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1 INTRODUCCION La filtración lenta en arena es una

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1 INTRODUCCION La filtración lenta en arena es una
INTRODUCCION La filtración lenta en arena es una tecnología apropiada para la potabilización del agua en zonas en donde la mano de obra calificada es escasa, costosa y en donde se tiene la disponibilidad de grandes áreas para la instalación de estos sistemas. Estas son unas de las principales ventajas que son inherentes y que la hacen viable para países y comunidades que tienen bajo presupuesto para la operación y mantenimiento (1). Las desventajas que se presentan en esta tecnología son la baja capacidad para la remoción 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 principio de remoción consiste en la formación superficial de una capa biológica en donde coexisten bacterias, protozoos, algas y nemátodos entre otros, generando una relación de simbiosis en donde las algas proveen el oxigeno necesario para la supervivencia de los demás microorganismos, mientras que estos aportan el bióxido de carbono que las algas consumen (1). Los bioindicadores son organismos que se utilizan para demostrar la presencia o la ausencia de algún fenómeno que se quiera comprobar (3). En la presente investigación las algas serán utilizadas como los indicadores de taponamiento de los filtros lentos de arena de la planta de Altavista. Hay circunstancias específicas, como el aumento de la turbiedad o el incremento de microorganismos obturadores de filtros lentos, ya sean el producto de un
1 fenómeno hidrológico o climático, como fuertes lluvias o el verano intenso respectivamente, que obliga a incrementar la frecuencia del mantenimiento del sistema de filtración del corregimiento de Altavista del municipio de Medellín. Este mantenimiento consiste en remover la capa superior de arena junto con el lecho biológico y poner nuevamente en funcionamiento el filtro. La arena removida es lavada con agua potable y se almacena para una posterior colocación. Estas circunstancias generan una rápida pérdida de carga del filtro, disminuyendo así, la carrera de filtración, es decir, en donde normalmente esta puede durar entre 60 a 90 días se ha rebajado a 30 días y a veces hasta menos. La cantidad de agua potable que deben entregar los filtros lentos es de 5 litros por segundo, porque fueron diseñados para este caudal, sin embargo, hay ocasiones en las que el agua entregada es de 2 a 3 litros por segundo, por lo que si el operador necesita aumentar la cantidad producida, deberá aumentar la velocidad de filtración, lo cual genera un riesgo de deterioro en la calidad del agua producida. Finalmente, como el filtro deberá ser sometido a un mantenimiento más constante, incrementando la posibilidad de que el suministro continúo del agua potable a la comunidad se vea afectado. Por otro lado, puede ocurrir que el material filtrante no sea técnicamente apto, pues la mayoría de estas instalaciones son diseñadas siguiendo la literatura técnica aplicada en Europa. Esta situación dificulta el mantenimiento de los filtros ya que el material filtrante está especificado para aguas con bajos niveles de turbiedad y poca concentración de microorganismos. Se propone entonces que la arena a ser utilizada tenga una granulometría mayor que la utilizada en Europa, con el fin de que su porosidad sea superior, el filtro se obture menos y que al rasparlo quede dentro del lecho un inóculo que permita el crecimiento rápido de la nueva capa biológica (4). Es importante destacar que la radiación solar juega un papel importante en el crecimiento microbiano, especialmente en el crecimiento logarítmico de las algas.
2 Estos microorganismos son importantes en el proceso de tratamiento del agua, ya que aportan el oxígeno que necesitan las bacterias, los protozoos tales como los rizópodos o ciliados y los gusanos acuáticos, para degradar la materia orgánica. Cuando el número de algas es tal que supera la capacidad depuradora de la capa biológica y la relación simbiótica 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 válvulas de la planta de tratamiento (1).
3 1. GENERALIDADES DEL CORREGIMIENTO DE ALTAVISTA El corregimiento de Altavista está ubicado en la parte sur occidental del municipio de Medellín. Lo componen tres núcleos urbanos, San José del Manzanillo, el Corazón y Altavista. La zona urbana del municipio de Medellín acumula el 95% de la población; el 5% restante está distribuido en los cinco corregimientos que este municipio tiene. De este 5%, el corregimiento de Altavista aporta el 11.5% tanto en población rural como urbana, que equivale a un total de 16.901 habitantes a junio de 2004 (5) (Figura 1). Figura 1. Mapa del Corregimiento de Altavista. Fuente: ALCALDIA DE MEDELLIN, Mapas de los Corregimientos de Medellín. Medellín, 2006. p.860. pagina Web de la Alcaldía <http://www.medellin.gov. co/alcaldia/jsp/modulos/V_medellin/index.jsp?idPagina=860 >.
4 2. PLANTA DE TRATAMIENTO DE FILTRACIÓN LENTA EN ARENA La planta de filtración lenta en arena del corregimiento de Altavista (Figura 2), tiene una capacidad de tratamiento de 15.7 litros por segundo, para abastecer una población aproximada de 10.000 habitantes con una dotación diaria de 150 litros /habitante­día. Está compuesta por cuatro unidades de filtración de 27.10 metros de longitud y 3.30 metros de ancho cada una. La altura total de la caja del filtro es de 2.60 metros. La altura actual de los lechos de arena es de 1.20 metros incluido el lecho de soporte que es la grava, cuyo espesor es de 0.40 metros, es decir, que la altura de la arena es de 0.80 metros (Figura 3). Figura 2. Imagen Panorámica de la Planta de Filtración Lenta del Corregimiento de Altavista. Municipio de Medellín.
5 Filtro 2 Filtro 3 Figura 3. Imagen de los Filtros 2 y 3 en Mantenimiento. Planta de Filtración Lenta del Corregimiento de Altavista. Municipio de Medellín. La planta tiene como fuentes de abastecimiento tres quebradas: La Piedra, La Buga y Patio Bonito, siendo esta última la que aporta aproximadamente el 50% del caudal total necesario. Estas tres quebradas llegan de forma independiente a la planta y son unificadas el la cámara de aquietamiento, situada antes de un vertedero rectangular que conduce el agua hasta el prefiltro (Figura 4). Prefiltro Canal de Repartición
Figura 4. Imagen del Canal de Repartición y Prefiltro. Planta de Filtración Lenta del Corregimiento de Altavista. Municipio de Medellín. 6 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En la zona tropical, Brasil es uno de los pocos países latinoamericanos que ha realizado estudios de clasificación de los microorganismos que hacen parte de la microfauna y microflora presente en los filtros lentos de arena (FLA) y ha desarrollado técnicas para la identificación de los mismos (6). Ni la composición ni el comportamiento de estos microorganismos son los mismos para todos los países ubicados en la zona tórrida, ya que las condiciones de temperatura y sustrato disponibles en esta parte de la tierra son especiales y permiten un metabolismo y un crecimiento microbiano bastante rápido (6). La mayoría de las veces, la literatura técnica solo reporta estudios realizados en Europa o Estados Unidos (2), dando lugar a un vacío técnico y de conocimiento en lo referente al estudio específico para los sistemas que utilizan esta tecnología en Colombia. El Centro Internacional de Abastecimiento y Remoción del Agua (CINARA) ha realizado un despliegue de esta tecnología en el Valle del Cauca y parte de la zona cafetera (7), En Antioquia no se conocen trabajos realizados acerca de la clasificación de los organismos que intervienen en el tratamiento del agua por medio de la filtración lenta, ni tampoco sobre aquellos microorganismos que generan graves problemas en la obturación de los filtros, como las algas. En consecuencia cabe preguntarse: ¿Cuáles son los tipos de microorganismos algales que están presentes en la capa biológica de los filtros lentos de arena del corregimiento de Altavista?
7 4. HIPÓTESIS Los organismos algales, presentes en la capa biológica de los filtros lentos de arena en la planta del corregimiento de Altavista son los causantes de la obturación de los mismos y del incremento en su mantenimiento.
8 5. JUSTIFICACIÓN Actualmente no existen en Antioquia registros que determinen los microorganismos integrantes de la capa biológica en los filtros lentos y que participan en el tratamiento del agua para consumo humano. Tampoco se conoce cuáles son las especies de algas que obturan los filtros y qué clase de procedimientos se deben aplicar para su remoción. Por lo anterior, se hace indispensable implementar la identificación precisa los microorganismos que participan en el tratamiento biológico del agua en esta zona del país. La determinación de esta microflora permitirá comparar su composición en referencia a otros microorganismos que han sido identificados en otros países, como Brasil. Con el aislamiento y la identificación de las especies algales se podrá determinar cuáles de ellos causan obturación 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.
9 6. 6.1. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Identificar los bioindicadores causantes de la obturación en los Filtros Lentos de Arena del corregimiento de Altavista en el municipio de Medellín, para el periodo lluvioso a finales de 2005 y el periodo seco a principios de 2006. 6.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar los géneros de algas presentes en el filtro biológico, tomando como referente un área de cinco centímetros cuadrados, con el fin de hallar aquellas que son obturadoras de filtros. Determinar la concentración de los diferentes géneros de algas que están presentes en la capa biológica de los filtros lentos de arena y así determinar las posibles especies dominantes. Establecer las formas de nitrógeno y fósforo presentes en el agua natural que alimenta el filtro lento de arena y asociarlas con las especies algales que se puedan encontrar.
10 7. VARIABLES Y OPERACIONALIZACIÓN Las siguientes son las variables a tener en cuenta en la presente investigación: Clase y concentración de algas presentes en la capa biológica del filtro lento en arena. La unidad de medición es UFC/100mL de muestra. Clase y concentración de nutrientes presentes en el agua influente al filtro lento en arena. La unidad de medición es mg/L. Frecuencia de remoción de la capa biológica de los filtros lentos en arena. La unidad de medición es el número de mantenimientos/unidad de tiempo.
11 8. 8.1 MARCO TEÓRICO ANTECEDENTES La filtración lenta en arena es el sistema de tratamiento de agua más antiguo utilizado por la humanidad. Es sencillo y efectivo porque copia exactamente el proceso de purificación que se da en la naturaleza al atravesar el agua lluvia los estratos de la corteza terrestre hasta encontrar los acuíferos o ríos subterráneos (8). La primera planta de filtración lenta que se recuerda se instaló en Paisley, Escocia, en 1804 y desde entonces este tipo de sistema se ha usado ininterrumpidamente en Gran Bretaña y el resto de Europa, principalmente por su gran eficiencia en la remoción de microorganismos patógenos (4). La filtración lenta de arena ha sido proceso de tratamiento de aguas eficaz para prevenir la transmisión de la enfermedad gastrointestinal por más de 150 años, primero siendo utilizado en Gran Bretaña y más adelante en otros países europeos. La eficacia de este proceso del tratamiento de aguas fue demostrada durante la epidemia 1892 del cólera en Hamburgo, Alemania, cuando la ciencia de la microbiología estaba en sus primeros años de desarrollo. Según lo descrito por Gainey y colaboradores (1952), el brote de la enfermedad implicó dos ciudades Altona y Hamburgo, ya que ambas utilizaron el río Elba como fuente del agua potable. Altona, localizado aguas abajo recibía el producto del agua de las descargas de la alcantarilla de Hamburgo, se esperaba una situación similar del
12 brote, pero Altona utilizó la filtración lenta de arena para purificar el río Elba. Hamburgo, careciendo de filtros lentos de arena, presentó la parte más recia del brote, con 8605 muertes. Gainey y colaboradores (1952), obtuvieron los índices de mortalidad del cólera como 1344 por 100.000 habitantes en Hamburgo y 230 por 100.000 habitantes en Altona. Atribuyendo un gran porcentaje de las muertes por cólera en Altona a las infecciones que ocurrieron en Hamburgo. Este acontecimiento ilustra la eficacia de los filtros de arena lentos para controlar los contaminantes microbiológicos aun cuando el personal carecía de una comprensión moderna en microbiología (9). Durante el presente siglo se desarrolló el filtro rápido que, comparativamente con el filtro lento, requiere de áreas más pequeñas para tratar el mismo caudal y por lo tanto tiene menor costo inicial, aunque es más costoso y complejo de operar. Las nuevas tecnologías calificaron como obsoleto al filtro lento, al ser más simple que cualquiera de las innovaciones más recientes, pues se supuso que debía ser necesariamente inferior. Paradójicamente, pese a ser el sistema de tratamiento más 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 conocer profundamente este complejo proceso que se desarrolla en forma natural, sin la aplicación de ninguna sustancia química, pero que requiere de un buen diseño, así como de una operación apropiada y un mantenimiento cuidadoso para no afectar el mecanismo biológico del filtro y reducir la eficiencia de remoción microbiológica (11).
