RESUMEN.

En el estado de Oaxaca se trata menos del 10% del volumen de aguas residuales generadas, con los consecuentes problemas de contaminación ambiental y riesgo de salud pública.

Un factor importante en esta problemática es la carencia de alternativas de tratamiento de bajo costo, eficientes y reproducibles para alas comodidades de la región (López, 2000).

En este trabajo se presentan los resultados de un año de operación de un sistema de tratamiento no convencional diseñado a base de un biorreactor anaerobio integrado (BRAIN) cuyo efluente es pulido por un lecho de raíces. El sistema fue construido por la comunidad de San Dionisio Ocotepec con recursos propios del Municipio y del Gobierno del Estado.

La evaluación se ha llevado acabo con el apoyo del IPN y del sistema de investigación Benito Juárez del CONACYT. Los resultados indican que el sistema en capas de liberar un efluente con calidad apta para riego con un costo del 60% de otros sistemas similares y está siendo reproducido en la región por otras comunidades.

OBJETIVO.

Optimizar el uso de los sistemas de lechos de raíces utilizándolos como tratamiento terciario de un BRAIN para disminuir los requerimientos de área y de desinfección terminal necesarios para cumplir con la NOM-001-ECOL-96 en cuanto a parásitos y patógenos se refiere.

Preguntas de investigación:

¿En que medida es posible disminuir la concentración de huevos de helminto y coniformes fecales utilizando un sistema de lechos de raíz a nivel terciario como pulidor de un BRAIN?.
¿Cuál es la capacidad de un BRAIN para remover coniformes fecales y huevos de helminto?.

Marco teórico.-

En México, es la norma NOM-001-ECOL-1996 Publicada en el diario oficial del 6 de enero de 1996, la que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes Nacionales.
Dicha norma clasifica los contaminantes en básicos, metales pesados cianuros, contaminación por patógenos y contaminación por patógenos y contaminación por parásitos.

No obstante que hay 4 grupos de patógenos que pueden causar enfermedades al hombre (bacterias, virus, protozoos y gusanos), los parámetros que establece la normatividad ambiental son el contenido de coniformes fecales como patógenos y huevos de helminto como parásitos, cuyo limite máximo permisible es de un 1000 y 2000 como número más probable (NMP) de coniformes fecales por cada 10 m l para el promedio mensual y diario respectivamente y de un huevo de helminto por un litro para riego no restringido la utilización del agua residual destinada a la actividad de siembra, cultivo y cosecha de productos agrícolas en forma limitada como forrajes, legumbres, granos, frutas y verduras; y como riego restringido la misma utilización excepto para productos como legumbres y verduras que se consumen crudas.

Los patógenos pueden ser jerarquizados en el orden ascendente de riegos que se muestran en la tabla 1. (Shuval, 1986).

RIESGO	CATEGORIA	PATOGENO	ENFERMEDADES
Minimo	I	Virus	Gastroenteritis viral, hepatitis, infecciosa
Bajo	I II	Proozoos Bacterias	Amebiasis, Giardiasis, Colera fiebra tifoidea, shigelosis
Alto	III IV	Helmintos Nematelmintos Platelmintos	Ascariasis, Estrogiliodiasis Tricuriasis

Tabla 1.- Ordenamiento ascendente de los riesgos de salud por distintos patógenos. (Shuval, 1986).

Es evidente que la eliminación de los patógenos de las categorías 111 y IV debe ser prioritaria para la utilización de las aguas residuales desde el punto de vista de los riesgos a la salud.

Los diferentes patógenos se encuentran en concentraciones variables en las aguas residuales pero a la vez son afectados de manera distinta por una tecnología de tratamiento determinado en la tabla 2 se resumen las eficiencias de remoción expresadas en unidades logarítmicas de varias tecnologías para diferentes patógenos (Shuval 1986).

