ANÁLISIS EXPERIMENTAL DEL EFECTO DE LA MATERIA ORGÁNICA EN LA FLOCULACIÓN DE SEDIMENTOS

Abstract

Actualmente, se ha caracterizado que en los ambientes naturales la composición de los flóculos es diversa, conformándose de carga inorgánica, carga orgánica, sustancias xenobióticas, gotas aceite, el espacio entre poros y el agua. Hoy en día, el interés por determinar el efecto que tiene la carga orgánica en la floculación ha cobrado relevancia debido al inminente cambio climático, y las diferentes alteraciones antropogénicas de los cauces naturales, que provocan variaciones en las condiciones químicas y biológicas del agua, modificando el efecto en la floculación y la deposición final de sedimentos. En el presente trabajo, se buscó determinar el efecto de las fracciones orgánicas (FO) materia orgánica particulada (MOP) y del carbono orgánico disuelto (COD) en la floculación de sedimentos. Para tal efecto, se experimentó en un canal rotatorio anular (CRA) con muestras de los dos ríos más grandes de México, y se comparó su comportamiento con una muestra de un origen distinto, como lo fue la del centro acuícola el Zarco, la cual se creyó, tenía una composición orgánica muy distinta, y así poder relacionar y contrastar las FO y las condiciones hidrodinámicas del CRA con la floculación. Los experimentos en el CRA consistieron en evaluar la evolución del tamaño de los flóculos en el tiempo. La técnica de velocimetría por rastreo de partículas (Particle Tracking Velocimetry: PTV) fue utilizada para determinar el diámetro equivalente de los flóculos. Una vez formados los flóculos en el CRA, usando una columna de sedimentación, y aplicando también la técnica PTV, se determinó el tamaño de los flóculos y su velocidad de caída. Por método gravimétrico se midió la MOP como la división de los sólidos suspendidos volátiles entre los sólidos suspendidos totales (SSV/SST), y con el analizador COT se determinó el carbón orgánico disuelto (COD) de cada muestra. También se obtuvieron imágenes en el microscopio óptico del IITCA con capacidad 100x para visualizar algún componente, fuera inorgánico u orgánico. Finalmente, se analizaron los resultados de la investigación y se presentan las relaciones entre las FO, condiciones hidrodinámicas, y tamaño de los flóculos durante los experimentos en el CRA.

El análisis de las fracciones orgánicas revela que la muestra de El Zarco presenta un alto contenido de materia orgánica particulada (MOP) (48.8%), con abundante presencia de diatomeas observadas en las imágenes capturadas con el microscopio óptico. En comparación, el río Grijalva contiene un mayor porcentaje de MOP (26.25%) que el río Usumacinta (9.97%), y ambos ríos presentan concentraciones similares de carbono orgánico disuelto (COD). La muestra de El Zarco tiene una concentración de COD tres veces menor que la de los ríos. Las diferencias en la composición orgánica de las muestras se atribuyen a alteraciones antropogénicas en los cauces, tiempos de retención del agua y a la influencia de los organismos acuáticos presentes en cada cuerpo de agua. Los resultados confirmaron que, en función de las fracciones orgánicas (FO), los procesos de floculación ocurrieron de manera distinta en cada muestra. Los flóculos del río Grijalva, con mayor contenido de materia orgánica particulada (MOP) que los del río Usumacinta, mostraron una agregación significativa bajo condiciones de bajas fuerzas hidrodinámicas, pero fueron susceptibles a la ruptura bajo fuerzas hidrodinámicas medias y altas. Los sedimentos del río Usumacinta son ricos en carbono orgánico disuelto (COD), el cual está compuesto en gran parte por sustancias húmicas, que provocaron la estabilización del tamaño de los flóculos. La muestra del centro acuícola El Zarco respalda estudios anteriores que sugieren que la presencia de microalgas mejora la adhesión entre partículas debido a las sustancias poliméricas extracelulares (SPE), que son biopolímeros naturales de alto peso molecular y cadenas largas. Los experimentos de velocidad de caída mostraron diferencias en la estructura fractal de los flóculos entre las muestras: los flóculos del río Grijalva presentaron la mayor porosidad, mientras que los del río Usumacinta se dividieron en dos grupos, uno compacto y otro poroso, en concordancia con hipótesis previas. En la muestra de El Zarco también se identificaron dos grupos de flóculos, uno de alta porosidad y otro más compacto; sin embargo, su distribución no coincidió con las teorías de densidad y fractalidad establecidas, sugiriendo que ambos grupos de flóculos podrían ser distintos e independientes entre sí.