13 8.2. CONCEPTUALIZACION 8.2.1. Comportamiento del filtro lento: la filtración biológica (o filtración lenta) se consigue al hacer circular el agua cruda a través de un manto poroso de arena. Durante el proceso las impurezas entran en contacto con la superficie de las partículas del medio filtrante y son retenidas, desarrollándose adicionalmente, procesos de degradación química y biológica que reducen la materia retenida a formas más simples, las cuales son llevadas en solución o permanecen como material inerte hasta un subsiguiente retiro o limpieza (12). Los procesos que se desarrollan en un filtro lento se complementan entre sí, actuando en forma simultánea, para mejorar las características físicas, químicas y bacteriológicas 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 filtración adoptadas. En este tiempo, las partículas más pesadas que se encuentran en suspensión se sedimentan y las partículas más ligeras se pueden aglutinar, llegando a ser más fácil su remoción posterior. Durante el día y bajo la influencia de la luz del sol se produce el crecimiento de algas, las cuales absorben dióxido de carbono, nitratos, fosfatos y otros nutrientes del agua para formar material celular y oxígeno. El oxígeno así formado se disuelve en el agua y entra en reacción química con las impurezas orgánicas, haciendo que éstas sean más asimilables por los microorganismos (12). En la superficie del medio filtrante se forma una capa, principalmente de origen orgánico, conocida con el nombre de schmutzdecke o “piel de filtro”, a través de la cual pasa el agua, antes de llegar al propio medio filtrante. El schmutzdecke está formado principalmente por algas y otras numerosas formas de vida, tales como plankton, diatomeas, protozoarios, rotíferos y bacterias. La acción intensiva de estos microorganismos atrapa, digiere y degrada la materia orgánica contenida en
14 el agua. Las algas muertas, así como las bacterias vivas del agua cruda son consumidas en este proceso. Al mismo tiempo que se degradan los compuestos nitrogenados se oxigena el nitrógeno. Algo de color es removido y una considerable proporción de partículas inertes en suspensión son retenidas por cernido (12). Habiendo pasado el agua a través del schmutzdecke, entra al lecho filtrante y es forzada a atravesarlo en un tiempo que normalmente toma varias horas, desarrollándose un mecanismo físico de cernido que constituye una parte del proceso total de purificación. Una de las propiedades más importantes del manto filtrante es la adherencia, fenómeno resultante de la acción de fuerzas electrostáticas, acciones químicas y atracción de masas. Para apreciar la magnitud e importancia de este fenómeno, es necesario visualizar que un metro cúbico de arena con las características usuales para filtros lentos tiene una superficie de granos de cerca de 15,000 m 2 . Cuando el agua pasa entre los granos de arena con un flujo laminar (el cual cambia constantemente de dirección) se facilita la acción de las fuerzas centrífugas sobre las partículas y la adherencia a la superficie de los granos de arena (12). En los poros o espacios vacíos del medio filtrante (los cuales constituyen aproximadamente el 40% del volumen) se desarrolla un proceso activo de sedimentación, fenómeno que se incrementa apreciablemente por la acción de fuerzas electrostáticas y de atracción de masas (12). Debido a los fenómenos enunciados anteriormente, la superficie de los granos de arena es revestida con una capa de una composición similar al schmutzdecke, con bajo contenido de algas y partículas, con un alto contenido de microorganismos, bacterias, bacteriófagos, rotíferos y protozoarios; todos ellos se alimentan y absorben las impurezas y residuos de los otros. Este revestimiento biológico es activo hasta los 0.40 m de profundidad en el medio filtrante. Predominan diversas
15 formas de vida en las diferentes profundidades y se desarrolla una mayor actividad biológica cerca de la superficie del manto filtrante, donde las condiciones son óptimas y existe una gran cantidad de alimento (12). El alimento consiste esencialmente en partículas de origen orgánico, llevadas por el agua. El revestimiento orgánico mantiene a las partículas que se encuentran en suspensión hasta que se degrada la materia orgánica y es asimilada por el material celular, el cual a su vez es asimilado por otros organismos y convertido en materia inorgánica, bióxido de carbono, nitratos, fosfatos y sales que son arrastradas posteriormente por el agua (12). En el extremo final del manto filtrante disminuye la cantidad de alimento, encontrándose otro tipo de bacterias, las cuales utilizan el oxígeno disuelto en el agua y los nutrientes que se encuentran en solución (12). Como consecuencia de los procesos indicados anteriormente, un agua cruda que ingresa en el filtro lento con sólidos en suspensión en estado coloidal y amplia variedad de microorganismos y complejas sales en solución sale virtualmente libre de tales impurezas y con bajo contenido de sales inorgánicas. En el proceso de filtración biológica, no sólo se han eliminado los organismos nocivos o peligrosos, sino también los nutrientes en solución, los cuales podrían facilitar el subsiguiente crecimiento microbiano (12). Por lo general, el efluente obtenido en este proceso tiene bajo contenido de oxígeno disuelto y alto contenido de bióxido de carbono, por lo que se requiere un proceso de aireación posterior para mejorar ambas características (12). Como el rendimiento del filtro lento depende principalmente del proceso biológico, mientras la capa biológica se desarrolla, la eficiencia es baja, mejorando a medida que progresa la carrera de filtración, proceso que se conoce con el nombre de “maduración del filtro” (12).
16 8.2.2. Mecanismos de remoción: desde el punto de vista microbiológico, a mayor población de algas y protozoos en el medio filtrante, puede haber mayor eficiencia de remoción de coliformes fecales. Para una remoción de 0.5 logs de coliformes fecales, se presentó una población de protozoos de 3 logs/cm 3 de arena y una población de algas de 4.2 logs/cm 3 de arena; mientras que para la remoción de 3 logs de coliformes fecales las poblaciones de protozoos fueron de 5.5 logs/cm 3 de arena y una población de algas de 6.8 logs/cm 3 de arena. Adicionalmente, la población de protozoarios en el medio filtrante puede estar actuando como control del crecimiento de las bacterias porque estos las depredan (13). Ahora bien, los mecanismos de transporte y adherencia que actúan sobre las partículas acarreadas por el agua en el proceso de remoción por filtración lenta(Tabla 1), son los mismos que actúan en el proceso de filtración rápida, la diferencia fundamental está en el mecanismo biológico adicional que actúa en el filtro lento. Mientras que en el filtro rápido los microorganismos quedan entre el lodo retenido en el lecho filtrante y salen del filtro con el agua de lavado, quedando nuevamente liberados, en el filtro lento mueren como consecuencia del proceso de degradación biológica (1).
17 Tabla 1. Partículas Encontradas en el Agua. Categoría Grupo/Nombre ­ Arcilla (coloidal) Mineral Tamaño (micrones) 0.001 – 1.0 ­ Silicatos ­ No silicatos: Fe, Ca, Al, Mg, etc. ­ Virus ­ Bacterias 0.01 – 0.1 0.3 – 10 ­ Quistes de Giardia lamblia Biológica 10 ­ Algas unicelulares 30 – 50 ­ Huevos de parásitos 10 – 50 ­ Huevos de nemátodos ­ Cryptosporidium oocysts ­ Pequeños desechos amorfos Otras partículas ­ Grandes desechos amorfos ­ Coloides orgánicos 10 4 – 5 1 – 5 25 – 500 ­­ Fuente: AWWA, 1991 citado por CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José, Manual I, II y III: Teoría y Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima, OPS/CEPIS, 1992. 8.2.3. Mecanismos de transporte: esta etapa de remoción, básicamente hidráulica, ilustra los mecanismos mediante los cuales ocurre la colisión entre las partículas y los granos de arena. Estos mecanismos son principalmente: intercepción, sedimentación y difusión. Para comprenderlos hay que considerar primero la forma en que el fluido se comporta alrededor de un grano de arena, considerado como una obstrucción al paso del agua. La Figura 5, muestra cómo el modelo de flujo de un fluido (el cual puede ser representado en términos de líneas de flujo) es alterado por la presencia de un grano de arena idealizado en la Figura 5 como una esfera (1).
18 Si una partícula (representada en la Figura 5 por un círculo negro) es llevada por las líneas de flujo, puede colisionar con un grano de arena, adherirse a él y de este modo ser removida mediante uno de estos cinco mecanismos (1). Figura 5. Mecanismos de transporte. Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José, Manual I, II y III: Teoría y Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima, OPS/CEPIS, 1992. Cernido: el mecanismo de cernido actúa exclusivamente en la superficie de la arena y sólo con aquellas partículas de tamaño mayor que los intersticios de la arena. Su eficiencia es negativa para el proceso porque colmata rápidamente la capa superficial, acortando las carreras de filtración. Los sólidos grandes, especialmente material filamentoso como las algas clodóferas, forman una capa esponjosa sobre el lecho que mejora la eficiencia del cernido, actuando como un prefiltro sobre el lecho de arena, protegiéndolo de una rápida colmatación y permitiéndole cumplir con su función de filtración a profundidad (1).
19 Intercepción: es una de las formas en que las partículas pueden colisionar con los granos de arena. La intercepción solamente puede ocurrir si la partícula conducida por las líneas de flujo se acerca al grano de arena, de modo que roce la superficie de éste. Cuando más grande es la partícula, será más factible que ocurra la intercepción (Figura 5(a)) (1). Sedimentación: la fuerza de gravedad actúa sobre todas las partículas, produciendo la componente vertical de la resultante de la velocidad de conducción, la cual puede causar la colisión de la partícula con el grano de arena. Su influencia es perceptible solamente con partículas mayores de 10 mm. (Figura 5(b)) (14). Difusión: es el tercer mecanismo de transporte representativo en la filtración lenta. La energía térmica de los gases y líquidos se pone de manifiesto en un movimiento desordenado de sus moléculas. Cuando esas moléculas colisionan con una pequeña partícula, ésta también empieza a moverse en forma descontrolada, en una serie de pasos cortos, a menudo denominados de “andar desordenado” (14). Si la partícula es conducida por las líneas de flujo, la difusión puede cambiar su trayectoria, moviéndose de una línea de flujo a otra, pudiendo eventualmente colisionar con un grano de arena. Como se puede inferir, cuanto más baja es la velocidad del flujo, más pasos podrá dar la partícula por unidad de tiempo. Por lo tanto, la probabilidad de colisión aumenta a medida que la velocidad intersticial decrece. Asimismo, a medida que la temperatura se incrementa, aumenta también la energía térmica, por consiguiente, el número de pasos por unidad de tiempo y la probabilidad de colisión. La difusión es un mecanismo importante con partículas de tamaño menor a 1 mm (Figura 5 (c)) (14).
