Diseño de humedales ar Diseño de humedales artificiales par

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    A design of an artificial marsh for treating waste water in the UNMSM

    Wilmer Alberto Llagas Chafloque1, Enrique Guadalupe Gmez2

    RESUMEN

    En este trabajo se presenta una alternativa para el tratamiento de aguas residuales en la Ciudad Universitaria de la UNMSM conel uso de humedales artificiales.

    Muchos sistemas naturales estn siendo considerados con el propsito del tratamiento del agua residual y control de la contami-nacin del agua. El inters en los sistemas naturales est basado en la conservacin de los recursos asociados con estos sistemascomo opuesto al proceso de tratamiento convencional de aguas residuales que es intensivo respecto al uso de energa y qumicos.Los wetlands son uno de los muchos tipos de sistemas naturales que pueden usarse para el tratamiento y control de la contaminacin.Segn U.S. EPA (1983), Un wetland se construye especficamente con el propsito de controlar la contaminacin y manejar losresiduos, en un lugar donde existe un wetland natural.

    La forma en que estos humedales trabajan tiene similitud con los procesos biolgicos que se dan en la naturaleza y en los filtros porgoteo utilizados en las plantas de tratamiento convencionales (Wolverton, 1988).

    Los objetivos de este trabajo son: Disear un sistema de humedales artificiales tipo sistema de agua superficial libre (SASL) parael tratamiento de aguas residuales en la Ciudad Universitaria de la UNMSM y describir la formulacin matemtica de los procesosbiolgicos en el humedal artificial. Los humedales estaran recibiendo las aguas residuales provenientes de la red de alcantarilladode la Ciudad Universitaria.

    Palabras clave: Diseo de humedades, Tratamiento de aguas residuales, Matemtica de procesos biolgicos.

    ABSTRACT

    In this work an alternative is presented for the wastewater treatment in the University City of the UNMSM with the use of wetlands.

    Many natural systems they are being considered with the purpose of the wastewater treatment and control of the contamination ofthe water. The interest in the natural systems this based on the conservation of the resources associated with these systems likeopposed to the process of conventional for wastewater treatment that is intensive regarding the energy use and chemical. Thewetlands are one of the many types of natural systems that can be used for the treatment and control of the contamination. Accordingto U.S. EPA (1983). A wetland is built specifically with the purpose of to control the contamination and to manage the waste, in aplace where a natural wetland exists.

    The form in that these wetlands works has similarity with the biological processes that are given in the nature and in the filters for leakused in the conventional treatment plants (Wolverton, 1988).

    The objectives of this work are: to design a system of wetlands type system of free superficial water (SFSW) for the wastewatertreatment in the University City of the UNMSM and to describe the mathematical formulation of the biological processes in thewetlands. The wetlands would be receiving the residual waters coming from the net of sewer system of the University City.

    Keywords: Marsh design, Waste Water Treating, Biological Processes Mathematics.

    1 Egresado de la Diplomatura en Gestin Ambiental para el Desarrollo Sostenible. UPG - FIGMMG, Universidad Nacional Mayor de San Marcos.2 Docente de la Facultad de Ingeniera Geloggica, Minera, Metalrgica y Geogrfica de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos.

    Revista del Instituto de Investigaciones FIGMMG Vol. 15, N 17, 85-96 (2006) UNMS MISSN: 1561-0888 (impreso) / 1628-8097 (electrnico)

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    FACULTAD DE INGENIERA GEOLGICA, MINERA, METALRGICA Y GEOGRFICADISEO DE HUMEDALES ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA UNMSM

