DISTRIBUCION DEL OXÍGENO DISUELTO, pH y TEMPERATURA, DE LA LAGUNA FACULTATIVA DE LA PLANTA MARACAIBO SUR Kwong Ch., Elsa. Escuela de Ingeniería Química Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia. Maracaibo Venezuela Salas R., Nohelia M. Estudiante de Ingeniería Química de la Universidad del Zulia. Gutiérrez Edixón. Centro de Investigaciones del Agua. Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia. Maracaibo Venezuela López, Franklin. (*) Instituto para el Control y la Conservación del Lago de Maracaibo (ICLAM). Maracaibo, Venezuela Ing. Químico. MSc. Ing. Ambiental en la Universidad del Zulia. Diplomado en tratamiento y reuso de aguas residuales en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Ingeniero Ambiental e investigador del ICLAM. Profesor de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Petróleo, miembro de Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, miembro de Asociación Venezolana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental desde 1998 Dirección postal (*): Ave 17B Call No 111, Casa No 17B-06 Sector Los Haticos, Maracaibo Venezuela. Teléfono: +58261 7173448/+584185 5089289. FAX+58621 2007241 E-mail: E-mail: [email protected] [email protected] RESUMEN Se estudió la variación de temperatura, oxígeno disuelto y pH a diferentes profundidades de una laguna facultativa para tratamiento de los efluentes de la zona Sur de la ciudad de Maracaibo, conociéndose la ubicación de las capas resultantes de la estratificación térmica, además de la distribución de oxígeno disuelto en la misma. Se ubicaron en total 482 sitios de muestreo, en los cuales se tomaron muestras a tres niveles: superficie, intermedio, fondo. Los resultados obtenidos permitieron observar la variación de la temperatura, el oxígeno disuelto y el pH con la profundidad de la laguna, reportándose una estratificación en la laguna. Se demostró también que el máximo valor de los parámetros medidos, se encuentra ubicado en la superficie, presentando una tendencia a disminuir con la profundidad. También se observo que a medida que avanza el tratamiento la cantidad de oxígeno disuelto aumenta. Palabras Claves: Laguna Facultativa, Estratificación, Oxígeno Disuelto, distribución de oxígeno, pH.

INTRODUCCION. Las lagunas de estabilización constituyen un medio eficiente para el tratamiento de las aguas residuales, reduciendo la contaminación orgánica y bacteriana, particularmente si están ubicadas en las regiones tropicales y subtropicales, donde el clima representa una valiosa ventaja. En forma reducida, consiste en pasar el líquido residual a través de una serie de estanques, donde la materia orgánica biodegradable presente es separada mediante operaciones físicas tales como sedimentación de sólidos, degradada en procesos bioquímico de estabilización aeróbica por parte de los microorganismos presentes (De Sousa et al., 1989). Estas lagunas se diseñan para producir condiciones que permitan el desarrollo de una población saludable de algas ya que el oxígeno para la remoción bacteriana de la DBO, es generado mayormente por la fotosíntesis de las algas. Como resultado de la actividad fotosintética de las algas en la laguna, hay una variación diurna de la concentración del oxígeno disuelto. Después del amanecer, el nivel de oxígeno disuelto aumenta gradualmente hasta un máximo al medio día, luego disminuye hasta un mínimo en horas de la noche. Una buena mezcla en la laguna asegura una distribución uniforme de la DBO, el oxígeno disuelto, bacterias y algas y como consecuencia se obtiene un mejor grado de estabilización del agua. La mezcla es importante porque proporciona una distribución más uniforme de la temperatura, del oxígeno y de las algas en todo el estanque. En ausencia de la influencia del viento sobre el mezclado, la población de alga tiende a estratificarse en capas, algunas de 20 cm de espesor durante las horas de luz del día. Las algas concentradas en algas se mueven hacia arriba y hacia abajo en respuesta a los cambios de intensidad de luz y luz y causa fluctuaciones en la calidad final, en términos de DBO y SS, cuando se extrae de algunas de estas zonas. (Mara et al., 1992). Hoy en día existen 20.000 lagunas de estabilización, de las cuales se conoce información precisa de 7000 lagunas en operación solo en los Estados Unidos, si bien se han implementado muchas en Israel y Latinoamérica, de estas no se tienen datos precisos. (Mara et al., 1992) En Venezuela, específicamente en Zulia, de los 33 sistemas de tratamiento conocidos por el ICLAM; 19 son del tipo Lagunas de Estabilización, con unos costos de operación y mantenimiento que llega al 1,00% del Producto Interno Bruto Nacional para el tercer trimestre del año 2003. (López, 2003) El objetivo de este trabajo fue estudiar la variación del oxígeno disuelto, pH y temperatura a diferentes profundidades así como en la superficie de la laguna, de tal forma que podrá establecerse las zonas aeróbicas y anóxicas de la laguna. Estos permitirá establecer el comportamiento de este sistema de tratamiento, siendo que es el sistema más grande es su tipo en el país y el segundo más grande en Latinoamérica (López, 1998). MATERIALES Y MÉTODOS. La presente investigación se realizó en la planta de tratamiento de aguas residuales domésticas “Ing. Nerio A. Rosales”, la cual se encuentra ubicada en el km. 12, sector Rodeo I del Municipio San Francisco, Estado Zulia, utilizada para tratar las aguas residuales provenientes de la zona sur ´ de la Ciudad de Maracaibo. Geográficamente se encuentra situada entre las coordenadas 10º 37 ´´ ´ ´´ 36 de latitud y 79º 39 36 de longitud, ocupando una extensión de 130 hectáreas. Se utilizó la laguna facultativa secundaria de este sistema, con una profundidad media de 2.20m. Para su estudio se dividió en cuadrícula de área unitaria correspondiente al 0,25% del área total de la laguna (16 ha). Este valor fue seleccionado aleatoriamente y de esta manera se ubicaron en total 482 sitios de muestreos, en estos puntos se tomaron mediciones, a tres niveles diferentes: superficie, intermedio y fondo, dando un total de 1446 puntos de medición. Para identificar los puntos, a las líneas paralelas a lo ancho de la laguna se les llamo “progresivas” con el número de consecutivo correspondiente y las líneas paralelas a lo largo de la laguna “filas” identificadas de la misma forma. Las mediciones se realizaron en forma puntual, considerando tres niveles; superficie, medio y fondo. La ubicación de los tres niveles de la laguna se determino así: 15 cm por debajo de la superficie y a 15 cm por encima del fondo y para la medición intermedia la mitad de la profundidad total. El oxígeno disuelto y la temperatura se midieron con un equipo de medición YSI modelo 50B en los tres niveles, introduciendo cuidadosamente el censor a profundidad determinada. El pH se midió con ayuda de un medidor de pH marca Hanna Instrument equipado con electrodo de vidrio, esta medición se determinó en los dos primeros niveles debido a limitación de alcance del cable de equipo.

