4.Lagunas Con Macrófitas

Tratamientos Extensivos de

Efluentes

Tecnologas de tratamiento de

Aguas Residuales para Reuso

RALCEA Agosto 2013

CETA

Instituto de la

Universidad de

Buenos Aires

http://images.google.com.ar/imgres?imgurl=http://www.frcu.utn.edu.ar/deptos/depto_3/34JAIIO/34JAIIO/imagenes/LogoConicet.bmp&imgrefurl=http://www.frcu.utn.edu.ar/deptos/depto_3/34JAIIO/34JAIIO/financiamiento.htm&usg=__L-7MVhBcSbTtbKWmLiaqerq_KDg=&h=307&w=481&sz=433&hl=es&start=4&itbs=1&tbnid=kQXnYbUaz-cNmM:&tbnh=82&tbnw=129&prev=/images%3Fq%3Dconicet%2Blogo%26hl%3Des%26sa%3DG%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1

Se trata de una evolucin de los sistemas de lagunas

utilizados para el tratamiento de efluentes.

La presencia de macrfitas flotantes o enraizadas potencia la

obtencin de efluentes de buena calidad, pues estas plantas

acuticas captan materia orgnica y nutrientes.

Lagunas con Macrfitas Introduccin

2

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Lagunas con Macrfitas

Los sistemas basados en plantas flotantes, pueden utilizar

macrfitas como:

El jacinto de agua (Eichhomia crassipes) vulgarmente

conocido como camalote.

Tambin se utilizan las comnmente llamadas lentejas de

agua que son monocotiledneas flotantes de la familia

Lemnaceae, que consta de cuatro gneros: Lemna,

Spirodela, Wolffia y Wolffiella.

Introduccin

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Sistemas de aplicacin - Ecosistemas acuticos

Lagunas con Macrfitas:

Entran en competencia con las microalgas

por los nutrientes y stas no se

desarrollan.

Emergentes (Phragmites, Typha, Carex)

Sumergidas (Potamogeton, Chara)

Alternativamente se desarrollan macrfitas, enraizadas o no.

Las macrfitas flotantes ms empleadas son las Lemna (gibba, major,

minor).


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Macrfitas:

Pistia stratiotes

Lemna minor

Spirodela intermedia

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Macrfitas:

Pistia stratiotes, Spirodela intermedia y Lemna minor

En la llanura pampeana (Argentina), estas macrfitas abundan en todas

las reas con aguas estancadas, presentando alta tasa de crecimiento.

Lemna minor y Spirodela intermedia pueden doblar su masa en menos de

2 das bajo condiciones ideales de disponibilidad de nutrientes, luz solar y

temperatura. Bajo condiciones experimentales su velocidad de produccin

puede ser extrapolada a 4 ton /ha/da de biomasa fresca o a 80 ton/ha

/ao de material seco.

Crecen bajo variadas condiciones climticas.

Disminuyen la produccin algal pues compiten por los nutrientes. Como

se extienden como manto sobre la superficie del cuerpo de agua,

restringen la penetracin de la luz y consecuentemente la fotosntesis.

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Lagunas con Macrfitas Macrfitas Jacintos de Agua

El jacinto de agua (Eichhomia crassipes) o camalote crece

principalmente en grandes cuerpos de agua y son

capaces de eliminar grandes niveles de DBO5, pequeas

concentraciones de slidos suspendidos, nitrgeno y una

significativa eliminacin de elementos trazas.

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El uso del jacinto de agua para tratar efluentes tiene

principalmente la dificultad de la eliminacin de estas

plantas. La produccin de jacintos de agua en lagunas

puede alcanzar cerca de 30 g en materia seca por m2 y por

da con un contenido de nitrgeno de alrededor de 3% en

materia seca.

Macrfitas Jacintos de Agua

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La eliminacin de nutrientes en climas fros por parte de estos

sistemas, disminuye porque las plantas son sensibles a las

bajas temperaturas. A temperaturas por debajo de 10C las

plantas mueren.

Se requiere de una reposicin de stas hacia la primavera

para renovar el proceso y cumplir con las exigencias del

tratamiento.

La eliminacin del fsforo est limitada a las necesidades de

la planta y regularmente no excede del 50% al 70% del

contenido de fsforo del efluente.


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Las ventajas que puede presentar el uso del jacinto de agua

para tratar efluentes quedan anuladas en la mayora de los

casos, porque la cosecha de las plantas y el

procesamiento de los productos que estas generan, tales

como biogas o forraje para consumo animal, son muy

costosos.


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Tambin hay indicaciones de que las prdidas de agua

debidas a la evaporacin en los sistemas planteados son 3 a 5

veces mayores que en las lagunas que tienen slo el efluente.

Otra restriccin relativa al uso del jacinto de agua se debe al

problema del mosquito. El voluminoso follaje poroso que

crea esta planta arriba de la superficie del agua produce

condiciones excelentes para el desarrollo de las larvas del

insecto.