TRATAMIENTO

REMOCION EN UNIDADES LOG

	Virus	Bacterias	Protozoos	Helmintos
Sedimentacion Primaria	0-1	0-1	0-1	0-1
Tanque septico	0-1	1-2	1-2	1-2
Filtro biologico	0-1	0-2	0-1	0-1
Lodos actividades	1-2	2-3	1-2	1-2
Laguna de oxidacion (20 dias, 4 celdas en serie)	2-4	4-6	4-6	4-6

Tabla 2.- eficiencia de remoción de patógenos en diferentes tecnologías de tratamiento. (Shuval, 1986).

La investigación sobre los sistemas de pantanos se ha centrado principalmente en parámetros fisicoquímicos y sólo recientemente se ha dado importancia a los riesgos de la salud publica (Stott, 1996) que implica el uso del agua residual tratada que contenga patógenos y parásitos.

Estudios realizados por la Universidad de Portsmouth (Stott, 1996) en Egipto revelaron que en los lechos de raíces es factible disminuir la concentración de coniformes fecales de un orden logarítmico por cada 50 m de lecho y prácticamente el 100% de huevos de helminto en 25 m de recorrido, cuando se trata un efluente secundario y el lecho se diseña con carga hidráulica de 201/min-m de ancho.

Por otro lado dentro del programa de saneamiento del Campus CU, el instituto de Ingeniería de la UMAM (Loyola. 1994) evaluó, desde el punto de vista físico químico y para gastos menores de 15m3/día, la capacidad de un sistema denominado biorreactor anaerobio integrado (BRAIN) para generar agua apta para rehúso en riego.

EL BRAIN es una tecnología mexicana, patentada a nivel unifamiliar por la empresa tecno educación Ambiental S. A.de C. V. cuyo proceso sobrepone en un solo tanque cuatro operaciones unitarias: sedimentación de alta tasa y filtración biológica.

De acuerdo con los resultados de la evaluación el BRAIN es capaz de liberar un efluente a nivel secundario que debidamente pulido podría cumplir con la normativa para rehúso de riego.

En la figura 1 se presenta un corte esquemático del BRAIN.Figura l.- Corte esquemático de un BRAIN


En este proyecto, el concepto diferente del tratamiento se basa en utilizar un BRAIN como tratamiento frontal a nivel secundario y pulir su efluente desde el punto de vista bacteriológico con un lecho de raíces a fin de liberar un efluente con calidad apta para rehúso en riego, disminuyendo el área del lecho, eliminando la desinfección terminal, incorporado el tratamiento de lodos al del agua , disminuyendo el volumen de lodos a disponer y los costos de operación y mantenimiento.

El sistema se ha denominado no convencional ya que dentro de las alternativas llamadas no convencionales por no requerir de energía externa y utilizar mucha área, el sistema propuesto pretende no usar mucha área y cero energía externa y utilizar mucha área y cero energía.

METODOLOGIA.

Tipo de investigación.-

A fin de dar respuesta a las preguntas de investigación y dados los resultados de la revisión bibliográfica se pretende una investigación que inicialmente sea de tipo descriptiva, posteriormente correlacional y finalmente explicativa.

ESTABLECIMIENTO DE HIPOTESIS :

H1Los lechos de raíces son capaces de remover huevos de helmintos hasta el 100% al tratar el efluente de un BRAIN.

H2: Los lechos de raíces son capaces de remover coniformes fecales de un orden logarítmico al tratar el efluente de un BRAIN.

H3: EL BRAIN es capaz de remover coniformes fecales arriba de un orden logarítmico.Identificación variables.-

De acuerdo con el establecimiento de las hipótesis, se identificaron las siguientes variables:

l).- Dependientes:
l.- Remoción promedio de huevos de helmintos, X.
2.- Remoción media de coniformes fecales, C F

2).- Indepedientes:
3.- Longitud del lecho; L
4.- Gasto, Q

Diseño de la investigación

De acuerdo con la definición de variables a fin de establecer la eficiencia de remoción de helmintos y coniformes en el BRAIN y en virtud de no tener control sobre las condiciones de operación, se propuso un diseño no experimental longitudinal durante un año, para abarcar una época de lluvias y una de secas.

En el caso del lecho de raíces se propones un experimento con diseño factorial 2x2 a fin de conocer los efectos de cada variable independiente en forma conjunta.

