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Tratamientos Extensivos de
Efluentes
CETA
Instituto de la
Universidad de
Buenos Aires
Tecnologías de tratamiento de
Aguas Residuales para Reuso
RALCEA – Agosto 2013
Lagunas con Macrófitas
Introducción
Se trata de una evolución de los sistemas de lagunas
utilizados para el tratamiento de efluentes.
La presencia de macrófitas flotantes o enraizadas potencia la
obtención de efluentes de buena calidad, pues estas plantas
acuáticas captan materia orgánica y nutrientes.
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Lagunas con Macrófitas
Introducción
Los sistemas basados en plantas flotantes, pueden utilizar
macrófitas como:
El jacinto de agua (Eichhomia crassipes) vulgarmente
conocido como camalote.
También se utilizan las comúnmente llamadas lentejas de
agua que son monocotiledóneas flotantes de la familia
Lemnaceae, que consta de cuatro géneros: Lemna,
Spirodela, Wolffia y Wolffiella.
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Lagunas con Macrófitas
Sistemas de aplicación - Ecosistemas acuáticos
Lagunas con Macrófitas:
Alternativamente se desarrollan macrófitas, enraizadas o no.
Las macrófitas flotantes más empleadas son las Lemna (gibba, major,
minor).
• Emergentes (Phragmites, Typha, Carex)
• Sumergidas (Potamogeton, Chara)
Entran en competencia con las microalgas
por los nutrientes y éstas no se
desarrollan.
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Lagunas con Macrófitas
Sistemas de aplicación - Ecosistemas acuáticos
Macrófitas:
Spirodela intermedia
Lemna minor
Pistia stratiotes
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Lagunas con Macrófitas
Sistemas de aplicación - Ecosistemas acuáticos
Macrófitas:
Pistia stratiotes, Spirodela intermedia y Lemna minor
 En la llanura pampeana (Argentina), estas macrófitas abundan en todas
las áreas con aguas estancadas, presentando alta tasa de crecimiento.
Lemna minor y Spirodela intermedia pueden doblar su masa en menos de
2 días bajo condiciones ideales de disponibilidad de nutrientes, luz solar y
temperatura. Bajo condiciones experimentales su velocidad de producción
puede ser extrapolada a 4 ton /ha/día de biomasa fresca o a 80 ton/ha
/año de material seco.
 Crecen bajo variadas condiciones climáticas.
 Disminuyen la producción algal pues compiten por los nutrientes. Como
se extienden como manto sobre la superficie del cuerpo de agua,
restringen la penetración de la luz y consecuentemente la fotosíntesis. 6
Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Jacintos de Agua
El jacinto de agua (Eichhomia crassipes) o camalote crece
principalmente en grandes cuerpos de agua y son
capaces de eliminar grandes niveles de DBO5, pequeñas
concentraciones de sólidos suspendidos, nitrógeno y una
significativa eliminación de elementos trazas.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Jacintos de Agua
El uso del jacinto de agua para tratar efluentes tiene
principalmente la dificultad de la eliminación de estas
plantas. La producción de jacintos de agua en lagunas
puede alcanzar cerca de 30 g en materia seca por m2 y por
día con un contenido de nitrógeno de alrededor de 3% en
materia seca.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Jacintos de Agua
La eliminación del fósforo está limitada a las necesidades de
la planta y regularmente no excede del 50% al 70% del
contenido de fósforo del efluente.
La eliminación de nutrientes en climas fríos por parte de estos
sistemas, disminuye porque las plantas son sensibles a las
bajas temperaturas. A temperaturas por debajo de 10°C las
plantas mueren.
Se requiere de una reposición de éstas hacia la primavera
para renovar el proceso y cumplir con las exigencias del
tratamiento.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Jacintos de Agua
Las ventajas que puede presentar el uso del jacinto de agua
para tratar efluentes quedan anuladas en la mayoría de los
casos, porque la cosecha de las plantas y el
procesamiento de los productos que estas generan, tales
como biogas o forraje para consumo animal, son muy
costosos.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Jacintos de Agua
También hay indicaciones de que las pérdidas de agua
debidas a la evaporación en los sistemas planteados son 3 a 5
veces mayores que en las lagunas que tienen sólo el efluente.
Otra restricción relativa al uso del jacinto de agua se debe al
problema del mosquito. El voluminoso follaje poroso que
crea esta planta arriba de la superficie del agua produce
condiciones excelentes para el desarrollo de las larvas del
insecto.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Lentejas de Agua
Las lentejas de agua (Lemna minor) son capaces de crecer
exitosamente sobre los efluentes y convertir los
contaminantes biodegradables, en materiales útiles, como
forraje rico en proteínas. Los estudios y monitoreos de
campo indican un buen crecimiento relativo en agua cloacal y
en efluentes de producciones pecuarias.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Lentejas de Agua
La ventaja que tiene el utilizar la lenteja de agua para captar
nutrientes, proviene de su preferencia por captar el
amoníaco. Esto fue demostrado en cultivos de laboratorio.
