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1
INTRODUCCION
Lafiltracinlentaenarenaesunatecnologaapropiadaparalapotabilizacindel
agua en zonas en donde la mano de obra calificada es escasa,
costosa y en
donde se tiene la disponibilidad de grandes reas para la
instalacin de estos
sistemas.Estassonunasdelasprincipalesventajasquesoninherentesyquela
hacen viable para pases y comunidades que tienen bajo
presupuesto para la
operacin y mantenimiento (1). Las desventajas que se presentan
en esta
tecnologa son la baja capacidad para la remocin de altos picos
de turbiedad
presentes en el agua natural (cruda) que pueden ingresar a la
planta y la
presencia de microorganismos algales, especialmente la especie
de las
Diatomeas, las cuales son consideradas como obturadoras de
filtros (2). El
principioderemocinconsisteenlaformacinsuperficialdeunacapabiolgicaen
dondecoexistenbacterias,protozoos,algasynemtodosentreotros,generando
unarelacindesimbiosisendondelasalgasproveeneloxigenonecesarioparala
supervivencia de los dems microorganismos, mientras que estos
aportan el
bixidodecarbonoquelasalgasconsumen(1).
Losbioindicadoressonorganismosqueseutilizanparademostrarlapresenciao
la ausencia de algn fenmeno que se quiera comprobar (3). En la
presente
investigacinlasalgassernutilizadascomolosindicadoresdetaponamientode
losfiltroslentosdearenadelaplantadeAltavista.
Haycircunstanciasespecficas,comoelaumentodelaturbiedadoel
incremento
de microorganismos obturadores de filtros lentos, ya sean el
producto deun
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2
fenmeno hidrolgico o climtico, como fuertes lluvias o el verano
intenso
respectivamente, que obliga a incrementar la frecuencia del
mantenimiento del
sistemadefiltracindelcorregimientodeAltavistadelmunicipiodeMedelln.Este
mantenimientoconsisteenremover lacapasuperiordearena juntoconel
lecho
biolgico y poner nuevamente en funcionamiento el filtro. La
arena removida es
lavada con agua potable y se almacena para una posterior
colocacin. Estas
circunstanciasgeneranunarpidaprdidadecargadelfiltro,disminuyendoas,la
carreradefiltracin,esdecir,endondenormalmenteestapuededurarentre60a
90 das se ha rebajado a 30das y a veces hasta menos. La cantidad
de agua
potable que deben entregar los filtros lentos es de 5 litros por
segundo, porque
fuerondiseadosparaestecaudal,sinembargo,hayocasionesenlasqueelagua
entregada es de 2 a 3 litros por segundo, por lo que si el
operador necesita
aumentarlacantidadproducida,deberaumentarlavelocidaddefiltracin,locual
generaunriesgodedeterioroenlacalidaddelaguaproducida.Finalmente,como
elfiltrodebersersometidoaunmantenimientomsconstante,incrementandola
posibilidaddequeelsuministrocontinodelaguapotablealacomunidadsevea
afectado.
Por otro lado, puede ocurrir que el material filtrante no sea
tcnicamente apto,
pues la mayora de estas instalaciones son diseadas siguiendo la
literatura
tcnicaaplicadaenEuropa.Estasituacindificultaelmantenimientodelosfiltros
ya que el material filtrante est especificado para aguas con
bajos niveles de
turbiedadypocaconcentracindemicroorganismos.Seproponeentoncesquela
arena a serutilizada tengaunagranulometramayorque la
utilizadaenEuropa,
con el fin de que su porosidad sea superior, el filtro se obture
menos y que al
rasparloquededentrodellechouninculoquepermitaelcrecimientorpidodela
nuevacapabiolgica(4).
Es importante destacar que la radiacin solar juega un papel
importante en el
crecimientomicrobiano,especialmenteenelcrecimientologartmicodelasalgas.
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3
Estosmicroorganismossonimportantesenelprocesodetratamientodelagua,ya
queaportaneloxgenoquenecesitanlasbacterias,losprotozoostalescomolos
rizpodoso ciliadosy losgusanosacuticos, paradegradar
lamateriaorgnica.
Cuandoelnmerodealgasestalquesuperalacapacidaddepuradoradelacapa
biolgica y la relacin simbitica que tiene con los otros
microorganismos
presentes en ella, sus efectos positivos se transforman en
negativos, porque
obturan el material filtrante, los conductos y las vlvulas de la
planta de
tratamiento(1).
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4
1. GENERALIDADESDELCORREGIMIENTODEALTAVISTA
ElcorregimientodeAltavistaestubicadoenlapartesuroccidentaldelmunicipio
de Medelln. Lo componen tres ncleos urbanos, San Jos del
Manzanillo, el
CoraznyAltavista.LazonaurbanadelmunicipiodeMedellnacumulael95%de
lapoblacinel5%restanteestdistribuidoenloscincocorregimientosqueeste
municipiotiene.Deeste5%,elcorregimientodeAltavistaaportael11.5%tantoen
poblacinruralcomourbana,queequivaleauntotalde16.901habitantesajunio
de2004(5)(Figura 1).
Figura 1. MapadelCorregimientodeAltavista.
Fuente: ALCALDIA DE MEDELLIN, Mapas de los Corregimientos de
Medelln.
Medelln, 2006. p.860. pagina Web de la Alcalda .
http://www.medellin.gov.co/alcaldia/jsp/modulos/V_medellin/index.jsp?idPagina=860
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5
2. PLANTADETRATAMIENTODEFILTRACINLENTAENARENA
La planta de filtracin lenta en arena del corregimiento de
Altavista (Figura 2),
tieneunacapacidaddetratamientode15.7litrosporsegundo,paraabasteceruna
poblacinaproximadade10.000habitantesconunadotacindiariade150litros
/habitanteda.Estcompuestaporcuatrounidadesde
filtracinde27.10metros
delongitudy3.30metrosdeanchocadauna.Laalturatotaldelacajadelfiltroes
de2.60metros.Laalturaactualdeloslechosdearenaesde1.20metrosincluido
el lecho de soporte que es la grava, cuyo espesor es de0.40
metros, es decir,
quelaalturadelaarenaesde0.80metros(Figura3).
Figura 2. Imagen Panormica de la Planta de Filtracin Lenta
del
CorregimientodeAltavista.MunicipiodeMedelln.
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6
Figura3.ImagendelosFiltros2y3enMantenimiento.PlantadeFiltracin
LentadelCorregimientodeAltavista.MunicipiodeMedelln.
La planta tiene como fuentes de abastecimiento tres quebradas:
La Piedra, La
BugayPatioBonito,siendoestaltimalaqueaportaaproximadamenteel50%del
caudal total necesario. Estas tres quebradas llegan de forma
independiente a la
planta y son unificadas el la cmara de aquietamiento, situada
antes de un
vertederorectangularqueconduceelaguahastaelprefiltro(Figura4).
Figura 4. Imagen del Canal de Reparticin y Prefiltro. Planta de
Filtracin
LentadelCorregimientodeAltavista.MunicipiodeMedelln.
Filtro2 Filtro3
Prefiltro
CanaldeReparticin
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3. PLANTEAMIENTODELPROBLEMA
En la zona tropical, Brasiles unode los pocos pases
latinoamericanos que ha
realizadoestudiosdeclasificacindelosmicroorganismosquehacenpartedela
microfauna y microflora presente en los filtros lentos de arena
(FLA) y ha
desarrolladotcnicasparalaidentificacindelosmismos(6).Nilacomposicinni
el comportamiento de estos microorganismos son los mismos para
todos los
pases ubicados en la zona trrida, ya que las condiciones de
temperatura y
sustrato disponibles en esta parte de la tierra son especiales y
permiten un
metabolismoyuncrecimientomicrobianobastanterpido(6).
Lamayorade lasveces, la literatura
tcnicasoloreportaestudiosrealizadosen
EuropaoEstadosUnidos(2),dandolugaraunvacotcnicoydeconocimientoen
loreferentealestudioespecficoparalossistemasqueutilizanestatecnologaen
Colombia.
El Centro Internacional de Abastecimiento y Remocin del Agua
(CINARA) ha
realizado un despliegue de esta tecnologa en el Valle del Cauca
y parte de la
zona cafetera (7), En Antioquia no se conocen trabajos
realizados acerca de la
clasificacin de los organismos que intervienen en el tratamiento
del agua por
medio de la filtracin lenta, ni tampoco sobre aquellos
microorganismos que
generangravesproblemasenlaobturacindelosfiltros,comolasalgas.
En consecuencia cabe preguntarse: Cules son los tipos de
microorganismos
algalesqueestnpresentesenlacapabiolgicadelosfiltroslentosdearenadel
corregimientodeAltavista?
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4. HIPTESIS
Los organismos algales, presentes en la capa biolgica de los
filtros lentos de
arena en la planta del corregimiento de Altavista son los
causantes de la
obturacindelosmismosydelincrementoensumantenimiento.
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5. JUSTIFICACIN
Actualmente no existen en Antioquia registros que determinen
los
microorganismos integrantes de la capa biolgica en los filtros
lentos y que
participaneneltratamientodelaguaparaconsumohumano.Tampocoseconoce
cules son las especies de algas que obturan los filtros y qu
clase de
procedimientossedebenaplicarparasuremocin.
Por lo anterior, se hace indispensable implementar la
identificacin precisa los
microorganismosqueparticipaneneltratamientobiolgicodelaguaenestazona
delpas.Ladeterminacindeestamicroflorapermitircompararsucomposicin
enreferenciaaotrosmicroorganismosquehansidoidentificadosenotrospases,
comoBrasil.Conelaislamientoylaidentificacindelasespeciesalgalessepodr
determinar cules de ellos causan obturacin en los filtros lentos
de arena,
establecer las causas ambientales que dan lugar a la presencia
de estos
microorganismos y proponer alternativas de tratamiento para
obviar este
problema.
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6. OBJETIVOS
6.1. OBJETIVOGENERAL
Identificar los bioindicadores causantes de la obturacin en los
Filtros Lentos de
ArenadelcorregimientodeAltavistaenelmunicipiodeMedelln,paraelperiodo
lluviosoafinalesde2005yelperiodosecoaprincipiosde2006.
6.2. OBJETIVOSESPECFICOS
Identificar los gneros de algas presentes en el filtro biolgico,
tomando como
referenteunreadecincocentmetroscuadrados,conelfindehallaraquellasque
sonobturadorasdefiltros.
Determinar la concentracin de los diferentes gneros de algas que
estn
presentesenlacapabiolgicade los filtros
lentosdearenayasdeterminar las
posiblesespeciesdominantes.
Establecer las formas de nitrgeno y fsforo presentes en el agua
natural que
alimenta el filtro lento de arena y asociarlas con las especies
algales que se
puedanencontrar.
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7. VARIABLESYOPERACIONALIZACIN
Lassiguientessonlasvariablesatenerencuentaenlapresenteinvestigacin:
Claseyconcentracindealgas presentesen la capabiolgicadel
filtrolentoen
arena.LaunidaddemedicinesUFC/100mLdemuestra.
Claseyconcentracindenutrientespresentesenelaguainfluentealfiltrolentoen
arena.Launidaddemedicinesmg/L.
Frecuencia de remocin de la capa biolgica de los filtros lentos
en arena. La
unidaddemedicineselnmerodemantenimientos/unidaddetiempo.
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8. MARCOTERICO
8.1 ANTECEDENTES
La filtracin lenta en arena es el sistema de tratamiento de agua
ms antiguo
utilizado por la humanidad. Es sencillo y efectivo porque copia
exactamente el
procesodepurificacinquesedaenlanaturalezaalatravesarelagua
lluvialos
estratosdelacorteza terrestrehastaencontrar losacuferoso
rossubterrneos
(8).