20 Flujo intersticial: las líneas de flujo mostradas en la Figura 6, han sido idealizadas para un solo grano de arena. En una porción de lecho filtrante con granos de arena, las líneas de flujo tienen una configuración más tortuosa, como se indica en la Figura 6. Por definición, el flujo entre dos líneas cualesquiera de corriente es similar y el espacio dentro del cual discurren se denomina conducto cilíndrico. La configuración de estos conductos cilíndricos es tortuosa, se bifurca, se unen y se vuelven a bifurcar en diferentes puntos. Este cambio continuo de dirección del flujo crea mayor oportunidad de colisión, al cruzarse constantemente las partículas y los granos de arena (14). Figura 6. Líneas de Flujo en el Interior del Lecho Filtrante (1). Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José, Manual I, II y III: Teoría y Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima, OPS/CEPIS, 1992. Como se indica en la Figura 6, si una partícula es conducida por las líneas de flujo intersticial, será más probable que en cualquier punto durante su paso entre los granos de arena choque contra uno de ellos. La posibilidad de chocar dentro de un tramo dado su trayectoria depende de la dimensión de los granos de arena, de la velocidad intersticial y de la temperatura. Cuanto más pequeños los granos de arena, mayor probabilidad de colisión. La porosidad del medio es mayor, por lo tanto, hay mayor cantidad de conductos,
21 produciéndose mayor número de bifurcaciones. Asimismo, cuanto más baja la velocidad intersticial, mayor posibilidad de colisionar. Como se indicó previamente, las velocidades más bajas permiten mayor oportunidad de colisión por unidad de distancia con el mecanismo de difusión. Sin embargo, a medida que la velocidad intersticial se incrementa, hay un punto por encima del cual la velocidad ya no influye aunque siga aumentando. Finalmente, las temperaturas altas intensifican el mecanismo de difusión, produciéndose una mayor probabilidad de colisión (14). Probabilidad de colisión: todo el análisis efectuado hasta ahora está estrechamente relacionado con la oportunidad de colisión entre una partícula y un grano de arena, expresado mediante el coeficiente h. El número de colisiones por unidad de desplazamiento determina el potencial de remoción mediante la filtración. La remoción final dependerá de que se produzca la adherencia (12). 8.2.4. Mecanismo de adherencia: sólo cuando se produce la adherencia, hay remoción. La fracción de partículas que se adhieren en relación con el número de colisiones, por definición es el coeficiente a. El desarrollo de la película biológica proporciona a los granos de arena una superficie absorbente que favorece la adherencia. Otra suposición es que las enzimas extracelulares coagulan las partículas permitiendo así la adherencia (12). Se desconoce en qué situaciones aumenta o disminuye el valor de a. Cuando el filtro comienza a funcionar y antes de que se desarrolle la película biológica la remoción de coliformes es cercana a cero y por lo tanto a = 0. Después de que la película biológica se ha desarrollado, la tasa de remoción es del orden de 2 a 4 logaritmos, encontrándose el coeficiente a cercano a 1.0. Esto indica la importancia de la película biológica en la eficiencia del filtro lento. Los microorganismos pueden morir o ser ingeridos por los predadores, antes de que logren alcanzar una superficie absorbente. Por lo tanto, la remoción indicada
22 puede deberse a muerte o predación adicional a la adherencia. Sin embargo, luego de producida la adherencia ocurrirá inevitablemente la predación y la muerte (15). El filtro se considera “maduro” cuando la película biológica ha llegado a su máximo desarrollo para las condiciones existentes. El límite máximo de desarrollo de la película biológica no está aún definido, necesitándose mayor investigación al respecto para obtener esta importante información (12). No obstante, investigaciones han demostrado que el límite máximo de desarrollo de la capa biológica se relaciona con el contenido de nutrientes en el agua cruda (16). Puede esperarse que los filtros lentos que tratan aguas con bajo contenido de nutrientes presenten una remoción de coliformes fecales del orden de 2 log, después de producirse la maduración de la película biológica. En cambio, con aguas ricas en nutrientes es de esperar que se obtengan remociones del orden de 3 log, evidenciándose en otros casos eficiencias de remoción de hasta 4 log (16). 8.2.5. Mecanismo biológico: tal y como se indicó anteriormente, la remoción total de partículas en este proceso se debe al efecto conjunto de los mecanismos de adherencia y biológico (1). Al iniciarse el proceso, las bacterias predadoras o benéficas transportadas por el agua pueden multiplicarse, contribuyendo a la formación de la película biológica del filtro y utilizando como fuente de alimentación el depósito de materia orgánica. Estas bacterias oxidan dicha materia para obtener la energía que necesitan para su metabolismo (desasimilación) y convierten parte de ésta en material necesario para su crecimiento (asimilación). Así, las sustancias y materia orgánica muerta
23 son convertidas en materia viva. Los productos de desasimilación son llevados por el agua a profundidades mayores para ser utilizados por otros organismos (1). El contenido bacteriológico está limitado por el contenido de materia orgánica en el agua cruda y es acompañado de un fenómeno de mortalidad concomitante, durante el cual se libera materia orgánica para ser utilizada por las bacterias de las capas más profundas y así sucesivamente. De este modo, la materia orgánica degradable presente en el agua cruda es gradualmente descompuesta en agua, bióxido de carbono y sales relativamente inocuas, tales como sulfatos, nitratos y fosfatos (proceso de mineralización) los cuales son descargados en el efluente de los filtros (10). La actividad bacteriológica descrita es más 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, siendo necesario un nuevo período de maduración del filtro hasta que se logre desarrollar la actividad bacteriológica necesaria. A partir de los 0.30 a 0.50 m de profundidad, la actividad bacteriológica disminuye o se anula (dependiendo de la velocidad de filtración); en cambio, se realizan reacciones bioquímicas que convierten a los productos de degradación microbiológica (tales como aminoácidos) en amoníaco y a los nitritos en nitratos (nitrificación) (1). 8.2.6. Factores que modifican la eficiencia del filtro lento: estos factores pueden clasificarse como de diseño, operación y ambientales; del comportamiento de estos dependerá la eficiencia del proceso (Tabla 2).
24 Tabla 2. Variables del Proceso que Afectan la Eficiencia de la Filtración Lenta. Clasificación Variables ­ Tasa de velocidad Condiciones de diseño ­ Tamaño de la arena d10 y C.U. ­ Pérdida de carga permitida ­ Profundidad del lecho de arena (máxima y mínima) ­ Frecuencia de raspados ­ Tiempo en que el filtro está fuera de operación después del raspado Parámetros de ­ Mínima altura de lecho permitida operación ­ Tiempo de maduración del filtro ­ Variaciones de flujo ­ Edad y tipo del schmutzdecke ­ Distancia entre la capa de hielo y el lecho de arena (en climas muy fríos) ­ Temperatura del agua ­ Calidad del agua cruda Condiciones ambientales del agua cruda ­ Clase de microorganismos presentes ­ Concentración de microorganismos ­ Tipo y concentración de algas ­ Magnitud y tipo de turbiedad ­ Concentración y tipo de compuestos orgánicos ­ Concentración y tipo de nutrientes Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José, Manual I, II y III: Teoría y Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima, OPS/CEPIS, 1992.
25 8.2.7 Condiciones ambientales y calidad del agua cruda: las condiciones del agua cruda que más afectan la eficiencia del filtro son la temperatura, la concentración de nutrientes y de sustancias tóxicas y afluentes con turbiedad y color altos (1). Temperatura: en condiciones ambientales extremas se han detectado eficiencias en la remoción entre 0 y 90%. La eficiencia de remoción de bacterias coliformes fecales puede reducirse al 99% a 20º C, y al 50% a 2º C; permaneciendo inalterables todas las condiciones restantes (13). En filtros operando con velocidades de 0.3 m/h y temperaturas de 4º 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, obteniéndose filtrados con concentraciones de coliformes fecales menores de 10 UFC/100mL (13). En Suiza, Holanda y otros países desarrollados de Europa y cuyas 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 afluentes asocian una baja temperatura y concentración de nutrientes, el lecho del filtro puede demorar varios meses en madurar y alcanzar su máxima eficiencia de remoción bacteriológica (13). Concentración de nutrientes: La velocidad de desarrollo de la formación biológica en el filtro depende de la concentración de nutrientes en el agua, debido a que ésta es la fuente de alimentación de los microorganismos. Experimentos realizados incrementando los nutrientes en un filtro, indican que la formación de la capa biológica se acelera activamente, en comparación, con otro similar operando con la misma calidad de agua (1).
26 Concentraciones altas de turbiedad y color: La capacidad de los filtros lentos para reducir la turbiedad y el color es muy limitada. El agua cruda no debe sobrepasar de 10 a 20 unidades nefelométricas de turbiedad (UNT) por períodos prolongados, pudiendo aceptarse picos de 50 a 100 UNT por pocas horas, debido a que causan enlodamiento de la superficie del filtro, reduciendo la capacidad de remoción de la formación biológica del filtro y reduciendo dramáticamente la duración de la carrera de filtración. En los casos en que los filtros se están raspando cada dos o tres días por esta causa, además de afectar la calidad del agua producida, incrementa en forma exagerada los costos de operación y mantenimiento (1). En cuanto a color verdadero, la capacidad de remoción del filtro lento se limita a 40 ó 50 unidades de color (UC). Estos aspectos se pueden controlar anteponiendo al filtro lento (Figura 7) tantos procesos como sea necesario para adecuar el afluente a los límites de turbiedad estipulados para el filtro (1). Figura 7. Filtro Lento para el Medio Rural (CEPIS, 1982). Fuente: CANEPA DE VARGAS, Lidia, PEREZ, José, Manual I, II y III: Teoría y Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima, OPS/CEPIS, 1992.
27 8.2.8 El schmutzdecke definido: el schmutzdecke se deriva de la palabra alemana que significa “capa sucia”. Esta película pegajosa, que es de color rojizo, se forma de la descomposición de la materia orgánica, hierro, manganeso y sílice y por otras acciones del filtro fino que contribuyen a la remoción de partículas coloidales finas en el agua cruda. El schmutzdecke también está en la zona inicial de la actividad biológica, proporcionando una cierta degradación de orgánicos solubles en el agua cruda, que es útil para reducir el sabor, los olores y el color (17). 8.2.9. Procesos de la purificación en el schmutzdecke y la zona biológica: las condiciones encontradas dentro de un filtro lento de arena son generalmente inadecuadas para la multiplicación de bacterias intestinales. Estas, que normalmente crecen a la temperatura corporal de 37° C, no prosperan en las temperaturas debajo de 30° C. Además, generalmente la capa filtrante no contiene mucha materia orgánica del origen animal para satisfacer sus necesidades alimenticias y también hay en el filtro competición por el alimento de otros microbios, mientras que en profundidades más bajas el alimento llega a ser incluso más escaso de modo que mueren de hambre, particularmente a temperaturas más altas cuando su tasa metabólica 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 células. Finalmente, aunque relativamente pocos datos cuantitativos están disponibles, se sabe que los microorganismos en un filtro lento de arena, producen varias sustancias que actúan como venenos químicos o biológicos a las bacterias intestinales. Los efectos combinados de este ambiente selectivamente hostil dan lugar a la muerte y a la inactivación de muchos microorganismos patógenos. El resultado total es una reducción sustancial en el número de E. coli, y una mayor disminución proporcional uniforme de patógenos. Este efecto llega a ser mayor mientras que la flora y la fauna del filtro se convierten en presencia del alimento, del oxígeno y de las temperaturas convenientes (1).
28 8.2.10. Manteniendo el lecho húmedo: para la supervivencia de los microorganismos dentro de la zona biológica, la arena se debe mantener mojada. La capa filtrante de arena se mantiene mojada por el diseño del filtro, donde el nivel de tubo de salida se hace sobre el nivel de la arena. Esto asegura que la capa filtrante no se seque (1). 8.2.11. Suministro de alimentos: para la supervivencia de los microorganismos dentro de la zona biológica, necesita tener una fuente de alimento en el agua cruda. Un inóculo biológico en el filtro con agua cruda asegura una filtración biológica más eficiente (18). 8.2.12. Fuente de Oxígeno: para la supervivencia de los microorganismos dentro de la zona biológica, necesita tener una fuente de oxígeno. El oxígeno se utiliza en el metabolismo de componentes biodegradables, la inactivación y el consumo de patógenos. Si el oxígeno baja a cero durante la filtración ocurre la descomposición anaerobia, con la producción consiguiente del sulfuro del hidrógeno, del amoníaco y producir sustancias que transfieren sabor y olor, que junto con el hierro y el manganeso disueltos, hacen del agua tratada inadecuada para el lavado de ropa y otros propósitos. Así el contenido medio en oxígeno del agua filtrada no debe caer debajo de 3 mg/L. Para evitar la caída de la concentración del oxígeno se puede airear el agua cruda o realizar pre­tratamiento para bajar su demanda del oxígeno (1). Encontrar una manera de permitir mucha transferencia del oxígeno para sostener la capa biológica es esencial en el diseño del filtro de arena lento de paso intermitente. El estudio fue realizado en 1995 y determinó un modelo matemático para describir la difusión de la transferencia del oxígeno en la bio­capa del filtro (19).
