HUMEDALES ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

MSc. Rosa Miglio T.

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA

Por muchos años, científicos e ingenieros estudiaron el efecto del tratamiento de aguas a través de pantanos naturales, estos estudios dieron como resultado el desarrollo de sistemas de tratamiento de aguas residuales a través de humedales o pantanos construidos.

INTRODUCCION

Sistemas formados por un complejo ecosistema de sustratos, vegetación y agua, cuyo objetivo es la remoción de los contaminantes presentes en el agua residual.

HUMEDALES ARTIFICIALES, WETLANDS O BIOFILTROS

QUE SON HUMEDALES ARTIFICIALES?QUE SON HUMEDALES ARTIFICIALES?

El tEl téérmino rmino Humedal (Humedal (WetlandWetland)) se usa se usa para definir para definir ááreas que tienen 3 reas que tienen 3 componentes tcomponentes tíípicos: picos: Presencia de aguaPresencia de agua: : áárea inundada rea inundada permanente o peripermanente o perióódicamente.dicamente.SuelosSuelos caractercaracteríísticos: clasificados sticos: clasificados como como hhíídricosdricos..VegetaciVegetacióón apropiadan apropiada: prevaleciendo : prevaleciendo las las plantas plantas macrmacróófitasfitas (plantas (plantas hhíídricas grandes)dricas grandes) adaptadas a las adaptadas a las condiciones hidrolcondiciones hidrolóógicas.gicas.

CUALES SON LOS CONTAMINANTESCUALES SON LOS CONTAMINANTESREMOVIDOS EN UN HUMEDAL?REMOVIDOS EN UN HUMEDAL?

SSóólidos en suspensilidos en suspensióónnMateria orgMateria orgáánicanicaNitrNitróógenogenoFFóósforosforoMicroorganismos patMicroorganismos patóógenosgenosMetales pesadosMetales pesados

TIPOS DETIPOS DE HUMEDALESHUMEDALESARTIFICIALESARTIFICIALES

Superficiales o de Flujo libre:• Con plantas flotantes• Con plantas sumergidas• Con plantas emergentes

Subsuperficiales (BIOFILTROS)• Flujo horizontal (BFH)• Flujo vertical (BFV)• Combinación (BFV – BFH)

HUMEDALES DE FLUJO LIBREHUMEDALES DE FLUJO LIBRE

Agua

Efluente de altura variable

Fondo impermeable

Pendiente(2-8%)

Profundidad dellecho 0.6m

Grava de distribución

Agua residual (influente)

Nivel desuperficie

Plantas Flotantes

ESPECIES VEGETALES UTILIZADAS EN ESPECIES VEGETALES UTILIZADAS EN HUMEDALES DE FLUJO LIBREHUMEDALES DE FLUJO LIBRE

Lenteja de agua

(Lemna gibba)Eichhornia crassipes

(Jacinto de agua)

Tiphas

HUMEDALES DE FLUJO LIBREHUMEDALES DE FLUJO LIBRE

SISTEMA LEMNA

HUMEDALES DE FLUJO LIBREHUMEDALES DE FLUJO LIBRE

Usos de la lemna

HUMEDALES DE FLUJO SUBSUPERFICIAL O HUMEDALES DE FLUJO SUBSUPERFICIAL O BIOFILTROSBIOFILTROS

Disposición final

Canal de distribución del

afluente al Biofiltro

LECHO FILTRANTE

h

MICROORGANISMOS

PLANTAS MACROFITASEMERGENTES

Filtro biológico de grava sembrado con plantas acuáticas por donde discurren las aguas residuales pretratadas.

TIPOS DE FLUJOTIPOS DE FLUJO

VERTICAL

HORIZONTAL

COMPONENTES DE LOS HUMEDALES COMPONENTES DE LOS HUMEDALES ARTIFICIALESARTIFICIALES

SUSTRATO:SUSTRATO:•• Soporte para el crecimiento de las plantas, Soporte para el crecimiento de las plantas,

suministrsuministráándoles parte del alimento necesario para ndoles parte del alimento necesario para su crecimiento.su crecimiento.