La primera planta de filtracin lenta que se recuerda se instal
en Paisley,
Escocia, en 1804 y desde entonces este tipo de sistema se ha
usado
ininterrumpidamenteenGranBretaayelrestodeEuropa,principalmenteporsu
graneficienciaenlaremocindemicroorganismospatgenos(4).
Lafiltracinlentadearenahasidoprocesodetratamientodeaguaseficazpara
prevenir la transmisin de la enfermedad gastrointestinal por ms
de 150 aos,
primero siendo utilizado en Gran Bretaa y ms adelante en otros
pases
europeos.Laeficacia deesteprocesodel tratamiento deaguas
fuedemostrada
durantelaepidemia1892delcleraenHamburgo,Alemania,cuandolacienciade
lamicrobiologaestabaensusprimerosaosdedesarrollo.Segnlodescritopor
Gainey y colaboradores (1952), el brote de la enfermedad implic
dos ciudades
Altona y Hamburgo, ya que ambas utilizaron el ro Elba como
fuente del agua
potable. Altona, localizado aguas abajo reciba el producto del
agua de las
descargasde la alcantarilladeHamburgo, se esperaba una situacin
similardel
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13
brote,peroAltonautilizlafiltracinlentadearenaparapurificarelroElba.
Hamburgo,careciendode
filtroslentosdearena,presentlapartemsreciadel
brote,con8605muertes.Gaineyycolaboradores(1952),obtuvieronlosndicesde
mortalidaddelcleracomo1344por100.000habitantesenHamburgoy230por
100.000habitantesenAltona.Atribuyendoungranporcentajedelasmuertespor
clera en Altona a las infecciones que ocurrieron en Hamburgo.
Este
acontecimiento ilustra la eficacia de los filtros de arena
lentos para controlar los
contaminantes microbiolgicos aun cuando el personal careca de
una
comprensinmodernaen microbiologa(9).
Duranteelpresentesiglosedesarrollelfiltrorpidoque,comparativamentecon
elfiltrolento,requieredereasmspequeasparatratarelmismocaudalyporlo
tantotienemenorcostoinicial,aunqueesmscostosoycomplejodeoperar.Las
nuevastecnologascalificaroncomoobsoletoalfiltrolento,alsermssimpleque
cualquiera de las innovaciones ms recientes, pues se supuso que
deba ser
necesariamente inferior. Paradjicamente, pese a ser el sistema
de tratamiento
ms antiguo del mundo, es uno de los menos comprendidos y del que
menos
investigaciones se han realizado sobre el comportamiento del
proceso y su
eficiencia(10).
Investigaciones recientes impulsan el resurgimiento del filtro
lento, permitiendo
conocerprofundamenteestecomplejoprocesoquesedesarrollaenformanatural,
sin la aplicacin de ninguna sustancia qumica, pero que requiere
de un buen
diseo,ascomodeunaoperacinapropiadayunmantenimientocuidadosopara
no afectar el mecanismo biolgico del filtro y reducir la
eficiencia de remocin
microbiolgica(11).
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14
8.2. CONCEPTUALIZACION
8.2.1. Comportamiento del filtro lento: la filtracin biolgica (o
filtracin
lenta)seconsiguealhacercircularelaguacrudaatravsdeunmantoporosode
arena.Duranteelproceso las impurezasentranen contactocon
lasuperficie de
laspartculasdelmediofiltranteysonretenidas,desarrollndoseadicionalmente,
procesos dedegradacin qumica y biolgica que reducen la materia
retenida a
formas ms simples, las cuales son llevadas en solucin o
permanecen como
materialinertehastaunsubsiguienteretiroolimpieza(12).
Los procesos que se desarrollan en un filtro lento se
complementan entre s,
actuandoenformasimultnea,paramejorarlascaractersticasfsicas,qumicasy
bacteriolgicas del agua tratada. El agua cruda que ingresa a la
unidad
permanece sobre el medio filtrante de tres a doce horas,
dependiendo de las
velocidades de filtracinadoptadas. En este tiempo, las partculas
ms pesadas
que seencuentranensuspensinsesedimentany las partculasms ligeras
se
puedenaglutinar,llegandoasermsfcilsuremocinposterior.Duranteelday
bajo lainfluenciadelaluzdelsolseproduceelcrecimientodealgas,
lascuales
absorben dixido de carbono, nitratos, fosfatos y otros
nutrientes del agua para
formarmaterialcelularyoxgeno.Eloxgenoasformadosedisuelveenelaguay
entraenreaccinqumicaconlasimpurezasorgnicas,haciendoquestassean
msasimilablesporlosmicroorganismos(12).
En la superficie del medio filtrante se forma una capa,
principalmente de origen
orgnico,conocidaconelnombredeschmutzdeckeopieldefiltro,atravsdela
cualpasaelagua,antesdellegaralpropiomediofiltrante.Elschmutzdeckeest
formado principalmente poralgas yotrasnumerosas formas devida,
talescomo
plankton, diatomeas, protozoarios, rotferos y bacterias. La
accin intensiva de
estosmicroorganismosatrapa,digiereydegradalamateriaorgnicacontenida
en
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15
el agua. Las algas muertas, as como las bacterias vivas del agua
cruda son
consumidasenesteproceso.Almismotiempoquesedegradan
loscompuestos
nitrogenados se oxigena el nitrgeno. Algo de color es removido y
una
considerable proporcin de partculas inertes en suspensin son
retenidas por
cernido(12).
Habiendopasadoelaguaatravsdelschmutzdecke,entraal
lechofiltranteyes
forzada a atravesarlo en un tiempo que normalmente toma varias
horas,
desarrollndose un mecanismo fsico de cernido que constituye una
parte del
procesototaldepurificacin.Unadelaspropiedadesmsimportantesdelmanto
filtrante es la adherencia, fenmeno resultante de la accin de
fuerzas
electrostticas, acciones qumicas y atraccin de masas. Para
apreciar la
magnitud e importanciadeeste fenmeno,es necesario visualizarque
un metro
cbico de arena con las caractersticas usuales para filtros
lentos tiene una
superficie de granos de cerca de 15,000 m2. Cuando el agua pasa
entre los
granosdearenaconunflujolaminar(elcualcambiaconstantementededireccin)
sefacilitalaaccindelasfuerzascentrfugassobrelaspartculasylaadherencia
alasuperficiedelosgranosdearena(12).
En los poros o espacios vacos del medio filtrante (los cuales
constituyen
aproximadamente el 40% del volumen) se desarrolla un proceso
activo de
sedimentacin, fenmeno que se incrementa apreciablemente por la
accin de
fuerzaselectrostticasydeatraccindemasas(12).
Debidoalosfenmenosenunciadosanteriormente,lasuperficiedelosgranosde
arenaesrevestidaconunacapadeunacomposicinsimilaralschmutzdecke,con
bajo contenidodealgas ypartculas,
conunaltocontenidodemicroorganismos,
bacterias, bacterifagos, rotferos y protozoarios todos ellos se
alimentan y
absorben las impurezas y residuos de los otros. Este
revestimiento biolgico es
activohastalos 0.40m
deprofundidadenelmediofiltrante.Predominandiversas
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16
formasdevidaenlasdiferentesprofundidadesysedesarrollaunamayoractividad
biolgica cerca de la superficie del manto filtrante, donde las
condiciones son
ptimasyexisteunagrancantidaddealimento(12).
Elalimentoconsisteesencialmenteenpartculasdeorigenorgnico,llevadaspor
elagua.Elrevestimientoorgnicomantienealaspartculasqueseencuentranen
suspensin hasta que se degrada la materia orgnica y es asimilada
por el
materialcelular,elcualasuvezesasimiladoporotrosorganismosyconvertidoen
materia inorgnica, bixido de carbono, nitratos, fosfatos y sales
que son
arrastradasposteriormenteporelagua(12).
En el extremo final del manto filtrante disminuye la cantidad de
alimento,
encontrndoseotro tipodebacterias,
lascualesutilizaneloxgenodisueltoenel
aguaylosnutrientesqueseencuentranensolucin(12).
Comoconsecuenciadelosprocesosindicadosanteriormente,unaguacrudaque
ingresa en el filtro lento con slidos en suspensin en estado
coloidal y amplia
variedaddemicroorganismosycomplejassalesensolucinsalevirtualmentelibre
de tales impurezasyconbajo contenido desales inorgnicas. En
elproceso de
filtracinbiolgica,noslosehaneliminadolosorganismosnocivosopeligrosos,
sinotambinlosnutrientesensolucin,loscualespodranfacilitarelsubsiguiente
crecimientomicrobiano(12).
Por lo general, el efluente obtenido en este proceso tiene bajo
contenido de
oxgenodisueltoyaltocontenidodebixidodecarbono,porloqueserequiereun
procesodeaireacinposteriorparamejorarambascaractersticas(12).
Comoelrendimientodelfiltrolentodependeprincipalmentedelprocesobiolgico,
mientraslacapabiolgicasedesarrolla,laeficienciaesbaja,mejorandoamedida
que progresa la carrera de filtracin, proceso que se conoce con
el nombre de
maduracindelfiltro(12).
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8.2.2. Mecanismosderemocin:
desdeelpuntodevistamicrobiolgico,a
mayor poblacin de algas y protozoos en el medio filtrante, puede
haber mayor
eficiencia de remocin de coliformes fecales. Para una remocinde
0.5 logsde
coliformes fecales, se present una poblacin de protozoos de 3
logs/cm3 de
arena y una poblacin dealgas de4.2 logs/cm3 de arena mientras
que para la
remocinde3logsdecoliformesfecaleslaspoblacionesdeprotozoosfueronde
5.5 logs/cm3 de arena y una poblacin de algas de 6.8 logs/cm3 de
arena.
Adicionalmente, la poblacin de protozoarios en el medio
filtrante puede estar
actuandocomocontroldelcrecimientodelasbacteriasporqueestoslasdepredan
(13).
Ahora bien, los mecanismos de transporte y adherencia que actan
sobre las
partculas acarreadas por el agua en el proceso de remocin por
filtracin
lenta(Tabla 1), son los mismos que actan en el proceso de
filtracin rpida, la
diferencia
fundamentalestenelmecanismobiolgicoadicionalqueactaenel
filtro lento. Mientras que en el filtro rpido los
microorganismos quedan entre el
lodoretenidoenellechofiltranteysalendelfiltroconelaguadelavado,quedando
nuevamenteliberados,enelfiltrolentomuerencomoconsecuenciadelprocesode
degradacinbiolgica(1).
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Tabla 1.PartculasEncontradasenelAgua.
Categora Grupo/Nombre Tamao(micrones)
Mineral
Arcilla(coloidal)
Silicatos
Nosilicatos:Fe,Ca,Al,Mg,etc.
0.0011.0
Biolgica
Virus
Bacterias
QuistesdeGiardialamblia Algasunicelulares
Huevosdeparsitos
Huevosdenemtodos
Cryptosporidiumoocysts
0.01 0.1
0.310
10
3050
1050
10
45
Otraspartculas
Pequeosdesechosamorfos
Grandesdesechosamorfos
Coloidesorgnicos
1 5
25500
Fuente: AWWA, 1991 citado por CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ,
Jos,
ManualI,IIyIII:TeorayEvaluacin.Diseo,Operacin,MantenimientoyControl.
Per.Lima,OPS/CEPIS,1992.
8.2.3. Mecanismos de transporte: esta etapa de remocin,
bsicamente
hidrulica,ilustralosmecanismosmedianteloscualesocurrelacolisinentrelas
partculas y los granos de arena. Estos mecanismos son
principalmente:
intercepcin, sedimentacin y difusin. Para comprenderlos hay que
considerar
primero la forma en que el fluido se comporta alrededor de un
grano de arena,
consideradocomounaobstruccinalpasodelagua.LaFigura
5,muestracmo
el modelo de flujo de un fluido (el cual puede ser representado
en trminos de
lneasdeflujo)esalteradoporlapresenciadeungranodearenaidealizadoenla
Figura5comounaesfera(1).
