PROCESO ANAEROBIO-HUMEDAL ARTIFICIAL

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA UNIDAD AZCAPOTZALCO División de Ciencias Básicas e Ingeniería

PROYECTO TERMINAL PARA OBTENER EL TITULO DE LICENCIATURA EN INGENIERIA QUIMICA: “ESTUDIO DE LAS VARIABLES DE OPERACIÓN PARA EL ACONDICIONAMIENTO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES CON SISTEMA ANAEROBIO Y HUMEDALES ARTIFICIALES”

Sandra Teresa Ramírez Herrera 200205288. [email protected]

Asesor __________________________________________ M. en C. Erasmo Flores Valverde.

DEDICATORIA

Dedicó todo este trabajo a:

Mi mamá, Manuela Herrera, por su apoyo y sobretodo por su gran sacrificio, ya que sin el, no lo hubiera logrado, todo esto es por ti y para ti.

Mi hermana Doria Isela Ramírez y a mi papá Martín Ramírez que siempre estuvieron conmigo, en las altas y las bajas, pero siempre juntos.

Mi mejor y gran amigo, Roberto Romero, el amor de mi vida, existe una gran parte tuya aquí.

 

1

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios, por haberme dado la vida y a una gran familia.

Gracias al M. en C. Erasmo Flores Valverde, por la oportunidad, la confianza y el apoyo que siempre deposito en mi.

Gracias a todos mis compañeros del Laboratorio de Análisis y Tratamiento de Aguas, por los buenos momentos y por el apoyo que recibí de todos ustedes, en especial a un gran amigo, Erik Guerrero González, por todo vida el apoyo . que recibí de ti, te llevó para toda mi

Gracias Roberto, porque nunca me dejaste morir sola, siempre estuviste a mi lado, Te Quiero.

 

2

INDICE Dedicatoria

1

Agradecimientos

2

Índice de Figuras y/o Gráficos

9

Índice de Tablas

12

Capítulo 1. Introducción

16

Capítulo 2. Antecedentes.

20

Capítulo 3. Aguas Residuales Que son las aguas residuales

23 23

Clasificación por su srcen

23

Características Físicas

26

Químicas

27

Composición Química

28

Sólidos

28

Gases

29

Líquidos

30

3

Capítulo 4. Tratamiento de las aguas residuales

33

Pretratamientos

33

Cribado

34

Desmenuzadores

34

Desarenadores

35

Trampas de grasas

35

Tratamientos Primarios

36

Tanques Sépticos

37

Tanques de doble acción (Imhoff)

38

Tanques de sedimentación simples con eliminación mecánica de sólidos.

40

Tratamientos secundarios

41

Filtros Goteadores

41

Tanques para la sedimentación secundaria

43

Lodos Activados

43

Lagunas aireadas

46

Lagunas de mezcla completa

46

Lagunas Facultativas

47

Balsas de estabilización.

47

Tratamientos terciarios

48

Separación de sólidos en suspensión

48

Adsorción en carbón activado

48

Intercambio iónico

49

Electrodiálisis

49

4

Cloración

50

Capítulo 5. Tratamiento anaerobio para aguas residuales

51

Tratamiento biológico

51

Metabolismo bacteriano

51

Crecimiento bacteriano Crecimiento bacteriano en relación con el

51

número de bacterias

52

Crecimiento bacteriano en términos de masa bacteriana

53

Crecimiento en cultivos mixtos.

53

Cinética de los tratamientos biológicos.

54

Crecimiento celular

54

Crecimiento con sustrato limitado

55

Crecimiento celular y utilización del sustrato

55

El proceso anaerobio

56

Etapas del proceso anaerobio

57

Etapa de fermentación ácida

58

Etapa de fermentación metanogénica.

59

Variables a controlar en el proceso

60

Cinética del proceso anaerobio

61

Ventajas del tratamiento anaerobio sobre el aerobio

63

Desventajas del tratamiento anaerobio sobre el aerobio

63

Reactor anaerobio de manto de lodos y flujo ascendente

5

64

Ventajas de los reactores UASB con respecto a otros sistemas anaerobios.

65

Capítulo 6. Tratamiento por humedales artificiales

66

Que es un humedal

66

El suelo

68

Plantas acuáticas

69

Proceso de Autodepuración

73

Procesos Bioquímicos y Fermentaciones

74

Humedales artificiales

74

El humedal como Proceso Natural

75

Elementos básicos

78

Vegetación

78

Materia orgánica

81

Fauna

82

Parámetros Básicos de Diseño.

84

Carga Hidráulica.

84

Profundidad del humedal.

86

Carga orgánica.

86

Tipos y diseño

86

Sistemas de flujo superficial o FWS

87

Sistemas de flujo subsuperficial o SFS

88

Capítulo 7. Objetivos

91

General

85

6

Específicos

85

Desarrollo experimental

92

ETAPA 1. Construcción.

92

Capítulo 8.

Equipo para el Cultivo de Bacterias.

92

Material

92

Procedimiento

92

Tanque de Sedimentación.

94

Material

94

Procedimiento

95

Reactor Anaerobio

96

Material

96

Procedimiento

96

Humedal Artificial.

98

Material

98

Procedimiento

99

ETAPA 2. Estabilización de los equipos

100

Reactor para el cultivo y desarrollo de Bacterias.

100

Reactor anaerobio y Humedal Artificial.

100

ETAPA 3. Puesta en marcha del reactor anaerobio y el humedal artificial.

101

ETAPA 4. Análisis de parámetros.

101

Protocolo para la DBO5.

101

Protocolo para la DQO.

103

Protocolo para los SST y los SSV.

104

7

Capítulo 9. Resultados

106

Cultivo y desarrollo de bacterias.

106

Estabilización del reactor anaerobio y el humedal artificial

106

Pruebas de tratabilidad

111

Generación de lodos en el reactor anaerobio

119

Desarrollo de las plantas en el humedal artificial

119

Capítulo 10. Análisis de resultados.

120

Periodo de estabilización

120

Pruebas de tratabilidad

121

Remoción de DQO

122

Remoción de la DBO5 Remoción de los SST y SSV

122 123

Capítulo 11. Conclusiones

126

Anexos Anexo I. Tablas del Capítulo 9

.

128

Anexo II. Glosario

151

Anexo III. Reactor para el Desarrollo y cultivo de bacterias

157

Anexo IV. Equipo para el tratamiento del agua residual

158

Anexo V. Resultados visuales del tratamiento aplicado

160

Anexo VI. Desarrollo de las plantas

161

162

Bibliografía

8

ÍNDICE DE FIGURAS Y/O GRAFICOS

Fig. 1.1. Descarga de aguas residuales.

16

Fig. 1.2. Riego agrícola con aguas residuales.

16

Fig. 1.3. Colindancias del Municipio de Tequixquiac.

18

Fig. 4.1. Sistema de Cribado en PTAR.

34

Fig. 4.2. Esquema de la localización de un desarenador.

35

Fig. 4.3. Trampa de Grasas.

36

Fig. 4.4. Diagrama de sedimentación ideal.

37

Fig. 4.5. Esquema de un Tanque Séptico.

