evaluaciÓn de especies de plantas nativas y …
TRANSCRIPT
EVALUACIÓN DE ESPECIES DE PLANTAS NATIVAS Y ORNAMENTALES
USADAS EN PAREDES VERDES PARA EL TRATAMIENTO Y RECICLAJE DE
AGUAS GRISES
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
PROYECTO DE GRADO
KAREN NATALIA ACEVEDO CASALLAS
ASESOR: JUAN PABLO RODRÍGUEZ SÁNCHEZ PHD
Diciembre, 2019
Tabla de contenido
1. Introducción .................................................................................................................... 3
2. Metodología .................................................................................................................... 4
2.1 Selección de la especie............................................................................................. 4
2.2 Selección del sustrato ............................................................................................... 5
2.3 Diseño de la estructura ............................................................................................. 6
2.4 Características del agua y régimen de dosificación ................................................. 7
2.5 Muestreo y parámetros de medición ........................................................................ 8
3 Resultados y análisis ....................................................................................................... 9
3.1 Rendimiento de remoción de contaminantes ........................................................... 9
3.1.1 Parámetros físicos ............................................................................................. 9
3.1.2 Parámetros químicos............................................................................................ 11
3.1.3 Nutrientes............................................................................................................. 13
4 Desempeño y evaluación de especies ........................................................................... 14
5 Conclusiones y recomendaciones ................................................................................. 16
Bibliografía ........................................................................................................................... 17
Anexos .................................................................................................................................. 18
1. Introducción
Actualmente, más de la mitad de la población mundial se concentra en áreas urbanas y, según
la ONU, esta cantidad seguirá en aumento llegando así a una concentración de un 67% de la
población para 2050 en las ciudades (ONU, 2018). Así pues, en temas de crecimiento urbano
esto se traduce a una gran presión sobre los recursos naturales para satisfacer las necesidades
de sus habitantes. Igualmente, para responder a los desafíos impuestos por el crecimiento
urbano este debe ser gestionado y dirigido hacia el cumplimiento los objetivos de desarrollo
sostenible. Recursos como el agua se ven altamente afectados debido a que su demanda
incrementa progresivamente llegando a superar incluso la oferta disponible (Bahri, 2012). Es
así como, surge la necesidad de cambiar la forma en la cual se gestiona dicho recurso
estableciendo un enfoque estratégico y sostenible orientado al ahorro, la eficiencia del uso y
el uso de tecnologías adecuadas para satisfacer la demanda creciente en las ciudades
(Barragán, 2017).
El uso de aguas grises como alternativa para el ahorro de agua potable viene creciendo cada
vez más ya que al ser el agua residual con menos contaminación esta requiere de un
tratamiento mínimo menor para su reutilización (Eriksson et al., 2002). Las aguas grises son
las aguas residuales provenientes de duchas, bañeras, lavamanos y lavadoras y estas
componen alrededor de un 65% de las aguas residuales domésticas a nivel mundial
(Vuppaladadiyam et al., 2019). Entre las múltiples tecnologías para el tratamiento de aguas
grises se encuentran los filtros de arena, biodiscos, biorreactores, reactores UASB, biofiltros
(Vuppaladadiyam et al., 2019).
En términos generales, se tiene que los sistemas de tratamiento que requieren bajo consumo
de energía y mantenimiento son mayormente aceptados debido a su alto beneficio/costo y
efectividad para tratar aguas grises. Entre estos podemos encontrar los sistemas de
tratamiento naturales como los humedales los cuales, según estudios realizados han
demostrado gran eficiencia y facilidad de uso. Sin embargo, estos sistemas se ven limitados
en áreas urbanas donde la cantidad de espacio requerida es mayor a la cantidad de espacio
disponible (Masi et al., 2016). No obstante, estructuras como las paredes verdes se muestran
como potencial candidato para para el tratamiento de aguas grises debido a su similitud con
sistemas de biofiltración, baja complejidad, costo y demanda de área para ser implementada
(Fowdar et al., 2017).
No obstante, adicional a la posible biofiltración de agua las paredes verdes proporcionan
múltiples beneficios en las zonas urbanas en donde son implementadas. Entre los beneficios
proporcionados por las paredes verdes se encuentran servicios ecosistémicos como la
regulación climática e hídrica, purificación del aire (producción de oxígeno y captación de
GEI), propagación de biodiversidad (ello si se realiza con especies nativas) y reducción de
ruido (Perini & Rosasco, 2013). Así mismo, estas proporcionan otros servicios como los
culturales tales como la salud mental, satisfacción espiritual, apreciación estética, belleza
escénica y contacto con la naturaleza (Vasquez, 2016) clasificando así las paredes verdes
como estructuras urbanísticas sostenibles.