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19
Siunapartcula(representadaenlaFigura
5poruncrculonegro)esllevadapor
las lneas de flujo, puede colisionar conungrano dearena,
adherirse a l yde
estemodoserremovidamedianteunodeestoscincomecanismos(1).
Figura5.Mecanismosdetransporte.
Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, Jos, Manual I, II y III:
Teora y
Evaluacin.Diseo,Operacin,MantenimientoyControl.Per.Lima,OPS/CEPIS,
1992.
Cernido: el mecanismo de cernido acta exclusivamente en la
superficie de la
arena y slo con aquellas partculas de tamao mayor que los
intersticios de la
arena.Su eficiencia es negativa para elprocesoporque colmata
rpidamente la
capasuperficial,acortandolascarrerasdefiltracin.
Los slidos grandes, especialmente material filamentoso como las
algas
clodferas,formanunacapaesponjosasobreellechoquemejoralaeficienciadel
cernido,actuandocomounprefiltrosobreellechodearena,protegindolodeuna
rpida colmatacin y permitindole cumplir con su funcin de
filtracin a
profundidad(1).
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Intercepcin:esunadelasformasenquelaspartculaspuedencolisionarconlos
granosdearena.Laintercepcinsolamentepuedeocurrirsilapartculaconducida
porlaslneasdeflujoseacercaalgranodearena,demodoquerocelasuperficie
de ste. Cuando ms grande es la partcula, ser ms factible que
ocurra la
intercepcin(Figura 5(a))(1).
Sedimentacin: la fuerza de gravedad acta sobre todas las
partculas,
produciendo la componente vertical de la resultante de la
velocidad de
conduccin,lacualpuedecausarlacolisindelapartculaconelgranodearena.
Suinfluenciaesperceptiblesolamenteconpartculasmayoresde10 m.
(Figura
5(b))(14).
Difusin:eseltercermecanismodetransporterepresentativoenlafiltracinlenta.
La energa trmica de los gases y lquidos se pone de manifiesto en
un
movimiento desordenado de sus molculas. Cuando esas molculas
colisionan
con una pequea partcula, sta tambin empieza a moverse en
forma
descontrolada,en unaseriedepasoscortos, a menudo denominadosde
andar
desordenado(14).
Si lapartcula esconducidapor las lneas de flujo, la difusin
puedecambiarsu
trayectoria, movindose de una lnea de flujo a otra, pudiendo
eventualmente
colisionarcon ungranodearena. Como sepuede inferir, cuantoms
baja es la
velocidaddelflujo,mspasospodrdarlapartculaporunidaddetiempo.Porlo
tanto, la probabilidad de colisin aumenta a medida que la
velocidad intersticial
decrece.Asimismo,amedidaquelatemperaturaseincrementa,aumentatambin
laenergatrmica,porconsiguiente,elnmerodepasosporunidaddetiempoyla
probabilidad de colisin. La difusin es un mecanismo importante
conpartculas
detamaomenora1 m (Figura 5(c))(14).
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21
Flujointersticial:laslneasdeflujomostradasenlaFigura6,hansidoidealizadas
para un solo grano de arena. En una porcin de lecho filtrante
con granos de
arena,laslneasdeflujotienenunaconfiguracinmstortuosa,comoseindicaen
la Figura 6. Pordefinicin, el flujo entre dos lneas cualesquiera
de corriente es
similaryelespaciodentrodelcualdiscurrensedenominaconductocilndrico.La
configuracindeestosconductoscilndricosestortuosa,sebifurca,seunenyse
vuelvenabifurcarendiferentespuntos.Estecambiocontinuodedireccindelflujo
crea mayor oportunidad de colisin, al cruzarse constantemente
las partculas y
losgranosdearena(14).
Figura6.LneasdeFlujoenelInteriordelLechoFiltrante(1).
Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, Jos, Manual I, II y III:
Teora y
Evaluacin.Diseo,Operacin,MantenimientoyControl.Per.Lima,OPS/CEPIS,
1992.
ComoseindicaenlaFigura6,siunapartculaesconducidaporlaslneasdeflujo
intersticial, ser ms probable que encualquierpuntodurante su
paso entre los
granosdearenachoquecontraunodeellos.Laposibilidaddechocardentrodeun
tramodadosutrayectoriadependedeladimensinde los granos de arena,
de
la velocidad intersticial ydelatemperatura.
Cuanto ms pequeos los granos de arena, mayor probabilidad de
colisin. La
porosidad del medio es mayor, por lo tanto, hay mayor cantidad
de conductos,
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22
producindose mayor nmero de bifurcaciones. Asimismo, cuanto ms
baja la
velocidadintersticial,mayorposibilidaddecolisionar.Comoseindicpreviamente,
lasvelocidadesmsbajaspermitenmayoroportunidaddecolisinporunidadde
distanciaconelmecanismodedifusin.Sinembargo,amedidaquelavelocidad
intersticial se incrementa, hay un punto por encima del cual la
velocidad ya no
influyeaunquesigaaumentando.Finalmente,lastemperaturasaltasintensificanel
mecanismodedifusin,producindoseunamayorprobabilidaddecolisin(14).
Probabilidad de colisin: todo el anlisis efectuado hasta ahora
est
estrechamenterelacionadoconlaoportunidaddecolisinentreunapartculayun
granodearena,expresadomedianteelcoeficiente
.Elnmerodecolisionespor
unidad de desplazamiento determina el potencial de remocin
mediante la
filtracin.Laremocinfinaldependerdequeseproduzcalaadherencia(12).
8.2.4. Mecanismo de adherencia: slo cuando se produce la
adherencia, hay
remocin.Lafraccindepartculasqueseadhierenenrelacinconelnmerode
colisiones,pordefinicineselcoeficiente
.Eldesarrollodelapelculabiolgica
proporciona a los granos de arena una superficie absorbente que
favorece la
adherencia. Otra suposicin es que las enzimas extracelulares
coagulan las
partculas permitiendo as la adherencia (12). Se desconoce en qu
situaciones
aumentaodisminuyeelvalorde .
Cuando el filtro comienza a funcionar y antes de que se
desarrolle la pelcula
biolgica la remocin de coliformes es cercana a cero y por lo
tanto = 0.
Despusdeque lapelculabiolgicasehadesarrollado,la
tasaderemocines
delordende2a4logaritmos,encontrndoseelcoeficiente
cercanoa1.0.Esto
indica la importancia de la pelcula biolgica en la eficiencia
del filtro lento. Los
microorganismos puedenmorir o ser ingeridos por los
predadores,antesdeque
logren alcanzar una superficie absorbente. Por lo tanto, la
remocin indicada
-
23
puede deberse a muerte o predacin adicional a la adherencia. Sin
embargo,
luegodeproducidalaadherenciaocurririnevitablementelapredacinylamuerte
(15).
Elfiltroseconsideramadurocuandolapelculabiolgicahallegadoasumximo
desarrollo para las condiciones existentes. El lmite mximo de
desarrollo de la
pelcula biolgica no est an definido, necesitndose mayor
investigacin al
respectoparaobtenerestaimportanteinformacin(12).
Noobstante,investigacioneshandemostradoqueel
lmitemximodedesarrollo
delacapabiolgicaserelacionaconelcontenidodenutrientesenelaguacruda
(16).
Puede esperarse que los filtros lentos que tratan aguas con bajo
contenido de
nutrientes presenten una remocin de coliformes fecales del orden
de 2 log,
despus de producirse la maduracin de la pelcula biolgica. En
cambio, con
aguasricasennutrientesesdeesperarqueseobtenganremocionesdelordende
3log,evidencindoseenotroscasoseficienciasderemocindehasta4log(16).
8.2.5.
Mecanismobiolgico:talycomoseindicanteriormente,laremocin
totaldepartculasenesteprocesosedebealefectoconjuntodelosmecanismos
deadherenciaybiolgico(1).
Al iniciarseelproceso, lasbacteriaspredadorasobenficas
transportadasporel
agua pueden multiplicarse, contribuyendo a la formacin de la
pelcula biolgica
delfiltroyutilizandocomofuentede
alimentacineldepsitodemateriaorgnica.
Estasbacteriasoxidandichamateriaparaobtenerlaenergaquenecesitanpara
sumetabolismo(desasimilacin)yconviertenpartedestaenmaterialnecesario
para su crecimiento (asimilacin). As, las sustancias y materia
orgnica muerta
-
24
sonconvertidasenmateriaviva.Losproductosdedesasimilacinsonllevadospor
elaguaaprofundidadesmayoresparaserutilizadosporotrosorganismos(1).
Elcontenidobacteriolgicoestlimitadoporelcontenidodemateriaorgnicaenel
agua cruda y es acompaado de un fenmeno de mortalidad
concomitante,
duranteelcualseliberamateriaorgnicaparaserutilizadaporlasbacteriasdelas
capas ms profundas y as sucesivamente. De este modo, la materia
orgnica
degradable presenteenelagua crudaes gradualmente
descompuestaenagua,
bixido decarbono ysales relativamente inocuas, talescomo
sulfatos, nitratosy
fosfatos(procesodemineralizacin)loscualessondescargadosenelefluentede
losfiltros(10).
La actividad bacteriolgica descrita es ms pronunciada en la
parte superior del
lecho filtrante y decrece gradualmente con la profundidad y la
disponibilidad de
alimento. Cuando se limpian las capas superiores del filtro se
remueven las
bacterias,siendonecesariounnuevoperodo demaduracindel filtro
hastaque
se logre desarrollar la actividad bacteriolgica necesaria. A
partir de los 0.30 a
0.50 m de profundidad, la actividad bacteriolgica disminuye o se
anula
(dependiendo de la velocidad de filtracin) en cambio, se
realizan reacciones
bioqumicas queconviertena los productosdedegradacin
microbiolgica (tales
comoaminocidos)enamonacoyalosnitritosennitratos(nitrificacin)(1).
8.2.6. Factores que modifican la eficiencia del filtro lento:
estos factores
puedenclasificarsecomodediseo,operacinyambientalesdelcomportamiento
deestosdependerlaeficienciadelproceso(Tabla 2).
-
25
Tabla 2. Variables del Proceso que Afectan la Eficiencia de la
Filtracin
Lenta.
Clasificacin Variables
Condicionesde
diseo
Tasadevelocidad
Tamaodelaarenad10yC.U.
Prdidadecargapermitida
Profundidaddellechodearena(mximaymnima)
Parmetrosde
operacin
Frecuenciaderaspados
Tiempoenqueelfiltroestfueradeoperacindespus
delraspado
Mnimaalturadelechopermitida
Tiempodemaduracindelfiltro
Variacionesdeflujo
Edadytipodelschmutzdecke
Distanciaentrelacapadehieloyellechodearena(en
climasmuyfros)
Condiciones
ambientalesdel
aguacruda
Temperaturadelagua
Calidaddelaguacruda
Clasedemicroorganismospresentes
Concentracindemicroorganismos
Tipoyconcentracindealgas
Magnitudytipodeturbiedad
Concentracinytipodecompuestosorgnicos
Concentracinytipodenutrientes
Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, Jos, Manual I, II y III:
Teora y
Evaluacin.Diseo,Operacin,MantenimientoyControl.Per.Lima,OPS/CEPIS,
1992.
-
26
8.2.7 Condiciones ambientales y calidad del agua cruda: las
condiciones
del agua cruda que ms afectan la eficiencia del filtro son la
temperatura, la
concentracin de nutrientes y de sustancias txicas y afluentes
con turbiedad y
coloraltos(1).