RESULTADOS Y DISCUSION. La temperatura disminuye desde la superficie hasta el fondo, siendo válido para días muy soleados (MS) y para pocos soleados (PS). La tabla 1, muestra los promedios de temperatura para algunas progresivas. Los resultados ratifican que las aguas superficiales son más cálidas que en el fondo, observándose una termoclina o capa de agua que separa dichas zonas superior (cálidas) e inferior (fría). Se observo (datos no mostrados) que la progresiva correspondiente a la descarga del agua, reportó un valor medio de temperatura menor que para la progresiva que corresponde al ingreso del agua. De tal forma que se observa que a medida que avanza el tratamiento el agua en la laguna, se enfría, esto fue observado por otros Jaeger y Villasmil (2002). Este hecho puede relacionarse con la evaporación del agua, como consecuencia hay una disminución de la temperatura del agua que esta en la superficie; esta diferencia de temperatura puede causar una diferencia en el proceso de tratamiento que será proporcional a la diferencia de temperatura, ya que los procesos biológicos están vinculados con la temperatura. TABLA 1.- Valores promedio de Temperatura para algunas progresivas en los diferentes niveles de la laguna según incidencia solar. PROGRESIVA 380 420 300

INCIDENCIA SUPERFICIE (ºC) SOLAR MUY SOLEADO 31 DIA SOLEADO 31,4 POCO SOLEADO 29,7

INTERMEDIO (ºC) 30 30,6 29,5

FONDO (ºC) 29,6 30,3 29,3

La mayor concentración de oxígeno disuelto está presente en la superficie, reportado un rango comprendido entre 0 y 14 mgO2/l, esto se debe que las primeras horas de la mañana, al aumentar la intensidad del sol, aumenta la actividad fotosintética, aumentado la producción de oxígeno disuelto en este estrato. Para las zonas intermedia y fondo se reportó un rango de 0 y 1,5 mgO2/l. La ubicación de la zona intermedia varía, sin embargo, siempre se encuentra por debajo de 27 cm de la superficie, valor correspondiente a la penetración de la luz (Abreu y Carrasquero, 2002), de tal forma que se tiene correspondencia entre los valores de O2 y la penetración de la luz. Al considerar muestras a diferentes fechas pero coincidiendo en la hora, bajo diferentes nubosidades, el O2 es mayor en un día “muy soleado” con un rango entre 6–14 mgO2/l que en un día “poco soleado” con un rango entre 1–2 mgO2/l y, a su vez, un día “soleado” presenta un rango de O2 entre 2–8 mgO2/l, tal como se muestra en la tabla 2. De lo anterior, se deduce que la concentración de O2 varía con la intensidad del sol. Analizando la tabla 2 se observa que al avanzar las horas del día el O2 en el agua aumenta (14–18 mgO2/l) que se correspondería con una actividad fotosintética máxima, hasta alcanzar un punto en el cual la concentración comienza a disminuir (18–16 mgO2/l) al iniciarse las horas de la tarde. TABLA 2.- Rangos de Oxígeno Disuelto. HORA