Actualmente las investigaciones para el uso de aguas grises en paredes verdes hasta el día de
hoy son muy pocas. Sin embargo, estudios realizados por Prodanovic et al. (2018) muestran
la viabilidad que existe usar aguas grises no sólo para el riego sino para el tratamiento de
aguas en paredes verdes ya que al transformar y adecuar su estructura esta posee un gran
potencial para actuar como biofiltro permitiendo el tratamiento de agua.
Para lograr resultados significativos en el tratamiento de agua este depende de la combinación
múltiples elementos como la selección de la especie de planta, su entorno y maduración, la
cantidad y mezcla de cada componente del sustrato y las dimensiones de la estructura
(Fowdar et al.,2017). Los estudios realizados presentan algunas sugerencias respecto a la
selección de especies, combinación de sustrato y dimensiones de la estructura. Dentro de las
especies sugeridas se encuentran Carex, Canna, Lonicera (Fowdar et al., 2017), Abelia,
Wedelia, Alternenthera, Duranta, Hemigraphis, entre otras más investigadas (Masi F et al.,
2016). Adicionalmente, con resultados significativos, se sugieren especies nativas como
Carex y Cyperus (Cantor, 2019) y plantas comerciales de techos verdes como Guzmania spp,
Juniperus, Sedum, Geranium, Anemone, Viva, Parthenocissus, entre otras (Mazalli et al.,
2013). Por último, respecto al sustrato, que los materiales con mejor desempeño son perlita
y fibra de coco presentando resultados óptimos con una combinación 3:1 (Prodanovic et al.,
2019). Con esto, es posible afirmar que existe gran variedad de combinaciones de estructuras
para realizar y numerosas especies por investigar. Esto sugiere que sugiere que el amplio
estudio de este tema podrá permitir conocer potencial de remoción de contaminantes en aguas
grises y los beneficios ambientales y económicos que estas estructuras pueden ofrecer.
Finalmente, este estudio busca evaluar la capacidad de las plantas nativas comparado con las
plantas ornamentales la remoción de contaminantes provenientes de aguas grises y observar
la especie que posee mejor adaptación y desempeño.
2. Metodología
2.1 Selección de la especie
Se tuvieron varios criterios para tener en cuenta para la selección de las especies los cuales
incluyen plantas que no fuesen árboles, con alturas menores a 60 cm, raíces de longitudes
menores a 15 cm, tolerantes a una dosificación diaria, así mismo, requiriesen suelos poco
profundos, se adaptasen a la altura, a las condiciones climáticas de Bogotá y, finalmente, que
hubiese disponibilidad local de dichas plantas (Franco, 2017). Se realizó la selección
de tres especies diferentes compuestas por dos especies nativas y una especie ornamental con
un total de seis plantas, teniendo dos plantas por especie.
Para la selección de las especies nativas, se consultó investigaciones previas de plantas
nativas con características ajustados a los criterios de selección (Cantor, 2019) y debido a su
abundante disponibilidad y facilidad de recolección se seleccionaron las especies Canna
Indica y Cyperus rufus. Adicionalmente, respecto a la especie Canna, estudios realizados por
(Fowdar et al., 2017) indican resultados significativos de remoción en contaminantes lo cual
la hace una candidata prometedora para este estudio. Respecto a la especie ornamental, se
consultó con la Guía Práctica de Techos Verdes y Jardines Verticales, esta proporcionada por
la secretaría de ambiente. Una vez hecho esto, se encontró como potencial candidata la
especie Guzmania spp. o comúnmente llamada Bromelia debido su corta altura, su baja
longitud de su raíz y su alta capacidad de adaptación y supervivencia (Hietz et al,. 2002). En
la Figura 1 se presentan, nombradas de izquierda a derecha, las especies usadas para las
columnas experimentales.
2.2 Selección del sustrato
Para la selección del sustrato en paredes verdes es importante la elección de medios livianos
potencialmente efectivos para el tratamiento de aguas grises. Así pues, dentro de los criterios
de selección de estos se encuentra su peso, porosidad, efectividad y soporte en el crecimiento
de plantas, capacidad de retención de agua, capacidad de retención, liberación de nutrientes
y, finalmente, disponibilidad local de estos materiales (Prodanovic et al., 2017).