Temperatura:encondicionesambientalesextremassehandetectadoeficiencias
en
laremocinentre0y90%.Laeficienciaderemocindebacteriascoliformes
fecales puede reducirse al 99% a 20 C, y al 50% a 2 C
permaneciendo
inalterables todas las condiciones restantes (13). En filtros
operando con
velocidades de 0.3 m/h y temperaturas de 4 C, con buenas
condiciones de
funcionamiento, no se han logrado producir efluentes con menos
de 50
UFC/100mL. Los antiguos sistemas de Londres se operan con
velocidades de
0.20 m/h, obtenindose filtrados con concentraciones de
coliformes fecales
menoresde10UFC/100mL(13).
EnSuiza,HolandayotrospasesdesarrolladosdeEuropaycuyas
temperaturas
son bajas, los filtros lentos son techados para conservar el
calor y atenuar el
efecto de la nieve y las heladas. Adicionalmente, las regiones
en las que los
afluentesasocianunabajatemperaturayconcentracindenutrientes,ellechodel
filtropuededemorarvariosmesesenmaduraryalcanzarsumximaeficienciade
remocinbacteriolgica(13).
Concentracin de nutrientes: La velocidad de desarrollo de la
formacin
biolgicaenelfiltrodependedelaconcentracindenutrientesenelagua,debido
a que sta es la fuente de alimentacin de los microorganismos.
Experimentos
realizadosincrementandolosnutrientesenunfiltro,indicanquelaformacindela
capabiolgicaseaceleraactivamente,encomparacin,conotrosimilaroperando
conlamismacalidaddeagua(1).
-
27
Concentracionesaltas de turbiedad y
color:Lacapacidaddelosfiltroslentos
para reducir la turbiedad y el color es muy limitada. El agua
cruda no debe
sobrepasarde10a20unidadesnefelomtricasdeturbiedad(UNT)porperodos
prolongados,pudiendoaceptarsepicosde50a100UNTporpocashoras,debido
aquecausanenlodamientodelasuperficiedelfiltro,reduciendolacapacidadde
remocin de la formacin biolgica del filtro y reduciendo
dramticamente la
duracin de la carrera de filtracin. En los casos en que los
filtros se estn
raspando cada doso tresdasporestacausa, adems deafectar la
calidaddel
agua producida, incrementa en forma exagerada los costos de
operacin y
mantenimiento(1).
Encuantoacolorverdadero,lacapacidadderemocindel
filtrolentoselimitaa
4050unidadesdecolor(UC).Estosaspectossepuedencontrolaranteponiendo
al filtro lento (Figura 7) tantos procesos como sea necesario
para adecuar el
afluentealoslmitesdeturbiedadestipuladosparaelfiltro(1).
Figura7.FiltroLentoparaelMedioRural(CEPIS,1982).
Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, Jos, Manual I, II y III:
Teora y
Evaluacin.Diseo,Operacin,MantenimientoyControl.Per.Lima,OPS/CEPIS,
1992.
-
28
8.2.8 Elschmutzdecke definido: el schmutzdecke se deriva de la
palabra
alemanaquesignificacapasucia.Estapelculapegajosa,queesdecolorrojizo,
seformadeladescomposicindelamateriaorgnica,hierro,manganesoyslice
y por otras acciones del filtro fino que contribuyen a la
remocin de partculas
coloidalesfinasenelaguacruda.Elschmutzdecketambinestenlazonainicial
de la actividad biolgica, proporcionando una cierta degradacin
de orgnicos
solublesenelaguacruda,queestilparareducirelsabor,
losoloresyelcolor
(17).
8.2.9. Procesosde la purificacinenelschmutzdecke y la zona
biolgica:
lascondicionesencontradasdentrodeun filtro
lentodearenasongeneralmente
inadecuadas para la multiplicacin de bacterias intestinales.
Estas, que
normalmente crecen a la temperatura corporal de 37 C, no
prosperan en las
temperaturasdebajode30C.Adems,generalmentelacapafiltrantenocontiene
mucha materia orgnica del origen animal para satisfacer sus
necesidades
alimenticias y tambin hay en el filtro competicin por el
alimento de otros
microbios, mientras que en profundidades ms bajas el alimento
llega a ser
incluso ms escaso de modo que mueren de hambre, particularmente
a
temperaturas ms altas cuando su tasa metablica aumenta. Agregado
a esto,
muchos tipos de organismos predadores (tales como protozoos y
pocos
metazoarios) abundan en la parte superior del lecho que se
alimentan de otras
clulas. Finalmente, aunque relativamente pocos datos
cuantitativos estn
disponibles,sesabequelosmicroorganismosenunfiltrolentodearena,producen
variassustanciasqueactancomovenenosqumicosobiolgicosalasbacterias
intestinales.Losefectos combinadosde este ambiente
selectivamente hostildan
lugar a la muerte y a la inactivacin de muchos microorganismos
patgenos. El
resultadototalesunareduccinsustancialenelnmerodeE.coli,yunamayordisminucin
proporcional uniforme de patgenos. Este efecto llega a ser
mayor
mientrasquelafloraylafaunadelfiltroseconviertenenpresenciadelalimento,
deloxgenoydelastemperaturasconvenientes(1).
-
29
8.2.10. Manteniendo el lecho hmedo: para la supervivencia de
los
microorganismosdentrodelazonabiolgica,laarenasedebemantenermojada.
La capa filtrante de arena se mantiene mojada por el diseo del
filtro, donde el
nivelde tubo de salida se hace sobre el nivelde la arena. Esto
asegura que la
capafiltrantenoseseque(1).
8.2.11.
Suministrodealimentos:paralasupervivenciadelosmicroorganismos
dentro de la zona biolgica, necesita tener una fuente de
alimento en el agua
cruda. Un inculo biolgico en el filtro con agua cruda asegura
una filtracin
biolgicamseficiente(18).
8.2.12. Fuente de Oxgeno: para la supervivencia de los
microorganismos
dentrodelazonabiolgica,necesitatenerunafuentedeoxgeno.Eloxgenose
utiliza en el metabolismo de componentes biodegradables, la
inactivacin y el
consumo de patgenos. Si el oxgeno baja a cero durante la
filtracin ocurre la
descomposicin anaerobia, con la produccin consiguiente del
sulfuro del
hidrgeno, del amonaco y producir sustancias que transfieren
sabor yolor, que
juntoconelhierroyelmanganesodisueltos,hacendelaguatratadainadecuada
paraellavadoderopayotrospropsitos.Aselcontenidomedioenoxgenodel
agua filtrada no debe caer debajo de 3 mg/L. Para evitar la cada
de la
concentracindeloxgenosepuedeairearelaguacrudaorealizarpretratamiento
parabajarsudemandadeloxgeno(1).
Encontrarunamaneradepermitirmuchatransferenciadeloxgenoparasostener
la capa biolgica es esencial en el diseo del filtro de arena
lento de paso
intermitente.Elestudiofuerealizadoen1995ydeterminunmodelomatemtico
para describir la difusin de la transferenciadeloxgenoen la
biocapa del filtro
(19).
http://216.239.39.104/translate_c?hl=es&u=http%3A//www.biosandfilter.org/biosandfilter/index.php/item/296&prev=/search%3Fq=algae+slow+sand+filtration&start=40&hl=es&lr=&sa=N
-
30
8.2.13. Tiempo de contacto: para la oxidacin bioqumica
satisfactoria de la
materia orgnica por los microorganismos en la capa biolgica, se
debe permitir
un tiempo suficientemente largo, el contacto con el lecho de
arena. El tiempo
adecuado se asegura, guardando el ndice de filtrado bajo. Una
forma de hacer
estoesreducir la cabezade la presin(cargahidrulica)delagua
encima de la
arenayotra,aumentarlaprofundidaddelaarena.Desdeladescargaserelaciona
laprdidadelacabezaylalongituddelacolumnadelaarena(20).
8.3. CONCENTRACINDEALGAS
Las algas pueden llegar al filtro procedente de los ros, lagos y
presas que
alimentan estos sistemas. Son parte constituyente del
schmutzdecke y en
concentracionesde2400organismosporcadagramodearena(21),suefectoes
beneficiosoparaelfuncionamientodelfiltro(1).Lasalgasmantienenelequilibrio
biolgicoproduciendoeloxgenoquerequierenlospredadoresparasudesarrollo
yconsumiendoelanhdridocarbnicoqueestosexhalanademsdeactuarcomo
unprefiltrosobrelasuperficiedelaarena(1).
Sin embargo, bajo ciertas condiciones particularmente
relacionadas con la
disponibilidaddeluzynutrientes,comopresenciadefosfatosynitratosenelagua,
puedenproducirsesobrecrecimientosdealgas.Estosflorecimientosobloomsde
algaspuedencrearseriosproblemasdeoperacinycalidadalaguatratada,tales
como bloqueo o colmatacin prematura del lecho filtrante,
produccin de olor y
sabor, incremento en la concentracin de sustancias orgnicas
solubles y
biodegradables en el agua, incremento de las dificultades
asociadas con la
precipitacin de carbonato de calcio y desarrollo de condiciones
anxicas.
Adems,lacarrera del filtro puedereducirse a unsexto de su perodo
normal
-
31
debidoaunexageradocrecimientodealgas,anenclimastempladoscomoelde
Gran Bretaa (1). Durante su actividad fotosinttica, las algas
pueden reducir la
capacidad buffer natural o amortiguadora del agua y el pH puede
elevarse
considerablemente, an por encima de 10 u 11, como consecuencia
de esto, el
hidrxido de magnesio y de calcio puede precipitar sobre los
granos de arena,
afectandolaeficienciadelprocesoylascondicionesdeoperacindelfiltro(1).
Elcontrolalasalgasesdifcil,peropuedesolucionarsecontrolandolosnutrientes
enlafuenteyelefectodelaluzalcubrirlosreservoriosdeaguacruda.EnEuropa
este problema se obvia techando los filtros, encontrando que la
falta de luz no
afecta mayormente el proceso y la reduccin de las algas permite
operar con
tasasdefiltracinmsaltas(1).
8.4. LASALGAS
Lasalgassonungrupodeorganismosdeestructurasimplequeproducenoxgeno
al realizar el proceso de la fotosntesis, proceso en el cual los
organismos con
clorofila,comolasplantasverdes,lasalgasyalgunasbacterias,capturanenerga
en forma de luz y la transformanenenergaqumica. Aunque la mayora
de las
algas son microscpicas como las diatomeas tambin las hay
visibles a simple
vistacomolasalgasmarinasylasnomarinas.Lasalgaspuedenestartantoenel
aguacomoenlatierra,puedenvivirensimbiosisconhongoscreandolquenesla
simbiosis es un proceso en el que dos organismos cooperan para
obtener un
beneficiomutuo.Ciertasalgashanevolucionadohacialaprdidadesucapacidad
fotosinttica(2).
-
32
8.4.1. Clasificacin de las algas: la divisin ms simple de
estos
microorganismos podra ser las formas mviles y las formas
inmviles. Los
bilogos suelen utilizar un sistema de clasificacin que las
distribuye en reinos
diferentes.Lasinvestigacionesactualessugierenqueexisten,almenos,diecisis
lneas filogenticas, grupos de organismos con un antepasado comn,
o
divisiones. Las lneas filogenticas de las algas se definen segn
determinadas
caractersticas:(1).
Lacomposicindelaparedcelular.
Lospigmentosfotosintticos.
Losproductosdereserva.
Losflagelosdelasclulasmviles.
La estructura del ncleo, el cloroplasto, el pirenoide, zona del
cloroplasto
que participa en la formacin de almidn y la mancha ocular,
orgnulo
constituidoporunagranconcentracindelpidos.
Las algas procariticas, que carecen de membrana nuclear, se
clasifican en el
reino Mneras. Las formas unicelulares de las algas eucariticas,
que tienen su
ncleorodeadoporunamembrana,seincluyenenelreinoProtistas,aligualque
las lneas filogenticas con formas pluricelulares, aunque segn
ciertas
clasificaciones estas ltimas se incluyen en el reino vegetal
(1). Una hiptesis
apuntaaquelosorgnulosdelasclulasdelasalgashanevolucionadoapartir
deendosimbiontes(1).
