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Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2016

Evaluación de la capacidad de depuración de las aguas residuales Evaluación de la capacidad de depuración de las aguas residuales

grises mediante un humedal artificial de flujo subsuperficial en la grises mediante un humedal artificial de flujo subsuperficial en la

vereda El Peñón, municipio de San Francisco, Cundinamarca vereda El Peñón, municipio de San Francisco, Cundinamarca

Jesica Paola Aponte Moreno Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada Aponte Moreno, J. P. (2016). Evaluación de la capacidad de depuración de las aguas residuales grises mediante un humedal artificial de flujo subsuperficial en la vereda El Peñón, municipio de San Francisco, Cundinamarca. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/19

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Evaluación de la Capacidad de Depuración de las Aguas Residuales Grises Mediante un

Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial en la Vereda El Peñón, Municipio de San

Francisco, Cundinamarca

Jesica Paola Aponte Moreno

Proyecto de Grado para Optar al Título de

Ingeniera Ambiental y Sanitaria

Director

Julio César Ramírez Rodríguez

Ingeniero Químico

Maestría en Ingeniería Ambiental

Universidad de La Salle

Facultad De Ingeniería

Programa De Ingeniería Ambiental Y Sanitaria

Bogotá, 2016

Dedicatoria

Para todos aquellos que se encuentran haciendo su proyecto de tesis, sepan que todo

esfuerzo trae su recompensa, no se rindan en su proceso porque al final la satisfacción será

indescriptible.

Agradecimientos

Durante el arduo proceso de proyecto de tesis me colaboraron grandes personas, quienes

me ayudaron cognitivamente, económicamente y me acompañaron en esta dura labor. Por ello

quiero agradecerle profundamente a cada una de ellas por medio de esta sección.

Inicialmente le agradezco a mis padres María de Jesús y Oscar Hernando, porque me han

acompañado en lo que llevo de vida, me han animado a seguir adelante y lo más importante me

han amado incondicionalmente.

También le doy gracias a Álvaro Eduardo, a quien denomino como mi compañero de

tesis y la persona que me ha amado sin condición alguna, ha sido mi apoyo en momentos de

dificultad y mi alegría en momentos de felicidad.

Por otro lado, me siento agradecida con los dueños de la finca El Refugio y con los

arrendatarios, quienes me abrieron las puertas de su casa y me permitieron realizar tan hermoso

proyecto en su propiedad.

Con respecto a la universidad, le quiero agradecer a Julio César, Oscar Fernando y

Rosalina director de tesis y jurados, respectivamente, puesto que ellos me guiaron durante la

elaboración de la tesis y me brindaron grandes conocimientos. También le agradezco a los

profesores Hugo Sarmiento y Hernando Amado, quienes me ayudaron ampliamente en etapas

importantes de mi tesis y me brindaron parte de su valioso tiempo. Así mismo le agradezco al

personal de laboratorio de la facultad por permitirme realizar la fase de seguimiento del humedal

artificial.

Igualmente, el agradezco a una persona que, a pesar de no recordar su nombre, sé que

trabajó en la CAR y me prestó por tiempo indefinido una guía de tratamiento del agua que me

fue indispensable durante la fase de diseño y construcción.

Además, le quiero agradecer a Olto Jiménez, ingeniero forestal que me brindó sus

conocimientos para complementar mi informe de tesis, quien llegó a ayudarme en el momento

menos esperado.

Para finalizar, le doy gracias infinitamente a Dios, ser supremo en el cual confío

plenamente, me escucha mis angustias y mis súplicas y me da la paz y la tranquilidad que mi

alma necesita.

Abstract

The environmental problem in rural areas is about the uncountable releases of pollution

water without treatment into surface waters. The major aim of this research report is to evaluate

grey wastewater’s ability treatment by subsurface flow constructed wetland in the Vereda El

Peñón, in the Town of San Francisco, in Cundinamarca. For that reason, was designed and

implemented a constructed wetland for treating 82.73 wastewater Gallons and 5 days from

retention time. The marsh plants used for this project were Juncus effusus, Cyperus alternifolius,

Cortadería selloana, Typha latifolia and Eichhornia crassipes. The main efficiency percentiles

of COD, turbidity, conductivity and settleable solids were as follows: 81.54%, 73.87%, 60.35%

and 49.43% respectively. In conclusion, the implemented constructed wetland in the Town of

San Francisco is a management measure option for treating grey wastewaters.

Resumen

Los innumerables vertimientos de aguas residuales a los cuerpos de agua superficiales sin

tratamiento es una problemática ambiental ampliamente difundida en el sector rural. En el

presente proyecto de investigación se propone evaluar la capacidad de depuración de las aguas

residuales grises mediante un humedal artificial de flujo subsuperficial en la vereda El Peñón,

municipio de San Francisco, en Cundinamarca. Para ello se diseñó y construyó un humedal

artificial para tratar un volumen de 313,17 litros de agua residual y con un tiempo de retención

de 5 días. Las plantas acuáticas utilizadas fueron Juncus effusus, Cyperus alternifolius,

Cortadería selloana, Typha latifolia y Eichhornia crassipes obteniendo porcentajes de remoción

en la DQO de 81,54%, en la turbiedad con 73,87%, la conductividad fue de 60,35% y los sólidos

sedimentables obtuvieron 49,43% de eficiencia. Concluyendo así que el humedal artificial

desarrollado es una opción de medida de manejo para el tratamiento de las aguas residuales

grises.

Tabla de Contenido

Introducción ................................................................................................................................................ 14

Objetivo General ......................................................................................................................................... 16

Objetivos Específicos .................................................................................................................................. 16

Marco Teórico ............................................................................................................................................. 17

Convención de RAMSAR ....................................................................................................................... 17

Funciones de un Humedal Artificial ....................................................................................................... 17

Clasificación de los Humedales Artificiales ........................................................................................... 18

Humedales de flujo horizontal. ........................................................................................................... 18

Humedales de flujo vertical. ............................................................................................................... 19

Humedales de flujo subsuperficial. ..................................................................................................... 20

Humedales de flujo superficial. .......................................................................................................... 21

Distribución del Agua ............................................................................................................................. 22

Proceso de Remoción de Contaminantes ................................................................................................ 23

Municipio de San Francisco de Sales ..................................................................................................... 24

Vereda El Peñón. ................................................................................................................................ 27

Subcuenca hidrográfica del Río Cañas. ............................................................................................. 28

Contaminación hídrica del Río Cañas. ................................................................................................ 28

Localización del desarrollo del proyecto. ........................................................................................... 29

Marco Conceptual ................................................................................................................................... 30

Marco Legal ............................................................................................................................................ 33

Estado del Arte ............................................................................................................................................ 36

Sistema Piloto de Humedales Artificiales en México ............................................................................. 36

Sistema de Humedales Artificiales para una Industria Lechera: Tesis Universidad Distrital ................. 36

Sistema Radicular de Flujo Subsuperficial en la PTAR Salitre: Tesis Universidad de la Salle ............. 37

Reactores Anaerobios de Flujo a Pistón en Clínica Veterinaria: Tesis Universidad de la Salle ............. 37

Remoción de Zinc en Humedales Artificiales Verticales: Tesis Universidad de la Salle ....................... 38

Metodología ................................................................................................................................................ 39

Fase 1: Diagnóstico ................................................................................................................................. 42

Caracterización del agua residual gris................................................................................................. 42

Selección de la localización del humedal............................................................................................ 43

Cálculo del volumen y el caudal del agua residual. ............................................................................ 48

Visita a la Cantera. .............................................................................................................................. 52

Volumen requerido para el humedal. .................................................................................................. 53

Fase 2: Diseño ......................................................................................................................................... 55

Selección de las plantas acuáticas. ...................................................................................................... 55

Diseño geométrico del humedal artificial. .......................................................................................... 63

Geomembrana. .................................................................................................................................... 67

Cálculo de la pendiente. ...................................................................................................................... 70

Diseño de las cajas de inspección. ...................................................................................................... 73

Fase 3: Puesta en Marcha y Eficiencia .................................................................................................... 75

Excavación del terreno. ....................................................................................................................... 75

Colocación de geomembrana, grava y tubería. ................................................................................... 78

Densidad de plantas acuáticas. ............................................................................................................ 79

Trasplante de plantas acuáticas y puesta de cajas de inspección. ....................................................... 80

Seguimiento del humedal artificial. .................................................................................................... 85

Criterios de Diseño ..................................................................................................................................... 95

Relación: longitud / ancho (L/W). ...................................................................................................... 97

Tamaño y tipo de lecho filtrante. ........................................................................................................ 97

Espesor de la geomembrana. ............................................................................................................... 98

Porcentaje de la pendiente................................................................................................................... 99

Tipologías de plantas acuáticas. ........................................................................................................ 100

Resultados y Análisis de los Parámetros de Calidad del Agua ................................................................. 101

Temperatura. ..................................................................................................................................... 101

Conductividad eléctrica..................................................................................................................... 102

Sólidos disueltos totales (SDT). ........................................................................................................ 103

Sólidos sedimentables. ...................................................................................................................... 104

pH. ..................................................................................................................................................... 106

Oxígeno Disuelto (OD). .................................................................................................................... 109

Turbidez. ........................................................................................................................................... 110

Demanda Química de Oxígeno (DQO). ............................................................................................ 111

Análisis Estadístico Descriptivo y Eficiencias .......................................................................................... 114

Conclusiones ............................................................................................................................................. 123

Recomendaciones ..................................................................................................................................... 125

Lista de Referencias .................................................................................................................................. 126

Anexos ...................................................................................................................................................... 129

Anexo1. Presupuesto Total Gastado en la Elaboración del Proyecto ................................................... 129

Anexo 2. Planos de Diseño del Humedal Artificial .............................................................................. 132

Lista de Tablas

Tabla 1 Normas aplicables al proyecto de investigación ............................................................. 33

Tabla 2 Caracterización del agua residual gris sin tratamiento .................................................. 42

Tabla 3 Cálculo del volumen de agua en la primera fase de la lavadora .................................... 49

Tabla 4 Cálculo volumen de agua en la segunda fase de la lavadora ......................................... 50

Tabla 5 Volumen de agua de un ciclo completo de la lavadora ................................................... 50

Tabla 6 Cálculo del caudal ........................................................................................................... 52

Tabla 7 Cálculo del volumen del recipiente usado para experimento de la grava ...................... 54

Tabla 8 Dimensiones del trapezoide hasta el nivel del agua ........................................................ 65

Tabla 9 Dimensiones del trapezoide hasta el nivel de la grava ................................................... 66

Tabla 10 Dimensiones del trapezoide hasta el borde libre .......................................................... 66

Tabla 11 Tipos de Geomembranas según su material y espesor .................................................. 69

Tabla 12 Cronograma de seguimiento del humedal artificial ...................................................... 86

Tabla 13 Criterios de diseño del humedal artificial ..................................................................... 95

Tabla 14 Análisis estadístico de los resultados en el humedal artificial mediante medidas de

dispersión .................................................................................................................................... 117

Tabla 15 Análisis estadístico de los resultados en la lavadora mediante medidas de dispersión

..................................................................................................................................................... 118

Tabla 16 Porcentaje de Eficiencias por cada parámetro ........................................................... 120

Tabla 17 Porcentaje de variación por cada parámetro ............................................................. 120

Tabla 18 Presupuesto total del proyecto .................................................................................... 129

Lista de Ilustraciones

Ilustración 1 Esquema de un sistema de flujo horizontal ............................................................. 19

Ilustración 2 Esquema de un sistema de humedales artificiales de flujo vertical por etapas ...... 20

Ilustración 3 Esquema de un humedal artificial de flujo subsuperficial ...................................... 21

Ilustración 4 Esquema de un Humedal Artificial de flujo Superficial .......................................... 22

Ilustración 5 Tipos de distribución del agua ................................................................................ 23

Ilustración 6 Esquema del proceso de remoción de contaminantes en un sistema de humedales

artificiales ..................................................................................................................................... 24

Ilustración 7 Ubicación de Cundinamarca con sus respectivos municipios ................................ 25

Ilustración 8 Mapa del Municipio de San Francisco ................................................................... 26

Ilustración 9 Localización de la vereda el Peñón ........................................................................ 27

Ilustración 10 Localización de la Finca El Refugio, lugar de estudio ......................................... 29

Ilustración 11 Ubicación de la finca El Refugio con respecto al municipio de San Francisco ... 30

Ilustración 12 Diagrama de la metodología ................................................................................. 41

Ilustración 13 Localización de la alternativa 1 ............................................................................ 44

Ilustración 14 Localización de la alternativa 2 ........................................................................... 44

Ilustración 15 Esquema de la ubicación espacial de la Finca El Refugio ................................... 46

Ilustración 16 Convenciones del esquema de la ubicación espacial de la Finca El Refugio ...... 47

Ilustración 17 Proceso de trituración de la grava........................................................................ 53

Ilustración 18 Ensayo con grava de 1 pulgada ............................................................................ 54

Ilustración 19 Ficha de caracterización del Junco de esteras ..................................................... 57

Ilustración 20 Ficha de caracterización de la Paragüitas ........................................................... 58

Ilustración 21 Ficha de caracterización de la Guadua ................................................................ 59

Ilustración 22 Ficha de caracterización de Carrizo de la pampa ................................................ 60

Ilustración 23 Ficha de caracterización de la Enea ..................................................................... 61

Ilustración 24 Ficha de caracterización del Jacinto de agua ...................................................... 62

Ilustración 25 Esquema de un trapecio ........................................................................................ 63

Ilustración 26 Vista del corte transversal del humedal artificial ................................................. 67

Ilustración 27 Vista en planta de la estructura del humedal artificial ......................................... 68

Ilustración 28 Vista en corte longitudinal de la pendiente del terreno antes de darle la forma

trapezoidal .................................................................................................................................... 72

Ilustración 29 Diseño caja de inspección de entrada, vista de perfil ........................................... 73

Ilustración 30 Diseño caja de inspección de salida en la vista frontal ........................................ 74

Ilustración 31 Diseño caja de inspección de salida en la vista lateral ........................................ 74

Ilustración 32 Proceso de excavación del terreno ....................................................................... 76

Ilustración 33 Rocas extraídas del terreno ................................................................................... 76

Ilustración 34 Excavación de forma rectangular del terreno ...................................................... 77

Ilustración 35 Forma trapezoidal de la estructura y compactación del suelo con agua ............. 78

Ilustración 36 Puesta de la geomembrana y de la grava del fondo de la estructura ................... 78

Ilustración 37 Tubería para conexión de entrada hidráulica ...................................................... 79

Ilustración 38 Determinación del número de plantas acuáticas en 1 m2 en el Humedal Santa

María del Lago ............................................................................................................................. 80

Ilustración 39 Vista general del montaje finalizado del humedal artificial ................................. 81

Ilustración 40 Vista en detalle del humedal artificial .................................................................. 82

Ilustración 41 Instalación de la caja de inspección de entrada ................................................... 83

Ilustración 42 Instalación de la caja de inspección de salida ...................................................... 84

Ilustración 43 Foto panorámica de todo el recorrido del agua residual gris .............................. 85

Ilustración 44 Foto de seguimiento del 31 de octubre de 2015 .................................................... 89

Ilustración 45 Foto de seguimiento de la planta Cyperus alternifolius (Paragüitas) ................. 89

Ilustración 46 Foto de seguimiento de la planta Eichhornia crassipes (Jacinto de agua) y

Juncus effusus (Junco de Esteras) ................................................................................................ 90

Ilustración 47 Foto de seguimiento de la planta Cortadería selloana (Carrizo de la pampa) .... 90

Ilustración 48 Foto de seguimiento de la flor de la planta Cortadería selloana (Carrizo de la

pampa) .......................................................................................................................................... 91

Ilustración 49 Foto de seguimiento de la planta Typha latifolia (Enea) ...................................... 91

Ilustración 50 Foto de seguimiento del 17 de diciembre de 2015 ................................................ 92

Ilustración 51 Foto de seguimiento del 20 de enero de 2016 ....................................................... 93

Ilustración 52 Foto de seguimiento del 2 de marzo de 2016 ........................................................ 94

Ilustración 53 Ejemplos de la escala de pH en diferentes productos ......................................... 108

Lista de Gráficas

Gráfica 1 Temperatura vs. Número de muestra ......................................................................... 101

Gráfica 2 Conductividad vs. Número de muestra ....................................................................... 102

Gráfica 3 Sólidos Disueltos Totales (SDT) vs. Número de muestra ........................................... 104

Gráfica 4 Sólidos sedimentables vs. Número de muestra ........................................................... 106

Gráfica 5 pH vs. Número de muestra ......................................................................................... 107

Gráfica 6Oxígeno Disuelto (OD) vs. Número de muestra .......................................................... 110

Gráfica 7 Turbidez vs. Número de muestra ................................................................................ 111

Gráfica 8 DQO vs. Número de muestra...................................................................................... 113

Lista De Ecuaciones

Ecuación 1 Volumen de un cilindro .............................................................................................. 48

Ecuación 2 Determinación del caudal .......................................................................................... 51

Ecuación 3 Área transversal del trapezoide ................................................................................. 64

Ecuación 4 Volumen del trapezoide ............................................................................................. 64

Ecuación 5 Área requerida para la geomembrana ...................................................................... 69

Ecuación 6 Fórmula de la pendiente de un terreno en porcentaje............................................... 70

Ecuación 7 Pendiente del humedal artificial en porcentaje ......................................................... 71

Ecuación 8 Pendiente del humedal artificial en grados ............................................................... 72

Ecuación 9 Proceso químico de la fotosíntesis y la respiración ................................................ 109

Ecuación 10 Valor del Delta x .................................................................................................... 114

Ecuación 11 Varianza con datos no agrupados ......................................................................... 115

Ecuación 12 Desviación estándar para datos no agrupados ..................................................... 115

Ecuación 13 Determinación del porcentaje de eficiencia para los diferentes parámetros de

calidad del agua .......................................................................................................................... 119

14

Introducción

En la zona urbana de cada municipio de Colombia generalmente se presentan medidas de

saneamiento básico mediante el sistema de alcantarillado, sin embargo, en las veredas es notorio

el constante aumento de los vertimientos sin tratamiento previo a los cuerpos de agua. En virtud

de ello se hace necesario implementar medidas de control y mitigación en el sector rural, ya que

es frecuente que las aguas residuales negras sean tratadas mediante pozos sépticos mientras que

las aguas residuales grises no son tratadas y fluyen directamente a los pastos o a las quebradas

más cercanas.