Estudios de medios no vegetados realizados por Prodanovic et al., (2019) resaltan el uso de
la combinación entre la perlita (Figura 2) y fibra de coco (Figura 3) con resultados
Figura 1. Especies Cyperus Rufus, Canna Indica y Guzmania spp utilizadas para las columnas experimentales
significativos en la eliminación de contaminantes en agua. Así mismo, dichos estudios
sugieren que una de las combinaciones óptimas según los criterios mencionados
anteriormente es una proporción de 3:1 entre perlita (1) y fibra de coco (3). Por esta razón,
se decidió que el medio más idóneo a utilizar como sustrato principal para las plantas es
perlita y fibra de coco en proporción 3:1. Cabe resaltar que la elección de un solo tipo de
sustrato se debe a que este estudio busca analizar el papel de las plantas en cada columna
experimental teniendo como valores base la remoción que el sustrato realice sustrato y si
existe diferencia alguna con el hecho de que haya plantas en el medio o no.
Figura 2. Perlita Figura 3. Fibra de coco
2.3 Diseño de la estructura
Para el diseño experimental de la estructura se realizó una revisión de literatura científica de
estructuras usadas en proyectos relacionados con el uso de paredes verdes para remoción de
contaminantes. De esta manera, observando las diferentes investigaciones realizadas se
destacó el estudio de Prodanovic et al. (2018) en donde se hace uso de columnas verticales
de PVC como estructura de simulación de paredes verdes en donde cada columna posee un
diámetro de 100 mm y una altura de 400 mm. No obstante, orientados por los estudios
realizados por Cantor (2019) y Ángel (2019), se decidió implementar igualmente una adición
de 100 mm a la altura (500 mm en total) con el fin de dejar un espacio libre para el
crecimiento de la planta. Adicionalmente, se instaló a la columna un sistema de doble capa
de mallas de plástico en la parte inferior con el fin de retener el sustrato y evitar la
contaminación de las muestras con dicho material.
En total se hizo uso 7 columnas conformadas por tres especies, su respectiva réplica y el
control conformado únicamente por el sustrato. A continuación, se muestra la composición
de la estructura y cada columna (Figura 4) con su respectiva combinación.
2.4 Características del agua y régimen de dosificación
Como se mencionó anteriormente, el agua gris es el agua seleccionada para dosificación de
las plantas en este estudio y entre las fuentes principales que se tienen para este tipo de agua
son la lavadora, duchas y lavamanos. Así pues, por practicidad y facilidad de recolección se
decidió obtener el agua gris únicamente de la lavadora para dosificación diaria de cada
estructura. En la Tabla 1 se presentan los valores establecidos por la OMS (2006) para agua
gris y las concentraciones obtenidas para cada parámetro del agua fuente usada a lo largo de
cada campaña. Al realizar la comparación entre el agua afluente usada y los valores de la
OMS (2006) se observa que la mayoría de estos cumplen con dicho rango excepto dos de
estos señalados con asterisco (*).
Tabla 1. Comparación del agua afluente con estándares de la OMS de agua gris. Fuente: OMS (2006)
Parámetros
(mg/l) Rango
OMS
Agua afluente
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
SST (mg/l-SS) 45-330 280 84 60 80
Turbiedad (NTU) 22-200 190 87.1 73.9 94
DBO (mg/l-O2) 90-290 891* 116 102 157
DQO (mg/l-O2) - 2116 544 583 695
Figura 4. Vista en planta de la estructura con cada columna experimental
CA1 CA2
CY1 CY2
GU1 GU2
CTL
3:1
CA1: Canna Indica
CA2: Canna Indica (réplica)
CY1: Cyperus rufus
CY2: Cyperus rufus (réplica)
GU1: Guzmania spp
GU2: Guzmania spp (réplica)
CTL: Control perlita + fibra de coco 3:1
NT (mg/l-N) 2.1-31.5 38.2* 14.2 7.8 16.8
PT (mg/l-P) 0.6-27.3 2.61 2.4 1.13 2.1
Siguiendo los parámetros encontrados en estudios realizados por Prodanovic et al., (2018),
donde sugiere que la tasa mínima de riego por columna para supervivencia de la planta es de
2L al menos durante cinco días a la semana y basados en la tasa de dosificación realizada por
Cantor (2019) y Ángel (2019) en donde se tuvo en cuenta la producción semanal de agua gris
se escogió una tasa de riego inicial de 2.5 L durante cinco días por semana dejando un
descanso de 2 días seguidos. En la Figura 5 se presenta el cronograma de muestreo y
dosificación para las columnas experimentales. Cada campaña se realiza cada tres semanas
y luego de la primera semana se realiza riego con agua gris.
