los parámetros tuvieron el mismo peso excepto el
parámetro cualitativo, el cual tuvo el doble de peso. Los resultados se resumen en la Tabla 5.
57
Tabla 5. Selección de la configuración.
Parámetro Montaje
PASA PASB PBSA PBSB SA SB
Microbiológico 0 0 1 0 1 1
Color 0 0 0 0 0 1
Turbiedad 0 0 0 0 0 0
ST 0 0 0 0 0 0
pH 1 1 0 0 0 0
Conductividad 0 0 0 0 0 0
DBO5 0 0 0 0 0 0
DQO 1 1 0 0 0 0
Fosfatos 0 0 1 1 0 0
PT 0 0 0 0 0 0
NH3/NH4+ 0 0 1 1 1 1
NO2- 1 1 1 1 0 0
NO3- 0 0 1 1 1 1
Cualitativo 0 0 2 2 1 1
Suma 3 3 7 6 4 5
De acuerdo con la Tabla 5, el montaje con mejor rendimiento general fue PBSA (7
puntos); montaje compuesto por sustrato de perlita y fibra de coco (1:3) y con el uso de la
especie Cyperus rufus. Este montaje se desempeña en la remoción de: agentes
microbiológicos (E. coli y coliformes totales), fosfatos, nitrógeno amoniacal, nitritos y
nitratos. Además, es necesario destacar su comportamiento físico, pues la especie tuvo buena
adaptación hasta el punto de florecimiento en las últimas semanas del proyecto. Por último,
el estudio de esta configuración fue íntegro, dado que a lo largo del proyecto no presentó
colmatación, por lo cual la dosis de agua gris inicialmente establecida pudo ser aplicada sin
problema alguno.
58
Similar a la prueba PBSA, la prueba PBSB tuvo un alto rendimiento (6 puntos). Este
montaje se destacó en la remoción de: fosfatos, nitrógeno amoniacal, nitritos y nitratos.
Conformado por un sustrato de 40% de piedra pómez, 20% tierra negra, 10% arcilla (arlita),
10% arena, 10% zeolita y 10% perlita y con la especie Cyperus rufus, el montaje PBSB
también demostró un rendimiento cualitativo acertado. Su adaptación al sustrato y a las
condiciones del experimento permitieron su florecimiento. Además, al igual que la muestra
PBSA, fue posible dotar la configuración siempre con la dosis establecida al inicio del
proyecto, lo cual permitió entender su comportamiento íntegramente y simulando posibles
escenarios reales de operación. Cabe resaltar que esta muestra, junto a la muestra PBSA,
tuvieron un alto crecimiento por lo cual se recomendaría una poda continua con el fin de
mantener la estética de la pared verde.
A pesar que las muestras PASA y PASB tuvieron remociones en pH, DQO y nitritos,
estas presentaron colmatación, lo cual llevó a que la especie Salvia palifolia perdiera sus
hojas e inclusive llevándola a la muerte. Una de las hipótesis en la colmatación en estos
montajes es el sistema radicular de esta especie, ya que su sistema es adventicio tanto en la
base del tallo como en el tallo, lo cual hace de esta una configuración compacta. Por la
colmatación presentada no se pudo dotar las columnas con la dosis inicialmente fijada desde
el 8 de abril, lo cual alejó una simulación de un escenario de operación.
59
Conclusiones & recomendaciones
Tras la experimentación realizada se lograron identificar ciertas acciones o futuros
estudios que mejorarían los resultados del proyecto. En cuanto a la parte de experimental, es
necesario realizar el mayor desbaste de tierra de las especies antes de sembrarlas en las
columnas de experimentación, dado que la tierra con la que vienen las especies puede
contener microorganismos patógenos, como E. coli y alta concentración de coliformes
totales. Además, esta tierra puede aportar negativamente en los parámetros de color,
turbiedad y sólidos totales.