•• La granulometrLa granulometríía del substrato permite una buena a del substrato permite una buena remociremocióón de sn de sóólidos suspendidos y de la parte lidos suspendidos y de la parte orgorgáánica.nica.

•• Lugar de desarrollo de bacterias.Lugar de desarrollo de bacterias.•• Tipos de sustrato: arena gruesa (2 Tipos de sustrato: arena gruesa (2 mmmm), arena ), arena

gravosa (8 gravosa (8 mmmm), grava fina (16 ), grava fina (16 mmmm), grava media (32 ), grava media (32 mmmm), piedra partida (128 ), piedra partida (128 mmmm), piedra ), piedra volcanicavolcanica..

COMPONENTES DE LOS HUMEDALES COMPONENTES DE LOS HUMEDALES ARTIFICIALESARTIFICIALES

MICROORGANISMOS:MICROORGANISMOS:(Bacterias)(Bacterias)ActActúúan en la an en la descomposicidescomposicióón de n de materia orgmateria orgáánica y en la nica y en la degradacidegradacióón y en la n y en la transformacitransformacióón de n de compuestos tcompuestos tóóxicos.xicos.Pueden ser aerobios y Pueden ser aerobios y anaerobiosanaerobios

COMPONENTES DE LOS HUMEDALES COMPONENTES DE LOS HUMEDALES ARTIFICIALESARTIFICIALES

PLANTAS:PLANTAS:Suministran oxSuministran oxíígeno al suelo y mantienen un geno al suelo y mantienen un ambiente adecuado para el crecimiento de bacterias.ambiente adecuado para el crecimiento de bacterias.

Ambiente aerobico

AGUA RESIDUAL CRUDA

MEDIO FILTRANTE

AGUA RESIDUAL TRATADA

Tranferencia de O2 hacia las raices

Ambiente anaerobico

COMPONENTES DE LOS HUMEDALESCOMPONENTES DE LOS HUMEDALESARTIFICIALESARTIFICIALES

PLANTAS:PLANTAS:La superficie de las La superficie de las raraííces ofrece proteccices ofrece proteccióón a n a los microorganismos. los microorganismos. Mantienen la capacidad Mantienen la capacidad hidrhidrááulica del suelo.ulica del suelo.Consumen de nutrientes ( Consumen de nutrientes ( N y P ).N y P ).Concentran en sus tallos Concentran en sus tallos y hojas ciertos metales y hojas ciertos metales pesados.pesados.

Papiro

Achira

Carrizo (Phragmites australis)

Cyperus alternifolius

Pastos (Zacate)

DISEDISEÑÑO DE PANTANOS O DE PANTANOS SUBSUPERFICIALESSUBSUPERFICIALES

TRATAMIENTOS TRATAMIENTOS PREVIOS : incluyen PREVIOS : incluyen rejas, rejas, desarenadoresdesarenadores, , sedimentadoressedimentadores, , tanques tanques septicossepticos, , tanques tanques ImhoffImhoff, para , para eliminar, seliminar, sóólidos, lidos, arenas y grasas.arenas y grasas.

CONSIDERACIONES PARA EL DISECONSIDERACIONES PARA EL DISEÑÑO O DE PANTANOS SUBSUPERFICIALESDE PANTANOS SUBSUPERFICIALES

FORMA Y DIMENSIONES: rectangular, cuadrada o FORMA Y DIMENSIONES: rectangular, cuadrada o irregular, con una profundidad entre 0,60 y 0,70 m.irregular, con una profundidad entre 0,60 y 0,70 m.

AREA: entre 1 y 5 mAREA: entre 1 y 5 m22/poblaci/poblacióón equivalente.n equivalente.

