UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA Facultad de ...

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

Facultad de Ingeniería Agrícola

Departamento de Ordenamiento Territorial y Desarrollo Sostenible

III DIPLOMADO EN SANEAMIENTO SOSTENIBLE

TRABAJO MONOGRÁFICO

“TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA COMUNIDAD DE

RUMICHACA”

PROFESORA

Ing. MIGLIO TOLEDO, Rosa María

ALUMNO

Ing. VILLARROEL CÁRDENAS, Juan José

Lima, noviembre 2012

Tratamiento de aguas residuales domesticas mediante biofiltros en la comunidad de Rumichaca - Ayacucho.

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CONTENIDO

1. Introducción

2. Justificación

3. Objetivo

3.1 Objetivos específicos.

4. Revisión Bibliográfica

5. Materiales y métodos

5.1. Diagnostico del Lugar

5.1.1 Ubicación

5.1.2 Accesibilidad

5.1.3 Clima

5.1.4 Temperatura

5.1.5 Mapa de Ubicación

5.1.6 Salud

5.1.7 Servicio de agua potable

5.1.8 Red de desagüe

5.1.9 Servicios de energía eléctrica

5.1.10 Actividades productivas

5.2. Explicar la metodología aplicada y/o la propuesta de intervención.

a) Pretratamiento

b) Tratamiento Primario

c) Tratamiento Secundario

5.2.1 Información básica

5.2.1.1 Beneficiarios

5.2.1.2 Población futura

5.2.1.3 Emisión de aguas servidas

5.2.1.4 Planta de procesamiento de productos lácteos

5.2.2 Trabajos complementarios

5.2.2.1 Visita al terreno

5.2.2.2 Levantamiento topográfico

5.2.3 Requerimiento mínimo del Proyecto

5.3 Descripción de la propuesta

5.3.1 Diseño de las infraestructuras en el proceso de Tratamiento de AR

5.3.1.1 PRETRATAMIENTO

a). Cajón de Llegada


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b). Canal de entrada

c). Cribado

d). Medidor de caudal (canal Parshall)

e). Desarenador

f). Decantador

g). Trampa de grasas

5.3.1.2 TRATAMIENTO PRIMARIO

I). Tanque Imhoff

Ventajas

Desventajas

I.1 Consideraciones para el diseño del Tanque Imhoff.

I.2 Diseño del sedimentador.

a). Caudal de diseño (m3/hora)

b). Área del sedimentador. As (m2)

c). Volumen del sedimentador. Vs (m3)

d). Longitud mínima del vertedero de salida. Lv (m).

I.3 Diseño del digestor.

a). Volumen de almacenamiento y digestión. Vd (m3)

b). Tiempo requerido para digestión de lodos

c). Frecuencia del retiro de lodos.

I.4 Extracción de lodos

I.5 Área de ventilación y cámara de natas

II). Lecho de secado de lodos.

a). Carga de sólidos que ingresa al sedimentador C (kgSS/dia)

b). Volumen diario de lodos digeridos Vld (litros/día).

c). Volumen de lodos a extraerse del tanque Vel (m3).

d). Área del lecho de secado Als (m2).

III). Cajón de distribución de agua

5.3.1.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO

I). Humedal artificial

I.1 Mecanismo de remoción en un Humedal artificial

I.2 Materia orgánica

I.3 Degradación aeróbica

I.4 Degradación anaeróbica

I.5 Sólidos suspendidos

I.6 Nitrógeno


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I.7 Consumo de las plantas

I.8 Adsorción en el lecho filtrante

I.9 Fosforo

I.10 Metales

I.11 Patógenos

II). Diseño de Humedal artificial

II.1. Información requerida para el diseño del sistema de tratamiento

II.2. Criterios de diseño en función de la remoción de contaminantes

II.3. Criterios de diseño en función de los requerimientos hidráulicos

II.4. Criterios para la selección del material del lecho filtrante

II.5. Porosidad de materiales para el lecho filtrante

II.6. Granulometría

II.7. Instalación de las tuberías de drenaje de los lechos

II.8. Caja de recolección del efluente.

6. Resultados

6.1. Remoción de DBO5 y DQO

6.2. Remoción de nitrógeno total

6.3. Remoción de fosfatos totales

6.4. Remoción de sólidos suspendidos

6.5. Remoción de Coliformes totales y E. Coli

6.6. Remoción de Enteroparásitos Helmintos

6.7. Resultado de los ensayos de riego agrícola con el efluente del Humedal artificial

7. Conclusiones

8. Recomendaciones

9. Bibliografía consultada, incluir la consultada en internet.

Lima, noviembre del 2012


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1. Introducción El presente proyecto se desarrolla en la comunidad de Rumichaca, ubicada en el distrito de Jesús de Nazareno, provincia de Huamanga, departamento de Ayacucho, donde las condiciones de saneamiento constituyen uno de los problemas más críticos de la salud pública, que afecta a la población en general y al entorno ambiental, principalmente a las comunidades aledañas a la cuenca del rio Chacco (lugar donde desembocan las aguas servidas). Esta situación, requiere una intervención prioritaria que disminuya los efectos ambientales y los problemas de salud. El sistema de alcantarillado de la Comunidad de Rumichaca descarga al rio Alameda, el mismo que es utilizado aguas abajo para el riego de cultivos de plantas de tallo corto, medio y largo (lechuga, ajos, zanahoria, cebolla, frutales, etc); posteriormente estos productos son comercializados en los mercados locales para el consumo de la población. Con el propósito de contribuir a la disminución de los efectos de esta problemática, se ha realizado un estudio técnico, planificado e integral, para el diseño del sistema de tratamiento de aguas residuales de la comunidad de Rumichaca, considerando en este las normas establecidas por diferentes organismos referentes a sistemas de agua y saneamiento. El objetivo principal del estudio es mitigar la contaminación ambiental que generan las descargas de aguas residuales directamente al rio Alameda, y de estas al río Huatatas y la microcuenca del río Chacco, descarga que se realiza sin ningún tratamiento previó. Para el logro de este objetivo es necesario contar con una planificación adecuada; en el presente estudio técnico describiremos la evaluación del alcantarillado sanitario existente, el diseño de colectores, obras especiales y la planta de tratamiento de las aguas residuales. El tratamiento se realizará en un área sin uso poblacional, ubicada en la parte baja de la comunidad que es el límite urbano de la ciudad. Las decisiones adoptadas para la presente propuesta están basadas en la revisión y constatación de la problemática social y la contaminación del medio ambiente, aire y agua. En tal sentido, se concluyó que los problemas existentes son serios y que es absolutamente necesario la construcción de un sistemas alternativo con tecnologías apropiadas para el tratamiento de aguas servidas, en beneficio de la comunidad de Rumichaca. Por lo tanto, se propone el diseño del proyecto: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA COMUNIDAD DE RUMICHACA.


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2. Justificación: En la comunidad de Rumichaca los índices de enfermedades en niños demuestran un alarmante crecimiento a causa de las inadecuadas condiciones de saneamiento básico y ambiental, que favorecen la presencia de moscas, cucarachas, ratas y otros vectores que transmiten enfermedades. Los problemas de salud más frecuentes lo constituyen las enfermedades diarreicas, siendo una de las causas que genera mayor morbi-mortalidad, sobre todo en la población de niños menores de 5 años. Por lo que, es de prioridad implementar adecuados sistemas de prevención para evitar la propagación de las enfermedades relacionadas al saneamiento básico. Desde el punto de análisis costo – beneficio, los costos serán accesibles considerando que este sistema permitirá a la población de Rumichaca, el beneficio a la mejora de las condiciones de vida y mejores condiciones de salud de la población. De otra parte en el aspecto financiero, se han determinado alternativas de tratamiento que permitan costos de operación y mantenimiento bajos. La contaminación de las aguas superficiales y el uso irresponsable para riego aguas abajo, pone en riesgo la salud de las personas. Las aguas residuales domesticas e industriales en su conjunto están constituidos por elementos con características especificas como: sólidos, nutrientes, patógenos y materia orgánica en términos de DBO y DQO, que son nocivos para la salud. Por lo tanto, el diseño del sistema de tratamiento de aguas servidas, pretende solucionar la problemática en la zona y permitirá cumplir los parámetros admisibles de los Estándares Nacional de Calidad Ambiental. La propuesta de ejecución del presente proyecto, se plantea en el marco del Sistema Nacional de Inversión Pública, para lo cual, se elaborará el expediente técnico que constituirá el diseño definitivo del proyecto “Tratamiento de aguas residuales domesticas mediante humedales artificiales en la comunidad de Rumichaca del distrito de Jesús de Nazareno - Ayacucho”. 3. Objetivo Diseñar un sistema de tratamiento de aguas residuales con tecnologías apropiadas de fácil control, operación y mantenimiento; que permita reducir el nivel de contaminantes y garantice su reúso para el riego de vegetales, bebida de animales y que no represente riesgo significativo para la salud de las personas ni para el ambiente de la Comunidad de Rumichaca. 3.1 Objetivos específicos.

- Diseñar los componentes en la etapa de Pretratamiento como: Captación, cribado, Parshall, Desarenador y Trampa de grasas.

- Diseñar los componentes en la etapa de Tratamiento Primario: Tanque Imhoff, Lecho de secado, Gradas de aireación, Caja de distribución de caudales.

- Diseñar los componentes en la etapa de tratamiento secundario: Humedales artificiales (biofiltros).


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4. Revisión Bibliográfica Para el presente trabajo se ha revisado la bibliografía siguiente:

Investigación y experiencias con biofiltros en Nicaragua, centro América; CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL, MÉXICO.

Evaluación de riesgos para la salud por el uso de las aguas residuales en agricultura; CENTRO PANAMERICANO DE INVESTIGACIÓN SANITARIA, LIMA, PERÚ.

Análisis y ensayos para incrementar la eficiencia de tratamiento de biofiltros en países de clima tropical. INGENIERÍA QUÍMICA, UNI, MANAGUA.

Guía para el diseño de tanques sépticos, tanques imhoff y lagunas de estabilización;

ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD OPS, Lima.

Manual de diseño: humedal construido para el tratamiento de las aguas grises por biofiltración; BREN SCHOOL OF ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT, UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SANTA BARBARÁ.