29 8.2.13. Tiempo de contacto: para la oxidación bioquímica satisfactoria de la materia orgánica por los microorganismos en la capa biológica, se debe permitir un tiempo suficientemente largo, el contacto con el lecho de arena. El tiempo adecuado se asegura, guardando el índice de filtrado bajo. Una forma de hacer esto es reducir la cabeza de la presión (carga hidráulica) del agua encima de la arena y otra, aumentar la profundidad de la arena. Desde la descarga se relaciona la pérdida de la cabeza y la longitud de la columna de la arena (20). 8.3. CONCENTRACIÓN DE ALGAS Las algas pueden llegar al filtro procedente de los ríos, lagos y presas que alimentan estos sistemas. Son parte constituyente del schmutzdecke y en concentraciones de 2400 organismos por cada gramo de arena (21), su efecto es beneficioso para el funcionamiento del filtro (1). Las algas mantienen el equilibrio biológico produciendo el oxígeno que requieren los predadores para su desarrollo y consumiendo el anhídrido carbónico que estos exhalan; además de actuar como un prefiltro sobre la superficie de la arena (1). Sin embargo, bajo ciertas condiciones particularmente relacionadas con la disponibilidad de luz y nutrientes, como presencia de fosfatos y nitratos en el agua, pueden producirse sobre crecimientos de algas. Estos florecimientos o blooms de algas pueden crear serios problemas de operación y calidad al agua tratada, tales como bloqueo o colmatación prematura del lecho filtrante, producción de olor y sabor, incremento en la concentración de sustancias orgánicas solubles y biodegradables en el agua, incremento de las dificultades asociadas con la precipitación de carbonato de calcio y desarrollo de condiciones anóxicas. Además, la carrera del filtro puede reducirse a un sexto de su período normal
30 debido a un exagerado crecimiento de algas, aún en climas templados como el de Gran Bretaña (1). Durante su actividad fotosintética, las algas pueden reducir la capacidad buffer natural o amortiguadora del agua y el pH puede elevarse considerablemente, aún por encima de 10 u 11, como consecuencia de esto, el hidróxido de magnesio y de calcio puede precipitar sobre los granos de arena, afectando la eficiencia del proceso y las condiciones de operación del filtro (1). El control a las algas es difícil, pero puede solucionarse controlando los nutrientes en la fuente y el efecto de la luz al cubrir los reservorios de agua cruda. En Europa este problema se obvia techando los filtros, encontrando que la falta de luz no afecta mayormente el proceso y la reducción de las algas permite operar con tasas de filtración más altas (1). 8.4. LAS ALGAS Las algas son un grupo de organismos de estructura simple que producen oxígeno al realizar el proceso de la fotosíntesis, proceso en el cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química. Aunque la mayoría de las algas son microscópicas como las diatomeas también las hay visibles a simple vista como las algas marinas y las no marinas. Las algas pueden estar tanto en el agua como en la tierra, pueden vivir en simbiosis con hongos creando líquenes; la simbiosis es un proceso en el que dos organismos cooperan para obtener un beneficio mutuo. Ciertas algas han evolucionado hacia la pérdida de su capacidad fotosintética (2).
31 8.4.1. Clasificación de las algas: la división más simple de estos microorganismos podría ser las formas móviles y las formas inmóviles. Los biólogos suelen utilizar un sistema de clasificación que las distribuye en reinos diferentes. Las investigaciones actuales sugieren que existen, al menos, dieciséis líneas filogenéticas, grupos de organismos con un antepasado común, o divisiones. Las líneas filogenéticas de las algas se definen según determinadas características: (1). Ø La composición de la pared celular. Ø Los pigmentos fotosintéticos. Ø Los productos de reserva. Ø Los flagelos de las células móviles. Ø La estructura del núcleo, el cloroplasto, el pirenoide, zona del cloroplasto que participa en la formación de almidón; y la mancha ocular, orgánulo constituido por una gran concentración de lípidos. Las algas procarióticas, que carecen de membrana nuclear, se clasifican en el reino Móneras. Las formas unicelulares de las algas eucarióticas, que tienen su núcleo rodeado por una membrana, se incluyen en el reino Protistas, al igual que las líneas filogenéticas con formas pluricelulares, aunque según ciertas clasificaciones estas últimas se incluyen en el reino vegetal (1). Una hipótesis apunta a que los orgánulos de las células de las algas han evolucionado a partir de endosimbiontes (1). 8.4.2. Líneas filogenéticas: en la división de las algas se han definido dieciséis líneas filogenéticas: Ø Algas verde azuladas o azules (cyanoprokariota): Las algas verde azuladas también son llamadas bacterias verde azuladas porque carecen
32 de membrana nuclear como las bacterias. Sólo existe un equivalente del núcleo, el centroplasma, que está rodeado sin límite preciso por el cromatoplasma periférico coloreado. El hecho de que éstas se clasifiquen como algas en vez de bacterias es porque liberan oxígeno realizando una fotosíntesis similar a la de las plantas superiores. Ciertas formas tienen vida independiente, la mayoría se agrega en colonias o formando filamentos. Su color varía desde verde azulado hasta rojo o púrpura dependiendo de la proporción de dos pigmentos fotosintéticos especiales: la ficocianina (azul) y la ficoeritrina (rojo), que ocultan el color verde de la clorofila. Mientras que las plantas superiores presentan dos clases de clorofila llamadas A y B, las algas verde azuladas contienen sólo la de tipo A, ésta no se encuentra en los cloroplastos, sino que se distribuye por toda la célula. Se reproducen por esporas o por fragmentación de los filamentos pluricelulares. Las algas verde azuladas se encuentran en hábitats diversos de todo el mundo. Abundan en la corteza de los árboles, rocas y suelos húmedos donde realizan la fijación de nitrógeno. Algunas coexisten en simbiosis con hongos para formar líquenes. Cuando hace calor, algunas especies forman extensas y, a veces, tóxicas floraciones en la superficie de charcas y en las costas. En aguas tropicales poco profundas, las algas llegan a constituir unas formaciones curvadas llamadas estromatolitos, cuyos fósiles se han encontrado en rocas formadas durante el precámbrico, hace más de 3.000 millones de años. Esto sugiere el papel tan importante que desempeñaron estos organismos cambiando la atmósfera primitiva, rica en dióxido de carbono, por la mezcla oxigenada que existe actualmente. Ciertas especies viven en la superficie de los estanques formando las “flores de agua” (1). Ø Algas verdes (chlorophyta): Se cuentan entre los organismos más antiguos; la primera alga verde aparece en el registro fósil hace más de 2.000 millones de años. Se les considera predecesoras de las plantas verdes terrestres. Las algas verdes se asemejan a las plantas superiores en
33 que tienen clorofila A y B y almidón como material de reserva. La mayoría son unicelulares móviles o no, coloniales o pluricelulares. Las especies unicelulares móviles se desplazan en el agua gracias a los flagelos. Las especies inmóviles pueden generar células reproductoras móviles, es decir, zoosporas. Tanto las móviles como las inmóviles pueden vivir aisladas o reunirse en colonias; a menudo, éstas tienen forma determinada y un número fijo de células, todas ellas iguales, y constituyen un cenobio o una comunidad celular. La mayoría de estas algas posee paredes celulares con dos capas, una interna de celulosa y otra externa con pectina, sustancia blanca amorfa que producen algunas plantas. Muchos clorófitos unicelulares se agrupan en filamentos y son visibles como musgo de río o verdín de charca. En hábitats marinos las más desarrolladas se componen de sifones plurinucleados y alcanzan una longitud de 10 metros. Un género tiene las paredes celulares impregnadas con una forma de carbonato de calcio llamada aragonita y contribuye de modo importante a la formación de los arrecifes de coral. Las algas verdes se localizan también en el suelo húmedo, adheridas a las plantas terrestres (algunas de éstas son parásitas), e incluso en la nieve y el hielo. Las formas marinas son fáciles de ver en las rocas costeras cuando baja la marea. Algunas especies terrestres de algas viven en simbiosis con los hongos (líquenes). Las algas verdes se reproducen de forma vegetativa (por fragmentación y división celular), asexual (por esporas y zoosporas), y sexual por conjugación; y en muchas especies se da la alternancia de generaciones. Las algas verdes tienen una enorme importancia ya que constituyen una fuente de alimento (plancton) para otros organismos acuáticos y contribuyen al aporte de oxígeno atmosférico. Cuando la población de caráceas (algas de agua dulce) aumenta demasiado provocan mal olor y en charcas y lagos contaminados por nitratos y fosfatos aparece en el agua una espuma densa y maloliente y se produce un drástico descenso del oxígeno disponible, necesario para otras formas de vida acuática (1).
34 Ø Diatomeas (bacillariophyta): Las diatomeas son organismos unicelulares, pueden unirse en colonias con forma de tallo o ramificadas. Las células de las diatomeas son completas. Tienen membrana, núcleo, cromatóforos, dos vacuolas que se reparten el líquido intracelular, entre otros. En tales células no se acumula almidón, sino gotas de aceite. Lo más notable de estas plantas es la membrana que las envuelve y las protege, constituida por una modificación de la celulosa impregnada de una combinación silícica; esta especie de caparazón, el frústulo, se compone de dos piezas que encajan una en otra por sus bordes, como una caja y su tapadera. En muchas diatomeas existe una línea sinuosa que recorre la valva (rafe) que va de un nódulo extremo a otro, interrumpida por un nódulo central. El sílice les confiere rigidez y origina patrones de estrías, esculpidos de manera complicada, que suelen servir como rasgos para su identificación. El citoplasma contiene la clorofila verde, se mezcla con la xantofila (de color amarillento), la carotina y con el fucoxantina y confieren a las diatomeas su apariencia castaño­dorada con una pigmentación similar, aunque no idéntica, a la de las algas pardas. Su reproducción generalmente es por división celular. Las cubiertas se separan y cada mitad segrega otra un poco más pequeña que encaja con la anterior. Las divisiones celulares sucesivas van produciendo células de menor tamaño, hasta que se alcanza una talla mínima. Periódicamente se originan células de la talla del organismo original por reproducción sexual (1). Estas algas se encuentran principalmente en charcas de agua dulce o en las capas superficiales de los océanos, donde constituyen un componente principal del plancton del que depende la vida marina; y en suelos húmedos. Pueden flotar formando parte del plancton o fijarse a rocas u otras superficies. Los restos fósiles de las conchas de las diatomeas se llaman tierra de diatomeas, que se usa como abrasivo y filtrante. Existen dos tipos de diatomeas: (1).
