CAPITULO I1. DEFINICIONES Seoánez afirma que la naturaleza se defiende de la agresión humana reaccionando ante un fenómeno que la perturba, como consecuencia de ello el ingenio humano ha creado a lo largo del tiempo diferentes sistemas de aprovechamiento y tratamiento de las aguas, tratando de usar la acción de la naturaleza para corregir y minimizar los impactos que por acciones y errores del hombre provocamos sobre el medio natural” (2005: 60). Muchos sistemas naturales o tecnologías ecológicas están siendo considerados con el propósito del tratamiento del agua residual y control de la contaminación del agua. El interés en los sistemas naturales está basado en la conservación de los recursos asociados con estos sistemas como opuesto al proceso de tratamiento convencional de aguas residuales que es intensivo respecto al uso de energía y químicos. Los humedales es uno de los muchos tipos de sistemas naturales que pueden usarse para el tratamiento de aguas residuales y control de la contaminación por lo que para entender este método se definen algunos términos que serán usados a lo largo del presente trabajo monográfico. 1.1 Wetland Es un término inglés que el Dictionary The University of Chicago. 2002, traduce como [s. pantano, zona acuosa, zona húmeda; tierras pantanosas], por lo que en adelante se usará el término humedal en reemplazo de wetland. El Convenio Ramsar sobre Humedales cuyo nombre original en inglés es “The Ramsar Convention on Wetlands”, es un tratado intergubernamental relativa a los humedales de importancia internacional, especialmente como hábitat de aves acuáticas, fue firmada en la ciudad de Ramsar (Irán) el 02/02/1971 y entró en vigor en 1975. El Perú es una de las partes contratantes de este Convenio desde el 30/03/1992. Este Convenio define a los humedales como “Extensiones de marismas, pantanos y turberas o superficies cubiertas de agua, sean éstas de régimen natural o artificial, permanentes 1 o temporales, estancadas o corrientes, dulces, salobres o saladas, incluidas las extensiones de agua marina cuya profundidad en marea baja no exceda de seis metros” Ramsar Convention, 1971. Según Lara (1999), “Los humedales son áreas que se encuentran saturadas por aguas superficiales o subterráneas con una frecuencia y duración tales, que sean suficientes para mantener condiciones saturadas. Suelen tener aguas con profundidades inferiores a 60 cm con plantas emergentes como espadañas, carrizos y juncos. La vegetación proporciona superficies para la formación de películas bacterianas, facilita la filtración y la adsorción de los constituyentes del agua residual, permite la transferencia de oxígeno a la columna de agua y controla el crecimiento de algas al limitar la penetración de luz solar”. Lo que distingue a los humedales es la escasa profundidad del nivel freático, con la consecuente alteración del régimen del suelo. La vegetación específicamente adaptada a estas condiciones se denomina hidrófita, y reemplaza en estos casos a las especies terrestres normales. Las peculiaridades del entorno hacen que la fauna presente sea por lo general endémica y netamente diferenciada de las zonas adyacentes; grandes familias de aves y reptiles están únicamente adaptadas a entornos de este tipo. 1.2 Agua Residual Según Seoánez (2005: 65) las aguas residuales “son aquellas que se han canalizado en los núcleos urbanos, que se han utilizado en usos domésticos (inodoros, fregaderos, lavadoras, lavabos, friegaplatos y baños) y que pueden contener, además, algún residuo de los arrastres de las aguas de la lluvia por una parte y de pequeñas actividades industriales urbanas por otra”. Consideramos más amplio definir aguas residuales como aquellas que resultan del uso doméstico o industrial del agua, que se recogen y se transportan por el sistema de alcantarillado (tuberías o túneles), se les denomina también aguas servidas, aguas negras o aguas cloacales. Son residuales porque, habiendo sido usada el agua constituyen un residuo, algo que no sirve para el usuario directo. 2 1.3 Demanda Bioquímica de Oxigeno - DBO Según CEPIS es la “cantidad de oxígeno utilizado en la oxidación bioquímica de la sustancia orgánica, en un tiempo y a una temperatura especificada. Depende enteramente de la disponibilidad de materia utilizable como alimento biológico y de la cantidad de oxígeno utilizado por los microorganismos durante la oxidación” (2005:12). Así tenemos, que “en una muestra con materia orgánica fácilmente biodegradable, una población de microorganismos aeróbicos adicionada a está deberá crecer sin dificultad y si hay un crecimiento apreciable en la población de estos microorganismos, entonces ocurrirá una disminución o descenso en la concentración de oxígeno disuelto del sistema. Por tanto, el descenso en la concentración de oxígeno disuelto en la muestra, es directamente proporcional a su concentración en materia orgánica. La magnitud de este descenso es lo que se conoce como DBO” (CARDENAS, Jorge. 2005: Capitulo XVIII). Es la cantidad de oxigeno disuelto consumido por los microorganismos, presentes en el agua o añadidos a ella para oxidar biológicamente la materia orgánica presente en la muestra de agua. La medición de este parámetro se fundamenta en la hipótesis de que la cantidad de materia orgánica contenida en la muestra, es directamente proporcional a la cantidad de oxígeno que requiere una población bacteriana para digerirla. 1.4 Tratamiento de Aguas Residuales De acuerdo con Seoànez (2005:95) “Las aguas residuales deben ser considerados como una materia prima que contiene una serie de productos útiles, como el agua, la materia orgánica. Algunas sales y otros productos perjudiciales. Se trata de separar estos últimos y de aprovechar los demás en beneficio de la aplicación que se juzgue mas útil en cada caso, a no ser que se compense un tratamiento sin aprovechamiento, como también puede ocurrir”. Reynolds, señala que “el tratamiento de aguas residuales (o agua servida, doméstica, etc.) incorpora procesos físicos químicos y biológicos, que tratan y remueven contaminantes físicos, químicos y biológicos introducidos por el uso humano cotidiano del agua. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable al ambiente, y un 3 Estos procesos de tratamiento son típicamente referidos a un: Tratamiento preliminar: destinado a la eliminación de residuos fácilmente separables y en algunos casos un proceso de pre-aireación. está dirigido a la reducción final de la DBO. es decir son pasos adicionales al tratamiento (microfiltración o desinfección). Si la desinfección se practica siempre en el proceso final. río. comprende procesos de sedimentación y tamizado. es decir el proceso de asentamiento de los sólidos. Tratamiento terciario o avanzado: Etapa final que permite aumentar la calidad del efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor (mar. Este paso está enteramente hecho con maquinaria. lago. y 4 . Es decir. orines. residuos de comida. campo. etc. es decir el tratamiento biológico de sólidos flotantes y sedimentados. Tratamiento primario: Es para reducir aceites. jabones y detergentes). Tratamiento secundario: Es designado para degradar el contenido biológico de las aguas residuales que se derivan de los desperdicios generados por el hombre (desechos fecales. en los cuales la materia orgánica es metabolizada por diferentes cepas bacterianas y son tres estos objetivos: a) Reducir el contenido en materia orgánica de las aguas. grasas. Se puede utilizar más de un proceso terciario de tratamiento en una planta de tratamiento. Comprende procesos biológicos aerobios y anaerobios y físico-químicos (floculación) para reducir la mayor parte de la DBO.5 Sistemas de Tratamiento Biológico Marsilli (2005:1) resume que los objetivos del tratamiento biológico se logran por medio de procesos aeróbicos y anaeróbicos. este proceso se denomina “pulir el efluente”.). arenas y sólidos gruesos. Es decir. metales pesados y/o contaminantes químicos específicos y la eliminación de patógenos y parásitos” (2002:1). b) Reducir su contenido en nutrientes. 1. por esa razón es conocido también como tratamiento mecánico.residuo sólido o lodo que con un proceso adecuado sirve como fertilizante orgánico para la agricultura o jardinería”. es un proceso en el que pueden intervenir diferentes tipos de microorganismos pero que está dirigido principalmente por bacterias. dirigidos a la digestión de la materia orgánica con producción de metano. no hay necesidad de suministrar oxígeno por lo que el proceso es más barato y el requerimiento energético es menor. Por otra parte produce un mayor volumen de lodos que requieren de un tratamiento posterior por medio de reactores anaeróbicos y/o su disposición en rellenos sanitarios bien instalados. pues. 1.c) Eliminar los patógenos y parásitos. se dejan sedimentar en un tanque.3 Humedales Naturales 5 .( BLACKWATER Holding Systems LLC) 1. 1. Por otra parte se produce una menor cantidad de lodo (el 20% en comparación con un sistema de lodos activos). denominado tanque de clarificación. El sistema básico comprende. Durante el tratamiento los microorganismos forman flóculos que.2 Tratamiento Anaerobio Consiste en una serie de procesos microbiológicos. posteriormente. Además es posible producir un gas útil. Este sistema permite una remoción de hasta un 90% de la carga orgánica pero tiene algunas desventajas: en primer lugar requiere de instalaciones costosas y la instalación de equipos electromecánicos que consumen un alto costo energético.5.1 Estanque de Lodos Activos Marsilli (2005:2) expone que “el tratamiento se proporciona mediante difusión de aire por medios mecánicos en el interior de tanques. Presenta una serie de ventajas frente a la digestión aerobia: generalmente requiere de instalaciones menos costosas. un tanque de aireación y un tanque de clarificación por los que se hace pasar los lodos varias veces. Los dos objetivos principales del sistema de lodos activados son: a) La oxidación de la materia biodegradable en el tanque de aireación y b) La floculación que permite la separación de la biomasa nueva del efluente tratado.5. dentro de un recipiente hermético. y además este último se puede disponer como abono y mejorador de suelos.5. donde crecen plantas emergentes como juncos. Lo característico de un humedal es la presencia de agua durante períodos lo bastante prolongados como para alterar los suelos. 6 . construido por el hombre. y contado con los procesos naturales para tratar el agua residual. 1. definen a los humedales señalando que son “medios semiterrestres con un elevado grado de humedad y una profusa vegetación.Llagas y Guadalupe (2006:86). tienen ventajas respecto de los sistemas de tratamiento alternativos los que son tratados con amplitud en el Capítulo II del presente trabajo monográfico. Las profundidades típicas de estas extensiones de tierras son menores a 0.4 Humedales Artificiales Un humedal artificial es un sistema de tratamiento de agua residual (estanque o cauce) poco profundo.5. físicas y químicas. sus microorganismos y las comunidades de flora y fauna hasta el punto de que el suelo no actúa como en los hábitat acuáticos o terrestres”. lenteja de agua que contribuye a la reducción de contaminantes a través de procesos aerobios de degradación.60 mt. en el que se han sembrado plantas acuáticas. totora. que reúnen ciertas características biológicas. que les confieren un elevado potencial autodepurador. y cuenta con procesos naturales para tratar el agua residual. fueron desarrollados en los años setenta y ochenta. expandiéndose no solo para tratamiento de agua residual municipal. Un humedal artificial es un sistema de tratamiento de agua residual (estanque o cauce) poco profundo. free water surface wetlands [los humedales de agua superficial] como “aquellos sistemas en los cuales el agua está expuesta a la atmósfera. 1. La mayoría de los humedales naturales son sistemas FLS entre los que se incluyen a los fangales (principalmente con vegetación de musgos). Otros vieron las aguas residuales como una fuente de agua y sustancias nutritivas para restauración o creación de humedales. Los humedales artificiales han sido usados a finales de los años noventa para disposición de aguas residuales. Tipos de Humedales Artificiales 1. 2006: 85) estudios sobre wetlands construidos para tratamiento de aguas residuales se iniciaron en la década del cincuenta en el Instituto Max Planck en Alemania-USA.1 Sistema de Agua Superficial Libre (SASL) La United States Environmental Protection Agency – EPA (2000:1) define a los humedales artificiales de flujo libre superficial (FLS. en el que se han sembrado plantas acuáticas. muchas descargas fueron a los humedales naturales. sino también para agua de tormenta. industrial y residuos agrícolas. y las praderas inundadas (principalmente con vegetación herbácea y macrófitos emergentes). zonas pantanosas (principalmente de vegetación arbórea).CAPITULO II TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES Según refiere (Llagas y Guadalupe. La observación de la mejora en la calidad del agua en humedales naturales llevó 7 . En los años noventa se vio un mayor incremento en el número de esos sistemas. construido por el hombre. 