PROGRESIVA

MUY SOLEADO

SOLEADO

POCO SOLEADO

9:50 am

380

6 – 14 mg/L

No hay medida

No hay medida

9:50 am

460

No hay medida

2 – 8 mg/L

No hay medida

9:50 am

300

No hay medida

No hay medida

1 – 2 mg/L

10:30 am

340

6 –18 mg/L

No hay medida

No hay medida

10:30 am

240

No hay medida

3 –12 mg/L

No hay medida

10:30 am

40

No hay medida

No hay medida

0,5 – 3 mg/L

1:30 pm

160

4 – 16 mg/L

No hay medida

No hay medida

1:30 pm

260

No hay medida

3 –14,5 mg/L

No hay medida

1:30 pm

120

No Hay medida

No hay medida

1 – 2 mg/L

En cuanto a la distribución de O2, se notó que a medida que avanza el agua en la laguna, la concentración de O2 aumenta, esto puede deberse al hecho de que el grado de tratamiento avanza, disminuyendo la cantidad de materia orgánica, y una disminución de la temperatura. Al principio el oxígeno producido se utilizaba para la degradación aeróbica, a medida que la materia orgánica disminuye más oxígeno es liberado al agua (Abreu y Carrasquero, 2002). Por otra parte, se observo que las mayores concentraciones de O2, se reportaron en las progresivas cerca de la salida del agua, distribuidas en forma de “masa” o de “bloque”, otros investigadores (Abreu y Carrasquero, 2002) reportaron el mismo comportamiento pero en relación con las concentraciones de clorofila a, de tal forma que ambos comportamiento son consecuencia uno del otro. Sobre la base de lo anterior se puede pensar que el movimiento del agua dentro de la laguna obedece a un flujo tipo “piston”. En cuanto a la distribución del pH, no se encontró variaciones significativas con la profundidad. Para la superficie se reporto un rango de 6,8 –7,7 y para la zona intermedia de 6,77,4; pese a que en la superficie se reporto los mayores niveles de O2, sin embargo, el comportamiento de estos parámetros fueron similar, figura 1. Otros investigadores(Mendoça,2002) encontraron que el pH de una laguna facultativa varía en el día en diferentes capa, prevaleciendo valores mas alto en la superficie. En la mañana, los valores de pH son bajos, debido a la presencia de CO2 producido por la respiración bacteriana anaeróbica en la noche, el pH aumenta hasta un máximo en el periodo de las 14 y 16 horas, cuando las algas están en plena actividad fotosintética, durante la noche el pH vuelve a bajar debido a la disminución del consumo de CO2 y por la producción de CO2 de la respiración bacteriana anaeróbica. CONCLUSIONES. La mayor temperatura se reporto en la superficie, disminuyendo con la profundidad. A medida que el agua avanza en la laguna, se registra una disminución de la temperatura de superficie que puede estar asociada con la evaporación del agua. La mayor concentración de O2 y pH se reporto en la superficie, disminuyendo con la profundidad. La concentración de oxígeno aumenta a medida que avanza el tratamiento, la distribución de oxígeno corresponde a la distribución de clorofila, exhibiendo un movimiento del tipo flujo pistón. El comportamiento del pH corresponde con la actividad de las algas.

7,55

15

pH

Oxigeno disuelto ( mg/L )

12,5

7,4

10

7,25

pH

7,5 7,1 5

Oxigeno Disuelto 2,5 0

6,95

6,8 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Puntos de muestreo

Figura 1.- Variación de Oxígeno Disuelto y pH en el nivel superficie para día muy soleado.

REFERENCIAS. ABREU, S, CARRASQUERO, E, GUTIERREZ, E, LOPEZ, F; Distribución de la Concentración de Clorofila en la Laguna Facultativa de una Planta de Tratamiento de aguas residuales. Universidad del Zulia, Facultad de Ingeniería Química, 2002 DE SOUSA, L; VITALES, O; WILLIAMS, F; Sánchez, R; NAJUL, M; LÓPEZ, E; Determinación de eficiencias en sistemas de Lagunas de Estabilización a escala piloto, operando en serie. Séptimas Jornadas Científico-Técnicas de la Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Maracaibo Venezuela. 1989 JAEGER, C; VILLASMIL, H; Evaluación de las unidades que conforman la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Maracaibo Sur (Tesis de Grado) Universidad del Zulia, Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química. 2002 LÓPEZ, F; Sistema de Tratamiento Maracaibo Sur. Descripción del sistema. (Informe Técnico). Instituto para el Control y la Conservación del Lago de Maracaibo. Maracaibo Venezuela pp. 1, 1998 LÓPEZ, F; Inventario Plantas de Tratamiento Cuenca de lago de Maracaibo. (Informes Técnico). Instituto para el Control y la Conservación del Lago de Maracaibo, Maracaibo Venezuela. pp1-2, 2003 MARA, D.D; ALABASTER, G.P; PEARSON, H.W; MILLS, S.W; Waste Stabilization Ponds, A design manual for Easter Africa. Pp.1-18, 1992 MENDOÇA, S; Sistema de lagunas de Estabilización. Editorial McGraw- Hill, Colombia, 2002