35 Ø Céntricas: tiene la valva circular y las grabaduras o estrías van desde el centro hasta los bordes. Carece de rafe y abunda en los mares. Junto a los flagelados vegetales, constituyen el principal componente del plancton vegetal. Ø Pennadas: en general son alargadas o elípticas, 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 pluma de un pájaro. Ø Otras líneas filogenéticas de algas: Se han definido, al menos, otras once líneas filogenéticos de algas. La mayoría son organismos flagelados unicelulares o miembros de colonias. Los dinoflagelados (Pyrrophyta) son mayoritariamente marinos. Desempeñan un papel destacado como productores primarios en la red trófica, son más conocidos porque originan la marea roja, crecimiento explosivo de ciertas especies que introducen toxinas en el medio (1). Los cocolitopóridos, miembros de la división Prymnesiophyta o Haptophyta, tienen unas escamas calcificadas complejas llamadas cocolitos unidas a sus cuerpos celulares. Los cocolitos fosilizados que forman acantilados blancos, son importantes en el estudio geológico de los estratos (capas de roca sedimentaria) (1). Otras líneas filogenéticas de algas con miembros fotosintéticos son Chrysophyta, Xanthophyta (Tribophyta), Eustigmatophyta, Raphidophyta, Cryptophyta, Euglenophyta y Prasinophyta (1).
36 8.5. ALGAS OBTURADORAS DE FILTROS Al pasar el agua por el filtro de arena los espacios que quedan entre los granos se llenan de partículas coloidales y sólidas, que habían estado dispersas en el agua. Si el agua cruda procede de una fuente superficial, como un depósito, embalse o corriente, las algas que invariablemente se encuentran presentes, aparecerán en el material acumulado en el filtro de arena. A menudo son la causa primaria del taponamiento del filtro (2). En la mayoría de los lugares, las algas y otras materias en particular son lo suficientemente abundantes durante todo el año para definir que el agua sea tratada con coagulantes antes de dirigirla directamente a los filtros. Sin este tratamiento preliminar, el filtro se obstruiría tan rápidamente que sería poco económico usarlo (2). En los filtros lentos las algas y otros microorganismos acuáticos pueden desempeñar un papel útil en el proceso de purificación. Forman una capa suelta y limosa en la superficie de la arena, que actúa por si misma como filtro. Las algas de esta capa liberan oxígeno durante la fotosíntesis y el oxígeno 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 descomposición o estabilización de la materia orgánica presente en el agua natural. Sin embargo, las diatomeas, si se encuentran en grandes cantidades, por poseer paredes rígidas, suelen perjudicar más que beneficiar, al acelerar el taponamiento del filtro. En ciertos casos ha sido posible utilizar filtros lentos de arena cuando las diatomeas ponen fuera de servicio los filtros rápidos. El agua que ha atravesado un filtro lento está relativamente libre de bacterias, algas y otros organismos, así como de materia orgánica muerta (2).
37 No se conoce bien porque ciertas algas son más eficaces que otras en cuanto a reducir la corriente de agua en el filtro. Desde luego, es fundamental su capacidad para multiplicarse en gran número. La pared rígida de las diatomeas compuesta de sílice que no se descompone, el copioso material mucilaginoso que rodea las células de Palmella sp y la tendencia a formar copos o una red de filamentos, son otros factores,como ocurre con Fraginaria sp y Tribonema sp (2). Las diatomeas se encuentran durante todas las estaciones del año y son, por mucho, el grupo más importante dentro de los organismos que obturan los filtros. Las especies importantes que producen este efecto son: Asterionella, Fragilaria, Tabellaria y Synedra. Otras diatomeas que ocasionalmente taponan los filtros comprenden Navícula, Cyclotella, Diatomea y Cymbella (2). Las diatomeas por poseer la pared rígida compuesta de sílice y no descomponerse, aún cuando ellas mueran rápidamente en la superficie del filtro, su pared silícica subsiste y obstruye los poros de arena (2). 8.6. CONTROL DE ALGAS Siempre que la densidad de algas en un estanque supera concentraciones del orden de 200 UPA/mL (unidades patrón de área/mL) (22) sin que sea posible controlarlas, se debe aplicar un alguicida o cualquier otro recurso que las elimine del agua. El número límite de algas por mililitro varía según la especie en cuestión y con su respectivo tamaño celular. Con los análisis físicos y químicos del agua se podrá determinar si existen nutrientes en cantidad y concentración suficientes como para que sean un factor determinante en la presencia de estos microorganismos en la planta de Altavista (23).
38 8.7. BIOINDICADORES Los indicadores biológicos son atributos de los sistemas biológicos que se emplean para descifrar factores de su ambiente. Inicialmente, se utilizaron especies o asociaciones de éstas como indicadores y posteriormente, comenzaron a emplearse también atributos correspondientes a otros niveles de organización del ecosistema, como poblaciones, comunidades, entre otros, lo que resultó particularmente útil en estudios de contaminación (3). Las especies indicadoras son aquellos organismos (o restos de los mismos) que ayudan a descifrar cualquier fenómeno o acontecimiento actual (o pasado) relacionado con el estudio de un ambiente. Las especies tienen requerimientos físicos, químicos, de estructura del hábitat y de relaciones con otras especies. A cada especie o población le corresponden determinados límites de estas condiciones ambientales entre las cuales los organismos pueden sobrevivir (límites máximos), crecer (intermedios) y reproducirse (límites más estrechos). En general, cuando más estenoica sea la especie en cuestión, es decir, cuando más estrechos sean sus límites de tolerancia, mayor será su utilidad como indicador ecológico. Las especies bioindicadoras deben ser, en general, abundantes, sensibles al medio de vida, fáciles y rápidas de identificar, bien estudiadas en su ecología y ciclo biológico, y con poca movilidad (3). A principios de siglo se propuso la utilización de listas de organismos como indicadores de características del agua en relación con la mayor o menor cantidad de materia orgánica. Se generalizo la idea de utilizar las especies como indicadores, aplicándose a la vegetación terrestre y al plancton marino. En determinadas zonas las plantas se emplearon como indicadores de las características de agua y suelo e incluso para establecer la presencia de uranio. (3).
39 En oceanografía los bioindicadores se utilizan en estudios de hidrología, geología, transporte de sedimentos, cambios de nivel oceánico o presencia de peces de valor económico, por ejemplo. Los indicadores hidrológicos son organismos mediante los cuales se pueden diferenciar las distintas masas de agua de mar (masas que difieren en sus características físicas, químicas, de flora y fauna y que 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, requiriéndose que sean fuertemente estenoicos para que no sobrevivan a condiciones diferentes a las de la masa de agua que caracterizan, o bien como trazadores de una corriente, si son más o menos resistentes a los cambios ambientales y sobreviven en condiciones diferentes, indicando la extensión de una corriente que puede atravesar varias masas de agua. Estos métodos biológicos son más útiles que las determinaciones físicas o químicas especialmente en las zonas marginales, de cambio y además, informan sobre el grado de mezcla de dos tipos de agua en las zonas intermedias (3). La utilización de organismos vivos como indicadores de contaminación es una técnica bien reconocida. La composición de una comunidad de organismos refleja la integración de las características del ambiente sobre cierto tiempo, y por eso revela factores que operan de vez en cuando y pueden no registrarse en uno o varios análisis repetidos. La presencia de ciertas especies es una indicación relativamente fidedigna de que durante su ciclo de vida la polución no excedió un umbral (3). Varios organismos, sensibles a su medio ambiente, cambian aspectos de su forma, desaparecen o, por el contrario, prosperan cuando su medio se contamina. Cada etapa de auto depuración en un río que sufrió una descarga de materia orgánica se caracteriza por la presencia de determinados indicadores. Según su sensitividad a la polución orgánica se clasificaron especies como intolerantes, facultativas, o tolerantes (3).
40 El empleo de organismos indicadores de contaminación requiere conocer las tolerancias ecológicas y los requerimientos de las especies, así como sus adaptaciones para resistir contaminantes agudos y crónicos. Las investigaciones sobre organismos indicadores de contaminación comprenden el estudio autoecológico, en el laboratorio, para establecer los límites de tolerancia de una especie a una sustancia o a una mezcla de ellas mediante ensayos de toxicidad; y el sinecológico, que se basa en la observación y análisis de las características ambientales de los sitios en los cuales se detectan con más frecuencia poblaciones de organismos de cierta especie. Algas, bacterias, protozoos, macroinvertebrados y peces son los más utilizados como indicadores de contaminación acuática (3). Los resultados del estudio de las especies indicadoras de niveles de calidad de agua son más inmediatos, requieren un profundo conocimiento para identificar los organismos y sólo son adecuados para las condiciones ecológicas y características regionales; mientras que los resultados numéricos de los estudios de estructura de comunidades, si bien requieren su interpretación ecológica, demandando más tiempo, son independientes de las características geográficas regionales y tienen aplicabilidad aún con informaciones sistemáticas y ecológicas deficientes (3). En las evaluaciones de riesgo ecológico se ha propuesto la utilización de indicadores de conformidad, de diagnóstico, y tempranos de daño (3).