Este es el caso del municipio de San Francisco de Sales. Ninguna de sus veredas cuentan

con un sistema de tratamiento para las aguas residuales grises, siendo una de las afectadas “La

vereda El Peñón con un área de 16.548.200km2

y con 30 viviendas, por la cual fluyen el Río

Cañas y la Quebrada El Peñón” (Municipio de San Francisco de Sales, 2000), viéndose

ampliamente afectadas por las permanentes descargas de los usuarios de la vereda a dichos

cuerpos hídricos. “Esto conlleva a la disminución de la calidad del agua, siendo imposible usar

parte de este caudal en actividades agrícolas, ganaderas o de riego; labores que décadas atrás

solían realizarse” ( Municipio de San Francisco de Sales, EOT). En consecuencia, para satisfacer

dichas necesidades se requiere obtener el agua del acueducto, gastando así grandes volúmenes de

este recurso, interviniendo en forma negativa en el uso racional del agua, además de afectar el

aspecto socioeconómico en la relación gasto/costo del recurso hídrico.

Es por ello que se plantea realizar un tratamiento biológico en una de las fincas de la

vereda que cuenta con la separación de las aguas residuales grises y las aguas residuales negras

para la generación de un humedal artificial a escala piloto para la descarga de las aguas

residuales grises, específicamente de la lavadora. Dicho sistema posee múltiples ventajas que lo

15

hacen llamativo al momento de implantarlo, entre las cuales se encuentran la ventaja de ser un

tratamiento de bajo costo, las facilidades de instalación, el requerimiento de áreas pequeñas, es

un tratamiento biológico por lo cual es fácilmente adaptable al entorno, no requiere amplios

espacios y se puede usar como una herramienta decorativa en el hogar.

El objetivo principal de la investigación es entonces la evaluación de la capacidad de

depuración de las aguas residuales grises mediante un humedal artificial de flujo subsuperficial

en la vereda El Peñón, municipio de San Francisco, Cundinamarca.

La necesidad de encontrar medidas para la mitigación del impacto ambiental causado por

la descarga de aguas residuales grises domésticas en los cuerpos de agua en la vereda El Peñón

en el municipio de San Francisco, hacen pertinente desarrollar proyectos ambientales para el

saneamiento básico como por ejemplo el desarrollo de humedales artificiales que mejoren la

calidad del agua residual y eviten que el Río Cañas reciba “La descarga de compuestos químicos

de carácter doméstico diluidos en el agua por efecto del uso de detergentes, jabones, aceites,

grasas y otras sustancias que impiden el equilibrio del ecosistema” (Wetlands International,

2003).

16

Objetivo General

Evaluar la capacidad de depuración de las aguas residuales grises mediante un humedal

artificial de flujo subsuperficial en la vereda El Peñón, municipio de San Francisco.

Objetivos Específicos

Realizar un diagnóstico del estado actual de las aguas residuales grises en la finca El

Refugio en el municipio de San Francisco.

Diseñar un sistema biológico tipo humedal artificial de flujo subsuperficial para el

tratamiento de las aguas residuales grises a través de las herramientas hidráulicas, biológicas y de

ingeniería.

Evaluar la eficiencia del humedal artificial diseñado con el fin de identificar las

condiciones óptimas de su funcionamiento.

17

Marco Teórico

Convención de RAMSAR

Según la Convención se determina la siguiente definición:

Los humedales son zonas donde el agua es el principal factor controlador del medio y la vida

vegetal y animal asociada a él. Los humedales se dan donde la capa freática se halla en la

superficie terrestre o cerca de ella o donde la tierra está cubierta por aguas poco profundas.

(Ramsar, 1971)

La Convención de Ramsar aplica un criterio amplio a la hora de determinar qué

humedales quedan sujetos a sus disposiciones. Con arreglo al texto de la Convención (Artículo

1.1), se entiende por humedales:

Las extensiones de marismas, pantanos y turberas, o superficies cubiertas de aguas, sean éstas de

régimen natural o artificial, permanentes 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, 1971)

Funciones de un Humedal Artificial

Las principales funciones que desarrollan los humedales artificiales, según Paez y Goyes

son:

1. Fijan la materia orgánica y los demás contaminantes del agua residual en la

superficie del suelo.

2. Utilizan y transforman los compuestos del agua residual gracias a la presencia de

microorganismos.

18

3. Logran niveles de tratamiento óptimos con un bajo costo en operación y

mantenimiento. (Rubio Goyes & Paez Ruales, 2009)

Sun y Saeed consideran que:

Los humedales artificiales están basados en el consumo de baja energía por medio de tecnologías

verdes que han sido aplicadas en el tratamiento de aguas residuales desde mediados de la década

de los 80. Además, tienen un potencial considerable para remover metales pesados. (Saeed &

Sun, 2009)

Clasificación de los Humedales Artificiales

Los humedales artificiales se pueden clasificar según su tipo de flujo en humedales de

flujo horizontal y humedales de flujo vertical. También según el nivel del agua con respecto a la

superficie en humedales de flujo superficial y humedales del flujo subsuperficial.

Humedales de flujo horizontal.

“En este tipo de humedales el agua fluye de forma horizontal atravesando el sistema

transversalmente, que gracias a la pendiente existente se logra el desplazamiento hasta el efluente

del sistema” (González Barreto, 2004), como se muestra en la Ilustración 1.

19

Ilustración 1 Esquema de un sistema de flujo horizontal

Fuente: (Wetlands International, 2003)

Humedales de flujo vertical.

“El agua residual es dirigida hacia la superficie de la unidad y allí se precipita de manera

vertical a través del medio filtrante hasta el fondo. El flujo es normalmente en medio no

saturado” (González Barreto, 2004).

Los humedales verticales tipo cascada trabajan bajo el concepto del patrón de flujo a pistón de

manera vertical, (ver Ilustración 2) es decir:

Se tienen varias cámaras en serie provistas de los elementos necesarios para la correcta operación

de un humedal artificial, alimentadas con agua de una cámara a la otra y por gravedad, pero

encerrando la “cascada” en tubería para evitar salpicaduras en el sitio de trabajo. (González

Barreto, 2004)

20

Ilustración 2 Esquema de un sistema de humedales artificiales de flujo vertical por etapas

Fuente: (Izembart & Le Boudec, 2013)

Humedales de flujo subsuperficial.

En este humedal el agua fluye por debajo de la superficie de un medio poroso sembrado de

plantas emergentes. El medio usado puede ser de diferentes tamaños de grava y/o arena en

profundidades de 0,45 a 1 metro y con pendiente de 0 a 0,5%. (Romero Rojas, Tratamiento de

aguas residuales: teoría y principios de diseño, 1995)

Su descripción gráfica se puede apreciar en la Ilustración 3.

Los humedales subsuperficiales se utilizan con mejores resultados para tratar aguas servidas con

sólidos en concentraciones relativamente bajas y flujo uniforme, para reducir la DBO5 de las

aguas servidas domesticas provenientes de un tratamiento primario. Entre las ventajas se tiene que

son más tolerantes a las bajas temperaturas, minimizan las plagas de mosquitos y malos olores,

siendo un tratamiento que posee un alto potencial de asimilación por unidad de área. (Bernal

Higuita, 2009).

21

A continuación, se muestra una imagen esquemática del humedal artificial sin espejo de

agua.

Ilustración 3 Esquema de un humedal artificial de flujo subsuperficial

Fuente: (Alianza por el Agua, 2008)

Humedales de flujo superficial.

En estos humedales el nivel del agua está por encima del nivel del suelo, siendo la capa más superficial de

tipo aerobia, mientras que las más profunda es usualmente anaerobia. Básicamente consisten en

balsas o canales paralelos con la superficie del agua expuesta a la atmósfera y el fondo constituido

por suelo relativamente impermeable o con cubierta impermeable, vegetación emergente y niveles

de agua entre 0,1 y 0,6 metros. (Bernal Higuita, 2009)

Véase la Ilustración 4.

El tratamiento se produce durante la circulación del agua a través de los tallos y las raíces de la

vegetación emergente. Estos humedales artificiales se construyen con revestimiento en material

22

impermeable para impedir la percolación. La vegetación con sus tallos, hojas sumergidas y raíces

sirve como medio de soporte de crecimiento bacteriano. (Bernal Higuita, 2009)

Ilustración 4 Esquema de un Humedal Artificial de flujo Superficial

Fuente: (Wetlands International, 2003)

Distribución del Agua

Son básicamente los diferentes diseños hidráulicos que permite la entrada y la salida del agua

residual mediante diferentes distribuciones de la tubería y existen tres tipos: celda sencilla, celdas

paralelas y celdas en serie.

Celda sencilla: es simple y económica para su construcción, pero su flexibilidad operacional es

limitada, sólo se recomienda para flujos pequeños (menos de 4m3/día).

Celdas paralelas: se recomiendan por lo menos dos celdas paralelas para el lecho filtrante

incrementando la flexibilidad en la operación y mantenimiento. El flujo se distribuye

proporcionalmente entre las celdas según la carga orgánica.

Celas en serie: pueden ser longitudinales o en serpentín. Presentan eficiencias de remoción porque

hay una mayor variedad de mecanismos de tratamiento. (CAR, 2000)

23

La Ilustración 5 representan estos tres tipos de distribución del caudal.

Ilustración 5 Tipos de distribución del agua

Fuente: (CAR, 2000)

Proceso de Remoción de Contaminantes

El humedal artificial puede cumplir varias funciones al momento de remover los

contaminantes contenidos en las aguas residuales (ver Ilustración 6), una de ellas se da por los

mecanismos de volatilización generada durante la transferencia de materia entre el medio

atmosférico y el humedal, para aquellos compuestos que presenten un bajo punto de ebullición.

Otro proceso que se puede realizar es la sedimentación de las sustancias con mayor densidad que

el agua y por efecto de la gravedad se precipiten. Por otro lado, las plantas emergentes pueden

asimilar en su metabolismo los contaminantes y transformarlos en sustancias menos complejas

24

para que las bacterias sean capaces de degradar estos productos y de esta manera se mejore la

calidad del agua. (Wetlands International, 2003)

Ilustración 6 Esquema del proceso de remoción de contaminantes en un sistema de

humedales artificiales

Fuente: (Wetlands International, 2003)

Municipio de San Francisco de Sales

“El municipio de San Francisco está ubicado en la República de Colombia a 55 Km al

occidente de Bogotá. Pertenece a la Provincia del Gualivá del departamento de Cundinamarca”

(Municipio de San Francisco de Sales, 2000). Como se puede apreciar en la Ilustración 7

Ubicación de Cundinamarca con sus respectivos municipios. En esta imagen se encuentra resaltada

por medio de un recuadro verde la ubicación del municipio de estudio.

25

Ilustración 7 Ubicación de Cundinamarca con sus respectivos municipios

Fuente: (Mapa de cundinamarca, 2014)

El municipio se encuentra enmarcado por las siguientes coordenadas cartesianas máximas

y mínimas.

Xmin : 970.000 E Xmax: 985.000 E

26

Ymin: 1.030.000 N Ymax: 1.050.000 N

San Francisco de Sales cuenta con un área total de 118.118.048 Km2. Sus tierras están

comprendidas en los pisos térmicos templado, frío y piso bioclimático páramo bajo. El municipio

presenta una temperatura media de 20ºC en la mayor parte del territorio, con una precipitación

media anual de 1.493 mm. (Municipio de San Francisco de Sales, 2000)

En la Ilustración 8 se observa el mapa del municipio de San Francisco de Sales,

Cundinamarca, a nivel político.

Ilustración 8 Mapa del Municipio de San Francisco

Fuente: (Alcaldía San Francisco de Sales, Cundinamarca, 2013)

27

“San Francisco limita al Norte con los municipios de La Vega y Supatá, al Oriente con

Subachoque y El Rosal, al Sur con Facatativá y al Occidente con La Vega” ( Municipio de San

Francisco de Sales, EOT).

Vereda El Peñón.

Es una vereda del municipio de San Francisco de Sales que cuenta con una superficie de

16.548.200 km2 .Partiendo del punto, donde la Quebrada del Arrayán, corta el límite con la Vega,

se sigue por esta aguas abajo por el Río Cañas; se continua luego por este aguas arriba, hasta el

punto llamado Agua Caliente; de ahí se continúa en dirección general Sur, por el límite entre San

Francisco y Subachoque , hasta encontrar el nacimiento de la Quebrada los Limones ; se sigue

luego por esta aguas abajo , hasta su desembocadura en el Río Sabaneta; luego por este aguas

arriba , hasta encontrar el Límite entre San Francisco y La Vega; se continúa luego por dicho

límite en dirección general Noreste, hasta encontrar la Quebrada del Chuscal, punto de partida.

( Municipio de San Francisco de Sales, EOT)

En la Ilustración 9 se visualiza el mapa de la vereda El Peñón.

Ilustración 9 Localización de la vereda el Peñón

Fuente: Alcaldía San Francisco de Sales, Cundinamarca, 2013

28

Subcuenca hidrográfica del Río Cañas.

La subcuenca hidrográfica del río Cañas tiene una extensión aproximada de 5.262 hectáreas y

8.460 metros cuadrados, que corresponden al 29% del área municipal. Se encuentra localizada en

el centro del municipio, limitando por el norte con la divisoria de aguas del río San Miguel, por el

este con los municipios de Subachoque y el Rosal, por el sur con la divisoria de aguas del río

Sabaneta y por el occidente con el municipio de la Vega. El río Cañas nace en la vereda la

Hondura del Rosal y desemboca en el río Tabacal.

El río Cañas, recoge las aguas que vienen de la subcuenta del río Sabaneta. Los afluentes de la

subcuenca del río cañas está conformada por las corrientes de las quebradas de: el Chuscal, la

quebrada Honda, la quebrada del Yaque, la quebrada Ráquira, la quebrada del Arrayán, la

quebrada del Cajón y la quebrada Tóriba. Cuenta además con otras corrientes de agua de menor

importancia.

Su caudal de acuerdo a aforos realizados por la CAR, se puede estimar en 20 L/s, en época de

verano y de sus afluentes la quebrada del Yaque tiene un caudal aproximado de 15 L/s , la

quebrada Arrayán 30 L/s .Aproximadamente y en la quebrada Tóriba un caudal aproximado de

15 L/s . ( Municipio de San Francisco de Sales, EOT)

Contaminación hídrica del Río Cañas.

Los problemas que se presentan en la subcuenca son, para el río Cañas la deforestación por

quemas, erosión, contaminación por los abrevaderos, el mal manejo de las letrinas, las

porquerizas, los galpones, los desechos de productos lácteos y las aguas servidas del casco urbano

del municipio; en la quebrada Arrayán, se observa deforestación, contaminación de las aguas por

desechos de la autopista, las aguas servidas de los condominios y el lavado del café; en la

29

quebrada del Yaque se observa deforestación por quemas y contaminación del agua por

abrevaderos y mal manejo de las letrinas; en la quebrada Tóriba, se presenta deforestación,

erosión, contaminación del agua por el lavado del café, el mal manejo de las porquerizas, los

galpones, las aguas servidas del casco urbano y los desechos del matadero. ( Municipio de San

Francisco de Sales, EOT)

Localización del desarrollo del proyecto.