CONFIGURACION DEL SUSTRATO: material del lechoCONFIGURACION DEL SUSTRATO: material del lecho

TOPOGRAFIA DEL TERRENOTOPOGRAFIA DEL TERRENO

PENDIENTE DEL FONDO DEL PANTANOPENDIENTE DEL FONDO DEL PANTANO

PERMEABILIDAD DEL SUELOPERMEABILIDAD DEL SUELO

ESTRUCTURAS DE ENTRADA Y SALIDA

ESTRUCTURAS DE ENTRADA Y SALIDA

DISEDISEÑÑO DE PANTANOS O DE PANTANOS SUBSUPERFICIALESSUBSUPERFICIALES

REVESTIMIENTO DEL LECHOREVESTIMIENTO DEL LECHO

PARAMETROS DE DISEPARAMETROS DE DISEÑÑO EN O EN PANTANOS DEPANTANOS DE

FLUJO SUBSUPERFICIALFLUJO SUBSUPERFICIAL

Tiempo de retenciTiempo de retencióón :n : 1 a 6 d1 a 6 dííasasCarga Carga orgorgáánn. superficial: 4 a 180 . superficial: 4 a 180 kgDBOkgDBO//ha.dha.dííaaCarga hidrCarga hidrááulica:ulica: 0,03 a 0,14 m0,03 a 0,14 m33/m/m22.d.dííaaSuperficie especSuperficie especíífica:fica: 7 a 33 m7 a 33 m22/m/m33.d.dííaa

CONSTRUCCION DE CONSTRUCCION DE UN UN HUMEDAL HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIALARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL

CONSTRUCCION DE CONSTRUCCION DE UN UN HUMEDAL HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIALARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL

CONSTRUCCION DE CONSTRUCCION DE UN UN HUMEDAL HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIALARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL

HUMEDAL ARTIFICIAL RECUBIERTO HUMEDAL ARTIFICIAL RECUBIERTO TOTALMENTE DE MACRTOTALMENTE DE MACRÓÓFITASFITAS

APLICACIONES DE ESTA TECNOLOGIAAPLICACIONES DE ESTA TECNOLOGIA

•• Aguas residuales domAguas residuales doméésticas y municipalessticas y municipales•• Aguas negrasAguas negras•• Aguas grisesAguas grises

•• Aguas residuales agroindustrialesAguas residuales agroindustriales•• GranjasGranjas•• ProducciProduccióón de alimentos (lecheras, queseras..)n de alimentos (lecheras, queseras..)

•• Aguas residuales industrialesAguas residuales industriales•• Industria mineraIndustria minera•• Industria petroquIndustria petroquíímicamica•• Industria papeleraIndustria papelera

•• Tratamiento de lodos Tratamiento de lodos

EFICIENCIAS EN LA REMOCION EFICIENCIAS EN LA REMOCION DE CONTAMINANTESDE CONTAMINANTES

SISTEMASISTEMACOMPLETOCOMPLETO

HUMEDALHUMEDALDE FLUJO SUBSUPERFICIALDE FLUJO SUBSUPERFICIAL

HORIZONTALHORIZONTAL

DQODQO 9090--95%95% 8080--90%90%

DBODBO55 9595--98%98% 9090--95%95%

SSSS ≥≥ 90%90% 8080--90%90%

N totalN total 35%35% 35%35%

P totalP total 1010--20%20% 1010--20%20%ColiformesColiformesfecalesfecales 2.52.5--3 un.log.3 un.log. 22--2.5 unidades log2.5 unidades log

Huevos de Huevos de helmintoshelmintos 11--3 un.log.3 un.log. 11--3 unidades 3 unidades loglog