8.4.2. Lneasfilogenticas:
enladivisindelasalgassehandefinidodiecisis
lneasfilogenticas:
Algas verde azuladas o azules (cyanoprokariota): Las algas
verdeazuladastambinsonllamadasbacteriasverdeazuladasporquecarecen
-
33
de membrana nuclear como las bacterias. Slo existe un
equivalente del
ncleo, el centroplasma, que est rodeado sin lmite preciso por
el
cromatoplasma perifrico coloreado. Elhecho deque stasse
clasifiquen
comoalgasenvezdebacteriasesporqueliberanoxgenorealizandouna
fotosntesissimilaraladelasplantassuperiores.Ciertasformastienenvida
independiente,lamayoraseagregaencoloniasoformandofilamentos.Su
color vara desde verde azulado hasta rojo o prpura dependiendo
de la
proporcindedospigmentosfotosintticosespeciales:
laficocianina(azul)
ylaficoeritrina(rojo),queocultanelcolorverdedelaclorofila.Mientrasque
lasplantassuperiorespresentandosclasesdeclorofilallamadasAyB,las
algasverdeazuladascontienensloladetipoA,stanoseencuentraen
los cloroplastos, sino que se distribuye por toda la clula. Se
reproducen
poresporasoporfragmentacindelosfilamentospluricelulares.Lasalgas
verde azuladas se encuentran en hbitats diversos de todo el
mundo.
Abundan en la corteza de los rboles, rocas y suelos hmedos
donde
realizanlafijacindenitrgeno.Algunascoexistenensimbiosisconhongos
para formar lquenes. Cuando hace calor, algunas especies
forman
extensasy,aveces,txicasfloracionesenlasuperficiedecharcasyenlas
costas. En aguas tropicales poco profundas, las algas llegan a
constituir
unas formaciones curvadas llamadas estromatolitos, cuyos fsiles
se han
encontradoenrocasformadasduranteelprecmbrico,hacemsde3.000
millonesdeaos.Estosugiereelpapeltanimportantequedesempearon
estos organismos cambiando la atmsfera primitiva, rica en dixido
de
carbono,porlamezclaoxigenadaqueexisteactualmente.Ciertasespecies
vivenenlasuperficiedelosestanquesformandolasfloresdeagua(1).
Algas verdes (chlorophyta): Se cuentan entre los organismos
msantiguos la primera alga verde aparece en el registro fsil hace
ms de
2.000 millones de aos. Se les considera predecesoras de las
plantas
verdesterrestres.Lasalgasverdesseasemejanalasplantassuperioresen
-
34
quetienenclorofilaAyByalmidncomomaterialdereserva.Lamayora
son unicelulares mviles o no, coloniales o pluricelulares. Las
especies
unicelulares mviles se desplazan en el agua gracias a los
flagelos. Las
especiesinmvilespuedengenerarclulasreproductorasmviles,esdecir,
zoosporas. Tanto las mviles como las inmviles pueden vivir
aisladas o
reunirse en colonias a menudo, stas tienen forma determinada y
un
nmerofijodeclulas,todasellasiguales,yconstituyenuncenobioouna
comunidadcelular.Lamayoradeestasalgasposeeparedescelularescon
dos capas, una interna de celulosa y otra externa con pectina,
sustancia
blanca amorfa que producen algunas plantas. Muchos clorfitos
unicelularesseagrupanenfilamentosysonvisiblescomomusgoderoo
verdndecharca.Enhbitatsmarinoslasmsdesarrolladassecomponen
desifonesplurinucleadosyalcanzanunalongitudde10metros.Ungnero
tiene las paredes celulares impregnadas con una forma de
carbonato de
calciollamadaaragonitaycontribuyedemodoimportantealaformacinde
los arrecifes de coral. Las algas verdes se localizan tambin en
el suelo
hmedo, adheridas a las plantas terrestres (algunas de stas
son
parsitas),einclusoenlanieveyelhielo.Las formas
marinassonfciles
de ver en las rocas costeras cuando baja la marea. Algunas
especies
terrestresdealgasvivenensimbiosisconloshongos(lquenes).Lasalgas
verdes se reproducen de forma vegetativa (por fragmentacin y
divisin
celular),asexual(poresporasyzoosporas),ysexualporconjugacinyen
muchas especies se da la alternancia de generaciones. Lasalgas
verdes
tienenunaenorme
importanciayaqueconstituyenunafuentedealimento
(plancton) para otros organismos acuticos y contribuyen al
aporte de
oxgeno atmosfrico. Cuando la poblacin de carceas (algas de
agua
dulce) aumenta demasiado provocan mal olor y en charcas y
lagos
contaminadospornitratosyfosfatosapareceenelaguaunaespumadensa
y maloliente y se produce un drstico descenso del oxgeno
disponible,
necesarioparaotrasformasdevidaacutica (1).
-
35
Diatomeas(bacillariophyta):Lasdiatomeassonorganismosunicelulares,
puedenunirseencoloniasconformadetallooramificadas.Lasclulasde
lasdiatomeassoncompletas.Tienenmembrana,ncleo,cromatforos,dos
vacuolasqueserepartenellquidointracelular,entreotros.Entalesclulas
no se acumula almidn, sino gotas de aceite. Lo ms notable de
estas
plantaseslamembranaquelasenvuelveylasprotege,constituidaporuna
modificacin de la celulosa impregnada de una combinacin silcica
esta
especiedecaparazn,elfrstulo,secomponededospiezasqueencajan
una en otra por sus bordes, como una caja y su tapadera. En
muchas
diatomeasexisteunalneasinuosaquerecorrelavalva(rafe)quevadeun
ndulo extremo a otro, interrumpida por un ndulo central. El
slice les
confiere rigidez y origina patrones de estras, esculpidos de
manera
complicada, que suelen servir como rasgos para su identificacin.
El
citoplasma contiene la clorofila verde,se mezcla con laxantofila
(de color
amarillento),lacarotinayconelfucoxantinayconfierenalasdiatomeassu
apariencia castaodorada con una pigmentacin similar, aunque
no
idntica, a la de las algas pardas. Su reproduccin generalmente
es por
divisin celular. Las cubiertas se separan y cada mitad segrega
otra un
poco ms pequea que encaja con la anterior. Las divisiones
celulares
sucesivasvanproduciendoclulasdemenortamao,hastaquesealcanza
una talla mnima. Peridicamente se originan clulas de la talla
del
organismooriginalporreproduccinsexual(1).
Estas algas se encuentranprincipalmente encharcasdeaguadulceo
en
lascapassuperficialesdelosocanos,dondeconstituyenuncomponente
principal del plancton del que depende la vida marina y en
suelos
hmedos. Pueden flotar formando parte del plancton o fijarse a
rocas u
otras superficies. Los restos fsiles de las conchas de las
diatomeas se
llaman tierra de diatomeas, que se usa como abrasivo y
filtrante. Existen
dostiposdediatomeas:(1).
-
36
Cntricas: tiene la valva circular y las grabaduras o estras
van
desdeelcentrohastalosbordes.Carecederafeyabundaenlos
mares. Junto a los flagelados vegetales, constituyen el
principal
componentedelplanctonvegetal.
Pennadas: en generalson alargadaso elpticas, en forma de S
tienen rafe y las grabaduras parten a menudo de la grieta
longitudinal y se disponen a ambos lados de ella, como en un
plumadeunpjaro.
Otraslneasfilogenticasdealgas:Sehandefinido,almenos,otrasonce
lneas filogenticos de algas. La mayora son organismos
flagelados
unicelulares o miembros de colonias. Los dinoflagelados
(Pyrrophyta) son
mayoritariamente marinos. Desempean un papel destacado como
productoresprimariosenlaredtrfica,
sonmsconocidosporqueoriginan
la marea roja, crecimiento explosivo de ciertas especies que
introducen
toxinasenelmedio(1).
Loscocolitopridos,miembrosdeladivisinPrymnesiophytaoHaptophyta,tienen
unas escamas calcificadas complejas llamadas cocolitos unidas a
sus cuerpos celulares. Los cocolitos fosilizados que forman
acantilados
blancos,sonimportantesenelestudiogeolgicodelosestratos(capasde
rocasedimentaria)(1).
Otras lneas filogenticas de algas con miembros fotosintticos
sonChrysophyta, Xanthophyta (Tribophyta), Eustigmatophyta,
Raphidophyta,Cryptophyta,EuglenophytayPrasinophyta(1).
-
37
8.5. ALGASOBTURADORASDEFILTROS
Alpasarelaguaporelfiltrodearenalosespaciosquequedanentrelosgranosse
llenandepartculascoloidalesyslidas,quehabanestadodispersasenelagua.
Sielaguacrudaprocededeunafuentesuperficial,comoundepsito,embalseo
corriente,lasalgasqueinvariablementeseencuentranpresentes,aparecernen
elmaterialacumulado enel filtro dearena.A menudo son la causa
primaria del
taponamientodelfiltro(2).
En la mayora de los lugares, las algas y otras materias en
particular son lo
suficientemente abundantes durante todo el ao para definir que
el agua sea
tratada con coagulantes antes de dirigirla directamente a los
filtros. Sin este
tratamiento preliminar, el filtro se obstruira tan rpidamente
que sera poco
econmicousarlo(2).
En los filtros lentos las algas y otros microorganismos acuticos
pueden
desempearunpapeltilenelprocesodepurificacin.Formanunacapasueltay
limosaenlasuperficiedelaarena,queactaporsimismacomofiltro.Lasalgas
de esta capa liberan oxgeno durante la fotosntesis y el oxgeno a
su vez, es
utilizado por las bacterias saprofitas, aerobias, hongos y
protozoarios, que se
implantan en el filtro y en la superficie, lo que permite la
descomposicin o
estabilizacindelamateriaorgnicapresenteenelaguanatural.Sinembargo,las
diatomeas, si seencuentran engrandes cantidades,
porposeerparedes rgidas,
suelen perjudicar ms que beneficiar, al acelerar el taponamiento
del filtro. En
ciertoscasoshasidoposibleutilizarfiltroslentosdearenacuandolasdiatomeas
ponenfueradeserviciolosfiltrosrpidos.Elaguaquehaatravesadounfiltrolento
est relativamente libre de bacterias, algas y otros organismos,
as como de
materiaorgnicamuerta(2).
-
38
Noseconocebienporqueciertasalgassonmseficacesqueotrasencuantoa
reducirlacorrientedeaguaenelfiltro.Desdeluego,esfundamentalsucapacidad
para multiplicarse engrannmero. Lapared rgida de las
diatomeascompuesta
deslicequenosedescompone,elcopiosomaterialmucilaginosoquerodea
las
clulasdePalmellaspy
latendenciaaformarcoposounareddefilamentos,sonotrosfactores,comoocurreconFraginariaspyTribonemasp(2).
Las diatomeas se encuentran durante todas las estaciones del ao
y son, por
mucho,elgrupomsimportantedentrodelosorganismosqueobturanlosfiltros.
Las especies importantes que producen este efecto son:
Asterionella, Fragilaria,Tabellaria y Synedra. Otras diatomeas que
ocasionalmente taponan los filtroscomprenden Navcula, Cyclotella,
Diatomea y Cymbella (2). Las diatomeas
porposeerlaparedrgidacompuestadesliceynodescomponerse,ancuandoellas
mueranrpidamenteenlasuperficiedelfiltro,suparedsilcicasubsisteyobstruye
losporosdearena(2).
8.6. CONTROLDEALGAS
Siempre que la densidad de algas en un estanque supera
concentraciones del
orden de 200 UPA/mL (unidades patrn de rea/mL) (22) sin que sea
posible
controlarlas,sedebeaplicarunalguicidaocualquierotrorecursoquelaselimine
delagua.Elnmerolmitedealgaspormililitrovarasegnlaespecieencuestin
yconsurespectivotamaocelular.Conlosanlisisfsicosyqumicosdelaguase
podr determinar si existen nutrientes en cantidad y concentracin
suficientes
como para que sean un factor determinante en la presencia de
estos
microorganismosenlaplantadeAltavista(23).