Biofiltro, una opción sostenible para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas localidades; CEPIS – OPS.

Depuración de aguas residuales municipales con humedales artificiales; UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA, BARCELONA, mayo 1999.

5. Materiales y métodos

5.1 Diagnostico del Lugar 5.1.1 Ubicación La comunidad de intervención se ubica geográficamente en: Región : Ayacucho Provincia : Huamanga Distrito : Jesús nazareno Comunidad : Rumichaca Los límites de la zona de estudio son los siguientes: Norte : Distrito de Pacaycasa y Quinua Sur : Distrito de Ayacucho Este : Distrito de Tambillo y Ayacucho Oeste : Distrito de Ayacucho Las coordenadas de la zona del proyecto: Latitud Sur : 12°10’ a 15º 33’ Longitud Oeste : 72°51’ a 75º 08’ 5.1.2 Accesibilidad La accesibilidad al área del proyecto es a través de la vía terrestre asfaltada Huamanga - Huanta, a una distancia de 2.5 Km. La zona del proyecto tiene una amplia articulación con las diferentes comunidades, distritos, provincias de la región; a través de una serie de caminos de herradura, trochas carrozables y carreteras; siendo el eje vial principal la Vía hacia el VRAEM.


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5.1.3 Clima

El clima de la zona corresponde a templado seco con una temperatura anual promedio de 18 °C, con una precipitación promedio de 540 mm/por año y una humedad que varía en un rango de 56 a 60%. Presenta tres estaciones: lluviosa (diciembre, enero, febrero y marzo) intermedia (abril, septiembre, octubre y noviembre) y secano (mayo, junio, julio y agosto). 5.1.4 Temperatura

La temperatura media anual es de 18ºC. La mínima media mensual se presenta en invierno con 14°C, la máxima media mensual se registra en verano con 30°C. 5.1.5 Mapa de Ubicación

MAPA N° 1


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MAPA N° 2

MAPA SATELITAL RUMICHACA

5.1.6 Salud

Las enfermedades predominantes en la zona, son las infecciones respiratorias agudas (IRA), y las enfermedades diarreicas agudas (EDA). Asimismo, se tienen infecciones a la piel, enfermedades parasitarias, enfermedades articulares, entre otros. La población en general acude y es atendida en el centro de salud de Nazarenas, con el correspondiente traslado a otras instalaciones como el Hospital de Huamanga o ESALUD, cuando la situación lo requiera y dependiendo del grado de afección del paciente.

5.1.7 Servicio de agua potable

En la actualidad la zona periurbana de Rumichaca cuenta con un sistema de abastecimiento de agua en condiciones regulares de funcionamiento debido a su precaria administración, operación y mantenimiento, por no contar con un personal técnico calificado en la materia. El agua consumida por los pobladores NO se encuentra potabilizada, lo que no garantiza la calidad del servicio, por lo que resulta un problema muy grave para la salud de la población. 5.1.8 Red de desagüe

En la actualidad la zona periurbana cuenta con un sistema de desagüe en buen estado de funcionamiento; sin embargo, las aguas negras están siendo vertidas al río Alameda. 5.1.9 Servicios de energía eléctrica La comunidad de Rumichaca cuenta con abastecimiento de energía eléctrica en forma constante, la misma que proviene de la red del río Mantaro.


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5.1.10 Actividades productivas

La principal actividad económica en la zona de proyecto es la agricultura (distrito de Nazarenas - Rumichaca), debido a que la zona posee condiciones propicias para el cultivo de diversas variedades, siendo la fuente principal de ocupación de la población. El cultivo más representativo en la zona son las hortalizas, pero también se siembra maíz, chala (para ganadería). Estos productos son utilizados en la pequeña industria. La actividad pecuaria que se desarrolla en la comunidad de Rumichaca, es de carácter domestico y mayormente para consumo, los excedentes son comercializados en el mercado local. 5.2 Metodología propuesta. El proceso metodológico para el presente estudio consta de tres etapas generales: - Organización y preparación del estudio.- Que consiste en la recopilación y revisión de

información existente sobre la comunidad de Rumichaca. - Diagnostico situacional.- Consiste en la revisión de las características de los

beneficiarios, los servicios que se prestan, fortalezas y debilidades de la zona del proyecto.

- Diseño, Cálculo y Formulación de la propuesta.- Comprende la formulación del estudio.

La metodología aplicada, está basada en un diagnostico relacionado al tratamiento de aguas servidas en la zona, evaluando el vertimiento al cuerpo receptor y su relación con la salud de las personas y el medio ambiente. Posteriormente se complemento con una gestión realizada con el gobierno local con la finalidad de lograr el financiamiento para la elaboración del Perfil Técnico y el compromiso de considerar en sus planes el presupuesto para su implementación. Para la selección del sistema de tratamiento de las aguas servidas, se han tenido en consideración parámetros de evaluación de acuerdo las exigencias normativas, como: el tamaño de la población, terreno disponible para la construcción del sistema, características de la fuente receptora, requerimiento de operación y mantenimiento, uso de los efluentes tratados y el estudio de impacto ambiental. Para la selección del sistema de tratamiento de aguas servidas, ha tenido influencia directa la población que habita actualmente tanto en la comunidad de Rumichaca y alrededores. La necesidad de construir un sistema que pueda garantizar el tratamiento de las aguas servidas en un futuro cercano y garantizar la salubridad de las personas beneficiarias, ha permitido definir la construcción del sistema de tratamiento aguas residuales mediante Humedales Artificiales que constara de los siguientes elementos: a). Pretratamiento - Buzón de Llegada - Canal de entrada - Cribado - Desarenador - Decantador - Atrapador de grasas


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b). Tratamiento Primario - Tanque Imhoff - Lecho de secado - Caja de distribución de agua c). Tratamiento Secundario - Humedales artificiales de flujo horizontal - Caja de recolección del efluente La propuesta de intervención concluye en la elaboración del Expediente Técnico del sistema seleccionado, para su diseño se ha recopilado la información necesaria que permita concluir satisfactoriamente con el diseño de los componentes e infraestructuras considerados en cada proceso del sistema. 5.2.1 Información básica 5.2.1.1 Beneficiarios Los beneficiarios directos del proyecto son los pobladores del centro poblado de Rumichaca, conformada de la siguiente manera:

CUADRO N° 1

POBLACIÓN BENEFICIARIA

CENTRO POBLADO N° FAMILIAS N° HAB/FAMILIA N° HABITANTES

Rumichaca 150 3.5 525

5.2.1.2 Población futura Los valores de población futura que se han considerado para la siguiente propuesta fueron tomados directamente de las proyecciones que considera el INEI. Por lo tanto, se ha determinado que la población futura para el 2032, tiempo de vida útil del proyecto será de 816 habitantes. 5.2.1.3 Emisión de aguas servidas De acuerdo a las normas nacionales, la dotación de agua para consumo humano en la Sierra está clasificada para zona fría hasta 120 lt/hab-día y para zonas intermedias hasta 150 lt/hab-día, se considera el promedio y se incrementa lo utilizado por una planta procesadora de productos lácteos, ubicada en la zona alta al norte de la comunidad. Consecuentemente, la emisión de aguas servidas a los colectores se establece con un coeficiente del 80%. Así, se tiene los siguientes caudales de diseño para la población de Rumichaca.


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CUADRO N° 2

PARÁMETROS DE DISEÑO

PARÁMETROS CANTIDAD UNIDAD

Población actual 525 Habitantes

Periodo de diseño 20.00 Años

Tasa de crecimiento poblacional (r) 2.23 %

Población de diseño 816 Habitantes

Dotación 150 lt/hab/día

Coeficiente de retorno 80 %

Caudal de Aguas residuales actual (Qa): 63.00 m3/día

0.729 l/s

Caudal de Aguas residuales futura (Qf): 97.92 m3/día

1.133 l/s

5.2.1.4 Planta de procesamiento de productos lácteos Adicionalmente, en la zona de estudio está proyectado el funcionamiento de una planta de procesamiento de productos lácteos, diseñado para su operación en dos áreas, el de de procesamiento de leche y una molinera de productos lácteos. En el área de leche se procesa 2000 litros de leche, utiliza 2 m3/día de agua, produciendo y desechando el 2% de sólidos grasos al alcantarillado (suero y grasas). El área de molido procesa 15 Tm/día de productos lácteos (quinua, trigo, ojuelas, soya, habas, maíz, quiwicha, avena sacha inchi, cebada, entre otros), para lo cual utiliza 3m3/día de agua, produciendo el 3% de materia orgánica. En vista que esta planta utilizara 5m3/día de agua, para el diseño del sistema de tratamiento se ha estimado un incremento de 20 lt/hab/día, al consumo de agua por habitante que en este caso estamos considerando 130 lt/hab/día (norma OS.100, entre clima frio y templado). Por lo tanto, el consumo de planta 20 lt/hab/día mas el consumo de población 130 lt/hab/día, hacen un total de 150 lt/hab/día. En vista que se tienen alto contenido de materia orgánica y por lo tanto mayor DBO, se considera en el proyecto una trampa de grasas. 5.2.2 Trabajos complementarios Posterior a esta actividad se considera los siguientes aspectos: 5.2.2.1 Visita al terreno Se visito el lugar donde se ejecutará el proyecto, el lugar es adecuado topográficamente y cuenta con los accesos y entornos adecuados para la operatividad del sistema. 5.2.2.2 Levantamiento topográfico Se realizó el levantamiento topográfico y se elaboraron los perfiles longitudinales y secciones transversales de la zona donde se proyecta la ubicación de la planta de tratamiento.


