Caracterización de la lenteja de agua y su influencia en la atenuación de la luz en la columna de agua de los humedales de flujo superficial de la EDAR los Monasterios (Puçol, Valencia)

[ES] El tratamiento sostenible de aguas residuales resulta esencial en un contexto de creciente escasez hídrica. En este sentido, los humedales artificiales de flujo superficial libre (FWS CW) se presentan como una alternativa tecnológica eficiente para el tratamiento terciario. Esta investigación aborda la problemática de la proliferación no deseada de lenteja de agua (Lemna sp.) en los humedales de flujo superficial de la EDAR Los Monasterios (Puçol, Valencia), donde esta macrófita llega a cubrir hasta el 100% de la superficie libre en determinadas épocas del año, influyendo en la atenuación lumínica y la dinámica natural del sistema. Ante esta situación, surgió la necesidad de estudiar tanto las características de esta planta acuática como la concentración de nutrientes principalmente nitrógeno (N) y fósforo (P) presentes en el afluente de los humedales, junto con la radiación solar incidente y su atenuación en profundidad. Asimismo, se evaluó la influencia de dicha atenuación lumínica en la eliminación de Escherichia coli en diferentes estratos de la columna de agua y se determinaron los coeficientes de extinción lumínica en ambos humedales (L1 y L2) en las cuatro campañas de monitoreo. La caracterización de la lenteja de agua incluyó la determinación de densidad superficial (DS), peso fresco (FM), peso seco (DM), cobertura superficial y composición química en términos de carbono (C), nitrógeno (N) y fósforo (P), además de las relaciones másicas entre dichos elementos. Para ello, se establecieron ocho puntos de muestreo distribuidos en la superficie del humedal. Las muestras se recolectaron mediante placas Petri que delimitaron el área de muestreo y luego sirvieron para almacenarlas y transportarlas. Posteriormente, en el laboratorio, la biomasa se secó inicialmente a temperatura ambiente para obtener el FM. Después, se sometió a secado en estufa a 105°C hasta lograr la deshidratación completa, obteniéndose así el DM. La biomasa seca se trituró hasta convertirse en polvo fino, luego se utilizó para la determinación de la DQO y el contenido de TN y TP en la lenteja de agua. En el caso del agua, se recopilaron muestras en tres estratos de la columna de agua (superficie, 0.40 m y 0.70 m), a partir de las cuales se analizaron parámetros físico-químicos y microbiológicos: temperatura, conductividad, pH, turbidez, coeficiente de absorción espectral, absorbancia, oxígeno disuelto (OD), sólidos suspendidos totales (SST), demanda química de oxígeno total (DQOT), fósforo total (TP), nitrógeno total (TN), fosfatos (PO43- - P), nitratos (NO3- - N), Nitritos (NO2- - N), Amonio (NH4+ - N), coliformes totales (CT) y Escherichia coli. La radiación solar y su atenuación en la columna de agua fueron evaluadas mediante un piranómetro con cuatro sensores dispuestos en pares (uno orientado hacia arriba y otro hacia abajo), unidos verticalmente. Un par se ubicó a 1.10 m del fondo del humedal, al aire libre, para medir la radiación incidente, mientras que el otro se situó dentro de la columna de agua a intervalos de 0.10 m desde la superficie hasta el fondo. Esto permitió establecer la curva de atenuación lumínica y estimar los coeficientes de extinción lumínica para ambos humedales. Los resultados de la caracterización de la biomasa mostraron que el carbono representó en promedio un 37% del peso seco, coincidiendo para ambos humedales. El nitrógeno osciló entre 3.0 y 4.3% en L1 y entre 3.5 y 4.1% en L2. El fósforo se ubicó entre 0.48 y 1.11% en L1, y entre 0.72 y 1.03% en L2. Las relaciones másicas C:N:P evidenciaron mayor variabilidad en L1, con valores aproximados de 35.77:3.75:1, 44.19:4.96:1 y 75.98:5.98:1 en las tres primeras campañas, mientras que en L2 los valores resultaron más homogéneos (39.40:3.77:1, 36.62:3.73:1 y 46.47:5.04:1). Las relaciones N:P evidenciaron un vínculo con el grado de cobertura de lenteja de agua. En L1, las mayores coberturas (100% y 98%) coincidieron con relaciones de 18.32 ± 0.08 y 44.23 ± 2.26 respectivamente, mientras que en L2 las coberturas más altas (90% y 95%) estuvieron asociadas a relaciones N:P relativamente bajas (7.18 ± 1.24 y 8.98 ± 0.28). El análisis de la atenuación lumínica confirmó que una cobertura alta genera una caída brusca de la irradiancia inicial, mientras que la fracción transmitida decrece de manera exponencial con la profundidad. Sin embargo, este hallazgo no permitió establecer una relación directa entre la cobertura y la eliminación de E. coli. Finalmente, respecto a los coliformes totales, en L1 se detectaron concentraciones más elevadas en el estrato de 0.70 m bajo condiciones de alta cobertura superficial, mientras que en L2 no se identificó un patrón claro de distribución.

