Spatial variation of physicochemical parameters in a constructed wetland for wastewater treatment: An example of the use of the R programming language
Fecha
2021-06
Autores
Perez-Molina, Junior Pastor
Scholz, Carola B.
Pérez-Salazar, Roy
Alfaro-Chinchilla, Carolina
Abarca Méndez , Ana Laura
Araya Leitón , Leandro José
Carranza Chaves, Jeslyn
Echevarría , Addy
Elizondo Blanco, Mariana
Ardón, Rachel
Título de la revista
ISSN de la revista
Título del volumen
Editor
Universidad Estatal a Distancia (Costa Rica)
Resumen
Introduction: The implementation of
wastewater treatment systems such as constructed
wetlands has a growing interest in the last decade due to
its low cost and high effectiveness in treating industrial
and residential wastewater. Objective: To evaluate the
spatial variation of physicochemical parameters in a
constructed wetland system of sub-superficial flow of
Pennisetum alopecuroides (Pennisetum) and a Control
(unplanted). The purpose is to provide an analysis of
spatial dynamic of physicochemical parameters using R
programming language. Methods: Each of the cells
(Pennisetum and Control) had 12 piezometers, organized
in three columns and four rows with a separation distance
of 3,25m and 4,35m, respectively. The turbidity,
biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen
demand (COD), total Kjeldahl nitrogen (TKN), ammoniacal
nitrogen (N-NH4), organic nitrogen (N-org.) and
phosphorous (P-PO4
-3) were measured in water under inflow
and out-flow of both conditions Control and
Pennisetum (n= 8). Additionally, the oxidation-reduction
potential (ORP), dissolved oxygen (DO), conductivity, pH
and water temperature, were measured (n= 167) in the
piezometers. Results: No statistically significant
differences between cells for TKN, N-NH4, conductivity,
turbidity, BOD, and COD were found; but both Control and
Pennisetum cells showed a significant reduction in these
parameters (P<0,05). Overall, TKN and N-NH4 removal
were from 65,8 to 84,1% and 67,5 to 90,8%, respectively;
and decrease in turbidity, conductivity, BOD, and COD,
were between 95,1-95,4%; 15-22,4%; 65,2-77,9% and
57,4-60,3% respectively. Both cells showed ORP
increasing gradient along the water-flow direction,
contrary to conductivity (p<0,05). However, OD, pH and temperature were inconsistent in the direction of the water flow in both cells. Conclusions: Pennisetum demonstrated pollutant removal efficiency, but presented results similar to the control cells, therefore, remains unclear if it is a superior option or not. Spatial variation analysis did not reflect any obstruction of flow along the CWs; but some preferential flow paths can be distinguished. An open-source repository of R was provided.
“Variación espacial de los parámetros fisicoquímicos en un humedal artificial para el tratamiento de aguas residuales: un ejemplo del uso del lenguaje de programación R”. Introducción: La implementación de sistemas de tratamiento de aguas residuales como los humedales artificiales, ha tenido gran interés en la última década por su bajo costo y efectividad en el tratamiento de aguas residuales. Objetivo: Evaluar la variación espacial de algunos parámetros fisicoquímicos en un sistema de humedal construido de flujo sub-superficial de Pennisetum alopecuroides (Pennisetum) y un Control (no plantado). Se proporciona un ejemplo de análisis de dinámica espacial de parámetros fisicoquímicos mediante el uso del lenguaje de programación R. Metodología: Cada una de las celdas (Pennisetum y Control) tenía 12 piezómetros, organizados en tres columnas y cuatro filas con una separación de 3,25 m y 4,35 m, respectivamente. Se midieron en agua del flujo de entrada y salida de ambas condiciones Control y Pennisetum (n = 8): la turbidez, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), la demanda química de oxígeno (DQO), el nitrógeno Kjeldahl total (TKN), el nitrógeno amoniacal (N-NH4), el nitrógeno orgánico (N-org.) y el fósforo (P-PO4 -3). Además, se midieron el potencial de oxidación-reducción (ORP), oxígeno disuelto (DO), conductividad, pH y temperatura del agua (n = 167) en los piezómetros. Resultados: No se hallaron diferencias estadísticamente significativas entre celdas para TKN, N-NH4, conductividad, turbidez, BOD y COD (p>0,05); pero ambas celdas presentaron una reducción significativa en estos parámetros (p<0,05). La eliminación de TKN y N-NH4 fue de 65,8 a 84,1% y de 67,5 a 90,8%, respectivamente. La disminución de turbidez, conductividad, BOD y COD fue entre 95,1-95,4%; 15-22,4%; 65,2-77,9% y 57,4-60,3% respectivamente. Ambas celdas mostraron un gradiente creciente de ORP a lo largo de la dirección del flujo de agua, contrario a la conductividad (p<0,05). Sin embargo, OD, pH y temperatura fueron inconsistentes en la dirección del flujo de agua en ambas. Conclusiones: Pennisetum demostró eficacia en la remoción de contaminantes, pero presentó resultados similares a Control. Hay duda si a largo plazo puede demostrarse como una opción superior. El análisis de variación espacial no reflejó ninguna obstrucción del flujo a lo largo de los CWs; pero se pueden distinguir rutas de flujo preferenciales. Se proporcionó un repositorio de código abierto de R.