41 9. 9.1. MATERIALES Y MÉTODOS SITIOS DE MUESTREO PARA CLASIFICACIÓN DE LAS ALGAS Las muestras para el recuento y clasificación de las algas fueron colectadas en los cuatro filtros lentos que componen la planta de tratamiento biológico del corregimiento de Altavista del municipio de Medellin. 9.2. TOMA DE MUESTRAS PARA ANÁLISIS DE ALGAS Las muestras fueron tomadas en dos periodos, el periodo lluvioso, durante el mes de diciembre de 2005 y el periodo seco en los últimos días del mes de enero de 2006. Se tomaron muestras en la parte inicial, en el centro y en la parte final de cada uno de los cuatro filtros. Se hizo un raspado superficial de la capa biológica formada en la parte superior de los lechos filtrantes, con el fin de no arrastrar material pesado que pudiera sedimentarse y producir interferencia en el momento de realizar el montaje de las alícuotas en los portaobjetos para ser observados en el microscopio. Este raspado se llevó a cabo con un bisturí y se introdujo en frascos plásticos de 50 mL de capacidad. Después se le agregó agua natural, de la misma que se iba a tratar en la planta. El área que se eligió fue de 5 centímetros cuadrados en cada uno de los tres sitios de muestreo en los cuatro filtros, para un
42 total de 12 muestras por periodo climático. El tiempo de maduración mínima de cada filtro fue de 2 meses. Los muestreos fueron realizados entre las 7 a.m. y los 8 a.m (Figura 8). Estas muestras fueron trasladadas inmediatamente al laboratorio de limnología del Instituto de Biología de la Universidad de Antioquia. De cada una de las muestras se extrajeron alícuotas de 0.5 mL y se procedió a hacer el montaje en fresco. Los conteos e identificación se hicieron en microscopio fotónico (24). Capa Biológica de 3mm de Espesor en toda el Área del filtro
Figura 8. Imagen de la Toma de Muestras de la Capa Biológica. Planta de Filtración Lenta del Corregimiento de Altavista. Municipio de Medellín. 9.3. METODOLOGÍA 9.3.1. Recuento de algas: Las muestras fueron preservadas en formol diluido al 10%. Cada muestra fue analizada individualmente para determinar las microalgas 43 presentes. Se empleó una cámara de conteo Sedgwick­Rafter con capacidad de 1 mL de muestra, haciendo un recorrido total de los campos disponibles. Las muestras que presentaban mayor concentración de sedimentos, impedían el reconocimiento de las algas, razón por la cual fue necesario adecuarlas mediante diluciones, hasta obtener una visualización confiable del material. Para la determinación de las diferentes especies de diatomeas, las muestras se sometieron a la siguiente rutina: Ø Centrifugado a 20000 rpm durante 10 minutos Ø Lavado con peróxido de hidrógeno (H2O2) Ø Calentamiento en estufa a 90º C durante 1 hora Ø Lavado con agua destilada Posteriormente, se procedió al montaje en placas permanentes para la observación, determinación y control de las especies presentes, siguiendo el protocolo que aparece a continuación (24). Ø Colocar 1 a 4 gotas de la muestra tratada (dependiendo de la densidad) sobre un cubreobjetos. Ø Dejar secar a temperatura ambiente y adicionar 1 ó 2 gotas del medio de montaje. En algunos casos fue necesario acelerar el proceso de secado mediante el uso de estufa a 50 ­ 60º C. Ø Colocar el cubreobjetos invertido sobre un portaobjetos previamente lavado y calentado. Ø Dejar este montaje en una placa de calentamiento hasta que la resina se funda y se extienda. Ø Rotular
44 Las placas así dispuestas fueron observadas al microscopio para la determinación y cuantificación de las especies presentes. 9.3.2. Toma de muestras para análisis físico y químico: las muestras para los análisis físicos y químicos del agua fueron colectadas en la canaleta de salida del prefiltro que se encuentra antes de los cuatro filtros lentos. Para determinar la concentración de oxigeno, las muestras fueron tomadas en frascos de Winkler y se fijó el oxígeno disuelto. Para los otros análisis se tomaron tres muestras por filtro en frascos plásticos de 500mL de capacidad. Los muestreos se realizaron entre las 7 a.m. y las 8 a.m. y fueron llevadas al laboratorio de análisis de aguas de las Empresas Publicas de Medellín, ubicado en las instalaciones de la planta San Fernando (Anexo A). 9.3.3. Técnica para los análisis físicos y químicos: los análisis físicos y químicos del agua natural que ingresa a la planta de Filtración Lenta en Arena del corregimiento de Altavista, se ejecutaron siguiendo los procedimientos analíticos que están descritos en Los Métodos Estándar para análisis se Agua y Aguas Residuales de la AWWA (Anexo A). Las variables cuantificadas fueron: la alcalinidad total como CaCO3, dureza total como CaCO3, fosfatos como PO4, nitrógeno amoniacal, nitrógeno total (NTK), nitrógeno orgánico, nitritos, oxigeno disuelto, sólidos disueltos, sólidos suspendidos y sólidos totales. 9.3.4. Estructura del agrupamiento de diatomeas: se estableció con los índices convencionales de diversidad (23), riqueza numérica, dominancia (25) y equidad (26). Estos índices tienen
45 en cuenta el hecho de que en cualquier colección de individuos, casi sin excepción, se observan una o dos especies comunes dominantes, unas pocas de abundancia intermedia y un amplio número de especies raras y poco abundantes. Normalmente, ninguna comunidad está constituida por especies igualmente cuantiosas, es decir, con una diversidad máxima, a estos índices corresponden los de Shannon y Weaver, el de Brillouin y el de Simpson y otros, que buscan reunir los componentes de riqueza y de equidad en uno solo, por lo que se han denominado índices de heterogeneidad. Los índices de diversidad de Shannon y Weaver y de Brillouin son los mejor conocidos y más usados (23). La medida de la diversidad no es sencilla, debe tenerse en cuenta una definición precisa de los organismos comprendidos en una comunidad (26). Por ello es preciso especificar los límites del tiempo durante el cual se efectuó el estudio, así como las fronteras espaciales del área que contiene la comunidad y la forma como se llevó a cabo el muestreo. Además, como ya se especificó, se requiere una clasificación taxonómica clara del material involucrado, es decir, un estudio cualitativo previo (23). Normalmente se hace referencia a la diversidad de especies, pero esto no impide el tratamiento de cualquier rango taxonómico, de componentes estructurales del habitat e incluso de la diversidad trófica. Como muchos organismos no se distribuyen al azar en el área de muestreo, se debe seguir una cuidadosa metodología en la que quede bien representada la muestra tomada en forma verdaderamente aleatoria, y que permita el uso correcto de los procedimientos estadísticos involucrados (23). Ø Índice de diversidad de Shannon y Weaver: Según Pielou, se debe usar para colecciones infinitamente amplias, en las que el número de taxones es desconocido y de las cuales debe tomarse una muestra aleatoria. Su utilización implica que todas las especies de la población original estén
46 representadas en la muestra y que dicha población sea homogénea. No puede ser usado entonces en cualquier situación, como se ha hecho normalmente, pues presenta un sesgo definido en muestras pequeñas (23). El valor máximo de este índice está dado por ln S, donde S es el número de taxones en la muestra; pero normalmente el rango de valores oscila entre 1.5 y 3.5, sobrepasando raramente un valor de 4.5 (23). Según Margalef, en los ecosistemas lacustres continentales el fitoplancton puede llegar a presentar una diversidad muy por debajo de uno de los ambientes muy eutróficos y un máximo de cinco en los oligotróficos y distróficos (23). Para el cálculo del índice se utiliza el logaritmo en base 2 (log2), pero puede usarse cualquier otro tipo de base, como la diez o la e del logaritmo natural, que es la más usada actualmente. El mismo tipo de logaritmo usado para calcular el índice de diversidad debe ser utilizado para el cálculo de los demás índices relacionados. Como el índice de equidad y el de riqueza. De acuerdo con el tipo de logaritmo, las unidades del índice serán: 1) para log2, bits por individuos o dígitos binarios por individuos; 2) para loge (ln), bel nat por individuo o nat por individuo; 3) para log10, bel por individuo, dígito decimal por individuo o decit por individuo. Su expresión numérica es: H’ = ­ ∑ pi ln pi Donde: ni Pi = ­­­­­­
n ni : número de individuos del taxón pésimo n : número total de individuos en la muestra. N = ∑ ni
47 Ø Índice de riqueza: estos son una medida del número de especies o taxones por unidad de muestreo. Los índices de riqueza de Gleason y de Margalef son denominados índices simples de riqueza y sus valores oscilan entre 0 y 30, sus fórmulas son: S Rg = ­­­­­­­­­ Ln n S ­ 1 Rm = ­­­­­­­­­ Ln n Donde S es el número de taxones registrados, también denominados riqueza numérica. Ambos son sensibles al tamaño muestral, por lo cual es recomendable contar directamente el número de especies en muestras de igual tamaño. En caso de tamaño maestrales desiguales, que es probablemente la situación más usual, debe usarse el método denominado rarefacción. Este método permite comparar el número de especies entre comunidades (23). Ø Modelos de abundancia de especies o modelos de equidad: Describen la distribución de la abundancia de especies, es decir, la equidad. Existen cuatro de estos modelos: la serie geométrica, la serie logarítmica, la distribución logarítmica normal y el modelo de barra rota. Cada uno de ellos se apoya en pruebas estadísticas que permiten observar el grado de ajuste de los resultados hallados al modelo teórico. En general, el valor de la equidad es inverso al valor de la pendiente obtenida en los modelos citados y el valor de este índice aumenta a partir de la serie geométrica hasta el modelo de barra rota, en el que la equidad es 1 porque la diversidad alcanza el valor máximo. El índice de equidad
48 oscila entre el valor 0 como mínima equidad – mayor contaminación, menor diversidad – y uno, mas equidad – diversidad máxima, menor contaminación ­. El más usado es el índice de equidad de Pielou. (23) El cual se expresa así: H’ J’ = ­­­­­­­­­ H’max Donde: H’: índice de diversidad de Shannon y Weaver H’max: índice de diversidad máxima (= ln s) Con el fin de establecer que componentes de la diversidad influenciaban significativamente a la diversidad, se llevó a cabo un análisis de regresión y correlación lineal múltiple. Una vez establecido qué componentes se relacionaban más con la diversidad, se efectuó un análisis de varianza de dos vías para un diseño de bloques. Dicho análisis tenía como finalidad establecer la significancia estadística de las variaciones de diversidad, riqueza y equidad entre filtros y periodos.
49 10. RESULTADOS En total se hallaron veintiuna especies (Tabla 3), de las cuales catorce se presentaron en las dos épocas: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestris, Navicula bryophila, Surirella tenera, Gyrosigma acuminatum, Cymbella mexicana, Diadesmis contenta, Navicula cincta, Amphipleura lindheimeri, Pinnularia nobilis, Hantzschia amphioxys,. En la época seca desaparecen cinco especies: Gomphonema abbreviatum, Nitzschia dissipata, Frustulia rhomboides, Stauroneis cf. obtusa, Caloneis bacillus y aparecen dos nuevas: Navicula subrhynchocephala y Gomphonema cf. olivaceum. (Anexo B). Tabla 3. Número de Microorganismos Encontrados por Epoca en 0.5 mL de Muestra, en los Cuatro Filtros. Planta de Filtración. Corregimiento de Altavista. Medellín. Noviembre de 2005 y Enero – Febrero de 2006. ESPECIES PERIODO LLUVIAS PERIODO SECO Número de Individuos Número de Individuos F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3 F4 Pinnularia sudetica 225 75 108 87 9 30 18 18 Melosira varians 72 15 21 24 178 210 243 159 Synedra ulna 48 3 0 33 21 9 48 6 Cocconeis placentula 18 6 3 6 3 6 18 3 Tetracyclus rupestris 12 2 3 12 0 21 93 3 Navicula bryophila 9 2 6 6 3 0 3 0 Surirella tenera 6 0 6 6 3 3 6 12 18 3 3 6 0 0 9 0
Gyrosigma acuminatum 50 ESPECIES PERIODO LLUVIAS PERIODO SECO Número de Individuos Número de Individuos F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3 F4 Cymbella mexicana 27 0 0 12 0 3 3 0 Diadesmis contenta 12 2 0 0 0 0 6 0 Navicula cincta 21 0 0 0 0 0 12 0 Amphipleura lindheimeri 9 0 0 3 3 0 0 0 Pinnularia nobilis 6 2 0 9 0 3 0 0 Gomphonema abbreviatum 3 2 3 3 0 0 0 0 Hantzschia amphioxys 3 0 0 3 0 0 3 0 Nitzschia dissipata 3 0 0 0 0 0 0 0 Frustulia rhomboides 3 0 0 0 0 0 0 0 Stauroneis cf. obtusa 0 0 3 3 0 0 0 0 Caloneis bacillum 0 2 0 0 0 0 0 0 Navicula subrhynchocephala 0 0 0 0 0 0 24 0 Gomphonema cf. olivaceum 0 0 0 0 3 0 0 0 Gráfico 1. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 1. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época de Lluvias (Dic­2005).
51 Gráfico 2. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 1. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca de lluvias. (Dic­2005). Las especies analizadas en los gráficos 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, Surirella tenera, Gyrosigma acuminatum, Cymbella mexicana, Diadesmis contenta, Navicula cincta, Amphipleura lindheimeri, Pinnularia nobilis, Gomphonema abbreviatum, Hantzschia amphioxys, Nitzschia dissipata, Frustulia romboides.
52 Surirella tenera 1% Pinnularia sudetica 4% Synedra ulna 9% Amphipleura lindheimeri 1% Cocconeis placentula 1% Gomphonema cf . olivaceum 1% Navicula bryophila 1% Melosira varians 80% Gráfico 3. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 1. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época Seca (Feb 2006). Gráfico 4. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 1. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca Seca. (Feb 2006).
53 Las especies encontradas en los muestreos que realizaron durante la época seca fueron 8 y se pueden apreciar en los gráficos 3 y 4: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Navicula bryophila, Surirella tenera, Amphipleura lindheimeri, Gomphonema cf. olivaceum En los gráficos 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 número 1 en cada una de las dos épocas climáticas.
Pinnularia sudetica.
Pinnularia nobilis. 2%
66%
Nav icula bryophila.
2%
Melosira v arians.
13%
Gyrosigma
acuminatum. 3%
Synedra ulna. 3%
Gomphonema
Caloneis bacillum.
abbrev iatum. 2%
2%
Diadesmis
Cocconeis
contenta. 2%
placentula. 5%
Tetracyclus rupestris.
2%
Gráfico 5. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 2. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época de Lluvias (Dic­2005).
54 Gráfico 6. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 2. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca de Lluvias. (Dic 2005). En el periodo lluvioso de diciembre de 2005 se recolectaron muestras en el filtro 2 de la planta de Altavista y se encontraron 11 especies algales de diatomeas que se encontraro: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Navicula bryophila, Gyrosigma acuminatum, Diadesmis contenta, Pinnularia nobilis, Gomphonema abbreviatum, Caloneis bacillum.
