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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TABASCO
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TABASCO
DIVISÓN ACADÉMICA DE QUÍMICA
INGENIERÍA EN TECNOLOGÍA AMBIENTAL
TECNOLOGÍAS AMBIENTALES
ASIGNATURA
IMPLEMENTACIÓN DE UN HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO
SUPERFICIAL EN LA UTTAB
(ESTUDIO DE CASO)
ACTIVIDAD
FUENTES JARA EDUARDO VIRGILIO
GUTIÉRREZ ZAPATA KARLA CRISTEL
HERNÁNDEZ PALOMEQUE ALEJANDRO JOSÉ
ISIDRO ALVARADO OMAR ALÍ
ALUMNOS
I.B.Q. JOSÉ FERNANDO CORDOVA GÓMEZ
PROFESOR
4° “B” TURNO VESPERTINO
PERIODO ESCOLAR SEPTIEMBRE – DICIEMBRE 2020
VILLAHERMOSA, TABASCO A 27 OCTUBRE DE 2020
CARRETERA VHSA-TEAPA KM 14+800 FRACC. PARRILLA, PARRILA II,
CENTRO, TABASCO CP. 86280
Contenido
- RESUMEN.................................................................................................................
- Introducción................................................................................................................
- Objetivos................................................................................................................
- JUSTIFICACIÓN....................................................................................................
- METODOLOGÌA....................................................................................................
- 3.1 Sistema de humedal artificial de flujo superficial.............................................
- 3.2 Clasificación del sistema..................................................................................
- 3.3 Ventajas y desventajas de este tipo de humedal..........................................
- 3.4 Caracterización de las aguas residuales de la UTTAB.................................
- 3.5 Diseño de un pre-prototipo de humedal artificial de flujo superficial.............
- 3.6 Parámetros que controlará el sistema...........................................................
- 3.7 Otros aspectos a considerar..........................................................................
- RESULTADOS.........................................................................................................
- CONCLUSIÓN.........................................................................................................
- REFERENCIAS........................................................................................................
INTRODUCCIÓN
Cada vez existe más presión sobre los recursos hídricos a nivel mundial, esto como consecuencia del crecimiento demográfico, nuevos hábitos de vida, así como desarrollo urbano e industrial. La disposición final de las aguas residuales representa un problema cuya magnitud está en constante incremento. La Universidad Tecnológica de Tabasco no es la excepción en esta situación. Actualmente se cuenta con un sistema de tratamiento de aguas residuales conformado por una pequeña PTAR y un sistema de lagunajes, sin embargo, se considera que no se logra una descontaminación eficiente de las aguas. Es por ello que en este proyecto se propone la utilizacion de humedales artificiales en el tratamiento de dichas aguas, esta técnica es ampliamente utilizada en la actualidad en países como Francia, Alemania, Dinamarca e Italia, entre otros; ya que es una manera de tratar las aguas residuales de manera natural. El objetivo principal es diseñar un sistema de humedales artificiales de flujo superficial (HAFS) que sirva como complemento para las aguas que son desahogadas en la laguna, de manera que se obtenga una eficiente reducción de contaminantes de una manera sencilla y económica, para llegar a ello, este proyecto estará dividido en dos etapas. Este documento se centra en la primera etapa, estando conformada por la investigación y descripción del sistema a implementar, así como caracterización de las aguas residuales. Este documento presentará en primer lugar los resultados de una caracterización mensual de las aguas residuales tratadas por la PTAR que son recibidas por la laguna B y C. Posteriormente, partiendo de estos resultados, se sentarán las bases para la implementación de un humedal artificial, es decir que dicho trabajo establecerá los factores a tomar en cuenta para rediseñar el sistema, de igual forma se justificará el uso de los humedales artificiales por flujo superficial, así como se explicarán las ventajas y desventajas de este nuevo tratamiento. La información generada a partir del presente documento, pretender servir como un preámbulo para el rediseño del sistema, ya que el siguiente parcial se llevará a cabo cálculos del dimensionamiento del sistema, así como se llevarán a cabo pruebas estadísticas a los parámetros establecidos.
1. OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema de tratamiento terciario en la Universidad Tecnológica de Tabasco, mediante la tecnología de humedal artificial de flujo superficial, para obtener una eficiente reducción de contaminantes en las aguas residuales de la universidad OBJETIVO ESPECIFICOS
- Realizar una investigación bibliográfica de los sistemas de humedales artificiales por flujo superficial, por medio de recursos digitales informativos para sentar las bases del proyecto.
- Describir el funcionamiento del sistema de control de contaminantes propuesto, mediante la realización de un reporte escrito, para explicar el uso y las bondades del mismo.
- Caracterizar los parámetros de las aguas residuales de la UTTAB, con base en valores promedio de aguas urbanas de instituciones similares, para posteriormente determinar la eficiencia de la PTAR.
- Plantear la propuesta de diseño del humedal artificial de flujo superficial, mediante la ejecución de una memoria de cálculos, para asegurar que las condiciones de construcción sean correspondientes a las características de la universidad.
- Evaluar la eficiencia del sistema, mediante el uso de técnicas estadísticas, para comprobar la conveniencia de su implementación.
3. METODOLOGÌA
3.1 Sistema de humedal artificial de flujo superficial El Convenio de Ramsar (Convención Relativa a los Humedales de Importancia Internacional especialmente como Hábitat de Aves Acuáticas), define los humedales como: “Extensiones de marismas, pantanos y turberas o superficies cubiertas de agua, 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 Convention, 1971). Los Humedales Artificiales de Flujo Superficial (HAFS) son sistemas que consisten en canales de poca profundidad construidos sobre una superficie impermeabilizada que evita la filtración de agua a través del suelo. Los canales se construyen sobre un lecho de grava o arena que sirve de hábitat para especies vegetales, y por las cuales fluirá el agua. Son los humedales artificiales que más se asemejan a los humedales naturales en apariencia y función, debido a que en los ecosistemas naturales casi que por regla general todos los humedales se encuentran con flujos superficiales. Es por eso qué los HAFS atraen la vida salvaje, insectos, peces, anfibios, reptiles, pájaros etc. (NADB data base, (1993) como se citó en Kadlec & Wallace (2009). Los HAFS se diseñan y construyen por lo regular, para recibir efluentes primarios o secundarios, además que operan en casi todos los climas (Crites, Middlebrooks & Reed, 2006). El tiempo de retención hidráulico se encuentra alrededor de los 7 días, se manejan profundidades de 0.3 m, el efluente esperado de la demanda biológica de oxígeno (DBO), Solidos suspendidos totales (SST) y nitrógeno (N) es
menor 10 mg/L para los 3 parámetros, mientras que para el fosforo (P) es de > 5 mg/L. (Crites, Middlebrooks & Reed, 2006). 3.2 Clasificación del sistema Los humedales artificiales pueden ser clasificados según el tipo de macrófitas que empleen en su funcionamiento: mácrófitas fijas al sustrato (enraizadas) o macrófitas flotantes libres. Considerando la forma de vida de estas macrófitas, los humedales artificiales pueden ser clasificados en: Sistemas de tratamiento basados en macrófitas de hojas flotantes: principalmente angiospermas sobre suelos anegados. Los órganos reproductores son flotantes o aéreos. El jacinto de agua (Eichhorniacrassipes) y la lenteja de agua (Lemnasp.) son las especies más utilizadas para este sistema. Sistemas de tratamiento basados en macrófitas sumergidas: comprenden algunos helechos, numerosos musgos y carófitas y muchas angiospermas. Se encuentran en toda la zona fótica (a la cual llega la luz solar), aunque las angiospermas vasculares sólo viven hasta los 10 m de profundidad aproximadamente. Los órganos reproductores son aéreos, flotantes o sumergidos. Sistemas de tratamiento basados en macrófitas enraizadas emergentes: en suelos anegados permanente o temporalmente; en general son plantas perennes, con órganos reproductores aéreos (Cricyt, 2007).
