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Conferencia en el Centro Vacacional, Apizaco, México, Viernes 13 de marzo 2009
„Ingenería Ecológica para el tratamiento de aguas residuales y lodos“
Ponente:Ing. Michael BlumbergAlemania
Blumberg EngineersGänsemarkt 1037120 Bovenden – Alemania
Temas:
-Humedales Artificiales
-Bancales de humificación de lodos
-Reuso de agua tratada
-Saneamiento de ríos
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Definición “Humedal artificial”
Bancales de carrizo para tratamiento de lodo,
Tequexquitla
Sistemas de ingeniería, diseñados y construidos para utilizarlas funciones naturales de la vegetación de humedales, delos suelos y de sus poblaciones microbianas, para laeliminación de contaminantes en aguas superficiales,subterraneos o de residuos (ITRC 2003)
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Phragmites communis
La función de las plantas y de su sistema radicular
Raices y rízomas del carrizo
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Otros especies helofíta como junco y carex, que tolerancondiciones de suelos saturados de manera continua(condiciones anaerobicas) también se usan.
La vegetación emergente suministra oxigeno als sustrato ypermite el desarrollo y crecimiento biológico de bacterias yhongos (fungi), para que se acumulen en las superficies de lasraices, y para que formen una película biológica pegada a lasparticulas del sustrato,
La función de las plantas y de su sistema radicular
Cyperus papyrus, Parque ecológico Xochimilco
Carex spp, Parque ecológico Xochimilco
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Ventajas de Humedales Artificiales
1. Son eco-sistemas de autoregulación, con pocas componentes eléctricos o mecánicos. No requieren la adición de quimicos.
2. Sistemas des-centralizadas: Gran ahorro de inversión en el sistema de alcantarillado.
3. Bajos costos energéticos y de mantenimiento
4. No hacen ruido, no huelen,
5. Mucho menor producción de lodos.
6. Toleran fluctuaciones en el flujo de agua y la concentración de contaminantes.
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7. Regeneración natural, larga vida útil (hasta 50 años)
8. Capacidad de tratamiento para una amplia variedad deefluentes, tanto domestico como industrial.
9. Se integran en el paisaje y ofrecen un alto potencial para la conservación de fauina y flora (proporcionan habitat).
10. Muchas veces menor requerimiento de capital
11. Mejoran los aspectos estéticos de espacios abiertos.
12. Proporcionan oportunidades recreativos y de educación.
Ventajas de Humedales Artificiales
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1. Generalmente requieren una mayor superficieque sistemas convencionales de tratamiento.
2. Pueden tolerar temporalmente el abatamiento delnivel de agua, pero no un secamiento completo(se requiere un flujo base de agua)
3. El nivel de evapo-transpiration de losmacropfitos acuaticos en los humedales detratamiento es alto, por lo cual se reduce lacatidad de agua disponible para el riego.
Principales limitaciones para el uso de humedales artificiales
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Tanque septico
Bombeo
Entrada
Salida
Sistema de bancal de carrizoFlujo sub-superficial vertical
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Ejemplo de los estratos de un bancal de carizo con flujo vertical
Sistema de bancal de carizo
Material de filtro
Drenaje
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Septic tankSoil filter
Inlet
Outlet
Sistema de bancal de carrizo
Flujo sub-superficial horizontal
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Eficiencia de humedales artificialesEficiencia general de Humedales Artificiales en países del mediteráneo
Source: Masi, F. and Martinazzi, N. in: Sustainable Watermanagement 1-2007
Tipo de Humedal Carga orgánica
Nitrógeno Amonio Sólidos totales
Patógenos
Flujo horizontal 73 – 99 23 – 67 18 – 76 59 – 96 94 – 99.99
Flujo vertical 52 – 95 ---- 78 – 99 48 – 98 96 – 99.9
FWS 11 – 63 21 – 76 15 – 82 36 – 67 90 – 99.999
Sistema híbrido 86 – 99 43 – 89 85 – 96 72 – 84 98 – 99.9995
VF raw ww 82 – 99.7 66 - 98 85 95 – 99.8 -----------
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Prueba de permeabilidad de la arena
Para bancales de flujo verticalcon una carga hidráulica de 40– 80mm por día, el tiempo deinfiltración no debe ser mayor a150 segundos.