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5.2.3 Requerimiento mínimo del Proyecto Para la implementación del proyecto se requiere la disponibilidad de un terreno de aproximadamente de 600 m2, los cuales han sido donados por la comunidad de Rumichaca. 5.3 Descripción de la propuesta 5.3.1 Diseño de las infraestructuras en el proceso de Tratamiento de AR 5.3.1.1 PRETRATAMIENTO De acuerdo a los requerimientos y normas para la depuración de las aguas residuales vigentes en nuestro País, en la comunidad de Rumichaca se ha diseñado un pretratamiento que tiene como objetivo principal el de retener materiales gruesos, grasas y sólidos sedimentables, los cuales causarían el mal funcionamiento del tratamiento biológico. Del análisis de factibilidad se llegó a la conclusión que la mejor alternativa para la depuración de las aguas residuales de la comunidad de Rumichaca, es a través de la depuración biológica debido a su bajo costo de operación y mantenimiento, la temperatura es adecuada debido a que se trata de un clima subtropical con temperaturas que oscilan entre 14 ºC – 30 ºC. Ya que los procesos de eliminación y estabilización de los agentes contaminantes del agua residual, se realizan por transformación de la materia orgánica, esta acción es lograda por la presencia de microorganismos y por la acción metabólica y física química. Para lograr mayor eficiencia en el tratamiento de las aguas residuales, se ha considerado en la etapa de pretratamiento los siguientes componentes.

a) Caja de llegada b) Canal de entrada al Cribado. c) Cribado d) Medidor de Caudal (canal Parshall) e) Desarenador (rectangular) f) Descantador Primario g) Trampa de grasas

a). Caja de Llegada Es la primera estructura que reciben las aguas del alcantarillado, la estructura tiene las siguientes dimensiones 0.60x0.90x0.80 m., está constituido de una pantalla a modo de rompe presión de 0.35x0.40 m., que permitirá que las aguas se dispersen en forma homogénea. El tubo de entrada es de PVC de 300mm o de 12”. La estructura es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro. En esta parte se considera un caja de rebose de natas y separación de sólidos gruesos de 0.45x0.50x0.70m. b). Canal de entrada El canal de entrada es la zona donde se distribuye el agua residual con una pendiente de 1.5% con dirección al área de cribado, en esta se considera opcionalmente una compuerta de mantenimiento que podría ser remplazado por un medidor Parshall, el


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ancho de la entrada es de 0.15x0.71x0.51m. de longitud. La estructura es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro. c). Cribado El cribado se emplea para la reducción de sólidos en suspensión de tamaños distintos. La distancia o las aberturas de las rejillas dependen del objetivo de las mismas, y su limpieza se realiza manualmente o mecánicamente. Los productos recogidos se destruyen por procesos de digestión anaerobia, o se dirigen directamente al lecho de secado. Las rejas de barras paralelas cuya misión es separar los objetos contenidos en el agua a medida que pasen por ella. La rejilla está constituido por fierros de A° de ½” de diámetro, con una separación entre barras de 20mm. como mínimo. La separación de los sólidos se realizara de forma manual. La estructura del canal es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro. Con las rejillas se prevé una eficiencia de retención entre los 25% a 35% de sólidos en suspensión. En los procesos de tratamiento del agua residual se utilizan para proteger bombas, válvulas, tuberías y otros elementos contra posibles daños y obturaciones, ocasionadas por objetos de gran tamaño como trapos, palos, las rejillas o rejas de

limpieza manual son usados mayormente en plantas de tratamiento pequeñas. Los barrotes o rejas deberán ir colocadas transversalmente al canal y tendrán una

inclinación de 30 a 80º con respecto a la horizontal, la longitud del área de cribado es de 1.11m. d). Medidor de caudal (canal Parshall) La medición de caudal tiene gran importancia en todas las plantas depuradas, para poblaciones menores de 5000 el uso del Parshall es alternativo. Se ha seleccionado el canal tipo Parshall para medir el caudal, debido a su bajo costo de operación y mantenimiento, ya que este canal no requiere la inversión en mantenimiento para su limpieza. En este caso podría considerase ya que el canal de entrada es de 0.15m de espesor, remplazando a la compuerta metálica o conjugando con las dos alternativas. e). Desarenadores Normalmente los desarenadores se ubican después de las unidades que remueven sólidos gruesos (tamizado) y antes de los tanques de sedimentación primaria. Las arenas se remueven de las aguas residuales para proteger el digestor biológico, para evitar la sedimentación y formación de depósitos de materiales sólidos pesados, para facilitar su mantenimiento, y reducir la frecuencia de limpieza de secciones rectangular o cuadrada. El desarenador de flujo horizontal trabaja con velocidades cercanas a los 0.3 m/s, facilitando con esto que las partículas sedimenten hacia el fondo del canal. La velocidad de flujo se controla con las dimensiones adoptadas y el correcto uso de vertederos con secciones especiales para el efluente. Las dimensiones del desarenador son de 0.77x0.40x2.56m., la estructura del canal es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro y una pendiente de S=1.5%. f). Decantador El objetivo de la decantación primaria es la reducción de los sólidos suspendidos y la eficiencia en el pretratamiento de las aguas bajo la exclusiva acción de la gravedad que posteriormente llegaran al Imhoff. Por tanto sólo se puede pretender la eliminación de los


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sólidos sedimentables y las materias flotantes. La alimentación de los decantadores rectangulares es generalmente por uno de los lados más estrechos, saliendo el agua por el lado opuesto, también a través de un vertedero triangular. Las pocetas de almacenamiento de fangos se sitúan a lo ancho del decantador rectangular en el lado de entrada del agua. La extracción de flotantes se realiza manualmente. Para la separación de los lodos se considera una válvula de purga de 8” y una caja de lodos para las demasías y otra caja de almacenamiento desde donde se bombeara el agua para su recirculación. Las dimensiones del decantador es 6.20x4.00x1.70m., con una base reducida de 1.79 de ancho, tiene una pendiente de S=7.84%, la estructura del decantador es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro. g). Trampa de grasas

El objetivo en este componente es eliminar grasas, aceites, espumas y demás materiales flotantes más ligeros que el agua, que podrían distorsionar los procesos de tratamiento biológico en el tanque Imhoff, se efectúa mediante sistema de tubos de 8” de diámetro ó 200mm. por presión interna de salida. La trampa de grasas separado del desarenador son aconsejables cuando se busca una mayor calidad del agua o cuando el agua proviene de ciertos tipos de industrias: comedores populares, plantas de productos lácteos y otras que generen gran cantidad de aceites o grasas. En la propuesta planteada para Rumichaca, consideramos este componente debido a que contamos con una planta de productos lácteos que generaran sólidos grasos y materia orgánica. La estructura del atrapador de grasas es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro y tuberías de entrada y salida de 8” o de 200mm de diámetro. 5.3.1.2 TRATAMIENTO PRIMARIO El tratamiento primario es denominado también proceso de sedimentación de aguas residuales domésticas e industriales. Tiene como objetivo la remoción por medios físicos o mecánicos de una parte sustancial del material sedimentable o flotante, es decir el tratamiento primario es capaz de remover no solamente la materia que altera sino también una fracción importante de la carga orgánica y que pueden representar entre el 25 y el 40% de la DBO y entre el 50 y 65% de los sólidos suspendidos . I). Tanque Imhoff El tanque Imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remoción de sólidos suspendidos. Para comunidades menores a 5000 habitantes, los tanques imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domésticas, ya que integran la sedimentación del agua y la digestión de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo también se le conoce como tanques de doble cámara. Los tanques imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas, sin embargo, para su uso correcto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y de remoción de arenas. El tanque Imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos: cámara de sedimentación, cámara de digestión de lodos y área de ventilación y acumulación de natas. Durante la operación las aguas residuales fluyen a través de la cámara de sedimentación, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando a la cámara de


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digestión a través de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador. El traslape tiene la función de impedir que los gases o partículas suspendidas de sólidos, producto de la digestión, que inevitablemente se producen en el proceso de digestión, sean desviados hacia la cámara de natas o área de ventilación. Estas unidades no cuentan con unidades mecánicas que requieran mantenimiento y la operación consiste en la remoción diaria de espuma, en su evacuación por el orificio más cercano y en la inversión del flujo por lo menos dos veces al mes, con la finalidad de distribuir los sólidos de manera uniforme en los dos extremos del digestor y retirarlos periódicamente al lecho de secado. Los lodos acumulados en el digestor se extraen periódicamente y se conduce al lechos de secado, donde el contenido de humedad se reduce por infiltración, después de lo cual se retiran y se disponen de ellos enterrándolos o pueden ser utilizados para mejoramiento de los suelos. Ventajas.

Contribuye a la digestión del lodo, produciendo un líquido residual de mejores características.

No descargan lodo en el líquido efluente.

El lodo se seca y se evacua con más facilidad, esto se debe a que contiene de 90 a 95% de humedad.

Las aguas servidas que se introducen en los tanques imhoff, no necesitan tratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separación de las arenas.

El tiempo de retención de estas unidades es menor.

Tiene un bajo costo de construcción y operación.

Para su construcción se necesita poco terreno.

Son adecuados para ciudades pequeñas y para comunidades donde no se necesite una atención constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos normados para evitar la contaminación de las fuentes hídricas.

Desventajas.

Son estructuras profundas (mayores a 6m).

Es difícil su construcción en arena fluida o en roca y deben tomarse precauciones cuando el nivel freático sea alto, para evitar que el tanque pueda flotar o ser desplazado cuando este vacío.

El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgánica y microbiológica.

En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento sea correcto.

El tanque imhoff elimina del 40% al 50% de sólidos suspendidos y reduce el DBO en un 25 a 40%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque Imhoff se extraen

periódicamente y se conducen a lechos de secados. Debido a esta baja remoción de DBO y coliformes, lo que se recomienda es enviar el efluente hacia un humedal artificial, con la finalidad de que haya una buena remoción de microorganismos en el efluente. I.1. Consideraciones para el diseño del Tanque Imhoff. Para el dimensionamiento de tanque imhoff se tomó en consideración los criterios de la Norma OS.090 “Planta Tratamiento de Agua Residuales” del Reglamento Nacional de Edificaciones – DS N° 011-2006-VIVIENDA.


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I.2. Diseño del sedimentador. El sedimentador se construirá de la misma forma que el digestor, la parte inferior tendrá forma de “V”, con una pendiente o ángulo de 50° a 60°, una abertura que puede variar de 0.15m a 0.20m y uno de los lados prolongados con una longitud de 0.15 m. a 0.20 m. La parte exterior de la pared del sedimentador deberá distar mínimo 1.00 m de la parte interior de la pared de la cámara de almacenamiento. a). Caudal de diseño (m3/hora)

Qp: = Dotación en litro/hab/día b). Área del sedimentador. As (m2)

Donde: Cs: carga superficial, igual a 1m3/ (m2 *hora) c). Volumen del sedimentador. Vs (m3)

R = Periodo de retención hidráulica, entre 1.5 a 2.5 horas (recomendable 2 horas). - El fondo del tanque será de sección transversal en forma de V y la pendiente de los

lodos respecto a la horizontal tendrá de 50° a 60°.