La siguiente es una imagen de la localización general de la finca de estudio llamada El

Refugio, ubicada en la vereda El Peñón, municipio de San Francisco, mostrándose la ruta desde

Bogotá por la Salida de la Calle 80 hasta el sur del municipio San Francisco.

Ilustración 10 Localización de la Finca El Refugio, lugar de estudio

Fuente: Google Earth + adaptación

30

La ubicación del lugar de estudio con respecto al municipio San Francisco se muestra en

la Ilustración 11, donde la finca El Refugio tiene las siguientes coordenadas: 4°57’50.78’’ N y

74°17’18.47’’ O.

Ilustración 11 Ubicación de la finca El Refugio con respecto al municipio de San Francisco

Fuente: Google Earth + adaptación

Marco Conceptual

Afluente: “Agua residual u otro líquido que ingrese a un reservorio, o algún proceso de

tratamiento” (Ministerio de Desarrollo Económico de Colombia, 2000).

Aguas residuales grises: “Básicamente son aguas con jabón, algunos residuos grasos de

la cocina y detergentes biodegradables. Es importante señalar que las aguas grises pueden

transformarse en aguas negras si son retenidas sin oxigenar en un tiempo corto” (Marsilli, 2014).

Análisis físico-químico: “Examen del agua, agua residual o lodos, efectuado por un

laboratorio” (Ministerio de Desarrollo Económico de Colombia, 2000).

31

Concentración: “Se denomina concentración de una sustancia, elemento o compuesto en

un líquido, la relación existente entre su peso y el volumen del líquido que lo contiene”

(Ministerio de Desarrollo Económico de Colombia, 2000).

Criterios de diseño: “1. Normas o guías de ingeniería que especifican objetivos,

resultados o límites que deben cumplirse en el diseño de un proceso, estructura o componente de

un sistema. 2. Guías que especifican detalles de construcción y materiales” (Ministerio de

Desarrollo Económico de Colombia, 2000).

Eficiencia de tratamiento: “Relación entre la masa o concentración removida y la masa

o concentración en el afluente, para un proceso o planta de tratamiento y un parámetro

específico; normalmente se expresa en porcentaje” (Ministerio de Desarrollo Económico de

Colombia, 2000).

Efluente: “Líquido que sale de um proceso de tratamento” (Ministerio de Desarrollo

Económico de Colombia, 2000).

Fitorremediación: “Conjunto de métodos para degradar, asimilar, metabolizar o

destoxificar metales pesados, compuestos orgánicos, radiactivos, petroderivados, entre otros,

mediante la utilización de plantas con capacidad fisiológica y bioquímica para absorber, retener y

degradar o transformar dichas sustancias en formas menos impactantes” (Rubio Goyes & Paez

Ruales, 2009).

Muestra compuesta: “Mezcla de varias muestras alícuotas instantáneas recolectadas en

el mismo punto de muestreo en diferentes tiempos. La mezcla se hace sin tener en cuenta el

caudal en el momento de la toma” (Ministerio de Desarrollo Económico de Colombia, 2000).

32

Muestra puntual: “Muestra de agua residual tomada al azar en un momento determinado

para su análisis. Algunos parámetros deben determinarse in situ y otros en el laboratorio”

(Ministerio de Desarrollo Económico de Colombia, 2000).

Plantas Macrófitas: “Plantas acuáticas que brindan superficies en un humedal para el

crecimiento microbiano en las raíces, rizomas, hojas y tallos; filtran sólidos; y transfiere el

oxígeno para mantener un ambiente aerobio/oxidativo para la descomposición orgánica y apto

para la población microbiana” (Mendez Yusunguaira & Bolivar Madrigal, 2009).

Planta piloto: “Planta de tratamiento a escala de laboratorio o técnica, que sirve para el

estudio de la tratabilidad de un desecho líquido o la determinación de las constantes cinéticas y

los parámetros de diseño del proceso” (Ministerio de Desarrollo Económico de Colombia, 2000).

Proceso biológico: “Proceso en el cual las bacterias y otros microorganismos asimilan la

materia orgánica del desecho, para estabilizar el desecho e incrementar la población de

microorganismos” (Ministerio de Desarrollo Económico de Colombia, 2000).

Sistema de tratamiento acuático: “Es aquel en el cual se aplican aguas residuales sobre

terrenos húmedos naturales o artificiales con el propósito de remover sus contaminantes”

(Romero Rojas, Tratamiento de aguas residuales: teoría y principios de diseño, 1995).

Tanque séptico: “Sistema individual de disposición de aguas residuales para una

vivienda o conjunto de viviendas; combina la sedimentación y la digestión. Los sólidos

sedimentados acumulados se remueven periódicamente y se descargan normalmente en una

instalación de tratamiento” (Ministerio de Desarrollo Económico de Colombia, 2000).

33

Tiempo de retención hidráulica: “Tiempo medio teórico que se demoran las partículas

de agua en un proceso de tratamiento. Usualmente se expresa como la razón entre el caudal y el

volumen útil” (Ministerio de Desarrollo Económico de Colombia, 2000)

Tratamiento biológico: “Procesos de tratamiento en los cuales se intensifican la acción

natural de los microorganismos para estabilizar la materia orgánica presente. Usualmente se

utilizan para la remoción de material orgánico disuelto” (Ministerio de Desarrollo Económico de

Colombia, 2000).

Volumétrico: “El aforo volumétrico consiste en recoger en un tiempo específico una

cantidad de material que se está aforando o recoger un volumen específico midiendo el tiempo

utilizado en la recolección de este” (Ministerio de Desarrollo Económico de Colombia, 2000).

Marco Legal

La normatividad aplicable al proyecto de investigación se puede apreciar en la Tabla 1.

Tabla 1 Normas aplicables al proyecto de investigación

Número del acto

administrativo

Título de la norma Aplicabilidad al proyecto de

tesis

Decreto 1594 de 1984 Por la cual se regula la

asignación de usos al

recurso y determinación

de las características del

agua para cada uso.

Especifica los límites máximos

permisibles para la destinación

del recurso agua, que en el caso

del presente proyecto puede

tener distintos fines: recreativos

34

mediante contacto primario y

secundario, para uso agrícola,

para la preservación de flora y

fauna, para interés sanitario y

vertimientos.

RAS 2000 – Título E Reglamento Técnico

del Sector de Agua

Potable y Saneamiento

Básico – Tratamiento

de Aguas Residuales

Nombra los requerimientos para

el manejo de preservación y

almacenamiento las muestras a

tomar en el humedal artificial

propuesto. Dicta los parámetros

de diseño, localización,

operación y mantenimiento de

Humedales Artificiales de flujo

sumergido.

Resolución 1433 de

2004

Por la cual ser

reglamenta sobre el

Plan de Saneamiento y

Manejo de

Vertimientos.

Define las obligaciones de las

personas prestadoras del servicio

público de alcantarillado en

cuanto al Plan de Saneamiento y

Manejo de Vertimientos, que

para el proyecto aplica al existir

una falencia en este servicio.

Decreto 3930 de 2010

Por el cual se

reglamentan los usos

Define la reglamentación de los

vertimientos, de las concesiones,

35

del agua y residuos

líquidos y se dictan

otras disposiciones.

de los permisos de vertimientos,

de los planes de saneamiento y

manejo de vertimientos y de las

metas de reducción.

Resolución 0631 de

2015

Por la cual se

establecen los

parámetros y los

valores límites

máximos permisibles en

los vertimientos

puntuales a cuerpos de

aguas superficiales y a

los sistemas de

alcantarillado público

Nombra los valores máximos

permitidos a cuerpos de agua

superficiales dependiendo del

origen del vertimiento para

parámetros fisicoquímicos,

microbiológicos, de ingredientes

activos de plaguicidas, entre

otros.

36

Estado del Arte

Sistema Piloto de Humedales Artificiales en México

En el Centro de investigación en biotecnología en Mexico se llevo a cabo la investigación

titulada: Tratamiento de aguas residuales por un sistema piloto de humedales artificiales:

evaluación de la remoción de la carga orgánica, proyecto que principalmente evalúa el

porcentaje de remoción de la carga orgánica de aguas residuales, en un sistema de tratamiento

por humedales artificiales de flujo horizontal y con dos especies vegetales. El sistema fue

diseñado con tres módulos instalados de manera secuencial. En el primero se integraron

organismos de la especie Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel, en el segundo, organismos

de la especie Typha dominguensis (Pers.) Steudel y en el tercero las dos especies. (Romero

Aguilar, Colín Cruz, Sánchez Salinas, & Ortíz Hernández, 2009)

Sistema de Humedales Artificiales para una Industria Lechera: Tesis Universidad Distrital

En la Universidad Distrital Francisco José de Caldas se desarrolló una investigación

acerca de: Ensayos de eficiencia con macrófitas para la remoción de cargas contaminantes en

aguas residuales de hatos lecheros para un subsector de la laguna de Fúquene, se implementó un

sistema de humedales artificiales para tratar los vertimientos de una industria lechera y se

evaluaron en escala piloto los porcentajes de remoción de materia orgánica y nutriente tales

como DBO5, DQO, NO3, PO4 y Sólidos totales. Como base del ensayo fueron empleadas las

especies macrófitas Eichhornia crassipes (Buchón), Limnobiumlaevigaturn (Hoja flotante) y

Typhadomingensis (Enea), extraídas de la laguna de Fúquene. (Rodriguez, Ortíz Muñóz, Navarro

Chaparro, Espinosa García, & Hernández Montaña, 2006)

37

Sistema Radicular de Flujo Subsuperficial en la PTAR Salitre: Tesis Universidad de la

Salle

En la Universidad de la Salle se realizó una investigación que toma como tema central:

Tratamiento de aguas residuales domésticas mediante humedales artificiales de flujo

subsuperficial a base de Guadua Angustifolia, el diseño preliminar fue construido en la PTAR

Salitre de Bogotá y se realizaron mediciones de DBO5 total, DBO5soluble, DQO y SST en el

laboratorio de la PTAR en muestras tomadas diariamente a la entrada y salida de los filtros; el

objetivo principal fue diseñar un radicular de flujo subsuperficial a base de guadua Angustifolia

que cumpla con la remoción deDBO5, DQO y SST establecida en el Decreto 1594 de 1984 del

Ministerio de Agricultura. (González Barreto, 2004)

Reactores Anaerobios de Flujo a Pistón en Clínica Veterinaria: Tesis Universidad de la

Salle

En la Universidad de la Salle se llevó a cabo una investigación acerca de: Evaluación de

los mecanismos de remoción de fenoles en un reactor Híbrido de flujo a pistón con medio de

soporte espuma de poliuretano, se planteó una unidad de tratamiento como innovación a las

técnicas convencionales de tratamiento, mezclando la biotecnología que consiste en la aplicación

de procesos biológicos(microorganismos y plantas), como un humedal superficial de flujo

subsuperficial, con la técnica de tratamiento de Reactores Anaerobios de flujo a Pistón (RAP),

dicho sistema se construyó en la Clínica Veterinaria de la Universidad de la Salle usando como

planta macrófita del humedal de flujo subsuperficial la macrófita: Polygonum Hydropiperoides.

(Mendez Yusunguaira & Bolivar Madrigal, 2009)

38

Remoción de Zinc en Humedales Artificiales Verticales: Tesis Universidad de la Salle

En la Universidad de la Salle se realizó un proyecto de investigación cuyo tema principal

fue: La evaluación de los parámetros físicos involucrados en la remoción de Cinc en aguas

residuales industriales se efectúo siguiendo el método experimental –deductivo planteado por los

directores del proyecto que consiste en reproducir condiciones reales y establecer un análisis o

síntesis del comportamiento de los mecanismos de remoción que ocurren en los humedales

artificiales, especialmente para Cinc; esto se realiza bajo la proyección de tres fases para las tres

unidades de humedales de flujo subsuperficial en cascada. (Rubio Goyes & Paez Ruales, 2009)

39

Metodología

La metodología de esta investigación está dividida en tres fases, las cuales corresponden a

los tres objetivos específicos planteados de la siguiente manera:

La Fase 1 Diagnóstico, responde al primer objetivo específico: Realizar un diagnóstico

del estado actual de las aguas residuales grises en la finca El Refugio en el municipio de San

Francisco.

La Fase 2 Diseño, resuelve el segundo objetivo específico: Diseñar un sistema biológico

tipo humedal artificial de flujo subsuperficial para el tratamiento de las aguas residuales grises a

través de las herramientas hidráulicas, biológicas y de ingeniería.

La Fase 3 Puesta en marcha y eficiencia, resuelve el tercer objetivo específico: Evaluar la

eficiencia del humedal artificial diseñado con el fin de identificar las condiciones óptimas de su

funcionamiento.

La descripción de cada fase se muestra a continuación.

Fase 1. Diagnóstico, que contiene:

Caracterización del agua residual gris.

Selección de la localización del humedal.

Cálculo del volumen y el caudal del agua residual

Visita a la cantera

Volumen requerido para el humedal

Fase 2. Diseño, que está compuesta por:

Selección de las plantas acuáticas

Diseño geométrico del humedal artificial

40

Geomembrana

Cálculo de la pendiente

Diseño de las cajas de inspección

Fase 3. Puesta en marcha y eficiencia, que contiene:

Excavación del terreno

Colocación de geomembrana, grava y tubería

Densidad de plantas acuáticas

Trasplante de plantas acuáticas y puesta de cajas de inspección

Seguimiento del humedal artificial

El diagrama de la metodología se puede apreciar en la Ilustración 12.

Ilustración 12 Diagrama de la metodología

Fuente: La autora

Fase 1: Diagnóstico

Caracterización del agua residual gris.

La finca El Refugio, lugar de desarrollo del proyecto que se localiza en la vereda el

Peñón en el municipio de San Francisco, descarga las aguas residuales grises (únicamente de la

lavadora) directamente al Río Cañas sin ningún tipo de tratamiento, cuya distancia del punto de

descarga al río es de aproximadamente 10 metros. La frecuencia de uso de la lavadora es una vez

por semana, para su funcionamiento generalmente usan detergente común y en algunas ocasiones

suavizantes o blanqueador. La actividad que realizan los habitantes de la finca es la construcción

de modo que se espera que el agua residual gris presente cantidades significativas de materia

orgánica. En consecuencia, este afluente le proporciona altas concentraciones de cargas

contaminantes al cuerpo de agua de manera que es pertinente realizar un diagnóstico de la

caracterización fisicoquímica del agua residual gris para evaluar cuantitativamente la afectación

a este río. El muestreo preliminar realizado al agua residual gris se muestra en la Tabla 2.

Tabla 2 Caracterización del agua residual gris sin tratamiento

PARÁMETRO LAVADORA UNIDAD

pH 9,06 Unidades

T° 22,3 °C

Conductividad 2,05 mS/cm

SDT 1110 mg/L

OD % 76,4 %

43

OD mg/L 6,24 mg/L

Turbiedad 191,68 NTU

S Sed 0,2 ml/L

DQO 1337 mg O2/L

Fuente: La autora

Selección de la localización del humedal.

Inicialmente se escogieron dos alternativas para la ubicación del humedal artificial, la

primera opción cuenta con el beneficio de amplio espacio y es relativamente plano, la mayor

parte de ese terreno son pastos, la luz solar llega directamente sin obstáculos y se encuentra

aproximadamente a 3 metros de la lavadora (ver Ilustración 13). Por otro lado, la segunda

alternativa tiene un espacio más pequeño pero suficiente el desarrollo del sistema, allí se

encuentran sembradas una pocas plantas pero de poca altura, la distancia a la lavadora supera los

10 metros, como se puede observar en la Ilustración 14.

44

Ilustración 13 Localización de la alternativa 1

Fuente: La autora

Ilustración 14 Localización de la alternativa 2

Fuente: La autora

45

Se escogió la alternativa 2 porque en el terreno de la alternativa 1 los dueños tienen

planeado construir en un futuro y el sistema biológico no perduraría en el tiempo, además para

realizar la conexión del desagüe de la lavadora al sistema necesariamente tenía que pasar una

tubería por la entrada de carros de la finca y ello era una dificultad para la construcción.

Entretanto, para facilitar la cercanía de la lavadora a la localización de la alternativa 2, se movió

la lavadora al lado de la alberca y de esta forma quedaría al frente del terreno, asimismo las

plantas que allí había sembradas se trasplantarían al frente de la finca. La ubicación de lo

mencionado anteriormente se puede apreciar en la Ilustración 15 Esquema de la ubicación espacial de

la Finca El Refugio. Las convenciones de dicho esquema se visualizan en la Ilustración 16.

