Humedales artificiales

Universidad Nacional de Ingeniera

Facultad de Tecnologa de la

Construccin

Departamento de hidrulica y medio

ambiente

Asignatura:

Ingeniera Sanitaria 2

Humedales artificiales.

Nombres: No. Carn:

Ethel del Socorro Gonzales Martnez. 2011-36945 Katia Massiel Lpez Vargas. 2011-36965 Karina de los ngeles Moscoso Sandoval. 2011-36793 Mara Alejandra Rivas Huete. 2011-37062

Grupo de prctica: IC-51

Profesor: Ing. Maria Elena Baldizn

Fecha de Entrega: jueves 16 de julio del 2015.

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HUMEDALES ARTIFICIALES

Contenido INTRODUCCION ................................................................................................................................... 3

DEFINICION.......................................................................................................................................... 4

ANTECEDENTES ................................................................................................................................... 4

PROPSITOS ........................................................................................................................................ 5

CLASIFICACIN DE LOS HUMEDALES ARTIFICIALES ............................................................................ 6

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN BIO FILTRO. .............................................................................. 8

ETAPAS DE UN SISTEMA DE BIOFILTRO ............................................................................................... 9

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE HUMEDALES ARTIFICIALES. .............................................................. 10

PROCESOS DE TRATAMIENTO ........................................................................................................... 12

CRITERIOS DE DISEO ....................................................................................................................... 13

UBICACIN DE BIOFILTRO EN EL PAS ............................................................................................... 16

PASOS DE CONSTRUCCIN Y CONSIDERACIONES ............................................................................. 17

OPERACIN Y MANTENIMIENTO ...................................................................................................... 19

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INTRODUCCION

La observacin de la mejora en la calidad del agua en humedales naturales llev al desarrollo de humedales artificiales para tratar de reproducir en ecosistemas Construidos los beneficios de calidad del agua y hbitat. Los humedales especficamente construidos con el propsito de controlar la contaminacin del agua han recibido gran cantidad de nombres en las distintas partes del mundo donde han sido usados. La denominacin ms extendida es Humedales Artificiales o Humedales Construidos Los humedales artificiales o construidos son una de las alternativas a las tecnologas convencionales de tratamiento y poseen un gran potencial para el.

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DEFINICION

El bio filtro es un sistema que imita a los humedales (pantanos) naturales, donde las aguas residuales se depuran por procesos naturales. Los bio filtros son humedales artificiales de flujo subterrneo, diseados para maximizar la remocin de los contaminantes que se encuentran en las aguas residuales. Los bio filtros son pilas de poca profundidad rellenadas con un material que sirve como lecho filtrante, en cuya superficie se siembran plantas de pantano, y en las que las aguas residuales pretratadas fluyen en sentido horizontal o vertical.

Los humedales artificiales consisten en el desarrollo de un cultivo de macrfitas

enraizadas sobre un lecho de de grava impermeabilizado. La accin de las

macrfitas hace posible una serie de complejas interacciones fsicas, qumicas y

biolgicas a travs de las cuales el agua residual afluente es depurada progresiva

y lentamente

ANTECEDENTES

Histricamente, los humedales naturales fueron utilizados como sitios de descarga de las aguas residuales. Esto se dio principalmente como medio de eliminacin, mas no como tratamiento. Esta tendencia fue llevando a muchos humedales, tales como pantanos, a saturarse de nutrientes y posteriormente a degradarse ambientalmente. El trmino Humedal (Wetland) se usa para definir reas que tienen 3 componentes tpicos:

Presencia de agua: rea inundada permanente o peridicamente.

Suelos caractersticos: clasificados como hdricos.

Vegetacin apropiada: prevaleciendo las plantas macrfitas (plantas hdricas grandes) adaptadas a las condiciones hidrolgicas.

La primera investigacin sobre la posibilidad de tratar aguas residuales en humedales artificiales fue realizada por el Dr. Seidel en 1952 en el Instituto Max Planck de Pln, Alemania (Seidel,1965). En la dcada del 90 hubo un mayor aumento del nmero de HHAA debido a la ampliacin de tratamiento de diferentes tipos de aguas residuales (domsticas, industriales y aguas pluviales). El uso de este (humedales artificiales), para el tratamiento de aguas residuales es cada vez ms aceptado en diferentes partes del mundo, puesto que desempean un papel importante debido a sus caractersticas como sistemas "naturales" de fcil aplicacin, con un ptimo costo, un uso eficaz y bajas exigencias operativas. Hoy en da los humedales de flujo subsuperficial son comunes en muchos pases