2 Sistemas de Flujo Bajo la Superficie (SFBS) Sostiene Villaroel que estos sistemas se diseñan con el objeto de proporcionar tratamiento secundario o avanzado y consisten en canales o zanjas excavadas y rellenos de material granular. Las mismas especies vegetales se usan en los dos tipos de humedales artificiales (abril 2005:4). Los sistemas de flujo libre también se pueden diseñar con el objetivo de crear nuevos hábitats para la fauna y flora o para mejorar las condiciones de humedales naturales próximos. grava o piedras como sustrato de crecimiento en el lecho del canal. Se aplica agua residual pre-tratada a estos sistemas. La profundidad baja del agua. Estos sistemas consisten típicamente de estanques o canales. el agua se pierde completamente por evapotranspiración y percolación en el humedal”. suelo u otro medio conveniente a fin de soportar la vegetación emergente. Estos sistemas de flujo bajo superficie son diseñados con el propósito de obtener 8 . y agua en una profundidad relativamente baja (0.6 m) que atraviesa la unidad. 1.al desarrollo de humedales artificiales para tratar de reproducir en ecosistemas construidos los beneficios de calidad del agua y hábitat. mientras que el sobrante baja a la superficie del medio. y la presencia de tallos de planta y basura regulan el flujo del agua. En algunos casos. En los humedales FLS el agua fluye sobre la superficie del suelo con vegetación desde un punto de entrada hasta el punto de descarga. La mayoría de los humedales artificiales FLS son praderas inundadas. contactando de este modo el agua residual que fluye horizontalmente a través del lecho. generalmente grava en donde el nivel de agua se mantiene por debajo de la superficie de grava. con alguna clase de barrera subterránea para prevenir la filtración. Dentro del lecho los microbios facultativos atacan al medio y las raíces de las plantas. la velocidad baja del flujo. Se caracterizan por el crecimiento de plantas emergentes usando el suelo.1 a 0. pero se tienen también algunos ejemplos de fangales y zonas pantanosas. y el tratamiento ocurre cuando el flujo de agua atraviesa lentamente el tallo y la raíz de la vegetación emergente. los humedales artificiales son usados para una variedad de industrias. drenaje de minas y aguas residuales domésticas en pequeños humedales tras tanques sépticos convencionales.niveles de tratamiento secundarios. lixiviados de vertederos. escorrentía de aguas agrícolas y de lluvias. son llamados «la zona de raíces» o «filtros de piedras de junco y caña» desarrollado en Alemania Oriental. 9 . La superficie del humedal se mantiene seca ya que la circulación del agua es subsuperficial. rebose de alcantarillados combinados. Su aspecto exterior es ideal para integrarlo en zonas semi-urbanas. por lo que no produce olores ni facilita las formas de vida de insectos como moscas o mosquitos. Adicional a las aguas residuales urbanas. CAPITULO III A. 1. selección y colocación del medio granular para el caso de los Sistemas de Flujo Bajo la Superficie (SFBS). Los dos tipos de humedales deben tener una ligera pendiente para asegurar el drenaje. MINCETUR “El fondo del humedal debe ser cuidadosamente alisado antes de la colocación del impermeabilizante. J. asfalto o algún tipo de membrana (Geomembrana)” (1999:15). que pueda llegar a perforarse. el establecimiento de la vegetación. Otras posibilidades son los tratamientos químicos. El gradiente hidráulico que se requiere y el control del nivel de agua en cada celda se realiza con el dispositivo de salida que debe ser regulable” (2008:34). sobre todo si éste es del tipo de alguna fibra sintética. El fondo debe ser nivelado cuidadosamente de lado a lado del humedal y en la totalidad de la longitud del lecho. 10 . y por ultimo las estructuras de entrada y salida. una capa de bentonita. de forma que se asegure que se proporcionaran las condiciones hidráulicas necesarias para el flujo del sistema. la impermeabilización de la capa sub-superficial de terreno. “Los dos tipos de humedales Sistema de Agua Superficial Libre (SASL) y Sistema de Flujo Bajo la Superficie (SFBS) generalmente requieren la colocación de una barrera impermeable para impedir se contamine con agua residual el subsuelo o el agua subterránea. Donde la topografía lo permita. en algunos casos pueden ser necesarias también unas instalaciones de post aireación. CONSTRUCCION DE HUMEDALES ARTIFICIALES Los aspectos más importantes a tener en cuenta para la construcción de humedales artificiales son básicamente. Impermeabilización Segùn LARA. Algunas veces está presente naturalmente por una capa de arcilla o los materiales que se encuentran in-situ y que pueden ser compactados hasta un estado cercano al impermeable. Puesto que los niveles de oxígeno disuelto pueden llegar a ser bajos. una caída en cascada cubierta de cemento para protegerla puede ser suficiente para este propósito. el fondo del humedal debe ser compactado de forma similar a como se hace con la subrasante de una carretera. pero es preferible la utilización de piedra lavada o grava. “Durante las operaciones finales de afinación de la rasante. sostiene que el “mayor beneficio de las plantas es la transferencia de oxígeno a la zona de la raíz. pueden usarse también agregados gruesos de los usados en la fabricación de concreto”. Dan lugar a velocidades de agua bajas y permiten que los materiales suspendidos se depositen. y rizomas) permite la penetración a la tierra o medio de apoyo y transporta el oxígeno de manera más profunda. J. Transfieren gases entre la atmósfera y los sedimentos. raíces. será colocado directamente sobre la membrana que debe tener las propiedades mecánicas necesarias para soportarlo sin llegar a perforarse. y elementos de traza y los incorporan a los tejidos de la planta. de lo que llegaría naturalmente a través de la sola difusión. en el caso de los humedales SFBS. Vegetación LARA. MINCETUR (2008:40) “La selección del material granular para el humedal SFBS es crítica para el éxito del sistema. se coloca sobre la membrana. Los diques y bermas de las celdas de los humedales pueden construirse de la misma manera que cuando se construyen lagunas o instalaciones similares. La roca triturada y seca puede ser usada. la capa superficial de suelo que se reservó cuando se realizó el corte de terreno. debe colocarse directamente en la totalidad de la superficie de la celda. 