38

Fig. 4.6. Tanque Imhoff.

39

Fig. 4.8. Tanque de sedimentación secundario rural.

43

Fig. 4.9. Esquema del Proceso de Lodos Activados.

43

Fig. 4.12. Laguna de mezcla completa.

46

Fig. 4.13. Laguna Facultativa

46

Fig. 4.14. Relación cíclica entre las algas y las bacterias.

47

Fig. 4.16. Columnas de carbón activado (escala piloto)

48

Fig. 4.17. Esquema de un intercambiador iónico.

49

Fig. 4.18. Sistema de Electrodiálisis.

49

Fig. 5.2. Curva característica de crecimiento bacteriano en términos del número de bacterias.

52

Fig. 5.3. Curva característica de crecimiento bacteriano en términos de la masa de las bacterias.

53

9

Fig. 5.4. Crecimiento de microorganismos durante la estabilización de desechos orgánicos.

54

Fig. 5.10. pH y contenido salino.

64

Fig. 5.11. Reactor de Flujo Ascendente UASB.

64

Fig. 6.1. Humedal Natural.

66

Fig. 6.3. Planta Acuática Anfibia Fig. 6.4. Flor de Elodea.

69 70

Fig. 6.5. Camalote de Agua.

70

Fig. 6.6. Repollito de Agua.

70

Fig. 6.11. Humedales Artificiales.

75

Fig. 6.13. Plantas comúnmente utilizadas en humedales artificiales.

78

Fig. 6.16. Comparación entre los 2 tipos de humedales artificiales

86

Fig. 6.17. Sistema de flujo libre o superficial (FWS).

87

Fig. 6.18. Componente de un humedal artificial de flujo superficial.

88

Fig. 6.19. Sistema de flujo subsuperficial (SFS).

88

Fig. 6.20. Componente de un humedal artificial de flujo subsuperficial.

89

Gráfico. 9.1. Estabilización de la temperatura.

107

Gráfico. 9.2. Estabilización del pH.

107

Gráfico. 9.3. Remoción y DQO. de DBO5

108

Gráfico. 9.4. Estabilización de la temperatura.

109

Gráfico. 9.5. Estabilización del pH.

109

Gráfico. 9.6. Remoción y DQO. de DBO5

110

Gráfico. 9.7. Relación entre la temperatura y el tiempo de retención en el Reactor Anaerobio.

111

10

Gráfico. 9.8. Relación entre la pH y el tiempo de retención en el Reactor Anaerobio.

112

Gráfico. 9.9. Relación entre la temperatura y el tiempo de retención en el Humedal Artificial.

112

Gráfico. 9.10. Relación entre la pH y el tiempo de retención en el Humedal Artificial. Gráfico. 9.11. Relación entre la remoción de DQO y el tiempo de

113

retención en el reactor Anaerobio.

113

Gráfico. 9.12. Relación entre la remoción de DQO y el tiempo de retención en el humedal artificial.

114

Gráfico. 9.13. Relación entre la remoción de DBO5 y el tiempo de retención en el reactor Anaerobio.

115

Gráfico. 9.14. Relación entre la remoción de DBO5 y el tiempo de retención en el humedal artificial.

116

Gráfico. 9.15. Relación entre la remoción de SST y el tiempo de retención en el reactor Anaerobio.

117

Gráfico. 9.16. Relación entre la remoción de SST y el tiempo de retención en el humedal artificial.

117

Gráfico. 9.17. Relación entre la remoción de SSV y el tiempo de retención en el reactor Anaerobio.

118

Gráfico. 9.18. Relación entre la remoción de SSV y el tiempo de retención en el humedal artificial.

  11

118

INDICE DE TABLAS

Tabla. 1.1. Promedio mensual de temperaturas en el Municipio de Tequixquiac (21). Tabla. 2.1. Resultados de parámetros fisicoquímicos y biológicos de las descargas.

19 21

Tabla.2.2. Remoción de DBO5 en PTAR anaerobias-humedales en operación.

22

Tabla.2.3. Remoción de DBO en PTAR anaerobias-humedales (Estudio Piloto).

22

Tabla.3.1. Parámetros que identifican el nivel de contaminación del agua residual.

24

Tabla. 6.1. Procesos naturales en un humedal artificial

75

Tabla. 6.2 Tipos de Plantas acuáticas. . Tabla. 9.1. Datos de pH y temperatura, obtenidos de la estabilización

79

del reactor anaerobio (Anexo III).

128

Tabla. 9.2. Cálculos realizados para la determinación de la DBO5 en el período de estabilización, para el reactor anaerobio y para el humedal artificial (Anexo III).

129

Tabla. 9.3. Cálculos realizados para la determinación de la DQO en el proceso de estabilización (Anexo III).

131

Tabla. 9.4. Cálculos realizados en la valoración del SFA (Anexo III).

12

131

Tabla. 9.5. Remoción de DBO 5 y DQO durante el período de estabilización. (Anexo III).

132

Tabla. 9.6. Temperatura y pH en el período de estabilización del humedal artificial (Anexo III).

132

Tabla. 9.7. Remoción de DBO 5 y DQO durante el período de estabilización. (Anexo III). Tabla. 9.8. Temperatura y pH en ambos sistemas con un tiempo de retención de 72 horas.

(Anexo III).

133 133

Tabla. 9.9. Temperatura y pH en ambos sistemas con un tiempo de retención de 24 horas.

(Anexo III).

134

Tabla. 9.10. Temperatura y pH en ambos sistemas con un tiempo de retención de 12 horas. (Anexo III).

134

Tabla. 9.11. Cálculos realizados para la remoción de DQO en un tiempo de retención de 72 horas. (Anexo III).

135

Tabla. 9.12. Cálculos realizados para la remoción de DQO en un tiempo de retención de 24 horas. (Anexo III).

136

Tabla. 9.13. Cálculos realizados para la remoción de DQO en un tiempo de retención de 12 horas. (Anexo III).

137

Tabla. 9.14. Remoción de la DQO con respecto al tiempo de retención en ambos sistemas. (Anexo III).

137

Tabla. 9.15. Cálculos realizados para la determinación de la DBO5 en las pruebas de tratabilidad, para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 72 horas. (Anexo III).

13

139

Tabla. 9.16. Cálculos realizados para la determinación de la DBO5 en las pruebas de tratabilidad, para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 24 horas. (Anexo III).

140

Tabla. 9.17. Cálculos realizados para la determinación de la DBO5 en las pruebas de tratabilidad, para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 24 horas. (Anexo III). Tabla. 9.18. Valores obtenidos de DBO 5 para los distintos tiempos de retención en

142

ambos sistemas. (Anexo III).

144

Tabla. 9.19. Valores promedio de remoción de DBO5 para cada tiempo de retención. (Anexo III).

144

Tabla. 9.20. Cálculos realizados para la determinación de SST y SSV en las pruebas de tratabilidad, para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 72 horas. (Anexo III).

145

Tabla. 9.21. Cálculos realizados para la determinación de SST y SSV en las pruebas de tratabilidad, para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 24 horas. (Anexo III).