55 Gráfico 7. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 2. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época Seca (Feb 2006). Gráfico 8. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 2. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca Seca. (Feb 2006).
56 Durante el periodo seco, se hizo el muestreo del filtro 2 y los resultados obtenidos sólo muestran 8 especies encontradas, que se pueden apreciar en los gráficos 7 y 8, dichas especies son listadas a continuación. Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Surirella tenera, Cymbella mexicana, Pinnularia nobilis. Los gráficos 5, 6, 7 y 8 muestran el comparativo porcentual de las especies de diatomeas y la densidad de individuos respectivamente encontradas en el filtro 2 para las dos épocas climáticas.
Navicula bryophila.
4%
Pinnularia sudetica.
69%
Melosira varians.
13%
Stauroneis cf.
obtusa. 2%
Gyrosigma
acuminatum. 2%
Surirella tenera. 4%
Gomphonema
abbreviatum. 2%
Cocconeis
placentula. 2%
Tetracyclus rupestris.
2%
Gráfico 9. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 3. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época de Lluvias (Dic­2005).
57 Gráfico 10. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 3. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca de Lluvias. (Dic 2005). Los hallazgos encontrados en los análisis de las muestras tomadas en el filtro 3 para el periodo lluvioso de diciembre de 2005, detallan la presencia de 9 especies representativas: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Navicula bryophila, Surirella tenera, Gyrosigma acuminatum, Gomphonema abbreviatum, Stauroneis cf. obtusa.
58 Gráfico 11. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 3. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época Seca (Feb­ 2006). Gráfico 12. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 3. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca Seca. (Feb 2006).
59 En las muestra tomadas en el filtro 3 durante la epoca seca se hallaron las 13 especies siguientes: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Navicula bryophila, Surirella tenera, Gyrosigma acuminatum, Cymbella mexicana, Diadesmis contenta, Navicula cincta, Hantzschia amphioxys, Navicula subrhynchocephala. En los gráficos 9 y 10 se pueden apreciar las especies de diatomeas distribuidas porcentualmente para la epoca de lluvias en el filtro 3 y los gráficos 11 y 12 se presenta la estructura de agrupamiento de individuos para la época seca. Gráfico 13. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 4. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época de Lluvias (Dic­2005).
60 Gráfico 14. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 4. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca de Lluvias. (Dic 2005). En el filtro 4, se hallaron 14 especies para el periodo lluvioso: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestres, Navicula bryophila, Surirella tenera, Gyrosigma acuminatum, Cymbella mexicana, Amphipleura lindheimeri, Pinnularia nobilis, Gomphonema abbreviatum, Hantzschia amphioxys, Stauroneis cf. obtusa.
61 Surirella tenera 6% Synedra ulna Tetracyclus rupestris 3% 1% Cocconeis placentula 1% Pinnularia sudetica 9% Melosira varians 79% Gráfico 15. Especies de Diatomeas Presentes en el Filtro 4. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Época Seca (Feb 2006). Gráfico 16. Estructura del agrupamiento de diatomeas. Filtro 4. Planta de Filtración Lenta en Arena – Corregimiento de Altavista. Epoca Seca. (Feb 2006).
62 En el periodo seco, se presentaron 6 especies para el filtro 4: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis placentula, Tetracyclus rupestrs, Surirella tenera. En el gráfico 17, se aprecia de forma general el comportamiento de las especies dominantes según el periodo climático. PROMEDIOS DE LAS PRINCIPALES ESPECIES 200 180 160 140 120 Esp/05 ml 100 80 60 40 20 0 Pinnularia sudetica Melosira varians PERIODO LLUVIAS 124 33 PERIODO SECO 19 198 Gráfico 17. Comportamiento de las Especies Pinnularia sudetica y Melosira varians en Cuanto el Promedio del Crecimiento. Corregimiento de Altavista. Periodo de Lluvia y periodo seco. Diciembre 2005 y Enero – Febrero 2006.
63 Figura 9. Imagen de la Especie Algal Melosira varians. Figura 10. Imagen de la Especie Algal Pinnularia sudetica. Finalmente, La regresión lineal múltiple efectuada entre la diversidad y sus componentes presentó la siguiente ecuación: H’ = ­ 0.77 + 0.05S + 2.92E α = 0.0000, R 2 = 99.9%, SE = 0.018 Donde: H: Diversidad según Shannon y Weaver S: Riqueza de especies E: Índice de equidad
64 En la ecuación anterior se observa que sólo la riqueza y la equidad mostraron relación significativa con la diversidad. Para estas variables se realizó el análisis de varianza, en el que la riqueza de diatomeas no presentó variación significativa ni entre filtros (α = 0.8197) ni entre periodos (α = 0.2710). Igual sucedió para la equidad entre filtros (α = 0.9156) y periodos (α = 0.2628) y para la diversidad (α = 0.9575 para filtros, α = 0.2683 para periodos). Gráfico 18. Estructura Promedio de los Filtros para el Periodo Lluvioso.
65 Gráfico 19. Estructura Promedio de los Filtros para el Periodo Seco. En los gráficos 18 y 19, puede verse que aunque la riqueza y la densidad medias fueron mayores durante el periodo lluvioso, dado que la dominancia de uno de los taxones (Melosira varians) fue mayor en el periodo seco (D = 0.54) la diversidad y la equidad medias disminuyeron ostensiblemente hacia este periodo. En las Tablas 4 y 5 que aparecen a continuación se presentan los resultados de los análisis físicos y químicos del agua natural que ingresa a la planta de tratamiento biológico del Corregimiento de Altavista para los diferentes periodos climáticos.
66 Tabla 4. Análisis Físicos y Químicos del Agua Natural en la Planta de Filtración Lenta de Arena. Corregimiento de Altavista. Medellín. Octubre 2005. Acueducto Veredal Altavista Informe de Análisis – Periodo Lluvioso Fecha de recolección 2005/10/31 Análisis Físico Químico Parámetro Valor Unidades Método Limt. Fecha Det. Análisis Alcalinidad, como CaCO3 51.4 mg/L Titulométrico 0.3 2005­11­01 Dureza Total, CaCO3 41.6 mg/L Titulométrico 2.0 2005­11­01 0.041 mg/L Colorimétrico 0.011 2005­10­31 < 0.18 mg/L Titulación 0.18 2005­11­02 Nitrógeno Total, NTK 0.74 mg/L Titulación 0.09 2005­11­16 Nitrógeno Orgánico 0.74 mg/L Diferencia 0.09 2005­11­18 0.007 mg/L Colorimétrico Fosfatos, PO4 Nitrógeno Amoniacal, NH3 Nitritos, NO2 0.001 2005/11/31 No Oxigeno Disuelto, O2 Sólidos Disueltos Sólidos Suspendidos Sólidos Totales 9 mg/L Winkler definido 2005/10/31 101 mg/L Gravimétrico 0 2005­11­02 12 mg/L Gravimétrico 2 2005­11­02 113 mg/L Gravimétrico 14 2005­11­02 No Temperatura pH 17.7 °C Potenciom. definido 2005­11­02 7.4 ­ Potenciom. 0.1 2005­11­02
67 Tabla 5. Análisis Físicos y Químicos del Agua Natural en la Planta de Filtración Lenta de Arena. Corregimiento de Altavista. Medellín. Enero 2006. Acueducto Veredal Altavista Informe de Análisis – Periodo Seco Fecha de recolección 2006/1/31 Análisis Físico Químico Parámetro Valor Unidades Método Limt. Fecha Det. Análisis Alcalinidad, como CaCO3 53.2 mg/L Titulométrico 0.3 2006­02­01 Dureza Total, CaCO3 44.6 mg/L Titulométrico 2.0 2006­02­01 0.061 mg/L Colorimétrico 0.011 2006­01­31 < 0.22 mg/L Titulación 0.18 2006­02­01 Nitrógeno Total, NTK 0.86 mg/L Titulación 0.09 2006­02­16 Nitrógeno Orgánico 0.86 mg/L Diferencia 0.09 2006­02­17 0.009 mg/L Colorimétrico Fosfatos, PO4 Nitrógeno Amoniacal, NH3 Nitritos, NO2 0.001 2006/02/17 No Oxigeno Disuelto, O2 Sólidos Disueltos Sólidos Suspendidos Sólidos Totales 8 mg/L Winkler definido 2006/01/31 142 mg/L Gravimétrico 0 2006­01­02 22 mg/L Gravimétrico 2 2006­01­02 125 mg/L Gravimétrico 14 2006­01­02 No Temperatura pH 18.3 °C Potenciom. definido 2006­01­02 7.3 ­ Potenciom. 0.1 2006­01­02
68 11. DISCUSIÓN Los datos experimentales para el comportamiento de las algas en dos periodos climáticos diferentes, lluvioso y seco se presentan en la Tabla 3. En esta tabla están enumeradas las especies de diatomeas que fueron identificadas y clasificadas por filtro y por periodo climático. De las veintiuna especies halladas, las que tuvieron un mayor recuento fueron: Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Cocconeis plancetula, Tetracyclus rupestris y Navícula bryophila. El resto de especies tenían crecimiento esporádico y bajo, por lo cual se considera que su influencia en la obturación de los filtros no es representativa. Las especies Pinnularia sudetica, Melosira varians y Synedra ulna sobre salen por su crecimiento poblacional, mostrando un comportamiento sui generis, permitiendo deducir que para el caso de Pinnularia sudetica la época lluviosa proporciona las condiciones ideales para su crecimiento, mostrando una relación de 3:1 con respecto a Melosira varians y de 4.5:1 con Synedra ulna. Si se tiene en cuenta que estas dos especies suman un 25% del total encontrado, se puede decir que tienen un ambiente propicio para su desarrollo en esta época (gráfico 1). De igual forma al hacer el análisis del crecimiento poblacional de las especies de la época seca, es necesario resaltar que este influye de manera directa en el destacado crecimiento de Melosira varians con respecto a Pinnularia sudetica que sufre un decrecimiento abrupto, en tanto que Synedra ulna mantiene en términos porcentuales su mismo crecimiento sin importar la época climática. Las relaciones proporcionales que se establecen son de 20:1 y 8.8:1 respectivamente (gráfico 3).