11 . Toman el carbono. de forma que sirve de base para las raíces de la vegetación” (1999:15). Cada celda del sistema deberá tener una rampa que permita el acceso a los vehículos de mantenimiento. El propósito es mantener la superficie de diseño durante las subsecuentes actividades de construcción. Para el caso de los SASL. Su presencia física en el sistema (los tallos. El medio granular. La membrana impermeabilizante.Continua LARA. Las plantas emergentes contribuyen al tratamiento del agua residual y escorrentía de varías maneras: Estabilizan el substrato y limitan la canalización del flujo. 2. J. nutrientes. Los juncos de laguna y las espadañas o una combinación de estas dos especies. rellena con material rocoso. En algunos casos se coloca en una zanja poco profunda. aproximadamente cada 3m. J. además de conseguir el tratamiento del agua residual. lo que permite el acceso para ajustes y control. juncos. son las dominantes en la mayoría de los humedales artificiales en los Estados Unidos. Esto se alcanza en sistemas de pequeño o moderado tamaño con tuberías de recolección. siendo esta especie la dominante en los humedales artificiales europeos. El tallo y los sistemas de la raíz dan lugar a sitios para la fijación de microorganismos. con una compuerta en forma de "T" ubicada sobre la línea. Este colector generalmente consiste en una tubería plástica de 100 a 200 mm de diámetro. A manera de resumen sobre este tema se adjuntan Anexos Nº 1. usualmente incluyen una gran variedad de plantas. 3 y 4 12 . El conducto de salida tanto para los sistemas SFBS como para los SASL consiste normalmente en una tubería perforada colocada al final de la celda y en el fondo del lecho. El operario puede mover cada "T" alrededor de un arco vertical y de ese modo puede hacer un ajuste visual e igualar los caudales de cada uno. pasando a un buzón o colector de entrada sobre la superficie. Las plantas emergentes que frecuentemente se encuentran en la mayoría de los humedales para aguas residuales incluyen espadañas. Cuando se mueren y se deterioran dan lugar a restos de vegetación. 2. También existen algunos sistemas con carrizos. El escape de oxígeno desde las estructuras sub-superficiales de las plantas. oxigena otros espacios dentro del substrato. SASL y SFBS. un área de desbaste que se realiza mediante unas rejas de separación de gruesos. carrizos. pasando a fosas sépticas donde se sedimenta la arena. y juncos de laguna. 3. Cuando se diseñan sistemas que específicamente buscan un incremento en los valores del hábitat. sostiene que “los dos sistemas. requieren condiciones de flujo uniformes para alcanzar los rendimientos esperados. ligeramente por debajo del fondo de la celda del humedal. Estructuras de entrada y salida LARA. para asegurar un drenaje completo” (1999:16). especialmente para proporcionar alimentación y nido a las aves y otras formas de vida acuática” (1999:5). El resto de la DBO se encuentra en estado disuelto o en forma coloidal y continúa siendo removida del agua residual al entrar en contacto con los microorganismos que crecen en el sistema. Esta actividad biológica puede ser aeróbica cerca de la superficie del agua en los SASL y cerca de las raíces y rizomas en los SFBS. que termina formando turba en el humedal. no es posible diseñar un sistema para una salida de cero 13 . ya que se produce DBO dentro del sistema y a partir de fuentes naturales. absorción. pero la descomposición anaerobia prevalece en el resto del sistema. Si no se practica la poda. donde cerca del 50% de la DBO aplicada es removida en los primeros metros del humedal. Remoción de DBO La remoción de materia orgánica sedimentables es muy rápida. así como la captación por parte de la vegetación. trazas orgánicas y patógenas. Esto hace a estos sistemas únicos. debido a la quietud en los sistemas tipo SASL y a la deposición y filtración en los SFBS. RENDIMIENTO DE LOS HUMEDALES ARTIFICIALES Los humedales pueden tratar con efectividad altos niveles de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). La remoción subsiguiente está más limitada por la producción de DBO residual debida a la descomposición de los residuos de las plantas y otra materia orgánica natural presente en el humedal. se encuentra una fracción de la vegetación que se descompone y que permanece como materia orgánica refractaria. Sólidos Suspendidos (SS) y Nitrógeno. precipitación química. Los mecanismos básicos de tratamiento son los antes citados. la remoción de DBO durante los primeros días es muy rápida. así como niveles significativos de metales. por tanto.B. La remoción de fósforo es mínima debido a las limitadas oportunidades de contacto del agua residual con el suelo. 1. e interacción biológica son la DBO y el nitrógeno. Esta materia orgánica es descompuesta aeróbica o anaeróbicamente. dependiendo del oxígeno disponible. Los nutrientes y otras sustancias asociadas a esta fracción refractaria se considera que son eliminados permanentemente del sistema. En climas relativamente cálidos. e incluyen sedimentación. se alcanzan valores siempre por debajo del valor de referencia. para que los organismos nitrificantes puedan competir con los organismos heterótrofos por el oxígeno disponible. solo una pequeña fracción del nitrógeno total puede ser eliminada por esta vía. independientemente de la concentración de entrada. J. Durante los meses de verano la remoción es bastante buena. independientemente del tiempo de retención hidráulica. 14 . Se cree que la mejor forma para remover el amoniaco en ambos tipos de humedales artificiales es la nitrificación biológica seguida por desnitrificación. La remoción de sólidos en humedales es más o menos rápida. “La remoción de nitrógeno puede ser muy efectiva en ambos tipos de sistemas de humedales artificiales y los principales mecanismos de eliminación son similares para los dos casos.DBO. En términos generales la DBO del efluente puede estar entre 2 y 7 mg/L. 2. La remoción de amoniaco es también dependiente de la temperatura. produciendo efluentes con concentraciones inferiores a 20 mg/L que es el valor de referencia. y se estima que ocurre en gran parte entre el 12 al 20 % inicial del área. Aunque ocurre la asimilación de nitrógeno por parte de las plantas. Remoción de Nitrógeno LARA. nitrito y nitrato. y después de que la mayoría de la DBO ha sido removida. pero decrece a medida que baja la temperatura. La oportunidad de nitrificar existe cuando se tienen condiciones aeróbicas. 