Para futuros montajes se recomienda el uso de columnas de mayor diámetro, como
las que utilizan Prodanovic et al. (2017) en su estudio (diámetro de 240mm), ya que puede
ser un factor limitante en el desarrollo del sistema radicular de las especies. En este caso de
estudio, se evidenció que la especie Salvia palifolia presenta un sistema denso radicular, por
lo cual se recomienda para futuros proyectos optar por un diámetro mayor si se desea analizar
el comportamiento de esta especie. En el caso de la especie Cyperus rufus no se evidenció
inconveniente por el diámetro ni las condiciones del montaje.
En cuanto a los sustratos, se recomienda evaluar una relación diferente en el sustrato
A (perlita y fibra de coco) dado que como se evidenció, la fibra de coco aumenta el color en
el efluente. Además, para poder comparar los resultados de una manera más concreta con el
estudio de Prodanovic et al. (2019), se recomienda usar una mezcla de 2:1 de fibra de coco y
perlita respectivamente.
60
Los montajes con las especies Cyperus rufus ni en los montajes de solo sustrato
mostraron inconvenientes con la tasa de riego fijada. Sin embargo, los montajes con la
especie Salvia palifolia mostraron problemas de colmatación. Por lo anterior, se recomienda
que la dotación para la especie Salvia palifolia sea menor a la fijada por este estudio (2,5
L/día) o se propongan menos días de dotación (más de 2 días).
En caso de que la especie Salvia palifolia siga presentando colmatación, se
recomienda el estudio de otras especies de otro género. A partir de los resultados obtenidos
por Fowdar et al. (2017), sería conveniente estudiar una especie nativa del género Carex,
dado que la especie Carex appressa presentó altas porcentajes de remoción en parámetros
como DBO5, nitrógeno total, fósforo total y SST.
Adicionalmente, se recomendaría realizar estudios que contemplen el tratamiento de
agua gris de otros orígenes, como de duchas, lavamanos, bañeras, puesto que la
caracterización puede variar significativamente, especialmente las cargas orgánicas. Por lo
tanto, las especies evaluadas en este estudio pueden no tener el mismo rendimiento que al
tratar agua gris de otra fuente. Así que, para futuros estudios, se recomienda evaluar el
potencial de los sustratos y especies evaluadas en este proyecto, pero variando el origen del
agua gris.
Por último, se recomienda medir la concentración de fosfatos y fósforo total en futuras
investigaciones ya que el agua gris, específicamente la de lavadoras, contiene alta cantidad
de fósforo (por los detergentes). A pesar que la ley nacional de re uso de agua residual,
Resolución 1207 del 2014, ni organizaciones internacionales como la NSF y la OMS regulan
la concentración de nutrientes en el agua gris, es altamente recomendable evaluar su
61
concentración con el fin de evitar impactos ambientales, como la eutrofización, y
afectaciones en la salud humana.
A partir de los resultados obtenidos, se destaca que los montajes tuvieron una
remoción deficiente en parámetros microbiológicos (E. coli y coliformes totales) como de
parámetros físicos (color, turbiedad y sólidos totales), puesto que las concentraciones de
dichos parámetros aumentan. En cuanto a los parámetros medidos en campo, se destaca que
no hay disminución en la conductividad y la diferencia entre montajes con y sin especies no
es significativa. Por otra parte, sí es evidente que los montajes con especies tienen una mayor
capacidad de reducción de pH que aquellos montajes sin especies vegetales.
Aunque no se presentó remoción de DBO5, fue posible determinar que la
concentración de este parámetro se incrementa en montajes sin vegetación (66,3%),
comparado con montajes con vegetación (1,8%). Por otra parte, la remoción de DQO fue
deficiente comparado con los estudios de Fowdar et al. (2017) y Masi et al. (2016), y por su
variable comportamiento no fue posible concluir en cuál de las especies y en sustratos
presentó mayor remoción.
