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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
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.
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).
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
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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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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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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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
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
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).
17
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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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).
20
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).
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,
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.
64
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
65
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.
66
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.
67
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
68
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
69
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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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
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