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desarrollados (ej. Alemania, Inglaterra, Francia, Dinamarca, Polonia, Italia, etc.), siendo tambin apropiados para los pases en desarrollo. Para el diseo de los humedales se tienen que considerar siempre las circunstancias locales especficas, tales como clima (temperatura), disponibilidad de tierras y la reutilizacin prevista o la va de eliminacin del efluente. Las principales tecnologas de pretratamiento que se pueden utilizar antes de filtrar el agua residual en el humedal artificial (HA) son las siguientes:

Desarenador o sedimentador para la eliminacin de arena y arenilla Trampa de grasa Filtro compostero(parasistemas a pequea escala) Tanque sptico Tanque Baffled Tanque Imhoff Reactor anaerobio de flujo ascendente, RAFA1 (el cual slo se utiliza para

sistemas a gran escala) Los HHAA han sido definidos como sistemas de ingeniera, diseados y construidos para utilizar las funciones naturales de los humedales, de la vegetacin, los suelos y de sus poblaciones microbianas para el tratamiento de contaminantes en aguas residuales" (ITRC 2003).

El proceso de tratamiento en HHAA se basa en una serie de procesos biolgicos y fsicos (adsorcin,precipitacin,filtracin, nitrificacin, depredacin,descomposicin, etc.). El proceso ms importante es la filtracin biolgica, realizada por el biofilm que est compuesto de bacterias aerobias y facultativas. La eficiencia de los procesos de tratamiento aerobio dependen de la relacin de demanda (carga) y suministro del oxgeno (diseo del HA). Todos los tipos de HHAA pierden su capacidad de tratamiento cuando se sobrecargan por perodos prolongados de tiempo (en cambio, los picos cortos de carga son fcilmente tolerados). Esto puede ocurrir si el sistema de pre-tratamiento falla, y los slidos suspendidos, lodos o grasas pasan al lecho del HA.

PROPSITOS

Un humedal construido del tratamiento de las aguas grises es apropiado para uso

donde quiera que una cantidad grande de las aguas grises es liberada. Por ejemplo,

agua de un fregadero, de rea de ropa sucia, o del bao puede ser desviado

fcilmente al sistema de humedal antes de que llegue al ro por un tubo o una serie

de tubos que extienden de la casa o lavadero.

Un sistema de filtracin biolgico de las aguas grises puede servir las funciones

siguientes:

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Proporciona una manera sanitaria para desechar las aguas grises de casa

Previene los olores desagradables de las aguas grises estancadas

Previene la sobrecarga de alimento nutritivo de aguas superficiales

Previene la contaminacin de agua subterrnea y superficial

CLASIFICACIN DE LOS HUMEDALES ARTIFICIALES

Los humedales artificiales pueden ser clasificados segn el tipo de macrfitas que empleen en su funcionamiento: macrfitas fijas al sustrato (enraizadas) o macrfitas flotantes libres. I. Humedales artificiales con espejo de agua libre.

Humedal artificial con plantas macrfitas flotantes:

Principalmente angiospermas sobre suelos anegados. Los rganos reproductores son flotantes o areos. El Jacinto de agua (Eichhornia crassipes) y la lenteja de agua (Lemna sp.) son las especies ms utilizadas para este sistema.

Humedal artificial con macrfitas sumergidas:

Comprenden algunos helechos, numerosos musgos y carfitas y muchas angiospermas. Se encuentran en toda la zona ftica (a la cual llega la luz solar), aunque las angiospermas vasculares slo viven hasta los 10 m de profundidad aproximadamente. Los rganos reproductores son areos, flotantes o sumergidos.

Humedal artificial con macrfitas emergentes: En suelos anegados permanente o temporalmente; en general son plantas perennes, con rganos reproductores areos.

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II. Humedad artificial de flujo sub superficial Flujo horizontal (BFH): El diseo de estos sistemas por lo general consiste en una cama, ya sea de tierra o arena y grava, plantada con macrfitas acuticas, en la mayora de los casos con la caa comn o carrizo (Phragmites australis). Toda la cama es recubierta por una membrana impermeable para evitar filtraciones en el suelo. Un bio filtro de flujo horizontal consta de pilas rectangulares con profundidades que oscilan entre 60 y 100 cm, con un relleno de material grueso (5 a 10 cm de dimetro) en las zonas de distribucin (entrada) y recoleccin (salida). La fraccin principal del lecho filtrante, ubicada entre las zonas de material grueso, es homognea y ms fina, normalmente de 0.5 a 15 mm de dimetro.

