Proyecto Filtros Verdes

8/19/2019 Proyecto Filtros Verdes

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INTRODUCCIÓN

El incremento de las aguas residuales constituye un gran problema, ya que el

volumen producido diariamente en cualquier comunidad es cada vez mayor al

asimilable por la biosfera.

La solución para este difícil problema pasa por encontrar un sistema de

eliminación de aguas residuales rurales que garantice una depuración suficiente y

cuyo costo de instalación y mantenimiento sean abordables por pequeñas

comunidades de bajo presupuesto. Así pues, resulta evidente que los pequeños

núcleos de población precisen de una tecnología de depuración de aguas

residuales sostenible y que, en la medida de lo posible, haga uso de la capacidad

de depuración del medio natural. El suelo tiene unos límites ecológicos

suficientemente amplios para depurar los residuos generados por una población

dispersa o concentrada en pequeñas localidades, siempre que los vertidos

generados sean totalmente biodegradables y la relación habitante contaminante

equivalente / superficie de filtro sea la adecuada. (En estas premisas aparecen ya,las primeras limitaciones impuestas por el propio medio receptor)


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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL:

Diseñar filtros verdes para la comunidad, que pueda depurar naturalmente

las aguas residuales.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Calcular el caudal de aguas servidas de dicha comunidad.

Caracterización general de la zona (geología, clima, topografía)

Identificar la ubicación donde se operara los filtros verdes.

Trazar la conducción de las aguas servidas (población – filtros).

Establecer y diseñar estructuras de pre-tratamiento.

Establecer el protocolo de mantenimiento y operación de los filtros.


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3. JUSTIFICACIÓN Y PERTINENCIA

El saneamiento de ciudades mediante la evacuación y tratamiento de sus

residuales líquidos y la consecuente protección del medio ambiente, se ha

convertido en un problema de difícil solución en muchas comunidades, dada la

escasez de recursos para llevar a cabo inversiones que aseguren la solución de

dicho problema.

Esta situación ha traído como consecuencia un nuevo enfoque basado en eldesarrollo de tecnologías donde la recuperación de nutrientes y el re-uso del agua

residual se han convertido en prácticas que tienen como objetivo la producción de

alimentos y materias primas, que al lograr su máxima integración en el medio, se

presentan como una posible solución o al menos atenuación del antagonismo

desarrollo económico-protección del medio ambiente.

La aplicación al terreno de agua residual, es una vieja práctica que hoy día está

siendo grandemente utilizada ya que proporciona un campo para la explotación

potencial del re-uso del agua residual con propósitos productivos. El objetivo de

este estudio es presentar las características que influyen en el proceso de diseño

de los filtros verdes y sus principales ventajas y limitaciones que hacen de él un

sistema ecológico y sostenible.


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4. LOCALIZACIÓN

El corregimiento Montaña del Totumo, municipio Paz de Ariporo, departamento de

Casanare, dista 84 km. de la cabecera municipal.


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1- CORREGIMIENTO MONTAÑAS DEL TOTUMO 2- VEREDA EL DESIERTO 3- VEREDA AGUAS CLARAS 4- VEREDA EL VECIA 5- VEREDA CANDELARIA BAJA 6- VEREDA CAÑADOTES 7- VEREDA VARSOVIA 8- VEREDA LA PALIMTA 9- INSPECCIÓN RINCÓN HONDO 10- INSPECCIÓN LAS GUAMAS 11- VEREDA SANTA MARTA 12- VEREDA LA VEREMOS 13- VEREDA LA COLOMBINA 14- VEREDA LAS VEGAS 15- CORREGIMIENTO LA HERMOSA 16- VEREDA LAS MERCEDES 17- VEREDA SAN LUIS DEL ARIPORO 18- VEREDA PUERTO BRASILIA 19- VEREDA CANDELARIA ALTA 20- VEREDA LA COLOMBINA 21- VEREDA NORMANDÍA 22- VEREDA LOS RANCHITOS 23- VEREDA LOS MORICHALES 24- VEREDA SAN JOSÉ LALOPERA 25- VEREDA SAN ESTEBAN 26- VEREDA EL PORVENIR 27- VEREDA EL TESORO 28- VEREDA COSTA DE LAS MERCEDES