-
39
8.7. BIOINDICADORES
Los indicadores biolgicos son atributos de los sistemas
biolgicos que se
emplean para descifrar factores de su ambiente. Inicialmente, se
utilizaron
especiesoasociacionesdestascomoindicadoresyposteriormente,comenzaron
a emplearse tambin atributos correspondientes a otros niveles de
organizacin
del ecosistema, como poblaciones, comunidades, entre otros, lo
que result
particularmentetilenestudiosdecontaminacin(3).
Lasespeciesindicadorassonaquellosorganismos(o
restosdelosmismos)que
ayudan a descifrar cualquier fenmeno o acontecimiento actual (o
pasado)
relacionado con el estudio de un ambiente. Las especies tienen
requerimientos
fsicos,qumicos,deestructuradelhbitatyderelacionesconotrasespecies.A
cada especie o poblacin le corresponden determinados lmites de
estas
condiciones ambientales entre las cuales los organismos pueden
sobrevivir
(lmitesmximos),crecer(intermedios)yreproducirse(lmitesmsestrechos).En
general,cuandomsestenoicasealaespecieencuestin,esdecir,cuandoms
estrechos sean sus lmites de tolerancia, mayor ser su utilidad
como indicador
ecolgico. Las especies bioindicadoras deben ser, en general,
abundantes,
sensiblesalmediodevida,fcilesyrpidasdeidentificar,bienestudiadasensu
ecologayciclobiolgico,yconpoca movilidad(3).
A principios de siglo se propuso la utilizacin de listas de
organismos como
indicadoresdecaractersticasdelaguaenrelacinconlamayoromenorcantidad
de materia orgnica. Se generalizo la idea de utilizar las
especies como
indicadores, aplicndose a la vegetacin terrestre y al plancton
marino. En
determinadas zonas las plantas se emplearon como indicadores de
las
caractersticasdeaguaysueloeinclusoparaestablecerlapresenciadeuranio.
(3).
-
40
Enoceanografalosbioindicadoresseutilizanenestudiosdehidrologa,geologa,
transporte de sedimentos, cambios de nivel ocenico o presencia
de peces de
valor econmico, por ejemplo. Los indicadores hidrolgicos son
organismos
mediante los cuales se pueden diferenciar las distintas masas de
agua de mar
(masasquedifierenensuscaractersticasfsicas,qumicas,deflorayfaunayque
se caracterizan, en general, por su temperatura y salinidad) y
determinar sus
movimientos. Los organismos pueden ser utilizados como
indicadores de una
masa de agua, requirindose que sean fuertemente estenoicos para
que no
sobrevivanacondicionesdiferentesalasdelamasadeaguaquecaracterizan,o
bien como trazadores de una corriente, si son ms o menos
resistentes a los
cambios ambientales y sobreviven en condiciones diferentes,
indicando la
extensin de una corriente que puede atravesar varias masas de
agua. Estos
mtodos biolgicos son ms tiles que las determinaciones fsicas o
qumicas
especialmenteen las zonasmarginales, decambio yadems,
informansobreel
gradodemezcladedostiposdeaguaenlaszonasintermedias(3).
La utilizacin de organismos vivos como indicadores de
contaminacin es una
tcnicabienreconocida.Lacomposicindeunacomunidaddeorganismosrefleja
la integracin de las caractersticas del ambiente sobre cierto
tiempo, y por eso
revela factores que operandevez encuando ypuedenno registrarse
enuno o
varios anlisis repetidos. La presencia de ciertas especies es
una indicacin
relativamentefidedignadequedurantesuciclodevidalapolucinnoexcediun
umbral(3).
Varios organismos, sensibles a su medio ambiente, cambian
aspectos de su
forma,desapareceno,porelcontrario,prosperancuandosumediosecontamina.
Cada etapa de auto depuracin en un ro que sufri una descarga de
materia
orgnica se caracteriza por la presencia dedeterminados
indicadores. Segnsu
sensitividad a la polucin orgnica se clasificaron especies como
intolerantes,
facultativas,otolerantes(3).
-
41
El empleo de organismos indicadores de contaminacin requiere
conocer las
tolerancias ecolgicas y los requerimientos de las especies, as
como sus
adaptaciones para resistir contaminantesagudos ycrnicos. Las
investigaciones
sobre organismos indicadores de contaminacin comprenden el
estudio
autoecolgico, enel laboratorio,para establecer los lmites de
tolerancia deuna
especieaunasustanciaoaunamezcladeellasmedianteensayosdetoxicidady
el sinecolgico, que se basa en la observacin y anlisis de las
caractersticas
ambientales de los sitios en los cuales se detectan con ms
frecuencia
poblaciones de organismos de cierta especie. Algas, bacterias,
protozoos,
macroinvertebrados y peces son los ms utilizados como
indicadores de
contaminacinacutica(3).
Los resultados del estudio de las especies indicadoras deniveles
de calidad de
aguasonmsinmediatos,requierenunprofundoconocimientoparaidentificarlos
organismos y slo son adecuados para las condiciones ecolgicas
y
caractersticasregionalesmientrasquelosresultadosnumricosde
losestudios
de estructura de comunidades, si bien requieren su interpretacin
ecolgica,
demandando ms tiempo, son independientes de las caractersticas
geogrficas
regionalesytienenaplicabilidadanconinformacionessistemticasyecolgicas
deficientes(3).
En las evaluaciones de riesgo ecolgico se ha propuesto la
utilizacin de
indicadoresdeconformidad,dediagnstico,ytempranosdedao(3).
-
42
9. MATERIALESYMTODOS
9.1. SITIOSDEMUESTREOPARACLASIFICACINDELASALGAS
Lasmuestrasparaelrecuentoyclasificacindelasalgasfueroncolectadasenlos
cuatro filtros lentos que componen la planta de tratamiento
biolgico del
corregimientodeAltavistadelmunicipiodeMedellin.
9.2. TOMADEMUESTRASPARAANLISISDEALGAS
Lasmuestrasfuerontomadasendosperiodos,elperiodolluvioso,duranteelmes
dediciembrede2005yelperiodosecoenlosltimosdasdelmesdeenerode
2006.Se tomaronmuestrasen laparteinicial,enelcentroyenlaparte
finalde
cadaunodeloscuatrofiltros.Sehizounraspadosuperficialdelacapabiolgica
formada en la parte superior de los lechos filtrantes, con el
fin de no arrastrar
materialpesadoquepudierasedimentarseyproducirinterferenciaenelmomento
derealizarelmontajedelasalcuotasenlosportaobjetosparaserobservadosen
el microscopio. Este raspado se llev a cabo con un bistur y se
introdujo en
frascosplsticosde50mLdecapacidad.Despusseleagregaguanatural,de
lamismaqueseibaatratarenlaplanta.Elreaqueseeligifuede5centmetros
cuadradosencadaunodelostressitiosdemuestreoenloscuatrofiltros,paraun
-
43
total de 12 muestras porperiodo climtico. El tiempo de maduracin
mnima de
cadafiltrofuede2meses.Losmuestreosfueronrealizadosentrelas7a.m.ylos
8a.m(Figura8).Estasmuestrasfuerontrasladadasinmediatamenteallaboratorio
delimnologadelInstitutodeBiologadelaUniversidaddeAntioquia.Decadauna
de las muestras se extrajeron alcuotas de 0.5 mL y se procedi a
hacer el
montajeenfresco.Losconteoseidentificacinsehicieronenmicroscopiofotnico
(24).
Figura 8. Imagen de la Toma de Muestras de la Capa Biolgica.
Planta de
FiltracinLentadelCorregimientodeAltavista.MunicipiodeMedelln.
9.3. METODOLOGA
9.3.1.
Recuentodealgas:Lasmuestrasfueronpreservadasenformoldiluidoal
10%.Cadamuestrafueanalizadaindividualmenteparadeterminarlasmicroalgas
CapaBiolgicade3mm de Espesoren toda el readelfiltro
-
44
presentes.SeempleunacmaradeconteoSedgwickRafterconcapacidadde1
mLdemuestra,haciendounrecorridototaldeloscamposdisponibles.
Lasmuestrasquepresentabanmayorconcentracindesedimentos,
impedanel
reconocimientodelasalgas,raznporlacualfuenecesarioadecuarlasmediante
diluciones,hastaobtenerunavisualizacinconfiabledelmaterial.
Para la determinacinde las diferentes especies dediatomeas, las
muestras se
sometieronalasiguienterutina:
Centrifugadoa20000rpmdurante10minutos
Lavadoconperxidodehidrgeno(H2O2)
Calentamientoenestufaa90Cdurante1hora
Lavadoconaguadestilada
Posteriormente, se procedi al montaje en placas permanentes para
la
observacin, determinacin y control de las especies presentes,
siguiendo el
protocoloqueapareceacontinuacin(24).
Colocar 1 a 4 gotas de la muestra tratada (dependiendo de la
densidad)
sobreuncubreobjetos.
Dejarsecara temperaturaambiente yadicionar12 gotas delmedio
de
montaje. En algunos casos fue necesario acelerar el proceso de
secado
medianteelusodeestufaa5060C.
Colocarelcubreobjetosinvertidosobreunportaobjetospreviamentelavado
ycalentado.
Dejarestemontajeen unaplacadecalentamientohastaquelaresinase
fundayseextienda.
Rotular
-
45
Lasplacasasdispuestasfueronobservadasalmicroscopioparaladeterminacin
ycuantificacindelasespeciespresentes.
9.3.2. Tomademuestrasparaanlisisfsicoyqumico:
lasmuestraspara
losanlisisfsicosyqumicosdelaguafueroncolectadasenlacanaletadesalida
delprefiltroqueseencuentraantesdeloscuatrofiltroslentos.
Para determinar la concentracin de oxigeno, las muestras fueron
tomadas en
frascosdeWinklerysefijeloxgenodisuelto.Paralosotrosanlisissetomaron
tres muestras por filtro en frascos plsticos de 500mL de
capacidad. Los
muestreos se realizaron entre las 7 a.m. y las 8 a.m. y fueron
llevadas al
laboratoriodeanlisisdeaguasdelasEmpresasPublicasdeMedelln,ubicadoen
lasinstalacionesdelaplantaSanFernando(AnexoA).
9.3.3. Tcnica para los anlisis fsicos y qumicos: los anlisis
fsicos y
qumicosdelaguanaturalqueingresaalaplantadeFiltracinLentaenArenadel
corregimientode Altavista, se ejecutaron siguiendo los
procedimientos analticos
que estn descritos en Los Mtodos Estndar para anlisis se Agua y
Aguas
ResidualesdelaAWWA(AnexoA).
Lasvariables cuantificadas fueron: la alcalinidad total como
CaCO3,dureza total
como CaCO3, fosfatos como PO4, nitrgeno amoniacal, nitrgeno
total (NTK),
nitrgeno orgnico, nitritos, oxigeno disuelto, slidos disueltos,
slidos
suspendidosyslidostotales.
9.3.4.
Estructuradelagrupamientodediatomeas:seestableciconlosndices
convencionalesdediversidad (23), riquezanumrica,dominancia
(25)yequidad
(26). Estosndicestienen
-
46
en cuenta el hecho de que en cualquier coleccin de individuos,
casi sin
excepcin,seobservanunaodosespeciescomunesdominantes,unaspocasde
abundanciaintermediayunamplionmerodeespeciesrarasypocoabundantes.