3.3 Ventajas y desventajas de este tipo de humedal VENTAJAS DESVENTAJAS Tratamiento Tratamiento de flujos secundarios (aguas ya tratadas por otros medios, ej. Lagunas, biodiscos, fangos activados, etc.) Operación (^) Mantienen una alta capacidad de depuración por prolongados períodos de tiempo. Opera con baja carga orgánica Olor Se pueden controlar los olores con sistemas tecnificados o artesanales. Producción de olores ofensivos por exposición del agua residual al medio ambiente externo. Aspecto técnico Son muy sencillos hidráulicamente. Están más expuestos a las inclemencias climatológicas, lo que influye en la estabilidad del sistema. Área (^) Se puede usar como zona de restauración y creación de nuevos ecosistemas. Requieren superficies de mayor tamaño. Costo (^) Bajo costo en su construcción y mantenimiento. Control de insectos es caro. Valor ecosistema (^) Mayor valor como ecosistemas para la vida salvaje, el agua es accesible a la fauna Creación de hábitats propicios para la proliferación de vectores. Usos generales (^) Son de restauración y creación de nuevos ecosistemas. Operación Son tratamientos adicionales a los sistemas convencionales (usadas para el tratamiento terciario y mejoramiento de calidad del agua). Como todo sistema de tratamiento de aguas residuales, los HAFS tienen ventajas y desventajas las cuales se presentan en la tabla 1. Tabla 1. Ventajas y desventajas de los humedales artificiales de flujo superficial (HAFS).
3.4 Caracterización de las aguas residuales de la UTTAB Previo a definir el diseño del sistema de control ambiental, es importante conocer cuáles son las características del agua residual que será tratada mediante dicho sistema. En la siguiente tabla se puede ver los valores promedio de una caracterización de aguas tipo urbanas, en función de su nivel de contaminación: Tabla 2. Valores promedio de parámetros de aguas tipo urbanas. Con base a lo anterior, podemos establecer un rango en el cual deberán encontrarse los parámetros de las aguas residuales de la UTTAB. A continuación, se muestran los resultados de la caracterización de dichas aguas en el mes de septiembre 2020: Tabla 3. Resultados de caracterización mensual de las aguas residuales UTTAB. Parámetros unidad contaminación fuerte contaminación media Contaminación baja DB0 5 (mg/L) 400 220 110 DQO (mg/L) 1000 500 250 Sólidos suspendidos totales (mg/L) 350 220 100 Sólidos suspendidos volátiles (mg/L) 265 165 80 Nitrógeno total (mg/L) 85 40 20 Fósforo total (mg/L) 15 8 4 PH n/a 3.9 de 6 a 9 de 6 a 9 Valores promedio de parametros en aguas urbanas DB0 5 (mg/L) 351. DQO (mg/L) 1123. Sólidos suspendidos totales (mg/L) 197. Sólidos suspendidos volátiles (mg/L) 113. Nitrógeno total (mg/L) 167. Fósforo total (mg/L) 14. PH n/a 8. Parámetros unidad PROMEDIO
El nuevo sistema que se pretende implementar para la UTTAB es establecer un sistema de humedal artificial a un costado de la laguna número 3, la cual se encargará de dar un tratamiento complementario a las aguas residuales provenientes de la PTAR, así como las aguas pluviales de la laguna A En la figura siguiente se observa el nuevo esquema propuesto, ya implementando un sistema de humedal artificial de flujo superficial. Figura 3. Esquema del nuevo sistema propuesto. A continuación, se presenta un pre-prototipo del Humedal artificial por flujo superficial:
Figura 4. Prototipo de humedal artificial por flujo superficial. 3.6 Parámetros que controlará el sistema Autores como Bedoya (2007) y Rodríguez (2017) han referido que los humedales artificiales, en especial aquellos que utilizan como base a la Tiphia latifolia, han logrado controlar y reducir los siguientes parámetros contaminantes en el agua: DQO DBO Nitrogeno total Fósforo Total Sólidos suspendidos totales La remoción de dichos contaminantes es lograda gracias a la acción de diversos mecanismos, los cuales se describen en la siguiente tabla Tabla 4: Mecanismos de remoción de contaminantes con macrófitas en humedales. Fuente (Delgadillo et al, 2010) Parámetro Mecanismos de remoción Sólidos suspendidos -Sedimentación/filtración DBO, DQO -Degradación microbiana (aeróbica y anaeróbica) Entrada
