Diseño e implementación de una metodología experimental utilizando una cámara béntica para la medición del consumo de oxígeno en sedimentos

Abstract

El intercambio de oxígeno disuelto (OD) en la capa de contacto entre el agua y los sedimentos en el fondo de sistemas lénticos responde principalmente al consumo de OD hecho por los sedimentos (SOD), debido a la acción microbiana y procesos químicos, y al mecanismo de transporte de oxígeno entre el agua y los sedimentos. Como parte del proyecto FONDECYT 11100306 Couplingwater- and sediment-sides perspectives for quantifying disolved oxygen exchanges across the water-sediment interface in an extremely shallow flow energized by the wind , se diseñó y construyó una cámara béntica que permite medir el consumo de OD por parte del sedimento del fondo de sistemas acuáticos, y su relación con la velocidad del fluido en contacto con éste. Además, se definió una metodología experimental y de análisis de datos, que primero estima el valor del flujo de oxígeno desde el agua a los sedimentos a partir de cambios temporales de OD (|Js|), y posteriormente calcula el valor del coeficiente de transferencia de masa (kt) y coeficiente de caracterización del sedimento (S). S agrupa los valores de la tasa de consumo bioquímico de OD en los sedimentos (r), el coeficiente de difusión molecular de oxígeno en sedimento (Ds) y la porosidad del sedimento (ϕ). La cámara diseñada es de tipo batch, con recirculación de agua, impulsada por una bomba sellada. La velocidad del flujo de agua es regulable mediante válvulas, y el caudal se mide directamente con un flujómetro. Para las muestras se utilizan testigos de sedimento tomados por medio de un contenedor especialmente diseñado para conectarse a la cámara béntica. Y se implementó un estanque de refrigeración que amortigua los cambios de temperatura del agua producto de variaciones de la temperatura ambiente. Se realizaron ensayos de medición del OD en dos tipos de sedimentos provenientes de la laguna Carén y laguna de Aculeo ubicadas en la Región Metropolitana, para revisar el funcionamiento de la cámara béntica. Se analizó el funcionamiento de la cámara para: i) distintas velocidades promedio del agua de la cámara béntica, ii) distintas tiempos de acondicionamiento de las muestras, iii) condición de luz y oscuridad del sistema, iv) disminución de la temperatura, y v) condición de entrada de oxígeno atmosférico a la cámara. Se identificó que para obtener resultados correctos se debe: evitar filtración de oxígeno y utilizar una velocidad del flujo que evite resuspensión de las muestras de sedimento. La metodología de cálculo de los parámetros kt y S permitió obtener valores de r dentro de lo esperado en relación con otros estudios (30 a 70 g/m3/día) y el error cuadrático medio entre las curvas |Js| obtenidas con los datos de OD medidos dentro de la cámara y las curvas obtenidas con el ajuste de los parámetros kt y S, fue del orden de 4 g/m2/día. No se obtuvo relación una entre el tiempo de acondicionamiento y |Js|, pero si se encontró una relación lineal entre kt y la velocidad de flujo del fluido.