Crecimiento algas unicelulares

Resumen

El crecimiento de algas unicelulares en los depósitos de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) es favorecido por la presencia en el medio de sustancias ricas en fosfatos, nitratos y detritus entre otros factores, los cuales aceleran su reproducción y crecimiento.

Estos componentes se encuentran en los desechos de las Plantas de Tratamiento debido a la proveniencia del agua tratada, la cual puede ser de desechos animales, industriales, sanitarios o agrícolas.

Se encontró un modelo de ecuaciones diferenciales, el cual representa la relación entre la tasa de crecimiento de las algas, y las concentraciones de fosfato, nitrato y detritus para el caso específico del depósito de una planta de tratamiento de aguas residuales.

Teniendo esa información, se realizó una interfaz gráfica de usuario, conocida como GUI en MATLAB, la cual modela este comportamiento de manera gráfica. Este programa resuelve un sistema de ecuaciones diferenciales y dependiendo del tiempo que el usuario indique, y los valores de concentraciones que introduzca, el programa le presenta varias opciones de relaciones entre los datos.

Abstract

The growth of algae in Water Treatment Plant deposits, is favored by the presence of substances rich in phosphates, nitrates and detritus, among other factors that enhance the reproduction and growing rate of this species.

These components are found in Water Treatments deposits due to the source of the water being treated there. It can come from industrial wastes, sanitary, or from agricultural use.

A model which represents the relationships between the concentrations of the phosphates, nitrates and detritus using differential equations was found for a specific case of a deposit from a Water Treatment Plant.

Using the graphical user interface (GUI) in MATLAB, a program was created to model this information in a graphical way. The program solves a system of differential equations depending on the data introduced by the user, which can be the concentrations and the integration rate, the GUI then displays different relations between the results obtained.

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1. Introducción

 La eutrofización es un proceso natural el cual consiste en el enriquecimiento de alguna masa de agua con nutrientes, en este caso se estudia el depósito de una planta de agua de drenaje. Es un tipo de contaminación química que ocurre cuando hay un aporte excesivo de nutrientes al sistema estudiado.

Este fenómeno tiene efectos en el medio que se produce, como la proliferación de algas unicelulares debido a las concentraciones de nitratos y fosfatos presentes.

Las algas unicelulares, son organismos con un tamaño promedio de entre 5 y 50 μm, su crecimiento se favorece en aguas estancadas cuando éstas se exponen a la luz del sol y a temperaturas por encima de 4 grados Celsius. (LG Sonic, 2017)

El ciclo de vida de estos seres ocurre de la siguiente manera:

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Su alimentación consiste básicamente en macronutrientes presentes en el agua, en su mayoría nitratos, fosfatos y detritus.

Se le conoce como ‘detritus orgánico’ a todos los tipos de materiales biogénicos en varios estados de descomposición microbiana, los cuales representan una fuente potencial de energía para especies consumidoras, (Darnell, 1967 a.), es decir, todos los desechos biológicos presentes.

La presencia de estos compuestos en los depósitos, se debe a la procedencia de las aguas tratadas en las plantas: lluvia, desechos domésticos, drenaje de agricultura, lagos, ríos, entre otros. Las cuales contienen residuos de fertilizantes, químicos y explosivos, y estos, a su vez, presentan altas concentraciones de nitratos y fosfatos, lo que provoca la eutrofización del agua; que promueve y estimula el crecimiento de las algas.

Existe una relación entre estos macronutrientes necesarios para las algas y la tasa de crecimiento de estas.  Con respecto a las concentraciones de nitrógeno y fosfatos, mientras mayor sea ésta, la tasa de crecimiento aumentará y el detritus presentará un comportamiento similar, debido a que la vida media de estos seres es alrededor de 9 días. Estas algas que mueren, se convierten en detritus y son utilizadas como alimento.

La existencia de algas puede provocar problemas a la salud que se derivan de las toxinas que son liberadas por ellas. Pueden causar irritación en la piel y ojos, y algunos síntomas intestinales, hepáticos y neurológicos si es ingerida. También, son las causantes del mal olor y mal aspecto del agua (verde).

Las medidas que se toman para evitar el rápido crecimiento de las algas en depósitos de agua giran en torno a no favorecer su medio de reproducción, por lo que se busca mantener bajos niveles de nitratos, fosfatos y detritus.

Esto se logra con el uso de químicos que contengan hipoclorito de sodio, de calcio o de litio, también ajustando el pH y manteniendo en movimiento el espacio en el que se encuentre el agua.

Existen hoy en día, tres tipos de tratamientos aplicados en las plantas de tratamiento de aguas residuales en la Ciudad de México:

• Primario: Ajusta el pH del agua y remueve los materiales orgánicos e inorgánicos.
• Secundario: Remueve materiales orgánicos coloidales y disueltos.
• Terciario: Remueve materiales disueltos incluyendo gases, sustancias orgánicas naturales y sintéticas, iones, bacterias y virus.

De estos tres tratamientos el más utilizado en las distintas delegaciones es el Secundario, en un 54% de las plantas de la Ciudad. (Reporte de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2014), por lo que se puede inferir que las plantas actualmente presentan problemas por el crecimiento de algas en sus depósitos, si estos se encuentran estancados.

Asimismo, se encontró que más del 70% del agua tratada proviene de aguas residuales industriales, las cuales presentan altas concentraciones de compuestos orgánicos e inorgánicos. (Reporte de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2014)

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