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Macrfitas Lentejas de Agua

Las lentejas de agua (Lemna minor) son capaces de crecer

exitosamente sobre los efluentes y convertir los

contaminantes biodegradables, en materiales tiles, como

forraje rico en protenas. Los estudios y monitoreos de

campo indican un buen crecimiento relativo en agua cloacal y

en efluentes de producciones pecuarias.

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La ventaja que tiene el utilizar la lenteja de agua para captar

nutrientes, proviene de su preferencia por captar el

amonaco. Esto fue demostrado en cultivos de laboratorio.

De esta forma la eliminacin del nitrgeno consume menos

energa y por lo tanto tiene un rendimiento mayor, sto se

traslada a una baja de costo en el tratamiento.

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Las lentejas de agua, no trabajan solas sino que

conjuntamente con las bacterias ayudan a purificar el

efluente. La descomposicin bacteriana causa

anaerobiosis, la cual es mantenida por la cobertura

vegetal que se crea en la superficie y que evita la

aireacin. La mineralizacin producida por las bacterias da

carbono, nitrgeno y fsforo, nutrientes stos que luego

son la principal fuente para el crecimiento de las lentejas

de agua que los convierten en protenas vegetales.

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Las especies de lenteja de agua como Spirodela y Lemna

reducen el contenido de oxgeno del agua residual, sin

embargo, esta anaerobiosis no parece causar ningn

dao a las plantas o impedir el reuso del efluente tratado

para irrigacin.

El CO2 producido por las bacterias provee el medio para el

crecimiento de las plantas. Estas plantas tienen la virtud de

usar componentes orgnicos simples directamente.

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El lmite superior de tolerancia trmica para las lentejas de

agua es de alrededor de 34C. Las plantas mostraron una

leve disminucin en su crecimiento por debajo de 10C, por

lo tanto son relativamente tolerantes a condiciones fras

contrariamente al jacinto de agua.

El contenido de protena es de por lo menos 25% de la

materia seca que es mucho mayor que el del jacinto de

agua, aunque menos que el de las algas. El espectro de

aminocidos en las lentejas de agua, especialmente

considerando la lisina (7,5% de la protena total) y

metionina (2,6% de la protena total), es mucho mejor en

comparacin a otras plantas. 16



Las lentejas de agua tienen una de las estructuras ms

simples y pequeas. Tienen un tamao que va de 1 mm a 15

mm. Los tallos y las hojas estn fusionados. En cada planta

hay dos regiones meristemticas, las cuales producen

alternativamente nuevas plantas. Cada una de las plantas

individuales produce al menos 2 plantas hijas durante su

corto ciclo de vida.

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La velocidad relativa de crecimiento de las lentejas de agua

es muy alta: 0,1-0,5 g/g por da. Cada planta absorbe los

nutrientes del agua a travs de la totalidad de la misma y no a

travs de un sistema con raz central como en las otras

plantas superiores. Tienen un muy alto valor nutricional. Esto

se debe a que la planta entera es tejido metablicamente

activo con casi nada de tejido estructural. Por lo tanto, usa

una pequea porcin de la energa fotosinttica para

mantenimiento, o dicho de otra manera la energa

fotosinttica es destinada a la produccin de materia no

estructural a saber protenas y cidos nucleicos. Las

lentejas de agua no tienen una estructura de sostn lo cual

hace innecesario cortarlas. 18



Las caractersticas y propiedades vistas anteriormente,

explican porque son atractivas como plantas para cultivar y

cosechar.

Comparada con las algas, la lenteja de agua es ms fcil de

cosechar .

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https://www.google.com.ar/imgres?imgurl&imgrefurl=http%3A%2F%2Fplantas.florpedia.com%2F-plantas-acuaticas-flotantes.html&h=0&w=0&sz=1&tbnid=euOHgHgWMXi1DM&tbnh=177&tbnw=284&zoom=1&docid=XCtYJsk-qFlkaM&hl=es-419&ei=XzQRUuWjGorO9QT15IGoCw&ved=0CAIQsCUhttp://www.google.com.ar/imgres?hl=es-419&biw=1024&bih=471&tbm=isch&tbnid=xOQrkB1hbVqeTM:&imgrefurl=http://taninos.tripod.com/algas.htm&docid=rI9I19dT4MPSyM&imgurl=http://taninos.tripod.com/algasverde.jpg&w=413&h=285&ei=TzURUqexJZaq4AO2tICgBg&zoom=1&ved=1t:3588,r:16,s:0,i:132&iact=rc&page=3&tbnh=175&tbnw=243&start=16&ndsp=12&tx=189&ty=85


Macrfitas:

En el CETA se hizo un trabajo:

Aquatic macrophytes potential for the simultaneous

removal of heavy metals (Buenos Aires, Argentina) Miretzky, P., Saralegui, A., Fernndez Cirelli, A.