2.4 Muestreo y parámetros de medición
Para observar la evolución y crecimiento de las plantas durante el proceso y su capacidad
para remoción de contaminantes, se decidió realizar 4 muestreos dejando un lapso de
temporalidad de 3 semanas por cada campaña de muestreo. Inicialmente, una vez realizado
el montaje se regó con agua potable cada estructura durante una semana con el fin de remover
impurezas y adaptar a la planta en el nuevo sustrato, luego, pasado ese tiempo se comenzó
con la primera campaña de medición. Luego de eso, después de 3 semanas se realizó la
segunda campaña y así consecutivamente hasta completar las 4 campañas. Así pues, las 4
campañas de medición elaboradas tomaron un tiempo total de 3 meses. Para el análisis de
calidad de agua final se decidió escoger 6 parámetros de medición los cuales contemplan dos
características físicas, químicas y de nutrientes. Respecto a parámetros físicos se encuentra
turbiedad y sólidos suspendidos totales, químicos como la DQO, biológicos como la DBO y
nutrientes como fósforo y nitrógeno total. Finalmente, para observar la adaptabilidad de cada
especie se tuvieron en cuenta condiciones de crecimiento, dosis de riego y apariencia en cada
planta.
Dosificación Dosificación Muestreo
(Agua potable) (Agua gris)
CAMPAÑA 1 CAMPAÑA 2 CAMPAÑA 3 CAMPAÑA 4
Semana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Semana 5 Semana 6 Semana 7 Semana 8 Semana 9 Semana 10 Semana 11
Preparación Inicio de experimento
Semanas
Figura 5. Cronograma de muestreo
3 Resultados y análisis
3.1 Rendimiento de remoción de contaminantes
Para la determinación del rendimiento de cada columna experimental se evaluó el cambio de
concentración en 6 parámetros distintos entre el agua gris del afluente y la resultante del
efluente. Dentro de los 6 parámetros seleccionados se encuentran los sólidos suspendidos
totales y turbiedad, correspondientes a parámetros físicos. Luego, en parámetros químicos se
encuentra la DBO5 y DQO y, finalmente, en la medición de nutrientes se encuentra el fósforo
total y el nitrógeno total.
3.1.1 Parámetros físicos
Sólidos suspendidos totales
En la Figura 7 se presentan las concentraciones obtenidas de SST para cada especie en cada
una de las campañas realizadas, en esta se aprecia una gran concentración de sólidos para la
primera campaña, seguida por una disminución de concentración en las campañas siguientes.
Observando la Figura 6, la eliminación de SST varió de 15% a 85% en la primera campaña
para cada una de las especies siendo la Cyperus rufus la planta con mejor resultado obtenido.
Adicional, a medida de cada campaña realizada se observó una variación en el rendimiento
de las especies Cyperus rufus y Canna Indica y una mejora consistente en el rendimiento de
la especie Guzmania llegando a un 40% de remoción en la última campaña. Igualmente, A
pesar de que en la campaña 3 la Canna indica no hubiese tenido remoción de contaminantes,
esta tuvo una mejora considerable siendo la especie con mejor rendimiento en la última
campaña con un 80% de remoción.
Respecto a la columna control no vegetada, esta, a diferencia de lo esperado, tuvo un aumento
en la concentración de dicho parámetro para la primera campaña, esto seguido por un bajo
rendimiento de remoción en las campañas siguientes. Estos resultados muestran el papel
significativo que tuvieron las plantas en la remoción de sólidos, este comportamiento es
debido a que las raíces de las plantas absorben los sólidos por medio de la fitoremediación
(Ibañez et al., 2016).
Turbiedad
Para el parámetro de turbiedad, se obtuvo un crecimiento progresivo de remoción a medida
de cada campaña. El mejor resultado lo obtuvo la campaña 4 teniendo una tasa de remoción
de turbiedad entre el 50% y el 80%. Respecto al desempeño de las plantas, la especie
Guzmania spp no jugó un papel significativo en la remoción de turbiedad ya que obtuvo
valores muy similares a la columna control. Al contrario, las especies Canna I. y Cyperus r.
tuvieron un mejor desempeño que el control llegando a remociones significativas de hasta
80% en la tercera y cuarta campaña. Sin embargo, cabe resaltar que a pesar de que el
rendimiento de la especie Cyperus r. fue bastante significativo esta remoción de SST, para la
última campaña se observó una eliminación de 50% en la turbiedad, esto posiblemente a la
maduración del medio.
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Tasa
de
rem
oci
ón
(%
)
Cyperus r. Canna I. Guzmania s. No vegetado
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Tasa
de
rem
oci
ón
(%
)
No vegetado Cyperus r. Canna I. Guzmania s.