Físicamente, el experimento compuesto consiste en la operación de dos de los l2 lechos de raíz de la planta de tratamiento de aguas residuales de San Dionisio Ocotepec, Oax. Comunidad localizada a 60 Km. Al suroeste de la Ciudad de Oaxaca.

EL BRAIN está diseñado para tratar 6lps y cada lecho para 0.5 lps Los lechos tienen, l.4 m de ancho por 60 m de largo y 0.30m de profundidad y serán plantados con Tule con una densidad de 4 plantas pro m2 y una pendiente de l %.

Están empacados con grava de 10 a 20mm de diámetro y están acondicionados con pozos de muestreo a cada 10 m en todo el largo del lecho para poder tomar muestras para hacer variar la distancia o tiempo de retención.

Cada lecho tiene una válvula de control para regular el gasto del influente. Se pretende que los lechos sean operados con dos diferentes gastos tomando como limite superior 0.5 1/s durante 12 meses. En la figura 2 se presenta una panoramica del sistema de tratamiento de San Dionisio Figura 2.- Panoramica de la planta de tratamiento de aguas residuales de San Dionisio Ocotepec, Oax. En primer plano el BRAIN y al fondo el lecho de raices. Ocotepec, Oax.

Figura 2.- Panoramica de la planta de tratamiento de aguas residuales de San Dionisio Ocotepec, Oax. En primer plano el BRAIN y al fondo el lecho de raices.

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Selección de la muestra.-

La muestra es probabilistica y su tamaño se término considerando los resultados de un premuestreo en el mes de julio del 2001, con cuyos resultados se calculó un tamaño de muestra en el diseño no experimental de 81 elementos para una confiabilidad del 95%.

Para el caso de lecho de raices, de determino un tamaño de muestra de 36 elementos para cada variacion de gasto o tiempo de retencion, tambien para una confiabilidad del 95%.

Con base a los criterios por la OMS para evaluar la calidad del agua residual tratada usada en riego, se selecciono el día y la hora en que mayor presencia tuvieron los huevos de helminto para realizar un monitoreo intensivo anual tomando un número de muestras mensuales adecuado de manera que se cubriera el tamaño de muestra calculado.

En forma adicional al experimento, durante los primeros seis meses se monitorearon características del lodo en el BRAIN como índice volumétrico (IVL), actividad matanogénica especifica (AME) y la relación de alcalinidades la altura de lodos (HL) y la concentración de sólidos suspendidos totales (SST), así mismo se realizó un análisis CRETIB.

Cabe mencionar que el sistema evaluado fue construido por la comunidad con recursos económicos y mano de obra propias, financiamiento del gobierno estatal y en la parte de la evaluación con apoyo del IPN y del sistema de investigación Benito Juárez de Oaxaca.

Recolección de datos.-

Se han diseñado 4 campañas de monitoreo, dos para época de lluvia y dos para secas; la 2 primeras para el BRAIN y las dos segundas para ambos.

En cada una se tomaron muestras para determinar coniformes fecales (CF). (SST), sólidos suspendidos volátiles (SSV) y (DQO) (DQO) efluente del biorreactor anaerobio integrado.

Previamente a los muestreos intensivos, se realizaron muestreos compuestos y simples para determinar el día y la hora de muestreo, tomando como base la concentración de huevos de helminto en el periodo de lluvias y la concentración de coniformes fecales en el periodo de secas.

Resultados de discusión.

A continuación se describen los resultados de las dos primeras campañas de monitoreo, que corresponden prácticamente a la evaluación de BRAIN.

El monitoreo intensivo se realizó los lunes a las 10.00 horas. Los valores de DQO, SST, SSV, HH y CF, registrados durante campañas así como sus características de variación se presentan en la tabla no. 3; en la tabla no. 4 se presentan las características de las eficiencias logradas por cada parámetro analizado y en la tabla no. 5 las características de los lodos en el BRAIN durante los primeros 6 meses de operación.

En la figura No. 3 se observa la variación de CF t en la No. 4 la variación de HH.

Tabla No.3 Calidad del influente y efluente del BRAIN.