146

Tabla. 9.22. Cálculos realizados para la determinación de SST y SSV en las pruebas de tratabilidad, para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 12 horas. (Anexo III).

147

Tabla. 9.23. Datos finales de SST para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en los diferentes tiempos de retención. (Anexo III).

149

Tabla. 9.24. Valores promedio de remoción de SST para cada tiempo de retención. (Anexo III).

149

Tabla. 9.25. Datos finales de SSV para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en los diferentes tiempos de retención. (Anexo III).

14

150

Tabla. 9.26. Crecimiento de los alcatraces en el humedal artificial, en un período de 3 meses. (Anexo III).

150

 

15

1.- INTRODUCCION La contaminación del agua en nuestro país ha ido incrementando con el paso de los años, de ahí, la necesidad de encontrar métodos que nos ayuden a aminorar este grave problema. Teniendo en cuenta que solo se trata el 35% de las aguas residuales generadas y si consideramos que el 89,2% de la población (110 millones) cuenta con agua potable y el 85,2% con sistema de drenaje, podemos ver que solo de los centros urbanos las descargas asciende a 763kilómetros cúbicos anuales lo que equivale a 242,000 litros por segundo. Debido a el desarrollo, al aumento de la población y a la gran variedad de procesos industriales desarrollándose, un sin fin de elementos químicos elaborados junto a una mayor cantidad de materias orgánicas son dispuestos en los cursos normales de agua, depositándose en lagunas, lagos, ríos y mar; provocando una grave contaminación de la poca agua potable con la que contamos. La naturaleza no es capaz por sí sola de realizar el proceso de auto purificación de los cursos de agua.

Fig. 1.1. Aguas residuales. Una de las prácticas más usuales en el campo mexicano es la utilización de aguas residuales sin ningún tratamiento para riego agrícola, este hecho aparte de tener un impacto directo al medio ambiente tiene efectos sobre la salud de la población, toda vez que, buena parte de cultivos agrícolas son regados con este tipo de aguas.

Fig. 1.2. Riego agrícola con aguas residuales. 16

Genera importantes enfermedades como el cólera, la tifoidea y la hepatitis, las que se adquieren principalmente por beber agua contaminada o por consumir frutas o verduras regadas con agua contaminada. Tomando en cuenta que la disponibilidad de agua potable cada vez es menor, es imprescindible darle tratamiento al agua residual para poder reutilizarla en actividades que no requieren de agua de calidad potable, acciones como esta permitirían evitar la sobreexplotación de los mantos acuíferos que es uno de los problemas graves que presenta actualmente la Cuenca de México. Asimismo, las secreciones, fertilizantes y detergentes contienen nitrógeno y fosfato, provocando un acelerado crecimiento de algas presentes en los cuerpos de agua. Al morir, las algas se depositan en el fondo y fungiendo como alimento para las bacterias. La gran cantidad comida permite un aumento de la cantidad de bacterias en el agua. A su vez, las bacterias consumen oxígeno, quedando muy poco para los otros seres vivos del agua, principalmente insectos y peces, los que mueren por falta de oxígeno, en casos extremos, podría producir la muerte de toda forma de vida en un cuerpo de agua. La grave contaminación del agua produce efectos, tan solo por mencionar algunos, como:  Pérdida de los pocos recursos hidráulicos con lo que se cuentan en la actualidad.  Menor calidad de agua para el abastecimiento de poblaciones. Peligro

potencial dirigido directamente a la salud pública, teniendo repercusiones sobre la economía de la población.  Control riguroso y tratamiento adecuado para la utilización de agua con cierto grado de contaminación. Vemos también que nuestro país falta mucho por investigar respecto al tratamiento de aguas residuales y el re-uso de aguas tratadas. En este sentido, los sistemas combinados, en particular anaerobios y humedales, ofrecen buenas eficiencias en cuanto a su operación, además, que presentan costos muy bajos comparados, por ejemplo, con sistemas de tratamiento aerobio los cuales requieren mucha energía y su mantenimiento es costoso. Un beneficio adicional que ofrecen los sistemas anaerobios es la producción de biogás (gas metano) una plantadeanaerobia sido acondicionada debe implementarse un sistema de cuando aprovechamiento dicho gas ha para la generación de energía eléctrica. En cuanto a los humedales artificiales, los vegetales que son utilizadas para el humedal pueden tener aplicaciones como: materia prima para artesanías de la región, para arreglos florales, cuando cumplen su ciclo de vida tienen diversas aplicaciones, pueden ser utilizadas como alimento para ganado, como mejoradotes de suelo y como materia orgánica para hacer composta.

17

Por todo lo anterior surge la necesidad de desarrollar un proyecto como este, buscando disminuir la cantidad de contaminantes presentes en las aguas residuales, aprovechando los beneficios que cada uno de los sistemas nos ofrecen. El desarrollo del proyecto va dirigido a la comunidad de Tequixquiac, localizada en el Estado de México, y específicamente al tratamiento del agua descargada a uno de sus ríos, el Río Salado, el cual con el paso del tiempo ha ido sufriendo la contaminación de sus aguas por descargas de aguas residuales domésticas y por túneles que provienen del gran canal del desagüe, los cuales hacen uso de su cauce. Su calidad aforo han sido diferentes épocas de un año (finales de 2007 y durante el yaño 2008) por estudiados el M. en C.enErasmo Flores Valverde, encontrándose que la carga de contaminantes corresponde principalmente a la materia orgánica, ya que no se encontraron metales pesados. El municipio de Tequixquiac se encuentra al norte del Estado de México, a 120km de la capital del mismo, Toluca. Limitan con el municipio: Al norte con el municipio de Apaxco y con el poblado de Santa Ma. Ajoloapan del municipio de Hueypoxtla; al sur con ejidos del municipio de Zumpango; al oriente con el municipio de Hueypoxtla; al poniente con el ejido de Sta. Ma. Apaxco, el municipio de Huehuetoca y el Estado de Hidalgo.

Fig. 1.3. Colindancias del Municipio de Tequixquiac. Proveniente de un manantial del municipio de Hueypoxtla, nace el río Salado. Cuenta con una extensión de 96.37km2 y una altitud de 2340m sobre el nivel del mar. El municipio cuenta con 28 arroyos, 6 bordos, 9 pozos profundos con equipos de bombeo y 11 manantiales. Cuenta con un clima de templado a subhúmedo, presentando una temperatura promedio de 15.5°C, con una máxima extrema de 36°C y una m ínima de 0°C. La lluvia es de 861mm, cayendo en el mes de Noviembre la primera helada y en Abril la última. La temperatura promedio mensual que se presenta durante los meses en que se elaborara este proyecto son:

18

Promedios Mensuales de Temperatura del Municipio de Tequixquiac Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo Abril °C

16.1

15.0

13.9

13.7

12.8

13.9

16.2

18.1

Tabla. 1.1. Promedio mensual de temperaturas en el Municipio de Tequixquiac (21). Por el clima de la región, la vegetación es diversa y muy variada, ya que cuenta con zonas húmedas en las márgenes de los ríos, pero también muy secas en las zonas mas alejadas deplantas ellos. Así que su yvegetación dada por variedades de árboles frutales, cactáceos, de ornatos variedad enestá cultivos. Aproximadamente el 68% del territorio es de uso agrícola para la siembra de diversos cultivos, de ello, el 80% son de temporal y el 20% de riego. El tipo de tratamiento que se aplicará brindará una gran ayuda en los sistemas de riego, ya que el agua tratada puede ser utilizada en sus cultivos.