46

Ilustración 15 Esquema de la ubicación espacial de la Finca El Refugio

Fuente: La autora

47

Ilustración 16 Convenciones del esquema de la ubicación espacial de la Finca El Refugio

Fuente: La autora

48

Cálculo del volumen y el caudal del agua residual.

Una vez localizado el sitio de la unidad piloto fue necesario realizar la medición de la

cantidad de agua residual que es descargada durante un ciclo de la lavadora debido a que en la

finca utilizan este electrodoméstico una vez a la semana. Para ello se utilizaron recipientes

cilíndricos de diferentes tamaños en los cuales se depositó todo el volumen de agua, se calculó el

volumen de cada recipiente y se realizó la sumatoria de estos volúmenes para así obtener el

volumen total de agua residual gris; este procedimiento se realizó para las dos fases que

contienen un ciclo de lavado puesto que una es la fase de enjabonado y la segunda fase es la de

enjuague. La fórmula utilizada para el cálculo del volumen de los recipientes es la misma que el

volumen de un cilindro, que es la siguiente:

Ecuación 1 Volumen de un cilindro

Donde:

V : es el volumen del cilindro en L (litros)

r : es el radio del cilindro en m (metros)

h: es la altura del cilindro en m (metros)

π : es el número pi (adimensional)

Dichos cálculos se pueden apreciar en Tabla 3.

49

Tabla 3 Cálculo del volumen de agua en la primera fase de la lavadora

Fuente: La autora

Como se puede observar en la Tabla 4, la segunda fase de la lavadora gastó más cantidad

de agua que la primera fase ya que en la fase de enjuague se requiere un mayor volumen para

separar el jabón de la ropa.

Primera fase de la lavadora : enjabonado

Recipiente Diámetro

(m)

Radio

(m)

Altura

(m)

Número π Volumen

(m³)

Volumen

(L)

A 0,30 0,15 0,30 3,14159265 0,0215 21,49

B 0,37 0,19 0,58 3,14159265 0,0623 62,31

C 0,30 0,15 0,25 3,14159265 0,0175 17,46

D 0,30 0,15 0,21 3,14159265 0,0148 14,77

E 0,30 0,15 0,05 3,14159265 0,0034 3,360

F 0,30 0,15 0,30 3,14159265 0,0215 21,49

Sumatoria 140,88

50

Tabla 4 Cálculo volumen de agua en la segunda fase de la lavadora

Segunda fase de la lavadora : enjuague

Recipiente Diámetro

(m)

Radio

(m)

Altura

(m)

Número π Volumen

(m³)

Volumen

(L)

G 0,30 0,15 0,30 3,14159265 0,0215 21,49

H 0,37 0,19 0,58 3,14159265 0,0623 62,31

I 0,30 0,15 0,25 3,14159265 0,0175 17,46

J 0,30 0,15 0,12 3,14159265 0,0087 8,730

K 0,37 0,19 0,58 3,14159265 0,0623 62,31

Sumatoria 172,29

Fuente: La autora

Luego se sumaron los dos volúmenes de agua provenientes de las dos fases con el fin de

obtener el volumen total en un ciclo de la lavadora y saber con exactitud el volumen de agua

requerido para el humedal (ver Tabla 5)

Tabla 5 Volumen de agua de un ciclo completo de la lavadora

Fase de la lavadora Volumen

Primera fase: Enjabonado 140,88 litros

0,141 metros cúbicos

51

Segunda fase: Enjuague 172,29 litros

0,172 metros cúbicos

Volumen Total 313,170 litros

0,313 metros cúbicos

Fuente: La autora

Para determinar el caudal se hace uso de la Ecuación 2, tomando como volumen el valor

hallado en la Tabla 5 y como tiempo de retención la frecuencia de uso de la lavadora en la finca,

que en este caso es 1 vez a la semana.

Ecuación 2 Determinación del caudal

Donde:

Q : es el caudal (L/semana)

V : es el volumen en L (litros)

t : es el tiempo de retención en semanas

La solución de la Ecuación 2 se encuentra en la Tabla 6. Cabe aclarar que el tiempo usado

para la determinación de este caudal no corresponde al tiempo que demora el agua residual en

salir por el desagüe de la lavadora sino al tiempo que va a estar retenido el volumen de agua

residual en el humedal artificial.

52

Tabla 6 Cálculo del caudal

Variable Unidad

Volumen 313,17 litros (L)

Tiempo de retención 1 semana

Caudal 313,17 L/semana

Fuente: La autora

Visita a la Cantera.

Un material importante para lograr el desarrollo del diseño del humedal artificial a escala

piloto fue la grava ya que este es el material filtrante del humedal artificial y define el volumen

de la estructura. Es importante conseguir grava en vez de piedra ya que esta última tiene bordes

filosos y podría romper la geomembrana.

Para adquirirlo fue necesario visitar una cantera ubicada en el municipio de Subachoque,

lugar donde trituran la grava en diferentes tamaños, como se puede apreciar en la Ilustración 17

Proceso de trituración de la grava. Allí venden el material en tres tamaños diferentes:

⁄ , ⁄ y pulgada de diámetro. Se escogió el tamaño de 1 pulgada de diámetro

debido a que entre mayor sea el tamaño del material filtrante, mayor es su porosidad y para el

diseño del humedal se necesita una alta porosidad para que en los espacios vacíos de la grava

circule el agua residual a tratar.

El proceso de producción de la grava comienza por su extracción, que en el caso de la

cantera visitada la grava es extraída de las minas cercanas al municipio de Subachoque, luego la

53

transportan en camiones a las canteras de esta región, enseguida la trituran en los diferentes

diámetros mencionados anteriormente. Posteriormente la lavan para quitarle los residuos de

arena y apilan el material final en montañas de grava listas para su venta.

Ilustración 17 Proceso de trituración de la grava

Fuente: La autora

Volumen requerido para el humedal.

Según la Tabla 6 Cálculo del caudal, el agua residual a tratar son 313,17 litros por semana.

Sin embargo hay que calcular el volumen que ocupa la grava en determinado volumen de agua,

para ello se realizó un experimento con un recipiente cilíndrico de volumen conocido (ver Tabla

7) al cual se le agregó grava de 1 pulgada (conseguida en la Cantera de Subachoque) hasta una

54

altura específica (20 cm) y posteriormente con un Erlenmeyer que contenía 800 ml de agua se

añadió dicho líquido hasta la altura de la grava (ver Ilustración 18), sobrando 300 ml de agua, es

decir, se gastó 500 ml de agua, obteniendo una relación volumen de grava / volumen de agua.

Tabla 7 Cálculo del volumen del recipiente usado para experimento de la grava

Diámetro (m) Radio (m) Altura (m) Número π Volumen (m³) Volumen (L)

0,1 0,05 0,2 3,14159265 0,0016 1,57

Fuente: La autora

Ilustración 18 Ensayo con grava de 1 pulgada

Fuente: La autora

La razón obtenida de la relación volumen de grava / volumen de agua fue:

1,57 L de grava / 0,5 L de agua. Por medio de una conversión se calcula la cantidad de

grava que se necesita para que en medio de esta fluyan los 313,17 litros de agua residual gris,

como se muestra a continuación:

55

Por consiguiente, la relación volumétrica resultante es:

0,98 L de grava / 313,17 L de agua.

Fase 2: Diseño

Selección de las plantas acuáticas.

Posteriormente se realizó un recorrido por el Río Cañas con el fin de identificar aquellas

especies de flora que pudieran ser aptas para ser usadas en el montaje del humedal artificial,

tomando como base la necesidad de ser plantas acuáticas y la ventaja de ser especies nativas ya

que así existen más facilidades de adaptación al sistema. Para hacer el reconocimiento de las

especies acuáticas se tomó como apoyo una guía que muestra el nombre científico y la imagen de

diversas especies llamado: El libro de las plantas acuáticas, de la editorial Hispano Europea (Van

der Velde); al realizar la comparación con las especies encontradas en el Río Cañas se

encontraron estas especies:

Juncus effusus (Junco de Esteras)

Cyperus alternifolius (Paragüitas)

Guadua angustifolia (Guadua)

56

Para caracterizar de una mejor manera estas plantas, se diseñaron fichas que tuvieran

tanto imágenes de cada una de sus partes como su descripción y sus características morfológicas,

las cuales se pueden apreciar en la Ilustración 19 Ficha de caracterización del Junco de esteras,

Ilustración 20 Ficha de caracterización de la Paragüitas, Ilustración 21 Ficha de caracterización de la

Guadua.

Además, se decide anexar otras plantas acuáticas para colocar en el humedal artificial que

no son nativas de San Francisco pero que, debido a su tolerancia a las aguas residuales y su fácil

adaptabilidad a otro clima, son óptimas para realizar un tratamiento eficiente y poseen una rápida

reproducción. Dichas plantas son:

Cortadería selloana (Carrizo de la pampa)

Typha latifolia (Enea)

Eichhornia crassipes (Jacinto de agua)

Cuyas fichas se pueden observar en la Ilustración 22 Ficha de caracterización de Carrizo de la

pampa, Ilustración 23 Ficha de caracterización de la Enea, Ilustración 24 Ficha de caracterización del

Jacinto de agua.

57

Ilustración 19 Ficha de caracterización del Junco de esteras

58

Ilustración 20 Ficha de caracterización de la Paragüitas

59

Ilustración 21 Ficha de caracterización de la Guadua

60

Ilustración 22 Ficha de caracterización de Carrizo de la pampa

61

Ilustración 23 Ficha de caracterización de la Enea

62

Ilustración 24 Ficha de caracterización del Jacinto de agua

63

Diseño geométrico del humedal artificial.

Los diseños presentados a continuación se encuentran en planos en la Sección de Anexos

en el Anexo 2. Planos de Diseño del Humedal Artificial y allí se pueden apreciar en detalle. Algunas

de las ilustraciones mostradas en el Diseño corresponden a pantallazos de los planos originales.

En la primera parte del diseño se definió la forma del humedal que en este caso fue

trapezoidal ya que esta forma permite que los lados inclinados de la figura sean convenientes

para los terrenos que se excava porque es posible darles el ángulo donde los materiales de

construcción son estables. Además, la pendiente de los lados queda definida con el ángulo

respecto de la horizontal, que es “La relación de la distancia horizontal a la vertical, denominado

declive y se indica por medio del valor de ‘z’ el cual es la distancia horizontal que corresponde a

una unidad de distancia vertical” (Mott, 2006). Para el diseño del humedal a prueba piloto se

estableció un ángulo con respecto a la horizontal de 45° y por consiguiente un ‘z’ de 1, como se

muestra a continuación en Ilustración 25.

Ilustración 25 Esquema de un trapecio

Fuente: La autora

64

Según la ilustración anterior, cada letra corresponde a una medida del trapecio para así

poder hallar su área transversal, cuya fórmula es:

Ecuación 3 Área transversal del trapezoide

( ( ))

Donde:

A transversal : es el área transversal del trapezoide (m²)

b: es el ancho inferior del trapecio (m)

z : es el declive (adimensional)

y : es la altura del trapecio (m)

Así, una vez obtenida el área transversal, es posible darle volumen a la figura y que esta

sea de forma trapezoidal, denominado en la siguiente ecuación:

Ecuación 4 Volumen del trapezoide

Donde:

V : es el volumen del trapezoide (m³)

A transversal : es el área transversal del trapezoide (m²)

l : es el largo del trapezoide (m)

65

Recordando que la cantidad de agua mínima requerida para el montaje del humedal es de

0,984 m³, se emplean las ecuaciones anteriormente mencionadas para el cálculo del área

transversal y del volumen, mostrado en la Tabla 8 y obteniendo así un volumen de 1,008 m³.

Tabla 8 Dimensiones del trapezoide hasta el nivel del agua

Volumen requerido 0,984 m³

Área transversal 0,36 m²

b = ancho inferior 0,5 m

z= declive 1

y= profundidad 0,4 m

l= largo 2,8 m

a = ancho superior 1,3 m

Área superficial 3,64 m²

Volumen 1,008 m³

Fuente: La autora

Sin embargo estas no son las dimensiones finales del humedal ya que el flujo de este va a

ser subsuperficial y se requiere una altura mayor de grava para asegurar que el agua quede por

debajo del nivel de la grava, la cual tendrá 10cm más de altura, para así obtener un “y” de 0,5 m

como se puede observar en la Tabla 9.

66

Tabla 9 Dimensiones del trapezoide hasta el nivel de la grava

Área transversal 0,5 m²

b = ancho inferior 0,5 m

z= declive 1

y= profundidad 0,5 m

l= largo 3 m

a = ancho superior 1,5 m

Área superficial 4,5 m²

Volumen 1,5 m³

Fuente: La autora

Además, hay que tener en cuenta el borde libre de la estructura que será 10 cm mayor al

nivel de la grava, es decir, se obtiene un “y” de 0,6 m; siendo estas las medidas finales del

humedal a escala piloto y se definen en la Tabla 10.

Tabla 10 Dimensiones del trapezoide hasta el borde libre

Área transversal 0,66 m²

b = ancho inferior 0,5 m

z= declive 1

y= profundidad 0,6 m

67

l= largo 3,2 m

a = ancho superior 1,7 m

Área superficial 5,44 m²

Volumen Total 2,112 m³

Fuente: La autora

La visualización gráfica de las medidas de la unidad de tratamiento mostrada en la tabla

anterior se puede observar en la Ilustración 26 por medio de una vista en corte transversal.

Ilustración 26 Vista del corte transversal del humedal artificial

Fuente: La autora

Geomembrana.

Uno de los criterios establecidos para definir las dimensiones del humedal fue la

geomembrana, la cual es el material impermeable que permite el estancamiento del agua y evita

fugas de agua al suelo parental. Dicho material lo venden mínimo de 4m de ancho, por lo cual si

se quería realizar una estructura de menor ancho necesariamente se iba a desperdiciar material,

68

así que primeramente se calculó el área transversal (mostrada en la Ilustración 26) y luego se

determinó que largo era necesario para cumplir con el volumen requerido de agua.

La Ilustración 27 es la vista en planta de la estructura del humedal artificial, tanto para sus

medidas a nivel del terreno como las medidas a 60 cm de profundidad, donde se puede apreciar

la forma trapezoidal del sistema.

Ilustración 27 Vista en planta de la estructura del humedal artificial

Fuente: La autora

Al realizar una sumatoria de la cantidad de geomembrana requerida a lo ancho se debe

tener en cuenta que esta no ocupa el mismo espacio extendida horizontalmente que cuando se

coloca cubriendo la estructura trapezoidal debido a las diagonales que componen todo el sistema

(en este caso 0,85m), además en los bordes de la estructura se agrega un margen de 15 cm a cada

69

lado, lo cual aumenta el área requerida del material, quedando las medidas para la geomembrana

de la siguiente manera:

Entonces se necesitaría un área de:

Ecuación 5 Área requerida para la geomembrana

Los diferentes tipos de geomembrana dependen del material del cual están hechas y del

espesor de cada una de ellas, en la Tabla 11 se presentan dichas especificaciones.

Tabla 11 Tipos de Geomembranas según su material y espesor

Calibre

(Mils)

Espesor

(mm)

Tipo de

material

30 0,75 PVC

40 1,00 CPE

40 1,00 CSPE

30 0,75 HDPE

98 2,45 HDPE

70

Mils: Milésimas de pulgada

PVC: Policloruro de vinilo

CPE: Polietileno clorado

HDPE: Polietileno de alta densidad

Fuente: (USEPA, 1988)

Se decide escoger una geomembrana de calibre de 30 Mils debido a que una de mayor

calibre se usa cuando por el terreno circula maquinaria pesada y en el presente proyecto no se

requiere de ello. El calibre de 30 Mils (Sistema Ingles) equivale al espesor de la geomembrana

de 30 milésimas de pulgada y a su vez equivale a 0,75 mm (Sistema Internacional). El tipo de

material escogido fue el de HDPE, es decir, un polietileno de alta densidad, puesto que este es el

más recomendado para actividades de saneamiento ambiental, según la USEPA.

Cálculo de la pendiente.

Además, para garantizar que el agua evacúe correctamente el sistema, según Romero es

pertinente dejarle una pendiente de máximo 1% (Romero Rojas, Tratamiento de aguas

residuales: teoría y principios de diseño, 1995), de manera que el funcionamiento hidráulico

permita la salida del agua al río, para ello se hace uso de la fórmula de la pendiente, mostrada en

la Ecuación 6.