De acuerdo con la calidad del influente, la concentración media de materia orgánica a la entrada es casi tres veces el valor esperado (López, 1999), por lo que se trata de un agua concentrada posiblemente debido a la existencia de patios en la población ya que no existen fuentes industriales.

En cuanto a la concentración de huevos de helminto y coniformes fecales, el primero presenta un valor medio de 22 h/l por debajo de la media nacional establecida en 60 h/l (Jiménez 2000).

Tabla No.4 Variacion de la remocion en el BRAIN.

Tabla No.5 Caracteristicas del Lodo en el BRAIN.

Figura 3 Variacion de CF y su remocion.

En cuanto a CF, los valores medios del influente rebasan la concentración de diseño (López 1999), presentando valores hasta de 10 UL y un promedio de 8 UL dos ordenes de arriba del valor del diseño.

Respecto a las emociones, la calidad media del efluente cumple al estar por debajo de los límites permisibles establecidos por la normativa mexicana para descarga en ríos que serán utilizados en riego agrícola y para disposición del suelo.

Los valores superan los reportados por otros autores (Travesseri, 1996, Conil, 1996) que cuando mucho se acercan al 58% en remoción de materia orgánica y 88% en remoción de sólidos suspendidos. En el caso de los coniformes fecales, la calidad está dentro del ámbito establecido complementario como filtración en suelos, lechos de raíces o desinfección.

Figura 4 Variacion de HH.

En cuanto a resultados del análisis CRETIB, indicaron que los lodos no son corrosivos reactivos explosivos, tóxicos e inflamables.

Conclusiones y perspectivas.

El sistema propuesto ha demostrados remover coniformes fecales entre 1 y 2 ordenes logarítmicos. La capacidad para remover huevos de helminto fue de 100%. Las eficiencias de remoción de materia orgánica y sólidos suspendidos permiten asegurar un efluente secundario que puede ser pulido por lechos de raíces disminuyendo el área requerida.

La tercera y cuarta campaña de monitoreo pretenderán establecer la capacidad de los lechos para disminuir la concentración de coniformes y caracterizar los lodos de bioreactor. Agradecimientos. Se agradece el apoyo recibido por las autoridades Municipales de San Dionisio Ocotepec, por los recursos económicos y de mano de obra aportados para la construcción del sistema del tratamiento y las facilidades otorgadas para realizar estos trabajos; al comité de

Planeación para el desarrollo del Gobierno del Estado de Oaxaca, por su aportación económica al Sistema de Investigación Benito Juárez de Oaxaca del CONACYT al IPN por el financiamiento recibido para realizar los trabajos del campo, a la asistencia técnica en la construcción del sistema y la evaluación que aquí se presenta.

Así mismo se agradece el soporte técnico y de equipamiento de laboratorio prestado por la empresa tecnoadecuación ambiental. S.A de C.V.

Referencias.

Jiménez, B 2000 manual de identificación u cuantificación de huevos de helminto UNAM. Lettinga, G UASB procesos Design for Virus Types of Wastewaters.Design of Anaerobic Processes for the treatment of industrail and Municipal Wastes W W. Eckenfelder Editors.López, P 1999. Proyecto Ejecutivo del sistema de Tratamiento de Aguas residuales de San Dionisio Ocotepec. Informe Interno CIIDIIR-Oax.

López P. 2000 Diagnóstico de la contaminación del agua del Estado de Oax. Memorias Técnicas XII congreso Nacional 2000 FEMISCA. Morelia Michoacán.
Loyola, A. Sámano J. S. Saucedo A. 1994 selección de plantas de tratamientos de aguas residuales en el campus universitario. Programa UNAM-BID. Informe técnico Instituto de Ingeniería UNAM.3322.Shuval, H Adin, AAnd Yecutiel, P (1986). Evaluation of epidemiologicalevidence of human healtefects associated with wastewater irrigation in ndeveloping contries:healt effects and technical solutions.Stott. R Williams. J May E. 1996 Pathogen removal and microbial ecology in gravel bed hydroponic tratment ofo watewater. University of Portsmouth Monograph No.4.