29- VEREDA LA BUSACA


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AREA URBANA MONTAÑAS DEL TOTUMO


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5. POBLACIÓN OBJETIVO

La población de estudio, en este proyecto es la comunidad del corregimiento de

montañas del Totumo del municipio de Paz de Ariporo, Casanare, que requiere del

tratamiento de las aguas residuales, esta población tiene características tales

como:

Clima cálido, Temperatura promedio de 28 °C.

Distante a una población urbana donde se encuentra una PTAR.

Su principal economía es la ganadería y la agricultura (plátano, yuca, arroz,

cítricos, frutales).

El caudal de aguas residuales es servido a un recurso hídrico cercano.

Cuenta con una población de 550 Habitantes

6. DIAGNOSTICO

6.1 DIAGNOSTICO TECNICO

Carece de un sistema de alcantarillado de acuerdo a la norma RAS-20001, que

garantiza una recolección eficiente del caudal residual de la población.

Debido a esto se realiza una inadecuada recolección y disposición final de las A.R

como también la falta de un tratamiento acorde a la comunidad y a la calidad de

dicho caudal.

1 Normativa del sector de agua potable y saneamiento básico.


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Servicio de Acueducto

En el sector rural del municipio de Paz de Ariporo la cobertura De acueducto es

del 5%, lo que indica que solo 114 familias de las 2349 tiene suministro de agua a

través de acueducto, y el 95% restante tiene suministro de agua proveniente de

rios- manantial y pozos, lo cual hace que la situación en cuanto a las coberturas

de agua potable sea de interés prioritario en el objetivo de aumentarlas.

Alcantarillado y Residuos Sólidos en el sector rural del municipio

En cuanto a los servicios de alcantarillado y residuos sólidos las coberturas son

bajas, pues para el caso de alcantarillado de las 54 veredas del municipio, solo se

presta el servicio en la vereda Centro Gaitán con una cobertura del 100% en la red

de recolección y 60% en PTAR, en el manejo de residuos sólidos ninguna de la

veredas del municipio tiene implementado este servicio, los desechos son

enterrados en excavaciones realizadas por cada una de las familias de acuerdo al

volumen generado por cada una de ellas y en muchos casos dejados en campo

abierto.

6.2 DIAGNOSTICO ECONÓMICO

El tratamiento de las aguas residuales, necesita una inversión dependiendo del

tipo de tratamiento, pero según el uso que se le puede llegar a dar estas aguas

representa un aspecto representativo dentro de una comunidad debido al re-uso

de estas aguas.

El uso de las aguas residuales se ha orientado principalmente a la actividad

agrícola y piscícola. Las áreas forestales, también constituyen una vía potencial

para reciclar los nutrientes contenidos en las aguas residuales, resultando un

eficiente método de reducción de la emisión de contaminantes al medio con el

consecuente incremento en la producción de madera, biocombustibles y otros

productos.


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Por otro lado la ausencia de un tratamiento de dichas aguas puede llegar a

representar un obstáculo de la economía y desarrollo de una población.

6.3 DIAGNOSTICO INSTITUCIONAL

Se detecta una falencia de una institución encargada del manejo y tratamiento de

las aguas residuales de la población.

Por otro lado El Municipio interesado deberá invertir recursos y la creación de una

imagen administrativa y financiera del proyecto, para la ejecución, operación y

mantenimiento, garantizando un tratamiento y aprovechamiento durante el periodo

de diseño.