Ecuación 6 Fórmula de la pendiente de un terreno en porcentaje

71

Donde:

m : pendiente de un terreno (%)

y : distancia vertical (m)

x : distancia horizontal (m)

100 : factor de conversión a porcentaje

Para el montaje del humedal artificial la distancia horizontal (x) corresponde al largo del

humedal, el cual es de 3,2 m, la pendiente sería de 1% y se despeja “y” en la Ecuación 6 para

determinar la distancia vertical necesaria para lograr dicha pendiente. Según lo anterior se

requiere de una diferencia de 3,2 cm en para lograr 1% de pendiente, como se muestra en la

Ilustración 28, pero como en campo es difícil tomar una medida tan exacta, se decide que en un

extremo se deja 0,57 m de profundidad y en el otro 0,60 cm para lograr una diferencia de 3 cm,

que equivale a una pendiente de 0,93%, como se observa en la Ecuación 7.

Ecuación 7 Pendiente del humedal artificial en porcentaje

72

Ilustración 28 Vista en corte longitudinal de la pendiente del terreno antes de darle la forma

trapezoidal

Fuente: La autora

También se puede hallar la pendiente por medio del teorema de Pitágoras para definirla

como un ángulo de algún grado determinado, se hace referencia entonces a un triángulo

rectángulo compuesto por dos catetos y una hipotenusa, cuya relación trigonométrica nos da el

grado requerido, que en este caso es la tangente.

El cálculo de la pendiente se evidencia en la Ecuación 8.

Ecuación 8 Pendiente del humedal artificial en grados

73

Diseño de las cajas de inspección.

Por otro lado, para revisar la calidad del agua tanto a la entrada como a la salida del

humedal se diseñaron dos cajas de inspección, la primera conecta el desagüe de la lavadora con

la tubería de entrada del sistema y segunda conecta la salida hidráulica del humedal con el tubo

de salida que va al río. La caja de inspección de entrada se diseñó de forma cúbica con una

medida de cada lado de 10 cm, la función básica de esta caja es la posibilidad de tomar muestras

de agua antes del tratamiento biológico para evaluar características fisicoquímicas del agua, su

diseño se puede observar en la Ilustración 29.

Ilustración 29 Diseño caja de inspección de entrada, vista de perfil

Fuente: La autora

Para la caja de inspección de salida se diseñó que tuviera dos funciones una que es la de

facilitar la toma de muestras a la salida del humedal artificial y la otra de garantizar la salida

eficiente del agua residual tratada, para ello se diseñó un sistema de desagüe basado en un corte

horizontal a 20 cm a la superficie de la caja, con 2 cm de grosor, espacio por el cual se

introducirá una sección de la geomembrana que se cortará a 20 cm de altura; también se

diseñaron varios orificios de manera que el tratamiento biológico sea de flujo subsuperficial cuyo

diseño en vista frontal se puede apreciar en la Ilustración 30.

74

Ilustración 30 Diseño caja de inspección de salida en la vista frontal

Fuente: La autora

Igualmente, en la Ilustración 31 se puede observar la altura tanto del rebose (lado

izquierdo) como del tubo que llega al río (lado derecho) por medio de una vista lateral.

Ilustración 31 Diseño caja de inspección de salida en la vista lateral

Fuente: La autora

75

Fase 3: Puesta en Marcha y Eficiencia

El comienzo de la fase experimental del presente proyecto, que incluyó todo el proceso

de diseño y construcción, se desarrolló teniendo como base una restricción presupuestal, que, en

consecuencia, tuvieron influencias en varias de las decisiones tomadas en la elaboración de la

metodología, significando así una limitante en la aplicación de la medida de manejo del agua

residual gris. El presupuesto total gastado en la presente investigación es mostrado en la sección

de Anexos, en la Tabla 18 Presupuesto total del proyecto.

Excavación del terreno.

Como se mostró en la fase 2, las dimensiones del humedal artificial ya están

especificadas en la Tabla 10 Dimensiones del trapezoide hasta el borde libre, y con estos datos se

comenzó la excavación del terreno (ver Ilustración 32), sin embargo hubo muchas dificultades

durante el proceso ya que el suelo es muy rocoso (ver Ilustración 33) y se encontraron rocas de

hasta 1,20 metros de diámetro y ello imposibilitaba darle la forma trapezoidal a la estructura por

esto se procedió a excavar de forma rectangular el terreno de modo que el largo quedó de 3,2

metros y el ancho de 1,7 metros tanto en la superficie como en su profundidad como se puede

apreciar en la Ilustración 34.

76

Ilustración 32 Proceso de excavación del terreno

Fuente: La autora

Ilustración 33 Rocas extraídas del terreno

Fuente: La autora

Además, en esta etapa de la excavación, se tuvo en consideración la pendiente del terreno

que fue de 0,93% como se puede evidenciar en la Ecuación 7 Pendiente del humedal artificial, para

su obtención fue necesaria una manguera cuyos extremos estuvieran en los dos extremos a lo

77

largo de la estructura, esta se llena de agua y por el principio de Pascal, se nivelará este líquido lo

que nos indicará la nivelación del terreno, entonces al extremo de la caja de inspección de salida

se excava 3 cm más profunda, logrando así la pendiente deseada.

Ilustración 34 Excavación de forma rectangular del terreno

Fuente: La autora

Luego, para obtener las pendientes características de una estructura trapezoidal, se volvió

a colocar tierra en la excavación en la misma medida que se rociaba con agua con el fin de lograr

una mayor compactación del suelo y moldearlo de una manera más sencilla, como se puede

observar en la Ilustración 35.

78

Ilustración 35 Forma trapezoidal de la estructura y compactación del suelo con agua

Fuente: La autora

Colocación de geomembrana, grava y tubería.

Posteriormente, se coloca la geomembrana y se le la da forma de la estructura, se tiene la

precaución de mover cualquier piedra pequeña que pueda rasgarla y se comienza a rellenar la

estructura con la grava de 1 pulgada de diámetro (ver Ilustración 36).

Ilustración 36 Puesta de la geomembrana y de la grava del fondo de la

estructura

Fuente: La autora

79

Luego, se coloca la tubería de entrada hidráulica, la cual consta primero de un tubo de 50

cm de 1” que va localizado en el fondo de la estructura horizontalmente, la cual posee

perforaciones múltiples para que el agua residual se distribuya uniformemente a lo ancho del

humedal (ver Ilustración 37 izquierda), esta va conectada a una Tee de 1” y en la abertura

superior de esta se coloca otro tubo de 1” sin perforación de forma vertical como se observa en la

Ilustración 37 derecha.

Ilustración 37 Tubería para conexión de entrada hidráulica

Fuente: La autora

Densidad de plantas acuáticas.

Como ya se mencionó en la Fase 2: Diseño, en el ítem Selección de las plantas acuáticas,

las características de las plantas acuáticas escogidas para usar en el humedal artificial, que

denominadas con su nombre científico son: Juncus effusus, Cyperus alternifolius, Guadua

angustifolia, como plantas nativas y: Cortadería selloana, Typha latifolia, Eichhornia crassipes

como plantas no nativas.

80

Antes de sembrar estas plantas fue necesario realizar una visita al humedal Santa María

del Lago con el fin de determinar cuántas plantas acuáticas se encuentran en un metro cuadrado

de superficie y así establecer a que distancia se encuentra una de otra (ver Ilustración 38), para

tomar estos datos como referencia al momento de colocar las plantas en el humedal artificial. Lo

obtenido en este humedal natural fue un total de 7 plantas acuáticas en 1m2

con una distancia

promedio de 30 – 40 cm entre ellas.

Ilustración 38 Determinación del número de plantas acuáticas en 1 m2 en el Humedal Santa María

del Lago

Fuente: La autora

Trasplante de plantas acuáticas y puesta de cajas de inspección.

Teniendo en cuenta lo anterior, la superficie del humedal artificial tiene un área de 5,44

m2 (ver Tabla 10 Dimensiones del trapezoide hasta el borde libre), por lo cual si por cada metro

cuadrado se debe sembrar 7 plantas acuáticas según la densidad de plantas determinada en el

Humedal Santa María del Lago, en 5,44 m2 se deberán sembrar aproximadamente 35 plantas

(5,44 m2 * 7 plantas). No obstante, según la investigación realizada en las fichas de las plantas

81

acuáticas en la FASE 2, en la Selección de las plantas acuáticas, las macrófitas requieren

diferentes profundidades de plantación según el tipo de especie, por tanto aquellas que requieren

menores profundidades tales como Juncus effusus y Cyperus alternifolius (de 0 a 10 cm) se

pueden colocar tanto en la zona perimetral como en el centro del humedal artificial, Eichhornia

crassipes que requiere de 20 a 30 cm de profundidad puede ser sembrada a partir 20 cm de

distancia del borde libre, y Cortadería selloana al igual que Typha latifolia pueden ser

sembradas en el centro del humedal, lugar que garantiza la profundidad necesaria para su

desarrollo.

Ahora bien, con el área de plantación ya definida al igual que la distribución en el

sistema, es posible realizar el trasplante de las plantas acuáticas como se puede apreciar en la

Ilustración 39.

Ilustración 39 Vista general del montaje finalizado del humedal artificial

Fuente: La autora

82

Igualmente se puede observar con más detalle el humedal artificial por medio de una vista

lateral como se muestra en la Ilustración 40.

Ilustración 40 Vista en detalle del humedal artificial

Fuente: La autora

Además, también se puso en funcionamiento la caja de inspección de entrada que conecta

el desagüe de la lavadora por medio de una manguera de 1” de diámetro con la tubería que

distribuye el agua en el humedal artificial como se puede apreciar en la Ilustración 41.

83

Ilustración 41 Instalación de la caja de inspección de entrada

Fuente: La autora

Igualmente se instaló la caja de inspección de salida que funciona como rebose y permite

la evacuación del agua por medio de un tubo de 1” al río como se muestra en la Ilustración 42. El

detalle de las dimensiones y el diseño de esta caja se puede apreciar en la Ilustración 30 Diseño

caja de inspección de salida en la vista frontal y en la Ilustración 31 Diseño caja de inspección de salida

en la vista lateral.

84

Ilustración 42 Instalación de la caja de inspección de salida

Fuente: La autora

Con estos últimos ajustes se comienza la puesta en marcha del humedal artificial de flujo

subsuperficial en la finca El Refugio, en la vereda El Peñón, en el municipio de San Francisco,

Cundinamarca. La vista general, que muestra desde el punto de descarga del agua residual

(lavadora), pasando por la caja de inspección de entrada, continuando por el tratamiento

biológico (humedal artificial) y finalizando con la caja de inspección de salida se puede apreciar

en una foto panorámica, mostrada en la Ilustración 43.

85

Ilustración 43 Foto panorámica de todo el recorrido del agua residual gris

Fuente: La autora

Seguimiento del humedal artificial.

El seguimiento al sistema se realizó mediante la medición de los diferentes parámetros de

calidad del agua: la temperatura, la conductividad, los sólidos suspendidos totales, la DQO, el pH

y los sólidos sedimentables. Los equipos utilizados fueron alquilados del Laboratorio de

Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la Universidad de la Salle, para uso externo en el sector de

estudio y fueron los siguientes: Multiparámetro marca Hanna (número de placa de inventario

101513, No.6) para la medición de la temperatura, la conductividad, los SDT y el pH. El oxígeno

disuelto fue medido con un Oxímetro impermeable marca Hanna (número de placa de inventario

61802, No.2). La turbidez se midió por el método de nefelometría con un Turbidímetro marca

Hanna (número de placa de inventario 103718. No.3), los sólidos sedimentables fueron medidos

mediante el método de volumetría haciendo uso de un cono Imhoff y la DQO fue medido

directamente en el laboratorio por el método colorimétrico de reflujo cerrado (Método Estándar

5520 D).

86

Para registrar el seguimiento al proyecto realizado, en la Tabla 12 Cronograma de

seguimiento del humedal artificial se presentan las fechas de la toma de cada uno de los muestreos,

comenzando por el día de la puesta en marcha (10 de octubre) y los siguientes 8 muestreos (con

aproximadamente 15 días de diferencia cada uno), evidenciándose un intervalo de

aproximadamente 2 meses en los cuales no fue posible realizar muestreos; obteniendo así un

total de 5 meses de seguimiento del humedal artificial desde su fecha de instalación.

Tabla 12 Cronograma de seguimiento del humedal artificial

FECHA ACTIVIDAD

2015

10 de octubre

Puesta en marcha del humedal artificial

31 de octubre

Mantenimiento del humedal (extracción de hojas

secas, poda de hojas muertas)

11 de noviembre

Medición 1 del agua residual en equipos de

análisis de parámetros de calidad del agua y

mantenimiento

25 de noviembre

Medición 2 del agua residual en equipos de

análisis de parámetros de calidad del agua y

mantenimiento

87

17 de diciembre Mantenimiento del humedal (extracción de hojas

secas, poda de hojas muertas)

2016

20 de enero

Medición 3 del agua residual en equipos de

análisis de parámetros de calidad del agua y

mantenimiento

27 de enero

Medición 4 del agua residual en equipos de

análisis de parámetros de calidad del agua y

mantenimiento

17 de febrero Medición 5 del agua residual en equipos de

análisis de parámetros de calidad del agua y

mantenimiento

2 de marzo Medición 6 del agua residual en equipos de

análisis de parámetros de calidad del agua y

mantenimiento

88

9 de marzo Medición 7 del agua residual en equipos de

análisis de parámetros de calidad del agua y

mantenimiento

30 de marzo Medición 8 del agua residual en equipos de

análisis de parámetros de calidad del agua y

mantenimiento

Fuente: La autora

El mantenimiento del humedal artificial es bastante sencillo, es básicamente extraer la

hojarasca de la superficie proveniente de las hojas secas que caen de los árboles aledaños y así

evitar que se acumule materia orgánica en la zona de tratamiento, la cual va a exigir una

demanda considerable de oxígeno para su degradación. Así mismo se debe tener en cuenta el

correcto funcionamiento de la unidad piloto, como por ejemplo la verificación del sistema

hidráulico de manera que no se presenten fugas de agua ni reboses, el buen crecimiento y

desarrollo de las plantas, evaluar que dicha flora no se comporte como invasora o por el contrario

que se estanque en su crecimiento, confirmar que la geomembrana actúa como una capa

impermeable y que se encuentre en buen estado, verificar el nivel del agua del humedal de forma

que siempre se mantenga con un flujo subsuperficial, comprobar que el sistema no presenta

olores ni roedores, entre otros factores que determinan el buen estado del humedal artificial. Las

respectivas fotos de seguimiento al proyecto, tanto del humedal artificial de manera general

como de cada planta acuática de manera individual, son mostradas desde la Ilustración 44 hasta la

Ilustración 52.

89

Ilustración 44 Foto de seguimiento del 31 de octubre de 2015

Fuente: La autora

Ilustración 45 Foto de seguimiento de la planta Cyperus alternifolius (Paragüitas)

Fuente: La autora

90

Ilustración 46 Foto de seguimiento de la planta Eichhornia crassipes (Jacinto de agua) y Juncus

effusus (Junco de Esteras)

Fuente: La autora

Ilustración 47 Foto de seguimiento de la planta Cortadería selloana (Carrizo de la pampa)

Fuente: La autora

91

Ilustración 49 Foto de seguimiento de la planta Typha

latifolia (Enea)

Fuente: La autora

Ilustración 48 Foto de seguimiento de la flor de la planta

Cortadería selloana (Carrizo de la pampa)

Fuente: La autora

92

Ilustración 50 Foto de seguimiento del 17 de diciembre de 2015

Fuente: La autora

93

Ilustración 51 Foto de seguimiento del 20 de enero de 2016

Fuente: La autora

En las fotos de seguimiento se puede apreciar que las plantas se adaptaron tanto a las

condiciones climáticas de San Francisco de Sales como a las características fisicoquímicas del

agua residual, todas lograron sobrevivir a excepción de la Guadua angustifolia puesto que ésta

no soporta altos niveles de humedad. El principal interés de trasplantarla al humedal fue su valor

económico en el sector de construcción luego de la finalización de su vida útil en el sistema y se

pensó que por ser una planta nativa del municipio podría adaptarse a las condiciones del

tratamiento biológico.

Las demás macrófitas continuaron su crecimiento y expansión dentro del humedal

artificial de manera progresiva, e incluso la planta Cortadería selloana floreció en el cuarto mes

94

de seguimiento (ver Ilustración 48), dando origen a tres espigas de color amarillo pálido y

bastante frondosas, sus tallos miden más de 1 metro de altura y cada flor presenta una altura en

promedio de 30 centímetros.

Ilustración 52 Foto de seguimiento del 2 de marzo de 2016

Fuente: La autora

95

Criterios de Diseño

La pregunta problema con que se inició el objetivo de desarrollo de este proyecto fue la

siguiente:

¿Qué variables son las más importantes para tratar aguas residuales grises mediante un

humedal artificial de flujo subsuperficial a escala piloto localizado en la vereda El Peñón en el

municipio de San Francisco?

Ahora bien, dichas variables serán denominadas parámetros de diseño, es decir, aquellos

factores que garantizan el funcionamiento del humedal artificial, que permitan lograr eficiencias

significativas de contaminantes y que prolonguen la vida útil del sistema.

