Spatial variation of physicochemical parameters in a constructed wetland for wastewater treatment: An example of the use of the R programming language
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Date
2021-06Author
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
Flores-Aguilar, Sofía
SOLIS CALDERON, CATALINA
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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.
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