6.4 DIAGNOSTICO AMBIENTAL

La comunidad presenta problemas sanitarios y ambientales como:

Problemática ambiental: olores, contaminación del recurso hídrico,

degradación del habitad de la fauna y flora,

Problemática sanitaria: Generación de vectores epidémicos, aumento de losriesgos patológicos de la comunidad, la mala disposición de las aguas

residuales.

6.5 DIAGNOSTICO SOCIAL

La falta de compromiso por el uso y la conservación de los recursos y la

indiferencia ante la problemática sanitaria que se presenta en dicha comunidad y

las autoridades ambientales correspondientes.


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7. IDENTIFICACION DEL PROBLEMA

La ausencia de un tratamiento de agua residual de la población xxx, para evitar o

mitigar consecuencias ambientales y sanitarias actuales.

El riesgo creciente de enfermedades para la población debido a una ausencia de

estructuras de conducción de aguas residuales dentro de la población.

La descarga directa en un recurso hídrico de aguas residuales, que no cuentan

con un tratamiento adecuado.

8. FORMULACION DE PROPUESTAS DE SOLUCION

8.1 Filtros Verdes (Suelo).

Se denomina filtro verde a una tecnología de bajo coste y explotación que

aprovecha la capacidad física, química y biológica del suelo para depurar las

aguas residuales, persiguiendo tanto la depuración del vertido como el crecimiento

de la vegetación existente.

Son sistemas de escasa posibilidad de volver a emplear el agua, ya que se

consume por evapotranspiración o percolación vertical y horizontalmente en el

terreno por capilaridad. En la mayoría de los casos, el agua percola y se perderá

en aguas subterráneas y la podremos captar de los acuíferos.

El suelo responde al vertido de una u otra forma en función de su;

1. Capacidad física; Filtración según granulometría.

Suelo arcilloso; diámetro partículas


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Suelo de grava; Tamaño de grano >2 mm. Rápida y poco efectiva.

Suelo arenoso; 0.2-2 mm de grano, alta velocidad de paso pero

escasa contención de sólidos, baja depuración.

Suelo franco; Intermedio. Más aceptable al ser suelos de

permeabilidad media y buena textura.

2. Capacidad química; Asimilación de sustancias químicas como nutrientes,

por plantas como chopos, carrizos, juncos...

3. Capacidad biológica; Metabolización por microorganismos de la materia

orgánica. Se admite que los microorganismos del suelo y de las raíces de

las plantas pueden llegar a eliminar hasta un 85% de la materia orgánica

que aquel reciba. Por otro parte, la vegetación clorofílica asimila, siempre

que la carga de aguas residuales se mantenga dentro de ciertos límites, los

compuestos nitrogenados, fosfóricos y potasios que contengan.

La depuración de las aguas por filtro verde tiene el objetivo prioritario de la

biodegración biológica de los compuestos orgánicos disueltos en el agua residual

y en la inmovilización de sus constituyentes.

En los filtros verdes se dan una serie de acciones físicas, químicas y biológicas

que tienen lugar en los horizontes superiores del terreno, donde se encuentra la

capa biológica activa.

Corresponde a las acc iones físic as la filtración, mediante la cual los sólidos en

suspensión, presentes en el agua residual, quedan depositados en los primeros

centímetros del terreno donde son atacados y degradados por los

microorganismos.


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Las acc iones quím icas juegan un papel muy destacado en la capacidad de

intercambio catiónico que tenga el suelo, así como su pH que permitirá que un

elemento se encuentre en forma precipitada o disponible, y las condiciones de

aireación / encharcamiento que afectan a los procesos de oxidación-reducción.

Los elementos que interaccionan son; nitrógeno, fósforo, calcio, magnesio, sodio,

potasio y diversas sales como cloruros, sulfatos... aportados por las aguas

residuales, podrán encontrarse en forma asimilable para las plantas, o se

inmovilizarán en el subsuelo, o se perderán por percolación, siendo arrastrados

hasta los acuíferos.