 

19

2.- ANTECEDENTES Los sistemas combinados ofrecen efluentes de muy buena calidad, debido a la elevada eficiencia en la reducción de materia orgánica. La combinación de un sistema anaerobio con un sistema de humedal artificial, presenta una muy buena alternativa para el tratamiento de aguas residuales. Los sistemas anaerobios se caracterizan por estar desarrollados en un medio hermético, sin entrada de oxígeno, en el cual las bacterias son las encargadas principales de la limpieza del agua. En este tipo de tratamiento se logra la descomposición de los compuestos orgánicos complejos a productos finales inertes mediante la acción de bacterias en ausencia de oxígeno molecular [14]. Los humedales artificiales son estanques fabricados por el hombre, con vegetación sumergida y emergente y vida animal acuática, simulando humedales naturales para uso humano. Se ha demostrado que los humedales artificiales son adecuados para el tratamiento de aguas domésticas crudas como tratamiento único, se recomiendan pretratamientos para la remoción de sólidos grandes. Por ello, algunos autores los consideran como sistemas de tratamiento secundario o terciario. Para comunidades pequeñas o rurales, se consideran como único tratamiento, ya que no se dispone de algún otro por el costo que implicaría. Existen 2 tipos de sistemas de humedales artificiales, Sistema de Agua Superficial Libre (SASL) y Sistema de Flujo Bajo la Superficie (SFBS). Se ha optado por implementar este último, dado que presenta altas eficiencias en la remoción de DBO5 (60-90%), N (superiores al 75%), P (30-50%) y bacterias patógenas (mayor al 90%). Se caracteriza por el crecimiento de plantas emergentes usando el suelo, grava o piedras como sustrato de crecimiento en el lecho del canal [18]. Presenta profundidades aproximadas de o.3 a 0.7mts. Las plantas acuáticas con las que cuenta un humedal son la pieza fundamental para este tipo de sistemas, ya que ellas son las que realizan todo el trabajo en cuanto a la limpieza del agua. El uso de estos sistemas combinados ha ido en aumento en toda la República Mexicana y en general en todo el mundo. El Estado de Michoacán realizó un estudio sumamente importante para el rescate del Lago de Pátzcuaro, ya que el deterioro que presentaba la calidad del agua iba en aumento. El estudio se basó, principalmente, en el diseño de humedales artificiales para el tratamiento de las descargas de 4 localidades aledañas y de una planta de tratamiento anaerobia. Se realizaron estudios socioeconómicos y ambientales para evaluar la factibilidad de la implementación de este sistema. Se identificaron zonas de descarga que contaban, una, con un sistema anaerobio, (el cual ya había rebasado su capacidad desde hace algunos años), y otras con sistemas de lodos activados. 20

En todas las zonas de descarga identificadas se realizaron los análisis fisicoquímicos y bacteriológicos, que se muestran en la Tabla 2.1. [19]. Q (l/s)

DBO5 (mg/l)

NT (mg/l)

PT (mg/l)

SST (mg/l)

CF (NMP/100ml)

Quiroga

20

38.14

37.05

7.79

33

9.94E+07

Erongarícuaro

.0

31.68

60.76

13.2

188

3.41E+08

Sta. Fe de la Laguna

1.8

414.24

71.08

3.4

289

8.19E+08

Tzintzuntzan

0.1

250

25

9

200

6.80E+07

Buena Vista

0.4

220

55.36

13.5

200

1.26E+08

Descarga

Tabla. 2.1. Resultados de parámetros fisicoquímicos y biológicos de las descargas. Q = Caudal DBO5 = Demanda Bioquímica de Oxígeno a 5 días NT = Nitrógeno Total PT = Fósforo Total SST = Sólidos Suspendidos Totales CF = Coliformes Fecales El valor promedio de límites permisibles en México para DBO 5, varía entre 150 y 250mg/l, para NT de 40 a 60mg/l, para PT de 20 a 30m g/l, de acuerdo a la NOM-001-SEMARNAT1996. Comparando la tabla de datos anterior con los límites permisibles, se pudo observar la necesidad de la implementación de los humedales artificiales en la zona. Ya que como se observa, la mayoría de los datos obtenidos rebasan estos valores, a excepción de la descarga 1, la cual presenta un tratamiento anaerobio previo. Si tomamos en cuenta esta descarga podemos ver como un sistema anaerobio es un buen tratamiento primario, y podemos esperar que al combinarlo con un humedal artificial es factible obtener valores por debajo de los límites permisibles.

21

Un segundo estudio en el Estado de Guanajuato, nos presenta la necesidad urgente de implementar plantas de tratamiento de aguas residuales. El estado de Guanajuato cuenta con 28 plantas de Tratamiento de Aguas Residuales en operación, de las cuales, 3 cuentan con un tratamiento anaerobio y con humedal artificial. El Estado tiene planeada la construcción de 7 plantas más. La Tabla. 2.2., presenta la remoción de DBO5 de estas 3 PTAR (Plantas de Tratamiento de Agua Residual) [20]. PTAR Cabecera Municipal.

DBO5 Entrada (mg/l)

DBO5 Salida (mg/l)

Remoción (mg/l)

Remoción Kg/día

Q (lps)

Sta. Catarina

288.22

140

148.22

32.02-

2.5

Victoria

242.96

168.2

74.76

25.84

4

Xichú

378.1

78.9

299.2

129.25

5

Tabla.2.2. Remoción de DBO5 en PTAR anaerobias-humedales en operación. Se cuenta con 2 plantas más en construcción que presentan la combinación de los dos sistemas, los resultados obtenidos hasta el momento, son los siguientes [20]: PTAR Cabecera Municipal.

DBO5 Entrada (mg/l)

DBO5 Salida (mg/l)

Remoción (mg/l)

Remoción Kg/día

Q (lps)

Allende Charco del Ingenio

220

70

150

64.8

5

Salvatierra

260

30

250

993.6

50

Tabla.2.3. Remoción de DBO en PTAR anaerobias-humedales (Estudio Piloto). Si comparamos los datos de estas PTAR, con los límites permisibles para DBO presentados en el primer estudio, podemos notar que el agua tratada cumple con la normatividad. Vemos así que los sistemas combinados ofrecen buenos sistemas de saneamiento para el agua residual.