[EN] The sustainable treatment of wastewater is essential in a context of increasing water scarcity. In this regard, free water surface constructed wetlands (FWS CWs) are presented as an efficient technological alternative for tertiary treatment. This research addresses the problem of the undesired proliferation of duckweed (Lemna sp.) in the free surface flow wetlands of the Los Monasterios WWTP (Puçol, Valencia), where this macrophyte covers up to 100% of the free surface during certain periods of the year, influencing light attenuation and the natural dynamics of the system. Given this situation, it became necessary to study both the characteristics of this aquatic plant and the concentration of nutrients mainly nitrogen (N) and phosphorus (P) present in the wetlands influent, along with incident solar radiation and its attenuation with depth. Likewise, the influence of such light attenuation on the removal of Escherichia coli in different layers of the water column was evaluated, and the light extinction coefficients in both wetlands (L1 and L2) were determined across four monitoring campaigns. The characterization of duckweed included the determination of surface density (DS), fresh mass (FM), dry mass (DM), surface coverage, and chemical composition in terms of carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P), as well as the mass ratios among these elements. For this purpose, eight sampling points were established across the wetland surface. Samples were collected using Petri dishes, which delimited the sampling area and were subsequently used for storage and transport. In the laboratory, the biomass was initially dried at room temperature to obtain FM. It was then oven-dried at 105 °C until complete dehydration, thereby obtaining DM. The dry biomass was ground into fine powder and then used for the determination of COD and the content of TN and TP in duckweed. For water sampling, three layers of the water column (surface, 0.40 m, and 0.70 m) were collected, from which physicochemical and microbiological parameters were analyzed: temperature, conductivity, pH, turbidity, spectral absorption coefficient, absorbance, dissolved oxygen (DO), total suspended solids (TSS), total chemical oxygen demand (COD), total phosphorus (TP), total nitrogen (TN), phosphates (PO43- - P), nitrates (NO3- - N), nitrites (NO2- - N), ammonium (NH4+ - N), total coliforms (TC), and Escherichia coli. Solar radiation and its attenuation in the water column were assessed using a pyranometer with four sensors arranged in pairs (one upward-facing and one downward-facing), vertically aligned. One pair was placed 1.10 m from the wetland bottom, outdoors, to measure incident radiation, while the other was placed inside the water column at 0.10 m intervals from the surface to the bottom. This made it possible to establish the light attenuation curve and estimate the extinction coefficients for both wetlands. The results of biomass characterization showed that carbon accounted for an average of 37% of dry mass, coinciding in both wetlands. Nitrogen ranged between 3.0 and 4.3% in L1 and between 3.5 and 4.1% in L2. Phosphorus ranged from 0.48 to 1.11% in L1, and from 0.72 to 1.03% in L2. The C:N:P mass ratios showed greater variability in L1, with approximate values of 35.77:3.75:1, 44.19:4.96:1, and 75.98:5.98:1 in the first three campaigns, while in L2 the ratios were more homogeneous (39.40:3.77:1, 36.62:3.73:1, and 46.47:5.04:1). The N:P ratios showed a relationship with the degree of duckweed coverage. In L1, the highest coverages (100% and 98%) coincided with ratios of 18.32 ± 0.08 and 44.23 ± 2.26, respectively, while in L2 the highest coverages (90% and 95%) were associated with relatively low N:P ratios (7.18 ± 1.24 and 8.98 ± 0.28). The analysis of light attenuation confirmed that high coverage produces a sharp drop in initial irradiance, while the transmitted fraction decreases exponentially with depth. However, this finding did not allow establishing a direct relationship between coverage and E. coli removal. Finally, regarding total coliforms, in L1 higher concentrations were detected at the 0.70 m layer under conditions of high surface coverage, whereas in L2 no clear distribution pattern was identified