Dentro de las acciones b iológicas (degradación de la materia orgánica) pueden

considerarse dos diferentes; las producidas por los microorganismos del suelo y

las inherentes de las actividades radiculares de las plantas establecidas. Las

actividades de los microorganismos del suelo se deben a bacterias, algas, hongos

y protozoos. Esos microorganismos intervienen en la descomposición de la

materia orgánica aportada por el agua residual, así como el reciclaje de los

elementos nutritivos. Las raíces de las plantas actúan como bombas aspirantes

que extraen de la solución del suelo el agua y las sales minerales necesarias para

su desarrollo

8.2 Filtros Verdes (Humedales Artificiales).

Esta Tecnología se basa en la utilización de plantas emergentes para la

depuración de las aguas residuales, (zonas húmedas naturales).

Especie vegetal : plantas acuáticas emergentes (carrizos, juncos, aneas, etc.)

Plantas anfibias que se desarrollan en aguas poco profundas,

Presentan una elevada productividad (50-70 toneladas de materia

seca/ha.año)


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Toleran bien las condiciones de falta de oxígeno que se producen en suelos

encharcados.

El iminación d e sólidos en sus pensión: fenómenos de filtración a través del

conjunto que forman el sustrato (sobre el que crecen las plantas) y las raíces.

Elim inac ión De Materia Orgánic a: acción de microorganismos (principalmente

bacterias) que en estos sistemas presentan actividades y desarrollos muy

elevados. Las plantas actúan como sistema de aireación, suministrando, a través

de sus raíces, el oxígeno necesario para la degradación aerobia.

Elimin ación De Nitrógeno :

Absorción directa por las plantas (250 kg/ha.año).

Procesos de nitrificación-des-nitrificación, que se ven favorecidos por la

existencia de zonas aerobias y anaerobias

Elimin ación De Fósfor o:

Absorción directa por las plantas

Fenómenos de adsorción sobre los componentes del suelo

Elimin ación De Patógeno s:

Toxicidad que sobre los organismos patógenos ejercen los antibióticos

Producidos por las raíces de las plantas, La acción depredadora de

bacteriófagos y protozoos


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9. DEFINICION DE ALTERNATIVA VIABLE.

9.1 Análisis ventajas y limitaciones.

Realizamos un cuadro comparativo de las dos tecnologías anteriormente mostradas.

F.V. SUELO F.V. HUMEDALES

VENTAJAS

Sencillez operativa.

El sistema puede operar sin ningún consumo energético

Perfecta integración en el medio rural

Alcanza rendimientos de depuración muy elevados.

Sencillez operativa.

Inexistencia de averías al carecer de equipos mecánicos.

El sistema puede operar sin ningún consumo energético

Perfecta integración en el medio natural

INCONVENIENTES

No es aplicable en zonas de elevada pluviometría

Exige una gran superficie de terreno para su implantación 50

m2 por habitante equivalente.

Terrenos no muy escarpados, con una determinada capacidad

de filtración y que no presenten acuíferos próximos a su

superficie.

Exige una superficie de terreno grande para su implantación (5 m2

)por habitante equivalente

Generación de lodos en el tratamiento primario, si bien, si se

emplean Tanques Imhoff la retirada de estos lodos se espacia en el

tiempo


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Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores y las características de la

población y ubicación se seleccionó la tecnología de f i l t ros verdes con

humedales arti f iciales.

9.3 Metodología.

Caracterización general de la zona (geología, hidrogeología, topografía,

población, clima).

Calcular el caudal de diseño de la estructura para un periodo determinado

por el RAS-2000.

Determinar la ubicación definitiva de los filtros verdes.

Establecer la necesidad de un pre-tratamiento.

Establecer un sistema de recolección de las aguas residuales y conducción

al sistema de tratamiento.

Establecer los parámetros de diseño de los filtros verdes.

Realizar el protocolo de operación y mantenimiento de los filtros.