  22

3.- AGUAS RESIDUALES QUE SON LAS AGUAS RESIDUALES Son aguas que han abastecido a un grupo o a una población, después de haber sido contaminadas directa o indirectamente por diversos usos. Comúnmente son vertidas a cauces de ríos, arroyos, lagos o extensiones marítimas. Provienen de la combinación de los líquidos o desechos arrastrados por el agua, provenientes de casas habitación, comercios e industrias, y por aguas subterráneas, superficiales o de lluvia, que puedan agregarse. [1]. Se presentan como líquidos turbios con materia sólida suspendida. En su estado inicial presentan un color gris con un olor a moho poco desagradable; flota en ella, materia fecal y basura común. Con el paso del tiempo el color se va obscureciendo llegando a negro con un olor más penetrante y desagradable, ahora, en ella flotan sólidos negros en su superficie o en todo el líquido. Clasificación por su Origen. Originarias de:

a) Aguas Excretas Aquellas que contienen residuos sólidos y líquidos que conforman las heces humanas, presentan la siguiente composición: i) Deyecciones sólidas. Se componen normalmente de agua, celulosa, lípidos, prótidos y materia orgánica en general. Este tipo de vertidos es el más importante por sus características de composición y concentración, que hacen que sean los puntos principales a tener en cuenta en la construcción de sistemas de depuración de aguas residuales urbanas. ii) Vertidos líquidos Al día un hombre elimina 1.3litros de orina, esto significa que al año se producen unos 28kg. de materia orgánica.

b) Aguas provenientes de Residuos Domésticos Son los que provienen de la evacuación y manipulaciones de cocinas (desperdicios, arenas de lavado, residuos animales y vegetales, detergentes y partículas), de los lavados domésticos (jabones, detergentes sintéticos con espumantes, etc.) y de partículas o sustancias que se recogen en la limpieza de la habitación humana.

23

c) Aguas de arrastres de lluvia Al caer la lluvia en un determinado lugar, arrastrará partículas y fluidos que se encuentren superficies expuestas, como: hollín, polvo de ladrillo y cemento, esporas y polvo orgánico e inorgánico de los tejados, partículas sólidas, polvo, hidrocarburos de vías públicas; restos de vegetales y animales y partículas sólidas de parques y áreas verdes.

d) Aguas de infiltraciones Existe el peligro de infiltraciones y fugaspor a través mal estado o con conexiones defectuosas o simplemente el pasode deltuberías agua enenellas.

e) Aguas de residuos industriales Todo tipo de aguas utilizadas en procesos industriales. Existen parámetros con los cuales se puede definir la contaminación de un agua residual urbana, como se muestra en la siguiente tabla [3]:

PARAMETRO

CONTAMINACION FUERTE

Sólidos Totales (S.T.)

1000

500

200

Sólidos Totales Volátiles (S.T.V)

700

350

120

Sólidos Totales Fijos (S.T.F)

300

150

80

Sólidos Suspendidos Totales (S.S.T)

500

300

100

Sólidos Suspendidos Volátiles (S.S.V)

400

250

70

Sólidos Suspendidos Fijos (S.S.F)

100

50

30

Sólidos Sedimentables

250

180

40

24

CONTAMINACION CONTAMINACION MEDIA LIGERA

Totales (S.s.) Sólidos Sedimentables Volátiles (S.s.V)

100

72

16

Sólidos Sedimentables Fijos (S.s.F)

150

108

24

Sólidos Disueltos Totales (S.D)

500

200

100

Sólidos Disueltos Volátiles (S.D.V)

300

100

50

Sólidos Disueltos Fijos (S.D.F)

200

100

50

D.B.O. 5’ a 20°C

300

200

100

D.Q.O

800

450

160

Oxígeno Disuelto (O.D)

0

0.1

0.2

Nitrógeno Total (N)

86

50

25

Nitrógeno Orgánico (N)

35

20

10

Amoníaco Libre (NNH4)

50

30

15

Nitritos (N-NO2)

0.10

0.05

0.00

Nitratos (N-NO3)

0.40

0.20

0.10

Fósforo Total (P)

17

7

2

25

Cloruros Ph Grasas

175

100

15

6-9

6-9

6-9

40

20

0

Tabla.3.1. Parámetros y valores que clasifican el nivel de contaminación del agua residual. Características. Las aguas residuales presentan diversas características que nos indican el grado de contaminación que estas presenten, gracias a ellas, se sabe que tipo de tratamiento es el indicado. Algunos contaminantes presentes en el agua residual junto con sus características son: Sólidos Suspendidos: Responsables de la producción de fango y de condiciones anaerobias. Patógenos: Portadores de enfermedades. Nutrientes: Elementos como el fósforo nitrógeno y carbono en disueltos el agua, provocando el desarrollo de vida acuática indeseada. Si estosdisueltos elementos son vertidos directamente al suelo, provocan la contaminación de aguas subterráneas. Contaminantes Prioritarios: Compuestos orgánicos o inorgánicos sumamente nocivos para la salud. Materia Orgánica Biodegradable: Compuesta por grasas animales, proteínas. Por lo general este tipo de materia se mide en función de la DBO5 y de la DQO. Materia Orgánica Refractaria: Resistente a tratamientos de limpia convencionales. Sólidos Inorgánicos Disueltos: En los cuales se encuentran sulfatos, sodio y calcio. Metales Pesados: Como pueden ser Pb, Cd, Cr, Hg, etc. Físicas. Olor. Producidos comúnmente por los gases liberados en el proceso de la descomposición de la materia orgánica. El aroma fuerte y desagradable es producto del H2S, generado al transformarse los sulfatos en sulfitos por microorganismos anaerobios. En un inicio podemos detectar los olores del agua residual por el sentido del olfato, pero también se puede realizar de manera instrumental con un medidor de H2S portátil. Algunos equipos más son: 26

Olfatómetro triangular dinámico y el medidor de aromas para estudios de campo. Estos equipos pueden detectar compuestos como: aminoácidos, compuestos Orgánicos volátiles y amoníaco. Temperatura. Comúnmente la temperatura de las aguas residuales es mayor que la del agua potable. Dependiendo del lugar en el que se localicen la temperatura varía entre 10°C y 20°C. Suele ser un facto r importante por la influencia que representa en la vida acuática, reacciones químicas y velocidades de reacción. Un cambio brusco en la temperatura provocaría la desaparición de la vida acuática, mientras que, al presentar temperaturas muy altas, se promueve la aparición hongos de y plantas 30°C se presenta u mejor de desarrollo la vida acuáticas. bacteriana.De 25°C a Color: Es un indicador de la edad de las aguas residuales. La intensidad del color gris a un gris prácticamente negro, se da, debido a la pérdida de oxígeno que el agua vaya presentando. El color negro que presenta el agua al final de este proceso se debe a la formación de sulfuros metálicos. Turbidez: La producen materias en finas en suspensión. Nos indica la calidad del agua con respecto a la materia residual y coloidal en suspensión. Se mide al comparar la dispersión de la luz que presente con respecto a una de referencia, en las mismas condiciones. Lo anterior se produce dado que la materia coloidal dispersa absorbe luz. Densidad: Este parámetro nos relaciona la masa y el volumen. Dependiendo de la densidad que presente el agua residual podemos determinar la formación de los fangos de sedimentación y algunos otros parámetros. Químicas. Se pueden dividir en 3 grupos principales: 

Materia Orgánica: La conforman principalmente las proteínas que representan entre un 40% y 60%, los carbohidratos con un 25% al 50% y las grasas con un 10%. o

o

Proteínas. Presentan una composición muy compleja, dado que se pueden descomponer en formas solubles en agua y a su vez en otras insolubles. Carbohidratos: Los encontrar en azúcares, celulosa, por almidones y fibrapodemos de madera. Se encuentran conformados carbono, hidrógeno y oxígeno. Son solubles en agua. Al fermentarse produce en alcohol y CO2. La celulosa presenta una mayor importancia como componente de las aguas residuales, dada su fácil eliminación en presencia de hongos en condiciones de pH bajos.