Normalmente, ninguna comunidad est constituida por especies
igualmente
cuantiosas,esdecir,conunadiversidadmxima,aestosndicescorrespondenlos
deShannonyWeaver,eldeBrillouinyeldeSimpsonyotros,quebuscanreunir
los componentes de riqueza y de equidad en uno solo, por lo que
se han
denominadondicesdeheterogeneidad.Los
ndicesdediversidaddeShannony
WeaverydeBrillouinsonlosmejorconocidosymsusados(23).
Lamedidadeladiversidadnoessencilla,debetenerseencuentaunadefinicin
precisa de los organismos comprendidos en una comunidad (26).
Por ello es
precisoespecificarloslmitesdeltiempoduranteelcualseefectuelestudio,as
comolasfronterasespacialesdelreaquecontienelacomunidadylaformacomo
se llev a cabo el muestreo. Adems, como ya se especific, se
requiere una
clasificacin taxonmica clara del material involucrado, es decir,
un estudio
cualitativoprevio(23).
Normalmentesehacereferenciaaladiversidaddeespecies,peroestonoimpide
el tratamiento de cualquier rango taxonmico, de componentes
estructurales del
habitat e incluso de la diversidad trfica. Como muchos
organismos no se
distribuyen al azar en el rea de muestreo, se debe seguir una
cuidadosa
metodologa en la que quede bien representada la muestra tomada
en forma
verdaderamente aleatoria, y que permita el uso correcto de los
procedimientos
estadsticosinvolucrados(23).
ndicedediversidaddeShannonyWeaver: SegnPielou,sedebeusar
paracoleccionesinfinitamenteamplias,enlasqueelnmerodetaxoneses
desconocido y de las cuales debe tomarse una muestra aleatoria.
Su
utilizacin implica que todas las especies de la
poblacinoriginalestn
-
47
representadas en la muestra y que dicha poblacin sea homognea.
No
puede ser usado entonces en cualquier situacin, como se ha
hecho
normalmente,puespresentaunsesgodefinidoenmuestraspequeas(23).
ElvalormximodeestendiceestdadoporlnS,dondeSeselnmerodetaxonesen
lamuestraperonormalmenteel rangodevaloresoscilaentre
1.5y3.5,sobrepasandoraramenteunvalorde4.5(23).SegnMargalef,en
los ecosistemas lacustres continentales el fitoplancton puede
llegar a
presentar una diversidad muy por debajo de uno de los ambientes
muy
eutrficosyunmximodecincoenlosoligotrficosydistrficos(23).
Para el clculo del ndice se utiliza el logaritmo en base 2
(log2),
peropuedeusarsecualquierotrotipodebase,comoladiezolaedellogaritmonatural,
que es la ms usada actualmente. El mismo tipo de logaritmo
usadoparacalcularelndicedediversidaddebeserutilizadoparaelclculo
de los dems ndices relacionados. Como el ndice de equidad y el
de
riqueza.Deacuerdoconeltipodelogaritmo,lasunidadesdelndicesern:
1) para log2, bits por individuos o dgitos binarios por
individuos 2) paraloge (ln), bel nat por individuo o nat por
individuo 3) para log10, bel porindividuo, dgito decimal por
individuo o decit por individuo. Su expresin
numricaes:
H= pi lnpiDonde:
niPi=
n
ni:nmerodeindividuosdeltaxnpsimo
n:nmerototaldeindividuosenlamuestra.
N=ni
-
48
ndice de riqueza: estos son una medida del nmero de especies
o
taxones porunidaddemuestreo. Los ndicesderiquezadeGleasonyde
Margalefsondenominadosndicessimplesderiquezaysusvaloresoscilan
entre0y30,susfrmulasson:S
Rg=Lnn
S1Rm=
Lnn
Donde S es el nmero de taxones registrados, tambin
denominadosriquezanumrica.
Ambos son sensibles al tamao muestral, por lo cual es
recomendable
contardirectamenteelnmero deespeciesenmuestras de igual
tamao.
En caso de tamao maestrales desiguales, que es probablemente
la
situacinmsusual,debeusarseelmtododenominadorarefaccin.Este
mtodopermitecompararelnmerodeespeciesentrecomunidades(23).
Modelosdeabundanciadeespeciesomodelosdeequidad:Describen
ladistribucindelaabundanciadeespecies,esdecir,
laequidad.Existen
cuatro de estos modelos: la serie geomtrica, la serie
logartmica, la
distribucinlogartmicanormalyelmodelodebarrarota.Cadaunodeellos
seapoyaenpruebasestadsticasquepermitenobservarelgradodeajuste
delosresultadoshalladosalmodeloterico.
En general, el valor de la equidad es inverso al valor de la
pendiente
obtenidaen
losmodeloscitadosyelvalordeestendiceaumentaapartir
delaseriegeomtricahastaelmodelodebarrarota,enelquelaequidad
es 1 porque la diversidad alcanza el valor mximo. El ndice de
equidad
-
49
oscilaentreelvalor0comomnimaequidadmayorcontaminacin,menor
diversidad y uno, mas equidad diversidad mxima, menor
contaminacin.ElmsusadoeselndicedeequidaddePielou.(23)
Elcualseexpresaas:
HJ=
Hmax
Donde:
H:ndicedediversidaddeShannonyWeaver
Hmax:ndicedediversidadmxima(=lns)
Con el fin de establecer que componentes de la diversidad
influenciaban
significativamente a la diversidad, se llev a cabo un anlisis de
regresin y
correlacinlinealmltiple.
Unavezestablecidoqucomponentesserelacionabanmsconladiversidad,se
efectu un anlisis de varianza de dos vas para un diseo de
bloques. Dicho
anlisis tena como finalidad establecer la significancia
estadstica de las
variacionesdediversidad,riquezayequidadentrefiltrosyperiodos.
-
50
10. RESULTADOS
En total se hallaron veintiuna especies (Tabla 3), de las cuales
catorce se
presentaron en las dos pocas: Pinnularia sudetica, Melosira
varians, Synedraulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestris,
Navicula bryophila, Surirellatenera, Gyrosigma acuminatum, Cymbella
mexicana, Diadesmis contenta,Navicula cincta, Amphipleura
lindheimeri, Pinnularia nobilis, Hantzschiaamphioxys,. En la poca
seca desaparecen cinco especies: Gomphonemaabbreviatum, Nitzschia
dissipata, Frustulia rhomboides, Stauroneis cf. obtusa,Caloneis
bacillus y aparecen dos nuevas: Navicula subrhynchocephala
yGomphonemacf.olivaceum.(AnexoB).
Tabla3. NmerodeMicroorganismosEncontradosporEpocaen0.5mL
de Muestra, en los Cuatro Filtros. Planta de Filtracin.
Corregimiento de
Altavista.Medelln.Noviembrede2005yEneroFebrerode2006.
ESPECIES PERIODOLLUVIAS PERIODOSECO
NmerodeIndividuos NmerodeIndividuos
F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3 F4
Pinnulariasudetica 225 75 108 87 9 30 18 18
Melosiravarians 72 15 21 24 178 210 243 159
Synedraulna 48 3 0 33 21 9 48 6
Cocconeisplacentula 18 6 3 6 3 6 18 3
Tetracyclusrupestris 12 2 3 12 0 21 93 3
Naviculabryophila 9 2 6 6 3 0 3 0
Surirellatenera 6 0 6 6 3 3 6 12
Gyrosigmaacuminatum 18 3 3 6 0 0 9 0
-
51
ESPECIESPERIODOLLUVIAS PERIODOSECO
NmerodeIndividuos NmerodeIndividuos
F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3 F4
Cymbellamexicana 27 0 0 12 0 3 3 0
Diadesmiscontenta 12 2 0 0 0 0 6 0
Naviculacincta 21 0 0 0 0 0 12 0
Amphipleuralindheimeri 9 0 0 3 3 0 0 0
Pinnularianobilis 6 2 0 9 0 3 0 0
Gomphonemaabbreviatum 3 2 3 3 0 0 0 0
Hantzschiaamphioxys 3 0 0 3 0 0 3 0
Nitzschiadissipata 3 0 0 0 0 0 0 0
Frustuliarhomboides 3 0 0 0 0 0 0 0
Stauroneiscf.obtusa 0 0 3 3 0 0 0 0
Caloneisbacillum 0 2 0 0 0 0 0 0
Naviculasubrhynchocephala 0 0 0 0 0 0 24 0
Gomphonemacf.olivaceum 0 0 0 0 3 0 0 0
Grfico 1. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 1. Planta
de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. poca de
Lluvias
(Dic2005).
-
52
Grfico 2. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 1.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. Epoca de
lluvias.
(Dic2005).
Las especies analizadas en los grficos 1 y 2 fueron 17, de
acuerdo a lo
encontrado en las muestras examinadas: Pinnularia sudetica,
Melosira varians,Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus
rupestres, Navicula
bryophila,Surirellatenera,Gyrosigmaacuminatum,Cymbellamexicana,Diadesmiscontenta,Navicula
cincta, Amphipleura lindheimeri, Pinnularia nobilis,
Gomphonemaabbreviatum,Hantzschiaamphioxys,Nitzschiadissipata,Frustuliaromboides.
-
53
Melosiravarians80%
Gomphonemacf .olivaceum
1%
Naviculabryophila1%
Surirellatenera1%
Pinnulariasudetica4%
Cocconeisplacentula1%
Amphipleuralindheimeri
1%
Synedraulna9%
Grfico 3. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 1. Planta
de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. poca Seca
(Feb
2006).
Grfico 4. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 1.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. Epoca Seca.
(Feb
2006).
-
54
Lasespeciesencontradasenlosmuestreosquerealizarondurantelapocaseca
fueron8ysepuedenapreciarenlosgrficos3y4:Pinnulariasudetica,Melosiravarians,Synedraulna,Cocconeisplacentula,Naviculabryophila,Surirella
tenera,Amphipleuralindheimeri,Gomphonemacf.olivaceum
En los grficos 1, 2, 3 y 4 se pueden apreciar las especies de
Diatomeas y su
estructura de agrupamiento de acuerdo a la densidad por
individuos en el filtro
nmero1encadaunadelasdospocasclimticas.
Pinnularia sudetica. 66%
Synedra ulna. 3%
Tetracyclus rupestris. 2%
Caloneis bacillum. 2%
Cocconeis placentula. 5%
Pinnularia nobilis. 2%
Nav icula bryophila. 2%
Melosira v arians. 13%
Diadesmis contenta. 2%
Gyrosigma acuminatum. 3%
Gomphonema abbrev iatum. 2%
Grfico5. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 2. Planta
de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. poca de
Lluvias
(Dic2005).
-
55
Grfico 6. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 2.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. Epoca de
Lluvias.
(Dic2005).
Enelperiodolluviosodediciembrede2005serecolectaronmuestrasenelfiltro2
delaplantadeAltavistayseencontraron11especiesalgalesdediatomeasque
se encontraro: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra
ulna, Cocconeisplacentula, Tetracyclus rupestres, Navicula
bryophila, Gyrosigma acuminatum,Diadesmis contenta, Pinnularia
nobilis, Gomphonema abbreviatum, Caloneisbacillum.
-
56
Grfico 7. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 2. Planta
de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. poca Seca
(Feb
2006).
Grfico 8. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 2.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. Epoca Seca.
(Feb
2006).
-
57
Duranteelperiodoseco,sehizoelmuestreodelfiltro2ylosresultadosobtenidos
slomuestran8especiesencontradas,quesepuedenapreciarenlosgrficos7y
8, dichas especies son listadas a continuacin. Pinnularia
sudetica, Melosiravarians, Synedra ulna, Cocconeis placentula,
Tetracyclus rupestres,
Surirellatenera,Cymbellamexicana,Pinnularianobilis.
Los grficos 5, 6, 7 y 8 muestran el comparativo porcentual de
las especies de
diatomeasy ladensidaddeindividuosrespectivamenteencontradasenel
filtro2
paralasdospocasclimticas.