De esta forma la eliminación del nitrógeno consume menos
energía y por lo tanto tiene un rendimiento mayor, ésto se
traslada a una baja de costo en el tratamiento.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Lentejas de Agua
Las lentejas de agua, no trabajan solas sino que
conjuntamente con las bacterias ayudan a purificar el
efluente.
La
descomposición
bacteriana
causa
anaerobiosis, la cual es mantenida por la cobertura
vegetal que se crea en la superficie y que evita la
aireación. La mineralización producida por las bacterias da
carbono, nitrógeno y fósforo, nutrientes éstos que luego
son la principal fuente para el crecimiento de las lentejas
de agua que los convierten en proteínas vegetales.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Lentejas de Agua
Las especies de lenteja de agua como Spirodela y Lemna
reducen el contenido de oxígeno del agua residual, sin
embargo, esta anaerobiosis no parece causar ningún
daño a las plantas o impedir el reuso del efluente tratado
para irrigación.
El CO2 producido por las bacterias provee el medio para el
crecimiento de las plantas. Estas plantas tienen la virtud de
usar componentes orgánicos simples directamente.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Lentejas de Agua
El límite superior de tolerancia térmica para las lentejas de
agua es de alrededor de 34°C. Las plantas mostraron una
leve disminución en su crecimiento por debajo de 10°C, por
lo tanto son relativamente tolerantes a condiciones frías
contrariamente al jacinto de agua.
El contenido de proteína es de por lo menos 25% de la
materia seca que es mucho mayor que el del jacinto de
agua, aunque menos que el de las algas. El espectro de
aminoácidos en las lentejas de agua, especialmente
considerando la lisina (7,5% de la proteína total) y
metionina (2,6% de la proteína total), es mucho mejor en
comparación a otras plantas.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Lentejas de Agua
Las lentejas de agua tienen una de las estructuras más
simples y pequeñas. Tienen un tamaño que va de 1 mm a 15
mm. Los tallos y las hojas están fusionados. En cada planta
hay dos regiones meristemáticas, las cuales producen
alternativamente nuevas plantas. Cada una de las plantas
individuales produce al menos 2 plantas hijas durante su
corto ciclo de vida.
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Lentejas de Agua
La velocidad relativa de crecimiento de las lentejas de agua
es muy alta: 0,1-0,5 g/g por día. Cada planta absorbe los
nutrientes del agua a través de la totalidad de la misma y no a
través de un sistema con raíz central como en las otras
plantas superiores. Tienen un muy alto valor nutricional. Esto
se debe a que la planta entera es tejido metabólicamente
activo con casi nada de tejido estructural. Por lo tanto, usa
una pequeña porción de la energía fotosintética para
mantenimiento, o dicho de otra manera la energía
fotosintética es destinada a la producción de materia no
estructural a saber proteínas y ácidos nucleicos. Las
lentejas de agua no tienen una estructura de sostén lo cual
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hace innecesario cortarlas.
Lagunas con Macrófitas
Macrófitas – Lentejas de Agua
Las características y propiedades vistas anteriormente,
explican porque son atractivas como plantas para cultivar y
cosechar.
Comparada con las algas, la lenteja de agua es más fácil de
cosechar .
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Lagunas con Macrófitas
Macrófitas:
En el CETA se hizo un trabajo:
Aquatic macrophytes potential for the simultaneous
removal of heavy metals (Buenos Aires, Argentina)
Miretzky, P., Saralegui, A., Fernández Cirelli, A.
Chemosphere 57/8, 997-1005
Simultaneous heavy metal removal mechanism by dead
macrophytes
Miretzky, P., Saralegui, A., Fernández Cirelli, A.
Chemosphere 62, 247-254
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Lagunas con Macrófitas
Uso de macrófitas para la remoción de metales pesados
Los metales pesados, en contraste con los residuos
orgánicos, no pueden ser degradados, y por lo tanto, se
acumulan en el agua, el suelo, los sedimentos y en los
organismos vivos.
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Lagunas con Macrófitas
Uso de macrófitas para la remoción de metales pesados
Métodos disponibles:
•
•
•
•
•
Intercambio Iónico
Osmosis Inversa
Electrólisis
Precipitación
Adsorción
Estos métodos presentan eficiencias diferentes para los
distintos metales y pueden tener importantes costos,
especialmente cuando se trata de grandes volúmenes, bajas
concentraciones y altos standards de limpieza.