Flujo vertical (BFV) Las aguas infiltran verticalmente a travs de un sustrato inerte (arenas, gravas) y se recogen en una red de drenaje situada en el fondo del humedal. La aplicacin de agua se efecta de forma intermitente, para preservar y estimular al mximo las condiciones aerobias. La vegetacin emergente se planta tambin en este medio granular. Adicionalmente, para favorecer las condiciones aerobias del medio poroso, se suele colocar un sistema de aeracin con chimeneas, que son tuberas cribadas con salidas al exterior. A diferencia del humedal sub superficial de flujo horizontal, el sustrato est constituido por varias capas, encontrndose las ms finas en la parte superior, aumentando el dimetro de la grava hacia abajo.

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COMPONENTES PRINCIPALES DE UN BIO FILTRO.

1. Plantas de pantano (macrfitas). Funcin:

La superficie de las races ofrece proteccin a los microorganismos.

Mantienen la capacidad hidrulica del suelo.

Consumen nutrientes como nitrgeno y fosforo.

Plantas a sembrar

Carrizo posee mayor eficiencia en la remocin dada su gran capacidad de aireacin.

Zacate Taiwan: Reso para alimento animal 2. Lecho filtrante Funciones

Remocin fsica de los contaminantes solidos en suspensin adems que proporciona superficie para el desarrollo de una pelcula bacteriana.

Criterios

Los criterios para seleccionar el lecho filtrante son la granulometra, la porosidad, la permeabilidad y la resistencia fsica contra el desgaste provocado por las aguas residuales. Porosidad aproximadamente 50%, kf= 1*10-3 m/s

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Piedra volcnica (hormign negro/ rojo), arena y grava de rio, piedra triturada. 3. Microorganismos

El papel principal de los microorganismos es degradar aerbicamente (en presencia de oxgeno) y anaerbicamente (en ausencia de oxgeno) la materia orgnica contaminante contenida en las aguas residuales, con lo cual la putrescibilidad en el biofiltro se reduce significativamente.

Los slidos orgnicos suspendidos asociados con las aguas residuales entrantes se acumulan, pero son retenidos dentro del lecho filtrante por un largo tiempo y los constituyentes orgnicos son mineralizados por las bacterias.

Los microorganismos tambin permiten la remocin de nitrgeno mediante el mecanismo de nitrificacindesnitrificacin.

ETAPAS DE UN SISTEMA DE BIOFILTRO

Las aguas residuales generadas por los habitantes de una poblacin, recolectadas mediante redes de alcantarillado sanitario, contienen slidos gruesos (plstico y otros), arena, tierra y otros contaminantes disueltos. Para eliminarlos, un sistema de tratamiento de biofiltro abarca las siguientes etapas: a) Pretratamiento Conformado por una rejilla de retencin de slidos gruesos y un desarenador de limpieza manual, el cual podra tambin cumplir la funcin de trampa de grasa

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mediante la instalacin de un bafle al final de la unidad. Normalmente se construyen dos desarenadores en paralelo para permitir el mantenimiento. b) Tratamiento primario Tiene el propsito de retener la mayor fraccin de los slidos suspendidos, mediante un tanque de sedimentacin que puede ser un tanque sptico de tres cmaras o un tanque Imhoff. Cuando estos tanques se cierran, puede instalarse un filtro de biogs para eliminar los olores desagradables. c) Tratamiento secundario Est conformado por un biofiltro de flujo horizontal, cuyo propsito es remover los contaminantes an presentes en las aguas residuales. d) Pila de secado de lodos Los lodos generados en las diferentes etapas del sistema (desarenador, tanque Imhoff) son recolectados y traslados a esta pila, donde permanecen al menos cuatro meses para permitir su estabilizacin.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE HUMEDALES ARTIFICIALES.

Cuadro comparativo entre humedales superficiales y humedales sub superficiales. En trminos de costos, los humedales artificiales superficiales requieren menor inversin en relacin a los de flujo sub superficial ya que en los primeros no se incurren en los gastos mayores: la impermeabilizacin y la provisin y colocacin del sustrato de grava.

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En el caso de biofiltros de flujo horizontal y vertical se pueden comparar de la siguiente manera: Cabe destacar que los sistemas de flujo horizontal tienen mayor riesgo de colapsar en trminos de circulacin del agua (taponamiento del sustrato), por tanto requieren que el agua a tratarse tenga menor material en suspensin. En cuanto a la operacin, en trminos generales, ambos tipos requieren baja intensidad, pero continua, aunque no debe confundirse requerimientos mnimos con ningn requerimiento.

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PROCESOS DE TRATAMIENTO

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CRITERIOS DE DISEO

Para el diseo de humedales se deben considerar los siguientes criterios: 1. Se consideran reactores biolgicos. 2. Se considera que el flujo a travs del medio poroso es flujo pistn y en forma uniforme. 3. La ley de Darcy describe el flujo a travs del medio poroso.