Figura 7. Concentración de sólidos suspendidos totales. Figura 6. Remoción de sólidos suspendidos totales
Figura 8. Remoción de turbiedad Figura 9. Concentración de turbiedad
Los rendimientos obtenidos en cada columna pueden verse atribuidos al tiempo de retención
hidráulica (Fowdar et al., 2017). Cabe resaltar que, durante la etapa de riego se observaron
ocasiones en donde se presentaba colmatación y velocidad de flujo lentas para las columnas
correspondientes a las especies Cyperus r. y Cana I. y, por el contrario, para la especie
Guzmania s. se mantenía una velocidad de flujo ligeramente rápida y en ningún momento
presentaba colmatación. Por tal razón, se observa que las columnas con mayor tiempo de
retención hidráulica pueden desempeñar un papel importante en la remoción de la turbiedad
en comparación con las columnas con menor tiempo de retención cuya remoción fue menor.
3.1.2 Parámetros químicos
DQO
En términos generales, para el parámetro de DQO se pudo observar que hubo remoción
significativa en la última campaña para todas las columnas en cuestión. Se obtuvo alrededor
de un 70% de remoción de DQO para la tercera y cuarta campaña correspondientes a las
especies Cyperus r. y Canna. No obstante, para el caso de la Cyperus en la tercera campaña
existe una tasa de eliminación variable debido a sus barras de error. Con respecto a la
columna control se observa una remoción consistente de entre 10% y 25% aumentando
levemente su desempeño a medida del tiempo.
Si bien en las primeras campañas realizadas no hubo resultados significativos de eliminación
de DQO, en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se observa que la tasa de
remoción fue mejorando progresivamente para todas las columnas plantadas. Por lo tanto, el
aumento en la tasa de remoción a lo largo del tiempo puede indicar que la maduración y la
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Tasa
de
rem
oci
ón
(%
)
Cyperus r. Canna I. Guzmania s. No vegetado
Figura 11. Concentración de DQO Figura 10. Remoción de DQO
adaptación de las especies en el medio contribuyen a un rendimiento gradual en la remoción
de DQO (Prodanovic et al., 2017). Así mismo, debido a estas razones también es posible
argumentar la baja remoción e incluso aumento de la concentración de DQO obtenidas en la
primera campaña dado el poco tiempo de maduración que se les dio a las columnas desde el
montaje hasta la primera campaña.
DBO5
La figura 12 presenta un comportamiento bastante variable de cada columna en la
eliminación de DBO5. En este parámetro no existe un patrón claro ya que, si bien en la
primera campaña se observan valores consistentes y significativos en la cada columna (60%-
67% de remoción), en la campaña siguiente el rendimiento de remoción cae notablemente
para todas las columnas llegando incluso a incrementar la concentración de DBO5 (Figura13).
Sin embargo, cabe rescatar una mejora progresiva desde la segunda hasta la última campaña
de la especie Canna I. mostrando un rendimiento óptimo de 70% en la última campaña, y, de
igual forma, para la especie Cyperus r. cuya remoción en la tercera campaña fue de 72%.
Por otro lado, las columnas correspondientes al control y a la especie Guzmania s. sólo
mostraron tasas de remoción significativas en la primera campaña, luego de eso su tasa de
remoción disminuyó significativamente siendo prácticamente nula.
Las posibles causas de estos resultados pueden deberse a la interacción bacteriana en el medio
ya que la degradación de materia orgánica se da gracias a la actividad microbiana. Si existen
condiciones apropiadas existe un mejor desempeño de remoción de DBO5 en el medio, lo
cual pudo haber ocurrido en la campaña 1 (Moeller & Tomasini, 2003). Por otro lado, si hay
un cambio en las condiciones de medio (pH, oxígeno y T°) o si la concentración de materia
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Tasa
de
rem
oci
ón
(%
)
Cyperus r. Canna I. Guzmania s. No vegetado
Figura 12. Remoción de DBO5 Figura 13. Concentración de DBO5
orgánica es significativamente mayor esta puede superar la capacidad de los
microorganismos para metabolizar lo cual pudo haberse visto reflejado en la campaña 2
(Posada & Mosquera, 2007).
3.1.3 Nutrientes
Nitrógeno
Los resultados obtenidos de la remoción de nitrógeno total (Figura 15) muestran una
variación en la remoción para las dos primeras campañas en cada especie. Para este caso, la
única especie que mostró una mejora consistente fue la Guzmania s. sin embargo esta sólo
llegó a obtener una tasa de remoción final del 30% en comparación con la especie Cyperus
r. que obtuvo un 50% y la especie Canna I. logrando un 80% de remoción. En lo que respecta
al desempeño de la columna control este tuvo un desempeño deficiente en las primeras
campañas, aunque para la última campaña tuvo una leve mejora llegando a una remoción del
20%. Sin embargo, comparando con estudios realizados1 con combinaciones de sustrato 3:1
de fibra de coco y perlita, en donde se logra una remoción de hasta 70%, se muestra un
desempeño bastante deficiente para la columna en cuestión.