27

o

Grasas: En ellas podemos encontrar grasas animales y aceites, provenientes de manera común de alimentos. Estas grasas y aceites provienen de compuestos de alcohol y ácidos grasos. Por ser compuestos de alta estabilidad, no es muy fácil su eliminación por acción bacteriana. No solamente las grasas y aceites surgen de los alimentos, si no también de derivados del petróleo, de igual forma es muy difícil poder eliminarlos del agua residual. De aquí surgen las trampas de grasas que se colocan en las plantas de tratamiento, de esta forma el agua que entra al tratamiento que se maneja, llega con una cantidad de grasas y aceites mínima.

También como componentes orgánicos podemos encontrar sólidos filtrables, los cuales provienen de plantas y animales, estos a su vez se encuentran conformados por combinaciones entre oxígeno, hidrógeno, carbono y en algunas ocasiones nitrógeno. Además de azufre, hierro y fósforo. Composición. Química. 

Sólidos.

Se clasifican en 2 grupos principales: 1) Sólidos Orgánicos. Son desechos de srcen de vegetal y animal; materia muerta de animales o plantas. Incluye compuestos orgánicos sintéticos. Se conforman por proteínas, carbohidratos y grasas. Son biodegradables y combustibles. Para poder cuantificar la cantidad de materia orgánica presente, se realizan las siguientes mediciones: Demanda Bioquímica de Oxígeno: Se aplica para aguas superficiales como para aguas residuales. Comúnmente se realiza en un tiempo de incubación de 5 días. Se determina de acuerdo a la cantidad de oxígeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación. Los datos que se obtienen al realizar este análisis nos ayudan a determinar que cantidad de oxígeno necesitaremos para poder estabilizar la materia orgánica que se encuentre presente. Se debe incubar la muestra por un período de 5 días a 20°C. Demanda Químicala de Oxígeno (DQO): Utilizamos agente oxidante como para poder determinar materia orgánica presente en elunagua, dándonos resultado la cantidad de oxígeno presente en la materia orgánica que puede oxidarse. De manera general, al relacionar la DBO5 con la DQO, esta última es mayor que la DBO5, dada la mayor cantidad de compuestos que se oxidan por medios químicos que por medios biológicos.

28

2) Sólidos inorgánicos Sustancias de srcen mineral, que no son posibles degradar. Pueden ser arena, grava, cieno (barro blando en el fondo de un cuerpo de agua o en terrenos muy húmedos) y sales minerales del abastecimiento de agua que producen su dureza y contenido mineral. Se clasifican en [2]: Sólidos en suspensión: Partículas flotantes perceptibles a simple vista, como fragmentos de animales, vegetales, basura, madera, etc. Pueden separarse del agua Generalmente por medios físicos o mecánicos, como sedimentación la filtración. se componen de un 68% de la sólidos orgánicos yy de un 32% de sólidos inorgánicos. A su vez se dividen en: a) Sólidos Sedimentables: Son partículas de tamaño y peso suficiente para que por gravedad se depositen en el fondo de un receptor. Su composición es de 70% sólidos orgánicos y 30% sólidos inorgánicos. b) Sólidos Coloidales: De manea indirecta, se conocen como la diferencia entre los sólidos suspendidos totales y los sólidos suspendidos sedimentables. Son degradables y con gran capacidad de absorción, factor importante en el tratamiento de aguas negras. Constituidos por 75% de componentes orgánicos y el resto de inorgánicos. Sólidos disueltos: Sólidos que pasan a través de un filtro de asbesto de un crisol Gooch. Presentan sólidos 90% totalmente disueltos y el resto coloidales. Conformados por 40% de componentes orgánicos y 60% inorgánicos. Sólidos Totales: Todo tipo de elementos sólidos de las aguas negras. En aguas residuales domésticas que presenten una composición media, presentan una composición 50%-50% de componentes orgánicos e inorgánicos, además de un 75% en solución y el resto en suspensión. 

Gases. Se presentan gases en pequeñas cantidades en las aguas residuales con diferentes concentraciones. Indispensables en la descomposición y tratamiento de los sólidos. a) Oxígeno Disuelto: Gas consumido por la actividad química y biológica. Este proceso es realizado por organismos aerobios al encontrarse oxígeno en las aguas, dando lugar a la descomposición aerobia de los sólidos orgánicos. Al no existir oxigeno, las bacterias anaerobias son las que entran en acción provocando aguas putrefactas. Por ello, las reacciones que se produzcan dependerán del oxígeno disuelto que el agua contenga. Presenta dependencia en factores como temperatura, altitud, movimientos del curso receptor, actividad biológica, actividad química, etc. 29

b) Ácido Sulfhídrico: Resulta al descomponerse, en medio anaerobio, compuestos orgánicos y algunos inorgánicos que contengan azufre. Se caracteriza por la producción de olores, lo que nos indica la evolución y el estado de un agua residual. Ante la presencia de calor, se descompone en azufre e hidrógeno. c) Bióxido de Carbono: También llamado “gas silvestre”, se srcina al fermentarse compuestos orgánicos en las aguas residuales. Se encuentra libre o como parte de bicarbonatos. d) Metano: Es producido por la descomposición anaerobia de la materia orgánica al reducirÚtil algunas bacterias el CO2, utilizando hidrógeno de fermentaciones butílicas. como combustible. e) Otros gases: Se generan también, diversos gases, identificados por ser malolientes, entre ellos se encuentran ácidos grasos volátiles, indol, escatol y otros derivados del nitrógeno. 

Líquidos. Comúnmente son químicos volátiles, los cuales hierven a menos de 100 grados centígrados, como por ejemplo: gasolinas, alcoholes, etc. En las aguas residuales, también se encuentra presente materia viva, ya sea animal o vegetal. En ellas los organismos vivos son imperceptibles a simple vista, pero bajo el microscopio se pueden identificar fácilmente. Son capaces de descomponer y degradar la materia orgánica e inorgánica, por ello son quienes más trabajo tienen en una planta de tratamiento de aguas residuales. Se clasifican, principalmente en 2 grupos generales: bacterias y organismos vivos complejos, a partir de ellas se desprenden clasificaciones más específicas en cada grupo. Bacterias. Organismos vivos, microscópicos, unicelulares. Existen móviles e inmóviles. Requieren de alimento, oxígeno y agua. Se multiplican por división celular. Su velocidad de reproducción puede ser frenada por [2]: -

Naturaleza de la bacteria.

-

Temperatura (0°C < T< 45°C).

-

Medio.

-

Disminución de alimentos y del oxígeno disuelto.

-

Acumulación de productos metabólicos tóxicos.

-

Variaciones de pH al aparecer ácidos, productos amoniacales, etc.