3. Al igual que ocurre con la remoción de DBO. siempre dependiendo de la temperatura del agua. La medición del Nitrógeno que entra en sistemas de humedales es como nitrógeno orgánico y amoniacal. se tiene la suficiente alcalinidad y la temperatura adecuada. Remoción de Sólidos Suspendidos La remoción de sólidos suspendidos es muy efectiva en los dos tipos de humedales artificiales. entonces se necesitará un área de terreno muy grande o métodos de tratamiento alternativos. Metano y otras fuentes de carbono fácilmente degradables son usadas comúnmente en procesos convencionales de desnitrificación. Algunos sistemas en Europa usan arena en lugar de la grava para aumentar la capacidad de la retención del fósforo. requiere condiciones anoxicas (ausencia de oxígeno disuelto pero presencia de nitratos). Remoción de metales Los mecanismos de eliminación de metales en humedales artificiales son similares a los descritos anteriormente para el fósforo. 4. pero este medio requiere instalaciones muy grandes. y precipitación. 5. Remoción de fósforo La remoción de fósforo en la mayoría de los sistemas de humedales artificiales no es muy eficaz debido a las pocas oportunidades de contacto entre el agua residual y el terreno. adsorción. así que la desnitrificación dependerá de los organismos presentes en el agua residual o que se encuentren de forma natural en el humedal” (1999:20). la disponibilidad de sitios de adsorción frescos esta también aumentando. debido a la reducida conductividad hidráulica de la arena comparada con la grava. incluyendo asimilación por parte de las plantas.La remoción de nitratos (NO3) por vía de una desnitrificación biológica en humedales. La presencia de condiciones anoxicas esta casi garantizada en muchos humedales artificiales y la temperatura del agua depende del clima local y de la estación. Si una importante remoción de fósforo es requisito del proyecto. 15 . así que la disponibilidad de una fuente adecuada de carbono tiende a ser el factor que controla el proceso. una adecuada fuente de carbono y condiciones adecuadas de temperatura. Como los sedimentos orgánicos e inorgánicos están aumentando continuamente (a una velocidad lenta) en los humedales. Los dos tipos de humedales artificiales tienen la misma capacidad potencial de remoción de metales y esta capacidad se mantiene durante todo el periodo de diseño del sistema. pero esta solución no es aplicable desde el punto de vista de los costos a los humedales. La operación y mantenimiento debe enfocarse a los factores más importantes para el rendimiento del tratamiento: Proporcionar una amplia oportunidad para el contacto del agua con la comunidad microbiana.1) Operación y Mantenimiento La operación es muy importante si se quiere obtener buenos resultados. debe contarse con un plan de operación y mantenimiento que debe ser previsto en la etapa de diseño final del sistema. los picos de caudal influyen negativamente en la eficiencia de remoción de coliformes fecales. MANTENIMIENTO Y CONTROL C. Tiempos de retención superiores a 14 días serían necesarios para lograr reducciones de 3 o 4 logaritmos. ya que se encuentra sujeto a cambios graduales de año en año. C. Mantener un ambiente saludable para los microbios. pero las concentraciones que normalmente tienen las aguas residuales no representan una amenaza para los valores del hábitat o para los posibles usos a largo plazo. 16 . Como resultado. capaces de una reducción de coliformes fecales de entre uno a dos logaritmos con tiempos de retención hidráulica de 3 a 7 días que en muchos casos no es suficiente para satisfacer los requisitos de la descarga que a menudo especifican < 200NMP/100 ml. 6.Los metales pueden acumularse en los humedales artificiales. la mayoría de los sistemas utilizan alguna forma de desinfección final. Mantener un crecimiento vigoroso de vegetación. OPERACIÓN. con la capa de residuos de vegetación y con el sedimento. Remoción de Coliformes Fecales Los humedales artificiales son en general. Por tanto. Cuando se presentan eventos intensos de lluvia. Asegurar que el flujo alcance todas las partes del humedal. supervisando periódicamente su condición sanitaria y su abundancia. Construir un cerco alrededor de la planta de tratamiento. Se estima que un sistema con plantas emergentes bien diseñado y manejado puede durar al menos treinta y cinco (35) años sin necesidad de ser renovado.1) Hidrología En humedales de SASL. Cualquier daño.2) Estructuras Deben inspeccionarse diques. para evitar el acceso a personas sin autorización que puedan provocar daños en las instalaciones.3) Vegetación El manejo del nivel del agua es la clave para el éxito de la vegetación. el agua debe cubrir todas las partes de la superficie del humedal. la que debe ser verificado periódicamente para asegurar que el agua se está moviendo a través de ella a todas las partes del humedal y que el aumento de residuos no ha bloqueado caminos de flujo. debe corregirse lo más pronto posible para prevenir fallas y reparaciones que podrían ser costosos.1. C. La cubierta vegetal en los diques debe mantenerse para desarrollar una capa de tierra buena con sistemas de raíz extensos que resisten a la erosión. y estructuras de control de agua de forma regular e inmediatamente después de cualquier anomalía en el flujo. Deben verificarse flujos y niveles de agua regularmente. 17 .1. vertederos.C. Los humedales artificiales deben controlarse periódicamente para observar las condiciones generales del sitio y para descubrir cambios importantes que puedan ser adversos al entorno. ya que pueden afectar el substrato. Se debe vigilar la acumulación anual de lodo y residuos vegetales. y no se han desarrollado áreas de estancamiento que aumentan la probabilidad de mosquitos. C. Los humedales deben verificarse después de subidas importantes de caudal o después de la formación de hielo. particularmente a las estructuras de salida. corrosión u obstrucción. Mientras las plantas del humedal pueden tolerar cambios temporales en la profundidad del agua. como erosión o crecimiento de vegetación indeseable.1. debe tenerse cuidado de no exceder los límites de tolerancia de las especies usadas durante periodos largos de tiempo. deben preverse las medidas necesarias para evitar que esto ocurra. Los herbicidas no deben usarse excepto en circunstancias extremas. 