Recolección del efluente tratado: Debe tenerse en cuenta hacia donde será liberada el agua tratada, según las características de la misma, puede ser utilizada para alimentar una laguna artificial o bien, para riego y jardinería. Material soporte: Tiene como objetivo servir de soporte para el crecimiento de las plantas del humedal. Generalmente este sustrato se conforma de arena, tierra y grava. Si el sustrato tiene grandes cantidades de arcilla y limo, se consigue una mayor capacidad de absorción y filtración. Material no permeable/aislante: Para evitar la filtración del agua residual del humedal durante su tratamiento en el suelo nativo, se requiere establecer una barrera aislante que mantenga el agua a tratar únicamente en el humedal. Para ello, Parrao Lòpez (2018) recomienda usar geomembrana PVC flexible de espesor igual o mayor a 0.2 mm, ya que tiene una vida útil de más de 40 años y es resistente a rupturas por raíces. Vegetación: La densidad de la vegetación influye en la hidrología del humedal. Existen platas macrófitas tienen grandes propiedades de remoción de contaminantes. Además, brindan hábitat a otras especies. Se contempla para este proyecto el uso de la Typha latifolia, ya que son fuertes, fáciles de propagar, y capaz de producir una biomasa anual grande, además tpicamente quitan cantidades grandes del nitrato y del fosfato siempre que haya un recorte de plantas regular (Lara, J.; 1999; López, 2018). Como ventaja adicional, esta especie se ha observado cerca de las instalaciones de la UTTAB, por lo que su obtención y adaptación en el humedal será más eficiente.
RESULTADOS
Sabiendo que el agua residual de la universidad que se desahoga podría contener una alta carga contaminante que afectaría al medio ambiente y a la comunidad, resulta de gran importancia reestructurar el sistema de tratamiento para el buen desahogue de sus aguas residuales. Esta primera etapa del proyecto permitió comprender en qué consisten los Sistemas de Humedales de Flujo Superficial (HAFS), además, gracias a la investigación realizada se determinó que este puede servir como un complemento
de la caracterización, se determinaron los parámetros a medir que funcionarán como indicadores de eficiencia del nuevo sistema propuesto. Por otro lado, se explicó la clasificación a la cual pertenece el sistema de humedales artificiales, y de igual forma se aclaro el funcionamiento de los humedales con el fin de entender mejor su uso dentro del sistema actual. Aunado a ello, se determinaron las ventajas y desventajas que puede tener la aplicación de los humedales por flujo superficial, permitiendo tener una mayor perspectiva de la implementación de dicho sistema ambiental. Finalmente, podemos concluir que este trabajo es de gran utilidad como punto de partida para llevar a cabo los cálculos necesarios para el dimensionamiento del sistema, así como para la aplicación de cálculos estadísticos de los parámetros medibles en el sistema, es decir que se logra alcanzar el objetivo de servir como un preámbulo para la implementación de un tratamiento complementario de las aguas residuales en la UTTAB.
REFERENCIAS
Martinez J. D., Rivera J. N., Houbron, E., Calvarin A. C., Carrera O. M., García E. J., Soriano R., Tepole M. “Caracterización de aguas residuales universitarias y determinación de la eficiencia de tratamiento de las PTAR de la uv existentes de la región Cordoba-Orizaba”. Universidad veracruzana. 2013.
Oscar Delgadillo, Alan Camacho, Luis F.Pérez, Mauricio Andrade. “Depuración de aguas residuales por medio de humedales artificiales”. Universidad Mayor de San Simón. 2010. Almírcar Muñoz Cruz. “Caracterización y tratamiento de aguas residuales”. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. 2008. Halverson, N. (2004). Review of Constructed Subsurface Flow vs. Surface Flow Wetlands. Savannah, E.U.A. Mirante, J. (2012). “ Determinación de parámetros de diseño, puesta en marcha y evaluación de la eficiencia de humedales de flujo subsuperficial en la planta piloto aurora ii, para el tratamiento de aguas residuales domésticas”. Delgadillo et al. (2010). Depuración de aguas residuales por medio de humedales artificiales. Centro Andino para la Gestión y Uso del Agua. Cochabamba, Bolivia. Parrao, A. (2018). “ Diseño y Construcción de un Prototipo de Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial para el Tratamiento de aguas Residuales Domesticas ”. Valparaíso, Chile.