Es preciso resaltar cinco parámetros de diseño fundamentales que podrían ser catalogadas

como las variables independientes del humedal:

Relación longitud/ancho (L/W), tamaño y tipo de lecho filtrante, espesor de la

geomembrana, porcentaje de la pendiente y tipologías de plantas acuáticas.

En la Tabla 13 se presentan los criterios de diseño anteriormente mencionados.

Tabla 13 Criterios de diseño del humedal artificial

Criterio Rango del criterio Valor numérico del

criterio en el humedal

Relación

longitud/ancho

(L/W)

Resultado de L/W desde 0,4

hasta 3 (CAR, 2000)

L/W = 1,88

Tamaño y tipo de Arena o grava, tamaño Grava de 1 pulgada

96

lecho filtrante depende del criterio del

diseñador

Espesor de la

geomembrana

Material impermeable como:

HDPE, CPE o PVC

(USEPA, 1988)

HDPE (polietileno de

alta densidad) de 0,75

mm de espesor y

calibre de 30 Mils

Porcentaje de la

pendiente

No es aconsejable que la

pendiente sobrepase el 1%

(Romero Rojas, Tratamiento

de aguas residuales: teoría y

principios de diseño, 1995)

Pendiente de 0,93%

Tipologías de

plantas acuáticas

Plantas acuáticas de

humedales naturales y

nativas de la región de

estudio

Juncus effusus (Junco

de Esteras, Cyperus

alternifolius

(Paragüitas),

Cortadería selloana

(Carrizo de la pampa),

Typha latifolia (Enea) y

Eichhornia crassipes

(Jacinto de agua)

Fuente: La autora

A continuación, se describe la importancia de cada criterio enunciado en la tabla anterior.

97

Relación: longitud / ancho (L/W).

La división del valor de la longitud entre el valor del ancho del humedal artificial es un

criterio de diseño relevante puesto que “La configuración debe minimizar el estancamiento para

maximizar el contacto del agua con toda la superficie y el área transversal del humedal. La

relación L/W es un factor clave para lograr esta condición” (CAR, 2000). Según la CAR, para

humedales artificiales de flujo subsuperficial es recomendable obtener una relación

longitud/ancho entre 0,4 a 3 y así garantizar un mayor contacto entre el agua con el lecho

filtrante y las raíces de las plantas acuáticas. Para el prototipo realizado en el presente proyecto,

el largo es de 3,2 m y el ancho de 1,7 m, resultando así una relación L/W de 1,88 que se

encuentra dentro del rango propuesto por la CAR.

Tamaño y tipo de lecho filtrante.

El lecho filtrante tienen múltiples funciones, entre ellas “Soportar la vegetación, dar

superficie para el contacto de los microorganismos con el agua y el oxígeno, además afectan la

capacidad de tratamiento por tiempo de retención” (CAR, 2000). El tipo de lecho a utilizar,

necesariamente debe ser uno que presente alta porosidad para que el agua pueda fluir en medio

de este y se evite que el fluido rebose. ”La arena de 1mm de tamaño efectivo tiene una porosidad

de 0,30 y la grava de 32 mm de tamaño efectivo tiene 0,40 de porosidad” (Romero Rojas,

Tratamiento de aguas residuales: teoría y principios de diseño, 1995). Razón por la cual medios

filtrantes como la arena o la arcilla serán de poca utilidad, mientras que medios como la grava

permitirán que una mayor cantidad de volumen de agua fluya en un volumen determinado de

grava, en el presente proyecto se usó grava de 1 pulgada de diámetro (ver en la sección de

98

Metodología, Fase 1: Diagnóstico, en Volumen requerido para el humedal). El lecho filtrante será

el lugar propicio para el desarrollo del sistema radicular de las plantas y a su vez el hábitat para

los microorganismos que harán parte del tratamiento biológico del humedal.

Al establecer el volumen necesario de grava para que el agua residual pueda ser tratada,

se establece de forma simultánea las medidas geométricas del humedal artificial, teniendo

cuidado de no sobrepasar 60 cm en profundidad ya que el rango de profundidad aconsejable de

tratamiento es entre 30 y 60 cm y además se debe garantizar que la altura de grava sea mayor que

la del agua de modo que el flujo sea de forma subsuperficial (CAR, 2000).

Espesor de la geomembrana.

La estructura del humedal artificial debe estar recubierta de un material que sea

impermeable y evite infiltraciones del agua residual al suelo nativo. Además, “los humedales

artificiales se construyen con revestimientos en material impermeable para impedir la

percolación y para retención completa del afluente y pérdida por percolación y

evapotranspiración” (Romero Rojas, Tratamiento de aguas residuales: teoría y principios de

diseño, 1995). Por ello lo más aconsejable es el uso de materiales impermeables como las

geomembranas que están compuestas por polietilenos de alta densidad (HDPE). El espesor de

este material dependerá de la forma de construcción, si es un trabajo manual, como ocurre con el

proyecto realizado, es posible usar un espesor de 0,75 mm cuyo calibre equivale a 30 Mils

(milésimas de pulgada), pero si el trabajo va a ser mecanizado y se requiere de máquina

retroexcavadora y camiones, el peso de ésta maquinaria hará necesario una geomembrana más

resistente. Los diferentes materiales de geomembranas, su calibre y su espesor se pueden

apreciar en la Tabla 11 Tipos de Geomembranas según su material y espesor.

99

Otro criterio importante es el área de este material impermeable ya que no solamente

debe recubrir toda la zona de tratamiento sino además es necesario dejar bordes externos en cada

arista de la estructura, dichos cálculos se pueden visualizar en la Metodología, Fase 2: Diseño,

sección Geomembrana. Asimismo, hay que tener cuidado en la medida del rollo que se

comercializa porque estos vienen generalmente de 4 o 7 m de ancho y su omisión traería como

consecuencias desperdicios en material y en el presupuesto.

Porcentaje de la pendiente.

Uno de los factores más relevantes al momento de evacuar el agua residual que ya ha sido

tratada es la pendiente. Este parámetro de diseño permite que el sistema hidráulico funcione de

manera eficaz puesto que un desnivel en la zona de salida evita el estancamiento de agua residual

junto con el rebose y la tubería de salida. La pendiente no se sugiere que sea muy pronunciada,

Jairo Romero sugiere que la pendiente no debe sobrepasar el 1% (Romero Rojas, Tratamiento de

aguas residuales: teoría y principios de diseño, 1995) debido a que podría ocasionar deficiencias

de agua en el fondo de la zona de entrada, sería una zona de desperdicio tanto de espacio como

de material y en ese sector no se desarrollaría el tratamiento biológico esperado; por ello el

porcentaje de pendiente fue de 0,93% en el proyecto. La topografía del terreno en muchos casos

puede ser aprovechada y con ello no se requeriría excavar demasiado profundo para lograr la

pendiente deseada. Los cálculos de la pendiente y las ecuaciones empleadas se pueden apreciar

en el capítulo de Metodología, Fase 2: Diseño, sección Cálculo de la pendiente.

100

Tipologías de plantas acuáticas.

Los seres vivos que intervienen en el humedal artificial y la razón por la que se le

denomina tratamiento biológico son las plantas acuáticas. Estas se encargan de transferir oxígeno

disuelto de la atmósfera al agua residual, forman y expanden sus rizomas en la zona

subsuperficial del humedal para actuar como fitorremediadoras, toleran los componentes del

agua residual, regulan el ciclo del nitrógeno y de los nutrientes en exceso que allí se encuentran.

Las plantas acuáticas además crean un hábitat para organismos descomponedores como lo son las

bacterias aeróbicas, anaeróbicas y hongos; más específicamente bacterias desnitrificantes como

los Bacillus licheniformis, Pseudomonas sp., Paracoccus denitrificans, entre otros. Esto con el fin

de convertir los compuestos de nitrógeno en formas útiles de nitrógeno, proceso que es llamado

fijación del nitrógeno. Las raíces forman pequeños nódulos donde la fijación toma lugar y la

actividad bacteriana contribuye así a la reducción de las cargas contaminantes. (Csuros, 1995)

En el capítulo de Metodología, Fase 2: Diseño, en la sección Selección de las plantas

acuáticas, se pueden encontrar las fichas de plantas que fueron usadas en el humedal artificial,

resaltando que todas a excepción de la Guadua angustifolia se adaptaron tanto a las condiciones

climáticas como a los componentes del agua residual gris. Dichas fichas contienen información

de las características morfológicas principales de cada una de las plantas, su ubicación espacial,

sus requerimientos y fotos de cada una de las partes que componen la planta incluyendo una foto

general de ésta.

101

Resultados y Análisis de los Parámetros de Calidad del Agua

Temperatura.

Según Jairo Romero, “La determinación exacta de la temperatura es importante para

diferentes procesos de tratamiento y análisis de laboratorio puesto que, por ejemplo, el grado de

saturación del oxígeno disuelto y la actividad biológica se relaciona con la temperatura”

(Romero Rojas, Calidad del agua, 2000). Los datos de temperatura medidos en el humedal

artificial indican que la temperatura no varía significativamente tanto en el afluente como en el

efluente; sin embargo, el rango de temperatura favorece el crecimiento tanto de los

microorganismos como de las plantas acuáticas puesto que es un clima cálido. La visualización

gráfica de la variación de la temperatura se puede apreciar en la Gráfica 1.

Gráfica 1 Temperatura vs. Número de muestra

Fuente: La autora

21,5

22

22,5

23

23,5

24

24,5

25

25,5

26

26,5

27

1 2 3 4 5 6 7 8

°C

Número de muestra

Temperatura

HUMEDAL (°C)

LAVADORA (°C)

102

Conductividad eléctrica.

María Csuros afirma que “la conductividad eléctrica es una expresión numérica de la

habilidad de una solución acuosa para transportar corriente eléctrica por medio de sustancias

ionizadas y/o solidos disueltos” (Csuros, 1995). Los datos obtenidos en la unidad de tratamiento

indican la tendencia a la disminución de los valores de la conductividad en comparación con los

valores de entrada antes del tratamiento, como se puede visualizar en la Gráfica 2.

Gráfica 2 Conductividad vs. Número de muestra

Fuente: La autora

Ahora bien, si se compara la conductividad del humedal del presente proyecto con un

humedal desarrollado para el tratamiento de aguas municipales en una institución en Antioquia,

éstos presentan valores promedio de conductividad de 842 µS/cm y 852 µS/cm respectivamente

(Bedoya, Ardila, & Reyes, 2014), siendo valores relativamente cercanos y demuestran la

similitud de resultados en este parámetro de calidad del agua.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

1 2 3 4 5 6 7 8

mS/

cm

Número de muestra

Conductividad

HUMEDAL (mS/cm)

LAVADORA (mS/cm)

103

Sólidos disueltos totales (SDT).

En el libro Environmental sampling and analysis for technicians de María Csuros se

enuncia que “Los sólidos disueltos totales son la porción del total de residuos que pasan a través

de un filtro de fibra de vidrio estándar y generalmente el valor es aproximadamente proporcional

a la medición de la conductividad del agua” (Csuros, 1995). “Los SDT son de importante

seguimiento ya que no pueden ser removidos por sedimentación sino por métodos físicos y

químicos y pueden causar problemas de color, sabor y olor” (IDEAM, 2007).

Los resultados de los SDT son calculados a partir de los datos medidos en la

conductividad puesto que el multiparámetro calcula a partir de una ecuación los SDT tomando

este parámetro como una variable dependiente de la conductividad, por tanto, los valores de

ambos parámetros siempre serán proporcionales y los datos obtenidos de los SDT se pueden

considerar como valores aproximados a los datos reales más no precisos en su totalidad.

Las aguas residuales grises antes de ser tratadas en el humedal presentan valores con un

rango entre 800 y 2000 mg/L y después de haber sido tratadas biológicamente en el humedal

artificial disminuye su rango entre 200 a 1000 mg/L (ver Gráfica 3) demostrando así la

disminución de la concentración en este parámetro de manera progresiva.

104

Gráfica 3 Sólidos Disueltos Totales (SDT) vs. Número de muestra

Fuente: La autora

Sólidos sedimentables.

María Csuros afirma que, los Sólidos sedimentables son sólidos en suspensión que se espera que

sean asentados por efecto de la gravedad durante un período de tiempo y son reportados, como

volumen (ml/L). Los valores obtenidos en este test son usados para evaluar el proceso de

sedimentación durante los tratamientos de agua potable y aguas residuales. (Csuros, 1995)

En los muestreos 1 y 2, momento en el cual se estaba dando la adaptación y estabilización

del humedal, los valores de los sólidos sedimentables fueron bastante altos, indicando así

aumento de la materia orgánica y por ende un aumento del caudal, el cual remueve el fango que

ya se había sedimentado en el lecho del humedal artificial y arrastra los sólidos sedimentables,

aumentando de esta forma su concentración.

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3 4 5 6 7 8

mg/

L

Número de muestra

SDT

HUMEDAL (mg/L)

LAVADORA (mg/L)

105

En el tratamiento biológico se observa una notable disminución de los sólidos

sedimentables a partir de la tercera muestra (ver Gráfica 4) que es igual a tres meses después de

instalada y puesta en marcha la unidad de tratamiento. Durante los primeros días los sólidos

sedimentables fueron bastante altos y el sistema demostró una baja eficiencia, la disminución de

los valores de este parámetro son notorios en el momento que tanto la comunidad de

microorganismos como las plantas acuáticas se estabilizan en el ecosistema. En cuanto a la

normatividad, la Resolución 0631 de 2015 establece que el valor máximo permisible de

vertimientos de sólidos sedimentables a cuerpos de agua superficiales es de 5mg/L (Ministerio

de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2015), valor que se cumple a cabalidad en todos los

muestreos realizados.

La grava juega un papel muy importante en la remoción de sólidos al actuar como un

mecanismo de filtración al igual que la fuerza gravitacional se encarga del proceso de

sedimentación. La dirección de flujo en el humedal también contribuye a que el agua se desplace

tanto horizontal como verticalmente y así se cubra todo el espacio de tratamiento.

106

Gráfica 4 Sólidos sedimentables vs. Número de muestra

Fuente: La autora

pH.

El IDEAM define que el término de pH es una forma de expresar la concentración de ión

hidrógeno o, más exactamente, la actividad del ión hidrógeno. En general se usa para expresar la

intensidad de la condición ácida o alcalina de una solución, sin que esto quiera decir que mida la

acidez total o la alcalinidad total. (IDEAM, 2007)

La variación del pH en el humedal artificial cambia notoriamente antes y después del

tratamiento, obteniéndose que en el afluente este parámetro varíe entre 9 y 10 unidades de pH,

mientras que en el efluente sus valores bajan hasta llegar a un pH en promedio neutro como se

puede apreciar en la Gráfica 5. Haciendo referencia a la normatividad, los valores de pH

evaluados en el humedal artificial cumplen con lo estipulado en la Resolución 0631 de 2015 que

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1 2 3 4 5 6 7 8

mL/

L

Número de muestra

Sólidos Sedimentables

HUMEDAL (mL/L)

LAVADORA (mL/L)

107

establece un rango entre 6 a 9 unidades de pH para el vertimiento de aguas residuales a cuerpos

de agua superficiales (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2015).

Gráfica 5 pH vs. Número de muestra

Fuente: La autora

Un pH ácido es característico de las aguas lluvias, que en promedio varía entre 5 y 6

unidades de pH, en cambio un pH alcalino es propio de los detergentes usados para lavar ropa,

que se estima en 10,5 de pH (Sigler & Bauder, 2012) y que de acuerdo con los resultados

obtenidos del afluente del humedal artificial, se confirma que el rango de pH oscila entre dicho

valor como se puede observar en la Gráfica 5 pH vs. Número de muestra. Por otro lado, existen

valores de pH aún más alcalinos y son los aditivos para mejorar la eficiencia del lavado de ropa

tales como los blanqueadores y el cloro, los valores de pH llegan hasta 12,5 unidades de pH

(Sigler & Bauder, 2012). Todo lo anterior se puede observar en la Ilustración 53.

6,5

7

7,5

8

8,5

9

9,5

10

10,5

1 3 5 7

Un

idad

es

de

pH

Número de muestra

pH

HUMEDAL (unidades de pH)

LAVADORA (unidades de pH)

108

Ilustración 53 Ejemplos de la escala de pH en diferentes productos

Fuente: (Sigler & Bauder, 2012)

“En las plantas de tratamiento de aguas residuales que emplean procesos biológicos, el

pH debe controlarse dentro de un intervalo favorable a los organismos” (IDEAM, 2007). Un pH

relativamente neutro es un ambiente apto para la presencia de microorganismos degradadores de

la materia orgánica presente en el agua residual, de modo que estas condiciones ayudan a

estabilizar los niveles de fósforo y nitrógeno y regulan los ciclos de dichos nutrientes. Se puede

tomar como ejemplo la referencia de un humedal artificial a escala piloto en Antioquia, que

posterior al tratamiento con las plantas acuáticas, registra datos de pH entre 6,87 y 7,09 unidades,

usando la Typha latifolia (Enea) y el Cyperus papyrus (Papiros) en su tratamiento (Bedoya,

Ardila, & Reyes, 2014).