Humedales sub superficiales de flujo Horizontal Para el diseo de este tipo de humedales los pasos a seguirse son: - Clculo del rea necesaria. - Profundidad del humedal. - Pendiente. - Sustrato. - Relacin largo ancho Clculo del rea superficial El clculo del rea superficial se realiza en funcin al parmetro contaminante que se desea disminuir o remover, generalmente los diseos se realizan para disminucin de la DBO5.

=

Dnde: Q= caudal de diseo del humedal (m3/da) C= concentracin efluente (mg/l) Co= concentracin afluente (mg/l) KT= Constante de reaccin de primer orden dependiente de la temperatura (d-1) h= profundidad del humedal (m) = porosidad del medio granular (porcentaje expresado en fraccin) La constante de reaccin de primer orden

= 1.104 1.062

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Dnde: T2= temperatura del agua (C) La profundidad del humedal generalmente varia de 0,3 a 1 m (valor usual 0,6m), con una pendiente de 0,1 a 1%, siendo el valor usual de 0,5%.

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Relacin Largo Ancho Para calcular el ancho del humedal consideramos la ley de Darcy , para flujo en medio poroso. Principio de Darcy para flujo en medios porosos

=

Donde: Ac= rea vertical en m2 Q= caudal medio en m3/s Ks= Conductividad hidrulica (m/s) S = pendiente (m/m) El ancho del humedal (m) se determina en funcin al rea vertical y la profundidad del nivel de agua a tratar

=

Clculo del largo humedal

=

Donde: As= rea superficial del humedal (m2) W= ancho del humedal (m) Posteriormente calculamos la relacin largo-ancho (L/A). Mientras mayor es la relacin largo-ancho se tiene mejor depuracin de las aguas, pero se tiene problemas de cortocircuitos, flujos preferenciales, presencia de agua sobre el lecho de grava y otros. Por ello se recomienda relacin largo ancho de: 2 a 1, 3 a 1 y 4 a 1

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UBICACIN DE BIOFILTRO EN EL PAS

Experiencia a nivel nacional del uso de biofiltros

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PASOS DE CONSTRUCCIN Y CONSIDERACIONES

1. Identificar una ubicacin para el humedal que conecta a la corriente de las aguas

grises.

2. Calcular el tamao del humedal construido que se planea construir

3. Graduar el fondo de la celda para que tenga una pendiente de 0.5%.

4. Construir la celda de humedal sobre la tierra con bloques de cemento y concreto,

u otra materia impermeable, permitiendo el espacio para conectar la corriente de las

aguas grises a la celda del humedal va la entrada alternativamente, el humedal

puede ser construido en el suelo que utiliza un recubrimiento impermeable. Esto

tiene la desventaja de que no se puede desaguar la celda. La celda debe ser

impermeable, ya que las grietas o los hoyos en el recubrimiento pueden contaminar

el agua subterrnea.

5. Incorporar una vlvula de drenaje en el fondo de la celda en el lado al fondo de

la pendiente. La vlvula servir para bajar el nivel del agua para motivar el

crecimiento de las races de las plantas.

6. Incorporar la entrada de las aguas grises.

Las aguas grises deben ser distribuidas uniformemente en el rea de la

entrada para promover infiltracin igual en el humedal justo debajo de la capa

de paja.

Para sistemas ms pequeos de humedal, un tubo perforado o una serie de

tubos pueden servir este propsito

Para sistemas de humedales construidos ms grandes, tubos o depresiones

se puede distribuir el agua por una entrada ancha.

Asegurar una malla de plstico fina sobre la apertura para evitar que se tape.

7. Crear un tubo de salida.

El tubo debe estar a la misma altura que la entrada - apenas debajo del nivel de

paja. Instale filtro de malla fina de plstico para prevenir que el piso y la grava

pasen por el tubo, causando posibles estancamientos.

8. Aplicar una capa de arena gruesa de 5 cm de espesor en el fondo de la celda.

9. Colocar una capa de grava encima de la capa de arena. El tamao de la grava

en los primeros 50 cm de entrada y los ltimos 50 cm a la salida debe ser de

aproximadamente 5 cm en el dimetro; esto reduce el riesgo de obstruir la entrada

o salida, en caso de que los slidos suspendidos lleguen a en estas reas. En todas

partes del resto del sistema, el tamao de grava deber estar entre 0.5 y 3 cm. La

profundidad de grava variar.

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10. Poner una capa de pajote o tierra rico de 5 cm de espesor.