Para cargas hidráulicasmayores, las arenas debendrenar 500ml en 50 a 100segundos bajo condicionessaturados. Infiltracionesmenores ya no son confiables.
Principios básicos para el diseño
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Establecer curva granulométrica de la arena
Source: Ökolog Geller und Partner
Principios básicos para el diseño
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Valores estándar en Alemania para el diseño de humedales artificiales con flujo vertical (agua residual doméstica)
Flujo vertical no saturado
• cargas hidráulicas intermitentes (4 – 12 aplicaciones/d)
• carga hidráulica total (80 – 120 mm / d)
• profundidad del bancal >= 50 cm
• sólidos filtrables <= 5 g / (m² x d)
Source: FLL / IÖV – Regelwerk 2008
Principios básicos para el diseño
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Remoción de la capa vegetativa
Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania)
1. Humedales artificiales
Estudio de suelo y sub-suelo
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1. Humedales artificiales
Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania)
Drenaje del sub-suelo Excavación y bordos
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1. Humedales artificiales
Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania)
ImpermeabilizaciónImpermeabilización
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1. Humedales artificiales
Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania)
Ínstalación del sistema de drenaje Colocación de la capa de grava
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1. Humedales artificiales
Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania)
Colocación del cuerpo de filtro de arena
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1. Humedales artificiales
Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania)
Instalación del sistema de distribución Construcción del tanque séptico
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1. Humedales artificiales
Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania)
Sistema de distribución 1 mes después de plantar carizo
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1. Humedales artificiales
Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania)
2 meses después de la plantación del carizo
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1. Tratamiento de agua residual doméstico
Sistema de tratamiento para 3000 habitantes (Alemania)
Proyecto de la Feria Mundial Expo 2000 Hanover, Alemania
Bancales para el trata-miento de lodos
Sistema de humedales arti-ficiales (bancales de carizo)
Biotopo de amortiguamiento de escurrimiento pluvial
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Humedal artificial para 4000 habitantes (Irán)
Pretratamiento:
- Rejilla, Estación de bombeo- Tanque de sedimentación con almacén separado de lodos- Distribuidor mecánico de ascensor de vacuo (cero energía)
Sistema de tratamiento:
- 8 bancales de carrizo- Sistema de doble paso- Flujo vertical- Reuso del agua tratada para riego
Tratamiento de lodos en bancales de carrizo
Requerimiento de superficie, sin tratamiento de lodos: 9000 m²
1. Humedales artificiales
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Humedal artificial para 4000 habitantes (Irán)
Después de la plantación del carizoDespués de la construcción
1. Humedales artificiales
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Valores Efluente (2008):
DQO < 30mg/lDBO5 < 18 mg/lNH4-N < 5 mg/lTSS < 3 mg/l
1. Humedales artificiales
4000 Habitantes (Irán)
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1. Humedales artificiales6000 habitantes (Shenyang, China), Nueva Unidad Habitacional
Planeación: 03 – 05/2003, Construcción: 05 – 10/2003
■ Pre-tratamiento
- Rejilla - Tanque de sedimentación con almacén separado de lodos- Prefiltro mecánico y estación de bombeo
■ Tratamiento biológico: 3 bancales de carrizo con un distribuidor sub-superficial y flujo vertical
■ Tratamiento de lodos en bancales de carrizo, fuera de la construcción■ Desalojo en un biotopo posterior de tratamiento de agua pluvial
■ Requerimiento de superficie, sin tratamiento de lodos: 8000 m²
■ Particularidades:
- 3 meses periodo de heladas hasta – 30°C- Por primera vez se instaló un sistema especial de distribución de agua residual con protección contra la inserción de raíces y colmatación biológica (bio-pelicula)
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1. Humedales artificiales6000 habitantes (Shenyang, China), Nueva Unidad Habitacional
Después de la plantación del carrizoDespués de la construcción
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2006/07 Influente Efluente
DQO cromate 191,0 mg/l 11,8 mg/lNH3-N 39,2 mg/l 1,07 mg/lTotal P 4,61 mg/l 0,37 mg/lDQO5 69,63 mg/l 11,00 mg/l
1. Humedales artificiales6000 habitantes (Shenyang, China), Nueva Unidad Habitacional
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Rehabilitacion y ampliacion de plantas convencionales
Bancales de carizo para tratamiento de lodo
Alemania, 4000 Habitantes
Humedales artificiales, Flujo vertical
Sistema primario y secundario con filtros de percolación
Filter pond con islas flotantes
1. Humedales artificiales
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Tratamiento de aguas residuales industriales
1. Humedales artificiales
(ICI Zeneca / Inglaterra) / 70,000 m²1. Lixiviados de rellenos sanitarios
y plantas de composta
2. Desechos de refinerías petroleras
3. Acid mine drainage
4. Agroindustria
5. Industria papelera
6. Industria textilera
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■ Los lodos de aguas residuales domesticas contienen unalto porcentaje de agua entre 97% y 99%. En forma liquidase aplican sobre los bancales, y las plantas de carrizocrecen por el lodo sobrepuesto, desarrollando una densared de raíces en el sustrato.