30

-

Competencia vital.

Bacterias parásitas. Son aquellas que viven y se alimentan en un organismo vivo, como pueden ser animales o el ser humano. Las que muestran una mayor importancia en el tratamiento de las aguas residuales, son, por lo general, aquellas que provienen del tracto intestinal del huésped, dado que sus deyecciones se dirigen a las descargas de agua residual. A este tipo de bacterias se les conoce como Patógenas, ya que pueden causar graves enfermedades (fiebre tifoidea, disentería, cólera, etc.) en el huésped en el quePor se ello alojan, dada su producción de compuestos tóxicos o venenosos. la importancia del tratamiento de las aguas residuales, ya que esto promovería graves epidemias, provocadas por la facilidad de transmisión de las enfermedades.

Bacterias Saprófitas. Son aquellas que se alimentan de materia orgánica, descomponiendo a su vez, los sólidos orgánicos presentes, produciendo desechos conformados por sólidos orgánicos e inorgánicos. Son de suma importancia en los tratamientos de aguas residuales, ya que aceleran o promueven la descomposición natural de sólidos orgánicos. Dado el medio en el que se desarrollen, se pueden clasificar en: Aerobias. Necesitan del oxígeno que se encuentre en el agua para alimentarse y respirar. El oxígeno necesario para su alimentación se le conoce como oxígeno disuelto, libre o molecular. Estas bacterias aerobias degradan la materia orgánica promoviendo procesos aerobios, conocidos también como descomposición aerobia, degradación u oxidación. El proceso también se caracteriza por la ausencia de malos olores. Anaerobias. Necesitan del oxígeno que se encuentra en los sólidos orgánicos e inorgánicos para subsistir. A diferencia de las bacterias aerobias, este tipo de bacterias no requieren del oxigeno disuelto para vivir, al contrario, en presencia de oxígeno disuelto su presencia es nula. Este proceso se caracteriza por la presencia de olores desagradables. Facultativas. En algunas ocasiones las bacterias aerobias y anaerobias, tienden a adaptarse a un medio distinto al suyo, cuando esto ocurre, se les conoce como bacterias facultativas. Autótrofas. Aquellas que pueden sustentar su protoplasma a partir de sustancias minerales como anhídrido carbónico, sulfatos, fosfatos, carbonatos,

31

etc., tomando la energía necesaria para sus biosíntesis a partir de la luz o a partir de ciertas reacciones químicas. [2]: Coliformes. Se les denomina así a un grupo de bacterias que presentan características bioquímicas en común, los cuales sirven de indicativos de contaminación en agua y alimentos. Se localizan principalmente en el intestino de los humanos y de animales de sangre caliente, pero también en suelos, semillas y vegetales. El medio por el llegan alcomo medioprincipales ambiento indicadores es por las heces Secual les conoce de la fecales. calidad del agua destinada al consumo humano, ya que, los coliformes tienden a ser mas resistentes en este medio que las bacterias patógenas; por lo tanto la ausencia de los mismos nos dice que el agua es bacteriológicamente segura. Así mismo, entre mayor sea la cantidad de coliformes aislados en el agua, mayor será la contaminación de esta. Ya que no todos los coliformes existentes son de srcen fecal, se realizaron pruebas que nos ayudan a diferenciarlos. Gracias a ellas se presenta la siguiente clasificación: Coliformes Totales: Incluye todo el grupo coliformes, Escherichia, Klebsiella, Enterobacter y Citrobacter. Coliformes Fecales: Provienen del tracto intestinal. Generadores de enfermedades intestinales que pueden ir de grado ligero o medio hasta mortal. Virus. Son mucho más pequeños que cualquier otro organismo microscópico. La importancia de ellos en las aguas residuales va dirigida al daño que provoca en los seres vivos derivado de infecciones intestinales.

 

32

4.- TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES El como elegir que tipo de pretratamiento o tratamiento será útil, depende de una variedad de factores, como pueden ser [9]: 

Características del agua residual: DBO5, .materia en suspensión, pH, productos tóxicos.



Calidad del efluente de salida que se requiera.



Costo y disponibilidad de terrenos.



Consideraciones de futuras ampliaciones, que necesiten el diseño de tratamientos mas sofisticados en el futuro.

Estos factores nos ayudan a poder aplicar un pretratamiento y tratamiento adecuados a la disposición de agua residual con la que se cuente. Existen diversos tipos de tratamiento de aguas, pero de manera general podemos mencionar los siguientes grupos: a) Pretratamientos. b) Tratamientos Primarios. c) Tratamientos Secundarios. d) Tratamientos Terciarios. PRETRATAMIENTOS. Los pretratamientos reducen sólidos en suspensión o acondicionan las aguas residuales para que puedan ser llevadas a algún otro receptor, o para que entren a un tratamiento secundario, según sean los requerimientos. Además de proteger a los equipos de bombeo de cualquier daño con sólidos gran tamaño. Los equipos para estos pretratamientos son diseñados para [1]: 

Separar o disminuir el tamaño de los sólidos orgánicos grandes que flotan o están suspendidos, como pueden ser madera, telas, papel, basura o materia fecal.



Separar los sólidos inorgánicos pesados, como arena, grava u objetos metálicos.



Separar grandes cantidades de grasas y aceites.

De manera general se cuentan con los siguientes dispositivos: -

Rejas de barras o más finas.

-

Desmenuzadores, ya sea molinos, cortadoras o trituradoras.

33

- Desarenadores. -

Tanques de preaeración.

-

Trampas de Grasas.

Cribado. El cribado disminuye sólidos suspendidos de diversos tamaños presentes en el agua. Los sólidos que son atrapados en las rejillas, se recogen de manera manual por medio de rastrillos y seque incineran o entransea clasifican una digestión anaerobia. Los sólidos son atrapados como finos y gruesos. Las rejillas para sólidos finos presentan aberturas de aproximadamente 5mm, fabricadas comúnmente de acero. En algunas ocasiones sustituyen tanques de sedimentación, pero no es muy recomendable, ya que con estas rejillas podemos eliminar entre un 5% y un 25% de sólidos en suspensión, mientras que por sedimentación se pueden eliminar entre un 40% y 60%. Mientras que las rejillas para sólidos gruesos presentan aberturas de aproximadamente 4cm, 8cm u 9cm. Protegen de cualquier daño a los equipos de posteriores tratamientos de sólidos de gran tamaño. Suelen ser sustituidas por trituradoras, las cuales disminuyen el tamaño de los sólidos, dejando que estos puedan ser sedimentados.

Desmenuzadores

Fig. 4.1. Sistema de Cribado en PTAR.

También conocidos como molinos, cortadoras o trituradoras. Su función se basa principalmente en destruir sólidos de gran tamaño, para que estos no dañen bombas o tuberías. Pueden ser elaborados de hojas dentadas o afiladas de acero, fijos o móviles.