ACTIVIDADES DE OPERACIACTIVIDADES DE OPERACIÓÓN Y N Y MANTENIMIENTOMANTENIMIENTO

Rejilla y Rejilla y desarenadordesarenador: limpieza peri: limpieza perióódica de sdica de sóólidos lidos gruesos y material sedimentado usando pala y carretilla.gruesos y material sedimentado usando pala y carretilla.Tanque de sedimentaciTanque de sedimentacióón: remocin: remocióón de nata flotante n de nata flotante una vez por mes usando pala y carretilla; y de lodos una vez por mes usando pala y carretilla; y de lodos sedimentados una vez por asedimentados una vez por añño, mediante tubo de purga o, mediante tubo de purga o bomba para semiso bomba para semisóólidos.lidos.Humedales subsuperficiales: Humedales subsuperficiales: . Corte de plantas en la superficie, dependiendo de su . Corte de plantas en la superficie, dependiendo de su ciclo de crecimiento.ciclo de crecimiento.. Reposici. Reposicióón del primer metro de lecho filtrante principal n del primer metro de lecho filtrante principal cuando se note un flujo superficial de agua (2 a 3 acuando se note un flujo superficial de agua (2 a 3 añños)os)

EXPERIENCIAS EN LA MOLINAEXPERIENCIAS EN LA MOLINA

Con aguas residuales domesticas

3 CELDAS EN PARALELO

FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMAFUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA

CAUDAL DE ENTRADA :CAUDAL DE ENTRADA : 2,2 m2,2 m33/d/dííaa

TIEMPO DE RETENCION :TIEMPO DE RETENCION : 24 horas24 horas

CARGA HIDRAULICA APLICADA :CARGA HIDRAULICA APLICADA : 0,12 m0,12 m33/m/m22. d. dííaa

SUPERFICIE ESPECIFICA:SUPERFICIE ESPECIFICA: 8,3 m8,3 m22/m/m33. d. dííaa

EXPERIENCIAS EN LA MOLINAEXPERIENCIAS EN LA MOLINA

PARAMETROPARAMETRO CARRIZOCARRIZO CYPERUSCYPERUS

SOLIDOSSOLIDOSSUSPENDIDOSSUSPENDIDOS

99%99% 99%99%

DBODBO 85%85% 86%86%

DQODQO 83%83% 83%83%

CFCF 96%96% 97%97%

Con aguas residuales en la granja de porcinos de la Con aguas residuales en la granja de porcinos de la UNALMUNALM

CAUDAL DE ENTRADA : 0,36 m3/día

TIEMPO DE RETENCION : 12 horas

CYPERUS ALTERNIFOLIUSFLUJO VERTICAL

DESCENDENTE - ASCENDENTE

RESULTADO DE LA EVALUACION RESULTADO DE LA EVALUACION PORCENTAJES DE REMOCIONPORCENTAJES DE REMOCION

PARAMETROPARAMETRO PANTANO PANTANO CARRIZOCARRIZO

PANTANO PANTANO CYPERUSCYPERUS

BLANCOBLANCO

DQODQO 94%94% 95%95% 89%89%

NITROGENO NITROGENO TOTALTOTAL

94%94% 94%94% 89%89%

PARAMETROPARAMETRO DESAGUE DESAGUE CRUDOCRUDO

PANTANO PANTANO CARRIZOCARRIZO

PANTANO PANTANO CYPERUSCYPERUS

BLANCOBLANCO

OXIGENO OXIGENO DISUELTO DISUELTO

((mgmg/l)/l)

0,450,45 4,444,44 5,55,5 3,463,46

AVANCES DE LA TECNOLOGIA AVANCES DE LA TECNOLOGIA EN EL PAISEN EL PAIS

ECOCIUDAD

Villa El SalvadorAguas grises de 60 familias

Q = 26,7 m3/día

2 humedales: vertical y horizontal

CIENEGUILLA CIENEGUILLA -- Casa de Retiro El Casa de Retiro El MilagroMilagro

Pob. Atendida 80 personas

Aguas grises

Q = 8 m3/día

Area de humedal = 27,5 m2

COMUNIDAD DE LACABAMBA COMUNIDAD DE LACABAMBA --ANCASHANCASH

Pob atendida: 1300 personas

Q = 104 m3/día

Area de humedal = 58,5m2

PROYECTO PROYECTO NIEVERIANIEVERIA

Se produce anualmente entre 300 y 500 kg de abonoSe evita gastar alrededor de 150,000 l de agua.

Q = 250 l/dia

Area de humedal = 0,91 m2