18 . aceites. Los tratamientos químicos deben usarse con cautela porque se corre el riesgo de contaminar el humedal y el cauce receptor. y sólo entonces y con cuidado extremo. La mejor manera de evitar problemas con mosquitos en los humedales artificiales es crear condiciones en el humedal que no sean atractivas a los mosquitos o que no conduzcan al desarrollo de larvas.4) Ratas Las ratas y otros roedores pueden dañar los diques y la impermeabilización. donde existen grandes cantidades de materia orgánica que los adsorbe y porque se diluyen rápidamente o son degradados por el agua que viaja a través del humedal. Cuando el agua esta en movimiento se minimiza el riesgo de desarrollo de mosquitos. Las madrigueras también pueden ser selladas poniendo bentonita en la entrada. y los nutrientes del agua estancada. hasta el punto de que puede ser necesario atrapar y retirar los animales hasta que pueda instalarse una pantalla de alambre.5) Mosquitos Los mosquitos son comunes en los humedales naturales y pueden esperarse en humedales artificiales. El control de mosquitos con insecticidas. C.2) Control La supervisión es una herramienta operacional importante que: Proporciona datos para mejorar el rendimiento del tratamiento Identifica problemas Documenta la acumulación de sustancias potencialmente tóxicas antes de que sean bio-acumulables Determina el cumplimiento de los requisitos reguladores. C. son ideales para el desarrollo larval.La vegetación debe ser inspeccionada regularmente y deben quitarse las especies invasoras. y agentes bacterianos es a menudo difícil e ineficaz en humedales artificiales.1.1. dado que pueden dañar severamente la vegetación emergente. C. Lugares abiertos con agua estancada son un excelente hábitat para los mosquitos. por tanto. Los parámetros de interés pueden ser: DBO. C.2. cuando la intervención es más eficaz.El control necesita medir si el humedal está obteniendo los objetivos y para indicar su integridad biológica. Las fotografías pueden ser inestimables documentando estas condiciones. Nitrógeno. Aquellos que están muy cargados requerirán una supervisión más frecuente y detallada. La frecuencia del muestreo y los parámetros a medir dependerán de dichas exigencias. C. Deben tomarse fotografías cada determinado tiempo en las mismas condiciones.2. Fósforo.1) Control para cumplir exigencias de descarga El control para cumplir con las limitaciones del permiso de descarga representa el mínimo para el muestreo y análisis. Los sistemas ligeramente cargados que han estado operados satisfactoriamente sólo necesitarían ser verificados una vez al mes y después de cada tormenta importante.2) Control del rendimiento del sistema El rendimiento del humedal es normalmente evaluado para determinar: carga hidráulica. 19 . Esta supervisión permite identificar los problemas temprano. Sólidos Suspendidos Totales. El nivel de detalle del control dependerá del tamaño y la complejidad del sistema de humedales y puede cambiar cuando el sistema madura y se conoce mejor su comportamiento. localizaciones y con el mismo ángulo de visión. deben analizarse los sedimentos una o dos veces al año para supervisar el aumento potencial de estos contaminantes en los sedimentos del humedal. Metales Pesados y Bacterias (totales o coliformes fecales) Si el agua residual pudiera contener contaminantes tóxicos. como pesticidas o metales pesados. volúmenes de entrada y de salida y variación de la calidad del agua entre la entrada y la salida La efectividad en la remoción de contaminantes puede determinarse mediante la diferencia entre la carga a la entrada (volumen del entrada x concentración del contaminante) y la de salida (volumen de la descarga x concentración del contaminante). El aumento de los sedimentos acumulados así como de la capa de residuos. 20 . Los sedimentos.C. como erosión o crecimiento de vegetación indeseable. y la profundidad del agua deben verificarse de vez en cuando.2.3) Control de la salud del humedal Los humedales deben controlarse periódicamente para observar las condiciones generales del sitio y para descubrir cambios importantes que puedan ser adversos. la capa de residuos. esta supervisión debe ser más frecuente durante los primeros cinco años después de la instalación del sistema. afectando la profundidad de está en el humedal y posiblemente alterando los caminos de flujo. disminuye la capacidad de almacenamiento de agua. En general. Debe supervisarse la vegetación periódicamente para evaluar su salud y abundancia. pendientes y formas topográficas variadas. Sus cotas geográficas varían entre 110 y 145 msnm con una inclinación ascendente de Sur a Norte formando una pendiente aproximada del 12%. desde donde se evacuan por medio de una tubería PVC de 110 mm hasta las cajas de recolección hacia los extremos de cada manzana.Nuevo Pachacùtec. provincia Constitucional del Callao. Este proyecto tuvo como objetivo dotar de los servicios de Agua potable y Alcantarillado a 1.60 mts. ubicado dentro del Macro Proyecto Pachacùtec distrito de Ventanilla. El sistema de alcantarillado es del tipo condominial. Desde estas cajas recolectoras se distribuyen hacia una red de buzonetas de 0.512 lotes 21 . b) Propiedad de los terrenos: Las tres plantas de tratamiento fueron construidas en terrenos de propiedad del Gobierno Regional del Callao. Los sistemas de tratamientos proyectados se ubican dentro de las cotas 80 y 110 msnm en la zona sur de la habilitación urbana. c) Datos de diseño: Los parámetros de diseño considerados en el proyecto son los siguientes: Numero de lotes: 1. el Banco de Materiales mediante la contratista Consorcio El Piloto ejecuta el Proyecto Piloto de Viviendas denominado El Mirador . quienes autorizaron su uso con esta finalidad. que trasladan las aguas servidas hasta un colector principal de 200 mm con buzones estándar de concreto a lo largo de toda esta habilitación urbana hasta su entrega a las tres plantas de tratamiento de aguas residuales del proyecto. EL MIRADOR NUEVO PACHACÙTEC DISTRITO VENTANILLA En el año 2003. de diámetro y redes recolectoras PVC de 160 mm.512 unidades de vivienda y 08 lotes de Uso Comunal. Gran parte del área de la habilitación urbana es accidentado por presentar altitudes. Plantas