9.3.1 Caracterización general.

Generalidades: el corregimiento cuenta con una temperatura promedio de 28

grados, con dos periodos climáticos definidos durante el año (verano e invierno).


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Topografía: El corregimiento de Montañas del Totumo se encuentra ubicado entre las curvas de nivel 150y 125.

Con una pendiente de 0.1%


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Las siguientes son las actividades agrícolas a las que se dedica este

corregimiento

CULTIVOS FRUTAS HORTALIZAS

PLATANO NARANJA CILANTRON

MAIZGUAYABA

CEBOLLACABEZONA

YUCA MANGO CILANTRO

CAÑA DE AZUCAR LIMON DECASTILLA CEBOLLALARGA

CAÑAFORRAJERA

MADROÑO LECHUGA

ARROZSECANO

PAPAYAPEPINO

COHOMBRO

ARROZ DERIEGO

MARACUYA TOMATE

AHUYAMA LIMONDULCE

ZANAHORIA

CAFÉ PIÑA

BATATA GUANABANA

LIMONMANDARINO

MANDARINA

BANANO

PATILLA


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ÁREA TOTAL DEL CORREGIMIENTO : 17.326 Ha

POBLACIÓN

CORREGIMIENTO HAB ITANTES ADULTOS NIÑOS FAMILIAS HAB /Día

MONTAÑAS DEL TOTUMO 550 242 308 107 0.32

Geología: Presenta una formación sedimentaria del Cenozoico, (Q)

9.3.2 Calculo del caudal de Diseño

9.3.2.1. Periodo de diseño.


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Posteriormente definimos nuestro periodo de diseño para el proyecto.

9.3.2.2. Proyección de la población.

Debe estimarse la población actual y futura del proyecto, con base en informaciónoficial censal y censos disponibles de suscriptores del acueducto y otros servicios,en particular energía, de la localidad o de localidades similares. Los estimativos depoblación deben basarse en el literal B.2.2. Del Título B. Las proyecciones depoblación para proyectos de recolección y evacuación de aguas residuales debenconsiderar las densidades de saturación de acuerdo con los planes deordenamiento territorial de la localidad, a través de zonificaciones del uso de latierra.

La población servida puede ser estimada como el producto de la densidad depoblación (D) y el área residencial bruta acumulada de drenaje sanitario.

Primer tenemos que clasificar nuestro proyecto en un sistema de complejidad quedefine nuestros demás parámetros, de la normativa RAS-2000.

Ahora procedemos a calcular nuestra proyección de población servida para el año2037 con la siguiente información del DANE. Para el cálculo de la poblaciónutilizamos los métodos:


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El Método Aritmético supone un crecimiento vegetativo balanceado por lamortalidad y la emigración. La ecuación para calcular la población

proyectada es la siguiente:

El Método Geométrico es útil en poblaciones que muestren una importante

actividad económica, que genera un apreciable desarrollo y que poseenimportantes áreas de expansión las cuales pueden ser dotadas de serviciospúblicos sin mayores dificultades. La ecuación que se emplea es:

( )

Año Aritmético Geométrico Promedio

2011 660.210526 755.814658 708

2016 752.052632 985.052008 869

2021 843.894737 1283.81667 1064

2026 935.736842 1673.19617 1304

2031 1027.57895 2180.67383 16042037 1119.42105 2842.06864 1981

9.3.2.3 Contribución de las aguas residuales.

Domésticas (QD): El aporte doméstico (QD) está dado por la expresión

Sabiendo el nivel de complejidad calculamos la dotación neta máxima con la

ayuda de la siguiente tabla de la resolución 2320 de 2009.


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Como se anotó anteriormente el municipio tiene un clima caliente.

Calculo de las perdidas:

Perdidas en la aducción < 3%

Necesidades de la planta de tratamiento 3% – 5%

Perdidas en la conducción < 5%

Perdidas en el sistema de acueducto < 25%

Dotación neta bruta.