    INTRODUCCIN

    La importancia de los humedales ha variado con eltiempo. En el perodo carbonfero, es decir, hace 350millones de aos, cuando predominaban los ambien-tes pantanosos, los humedales produjeron y conser-varon muchos combustibles fsiles (carbn y petr-leo) de los que hoy dependemos.El progreso del conocimiento cientfico de loshumedales ha puesto en evidencia unos bienes y ser-vicios ms sutiles y han sido descritos a la vez comolos riones del medio natural, a causa de las funcio-nes que pueden desempear en los ciclos hidrolgicosy qumicos, y como supermercados biolgicos, enrazn de las extensas redes alimentaras y la rica di-versidad biolgica.Los humedales son zonas de transicin entre el me-dio ambiente terrestre y acutico y sirven como en-lace dinmico entre los dos. El agua que se muevearriba y abajo del gradiente de humedad, asimilauna variedad de constituyentes qumicos y fsicos ensolucin, ya sea como detritus o sedimentos, estos asu vez se transforman y transportan a los alrededoresdel paisaje. Dos procesos crticos dominan el rendi-miento en el tratamiento de los humedales: la din-mica microbial y la hidrodinmica. Los procesosmicrobiales son cruciales en la remocin de algunosnutrientes y en la renovacin de las aguas residualesen los humedales.Los humedales proveen sumideros efectivos denutrientes y sitios amortiguadores para contaminan-tes orgnicos e inorgnicos. Esta capacidad es elmecanismo detrs de los humedales artificiales parasimular un humedal natural con el propsito de tra-tar las aguas residuales. Los wetlands logran el tra-tamiento de las aguas residuales a travs de la sedi-mentacin, absorcin y metabolismo bacterial. Ade-ms, interactan con la atmsfera.Los wetlands operan casi a velocidades de flujo ycaudal constante y estn sujetos a drsticos cambiosen la remocin de DBO, debido a los cambios en latemperatura del agua, por esta razn en zonas tem-pladas estos sistemas de tratamiento tienden a va-riar su eficiencia durante el ao. En zonas clidas ytropicales, los parmetros climatolgicos: tempera-tura, radiacin solar y evapotranspiracin varan enun rango menor que en zonas templadas. Los efectosde la evapotranspiracin no son notorios sobre unabase diaria, pero pueden medirse en reducciones en elflujo de salida y un incremento en la concentracinde DBO en el curso de una estacin. Pero estos im-pactos hidrolgicos parecen menores en comparacincon los efectos de temperaturas estacionales sobre laconcentracin de DBO a la salida.

    ANTECEDENTES

    Algunos wetlands construidos al inicio por investi-gadores, probablemente, comenzaron sus esfuerzosbasados en las observaciones de la capacidad de tra-tamiento evidente de humedales naturales.Existen descargas documentadas que se remontan a1912. Estudios sobre wetlands construidos para tra-tamiento de aguas residuales se iniciaron en la dca-da del cincuenta en el Instituto Max Planck en Ale-mania-USA, fueron desarrollados en los aos setentay ochenta. En los aos noventa se vio un mayor in-cremento en el nmero de esos sistemas, como laaplicacin se expanda no solo para tratamiento deagua residual municipal, sino tambin para agua detormenta, industrial y residuos agrcolas.Autores como Kadlec Robert H. y Knight R. L.(1993) dan cuenta de una buena historia del empleode humedales naturales y construidos para el trata-miento de aguas residuales y disposicin.Los wetlands haban sido usados a finales de los aosnoventa para disposicin de aguas residuales, mu-chas descargas fueron a los wetlands naturales.Otros vieron las aguas residuales como una fuentede agua y sustancias nutritivas para restauracin ocreacin de wetlands. Benefield, L.D. and C.W.Randall (1980): diseo de procesos biolgicos paratratamiento de aguas residuales.

    MARCO TERICO

    Humedales naturales

    Los humedales son medios semiterrestres con un ele-vado grado de humedad y una profusa vegetacin,que renen ciertas caractersticas biolgicas, fsicasy qumicas, que les confieren un elevado potencialautodepurador. Los humedales naturales pueden al-canzar gran complejidad, con un mosaico de lminade agua, vegetacin sumergida, vegetacin flotante,vegetacin emergente y zonas con nivel fretico mso menos cercano a la superficie.los humedales ocupan el espacio que hay entre losmedios hmedos y los medios, generalmente, secos yde que poseen caractersticas de ambos, por lo queno pueden ser clasificados categricamente comoacuticos ni terrestres (Hammer y Bastian, 1989).Lo caracterstico de un humedal es la presencia deagua durante perodos lo bastante prolongados comopara alterar los suelos, sus microorganismos y lascomunidades de flora y fauna hasta el punto de queel suelo no acta como en los hbitat acuticos oterrestres. Las profundidades tpicas de estas exten-siones de tierras son menores a 0,60 m donde crecenplantas emergentes como juncos, typha totora,

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    FACULTAD DE INGENIERA GEOLGICA, MINERA, METALRGICA Y GEOGRFICAWILMER A. LLAGAS CH., ENRIQUE GUADALUPE G.

    duck weed lenteja de agua (ver Fig. 1) que contri-buye a la reduccin de contaminantes a travs deprocesos aerobios de degradacin.

    Funciones de los humedales artificiales

    Las actividades humanas han dado y siguen dandoorigen a varios tipos de humedales de inters paraalgunas especies vegetales y animales. Las graverasy otro tipo de excavaciones abandonadas, restaura-das o poco alteradas, albergan distintos tipos dehbitats (Hammer, D.A.&R.K. Bastian, 1989;Russell, R.C., 1999).

    Proceso de remocin fsicoLos wetlands son capaces de proporcionar una altaeficiencia fsica en la remocin de contaminantesasociado con material particulado. El agua su-perficial se mueve muy lentamente a travs de loswetlands, debido al flu