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Lagunas con Macrófitas
Uso de macrófitas para la remoción de metales pesados
Algunos de los metales que pueden removerse en forma
simultánea son:
• Fe
• Mn
• Zn
• Cu
• Pb
• Cr
Fernández Cirelli et al. (2004), Chemosphere, 57, 997-1005
Lagunas con Macrófitas
Uso de macrófitas para la remoción de metales pesados
Se estudió el potencial, de Fe2+, Cd2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ y Pb2+.
Las macrófitas flotantes utilizadas fueron:
• Pista straiotes
• Spirodela intermedia
• Lemna minor
Recolectadas de lagunas pampeanas de escasa profundidad.
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Lagunas con Macrófitas
Experiencias:
Macrófitas Vivas:
Las macrófitas se lavaron se colocaron en reactores de 10L
con agua de laguna, con 8 hs de luz diarias.
Se realizaron por triplicado.
Se trabajo con 3 concentraciones diferentes de cada metal.
Fe2+, Cd2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ y Pb2+.
Se utilizaron controles donde no se agrego el metal al agua.
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Lagunas con Macrófitas
Experiencias:
Macrófitas Vivas:
Resultados
Remoción de metal
120
Pistia
straiotes
(%)
Fe
85
Spirodel
a
intermedi
a (%)
Lemna
minor (%)
80,23
78,47
100
Porcentaje (%)
Porcentaje de metal removido desde el
agua
80
60
40
20
0
Fe
Zn
Mn
Cu
Metales
Zn
91,1
95,73
97,56
Mn
97,56
96,91
9,2
Cu
97,3
91,7
90,41
Cr
87,68
33,88
96,94
Pb
94,14
98,22
98,55
Cr
P. straiotes
Pb
S. intermedia
L. minor
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Lagunas con Macrófitas
Experiencias:
Macrófitas muertas (biosorbentes):
Se utilizaron 3 especies de macrófitas. Éstas se lavaron y se
secaron a 60°C, luego fueron pulverizadas y tamizadas.
Se suspendieron en 50 ml de solución y luego se las colocó
en un agitador durante 1,5 hr.
Se realizó en 2 etapas, 1° solución individual de cada metal
y 2° la solución con todos los metales juntos.
Los metales utilizaron fueron: Cd2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ y Pb2+.
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Lagunas con Macrófitas
Experiencias:
Macrófitas Vivas:
Resultados
La biomasa de Lemna
minor presentó el
porcentaje medio de
remoción más alto y Pistia
straiotes, el más bajo para
todos los metales.
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Lagunas con Macrófitas
Experiencias - Biosorbentes:
- Pb y Cd fueron eficientemente eliminados del agua por las
3 biomasas, a pesar de la presencia de otros metales en el
medio que competian por los sitios activos en la superficie.
- La biomasa de Lemna minor presentó el mayor % de
remoción y Pistia stratiotes el % menor para todos los
metales en estudio.
- El mecanismo responsable de la remoción de metales del
agua fue el intercambio catiónico, comportándose las 3
biomasas como intercambiadores débilmente ácidos.
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Lagunas con Macrófitas
Experiencias - Biosorbentes:
- Los biosorbentes pueden considerarse intercambiadores
naturales que principalmente contienen grupos debilmente ácidos
o básicos en su superficie. En el rango de pH 2.5-5,0, la unión de
los metales está determinada principalmente por el grado de
disociación de los grupos debilmente ácidos.
- Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+, Fe 3+ and Mn 2+ fueron liberados a la
solución acuosa mientras que H+, Cd 2+, Ni 2+, Cu 2+, Zn 2+ y Pb
2+fueron adsorbidos por la biomasa de Spirodela intermedia,
Lemna minor y Pistia stratiotes.
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Lagunas con Macrófitas
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Lagunas con Macrófitas
Conclusiones
El tratamiento de efluentes por medio de lagunas de
estabilización puede ser mejorado asociando al mismo
macrófitas flotantes.
Las macrófitas son eficientes en la remoción de materia
orgánica, nutrientes y metales pesados.
El hecho de que las macrófitas estudiadas han sido capaces
de eliminar todos los metales del agua simultáneamente,
constituye una fuerte indicación de su potencial para el
tratamiento avanzado de aguas contaminadas.
Lagunas con Macrófitas
Conclusiones
Las macrófitas acuáticas se han venido usando en las 2
últimas décadas para la remoción de metales pesados,
compitiendo con otros tratamientos secundarios.
El principal mecanismo de remoción de metales es la
adsorción por las raíces.
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