Pinnularia sudetica. 69%
Stauroneis cf. obtusa. 2%
Surirella tenera. 4%
Tetracyclus rupestris. 2%
Cocconeis placentula. 2%
Navicula bryophila. 4%
Melosira varians. 13%
Gyrosigma acuminatum. 2%
Gomphonema abbreviatum. 2%
Grfico 9. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 3. Planta
de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. poca de
Lluvias
(Dic2005).
-
58
Grfico 10. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 3.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. Epoca de
Lluvias.
(Dic2005).
Loshallazgos encontradosen losanlisisde las muestras tomadas
enel filtro 3
paraelperiodolluviosodediciembrede2005,detallanlapresenciade
9especies
representativas: Pinnularia sudetica, Melosira varians,
Cocconeis placentula,Tetracyclus rupestres, Navicula bryophila,
Surirella tenera,
Gyrosigmaacuminatum,Gomphonemaabbreviatum,Stauroneiscf.obtusa.
-
59
Grfico 11. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 3.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. poca Seca
(Feb
2006).
Grfico 12. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 3.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. Epoca Seca.
(Feb
2006).
-
60
En las muestra tomadas en el filtro 3 durante la epoca seca se
hallaron las 13
especies siguientes: Pinnularia sudetica, Melosira varians,
Synedra ulna,Cocconeisplacentula, Tetracyclus rupestres,Navicula
bryophila, Surirella
tenera,Gyrosigmaacuminatum,Cymbellamexicana,Diadesmiscontenta,Naviculacincta,Hantzschiaamphioxys,Naviculasubrhynchocephala.
Enlosgrficos9y10sepuedenapreciarlasespeciesdediatomeasdistribuidas
porcentualmente para la epoca de lluvias en el filtro 3 y los
grficos 11 y 12 se
presentalaestructuradeagrupamientodeindividuosparalapocaseca.
Grfico 13. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 4.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. poca de
Lluvias
(Dic2005).
-
61
Grfico 14. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 4.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. Epoca de
Lluvias.
(Dic2005).
Enelfiltro4,sehallaron14especiesparaelperiodolluvioso:Pinnulariasudetica,Melosira
varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus
rupestres,Naviculabryophila,Surirella
tenera,Gyrosigmaacuminatum,Cymbellamexicana,Amphipleura
lindheimeri, Pinnularia nobilis, Gomphonema
abbreviatum,Hantzschiaamphioxys,Stauroneiscf.obtusa.
-
62
Melosiravarians79%
Surirellatenera6%
Pinnulariasudetica9%
Tetracyclusrupestris1%
Cocconeisplacentula1%
Synedraulna3%
Grfico 15. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 4.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. poca Seca
(Feb
2006).
Grfico 16. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 4.
Planta de
Filtracin Lenta en Arena Corregimiento de Altavista. Epoca Seca.
(Feb
2006).
-
63
Enelperiodoseco,sepresentaron6especiesparaelfiltro4:Pinnulariasudetica,Melosira
varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus
rupestrs,Surirellatenera.
Enelgrfico17,seapreciadeformageneralelcomportamientodelasespecies
dominantessegnelperiodoclimtico.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Esp/05ml
PROMEDIOSDELASPRINCIPALESESPECIES
PERIODOLLUVIAS 124 33
PERIODOSECO 19 198
Pinnulariasudetica Melosiravarians
Grfico17. Comportamientode lasEspeciesPinnulariasudetica
yMelosiravariansenCuantoelPromediodelCrecimiento.CorregimientodeAltavista.
PeriododeLluviayperiodoseco.Diciembre2005yEneroFebrero2006.
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Figura9.ImagendelaEspecieAlgalMelosiravarians.
Figura10. ImagendelaEspecieAlgalPinnulariasudetica.
Finalmente, La regresin lineal mltiple efectuada entre la
diversidad y sus
componentespresentlasiguienteecuacin:
H=0.77+0.05S+2.92E =0.0000,R2=99.9%,SE=0.018
Donde:
H:DiversidadsegnShannonyWeaver
S:Riquezadeespecies
E:ndicedeequidad
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En la ecuacin anterior se observa que slo la riqueza y la
equidad mostraron
relacinsignificativa con ladiversidad. Paraestasvariables se
realiz elanlisis
devarianza,enelquelariquezadediatomeasnopresentvariacinsignificativa
nientre filtros ( =0.8197)nientreperiodos ( =0.2710).
Igualsucedi para la
equidadentrefiltros(=0.9156)yperiodos(=0.2628)yparaladiversidad(=
0.9575parafiltros,=0.2683paraperiodos).
Grfico18.EstructuraPromediodelosFiltrosparaelPeriodoLluvioso.
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Grfico19.EstructuraPromediodelosFiltrosparaelPeriodoSeco.
Enlosgrficos18y19,puedeversequeaunquelariquezayladensidadmedias
fueronmayoresduranteelperiodolluvioso,dadoqueladominanciadeunodelos
taxones(Melosiravarians)fuemayorenelperiodoseco(D=0.54)ladiversidadylaequidadmediasdisminuyeronostensiblementehaciaesteperiodo.
En
lasTablas4y5queaparecenacontinuacinsepresentanlosresultadosde
los anlisis fsicos y qumicos del agua natural que ingresa a la
planta de
tratamiento biolgico del Corregimiento deAltavista para los
diferentes periodos
climticos.
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Tabla 4. Anlisis Fsicos y Qumicos del Agua Natural en la Planta
de
Filtracin Lenta de Arena. Corregimiento de Altavista. Medelln.
Octubre
2005.
AcueductoVeredalAltavista
InformedeAnlisisPeriodoLluvioso
Fechaderecoleccin2005/10/31
AnlisisFsicoQumico
Parmetro Valor Unidades Mtodo
Limt.
Det.
Fecha
Anlisis
Alcalinidad,como
CaCO3 51.4 mg/L Titulomtrico 0.3 20051101
DurezaTotal,CaCO3 41.6 mg/L Titulomtrico 2.0 20051101
Fosfatos,PO4 0.041 mg/L Colorimtrico 0.011 20051031
NitrgenoAmoniacal,
NH3
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Tabla 5. Anlisis Fsicos y Qumicos del Agua Natural en la Planta
de
FiltracinLentadeArena.CorregimientodeAltavista.Medelln.Enero2006.
AcueductoVeredalAltavista
InformedeAnlisisPeriodoSeco
Fechaderecoleccin2006/1/31
AnlisisFsicoQumico
Parmetro Valor Unidades Mtodo
Limt.
Det.
Fecha
Anlisis
Alcalinidad,como
CaCO3 53.2 mg/L Titulomtrico 0.3 20060201
DurezaTotal,CaCO3 44.6 mg/L Titulomtrico 2.0 20060201
Fosfatos,PO4 0.061 mg/L Colorimtrico 0.011 20060131
NitrgenoAmoniacal,
NH3
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11. DISCUSIN
Los datos experimentales para el comportamiento de las algas en
dos periodos
climticos diferentes, lluvioso y seco se presentan en la Tabla
3. En esta tabla
estn enumeradas las especies de diatomeas que fueron
identificadas y
clasificadas por filtro yporperiodo climtico.De
lasveintiunaespecieshalladas,
lasquetuvieronunmayorrecuentofueron:Pinnulariasudetica,
Melosiravarians,Synedraulna,Cocconeisplancetula,TetracyclusrupestrisyNavculabryophila.Elrestodeespecies
tenancrecimientoespordicoybajo,por locualseconsidera
quesuinfluenciaenlaobturacindelosfiltrosnoesrepresentativa.
LasespeciesPinnulariasudetica,MelosiravariansySynedraulnasobresalenporsucrecimientopoblacional,mostrandouncomportamientosuigeneris,permitiendodeducirqueparaelcasodePinnulariasudeticalapocalluviosaproporcionalascondiciones
ideales para su crecimiento, mostrando una relacin de 3:1 con
respectoaMelosiravariansyde4.5:1conSynedraulna.Sisetieneencuentaqueestasdosespeciessumanun25%deltotalencontrado,sepuededecirquetienen
unambientepropicioparasudesarrolloenestapoca(grfico1).Deigualforma
alhacerelanlisisdelcrecimientopoblacionaldelasespeciesdelapocaseca,
es necesario resaltar que este influye de manera directa en el
destacado
crecimientodeMelosira varianscon respecto a Pinnularia
sudeticaque sufre undecrecimiento abrupto, en tanto que Synedra
ulna mantiene en
trminosporcentualessumismocrecimientosinimportarlapocaclimtica.Lasrelaciones
proporcionalesqueseestablecensonde20:1y8.8:1respectivamente(grfico3).
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70
De las especies predominantes, se pudierondeterminarenel Filtro
1 durante la
epoca lluviosa Pinnularia sudetica en un 45%, Melosira varians
en un 15%
ySynedraulnaenun10%.EnlapocasecalaespecieSynedraulna,enordendemagnitud
permanece constante es su nmero mientras que Pinnularia
sudeticadisminuydeformaalarmantecomosehizonfasisanteriormente,adiferenciadeMelosira
varians que con el 80% del total de las especies se hace mucho
mspredominante. Con los grficos 2 y 4 se pueden correlacionar los
resultados
expresadosenlosgrficos1y3,yaqueestosmuestranladensidadabsolutade
individuosporespeciesegnelperiodoclimtico.
En el anlisis comparativo del Filtro 2, se puede apreciar un
comportamiento
similaraldelFiltro 1, la diferencia es marcada porel tamao
poblacionalde las
especies,atribuiblealgradodeobturacindelfiltroenelmomentodelmuestreo,
sin embargo conserva el predominio de las mismas especies al
igual que en el
Filtro1,paraestecasolaproporcindepredominanciadePinnulariasudeticaconrespectoaMelosiravariansesde5:1enlapocalluviosayparalapocasecalarelacinesde1:7.(Grficos5y7).EsnotorialacasidesaparicindelaespecieSynedra
ulna en las dos pocas climticas. Por otro lado, la relacin
entreMelosiravariansconrespectoaTetracyclusrupestrisenlapocasecaesde10.5:1
situacin que es vlida tenerla en cuenta ya que representa un
nmero
significativodeindividuos(Grfico7).
Enel Filtro2paralapocadesecaSynedraulnano
tieneprotagonismoconsu3%, a diferencia del Filtro 1, inclusive
superada por Cocconeis plancetula quetiene un peso del 5% del total
de especies, mientras que Pinnularia sudetica yMelosira varians
siguen superando a todas las de ms con el 66% y 13%respectivamente.
Situacin que cambia en la poca seca ya que aparece la
especieTetracyclusrupestris,aportandoun7%deltotaldelnmerodeindividuos,presentndole
competencia a Pinnularia sudetica que aparece con un 11%.Melosira
varians con un 74% permanece con un comportamiento similar al
delFiltro 1 para la misma poca. De igual forma este comportamiento
se puede
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confirmarcon losresultadosrepresentadosen losgrficos6y8de
laestructura
deagrupamientodeindividuos.
Para el Filtro 3 el anlisis comparativo de crecimiento
poblacional en los
microorganismos muestra el mismo comportamiento similar en los
filtros
analizadosparalapocalluviosa(Grfico9),msnoparalapocasecayaque
allreapareceSynedraulnaaportandoun10%delapoblacintotalymereceunaespecialmencin
la especieTetracyclus rupestrisconun19%del total. En estepuntose
podraconcluir que las especiesPinnularia sudeticayMelosira
variansson competidoras exclusivas y que su predominio estara
directamente
relacionado con los periodos climticos, si no es por la aparicin
de estas
especies. La relacin de Pinnularia sudetica es de 5:1 con
respecto a
Melosiravariansenelperiodolluviosoyenelsecoesde1:6.EnlapocasecalarelacinproporcionalentreSynedraulnayTetracyclusrupestris
conrespectoalMelosiravariansesde5:1yde2.6:1respectivamente(Grfico11).
Durante la poca lluviosa en el Filtro 3 la especie