109

Oxígeno Disuelto (OD).

En el libro Environmental sampling and analysis for technicians de María Csuros se enuncia que:

Una de las fuentes más importantes de oxígeno en los cuerpos de agua es el oxígeno atmosférico

que se disuelve en el agua, específicamente en el agua superficial y es conocido como el oxígeno

disuelto. La solubilidad del oxígeno en el agua es afectada por la presión parcial del gas oxígeno,

la temperatura y la salinidad del agua. La solubilidad del oxígeno en el agua disminuye con la

temperatura y con el aumento de la salinidad. (Csuros, 1995)

Las plantas acuáticas cumplen una función muy importante en la transferencia de oxígeno

al agua ya que estas realizan los procesos químicos de fotosíntesis y respiración, generando

oxígeno durante el día y dióxido de carbono durante la noche (ver Ecuación 9). Mediante el tallo

y las hojas (partes aéreas de la planta) hasta las raíces (zona radicular de la planta), transfieren

oxígeno disuelto al agua contenida en el humedal artificial, permitiendo así mantener procesos de

degradación de compuestos aerobios como ocurre con la nitrificación para la conversión del

amonio a nitrito y posteriormente a nitrato, y la fijación del nitrógeno durante la conversión de

nitrógeno atmosférico en formas útiles de nitrógeno (Csuros, 1995).

Ecuación 9 Proceso químico de la fotosíntesis y la respiración

↔

Debido a los múltiples procesos que ocurren en el humedal artificial gracias al oxígeno

contenido en el agua, la concentración de oxígeno disuelto en el agua es muy baja, manteniendo

un rango entre 1 y 2 mg/L, comprobando así la gran demanda de oxígeno en el sistema

biológico. Asimismo, “Los valores típicos de oxígeno disuelto en sistemas de humedales

vegetables emergentes son muy bajos (< 1mg/L)” (EPA, 2000). Afirmando así que los valores

110

obtenidos por la EPA coinciden con los obtenidos por el humedal artificial desarrollado,

indicando de esta forma un aumento en la actividad microbiana al requerir una mayor demanda

por parte de los microorganismos para realizar su respectivo metabolismo. Los resultados de este

parámetro antes y después del tratamiento son mostrados en la Gráfica 6.

Gráfica 6 Oxígeno Disuelto (OD) vs. Número de muestra

Fuente: La autora

Turbidez.

Jairo Romero en su libro Calidad del agua define la turbidez o turbiedad como una expresión de

la propiedad o efecto óptico causado por la dispersión e interferencia de los rayos luminosos que

pasan a través de una muestra de agua; en otras palabras, es la propiedad óptica de una suspensión

que hace que la luz sea reemitida y no transmitida a través de la suspensión (Romero Rojas,

Calidad del agua, 2000).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8

mg/

L

Número de muestra

Oxígeno Disuelto

HUMEDAL (mg/L)

LAVADORA (mg/L)

111

La transparencia de un cuerpo natural de agua es el mayor determinante de la condición y

productividad de un sistema. La turbidez en el agua es causada por materia suspendida como

arcilla, limo, materia orgánica e inorgánica fraccionada en pequeñas partículas, compuestos

orgánicos solubles, plancton y otros organismos microscópicos (Csuros, 1995).

Según la Gráfica 7, los resultados de turbidez en el afluente comparados con los del

efluente demuestran una tendencia a la disminución de los valores de éste parámetro de manera

considerable, notando una grado de estabilización de los datos desde el tercer y cuarto muestreo

hasta el último, indicando así una mejora en la productividad del sistema.

Gráfica 7 Turbidez vs. Número de muestra

Fuente: La autora

Demanda Química de Oxígeno (DQO).

En el libro Calidad del Agua, del autor Jairo Romero se afirma que: La demanda química de

oxígeno es un parámetro analítico de polución que mide el material orgánico contenido en una

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4 5 6 7 8

NTU

Número de muestra

Turbidez

HUMEDAL (NTU)

LAVADORA (NTU)

112

muestra líquida mediante la oxidación química. La determinación de la DQO es una medida de la

cantidad de oxígeno consumido por la porción de materia orgánica existente en la muestra y

oxidable por un agente químico oxidante fuerte. Es de gran importancia la medición de la DQO

en el análisis de aguas residuales ya que permite determinar las condiciones de biodegradabilidad

y el contenido de sustancias tóxicas de la muestra, así como la eficiencia de las unidades de

tratamiento. (Romero Rojas, Calidad del agua, 2000)

Al observar los valores de DQO obtenidos a la entrada y a la salida del humedal artificial

se evidencia una tendencia significativa de reducción de éste parámetro de calidad como lo

muestra la Gráfica 8, estableciendo así que la demanda de oxígeno para oxidar materia orgánica

es bastante alta intuyendo que se requirió una mayor cantidad de oxígeno para degradar los

compuestos inorgánicos y de esta forma menor oxigeno disponible en el medio acuoso. Al

comparar los resultados de este parámetro con el valor máximo permisible de la DQO a cuerpos

de aguas superficiales que es de 200 mg de O2/L (Ministerio de Ambiente y Desarrollo

Sostenible, 2015), se observa que se cumple la norma para los muestreos del No.4 al 7.

113

Gráfica 8 DQO vs. Número de muestra

Fuente: La autora

La reducción en la concentración de la DQO a la salida del sistema en relación con la

concentración de entrada, probablemente se debe según Kadlec:

Al metabolismo de los macro y microorganismos heterótrofos aerobios y anaerobios, utilizando

los compuestos orgánicos del agua para la producción de biomasa, aunque los picos encontrados

en el sistema pueden ser causados por las reacciones químicas que se generan en éste,

principalmente de óxido-reducción. (Kadlec et al., 2000)

Dicha reducción ocurrió en el humedal artificial implementado, pasando de valores en el afluente

entre 1100 y 1300 mg de O2/L a valores en el efluente entre 100 y 300 mg de O2/L.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 2 3 4 5 6 7 8

mg

O2/

L

Número de muestra

DQO

HUMEDAL (mg O2/L)

LAVADORA (mg O2/L)

114

Análisis Estadístico Descriptivo y Eficiencias

Los resultados de los parámetros de calidad del agua en el humedal artificial fueron

analizados estadísticamente mediante dos variables de probabilidad: varianza y desviación

estándar con el fin de determinar si los datos obtenidos son homogéneos o heterogéneos.

Fisher en su libro The correlation between relatives on the supposition of mendelian inheritance,

enuncia que: La varianza de una variable aleatoria es una medida de dispersión definida como la

esperanza del cuadrado de la desviación de dicha variable respecto a su media y la desviación

estándar se define como la raíz cuadrada de la varianza de la variable (Fisher, 1918).

En la Tabla 14 se muestran dichos cálculos.

Para la realización de dicha tabla se tuvieron en cuenta varias ecuaciones que se

determinan según la variable requerida. Para hallar el Δ X se recurre a la Ecuación 10.

Ecuación 10 Valor del Delta x

Donde:

Δx: Delta x, donde x es un parámetro de calidad del agua

Valor muestra actual: valor del parámetro actual para hallar el valor del Δx de la muestra

específica actual

Valor muestra siguiente: valor del parámetro siguiente para hallar el valor del Δx de la

muestra específica anterior

Para hallar la varianza se desarrolla la siguiente ecuación:

115

( )

( ) ( )

Cuya simplificación se reduce a la Ecuación 11, mostrada a continuación:

Ecuación 11 Varianza con datos no agrupados

∑ ( )

Donde:

σ2: varianza de una variable

: valor de algún parámetro de calidad del agua específico

: valor promedio de algún parámetro de calidad del agua específico

: número de datos de las muestras tomadas

“El valor de la varianza es la media aritmética del cuadrado de las desviaciones respecto a

la media de una distribución estadística” (Fisher, 1918).

Luego, para calcular la desviación estándar, se hace uso de la Ecuación 12.

Ecuación 12 Desviación estándar para datos no agrupados

√( ) ( ) ( )

Donde:

σ: desviación estándar de una variable

116

: valor de algún parámetro de calidad del agua específico

: valor promedio de algún parámetro de calidad del agua específico

: número de datos de las muestras tomadas

Fisher en su libro The correlation between relatives on the supposition of mendelian inheritance,

afirma que: La desviación típica o estándar es una medida del grado de dispersión de los datos

con respecto al valor promedio. Dicho de otra manera, la desviación estándar es simplemente el

"promedio" o variación esperada con respecto a la media aritmética (Fisher, 1918).

Una vez explicado el procedimiento desarrollado para hallar el valor a las variables

anteriormente mencionadas, sus resultados son mostrados en la Tabla 14 Análisis estadístico de los

resultados en el humedal artificial mediante medidas de dispersión para el efluente del sistema y en la

Fuente: La autora

Tabla 15 Análisis estadístico de los resultados en la lavadora mediante medidas de dispersión

para el afluente del sistema.

117

Tabla 14 Análisis estadístico de los resultados en el humedal artificial mediante medidas de dispersión

Unidad Parámetro Muestra

1

Muestra

2

Muestra

3

Muestra

4

Muestra

5

Muestra

6

Muestra

7

Muestra

8

Varianza Desviación

Estándar

Desviación

Estándar *2

Unidades pH 7,19 7,70 7,70 7,38 7,81 8,01 7,92 8,39 0,14 0,371 0,74

Δ pH -0,51 0 0,32 -0,43 -0,2 0,09 -0,47

°C T° 26,8 23,1 21,7 21,9 22,2 23,8 22,9 21,8 2,87 1,69 3,39

Δ T° 3,7 1,4 -0,2 -0,3 -1,6 0,9 1,1

mS/cm Conductividad 1,03 0,86 1,19 0,4 0,73 0,98 1,06 2,04 0,22 0,47 0,95

Δ Conduct. 0,17 -0,33 0,79 -0,33 -0,25 -0,08 -0,98

mg/L SDT 540 440 620 210 380 510 550 1020 54569,64 233,60 467,20

Δ SDT 100 -180 410 -170 -130 -40 -470

% OD % 27,8 23,3 28,2 22,4 17,9 18,2 13,8 16,3 28,10 5,30 10,60

Δ OD% 4,5 -4,9 5,8 4’,5 -0,3 4,4 -2,5

mg O2/L OD mg/L 2,22 1,94 2,2 1,44 1,43 1,13 0,87 1,03 0,28 0,53 1,06

Δ OD mg/L 0,28 -0,26 0,76 0,01 0,3 0,26 -0,16

NTU Turbiedad 166,6 77,33 43,45 14,73 32,33 38,36 30,86 41,67 2322,28 48,19 96,38

Δ Turbiedad 89,27 33,88 28,72 -17,6 -6,03 7,5 -10,81

ml/L Sólidos Sed. 13 5,5 0,3 0,1 0,3 0,1 0,1 0,2 21,64 4,65 9,30

Δ Sólidos Sed. 7,5 5,2 0,2 -0,2 0,2 0 -0,1

mg O2/L DQO 230 210 412 124 177 165 181 303 8477,64 92,07 184,15

Δ DQO 20 -202 288 -53 12 -16 -122

Fuente: La autora

118

Tabla 15 Análisis estadístico de los resultados en la lavadora mediante medidas de dispersión

Unidad Parámetro Muestra

1

Muestra

2

Muestra

3

Muestra

4

Muestra

5

Muestra

6

Muestra

7

Muestra

8

Varianza Desviación

Estándar

Desviación

Estándar *2

Unidades pH 9,73 9,58 9,06 9,74 9,28 9,93 10,02 9,86 0,11 0,33 0,66

Δ pH 0,15 0,52 -0,68 0,46 -0,65 -0,09 0,16

°C T° 26,6 22,2 22,3 22,9 22,3 22,4 23,9 22,4 2,29 1,51 3,02

Δ T° 4,4 -0,1 -0,6 0,6 -0,1 -1,5 1,5

mS/cm Conductividad 1,52 2,42 2,05 2,62 2,32 3,82 3,41 2,75 0,54 0,73 1,46

Δ Conduct. -0,9 0,37 -0,57 0,3 -1,5 0,41 0,66

mg/L SDT 800 930 1110 1360 1440 1980 1780 1640 171914,29 414,63 829,25

Δ SDT -130 -180 -250 -80 -540 200 140

% OD % 88,1 28,3 76,4 24,8 63,1 49,7 68,9 58,3 491,08 22,16 44,32

Δ OD% 59,8 -48,1 51,6 -38,3 13,4 -19,2 10,6

mg/L OD mg/L 7,21 2,37 6,24 1,54 3,86 2,96 4,25 3,71 3,61 1,90 3,80

Δ OD mg/L 4,84 -3,87 4,7 -2,32 0,9 -1,29 0,54

NTU Turbiedad 292,8 238,77 191,68 130,6 141,68 234,6 257,1 216,8 3112,68 55,79 111,58

Δ Turbiedad 54,03 47,09 61,08 -11,08 -92,92 -22,5 40,3

ml/L S Sed 0,2 0,1 0,2 0,1 0,3 0,3 1,4 0,3 0,18 0,43 0,85

Δ S Sed 0,1 -0,1 0,1 -0,2 0 -1,1 1,1

mg O2/L DQO NM NM 1337 NM NM NM 1103 NM NM NM NM

Nota: NM = no medido

Fuente: La autora

119

Los valores que están sombreados en color gris son aquellos que superan el rango el

doble de la desviación estándar que relativamente son muy pocos en comparación con el resto de

datos, razón por la cual es válido afirmar que los valores de los parámetros de calidad del agua

obtenidos en el presente proyecto son homogéneos, es decir no se observan cambios ni

interferencias de las condiciones climáticas ambientales, resultando que la mayoría de los valores

se encuentran insignificativamente desviados de la varianza.

Una vez llegados a esa conclusión, es posible afirmar que el promedio de las eficiencias

de cada parámetro medido durante el tiempo de seguimiento es un valor acertado para mostrar la

eficiencia general de cada parámetro. La ecuación utilizada para evaluar el porcentaje de

eficiencias es mostrada en la Ecuación 13.

Ecuación 13 Determinación del porcentaje de eficiencia para los diferentes parámetros de

calidad del agua

[( )

]

Donde:

: el valor del porcentaje de remoción de un parámetro

: promedio de los datos obtenidos por un parámetro específico en la lavadora

: promedio de los datos obtenidos por un parámetro específico en el humedal artificial

: coeficiente que permite calcular el porcentaje de un valor

Los cálculos obtenidos de los valores de dichos porcentajes por cada parámetro de

calidad del agua evaluado son mostrados en la Tabla 16.

120

Tabla 16 Porcentaje de Eficiencias por cada parámetro

Parámetro Unidad Promedio

Humedal

Promedio

Lavadora

Eficiencia

(%)

Conductividad mS/cm 1,04 2,61 60,35

SDT mg/L 533,75 1380,00 61,32

Turbiedad NTU 55,67 213,00 73,87

Sólidos

Sedimentables*

ml/L 0,18 0,36 49,43

DQO mg O2/L 225,25 1220,00 81,54

*La eficiencia de los sólidos sedimentables es tomada en cuenta a partir del tercer muestreo

puesto que para este tiempo se estabilizó la comunidad de microorganismos en el ecosistema.

Fuente: La autora

Parámetros como el pH y el oxígeno disuelto no se pueden definir en porcentajes de

eficiencia puesto que por ejemplo el pH no es un parámetro que se esté removiendo sino que se

está presentando es como una variación en las unidades de pH, al igual que el oxígeno disuelto se

presenta como una variación en mg de O2/L, razón por la cual en el presente proyecto se definen

como porcentajes de variación cuyos resultados se pueden apreciar en la Tabla 17

Tabla 17 Porcentaje de variación por cada parámetro

Parámetro Unidad Promedio

Humedal

Promedio

Lavadora

Variación

(%)

pH Unidades de pH 7,76 9,65 19,56

OD mg O2/L 1,53 4,02 61,85

Fuente: La autora

121

Los porcentajes de eficiencias obtenidos en el humedal artificial fueron comparados con

diferentes investigaciones de proyectos de tratamientos de aguas residuales mediante humedales

artificiales con el fin de establecer el grado de similitud o diferencia entre ellos. En primer lugar

se comparó con un estudio realizado en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas,

tomando como fuente del agua residual los vertimientos de una industria lechera para un

subsector de la laguna de Fúquene y cuya temática general es explicada en el Estado del Arte,

desarrollaron un sistema de humedales artificiales y establecieron eficiencias de DQO de 47,78%

para su aplicación con la planta E. crassipes, de 18,07% con el uso de la macrófita T.

dominguensis y de 38,28% con la planta L. laevigatum (Rodriguez et al., 2006); si se compara

con el promedio de eficiencia de DQO obtenido con la unidad piloto del presente proyecto, este

presenta un mayor porcentaje de eficiencia cuyo valor es de 81,54% aunque cabe aclarar que las

eficiencias también dependen de las condiciones climáticas, siendo más eficientes los procesos

biológicos en climas cálidos que en climas fríos.