En la evaluación realizada, se determinó que el uso de especies en las columnas de
experimentación tiene un efecto primordial, puesto que las configuraciones con especies
remueven un 19,14% del fósforo total, mientras que en las configuraciones sin especies la
concentración de fósforo incrementa en un 12,3%. Además, se determinó que la especie
Salvia palifolia remueve un 19,89% más de fosfatos que la especie Cyperus rufus. Sin
embargo, al evaluar la eficiencia de remoción de nitrógeno (nitrógeno amoniacal, nitritos y
62
nitratos), se evidenció que no hay diferencia significativa en las configuraciones con y sin
vegetación. Aunque se evidenció remoción de nitrógeno, los resultados obtenidos fueron
menores a los conseguidos en los estudios de Prodanovic et al. (2018).
En cuanto al comportamiento cualitativo, se puede determinar que la especie Cyperus
rufus presentó una buena adaptación hasta el punto que presentó floración, mientras que la
especie Salvia palifolia sufrió de ahogamiento lo cual condujo a la muerte de las especies. A
partir de los criterios analizados se estableció que el mejor montaje estudiado fue el PBSA
por su rendimiento en la remoción de agentes microbiológicos (E. coli y coliformes totales),
fosfatos, nitrógeno amoniacal, nitritos y nitratos, además de su comportamiento físico.
63
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66
Anexos
Anexo 1. Caracterización agua gris de acuerdo con NSF 350.
Parameter Required Range
Total suspended solids (TSS) 80-160 mg/L
Five-day biochemical oxygen demand (BOD5) 130-180 mg/L
Temperature 25-35ºC
pH 6.5-8
Turbidity 50-100 NTU
Total Phosphorus - P 1-3 mg/L
Total Kjeldhal nitrogen - N 3-5 mg/L
Chemical oxygen demand 250-400 mg/L
Total organic carbon 50-100 mg/L
Total coliforms 103-104 cfu/100 mL
E. coli 102-103 cfu/100 mL
Anexo 2. Caracterización agua gris por la OMS.
Parameter Unit Greywater range
Suspended solids mg/L 45-330
Turbidity NTU 22-200
BOD5 mg/L 90-290
Nitrite mg/L < 0.1 - 0.8
Ammonia mg/L < 0.1 - 25.4
Total Kjeldhal nitrogen mg/L 2.1 - 31.5
Total phosphorus mg/L 0.6 - 27.3
Sulfate mg/L 7.9 - 110
pH - 6.6 - 8.7
Conductivity mS/cm 325 - 1140
Sodium mg/L 29 - 230
67
Anexo 3. Parámetros de reuso del agua gris según la NSF.
Parameter
Class R Class C
Overall test average
Single sample
maximum Overall test
average
Single sample
maximum
CBOD5 (mg/L) 10 25 10 25
TSS (mg/L) 10 30 10 30
Turbidity (NTU) 5 10 2 5
E. coli2 (MPN/100mL) 14 240 2.2 200
pH (SU) 6 - 9 NA1 6 - 9 NA
Storage vessel disinfection (mg/L)3 ≥0.5 - ≤2.5 NA ≥0.5 - ≤2.5 NA
Color MR4 NA MR NA
Odor Non-
offensive NA Non-
offensive NA
Oily film and foam Non-
detectable Non-
detectable Non-
detectable Non-
detectable
Energy consumption MR NA MR NA
1 NA = Not applicable
2 Calculated as geometric mean 3 As chlorine. Other disinfectants can be used.
4 MR = Measure and reported only
Anexo 4. Parámetros de reuso de agua gris para riego de jardines privados según la OMS.
Aplicación Cisternas de inodoros - Riedo de jardines privados
CONTROL EN EL AGUA TRATADA
FRECUENCIA RESULTADOS ACCIONES EN CASO DE
INCUMPLIMIENTO
Turbidez (NTU) Quincenal <2 Verificar tratamiento; realizar
las operaciones de limpieza necesarias.