- En la arista central se debe dejar una abertura para paso de sólidos removidos hacia el digestor, esta abertura será de .15 a .20m.

- Uno de los lados deberá prolongarse de 15 a 20 cm, de modo que impida el paso de gases y sólidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador, situación que reducirá la capacidad de remoción de sólidos en suspensión de esta unidad de tratamiento.

d). Longitud mínima del vertedero de salida. Lv (m).

Donde: Qmax: Caudal máximo diario de diseño, en m3 /día. Chv: Carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre 125 a 500 m3/ (m*día) (Recomendable 250)


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I.3. Diseño del digestor. a). Volumen de almacenamiento y digestión. Vd (m3)

Para el compartimiento de almacenamiento y digestión de lodos (cámara inferior) se tendrá en cuenta lo siguiente.

CUADRO N° 3 FACTOR DE CAPACIDAD RELATIVA

TEMPERATURA °C

FACTOR DE CAPACIDAD RELATIVA (fcr)

5 2,0

10 1,4

15 1,0

20 0,7

>25 0,5

Donde: fcr: factor de capacidad relativa P: población.

- El fondo de la cámara de digestión tendrá la forma de un tronco de pirámide invertida (tolva de lodos), para facilitar el retiro de los lodos digeridos.

- Las paredes laterales de esta tolva tendrán una inclinación de 15° a 30° con respecto a la horizontal.

- La altura máxima de los lodos deberá estar 0,50m por debajo del fondo del sedimentador.

b). Tiempo requerido para digestión de lodos El tiempo requerido para la digestión de lodos varia con la temperatura, para esto se

empleará la siguiente tabla.

CUADRO N° 4 TIEMPO DE DIGESTIÓN DE LODOS

TEMPERATURA °C TIEMPO DE DIGESTIÓN EN DÍAS

5 110

10 76

15 55

20 40

>25 30


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c). Frecuencia del retiro de lodos.

- Los lodos digeridos deberán retirarse periódicamente, para estimar la frecuencia de retiros de lodos se usaran los valores consignados en la tabla.

- La frecuencia de remoción de lodos deberá calcularse en base a estos tiempos referenciales, considerando que existiría una mezcla de lodos frescos y lodos digeridos, estos últimos ubicados al fondo del digestor. De este modo el intervalo de tiempo entre extracciones de lodos sucesivas deberá ser por lo menos el tiempo de digestión a excepción de la primera extracción en la que se deberá esperar el doble de digestión.

I.4. Extracción de lodos

- El diámetro mínimo de la tubería para la remoción de lodos será de 0.20 m y deberá estar ubicado 0.15m por encima del fondo del tanque.

- Para la remoción se requerirá de una carga hidráulica mínima de 1.80 m.

I.5. Área de ventilación y cámara de natas Para el diseño de la superficie libre entre las paredes del digestor y el sedimentador

(zona de espuma o natas) se tendrán en cuenta los siguientes criterios:

- El espaciamiento libre será de 1m como mínimo.

- La superficie total será por lo menos 30% de la superficie total del tanque.

- El borde libre será como mínimo de 0.30m.

- Las partes de la superficie del tanque deberán ser accesibles, para que puedan destruirse o extraerse las espumas y los lodos flotantes

II). Lecho de secado de lodos.

Los lechos de secado de lodos son generalmente el método más simple y económico de deshidratar los lodos estabilizados (lodos digeridos), lo cual resulta ideal para pequeñas comunidades. Pueden ser construidos de mampostería, de concreto o de tierra (con diques), con profundidad total útil de 50 a 60 cm. El ancho de los lechos de secado es generalmente de 3 a 6m, pero para instalaciones grandes pueden sobrepasar los 10m. El medio de drenaje es generalmente de 0.30m de espesor y deberá tener los siguientes componentes: - El medio de soporte recomendado está constituido por una capa de 0.15m formada

por ladrillos colocados sobre el medio filtrante, con una separación de 0.02 a 0.03m llena de arena.

- La arena es el medio filtrante y deberá tener un tamaño efectivo de 0.3 a 1.3 mm.

- Debajo de la arena se deberá colocar un estrato de grava graduada hasta .20m de espesor.


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a). Carga de sólidos que ingresa al sedimentador C (kgSS/dia)

Donde: SS: Sólidos en suspensión en el agua residual cruda, en mg/l. Q: Caudal promedio de aguas residuales. A nivel de proyecto se puede estimar la carga en función a la contribución percápita de sólidos en suspensión, de la siguiente manera:

En las localidades que cuentan con el servicio de alcantarillado, la contribución percápita se determina en base a una caracterización de las aguas residuales. Cuando la localidad no cuenta con alcantarillado se utiliza una contribución percápita promedio de 90 gr.SS/(hab*día).

Msd: Masa de sólidos que conforman los lodos (Kg SS/día)

b). Volumen diario de lodos digeridos Vld (litros/día).

Donde: ρlodo: Densidad de los lodos, igual a 1,04 Kg/l.

% de sólidos: % de sólidos contenidos en el lodo, varía entre 8 a 12%.

c). Volumen de lodos a extraerse del tanque Vel (m3).

Donde: Td: Tiempo de digestión, en días (ver tabla 2).

d). Área del lecho de secado Als (m2).

Donde: Ha: Profundidad de aplicación, entre 0,20 a 0,40m


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- El ancho de los lechos de secado es generalmente de 3 a 6 m., pero para

instalaciones grandes puede sobrepasar los 10 m. III). Cajón de distribución de agua El cajón de distribución de caudales, cumple la función aparte de distribuir el de oxigenar el agua y realizar una última comprobación de la calidad de agua que ingresa al lecho biológico. 5.3.1.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO El tratamiento secundario es un complemento del tratamiento primario, y se le utiliza en las aguas residuales que aún conservan sólidos orgánicos en suspensión o en solución, generalmente se llevan a cabo mediante procedimientos biológicos.

El tratamiento biológico tiene como finalidad estabilizar la materia orgánica y coagular y remover los sólidos coloidales que no sedimentan, que se encuentran en las aguas residuales domésticas y en los tanques Imhoff.

El papel que desempeñan los hongos y bacterias es el de descomponer la materia orgánica a través del proceso conocido como metabolismo el cual transforma los glúcidos, lípidos, hidratos de carbono en materia viva, es decir que las reacciones catabólicas producen la descomposición de materia orgánica compleja en sustancias simples, puesto que la liberación de energía y las reacciones catabólicas permiten la formación de más moléculas complejas y generalmente requieren energía, la energía para las reacciones anabólicas se obtienen de las reacciones catabólicas.

El tratamiento secundario emplea también procedimientos físico-químicos mediante los cuales podemos llegar a la coagulación, a la oxidación de la materia carbonosa, decantación y arrastre de bacterias. Así mismo los organismos que necesitan del oxígeno para su supervivencia se denominan aerobios y los que viven en un ambiente privado de oxigeno se denominan anaerobio, mientras que los facultativos pueden vivir en ausencia o presencia del oxígeno.

I). Humedal Artificial Para la aplicación de la tecnología de Humedal, se ha tomado en consideración la experiencia del tratamiento de aguas residuales domésticas, experiencias desarrolladas con el objetivo de investigar la viabilidad técnica y económica de la aplicación de esta tecnología en otras regiones. Este sistema ha sido monitoreado cuidadosamente durante muchos años, lo cual ha proporcionado una amplia base de datos que ayudará en el diseño, operación y mantenimiento de sistemas de tratamiento de este tipo y su aplicación en zonas adecuadas. Asimismo la investigación sobre la calidad microbiológica de los productos agrícolas irrigados con el efluente del Humedal dio resultados óptimos. Hasta el momento indican que esta tecnología constituye una de las alternativas más efectiva y menos costosa, comparada con las tecnologías convencionales, permitiendo además el reúso de aguas residuales tratadas en el riego agrícola.

El Humedal es un filtro biológico de grava y/o arena sembrado con plantas emergentes atravesado con aguas residuales pre-tratadas, en el cual se desarrollan microorganismos, bacterias, hongos, etc. Responsables para la degradación de la materia orgánica, se recomienda para mayor eficiencia dos tipos de plantas, aquellas que se desarrollan en condiciones de exceso de agua y nutrientes y aquellas plantas de raíces profundas cuya importancia es la protección de aguas, suelo y fauna.


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El Humedal es un filtro de grava o arena sembrado con plantas de pantano y atravesado de forma horizontal con aguas residuales pre-tratadas, las bacterias responsables para la degradación de la materia orgánica, utilizan la superficie del lecho filtrante para la formación de bacterias bastante estables que no pueden ser arrastradas hacia la salida como sucede en las lagunas de oxidación, donde hay gran cantidad de materia orgánica y algas en el efluente que pueden causar una eutrofización del cuerpo receptor.

El tratamiento biológico dentro de este lecho es del tipo facultativo lo que significa que en el cuerpo del filtro hay microsomas sin y con oxigeno disuelto entre 0.80 – 1.20mg, y las aguas que pasaron por un pretratamiento anaeróbico son completamente libres de oxigeno, esto conlleva a agregar oxigeno al agua ya sea artificialmente o naturalmente con el fin de crear bacterias aeróbicas que no solamente pueden contribuir de esta manera a la descomposición de la materia orgánica, sino también de la nitrificación del nitrógeno amoniacal al nitrato. Para ello, con el objeto de oxigenar las aguas que ingresan al Humedal para aumentar el número de bacterias aeróbicas se considera un canal inclinado con gradas de superficie rugosa a la salida del tanque. Además el suministro de oxigeno dentro del Humedal se hace a través de las raíces de las plantas del pantano, estas plantas poseen un sistema de renkinos-aurenchym, que permite el paso del aire de la atmosfera al subsuelo formándose alrededor de las raíces una población de bacterias aeróbicas, una vez instalado y operado adecuadamente el Humedal Artificial tiene una vida útil de más de 20 años, ya que es un ciclo de vida renovable, donde existe un equilibrio entre el crecimiento y muerte de las plantas y la reproducción de la masa bacteriana.