En un estudio elaborado en México, en la Universidad Autónoma del Estado de Morelos

se usaron aguas residuales provenientes de un edificio que recibe descargas de diferentes fuentes:

aguas residuales de sanitarios, jabonosas y de laboratorios, obtuvo la mayor eficiencia en el

parámetro de la DQO para un tiempo de retención de 5 días con un porcentaje de 85,93% usando

como plantas fitorremediadoras las especies Phragmites australis y Typha dominguensis

(Romero Aguilar et al., 2009), valor muy similar al presente proyecto, ambos situados en un

rango superior al 80%.

Una investigación realizada en Brazil en el Marine Shrimp Laboratory, se fundamentó en

la evaluación del rendimiento de un humedal artificial de flujo vertical y superficial, con y sin la

planta macrófita emergente Spartina alterniflora para el tratamiento de los efluentes de

122

maricultura y acuicultura, obteniendo porcentajes de remoción de turbidez de 52 y 68% después

de 6 horas, y de 81 y 89% después de 36 horas, en los humedales artificiales con y sin macrófitas

respectivamente (Zydowicz Sousa et al., 2011). Es interesante notar que el porcentaje de

remoción de éste parámetro es mayor cuando no se emplean las plantas acuáticas en el

tratamiento. No obstante, las eficiencias obtenidas en la investigación presente son en promedio

del 73,87%, encontrándose dicho valor entre los rangos obtenidos por la investigación brasileña.

Otro estudio desarrollado en Colombia, en la Institución Universitaria Colegio Mayor de

Antioquia, se basó en la implementación de un humedal artificial para el tratamiento de aguas

residuales de la institución nombrada con dos tipos de macrófitas: Typha latifolia y Cyperus

papyrus, arrojando eficiencias en la DQO de 53,90 y 47,87%, y en la turbidez de 84,54 y

87,27%, y un porcentaje de variación en el pH de 18,5 y 21,03% en los humedales artificiales

usando T latifolia y C. papyrus respectivamente. (Bedoya et al., 2014). Algo similar ocurre con

las eficiencias obtenidas en la presente investigación cuyos porcentajes obtenidos fueron para la

DQO de 81,54% y para la turbidez de 73,87%, con respecto al porcentaje de variación en el pH,

éste fue de 19,56%. Según los datos obtenidos en el humedal desarrollado, el primer parámetro

se encuentra por encima del rango, el segundo es ligeramente más bajo y el tercero se encuentra

dentro del rango, con respecto al estudio realizado en Antioquia.

123

Conclusiones

Primeramente se puede concluir que según el diagnóstico realizado al agua residual gris

sin tratamiento, esta presenta elevados niveles de contaminación, principalmente de pH (9,06

unidades), de DQO (1337 mg O2/L) y de turbidez (191,68 NTU) y por tanto era pertinente

realizar un tratamiento biológico a este tipo de agua residual mediante sistemas como humedales

artificiales. Se determinó también que el volumen total de agua a tratar fueron 0,313 m3 y según

la frecuencia de lavado en la finca de estudio (1 vez por semana) el tiempo de retención era de 7

días; sin embargo, según estudios consultados, la mayor eficiencia de remoción se presenta en el

quinto día de tratamiento (Romero Aguilar et al., 2009), razón por la cual se estableció éste

último como tiempo de retención a usar. El tamaño de grava a utilizar fue de 1 pulgada y una vez

realizados los cálculos para determinar el volumen que incluye el espacio ocupado por la grava y

el agua, el valor obtenido fue de 0,98 m3.

De las plantas utilizadas, aquellas que se adaptaron a las condiciones del humedal

artificial fueron Juncus effusus, Cyperus alternifolius, Cortadería selloana, Typha latifolia y

Eichhornia crassipes mostrando un progreso en cuanto a crecimiento y vitalidad. Con respecto a

los parámetros de diseño, su geometría fue trapezoidal, la profundidad fue de 0,6 m, la pendiente

de 0,93%, el área transversal de 0,66 m2, el área superficial de 5,44 m

2, y el volumen total del

humedal artificial incluyendo el espacio necesario para mantener un flujo subsuperficial y el

borde libre fue de 2,112 m3 siendo este el valor real del trapezoide. Así mismo, el área requerida

para la geomembrana fue de 10 m2 con un espesor de 30 Mils que equivale a 0,75 mm, usando

HDPE (polipropileno de alta densidad) con material impermeable.

124

Los análisis estadísticos descriptivos utilizados para analizar los valores numéricos de los

resultados fueron la varianza y la desviación estándar, cuyas medidas de dispersión definieron

los datos obtenidos como homogéneos y de esta forma fue válido afirmar que las eficiencias de

cada parámetro de calidad del agua fueran el promedio de las eficiencias obtenidas en cada

muestra por cada parámetro. Según esto, el mayor porcentaje de remoción se presentó en la DQO

con 81,54%, seguido de la turbiedad con 73,87%, la conductividad fue de 60,35% y los sólidos

sedimentables obtuvieron 49,43% de eficiencia. En cuanto a los porcentajes de variación, estos

fueron de 19,56% para el pH y de 61,85% para el OD. Comparando estos valores con cifras de

otras investigaciones, la DQO y la turbiedad son los parámetros que se encuentran en un rango

de eficiencia similar a dichos proyectos, el pH logró obtener valores dentro del rango de

neutralidad, el OD disminuyó su concentración indicando así la gran demanda de oxígeno

requerida para las diferentes actividades microbianas y los sólidos sedimentables se mantuvieron

estables puesto que el afluente no descarga concentraciones significativas al humedal artificial.

La realización de un experimento acerca de la densidad de plantas acuáticas en el

Humedal Santa María del Lago en Bogotá permitió establecer la distribución y distancia entre

cada macrófita cuyo resultado fue un total de 7 plantas acuáticas en 1m2

con una distancia

promedio de 30 – 40 cm entre ellas. Por consiguiente, para la aplicación de esta distribución al

humedal artificial desarrollado se obtuvo que aproximadamente 35 plantas acuáticas son

requeridas para colocar en el humedal artificial a escala piloto.

El humedal artificial implementado es una opción de tratamiento de las aguas residuales

grises provenientes de la finca El Refugio en la vereda El Peñón, en el municipio San Francisco

de Sales, en el departamento de Cundinamarca, demostrado por las eficiencias obtenidas en los

diferentes parámetros de calidad del agua analizados. Este sistema tiene múltiples ventajas como

125

los bajos requerimientos de costos en comparación con la implementación de tratamientos no

biológicos, facilidades en diseño y construcción, requerimiento de pocos materiales para su

desarrollo, larga vida útil dependiendo del mantenimiento que se realice, creación de hábitat para

diferentes especies de insectos, armonización del paisaje, entre otras, que permite catalogar a los

humedales artificiales como una medida de manejo para el tratamiento de las aguas residuales

grises.

Recomendaciones

Se recomienda el diseño e implementación de otro tipo de humedal artificial anexo al

existente, para el tratamiento de las aguas residuales grises estudiadas en la presente

investigación como por ejemplo el desarrollo de un humedal artificial de flujo superficial que

permita aumentar la eficiencia de remoción de las cargas contaminantes, así como ampliar el

número de parámetros a analizar como lo son las diferentes formas de nitrógeno y el fósforo.

También es importante agregar elementos al sedimento porque según Borrego:

La adición de arcilla expandida y de óxidos de hierro y aluminio al sustrato puede ser

prometedora para la eliminación más efectiva de fósforo. Algunos sistemas en Europa usan arena

en lugar de grava para aumentar la capacidad de retención del fósforo, pero este medio requiere

instalaciones muy grandes, debido a la reducida conductividad hidráulica de la arena comparada

con la grava. (Lara Borrego, 1999)

También se recomienda continuar con el seguimiento de evaluación del humedal artificial

desarrollado mediante la medición de los diferentes parámetros evaluados con diferentes tiempos

de retención, al igual que realizar un mayor número de muestras por un tiempo prolongado. Sería

interesante realizar pruebas de concentración de contaminantes tanto en los rizomas de las

126

plantas como en la parte aérea de la planta (tallo y hojas) igualmente con distintos tiempos de

retención y de ser posible también realizar pruebas fisicoquímicas a los sedimentos del sistema.

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129

Anexos

Anexo1. Presupuesto Total Gastado en la Elaboración del Proyecto

Tabla 18 Presupuesto total del proyecto

Presupuesto

Código Rubro Descripción Precio

Unidad

Cantidad Total

1 Materiales e

Insumos

1,1 Grava 1 " (1.5 m3) $ 95.000 1,5 $ 142.500

1,2 Costales 50 Kg $ 500 12 $ 6.000

1,3 Geomembrana 30 mills $ 9.400 10 $ 94.000

1,4 Manguera 1" de 6 m $ 2.500 6 $ 15.000

1,5 Tee 1" $ 1.500 1 $ 1.500

1,6 Tubo PVC 1" de 3m $ 2.700 6 $ 16.200

1,7 Codo 1" $ 1.000 1 $ 1.000

1,8 Unión 1" $ 600 1 $ 600

1,9 Soldadura para tubo

PVC

$ 3.300 1 $ 3.300

2 Caja de

inspección de

de 12cm de

altura

$ 5.000 1 $ 5.000

130

entrada

2,1 Caja de

inspección de

salida

de 30cm de

altura

$ 12.500 1 $ 12.500

2,2 Silicona para

conexiones

$ 4.000 1 $ 4.000

2,3 Carrizos de la

pampa

plantas

acuáticas

$ 10.000 3 $ 30.000

2,4 Juncos pequeños plantas

acuáticas

$ 3.000 5 $ 15.000

2,5 Eneas, berros plantas

acuáticas

$ 5.000 1 $ 5.000

2,6 Papiros plantas

acuáticas

$ 5.000 1 $ 5.000

Subtotal

Materiales e

Insumos

$ 356.600

Código Rubro Descripción Precio

Alquiler

por Día

Número

De Días

Total

3 Equipos

3,1 Multiparámetro pH, SST, T°, $ 5.500 8 $ 44.000

131

conductividad

3,2 Oxímetro OD $ 2.100 8 $ 16.800

3,3 Turbidímetro turbidez $ 2.700 8 $ 21.600

3,4 Cono Imhoff SS $ 4.000 8 $ 32.000

3,5 Celdas DQO DQO $ 9.000 10 $ 90.000

Subtotal Equipos $ 204.400

Código Rubro Descripción Precio

Unidad

Cantidad Total

4 Otros

4,1 Alimentación Almuerzo en

San Francisco

$ 10.000 16 $ 160.000

4,2 Transporte a San

Francisco

$ 20.000 16 $ 320.000

4,3 Imprevistos en Bogotá $ 80.000 3 $ 240.000

4,4 Transporte a

otros sitios

la Vega,

Subachoque,

Rosal

$ 10.000 3 $ 30.000

4,5 Acompañamiento

en transporte

a San

Francisco

$ 20.000 10 $ 200.000

4,6 Acompañamiento

en alimentación

a San

Francisco

$ 10.000 10 $ 100.000

132

Subtotal Otros $ 1.050.000

Total Presupuesto $ 1.611.000

Fuente: La autora

Anexo 2. Planos de Diseño del Humedal Artificial

Los planos diseñados para el presente proyecto se muestran al final del documento y son

los siguientes:

Plano No.1 Plano Estructural del Humedal Artificial

Plano No. 2 Plano Hidráulico del Humedal Artificial

Plano No. 3 Plano Estructural con Detalles del Humedal Artificial

2.6

0

1.10

0

.

8

5

2.0

0

0.30

0.40

0.50

0.50

0.3

0

0.4

0

0.5

0

3.2

0

1.70

3.20

2.00

0.0

3

0.4

0

0.5

0

0.6

0

4

5

°

0.50

0.40

0.50

0.6

0

1.70

4

5

°

0.50

0.4

0

0.5

0

0.6

0

1.70

4

5

°

0.60

TESISTA

Jesica Paola Aponte Moreno

DIRECTOR DE TESIS

Julio César Ramírez Rodríguez

CONVENCIONES:

PROYECTO

Evaluación de la capacidad de depuración

de las aguas residuales grises mediante un

humedal artificial de flujo subsuperficial en

la vereda El Peñón, Municipio de San

Francisco, Cundinamarca

FECHA DE ENTREGA

03 de Noviembre de 2015

Plancha N°

1/3

PLANO N° 1

ESCALA GRÁFICA

ESCALA ____________________1:12

5

FACULTAD DE INGENIERÍA

Ingeniería Ambiental y Sanitaria

Proyecto de Grado

VISTA EN PLANTA

CORTE LONGITUDINAL C

CORTE TRANSVERSAL A

1 25 50 1000

CORTE TRANSVERSAL B

CORTE C

CO

RT

E B

CO

RT

E A

Estructura del humedal

Cotas

Proyección del agua residual

Proyección de la grava

Área útil para sembrar las plantas

Cajas de inspección

Tubería

Tierra

Geomembrana

TÍTULO DEL PLANO

Plano Estructural del Humedal Artificial

NOTA

Las dimensiones del humedal están en m.

La escala gráfica está en cm.

Delimitación del nivel del suelo

3.20

2.00

2.60

0.5

0

1.7

0

1.1

0

0

.

4

2

0.30

0.3

0

0

.

8

5

Ø

0

.

3

0

0.10

0.1

0

0.50

0.4

0

0.5

0

0.6

0

1.70

4

5

°

0.50

0.6

0

1.70

4

5

°

0.3

0

0.4

5

0.4

0

0.3

0

0.30

0.10

0.10

0.1

0

0.0

25

4

0.4

0

0.5

0

4

5

°

2.00

0.0

3

0.30

0.3

0

0.6

0

3.20

0.0

5

0.60

FECHA DE ENTREGA

03 de Noviembre de 2015

Plancha N°

2/3

PLANO N° 2

ESCALA GRÁFICA

ESCALA ____________________1:12

51 25 50 1000

CORTE B

CORTE A

CO

RT

E C

VISTA EN PLANTA

CORTE C

CORTE B

CORTE A

CONVENCIONES:

PROYECTO

Evaluación de la capacidad de depuración

de las aguas residuales grises mediante un

humedal artificial de flujo subsuperficial en

la vereda El Peñón, Municipio de San

Francisco, Cundinamarca

TÍTULO DEL PLANO

Plano Hidráulico del Humedal Artificial

FACULTAD DE INGENIERÍA

Ingeniería Ambiental y Sanitaria

Proyecto de Grado

Estructura del humedal

Cotas

Agua residual

Grava

Área útil para sembrar las plantas

Cajas de inspección

Tubería

Tierra

Geomembrana

Las dimensiones del humedal están en m.

La escala gráfica está en cm.

NOTA

TESISTA

Jesica Paola Aponte Moreno

DIRECTOR DE TESIS

Julio César Ramírez Rodríguez

Ø

0

.

0

1

0.45

0.10

0.0050

0.17

0.0254

0.0314

0.0707

0.60

VISTA LONGITUDINAL

VISTA TRANSVERSAL

ESCALA ____________________1:4

DETALLE DE TUBERÍA

TESISTA

Jesica Paola Aponte Moreno

DIRECTOR DE TESIS

Julio César Ramírez Rodríguez

CONVENCIONES:

PROYECTO

Evaluación de la capacidad de depuración

de las aguas residuales grises mediante un

humedal artificial de flujo subsuperficial en

la vereda El Peñón, Municipio de San

Francisco, Cundinamarca

FECHA DE ENTREGA

03 de Noviembre de 2015

Plancha N°

3/3

PLANO N° 3

ESCALA GRÁFICA

ESCALA ____________________1:8

5

FACULTAD DE INGENIERÍA

Ingeniería Ambiental y Sanitaria

Proyecto de Grado

1 25 500

Estructura del humedal

Cotas

Proyección del agua residual

Proyección de la grava

Área útil para sembrar las plantas

Cajas de inspección

Tubería

Tierra

Geomembrana

TÍTULO DEL PLANO

Plano Estructural con detalles del Humedal

Artificial

NOTA

Las dimensiones del humedal están en m.

La escala gráfica está en cm.

Delimitación del nivel del suelo