E. Coli (UFC/100 ml) Semestral Ausencia Realizar una desinfección de la instalación y repetir el análisis
Biocida activo. En caso de cloro residual libre, si se adiciona cloro (CL2 mg/l)
Quincenal 0,5 - 2,0 Verificar los sistemas de
dosificación y control de cloro.
pH, si se adiciona cloro Quincenal 7,0 - 8,0 Verificar los sistemas de
dosificación y control de pH.
En caso de aerolización (principalmente riego por aspersión) se deberán tener además en consideración los controles analíticos establecidos en el Real Decreto 865/2003 de 4 de
68
julio, por el que se establecen los creiterios higiénicos-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis y su Guía Técnica para la prevención y control de la legionelosis
en instalaciones.
Anexo 5. Parámetros de reuso de agua gris para el baldeo de pavimentos, lavado de vehívulos y
riego de zonas verdes urbanas según la OMS
Aplicación Baldeo de pavimentos - Lavado de vehículos - Riego de zonas
verdes urbanas
CONTROL EN EL AGUA TRATADA
FRECUENCIA RESULTADOS ACCIONES EN CASO DE
INCUMPLIMIENTO
Turbidez (NTU) Quincenal <10 Verificar tratamiento; realizar las
operaciones de limpieza necesarias.
E. Coli (UFC/100 ml) Semestral <200 Realizar una desinfección de la instalación y repetir el análisis
Biocida activo. En caso de cloro residual libre, si se adiciona cloro (CL2 mg/l)
Quincenal 0,5 - 2,0 Verificar los sistemas de
dosificación y control de cloro.
pH, si se adiciona cloro Quincenal 7,0 - 8,0 Verificar los sistemas de
dosificación y control de pH.
En caso de aerolización (principalmente riego por aspersión) se deberán tener además en consideración los controles analíticos establecidos en el Real Decreto 865/2003 de 4 de
julio, por el que se establecen los creiterios higiénicos-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis y su Guía Técnica para la prevención y control de la legionelosis
en instalaciones.
69
Anexo 6. Bitácora de dosificación.
La dosis se registra en litros.
Fecha
SA SB
- -
PBSB i PBSB ii
- -
PBSA i PBSA ii
- -
PASB i PASB ii
- -
PASA i PASA ii
- -
9-abr 10-abr 12-abr 13-abr
SA SB SA SB SA SB SA SB
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2 1 1
PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii
2 1,5 2 1 1,5 1 0,5 0,5
14-abr 15-abr 17-abr 19-abr
SA SB SA SB SA SB SA SB
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii
2 2 2 1 1 1 1 1
PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii
1 1 1,5 1 1 0,5 1 1
70
20-abr 21-abr 22-abr 26-abr
SA SB SA SB SA SB SA SB
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii
1,5 1,5 1 1 2,5 2 1 1
PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii
1 1 0,5 0,5 0,5 1 1 1
27-abr 28-abr 30-abr 1-may
SA SB SA SB SA SB SA SB
2,5 2,5 2,5 2,5 - - 2,5 2,5
PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2 2 2,5 2,5
PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2 2 2,5 2,5
PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii
2 2 2 1 1 1 2 2
PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii
2 2 1 1 1 1 1,5 1,5
3-may 4-may 5-may 6-may
SA SB SA SB SA SB SA SB
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii
2,5 2 1 1 1 1 1 1
PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii
2 2 1 1 1 1 1 1
71
7-may 10-may 13-may 14-may
SA SB SA SB SA SB SA SB
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii PBSB i PBSB ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii PBSA i PBSA ii
2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii PASB i PASB ii
1 1 1 1 1 1 1 1
PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii PASA i PASA ii
1 1 1 1 1 1 1 1
16-may
SA SB
2,5 2,5
PBSB i PBSB ii
2,5 2,5
PBSA i PBSA ii
2,5 2,5
PASB i PASB ii
1 1
PASA i PASA ii
1 1