Como parte del proceso de investigación, se ha determinado diseñar en el marco de los Humedal Artificiales de flujo subsuperficial, el de flujo horizontal.

I.1. Mecanismos de remoción en un Humedal

En la remoción de constituyentes en un Humedal, las plantas macrófitas juegan un papel importante en el tratamiento de las aguas residuales domesticas. Además de muchos beneficios operacionales, proveen superficies y un ambiente razonable para la filtración y el crecimiento microbiano. La transferencia de oxígeno por algunas plantas acuáticas a la rizosfera es también un requisito para que los procesos de remoción de contaminantes predominantemente microbianos funcionen efectivamente. Los mecanismos de remoción más importantes se presentan en la siguiente tabla.

CUADRO N° 5 MECANISMOS DE REMOCIÓN

Constituyente del agua residual Mecanismo de remoción

Sólidos suspendidos Sedimentación Filtración

Materia orgánica soluble Degradación microbiana aeróbica Degradación microbiana anaeróbica

Nitrógeno

Amonificación seguida por nitrificación microbiana y desnitrificación Consumo de las plantas Adsorción en el lecho filtrante Volatilización de amonio

Fósforo Fijación en el lecho filtrante Consumo de plantas


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Metales

Adsorción e intercambio de cationes Formación de complejos Precipitación Consumo de las plantas Oxidación/reducción microbiana

Patógenos

Sedimentación Filtración Muerte natural Depredación Excreción de antibióticos desde las raíces de macrófitas

Fuente: Centro de Investigación y Estudios en Medio Ambiente - CIEMA

I.2. Materia orgánica Los compuestos orgánicos son, en su mayor parte, degradados aeróbicamente por bacterias ligadas a las plantas y a la superficie del lecho filtrante. La degradación anaeróbica puede ser también muy importante para algunos residuos y predominan en sistemas sobrecargados orgánicamente. El oxígeno requerido para la degradación aeróbica es suplido directamente de la atmósfera por difusión o por medio de las raíces de las macrófitas.

Para reproducirse y funcionar propiamente, un organismo debe tener una fuente de energía, carbono para la síntesis de nuevo material celular y elementos inorgánicos (nutrientes) tales como nitrógeno, fósforo, sulfuro, potasio, calcio y magnesio. Pueden requerirse también algunos nutrientes orgánicos.

Las dos principales fuentes de carbono son químicos orgánicos y dióxido de carbono. Organismos que usan carbono orgánico para la formación de tejido celular son llamados heterótrofos. Organismos que producen células de carbono del dióxido de carbono son llamados autótrofos. Ambos grupos usan luz o una reacción química de oxidación reducción como una fuente de energía para la síntesis de las células. Si el mayor objetivo del tratamiento es la reducción del contenido orgánico, los organismos heterotróficos son de importancia primaria debido a su requerimiento de material orgánico como una fuente de carbono y a su más alta proporción metabólica.

I.3. Degradación aeróbica La degradación aeróbica de químicos solubles orgánicos es gobernada por dos grupos de microorganismos: los quimioheterótrofos, que oxidan la materia orgánica y liberan amonio; y los quimioautótrofos, los cuales oxidan el nitrógeno amoniacal a nitrato y nitrito (nitrificación). Materia orgánica + bacterias +O2 Nuevas células + CO2, NH3, H2O Ambos grupos consumen materia orgánica pero la proporción metabólica más rápida de los heterótrofos significa que ellos son los principales responsables de la reducción de la DBO en el sistema. Si el oxígeno no está limitado, la degradación aeróbica dependerá de la cantidad de materia orgánica activa disponible para los organismos.


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I.4. Degradación anaeróbica

Es un proceso de dos etapas que se da en ausencia de oxígeno disuelto por bacterias heterotróficas. En el primer paso, las bacterias formadoras de ácido convierten la materia orgánica en nuevas células, ácidos y alcoholes. Un segundo grupo de bacterias, las bacterias formadoras de metano, continúan la oxidación utilizando de nuevo parte de la materia orgánica para sintetizar nuevas células pero convirtiendo el remanente a metano y dióxido de carbono. Materia orgánica + bacterias alcoholes, ácidos y nuevas células + bacterias

CH4, H2S, NH3, CO2, H2O, nuevas células

Las bacterias formadoras de ácido son adaptables pero las formadoras de metano son más sensibles y solamente operarán en el rango de pH de 6.5 a 7.5. Una sobre-producción de ácido por las bacterias formadoras de ácido puede resultar en un bajo pH, deteniendo la acción de las formadoras de metano y produciendo malos olores. I.5. Sólidos Suspendidos

Los sólidos suspendidos y sedimentables que no son removidos en los sistemas de pre-tratamiento, son removidos efectivamente en el Humedal por sedimentación y filtración. Ambos procesos son mejorados por la coagulación de partículas en un agua residual. La sedimentación es la separación, por deposición gravitacional, de partículas suspendidas que son más pesadas que el agua. La sedimentación ocurrirá en las áreas quietas del sistema. Las macrófitas, emergentes o no, ayudan a estos procesos. I.6. Nitrógeno

El mayor mecanismo de remoción de nitrógeno es la nitrificación y desnitrificación. El amonio es oxidado a nitrato por las bacterias nitrificantes en zonas aeróbicas. Los nitratos son convertidos a nitrógeno gas (N2) por bacterias desnitrificantes en zonas anóxicas. El oxígeno requerido para la nitrificación es suplido por difusión de la atmósfera y por medio de las raíces de las macrófitas. El nitrógeno es también tomado por las plantas e incorporado en la biomasa. Otros mecanismos de remoción incluyen volatilización y adsorción. Sin embargo, estos mecanismos son generalmente de menor importancia que la nitrificación y desnitrificación. I.7. Consumo de las plantas Las macrófitas consumen nitrógeno en su estado mineralizado y lo incorporan a su biomasa. Este es un mecanismo de tratamiento que es significante únicamente a cargas bajas de nitrógeno. I.8. Adsorción en el lecho filtrante El nitrógeno amoniacal en estado reducido es estable y puede ser adsorbido en los sitios activos del lecho filtrante. Sin embargo, el intercambio del ion NH4

+ en los sitios de intercambio de cationes del lecho no se considera una fijación a largo término para la remoción de NH4

+ – N. Más aún, se considera que la fijación de NH4

+ – N es rápidamente

reversible. Ya que el NH4 – N se pierde del sistema vía nitrificación, se espera una redistribución del intercambio en el equilibrio. Por lo tanto, el NH4

+ – N fijado en el lecho

en un sistema de flujo continuo estará en equilibrio con el NH4+– N en solución.


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I.9. Fósforo El fósforo está presente típicamente en aguas residuales como ortofosfato, ortofosfato deshidratado (polifosfato) y fósforo orgánico. La oxidación biológica conduce a la conversión de la mayoría del fósforo a las formas de ortofosfato. La remoción de estas formas se da principalmente por reacciones de adsorción, precipitación y formación de complejos con Aluminio, hierro, calcio y arcillas minerales en el lecho filtrante. Aunque hay algún consumo de fósforo por las plantas, es insignificante comparado con los efectos de la fijación. I.10. Metales Metales trazas tienen una gran afinidad por la adsorción y la formación de complejos con materia orgánica y se acumulan en el lecho filtrante. Los metales existen en forma soluble o de partículas asociadas, con la anterior representando la forma más biodisponible, particularmente cuando el metal está presente como especie iónica o débilmente acomplejado. La distribución entre las fases de partículas y disuelta, está determinada por los procesos físico – químicos tales como fijación, precipitación, formación de complejos, sedimentación, erosión y difusión. I.11. Patógenos La ecología de micro-organismos es extremadamente compleja. Los organismos importantes desde el punto de vista de salud pública son las bacterias patógenas y los virus. Protozoarios patógenos y gusanos de helmintos son de particular importancia en países tropicales y subtropicales. Los patógenos son removidos durante el paso de agua residual a través del sistema principalmente por sedimentación, filtración y adsorción por la biomasa. Una vez que estos organismos son atrapados dentro del sistema, su número disminuye rápidamente por los procesos de mortalidad natural y depredación. El sistema ofrece una combinación conveniente de factores físicos, químicos y biológicos para la remoción de organismos patógenos. Los factores físicos incluyen sedimentación y filtración mecánica. Los factores químicos incluyen oxidación, exposición a biocidas excretados por algunas plantas y absorción a materia orgánica. Los mecanismos biológicos incluyen antibiosis, depredación por nemátodos y protistas, ataque por bacterias y virus y mortalidad natural.

II. Diseño de Humedal

La utilización de Humedal para el tratamiento de aguas residuales requiere del uso de etapas previas de tratamiento que garanticen principalmente una efectiva remoción de los sólidos suspendidos, con el fin de evitar la obstrucción del lecho filtrante. En la práctica, se ha comprobado que el Humedal funciona bien con aguas pretratadas por medio de una rejilla, desarenador y unidades de sedimentación como el tanque Imhoff. El dimensionamiento de un Humedal se realiza en base a dos aspectos principales: la remoción de los contaminantes y el régimen hidráulico del sistema. - La remoción de contaminantes, es el principal objetivo, depende definitivamente de

las condiciones ambientales, fundamentalmente de la temperatura, así como de otros aspectos como la porosidad del material usado para la conformación del lecho filtrante, el tipo de plantas sembradas y el tiempo de retención.


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- El régimen de flujo hidráulico, también depende de factores como la pendiente hidráulica y la porosidad, permeabilidad y uniformidad granulométrica del material usado para el lecho filtrante.

II.1. Información requerida para el diseño del sistema de tratamiento

CUADRO N° 6

REQUERIMIENTOS PARA DISEÑO

N° Descripción Requerimiento

1 Topografía del terreno seleccionado

Planos de curva de nivel @ 0.50 metros. Planos del área total (planimetría)

2 Información del sistema de alcantarillado sanitario, si existe o no.

Si existe: Datos del último pozo de visita: Nivel de la tapa, nivel de entrada y nivel de salida.

Si no existe: Planos de planta perfil de las calles.