de Tratamiento: a) Topografía: El terreno de la habilitación urbana se encuentra en una lomada cubierta de arena eólica con pendientes medianas hacia el mar.CASO PRACTICO: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA ASOC. que recoge las aguas servidas mediante conexiones domiciliarias dotadas con cajas de registro en cada predio. conformado por un cimiento armado sobre el cual se colocó cañas de Guayaquil.80 d) Planta de tratamiento de aguas residuales: Teniendo en cuenta la topografía de! lugar y considerando la necesidad de conducir las aguas residuales por gravedad hacia la planta de tratamiento. La operación de cada uno de las unidades de las plantas es íntegramente por gravedad.33 1.Este 531 2655 1. La calidad del agua residual que puede ser alcanzada por el sistema de tratamiento propuesto será del tipo III según la Ley General de Aguas. mientras que las unidades de 22 . Como tratamiento primario la planta tiene dos tanques de sedimentación de 36 m3 cada uno de funcionamiento en paralelo y finalmente como unidades de tratamiento secundario la planta cuenta con un sistema de humedales o también denominados wetland o filtros biológicos.51 1.Oeste 459 2292 1.21 Sector 3 .54 1. El efluente tratado de la planta se podrá utilizar en el riego de forestación del área de la zona ecológica o del área verde de la habilitación urbana. La altura del cerco es de 1. Las unidades de tratamiento preliminar están conformadas por una cámara de rejas de limpieza manual y un desarenador de dos canales de funcionamiento alterno. Densidad de población: 5 habitantes/lote Población total: 7.23 Sector 2 – Medio 522 2610 1. primario y secundario los que se encuentran delimitadas por un cerco perimétrico. se ha optó por dividir en tres zonas o sectores de tratamiento.560 habitantes Dotación de agua (restringida): 50 L/(hab x día) Factor de retorno de agua al alcantarillado: 0. las unidades de tratamiento preliminar y primario (cámara de rejas desarenador y sedimentador) se ubican en zona aledaña al Malecón. Para el caso de los Sectores 2 y 3.50 m.06 La planta de tratamiento es una planta de procesos biológicos con unidades de tratamiento preliminar. SECTOR Nº DE POBLACION CAUDAL CAUDAL PROMEDIO LOTES (HABITANTE AGUA DIARIO DE AGUA S) (L/seg) RESIDUAL (L/seg) Sector 1 . Estas compuertas se insertan entre perfiles de aluminio 'U' de ½” empotrados en el muro. En el caso 1.. la cámara de rejas tiene un by pass para casos eventuales de represamiento del agua como consecuencia de la inoportuna limpieza de estas. esta ubicación obedece a las mayores facilidades de acceso para las actividades operacionales de las unidades de tratamiento preliminar y primario. Tanto el canal de la cámara de rejas como el by pass y desarenador tienen un ancho de 0.60 de longitud. en !a cámara de rejas se remueve el material grueso presente en las aguas residuales.30 m con muros de 0.tratamiento secundario (humedales) están ubicadas en una cota inferior a estas en la ladera del cerro. Para el aislamiento de las cámaras se dispone de compuertas de PVC de 0. con una capacidad de almacenamiento de arena de 78 litros por canal.40 m. La unidad de desarenaciòn tiene dos cámaras.15 m de espesor El ancho de estos canales se justifica por procesos constructivos y no por requerimiento hidráulico. la planta sí cuenta con condiciones adecuadas de acceso. funciona uno a la vez. Los desarenadores son canales de 0.30 m de ancho por 2. para este fin cuenta con 11 platinas de 1 ½” x ¼” separados cada ¾”. Asimismo el caudal promedio de diseño para cada planta es para efectos prácticos el mismo. mientras que uno esta limpio y en espera para entrar en operación cuando la otra unidad se retira de operación para su limpieza. Salvo su ubicación y disposición en el terreno por razones topográficas. por lo que todas las unidades de la planta están ubicadas prácticamente en una sola zona. Para el control de velocidad y a la salida de estas cámaras existe un vertedero del tipo Sutro construido en planchas de PVC de 10 mm de espesor. En la zona de salida de los desarenadores existe una caja de repartición de caudal para distribuir el fiujo 23 .10 m de altura. la limpieza de estas unidades es manual. La limpieza de estas unidades es manual.325 m x 0. Descripción de las unidades que conforman la planta de tratamiento: La configuración de los procesos para las tres plantas de tratamiento es típica. cuenta con una tolva para el depósito de arenas de 0. a) Cámara de rejas y desarenadores : El agua residual ingresa a la cámara de rejas a través de una tubería de PVC de 200 mm de diámetro. Estas unidades reciben los efluentes del desarenador a través de tuberias PVC de 160 mm. esta tubería es de PVC 63 mm. desde esta caja el flujo es dividido en dos partes para ser conducido por gravedad hacia cada una de las unidades.40 m los que se insertan en perfiles de aluminio y empotrados en el muro. para ello se diseñó una tubería difusor de distribución de flujo en la zona de entrada a todo lo ancho del humedal. para ello cuenta con dos tanques de sedimentación de concreto armado. con orificios de ½” cada 0. las estructuras de entrada y salida de estas unidades es a través de tuberías de PVC de 160 mm. c) Humedales : El sistema de humedales considerados en el diseño es del tipo subsuperficial.80 m. 24 . El efluente de las unidades de sedimentación se conducen por gravedad hacia una caja de repartición que divide el flujo para cada una de los humedales. Para los casos de aislamiento de estas unidades cuentan con compuertas de PVC de 10 mm de espesor y de 0. El tipo de planta sembrado en estas unidades es la totora.50 m.325 x 0. los dos al mismo tiempo. para este fin se usa una tubería de PVC de 160 mm. los dos tanques de sedimentación operaran en paralelo.hacia los dos tanques de sedimentación. La conducción desde la caja de repartición hacia cada una de las unidades es a través de una tubería de PVC de 110 mm. b) Tanques de sedimentación : En estas unidades se remueven los sólidos sedimentables. Estos tanques funcionan en paralelo. cada uno con una capacidad de 36 m3 y con un periodo de retención promedio de 12 horas. con una separación de 0. El caudal de agua que ingresa a cada unidad es distribuido uniformemente a todo lo ancho de la unidad. cada una de estas unidades disponen además de tapas de inspección para la remoción de los Iodos. Los Iodos sedimentados se remueven a través de bombas Hidro Jet de SEDAPAL que brinda apoyo institucional para su disposición final y digestión en las lagunas de estabilización ubicadas cercanas a la zona.40 m entre ellas.20 m x 121. En el sistema de humedales el efluente de los sedimentadores llega a una caja de repartición de caudal. En cada uno de los tres sectores de tratamiento se dispone de dos unidades de funcionamiento en paralelo Las dimensiones de estas es de 13. La tubería que conduce el agua a los sedimentadores es de PVC de 160 mm.20 m x 0. El sistema de salida de agua residual tratada es a través de un tubo colector colocado a todo lo ancho de la unidad. El esquema gráfico de este sistema de tratamiento de aguas residuales y en funcionamiento. asimismo. la segunda es una capa de 0. el tubo colector es una tubería de PVC de 63 mm con orificios de ½” cada 0.10 m de arena gruesa en la parte superior. 