69 De las especies predominantes, se pudieron determinar en el Filtro 1 durante la epoca lluviosa Pinnularia sudetica en un 45%, Melosira varians en un 15% y Synedra ulna en un 10%. En la época seca la especie Synedra ulna, en orden de magnitud permanece constante es su número mientras que Pinnularia sudetica disminuyó de forma alarmante como se hizo énfasis anteriormente, a diferencia de Melosira varians que con el 80% del total de las especies se hace mucho más predominante. Con los gráficos 2 y 4 se pueden correlacionar los resultados expresados en los gráficos 1 y 3, ya que estos muestran la densidad absoluta de individuos por especie según el periodo climático. En el análisis comparativo del Filtro 2, se puede apreciar un comportamiento similar al del Filtro 1, la diferencia es marcada por el tamaño poblacional de las especies, atribuible al grado de obturación del filtro en el momento del muestreo, sin embargo conserva el predominio de las mismas especies al igual que en el Filtro 1, para este caso la proporción de predominancia de Pinnularia sudetica con respecto a Melosira varians es de 5:1 en la época lluviosa y para la época seca la relación es de 1:7. (Gráficos 5 y 7). Es notoria la casi desaparición de la especie Synedra ulna en las dos épocas climáticas. Por otro lado, la relación entre Melosira varians con respecto a Tetracyclus rupestris en la época seca es de 10.5: 1 situación que es válida tenerla en cuenta ya que representa un número significativo de individuos (Gráfico 7). En el Filtro 2 para la época de seca Synedra ulna no tiene protagonismo con su 3%, a diferencia del Filtro 1, inclusive superada por Cocconeis plancetula que tiene un peso del 5% del total de especies, mientras que Pinnularia sudetica y Melosira varians siguen superando a todas las de más con el 66% y 13% respectivamente. Situación que cambia en la época seca ya que aparece la especie Tetracyclus rupestris, aportando un 7% del total del número de individuos, presentándole competencia a Pinnularia sudetica que aparece con un 11%. Melosira varians con un 74% permanece con un comportamiento similar al del Filtro 1 para la misma época. De igual forma este comportamiento se puede
70 confirmar con los resultados representados en los gráficos 6 y 8 de la estructura de agrupamiento de individuos. Para el Filtro 3 el análisis comparativo de crecimiento poblacional en los microorganismos muestra el mismo comportamiento similar en los filtros analizados para la época lluviosa (Gráfico 9), más no para la época seca ya que allí reaparece Synedra ulna aportando un 10% de la población total y merece una especial mención la especie Tetracyclus rupestris con un 19% del total. En este punto se podría concluir que las especies Pinnularia sudetica y Melosira varians son competidoras exclusivas y que su predominio estaría directamente relacionado con los periodos climáticos, si no es por la aparición de estas especies. La relación de Pinnularia sudetica es de 5:1 con respecto a Melosira varians en el periodo lluvioso y en el seco es de 1:6. En la época seca la relación proporcional entre Synedra ulna y Tetracyclus rupestris con respecto a lMelosira varians es de 5:1 y de 2.6:1 respectivamente (Gráfico 11). Durante la época lluviosa en el Filtro 3 la especie Tetracyclus rupestris casi desaparece con su 2%; mientras que Pinnularia sudetica con el 69% y Melosira varians con el 13% mantienen su presencia “normalizada”; a diferencia de la época seca, en donde ella pierde predominancia con un 50% frente a otros individuos tales como: Tetracyclus rupestris 19%, Synedra ulna 10%, Navicula subrhynchocephala 5%, Cocconeis plancetula 4%. Inclusive Pinnularia sudetica 4%, no solo es superada por la Tetracyclus rupestris, sino por otras especies que no habían tenido protagonismo anteriormente. Nuevamente la estructura de agrupamiento de diatomeas tiene similar comportamiento a los anteriores análisis por filtro muestreado y por periodo climático, allí se puede apreciar la densidad absoluta de Melosira varians, con respecto a otras especies en donde sobresale la Tetracyclus rupestris. Finalmente, el análisis comparativo de las especies que sobre salen por su crecimiento en el filtro 4 se encontró que para la época de lluvias la especie
71 Pinnularia sudética es la que presenta un mayor crecimiento con respecto a Melosira varians, con una relación proporcional de 3.7:1, además, aparece la especie Synedra ulna con crecimiento aún mayor de Melosira varians, teniendo una relación con respecto a Pinnularia sudètica de 2.7:1 (Gráfico 13). En la época seca Melosira varians continua con su comportamiento “normal” con respecto a los otros filtros anteriormente analizados, en este filtro y para esta época aparece una especie diferente Surirella tenera, con una participación porcentual del 6% lo cual es significativa si se compara con Pinnularia sudetica que aparece con un 9%. Por lo tanto la relación proporcional de Melosira varians con respecto a estas dos especies es de 13:1 y de 8.7:1 respectivamente (Gráfico 15) En Filtro 4 en epoca de lluvias, las especies Synedra ulna, Melosira varians y Cymbella mexicana juntas aportan un 31% (15%, 11% y 6% respectivamente) del total del número de individuos, lo cual constituye una competencia fuerte a Pinnularia sudetica que ella sola aporta un 41%. En este filtro Melosira varians continua su aporte predominante con un 79%; aparece la especie Surirella tenera con un 6% frente al 9 % de Pinnularia sudetica. En filtros lentos evaluados en Estados Unidos y Europa se pudo determinar que la técnica de mantenimiento (raspado) es un factor determinante para que estas unidades puedan o no funcionar adecuadamente (16). Existe la posibilidad que la operación y actividades limpieza de los filtros en la planta filtración lenta en arena del corregimiento de Altavista no sea bien ejecutada, por lo tanto, la relación existente entre la población de algas remanentes en el filtro después de la limpieza y de la técnica o forma de hacer el raspado al medio filtrante daría como resultado un crecimiento anormal de las diatomeas y que con ello el taponamiento demasiado rápido del filtro, es decir que haya necesidad de volverle a hacer mantenimiento antes de 2 o 3 meses.
72 Con respecto a los resultados obtenidos de los análisis físicos y químicos del agua natural influente de la planta de filtración lenta y mostrados en las Tablas 4 y 5, no aportan un factor determinante que pueda indicar que el sobre crecimiento de las especies de algas diatomáceas, ya que las concentraciones de los compuestos de nitrógeno y de fósforo son de 0.74 mg/L y de 0.061 mg/L respectivamente, las cuales son muy bajas como para tenerlas en cuenta. Lo que indica que no hay una relación directa entre estas variables y la presencia de estas especies algales (28). Tal como fueron descritas por Mervin Palmer (2) y Samuel Murgel Branco (27), las algas, especialmente las Diatomeas, son obturadoras de filtros en las estaciones de tratamiento de agua potable. Estos estudios confirman de manera clara lo hallado en los filtros de la planta tratamiento biológico del corregimiento de Altavista del municipio de Medellín. Las especies Pinnularia sudetica, Melosira varians, Tetracyclus rupestris, Synedra ulna, Cocconeis plancetula, Navicula subrhynchocephala, Cymbella mexicana y Surirella tenera, entre otras, son diatomeas que causan la obturación de los filtros y por ello se tiene un aumento en la frecuencia del mantenimiento de estos, pasando de 2 o 3 meses de jornadas de filtración a realizar cada 15 días el raspado de la capa superficial, disminuyendo con ello la eficiencia en la producción de agua potable en cuanto a cantidad se refiere. Con este hallazgo se puede confirmar la hipótesis planteada al inicio de este estudio. Por consiguiente, se recomienda para posteriores estudios que en otras plantas de este tipo, se analice la presencia de estos microorganismos y se puedan implantar medidas preventivas. Asimismo, se pueda hacer una asociación de este crecimiento con los nutrientes que pueden estar presentes en el agua que alimentan estas estaciones. En resumen, los periodos climáticos influyen en modo directo en el desarrollo poblacional de los microorganismos presentes en los filtros lentos de arena de la planta del corregimiento de Altavista. De igual forma se llega a la conclusión de
73 que el periodo lluvioso favorece las condiciones necesarias para el desarrollo de la Pinnularia sudetica y de igual forma se constituye un impedimento para la Melosira varians, que precisamente se caracterizó en todo el estudio por ser la especie dominante en los periodos secos. De la misma manera se establece que ambas especies está siempre presentes en la capa biológica de los filtros y que son los responsables de la obturación de los mismos, lo cual corrobora la hipótesis planteada al inicio de la investigación. Con respecto a las demás especies, su presencia es intermitente, pero representativa, pues su porcentaje de predominio en algunos casos es igual o superior a las que se han encontrado con mayor prevalencia. En este punto es necesario hacer la relación entre las condiciones climáticas y las condiciones óptimas para el desarrollo de las especies, teniendo en cuenta que para el crecimiento del fitoplancton son esenciales los nutrientes y la luz, pues son quienes regulan su crecimiento (28). En época de lluvias los nutrientes y la luz disminuyen y en la época de sequía, estos se concentran. Observando el comportamiento del crecimiento de las especies, en época seca, donde se presenta mayor intensidad de luz y concentración de nutrientes, se beneficia la especie Melosira varians (Figura 9) y en época de lluvias, donde se presenta menor intensidad de luz y concentración de nutrientes, se beneficia la especie Pinnularia sudetica, (Figura 10). Teniendo en cuenta que la jornada de los filtros en épocas de lluvias no están cumpliendo la jornada de filtración esperada que es de tres meses, mínimo dos, es importante hacerle un seguimiento a la especie Pinnularia sudetica en cuanto al crecimiento poblacional, a su composición, tamaño y otros parámetros que
74 podrían tener efectos sobre la capa biológica, ya que su presencia impide el paso del agua; no tanto así a la especie Melosira varians (Figura 9), quien a pesar de su gran crecimiento poblacional que presenta en época seca, las jornadas de filtración no se afectan significativamente.
75 12. CONCLUSIONES Ø Las especies de algas diatomáceas identificadas en las muestras tomadas de la capa biológica de los filtros de la planta de Altavista son catalogadas como obturadoras y esto se puede correlacionar como una causa del taponamiento de estas de unidades de filtración. Ø Las especies Pinnularia sudetica, Melosira varians, Synedra ulna, Tetracyclus rupestris son las especies de diatomeas que tienen una mayor predominancia con relación las otras halladas en los diferentes muestreos de los cuatro filtros. Ø El periodo lluvioso favorece las condiciones necesarias para el desarrollo de la Pinnularia sudetica y de igual forma se constituye un impedimento para la Melosira varians, que precisamente se caracterizó en todo el estudio por ser la especie dominante en los periodos secos. Ø No parece existir una correlación directa de compuestos de nitrógeno y fósforo encontrados en los análisis físicos y químicos, ya que la concentración de estos es menor o igual a 0.74 mg/mL lo cual es muy baja con respecto a lo exigido en el decreto 1594 de 1984 artículo 38.
76 13. RECOMENDACIONES Ø Se debe realizar un estudio de las actividades antrópicas en las cuencas de las quebradas La Piedra, La Buga y Patio Bonito, con el fin de identificar cuáles son las posibles fuentes de nutrientes que permiten la proliferación de las algas diatomáceas. Ø Se deben instalar barreras que impidan la entrada de luz solar directa a los filtros con el fin de controlar un factor determinante del crecimiento de algas en los filtros. Ø Se debe construir un sistema de control de picos de turbiedad con el fin atenuar en época de lluvias el incremento de esta variable que influye directamente en el aporte de material biológico a los filtros. Ø En investigaciones posteriores se deben analizar la relación existente entre estos picos de turbiedad con respecto al incremento de la población de algas y a su vez en la disminución de las jornadas de filtración.
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82 ANEXOS ANEXO A Procedimientos de Análisis Físicos­químicos: Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater EMPRESAS PUBLICAS DE MEDELLIN, E.S.P GERENCIA DE AGUAS CONTROL CALIDAD AGUAS ANALISIS DE LABORATORIO 2006 ANALISIS ANALISIS FISICOQUIMICOS METODO Ref. Standard methods Color Aparente Turbiedad Alcalinidad total Dureza total Fosforo total Sólidos totales Sólidos disueltos Sólidos suspendidos Espectrofotométrico Nefelométrico, 2130­B Titulométrico, 2320­B Titulométrico con EDTA ,2340­C Colorimetrico, 4500­P­E, 4500­P­B Gravimétrico, 2540­B Gravimétrico, 2540­C Gravimétrico, 2540­D Nitrógeno total Nitrógeno amoniacal Nitrógeno Orgánico Nitritos Oxígeno disuelto Colorimetrico, 4500­N, Ed. 20 Colorimetrico, 4500­N (Edición 20) Colorimetrico, 4500­N (Edición 20) Colorimétrico, 4500­NO2­B Titulación, 4500­O­B, Ed. 20
83 ANEXO B Imágenes de Especies de Diatomeas Encontradas en los Muestreos. Filtros Lentos de Arena. Corregimiento de Altavista del Municipio de Medellín Foto 1 Navicula cincta Foto 2 Cocconeis placentula
84 Foto 3 Frustula romboides Foto 4 Synedra Ulna
85 Foto. 5 Melosira varians Foto 6 Pinnularia sudetica
86 Foto 7 Cymbella mexicana Foto 8 Pinnularia nobilis
87 Foto 9 Amphipleura lindheimeri Foto 10Surirella tenera
88 Foto 11 Tetracyclus rupestres Foto 12 Navicula bryophila
89 Foto 13 Navicula minuscula Foto 14 Navicula radiosa
90 Foto 15 Caloneis bacillum Foto 16 Epithemia sp.
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