En la última campaña el desempeño de remoción, si bien fue variable en cada columna, fue
el mejor obteniendo una tasa de remoción máxima de 80% correspondiente a la especie
Canna I. Sin embargo, cabe resaltar que para esta especie el porcentaje de error también es
significativo por ende este valor puede variar. Así mismo, a lo largo de cada campaña,
1 (Prodanovic, Zhang, Hatt, McCarthy, & Deletic, 2018)
-20
0
20
40
60
80
100
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Tasa
de
rem
oci
ón
(%
)
No vegetado Cyperus r. Canna I. Guzmania s.
Figura 15. Remoción de nitrógeno total Figura 14. Concentración de nitrógeno total
comparando los resultados con la columna control se puede apreciar que el uso de las plantas
en las columnas juega un rol importante ya que produce un mejor desempeño en la remoción
de nitrógeno.
Fósforo total
A pesar de que la remoción en la primera campaña fuese deficiente para la especie Canna I.
los resultados obtenidos de fósforo total tanto para la especie Cyperus r. como esta especie
muestran un aumento progresivo en la tasa de remoción a lo largo del tiempo. Igualmente,
para la columna control, si bien al principio incrementó la concentración de fósforo en el
efluente, se tuvo una tasa de remoción consistente en un rango 30% a 60% en las campañas
2, 3 y 4 similar a los resultados de Prodanovic et al., (2017) las cuales fueron de 40%.
Respecto a la especie Guzmania s. esta presentó una variación notable a lo largo de cada
campaña, en la primera campaña obtuvo una tasa de remoción de 50% pero luego disminuyó
su remoción significativamente a 5%. Sin embargo, para la campaña final tuvo un incremento
de 60%. Cabe resaltar que la ultima campaña tuvo un alto desempeño para todas las columnas
con un rango de remoción entre 50% a 80%, esto pudo haber ocurrido debido a la maduración
del medio.
4 Desempeño y evaluación de especies
Para medir el desempeño de especies se realizó una evaluación multicriterio por medio de un
modelo de utilidad multiatributo de cada parámetro. Este modelo busca asignar una utilidad
o valor numérico para cada atributo valioso que compone cada alternativa fin de obtener una
utilidad o calificación final de cada alternativa y posteriormente proceder a seleccionar la
mejor (Romero & Pomerol, 1997). Para esta evaluación se tuvo en cuenta la campaña
Figura 16. Remoción de fósforo total Figura 17. Concentración de fósforo total
realizada, la tasa de remoción obtenida en cada parámetro y el porcentaje de error. Este
porcentaje de error corresponde a la desviación estándar entre la remoción obtenida de cada
especie y su respectiva réplica.
Primeramente, se asignó valor a cada campaña siendo la última campaña la más valorada con
4 puntos y la primera campaña la menos valorada con 1 punto (Anexo 5). Estos puntajes se
asignan teniendo en cuenta que a medida que transcurre el tiempo las plantas presentan una
adaptación al medio obteniendo mejores resultados en la remoción de contaminantes (Masi,
Bresciani, Rizzo, Edathoot, & Patwardhan, 2016). Posteriormente, el valor asignado a la
campaña se multiplica por la resta entre el porcentaje de remoción y el error obtenidos del
parámetro en la campaña. Se optó por incluir el porcentaje de error debido a la incertidumbre
que este genera en los datos, no obstante, ente porcentaje es dividido entre 2 con el fin de
quitarle peso en la corrección del valor debido a que este se calculó con muy pocos valores.
Por otro lado, el valor máximo por cada evaluación es de 60 y por parámetro es de 10 (Anexo
6). A continuación, se presenta la ecuación utilizada para calcular los valores del modelo de
utilidad multiatributo.