25 . Al extremo de esta tubería existe una válvula de mariposa bridada de 200 mm.40 m. El nivel de agua en el humedal es hasta cubrir la capa de confitillo.50 m.. a cargo de los mismos pobladores en la Asociación El Mirador – Nuevo Pachacùtec distrito Ventanilla se encuentra detallado en el Anexo Nº 5.10 m de diámetro y 2. Este flujo de agua se conduce por gravedad hacia un pozo percolador a través de una tubería de PVC 200 mm.60 m x 0.10 m de confitillo de ¼” a 3/8” de diámetro colocado sobre la grava y la tercera es una capa de 0. En la zona de entrada de los humedales se ha colocado un material grueso compuesto por cantos rodados de 2" a 3" de diámetro en una longitud de 2.50 m de altura. El material de soporte usado en estos humedales esta constituido por tres capas de material: la primera ubicada en el fondo de la unidad es una capa de 0.00 m.40 m de grava de 1" a 2" de diámetro. Las plantas de totora se sembraron a una separación de 0.60 m.Los humedales tienen el fondo plano. d) Caminos de acceso : Cada una de las plantas de tratamiento cuenta con caminos de accesos carrozables con vías enripiadas para facilitar el acceso vehicular. la superficie del fondo así como la de los taludes están impermeabilizados con geomembrana de HDPE de 1. a travès de ella se realiza descargas periódicas para eliminar material sedimentable que pudiera llegar al humedal. En la parte inferior a esta se ha colocado una tuberìa de 200 mm con perforaciones de 1" a cada 1.00 mm de espesor. Como medida de protección para la geomembrana se colocó un geotextil del tipo Geoforte GF-200 entre el suelo y la geomembrana. el pozo percolador es de 2. sobre estas ultima capa se sembró la totora. El efluente tratado es finalmente reunido en una caja de registro de 0.60 m de donde se conduce para la disposición final o reuso. ya libre de nutrientes. lecho de rio o canal para riego. y puede llegar a tener un gran futuro en países en vías de desarrollo que tengan climas tropicales o subtropicales. especialmente si éstas son de origen urbano. El agua. desemboca desde el humedal hacia la laguna. Los nutrientes absorbidos se eliminan con el cambio de tallo del junco. Proporcionan un hábitat para muchos organismos. que se alimentan del agua. Son una aproximación sensible con el medio ambiente que cuenta con el favor del público. (energía y suministros) La operación y mantenimiento no requiere un trabajo permanente en la instalación. El filtro del humedal consiste en una gran plantación. El proceso de tratamiento de aguas residuales en humedales artificiales es: Los desechos cloacales desembocan en el humedal. que los atrapan en sus tejidos y los utilizan para su crecimiento. 26 .CONCLUSIONES 1. Los gastos de operación y mantenimiento son bajos. Facilitan el reciclaje y la reutilización del agua. como el ser un hábitat para la vida salvaje y un realce de las condiciones estéticas de los espacios abiertos. Los nutrientes del agua son absorbidos por los juncos. Esos restos forman una capa aislante. Los humedales soportan bien las variaciones de caudal. 3) Los humedales artificiales son técnica y económicamente factibles para tratar aguas residuales por las siguientes razones: Son menos costosos que otras opciones de tratamiento de aguas residuales. que es una cava llena de arena que funciona como aislante para que los olores no salgan a la superficie. El tamaño del humedal: La superficie necesaria se calcula en base a la cantidad de habitantes de la ciudad que produce los desechos. 2) Los humedales artificiales son una tecnología viable para la depuración de aguas residuales. en este caso de juncos con sus raíces dentro de la arena. Pueden construirse en armonía con el paisaje. Proporcionan muchos beneficios adicionales a la mejora de la calidad del agua. según la siguiente relación: 1 persona = alrededor de 5 m2. Disponible en: http://atenea. Jorge. [En línea]. Además. Bogotá – Colombia.4) También existen limitaciones o desventajas respecto al uso de humedales artificiales: Generalmente requieren grandes extensiones de terreno.edu. [En línea] [Fecha de consulta: 15 mayo 2010] Disponible en:http://www. El tratamiento con humedales puede ser relativamente más barato que otras opciones. El rendimiento del sistema puede ser menos constante que el de un proceso convencional. Proyecto Fluoreciencia – Ciencia Para Todos “Calidad del Agua”. [Fecha de consulta: 30 Abril 2010] 27 . Universidad Distrital Francisco José de Caldas.pdf CEPIS. solo en el caso de tener terreno disponible y asequible.html CARDENAS. incluyendo lluvias y sequías. LLC “Sistemas de Tratamiento Biológico”. pero no soportan estar completamente secos. Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales.com/SistemaBiologico. Lima 2005. OPS/CEPIS/05. Diciembre 2005. El rendimiento del sistema puede ser estacional en respuesta a los cambios en las condiciones ambientales. [En línea]. comparado con los tratamientos convencionales.udistrital. Los componentes biológicos son sensibles a sustancias como el amoniaco y los pesticidas que llegan a ser tóxicos. [Fecha de consulta: 15 Mayo 2010]. Tanques Imhoff y Lagunas de Estabilización”.blackwaterholding. Capitulo XVIII. 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EL MIRADOR NUEVO PACHACÙTEC – VENTANILLA. 2) CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO PARA TRATAMIENTO DE AGUAS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA 50 PERSONAS. 30 .ANEXOS 1) TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE WETLANDS O LAGUNA ARTIFICIAL.
Report "Tratamiento de Aguas Residuales Mediante Wetlands"