Chemosphere 57/8, 997-1005

Simultaneous heavy metal removal mechanism by dead

macrophytes Miretzky, P., Saralegui, A., Fernndez Cirelli, A.

Chemosphere 62, 247-254 20


Uso de macrfitas para la remocin de metales pesados

Los metales pesados, en contraste con los residuos

orgnicos, no pueden ser degradados, y por lo tanto, se

acumulan en el agua, el suelo, los sedimentos y en los

organismos vivos.

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Intercambio Inico

Osmosis Inversa

Electrlisis

Precipitacin

Adsorcin

Estos mtodos presentan eficiencias diferentes para los

distintos metales y pueden tener importantes costos,

especialmente cuando se trata de grandes volmenes, bajas

concentraciones y altos standards de limpieza.

Mtodos disponibles:



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Algunos de los metales que pueden removerse en forma

simultnea son:

Fe

Mn

Zn

Cu

Pb

Cr

Fernndez Cirelli et al. (2004), Chemosphere, 57, 997-1005





Se estudi el potencial, de Fe2+, Cd2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ y Pb2+.

Las macrfitas flotantes utilizadas fueron:

Pista straiotes

Spirodela intermedia

Lemna minor

Recolectadas de lagunas pampeanas de escasa profundidad.

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Experiencias:

Macrfitas Vivas:

Las macrfitas se lavaron se colocaron en reactores de 10L

con agua de laguna, con 8 hs de luz diarias.

Se realizaron por triplicado.

Se trabajo con 3 concentraciones diferentes de cada metal.

Fe2+, Cd2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ y Pb2+.

Se utilizaron controles donde no se agrego el metal al agua.

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Experiencias:

Macrfitas Vivas:

Resultados

Remocin de metal

0

20

40

60

80

100

120

Fe Zn Mn Cu Cr Pb

Metales

Po

rcen

taje

(%

)

P. straiotes S. intermedia L. minor

Porcentaje de metal removido desde el

agua

Pistia

straiotes

(%)

Spirodel

a

intermedi

a (%)

Lemna

minor (%)

Fe 85 80,23 78,47

Zn 91,1 95,73 97,56

Mn 97,56 96,91 9,2

Cu 97,3 91,7 90,41

Cr 87,68 33,88 96,94

Pb 94,14 98,22 98,55

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Experiencias:

Macrfitas muertas (biosorbentes):

Se utilizaron 3 especies de macrfitas. stas se lavaron y se

secaron a 60C, luego fueron pulverizadas y tamizadas.

Se suspendieron en 50 ml de solucin y luego se las coloc

en un agitador durante 1,5 hr.

Se realiz en 2 etapas, 1 solucin individual de cada metal

y 2 la solucin con todos los metales juntos.

Los metales utilizaron fueron: Cd2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ y Pb2+. 27


Experiencias:

Macrfitas Vivas:

Resultados

La biomasa de Lemna

minor present el

porcentaje medio de

remocin ms alto y Pistia

straiotes, el ms bajo para

todos los metales.

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- Pb y Cd fueron eficientemente eliminados del agua por las

3 biomasas, a pesar de la presencia de otros metales en el

medio que competian por los sitios activos en la superficie.

- La biomasa de Lemna minor present el mayor % de

remocin y Pistia stratiotes el % menor para todos los

metales en estudio.

- El mecanismo responsable de la remocin de metales del

agua fue el intercambio catinico, comportndose las 3

biomasas como intercambiadores dbilmente cidos.

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Experiencias - Biosorbentes:

- Los biosorbentes pueden considerarse intercambiadores

naturales que principalmente contienen grupos debilmente cidos

o bsicos en su superficie. En el rango de pH 2.5-5,0, la unin de

los metales est determinada principalmente por el grado de

disociacin de los grupos debilmente cidos.

- Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+, Fe 3+ and Mn 2+ fueron liberados a la

solucin acuosa mientras que H+, Cd 2+, Ni 2+, Cu 2+, Zn 2+ y Pb 2+fueron adsorbidos por la biomasa de Spirodela intermedia,

Lemna minor y Pistia stratiotes.

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Experiencias - Biosorbentes:


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Conclusiones

El tratamiento de efluentes por medio de lagunas de

estabilizacin puede ser mejorado asociando al mismo

macrfitas flotantes.

Las macrfitas son eficientes en la remocin de materia

orgnica, nutrientes y metales pesados.


El hecho de que las macrfitas estudiadas han sido capaces

de eliminar todos los metales del agua simultneamente,

constituye una fuerte indicacin de su potencial para el

tratamiento avanzado de aguas contaminadas.

Las macrfitas acuticas se han venido usando en las 2

ltimas dcadas para la remocin de metales pesados,

compitiendo con otros tratamientos secundarios.

El principal mecanismo de remocin de metales es la

adsorcin por las races.

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Conclusiones

4.Lagunas Con Macrófitas

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