3 Datos climatológicos de la región

Temperatura, promedio y máxima

Precipitación, promedio y máxima

Evaporación, radiación solar de la estación meteorológica más cercana al sitio en estudio

4 Estudio de suelo con los siguientes datos geotécnicos

Clasificación del suelo

Estratigrafía, hasta 5 metros de profundidad como mínimo

Granulometría de los diferentes estratos

Índice de soporte, límite líquido, límite plástico

Tasa de infiltración del suelo

Nivel freático

5 Plano urbanístico actual del sitio en estudio y su desarrollo en un futuro

Planos urbanísticos

6

Número de viviendas que serán beneficiada por el sistema de tratamientos de aguas residuales domesticas

Promedio de las personas beneficiadas

Máximo de las personas beneficiadas Censo poblacional

7 Cantidad de personas estimadas:

8 Tipo y origen de las aguas residuales

Domesticas, Industriales

9 Distancia de los bancos de materiales adecuados para la construcción

Material del lecho filtrante (hormigón rojo, arena gruesa o piedra triturada) aproximadamente de 5 mm a 1” de diámetro.

Piedra bolón (piedra volcánica) de 2” a 4” pulgadas de diámetro.

10 Tipos de plantas de pantanos (macrófitas) existentes en la zona

Carrizo, Tule, platanillo, achira, totora, tiphas, etc

Fuente: Centro de Investigación y Estudios en Medio Ambiente - CIEMA

Tomando en consideración lo presentado anteriormente, el sistema de tratamiento consistirá de lo siguiente:

Rejilla


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Desarenador

Decantador

Tanque Imhoff

Canal de flujo vertical

Humedal de flujo horizontal

Zanjas de infiltración

II.2. Criterios de diseño en función de la remoción de contaminantes

El diseño de un Humedal se realiza ajustando su comportamiento a un modelo ideal de flujo pistón combinado con un balance de masa de agua, lo cual da como resultado la siguiente ecuación general (Brix et al. 1998):

)(expha

e

C

k

C

C

Donde Ce : concentración de contaminantes en el efluente Ca : concentración de contaminantes en el afluente K : constante de degradación, (m/año) Ch : carga hidráulica aplicada por unidad de área del Humedal, (m/año) La estimación de los valores de la constante de degradación k para la reducción de diferentes parámetros contaminantes en clima tropical (±1 desviación estándar), los cuales pueden utilizarse para el diseño de Humedal en dependencia de cual parámetro contaminante específico se desea reducir.

Los valores promedios estimados para los contaminantes más importantes son:

CUADRO N° 7

VALORES DE LA CONSTANTE DE DEGRADACIÓN

CONSTANTE DE DEGRADACIÓN

VALORES

kDBO 81.8 ± 13 m/año

kDQO 60.8 ± 12 m/año

kNT 11.8 ± 6 m/año

kPT 6.9 ± 4 m/año

kE. COLI 125.9 ± 50 m/año

Las información de las condiciones climáticas de la zona de intervención es de importancia: temperatura máxima de 30 °C, temperatura media de 18 °C, temperatura mínima de 14 °C, así como una precipitación promedio de 540 mm/año, una humedad que varía en un rango de 56 a 60% y evaporación promedio de 150.5 mm/año. La temperatura de las aguas residuales que entran al sistema de tratamiento oscila entre 20 y 25 °C. La velocidad de descomposición de la materia orgánica es influenciada ampliamente por la temperatura, expresándose este efecto en el coeficiente de temperatura, Q10, el cual da la relación de la actividad bacteriana a dos diferentes temperaturas con diez grados de


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diferencia. En climas templados, es típico un coeficiente de 2 para muchos procesos biológicos, lo cual significa que la actividad de muchos procesos biológicos se duplica cuando la temperatura aumenta 10°C (Brix et al, 1998). En concordancia con esto, el valor de kDBO obtenido en Nicaragua es más de dos veces mayor que el reportado en la bibliografía para sistemas en países europeos.

En la remoción de nitrógeno y fósforo en Humedales Artificiales de flujo horizontal, no se observan variaciones estacionales, manteniendo casi constante su eficiencia durante todo el año, lo que indica que en ambos procesos de remoción el mecanismo principal no es de origen bacteriano, sino de procesos físico-químicos como absorción, precipitación, deposición y reducción dentro del lecho filtrante (Brix et al. 1998). Sobre este mecanismo influye directamente la granulometría del lecho filtrante y el tiempo de retención, aumentando la eficiencia de remoción a menor diámetro de partícula del lecho filtrante y a mayor retención. Estas son las causas de que las constantes KTN y KTP reportadas en la bibliografía sean mayores que las estimadas en Nicaragua, puesto que el material utilizado en sistemas europeos generalmente es de menor diámetro que el usado en la construcción de los sistemas centroamericano y americana. La carga hidráulica recomendada en países de clima templado es menor que 29 m/año. En Nicaragua se han obtenido buenos resultados de remoción de materia orgánica con cargas hidráulicas de hasta 37 m/año, con requerimientos de área de 1.0 a 1.2 m2/PE. Sin embargo, para obtener la remoción requerida (WHO 1989; MARENA 2000) de E. Coli (<103), se debe diseñar Humedales Artificiales con una carga hidráulica menor. Además, se recomienda sembrar carrizo (Phragmites australis) por lo menos en el 50% del área total del Humedales Artificiales, planta que provee una mayor eficiencia en la remoción de patógenos debido a su mayor capacidad para introducir aire al lecho filtrante, además de que sus raíces secretan sustancias bactericidas (Cooper et al. 1996). El resto del área se recomienda sembrar con zacate taiwan (carrisillo), otra variedad de carrizo cuyo nombre científico es Phalaris arundinacea y tule, plantas que han dado también buenos resultados en el tratamiento de las aguas residuales. En vista de que la remoción de nutrientes mejora principalmente en función del tiempo de retención dentro del Humedal, es recomendable diseñar con cargas hidráulicas similares a las requeridas para la remoción de E. Coli. Remociones mayores de los nutrientes nitrógeno y fósforo se pueden obtener por medio de la combinación de dos Humedales, uno de flujo vertical y el otro de flujo horizontal (Bravo & Juárez, 2002). II.3. Criterios de diseño en función de los requerimientos hidráulicos

El diseño hidráulico de un Humedal se realiza en base a la Ley de Darcy (Cooper et al. 1996):

Donde W : Área de la sección transversal efectiva del lecho, (m2) Q : Caudal promedio de aguas residuales, (m3/s) Kf : Conductividad hidráulica del lecho filtrante, (m/s) I : Pendiente hidráulica, (m/m) El material del lecho filtrante juega un papel determinante tanto en la eficiencia del tratamiento como en el tamaño del Humedal. Materiales porosos y resistentes al desgaste mecánico y químico ocasionado por el flujo continuo de aguas residuales tienen

IKf

QW

*


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una mayor conductividad hidráulica y han demostrado proporcionar una mayor eficiencia en la remoción de contaminantes, reduciendo al mismo tiempo el área requerida para la construcción del Humedal. La conductividad hidráulica depende en gran medida del tamaño de partícula del lecho filtrante. Valores de referencia encontrados en la literatura para diferentes tipos de materiales usados como lecho filtrante son:(Kadlec & Knight, 1996).

CUADRO N° 8

VALORES Y TIPOS DE MATERIAL DE LECHO

MATERIAL DE LECHO VALORES

Arena 0.01 a 0.1 cm: Kf de 10-3 a 10-4 m/s

Grava 0.1 a 1 cm: Kf de 10-1 a 10-3 m/s

Roca 1 a 10 cm: Kf de 10-1 a 101 m/s

La conductividad hidráulica del material de lecho debe estar comprendida entre valores de 10-2 y 10-3

m/s y el 40 - 50% y un diámetro de partícula inferior a 1 cm. Con el transcurso del tiempo, la conductividad hidráulica de los primeros dos metros del lecho filtrante de un Humedal se reduce debido a la formación de una densa capa bacteriana, a tal grado que es necesario reemplazar periódicamente este material por material nuevo. Sin embargo, el resto del lecho filtrante no experimenta este fenómeno, manteniendo su porosidad y por ende, su conductividad, semejante a la del material original. El ancho necesario (B) se obtiene de dividir el área de la sección transversal (W) entre la profundidad (h), la cual se recomienda entre 0.6 y 0.8 m en promedio, tomando también en cuenta la porosidad del lecho:

La pendiente hidráulica (del espejo de agua) usada generalmente oscila entre 0.5 y 1%, siendo también usual que la pendiente del fondo del Humedal tenga un valor parecido con el objetivo de conservar constante la profundidad efectiva en todo el largo del Humedal. Para evitar profundizar demasiado al final del Humedal debido a la pendiente del fondo, se recomienda limitar su longitud a aproximadamente 50 m y dividir el sistema en diferentes unidades de tratamiento cuando el volumen de aguas residuales a tratar así lo requiera.