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Aporte institucional:

Demanda:

9.3.3. Evaluación y selección de la zona para desarrollar el proyecto.

Los humedales son idealmente situados en lugares de áreas disponiblesrelativamente largas con fuentes de aguas contaminadas, y concentración decontaminantes baja, pero por supuesto estos son casos que se presentan conpoca frecuencia, y los factores deben ser evaluados separadamente y juntos. Esteanálisis es usualmente culminado durante un estudio de factibilidad.


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El área disponible para un humedal artificial depende del flujo de volumen,concentración de contaminantes, y metas del tratamiento, un humedal podría

requerir un área considerable y un humedal pequeño puede tener dificultades enel manejo de grandes flujos de agua en tormentas en zonas de alta lluvia.

Las principales características que se debe tener en cuenta para la localización ydiseño preliminar del proyecto de sistemas de humedales artificiales incluyen latopografía, el suelo, el uso actual de los terrenos, el riesgo de inundación y elclima.


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9.3.4. Diseño y construcción.

Diseño hidráulico: El flujo de agua en un humedal FWS es descrito por laecuación de Manning, que define el flujo en canales abiertos. La velocidad del flujoen el humedal es descrita en la ecuación (6), depende de la profundidad del agua,de la pendiente de la superficie del agua y de la densidad de la vegetación. Otrasaplicaciones de la ecuación de Manning para canales abiertos suponen que laresistencia por fricción solamente ocurre en el fondo y en las paredes del canal.

En los humedales FWS la resistencia esta distribuida sobre la totalidad de lacolumna de agua, ya que las plantas emergentes y los restos de vegetación estánpresentes en todo el espacio. La ecuación de Manning también asume flujoturbulento, lo que no es completamente válido pero es un a aproximaciónaceptable.


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Para los humedales, el número de Manning (n) es función de la profundidad del agua debido a

la resistencia impuesta por la vegetación emergente. La resistencia también depende de la

densidad de la vegetación y de la capa de residuos que puede variar según la localización o laestación. La relación esta definida por:

Para determinar la longitud del humedal se debe tener en cuenta las siguientes definiciones:

9.3.5. Mantenimiento y monitoreo.

Es necesario para una actividad de mantenimiento identificar el periodo vegetativo,monitorear, o realizar rutinas de observación de el sitio, ciertas acciones seránnecesarias para asegurar la eficiencia de los humedales artificiales.

Un plan de operación y mantenimiento debe ser preparado durante el proceso deplaneación y así tener un bosquejo de las actividades que serán usadas en elmantenimiento del humedal.

Independientemente de la corriente de agua residual o el tratamiento de objetivo,los requisitos son muy similares. El control del nivel del agua es el parámetro

operacional mas crítico, está actividad asegura la función del sistema como unhumedal. Los rebordes deben ser periódicamente inspeccionados para garantizarsu integridad. Los cambios significativos en el nivel del agua deben serinvestigados inmediatamente para que no se presenten fisuras en los rebordes odiques del sistema que contiene el humedal y no haya daños como resultado detormentas o taponamiento de las tuberías. Un mantenimiento adecuado de lasconexiones de entrada y salida de las tuberías asegurará que estas estructuras nose obstruyan, así garantizamos el nivel y el flujo del agua. Asociado a las


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actividades de mantenimiento de obstrucción se incluyen remoción física debasuras o desechos de la sedimentación, lavado de las tuberías y tubo colector, y

el uso de alta presión del agua para limpiezas periódicas.


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CONCLUSIONES

La conclusión principal de este trabajo es que los humedales artificiales son unatecnología viable para la depuración de aguas residuales, teniendo costos bajosen cuanto a instalación, energía y suministro, operación y mantenimiento norequieren un trabajo permanente.

Generalmente requieren grandes extensiones de terreno, comparado con lostratamientos convencionales.

El agua proveniente de este humedal será usada en los servicios de riego de las

áreas verdes.

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Proyecto Filtros Verdes