■ Esto fomenta el proceso de deshidratación y el lodo estásometido a una constante conversión a un material tipotierra humificada y mineralizada.
■ La deshidratación está forzada por la evapotranspiracióny particularmente por el sistema de drenaje al fondo delbancal impermeabilizado.
2. Bancales de mineralización/humificación de lodos
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■ En Alemania ya existen entre150 - 200 Bancales demineralización de lodos.
2. Bancales de mineralización/humificación de lodos
■ Planta “Simmern”, 32800 Hab, Superficie 19000m2, Profundidad: 2,5 m,
Volumen útil 50350 m3
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La función del carrizo
■ Las plantas del carrizo transportan el oxígeno por el tallo a la zonaradicular, lo que induce el desarrollo de una extensa flora debacterias. La actividad microbiana fomenta la mineralización parcialde la materia orgánica del lodo.
■ El carrizo aumenta la conductividad del agua en la zona deenraizamiento, lo que apoya la auto-deshidratación y la percolacióndel agua hacia sistema de drenaje al fondo del bancal.
2. Bancales de mineralización/humificación de lodos
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2. Bancales de mineralización/humificación de lodos
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■ Aplicación intermitentesegún un esquema específico.
■ La carga de aplicacióndepende del contenido demateria seca del lodo fresco.
■ Por metro cuadrado desuperficie se puedetransformar la cantidad delodo equivalente de 2 a 4habitantes.
Técnica de aplicación
2. Bancales de mineralización/humificación de lodos
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■ Deshidratación del lodo fresco hasta uncontenido de materia seca de aproximadamente50%, y una reducción del volumen a solo 10% delvolumen inicial.
■ Primera excavación y remoción del materialmineralizado en los bancales después de 8 a 12años de operación, y con un nuevo rellenosubsecuente.
■ Producción de un material deshidratado ymineralizado con una gran variedad de alternativasde aplicaciones y re-usos en la agricultura,trabajos de recultivación de paisajes, viveros etc.
Resultados y ventajas
2. Bancales de mineralización/humificación de lodos
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„Proyecto AASCA: Re-uso de agua tratada(Tepépan, México, D.F.)
■ Proyecto piloto para tratar el aguaresidual del asilo de ancianos AASCAcon 100 habitantes, y reusar el aguatratada para el riego del parque y áreasverdes.
■ Se aplica un sistema combinado entreuna pequeña planta SBR AQUAmaxXL100, y un bancal de carrizo para laposterior sanitizacíon del agua tratada.
■ Se integrará un almacén subterráneo,que permite la recirculación y elconstante abastecimiento de aguatratada para el riego suplementario.
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Sistema: Combi-clear water system
Proyecto AASCA
Concepto Inovador de Blumberg Engineers para proyectos de re-uso de agua tratada.
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4. Saneamiento natural de río y lagos
■ En ciertos casos, una opción para elsaneamiento de ríos y lagunascontaminados puede ser el tratamientodirecto del agua del río en “Jardineshúmedos” a lo largo de las orillas de losríos.
Zonas aptas para el establecimiento de jardines húmedos de orillas de ríos
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Salida del agua tratadaal río
9.4 Humedales artificiales a la orilla
4. Saneamiento natural de río y lagos
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Manguera de distribución
Sistema de la circulación de agua impura del río en un parque rosal, Changzhou (China)
Source: Ökolog Geller und Partner
4. Saneamiento natural de río y lagos
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Muchas gracias por su atenciónIngenieurbüro BlumbergGänsemarkt 10
D-37120 Bovenden - Germanye-mail: [email protected]
Arundo donax