𝑃𝑢𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑎ñ𝑎 (% 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 −% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟)
2)
Una vez definido el modelo de evaluación de especie se calculó el desempeño de cada especie
obteniendo lo siguiente
Tabla 2. Desempeño general de la especie Cyperus rufus
CYPERUS RUFUS
Parámetro Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4 TOTAL
SST 0.7 0.7 1.5 2.2 5
Turbiedad 0.1 1.0 1.9 2.0 5
DBO 0.6 0.1 1.8 0.6 3
DQO -0.3 -0.1 1.8 1.6 3
Fósforo total 0.2 0.7 1.7 2.3 5
Nitrógeno total 0.2 0.0 1.2 2.1 3
TOTAL 2 2 10 11 25
A partir de la Tabla 2 se observa que la especie Cyperus rufus obtuvo un puntaje total de 25
sobre 60 puntos posibles. En esta evaluación también se puede apreciar un desempeño
favorable de 5 puntos sobre 10 para la remoción de sólidos suspendidos totales, turbiedad y
fósforo total. Adicionalmente, comparado con las demás especies se observa que la Cyperus
rufus posee valores pico (resaltados con color) para los parámetros de turbiedad, DBO, DQO,
y fósforo total en la campaña 3.
Tabla 3. Desempeño general de la especie Canna indica
CANNA INDICA
Parámetro Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4 TOTAL
SST 0.4 1.4 0.2 3.2 5
Turbiedad 0.2 1.0 0.9 3.0 5
DBO 0.6 0.0 0.7 2.0 3
DQO 0.0 0.7 1.2 2.6 4
Fósforo total -0.2 0.4 1.5 3.1 5
Nitrógeno total 0.2 0.7 0.5 3.0 4
TOTAL 1 4 5 17 27
La especie Canna Indica (Tabla 3) fue la especie de mayor puntaje obtenido con un valor de
27 puntos sobre 60. Esta especie tuvo valores pico de remoción para sólidos suspendidos
totales en la campaña 2 y 4, y nitrógeno total en la campaña 4. Igualmente, respecto a cada
parámetro tuvo un alto desempeño en la remoción de sólidos, turbiedad, fósforo total y
nitrógeno total (resaltados con color). De igual manera, esta especie tuvo el puntaje más alto
por campaña siento la campaña 4 la mejor de todas.
Tabla 4. Desempeño general de la especie Guzmania spp
GUZMANIA SPP
Parámetro Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4 TOTAL
SST -0.1 0.3 0.7 1.5 2
Turbiedad 0.1 0.7 0.6 1.8 3
DBO 0.6 -0.5 -0.4 0.2 0
DQO -0.1 -0.3 0.7 1.1 1
Fósforo total 0.4 0.1 0.2 2.5 3
Nitrógeno total 0.1 0.1 0.7 1.3 2
TOTAL 1 0 2 8 12
Finalmente, la especie Guzmania spp fue la especie con desempeño más bajo con un valor
total de 12 sobre 60 (Tabla 4). No obstante, tuvo un valor pico en la remoción de turbiedad
en la campaña 1.
5 Conclusiones y recomendaciones
Este estudio evaluó el rendimiento de remoción de contaminantes para las especies Cyperus
rufus, Canna Indica y Guzmania spp utilizando fibra de coco y perlita en una proporción 3:1.
Los resultados arrojaron que la especie Canna Indica obtuvo el mejor desempeño, aunque
para la especie Cyperus rufus el desempeño no se diferenció mucho de esta especie. Por otro
lado, la especie Guzmania spp, tuvo un desempeño bastante bajo en comparación con las
otras y sólo se destacó en la remoción del contaminante DBO en la campaña 1. Al realizar
variaciones en la concentración de contaminantes en el agua gris para la campaña 1, en
comparación al agua gris usada de las campañas siguientes se observó un desempeño en la
remoción para cada especie. Así mismo, se pudo evidenciar la capacidad máxima de
remoción de contaminantes para algunas columnas lo cual comprueba el potencial de las
plantas en la remoción de contaminantes en el agua gris.
Para estudios futuros se recomienda aumentar el tiempo de maduración antes de la realización
del primer muestreo ya que se evidenció que el tiempo de maduración del medio influye en
un mejor desempeño en la remoción de algunos contaminantes. De igual forma, se
recomienda el uso de más replicas al alto porcentaje de error obtenido en algunos resultados.
Por otro lado, se sugiere triturar la fibra de coco antes de usarla en el montaje debido a que
su estado fibroso genera acolchamiento y grandes espacios por los cuales la proporción de
3:1 con perlita puede ser variable y esta a medida del tiempo puede prensarse ocupando
menos espacio.
Bibliografía
Bahri, A. (2012). Integrated Urban Water Management. Estocolmo: Global Water
Partnership.
Barragán, A. (2017). Soluciones a la crisis del agua en México. El país.
Cantor, J. P. (2019). Evaluación de especies nativas y sustratos mejorados en paredes verdes
para el tratamiento de aguas grises en la ciudad de Bogotá. Bogotá: Universidad de
los Andes.