“Variación espacial de los parámetros fisicoquímicos en un humedal artificial para el tratamiento de aguas residuales: un ejemplo del uso del lenguaje de programación R”. Introducción: La implementación de sistemas de tratamiento de aguas residuales como los humedales artificiales, ha tenido gran interés en la última década por su bajo costo y efectividad en el tratamiento de aguas residuales. Objetivo: Evaluar la variación espacial de algunos parámetros fisicoquímicos en un sistema de humedal construido de flujo sub-superficial de Pennisetum alopecuroides (Pennisetum) y un Control (no plantado). Se proporciona un ejemplo de análisis de dinámica espacial de parámetros fisicoquímicos mediante el uso del lenguaje de programación R. Metodología: Cada una de las celdas (Pennisetum y Control) tenía 12 piezómetros, organizados en tres columnas y cuatro filas con una separación de 3,25 m y 4,35 m, respectivamente. Se midieron en agua del flujo de entrada y salida de ambas condiciones Control y Pennisetum (n = 8): la turbidez, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), la demanda química de oxígeno (DQO), el nitrógeno Kjeldahl total (TKN), el nitrógeno amoniacal (N-NH4), el nitrógeno orgánico (N-org.) y el fósforo (P-PO4 -3). Además, se midieron el potencial de oxidación-reducción (ORP), oxígeno disuelto (DO), conductividad, pH y temperatura del agua (n = 167) en los piezómetros. Resultados: No se hallaron diferencias estadísticamente significativas entre celdas para TKN, N-NH4, conductividad, turbidez, BOD y COD (p>0,05); pero ambas celdas presentaron una reducción significativa en estos parámetros (p<0,05). La eliminación de TKN y N-NH4 fue de 65,8 a 84,1% y de 67,5 a 90,8%, respectivamente. La disminución de turbidez, conductividad, BOD y COD fue entre 95,1-95,4%; 15-22,4%; 65,2-77,9% y 57,4-60,3% respectivamente. Ambas celdas mostraron un gradiente creciente de ORP a lo largo de la dirección del flujo de agua, contrario a la conductividad (p<0,05). Sin embargo, OD, pH y temperatura fueron inconsistentes en la dirección del flujo de agua en ambas. Conclusiones: Pennisetum demostró eficacia en la remoción de contaminantes, pero presentó resultados similares a Control. Hay duda si a largo plazo puede demostrarse como una opción superior. El análisis de variación espacial no reflejó ninguna obstrucción del flujo a lo largo de los CWs; pero se pueden distinguir rutas de flujo preferenciales. Se proporcionó un repositorio de código abierto de R.
Descripción
Palabras clave
PENNISETUM ALOPECUROIDES, ARTIFICIAL WETLAND SYSTEM OF SUBSUPERFICIAL FLOW, OXIDATION-REDUCTION POTENTIAL, OXÍGENO DISUELTO, CONDUCTIVIDAD, HUMEDALES, EFLUENTES, EFFLUENTS