El tiempo de retención depende principalmente del tipo de contaminante a remover. Cuando se diseña para remover fundamentalmente materia orgánica, pueden ser suficientes entre 3 y 5 días de retención, mientras que para la remoción de E. Coli se requiere de un mínimo de 8 días. El cálculo del tiempo de retención (tr) se realiza por medio de la ecuación:

Donde:

Q

nhBL

Q

Vutiltr

***

nhIKf

QB

***


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L : longitud del Humedal, (m) B : ancho del Humedal, (m) h : profundidad efectiva, (m) n : porosidad del lecho filtrante como fracción decimal Q : caudal, (m3/d)

Durante la realización de estos cálculos deberá respetarse la carga hidráulica recomendada en el acápite anterior para la remoción de contaminantes. La carga hidráulica (Ch) se calcula mediante la siguiente ecuación:

La relación largo: ancho depende del área total del Humedal. Para unidades pequeñas esta relación puede ser hasta de 3:1, según valores recomendados en la bibliografía; sin embargo, en el caso de unidades grandes, esta relación está determinada fundamentalmente por el ancho de la unidad, pues la longitud se debe limitar por la razón anteriormente mencionada. II.4. Criterios para la selección del material del lecho filtrante La característica fundamental requerida para el material del lecho filtrante es su resistencia al desgaste provocado por las aguas residuales, la cual debe garantizar que el lecho no se deteriore con el transcurso del tiempo. La porosidad juega un papel importante, puesto que de ella depende la superficie disponible para la formación de la capa bacteriana responsable en gran medida de la depuración de las aguas residuales y también tiene un efecto directo sobre el tamaño del Humedal, pues el uso de un material más poroso reduce el área a utilizar. La granulometría del material tiene una influencia directa sobre la eficiencia del tratamiento y la capacidad hidráulica del Humedal. A mayor diámetro de partícula, la capacidad hidráulica del Humedal aumenta, pero disminuye la eficiencia de remoción de contaminantes debido a que hay una menor disponibilidad de área para el crecimiento bacteriano, además de que se ven afectados los demás mecanismos de remoción, tales como filtración, sedimentación, intercambio iónico y adsorción, entre otros. Por tal razón, la elección del diámetro de partícula debe realizarse con el objetivo de lograr un equilibrio entre la capacidad hidráulica y la eficiencia de remoción del Humedal. II.5. Porosidad de materiales para el lecho filtrante Existen materiales resistentes que poseen alta porosidad, tales como el hormigón rojo, hormigón negro y la piedra volcánica negra. Los primeros dos, que se encuentran naturalmente en bancos de arena volcánica del país, tienen una porosidad entre 45% y 60%, mientras que la piedra negra, de mayor granulometría, tiene una porosidad mayor del 70%. Los dos tipos de hormigón se han utilizado en lechos filtrantes de diferentes unidades, obteniéndose mejores resultados con el hormigón rojo. La piedra negra ha mostrado su mayor utilidad en la sección de distribución del flujo a la entrada del Humedal, así como en la zona de recolección.

Un material de menor porosidad (entre 45 y 50%), pero que también ha demostrado ser útil, es la piedra triturada de ½” de diámetro, con la salvedad de que se debe utilizar en la

)/( añomA

Q

hC


31

capa superior un material de granulometría más fina (como el hormigón rojo) que permita el desarrollo de las plantas. II.6. Granulometría El tamaño recomendado en la literatura para los diferentes materiales del lecho filtrante oscila entre 0 y 12 mm. El siguiente gráfico muestra la granulometría recomendada en la literatura y la de diferentes materiales utilizados para la construcción de Humedales. (Bahlo & Wach, 1995; Proyecto ASTEC, 2000)

FIGURA 1

CURVAS GRANULOMÉTRICAS DE MATERIALES USADOS PARA LA CONFORMACIÓN DEL LECHO FILTRANTE

SIMBOLO DESCRIPCIÓN

Granulometría máxima recomendada para Humedal de flujo vertical, (BFV)

Curva granulométrica típica de material usado para lecho filtrante de BFH

Granulometría máxima recomendada para Humedales de flujo horizontal, (BFH)

Curva granulométrica del hormigón rojo

Curva granulométrica de la piedra triturada

Curva granulométrica del hormigón negro

Las tres primeras curvas muestran la granulometría recomendada para la construcción de sistemas europeos de Humedales de flujo vertical y horizontal (Bahlo & Wach, 1995), mientras que las 3 últimas curvas presentan la granulometría típica de los diferentes materiales utilizados para la construcción de Humedales en Centroamérica y América. Los mejores resultados se han obtenido usando hormigón rojo, lo cual puede ser atribuido a su menor diámetro de partícula.

Media

LIMOS Y ARCILLAS

100

Fina Gruesa

Polvo de

piedra Media

ARENA

Media

GRAVA ROCA

Fina Fina Gruesa Gruesa

0.00

1

0.002 0.006 0.02 0.06 0.2 0.6 2.0 6.0 20 60

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ø de los granos (mm)

% i

nfe

rio

r a ø

5

15


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En las zonas de distribución y recolección del Humedal se usa piedra volcánica negra cuyo diámetro es de 2” a 4”, porque este tipo de material facilita la distribución y evita que los orificios de los tubos de recolección se obstruyan con material de granulometría fina. Se recomienda el uso de este material al menos en los primeros 5 m del Humedal para alargar el período al cual se deben cambiar los dos primeros metros del lecho filtrante, que en el caso del hormigón rojo se ha establecido en una vez cada dos años, debido a la obstrucción que se da por la formación de una densa capa bacteriana. II.7 Instalación de las tuberías de drenaje de los lechos

Se instalarán tubos de drenaje de PVC de 4” a 6” de diámetro y el largo dependerá de las dimensiones obtenidas en el diseño, con una tee al centro de la longitud para conectarlos con el tubo de salida del agua ya tratada a la caja de recolección. En estos tubos se perforarán tres filas de agujeros de ½”, separados @ 5 cm. Los tubos se colocarán en el extremo opuesto al canal de alimentación, en el fondo de las pilas, sobre una capa de piedra triturada de 5 cm de espesor por 40 cm de ancho, con los agujeros hacia arriba y con una pendiente hacia el centro de 0.2 %. Luego serán cubiertos con piedra volcánica de 2” - 4” de diámetro, similar al de la entrada al Humedal. La capa de piedras de 2” y 4” de diámetro proporciona espacios libres que facilitan la introducción del agua en los tubos de recolección, formando al mismo tiempo una barrera que evita que el material del lecho filtrante de granulometría más fina, entre en contacto directo con los tubos de recolección y pueda causar problemas de obstrucción de los agujeros. II.8 Caja de recolección del efluente La caja de recolección de las aguas residuales ya tratadas de la pila del Humedal, se construirán separada 1.0 m del borde de la pila y serán de mampostería piedra cantera, en bloques, reforzadas con columnas de concreto y acero 3/8”. El objetivo de esta caja será el de regular el nivel del agua de la pila, por medio de un PVC 4” - 6” de diámetro que estará instalada dentro de la caja. De esta manguera se tomarán las muestras y se podrá medir el caudal de salida del sistema de tratamiento por el método de aforo. La tubería de salidas estará conectada con codos a los tubos de salida de cada pila del Humedal artificial en un extremo y por el otro, regulando así el nivel de agua dentro del Humedal. Las dimensiones recomendadas para una caja de recolección serán las siguientes: Largo 2.0 m, Ancho 1.0 m, Profundidad variable en dependencia del terreno (m), Material a usar Piedra cantera, Piso de concreto 0.15 m de espesor, tubería PVC 4” - 6”, Cubierta Tapa de madera, metal o C°A°.

6. Resultados En vista que el presente trabajo está enfocado al diseño del sistema de tratamiento mediante humedales artificiales, los resultados se evaluarán y monitorizarán luego de la puesta en operación del sistema. Los resultados que se espera obtener con el diseño y posterior con la implementación de la planta de tratamiento en la comunidad de Rumichaca, sirvan de aporte a la mejora de la calidad de vida de la población beneficiaria. La planta de tratamiento con sistemas de humedales de flujo subsuperficial, contiene una etapa de pretratamiento, tratamiento primario y tratamiento secundario que está formado por un humedal que opera independientemente. El sistema fue diseñado para tratar las aguas residuales generadas por 816 personas. La planta de tratamiento será monitorizada y se analizarán las aguas efluentes con la finalidad de determinar la frecuencia del DQO, DBO5, amonio, nitratos, nitritos, fosfatos totales, sólidos totales, suspendidos y disueltos, Cloruros, coliformes totales y E. Coli,


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además de análisis menos frecuentes para la detección de enteroparásitos helmintos y sustancias activas. Paralelamente se investigará la eficiencia del tratamiento, se desarrollaran ensayos de riego de distintos cultivos agrícolas con el efluente del Humedal. Estos ensayos estarán dirigidos fundamentalmente a comprobar la calidad microbiológica de los productos agrícolas regados con las aguas tratadas, así como la determinación de su rendimiento promedio. Entre los cultivos que se pretenden analizar se encuentran hortalizas de consumo crudo y cocido, frutas, granos básicos y pasto para ganado bovino. En la investigación se controlará la eficiencia de la planta con Humedales y se espera que los resultados en el proceso de remoción sean los siguientes: 6.1 Remoción de DBO5 y DQO En el monitoreo establecido del sistema con todas las unidades del Humedal, se pretende lograr remoción de DBO5 que oscilan entre 89% - 95% y para DQO entre 75% – 86%. Si se toma en cuenta el sistema total, incluyendo las etapas de pretratamiento y tratamiento primario, las remociones de estos parámetros deberán de oscilar entre 97% - 99% y 91% - 95% respectivamente. 6.2 Remoción de nitrógeno total La reducción promedio del nitrógeno total en las diferentes unidades deberá de oscilar entre 21 – 39%, lo cual se considera relativamente bajo. El límite máximo permisible para el nitrógeno se fija en base al uso que se le dará al cuerpo receptor, por lo que no hay un valor fijo establecido. Sin embargo, para la reutilización del efluente en el riego de cultivos agrícolas es deseable que cierta cantidad de nitrógeno esté presente en las aguas tratadas, puesto que es un macronutriente que contribuye a la fertilización de los mismos. 6.3 Remoción de fosfatos totales Los fosfatos totales presentan una baja tasa de disminución en las diferentes unidades del Humedal con valores entre 6 y 19% de remoción; para el sistema completo estos valores varían entre 16 y 28%, porque en las etapas de pretratamiento y tratamiento primario se elimina una fracción de los fosfatos por sedimentación, mientras que en el Humedal se elimina otra fracción mediante diversos mecanismos de remoción, entre ellos la adsorción en el lecho filtrante y consumo de las plantas (Cooper et al., 1996). Al igual que para el nitrógeno, no existe un valor máximo permisible definido para el fósforo, sino que depende del uso que se le dará el cuerpo receptor. El fósforo también es un macronutriente para las plantas y es deseable en las aguas tratadas si éstas se van a utilizar para el riego de cultivos agrícolas. 6.4 Remoción de sólidos suspendidos La remoción de sólidos suspendidos debería de estar entre 52% y 73% en las diferentes unidades, mientras que para el sistema total estos valores estarán de 92% y 96%, produciendo un efluente final de aspecto claro y sin presencia visible de sólidos. El aumento en la concentración de sólidos suspendidos en el efluente del Humedal podría ser provocado por el arrastre de cierta cantidad de biomasa hacia la salida del sistema a causa de la formación de una población bacteriana cada vez mayor. A pesar de esto, las concentraciones no tienen un efecto negativo apreciable sobre la calidad del efluente.