11. Sembrar plantas de un humedal natural local (recomendado) o de un vivero,

cuando se usan plantas de un humedal natural local, la planta completa debe de

estar trasplantada (hojas, tallo, races, retoos) ms un poco de la tierra. Se puede

jalar la planta de un humedal local por la base, y debe tenerse cuidado que no se

quiebre los tallos. Los tallos (la parte que no est sumergida en el agua) pueden ser

cortados a aproximadamente 20 cm.

La parte con la raz debe ser colocada aproximadamente 5 cm debajo de la capa

de paja o tierra orgnica en el humedal construido. Los aneas deber ser colocadas

con una distancia de 1 m entre cada planta.

Es importante realizar una zona de races consistente. Se puede realizar esto

bajando el nivel de agua gradualmente para motivar que las races crezcan ms

profundo.

12. Saturar el piso con agua hasta la superficie (no ms) y permitir que se evapore

lentamente, manteniendo el suelo hmedo durante todo el perodo de propagacin,

aproximadamente 2-3 meses.

Despus de que plantas se hayan establecido, utilizar el desage para ajustar el

nivel del agua en la celda para alentar la penetracin ms profunda de raz de la

planta en el medio de grava.

Finalmente las races de la planta se extendern al fondo de los sustratos. Las

plantas deben establecerse bien antes de que se empiece a tratar las aguas grises.

Si no se puede esperar hasta que se establecen completamente, aquellas plantas

que mueran pueden ser sustituidas.

13. El agua efluente debe salir en el nivel del suelo y fluir al agua de superficie por

un rea con vegetacin o llena con piedras. Una manguera puede ser conectada a

la salida para bajar el agua al nivel del piso. Un camino puede encauzar el efluente

a infiltrarse en el suelo hacia al agua de superficie, potencialmente ganando la

ventaja adicional del tratamiento por los microbios en el suelo antes de que el agua

alcance el agua de superficie. Ya que el agua efluente no es potable, es importante

que el agua no salpique cuando llegue el suelo, ya que contaminantes residuales

pueden causar enfermedades si es ingerido. Se reduce tambin la erosin del rea

recipiente.

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OPERACIN Y MANTENIMIENTO

Pretratamiento Canal de entrada con rejilla Remocin manual y diaria de los slidos gruesos retenidos entre las barras de la rejilla y los acumulados sobres la platina perforada, con la ayuda de un rastrillo metlico. El material inorgnico se recolecta y se enva al basurero municipal, y el material orgnico se deposita en la pila de secado de lodos. Esta actividad toma diez minutos. Limpieza de los slidos sedimentados en el fondo del canal de entrada, una vez por mes, con la ayuda de pala y carretilla. Esta actividad dura 10 minutos. Registro del caudal afluente mediante el uso del dispositivo de medicin instalado. Se recomienda hacer mediciones cada hora en la etapa de arranque del sistema para conocer el comportamiento de los caudales de entrada y salida. Posteriormente, pueden efectuarse mediciones menos frecuentes de control (tres veces al da). Estas mediciones deben ser anotadas en un cuaderno de registro para saber su comportamiento en el tiempo. Desarenador Extraccin del material acumulado en el fondo del desarenador mediante una vlvula de desage de fondo. Si no existe esta vlvula, se utiliza pala y carretilla. La frecuencia de limpieza se determina en funcin de la acumulacin de material en el volumen establecido para el almacenamiento de los sedimentos. Esta limpieza tiene una duracin de 30 a 40 minutos. La instalacin del bafle permite contar con una trampa de grasa. La grasa y otros materiales flotantes se acumulan en forma de nata en la superficie del agua, por lo que se deben remover cada tres das con un pascn (malla). Esta actividad tarda 15 minutos y se utiliza tambin una carretilla para trasladar los desechos hacia el rea de secado de lodos. Tanque Imhoff Remocin manual de la nata que se forma en el rea de las ventosas del tanque por el ascenso de burbujas de biogs con flculos de lodo, utilizando una pala o un pascn cada 15 das y la carretilla para el traslado de los desechos al rea de secado. Esta actividad tarda 15 minutos.

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Remocin de la nata flotante que se forma en las cmaras de sedimentacin, retenida por la pared deflectora colocada al final de dichas cmaras. Se realiza una vez al mes con la ayuda de un pascn y carretilla. Esta actividad tarda una hora. En humedales sub superficiales se recomienda el corte de plantas en la superficie dependiendo de su ciclo de crecimiento., adems de reposicin del primer metro de lecho filtrante principal cuando se note un flujo superficial de agua en un tiempo normalmente de 2 a 3 aos.

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