Eriksson, E., Auffarth, K., Henze, M., & Ledin, A. (2002). Characteristics of grey
wastewater. Lyngby: ScienceDirect.
Fowdar, H. S., Hattac, B. E., Breenc, P., Cook, P. L., & Deleticac, A. (2017). Designing
living walls for greywater treatment. Melbourne: ScienceDirect.
Franco Támara, N. (2017). Seleccion, evaluacion e implementacion de plantas nativas y
sustratos en techos verdes. Bogotá: Universidad de los Andes.
Hietz, P., Ausserer, J., & Schindler, G. (2002). Growth, maturation and survival of epiphytic
bromeliads in a Mexican cloud forest. Xalapa: Journal of Tropical Ecology.
Ibañez, S., Talano, M., Ontaño, O., Suman, J., Medina, M. I., Macek, T., & Agostin, E.
(2016). Transgenic plants and hairy roots: exploiting the potential of plant species to
remediate contaminants. New Biotechnology, 625-635.
Masi, F., Bresciani, R., Rizzo, A., Edathoot, A., & Patwardhan, N. (2016). Green walls for
greywater treatment and recycling in dense urban areas: a case-study in Pune. Delhi:
ProQuest.
Mazzali, U., FabioPeron, Romagnoni, P., M.Pulselli, R., & Bastianoni, S. (2013).
Experimental investigation on the energy performance of living walls in a
temperature climate. ELSEVIER.
Moeller, G., & Tomasini, C. (2003). Microbiología de los lodos activados. MEMORIAS
CURSO INTERNACIONAL DE SISTEMAS INTEGRADOS DE TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES Y SU RESO PARA UN MEDIO AMBIENTE SUSTENTABLE,
161-163.
ONU. (2018). Las ciudades seguirán creciendo, sobre todo en los países en desarrollo.
Noticias ONU, 1.
Perini, K., & Rosasco, P. (2013). Cost–benefit analysis for green façades and living wall
systems. Building and Environment, 110-121.
Posada, L., & Mosquera, S. (2007). Biodegradación de la materia orgánica presente en las
aguas residuales de una empresa de pinturas. Medellin: Eafit.
Prodanovic, V., Hatt, B., McCarthy, D., Zhang, K., & Deletic, A. (2017). Green walls for
greywater reuse: Understanding the role of media on pollutant removal. Ecological
Engineering, 625-635.
Prodanovic, V., Zhang, K., Hatt, B., McCarthy, D., & Deletic, A. (2018). Optimisation of
lightweight green wall media for greywater treatment and reuse. Building and
Environment, 99-107.
Vasquez, A. E. (2016). Infraestructura verde, servicios ecosistémicos y sus aportes para
enfrentar el cambio climático en ciudades: el caso del corredor ribereño del río
Mapocho en Santiago de Chile. Revista de Geografía Norte Grande, 63-86.
Vuppaladadiyam, A. K., Merayo, N., Luque, P. P., Blanco, A., & Zhao, M. (2019). Una
revisión sobre la reutilización de aguas grises: calidad, riesgos, barreras y
escenarios globales. Zúrich: Springer Netherlands.
Anexos
Anexo 2. Remoción de contaminantes para la especie Cyperus Rufus
-40
-20
0
20
40
60
80
100
DBO DQO Fósforo Total Nitrógeno Total SST Turbiedad
Tasa
de
rem
oci
ón
(%
)
Remoción de contaminantes para Cyperus rufusCampaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Anexo 1. Porcentaje de remoción para la especie Guzmania spp
-40
-20
0
20
40
60
80
100
DBO DQO Fósforo Total NitrógenoTotal
SST Turbiedad
% r
emo
ció
n
Guzmania sppCampaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
-100
-50
0
50
100
DBO DQO Fósforo Total Nitrógeno Total SST Turbiedad
Control 3:1
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Valor asignado a cada
campaña
Campaña 1 1
Campaña 2 2
Campaña 3 3
Campaña 4 4
Anexo 5. Valor asignado a cada campaña
Anexo 3. Porcentaje de remoción para la especie Canna Indica
-30
-10
10
30
50
70
90
DBO DQO Fósforo Total Nitrógeno Total SST Turbiedad
Canna indica
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Anexo 4. Porcentaje de remoción para la columna no vegetada
Especie
Parámetro Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4 TOTAL
SST 1 2 3 4 10
Turbiedad 1 2 3 4 10
DBO 1 2 3 4 10
DQO 1 2 3 4 10
Fósforo total 1 2 3 4 10
Nitrógeno total 1 2 3 4 10
TOTAL 6 12 18 24 60 Anexo 6. Posible puntaje máximo por obtener en la evaluación