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6.5 Remoción de Coliformes totales y E. Coli Las concentraciones medias de coliformes totales y E. Coli en el efluente deben estar entre 1.5*105 NMP/100 ml y 7.5*104 NMP/100 ml, respectivamente. La eficiencia de remoción de las unidades individuales en lo que respecta a estos dos parámetros durante el tiempo de operación deben ser altas y no debe existir variación. La eficiencia de remoción promedio debe ser aproximadamente 97%, equivalente a una reducción de 1.4 unidades de potencia para ambos parámetros. Si se toma en cuenta el sistema total, incluyendo el pretratamiento y tratamiento primario, esta eficiencia se incrementará a 2 unidades de potencia. Sin embargo, se observaran el tiempo de retención hidráulica de 3.5 días y de 6.3 días, la eficiencia de remoción de E. Coli se evaluara para medir el valor final. 6.6 Remoción de Enteroparásitos Helmintos Para la detección de enteroparásitos helmintos en el efluente, se realizará un estudio comparativo durante 6 meses en los sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas (Lagunas de estabilización, Humedal), con el objetivo de determinar la eficiencia de cada uno de ellos en la remoción de estos parásitos intestinales. 6.7 Resultado en los ensayos de riego agrícola con el efluente del Humedal Los ensayos de riego se realizarán utilizando diferentes tipos de productos agrícolas tales como hortalizas, frutas y granos básicos, los cuales serán analizados para determinar la presencia de organismos patógenos. Con el propósito de determinar el riesgo potencial para la salud de los consumidores de productos agrícolas regados con las aguas tratadas por el Humedal. - Cultivos que crecen bajo la superficie del suelo (cebolla, zanahoria, apio) - Cultivos que crecen en contacto con el suelo (pepino, berenjena, fresas) - Cultivos que crecen cerca del suelo (tomate, frijol, arveja) - Cultivos que crecen retirados del suelo (papaya, naranjas, limones) El criterio que se quiere lograr es la calidad de los productos agrícolas en alimentos de aceptabilidad total, provisional y rechazable, en dependencia de su contenido de E. Coli. Experiencias demuestran que estas aguas pueden ser reutilizadas sin provocar impactos negativos en la salud de los consumidores. Sin embargo, se deben señalar aspectos relevantes encontrados en los ensayos de riego agrícola, los cuales se pueden expresar en los siguientes puntos:

1- Se debe considera que el contenido de macronutrientes genera un aspecto positivo en el desarrollo de los cultivos agrícolas, ya que se pueden lograr buenos rendimientos en las cosechas sin la aplicación de fertilizantes químicos.

2- El agua tratada por medio de los Humedal contienen todavía una carga de coliformes fecales. Por lo tanto se recomienda una reutilización de las aguas residuales tratadas bajo las siguientes limitaciones:

La irrigación de cultivos cítricos como limón, naranja, mandarina, toronja, es posible, porque esos frutos crecen retirados del suelo, tienen cáscaras gruesas que protegen eficientemente el fruto de daños mecánicos y además contienen ácidos y sustancias que inhiben el crecimiento de bacterias patógenas, puesto que estas viven en un pH cercano al neutral.


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La irrigación de hortalizas y granos básicos que son lavados, descascarados y cocidos antes de su consumo, es posible. El proceso de cocción es importante porque las bacterias patógenas y Salmonellas no son termoresistentes, no son formadoras de esporas, por tal razón son eliminadas completamente durante una exposición a temperaturas de 60 °C por un tiempo de 12 minutos (Müller, 1988). Los cultivos de este tipo son principalmente frijoles, maíz, arroz, papas, plátano y yuca, que son todos alimentos tradicionales cultivados y consumidos.

También es posible el riego agrícola de cultivos que son procesado por medio de un proceso de tostado, secado industrial o proceso de extracción. En este tipo se clasifican principalmente, los cultivos de caña de azúcar, maní y soya.

La irrigación de pastos para ganado y árboles maderables se puede recomendar sin restricciones, porque según las investigaciones realizadas no existe una acumulación o desarrollo de gérmenes patógenos en las hojas y partes maderables de las plantas, de tal forma solo es necesario supervisar el proceso de riego.

3- Se recomienda para irrigación de los cultivos el riego por gravedad o riego por goteo,

con la aplicación de un filtro de arena.

4- Si se pretende la irrigación de hortalizas de consumo crudo, se debe mantener un estricto control sanitario durante el período de riego y la cosecha, lo que debe incluir análisis periódicos del agua de riego referente a su cantidad en coliformes totales, E. Col i y Salmonellas, además de un control de la calidad microbiológica de los frutos cosechados.

5- La irrigación de los cultivos debe ser suspendida dos semanas antes de la cosecha, puesto que el tiempo transcurrido entre el último riego y la recolección contribuye a incrementar el nivel de aceptabilidad de los productos. La reducción más significativa en este período sin riego se da en los cultivos de tallo alto y es menor que en los vegetales que crecen bajo y a flor de tierra (Castro et al., 1990).

7. Conclusiones El proceso de tratamiento de aguas residuales domesticas mediante Humedal Artificial, permiten lograr eficiencias de remoción de constituyentes en las aguas residuales. Por lo tanto, en la comunidad de Rumichaca se pretende lograr los objetivos, teniendo en consideración experiencia de sistemas, donde se controlan los valores frecuente de DQO, DBO5, amonio, nitratos, nitritos, fosfatos totales, sólidos totales, suspendidos y disueltos, Cloruros, coliformes totales y E.Coli, además de análisis menos frecuentes para la detección de enteroparásitos helmintos. Referente al diseño del sistema de tratamiento de aguas servidas con Humedal, se pretende experimentar con la inclusión de un decantador y atrapador de grasa, con la finalidad de remover con mayor eficiencia el agua antes de su ingreso al tanque Imhoff y posteriormente al lecho filtrante. Pretendemos que con este sistema los porcentajes de remoción puedan incrementarse. En relación a la remoción de DBO5 y DQO, el Humedal tiene una excelente remoción de materia orgánica, puesto que los porcentajes de remoción de DBO5 oscilan entre 89% - 95% y para DQO entre 75% – 86%. Considerando las etapas de pretratamiento y tratamiento primario, las remociones de estos parámetros son más eficientes logrando llegar entre 97% - 99% y 91% - 95%.


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Respecto a la remoción de Nitrógeno total que oscila entre 21 – 39%, lo cual se considera relativamente bajo. Esto se debe a la poca disponibilidad de oxígeno dentro del lecho filtrante por lo tanto sería importante el oxigenar el agua antes de su ingreso al lecho filtrante. La remoción de fosfatos presenta una baja disminución con valores entre 6% y 19%, esta situación no genera problema alguno si la decisión de reúso del agua esta direccionado al cultivo, puesto que las plantas requieren de este nutriente para su desarrollo. Respecto a la remoción de sólidos suspendidos que oscilan entre el 92% al 96%, permiten que el agua tenga una característica clara, demuestra que los sólidos han sido retenidos en el lecho filtrante y permiten visualmente su aceptabilidad. La remoción de coliformes totales y E.Coli, no son alentadores, debido a que alcanzaron al 97%, esto debido al tiempo de retención que en este caso llego a 3.5 días, pretendemos que en Rumichaca podría llegar a 6 - 7 días y experimentar su remoción. Para lograr mayor eficiencia se debe plantear un sistema de tratamiento con cloro si es que se desea utilizar el agua para consumo humano. De acuerdo a los resultados que se obtuvieron en el riego de plantas de tallo corto y largo, se ha evidenciado que en algunas es admisible la utilización de las aguas del Humedal, puesto que no generan daños a la salud de las personas, animales y medio ambiente. La selección del Humedal para el tratamiento de las aguas servidas domesticas generadas por pequeñas poblaciones, además de la alta eficiencia de remoción de contaminantes, proporciona las siguientes ventajas: Bajo costo de construcción, bajo costo de AOM, brinda solución para viviendas individuales y comunidad, sistemas completo por pretratamiento, primario y secundario, aspecto estético para la comunidad, tiene mejor eficiencia en poblaciones tropicales y la creación de microclimas donde se puede desarrollar especies de flora y fauna. 8. Recomendaciones Se recomienda a los gobiernos locales y entidades privadas, realizar esfuerzos para implementar sistemas de Humedal Artificiales de este tipo en las zonas rurales, considerando los factores más relevantes como las condiciones climatológicas, tipos de materiales que puedan utilizarse para el lecho filtrante, las facilidades para su Administración, Operación y Mantenimiento la plantas y la estimación de costos de implementación que son mucho más bajos. Estos esfuerzos están dirigidos a explorar el potencial de este tipo de tecnologías como alternativa viable y eficiente para el tratamiento de aguas residuales domesticas en las comunidades pequeñas. 9. Bibliografía consultada MICHAEL PLATZER, XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Cancún, México, 27 al 31 de octubre 2002, investigaciones y experiencias con biofiltros en Nicaragua, Centro América. CASTRO DE ESPARZA, M.L., FLOREZ A., ROJAS, R., CEPIS, Lima, Perú (1990), “Evaluación de riesgos para la salud por el uso de las aguas residuales en agricultura”.

GUEVARA VÁSQUEZ, M.L., Facultad de Ingeniería Química, UNI, Managua, 2000. Análisis y ensayos para incrementar la eficiencia de tratamiento de Biofiltros en países de clima tropical.


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tanques sépticos, Tanques imhoff y lagunas de estabilización. DAYNA YOCUM, Bren School of Environmental Science and Management, University of California, Santa Barbara, Manual de diseño: humedal construido para el tratamiento de las aguas grises por biofiltración. SERGIO MENDONÇA, Ex-Asesor Regional en Sistemas de Aguas Residuales del CEPIS/OPS, NELSON MEDINA, Coordinador para Nicaragua, WSP-LAC, abril 2006, Biofiltro, Una opción sostenible para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas localidades. JAIME LARA BORRERO, Barcelona, mayo 1999, Universidad Politécnica de Cataluña, Depuración de aguas residuales municipales con humedales artificiales. Texto: M. C. Jacinto Buenfil, Proyecto Piloto Tepoz EcoTepoztlán, Morelos México, Biofiltro la jardinera que filtra las aguas grises para reciclarlas.

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