34

Desarenadores. Dentro de la composición de las aguas residuales podemos encontrar cantidades de sólidos inorgánicos de diverso tamaño, como arena, cenizas o grava. Cualquiera de estos componentes puede causar abrasión en las bombas, saturar los tanques de sedimentación o tapar las tuberías. De aquí la necesidad de colocar desarenadores antes de las bombas o de los desmenuzadores. Su diseño se basa en la construcción de grandes canales en los cuales se disminuye la velocidad del mismo tal que los sólidos inorgánicos pesados sean capaces de sedimentarse en su recorrido, manteniendo el material orgánicosuna en velocidad suspensión. Es recomendable que al diseñar el desarenador, este presente aproximada de 30cms por segundo.

Fig. 4.2. Esquema de la localización de un desarenador. Trampas de grasas. Son depósitos colocados de forma que las grasas asciendan a la superficie y estas puedan ser recogidas, para que así el agua salga del tanque de manera continua. Los residuos que pueden ser recolectados son: grasas y aceites, trozos de madera, jabón, y algunos residuos vegetales.

35

Fig. 4.3. Trampa de Grasas. TRATAMIENTOS PRIMARIOS Estos tratamientos son diseñados para eliminar la mayor parte de los sólidos suspendidos en las aguas residuales, que pueden ser entre un 40% y 60%, generados por el proceso de sedimentación. Es posible agregar ciertos componentes químicos para que exista una sedimentación de entre el 80% y 90%, eliminando principalmente, la mayor parte de los sólidos coloidales y sedimentables, como pueden ser: • Unidades alimentadoras de reactivos •

Mezcladores

•

Floculadores

Aplicando un proceso tradicional de sedimentación, se elimina sólidos en suspensión, depositándolas en el fondo del reservorio con el que se cuente. Esto se produce dada la diferencia de peso específico entre los sólidos y el líquido. No solamente puede ser usado como pretratamiento, si no que puede intervenir en distintas fases de un tren de tratamiento, o puede ser el único tratamiento utilizado. Los sólidos que se han sedimentado, se retiran de manera frecuente, esto es, para evitar que se inicie el proceso de descomposición y no exista generación gases. Dependiendo de los sólidos presentes en el agua, se aplicaran determinados tipos de sedimentación [9]: 

Sedimentación discreta: las partículas depositadas no se unen con otras partículas, se mantienen de manera individual en la sedimentación. De esta manera se mantienen sus propiedades físicas durante el proceso.

36



Sedimentación con floculación: la aglomeración de las partículas se acompaña con cambios en la densidad y en la velocidad de precipitación.



Sedimentación por zonas: las partículas forman una especie de manta que sedimenta como una masa total presentando una interfase distinta con la fase líquida.

Tanque de sedimentación ideal. Este concepto es la base en el diseño de tanques de sedimentación. Desarrollado por Hazen y Camp se apoya en un sedimentador rectangular, el cual consta de cuatro zonas: 1.- Zona de entrada: Considera un flujo laminar. Supone que en el límite de la zona, existe una distribución uniforme de partículas. 2.- Zona de sedimentación: Supone que la partícula no se encuentra suspendida al llegar al fondo de la misma. 3.- Zona de salida: Zona donde se recoge el agua antes de pasar a un siguiente tratamiento. 4.- Zona de lodos: Zona exclusiva para retirar lodos.

Fig. 4.4. Diagrama de sedimentación i deal. Existen diversos tipos de tanques de sedimentación: Tanques Sépticos Es una de las técnicas más antiguas, ya que data del año de 1860. Fue diseñada para mantener aguas residuales a muy baja velocidad y bajo condiciones anaerobias, por períodos de aproximadamente 12 y 24 horas. Durante ese tiempo se reducen una gran cantidad de sólidos sedimentables, los cuales se descomponen en el fondo, produciendo gases que elevan a los sólidos a la superficie generando una nata, cuando los gases se vuelven a producir, rompen esa nata y los sólidos vuelven a caer. Dado que este proceso se da de manera subsecuente, y agregando que los tiempos de retención son prolongados, algunos sólidos salen con el efluente del tanque, dificultando así la aplicación de un tratamiento secundario. 37

Fig. 4.5. Esquema de un Tanque Séptico. Tanques de doble acción (Imhoff) Estos equipos fueron diseñados para mejorar las 2 deficiencias que presenta el tanque séptico, las cuales son, el conseguir que los sólidos que han sido separados se mantengan en que el tanque mezclándose descomponiéndose ahípara mismo, logrando así, el efluente que se nuevamente obtenga seay de una mejor calidad un tratamiento posterior. De esta manera, en forma anaerobia, se elimina el contacto de las aguas negras con los lodos, disminuyendo el tiempo de retención en el tanque. Este tipo de tanques llevan el nombre de tanques Imhoff, gracias al doctor que lo diseño. Pueden ser tanto redondos como rectangulares, pero contar con 3 compartimientos: 1. Sección Superior: Cámara de derrame continuo o área de sedimentación. 2. Sección Inferior: Digestión de los lodos. 3. Respiradero y cámara de natas. Durante la operación del equipo, las aguas negras entran a la cámara de sedimentación, en la cual se eliminan gran parte de los sólidos sedimentables, estos, se deslizan por las paredes del fondo de la cámara de sedimentación, llegando a la cámara de digestión a través de una pequeña ranura que se encuentra al fondo de la cámara de sedimentación. Los gases y algunas partículas de lodo que se pueden elevar son llevados a la cámara de natas y respiradero. Las ventilas deben contar con una superficie de al menos el 20% de la superficie total del tanque. Dado que el equipo no cuenta con equipo mecánico, es necesario tomar en cuenta las siguientes recomendaciones [1]: 38



Diariamente eliminar grasas, natas y sólidos flotantes, del área de sedimentación.



Raspar los lados y los fondos inclinados de la cámara de sedimentación.



Limpiar semanalmente la ranura del compartimiento de sedimentación.



Cambiar el sentido del flujo, al menos una vez al mes.



Controlar la nata generada en el área de natas, rompiéndola con chorros de manguera a presión, manteniéndola húmeda conun aguas negras delacompartimiento de sedimentación, y quitándola cuando presente espesor de 60 90cms.



Los lodos deben ser eliminados cuando su nivel llegue a 45cm de distancia de la ranura del compartimiento de sedimentación.



Después de cada descarga de lodos, las líneas de descarga deben escurrirse y llenarse con agua corriente o con aguas negras, para impedir que los lodos se endurezcan y tapen las tuberías.



Prevenir la formación de espumas, eliminándolas de manera continua.

Se recomienda iniciar el arranque del equipo en primavera o inicios del verano, ya que la temperatura es la adecuada para una mejor digestión de los lodos. Deben mantenerse los lodos con un pH arriba de 7.6 para no provocar una condición ácida y afecte la digestión. Se puede controlar agregando una solución de cal, al afluente de manera periódica, cuidando no saturar los lodos ya que también puede resultar afectada la digestión. Este tipo de tanques tienden a ser muy factibles, gracias al bajo costo y a que no necesitan componentes mecánicos, además de ofrecernos una calidad aceptable, reduciendo de un 40% a un 60% los sólidos suspendidos y entre un 25% y 35% la DBO 5.

Fig. 4.6. Tanque Imhoff. Tanques de sedimentación simples con eliminación mecánica de sóli dos.

39

No existe una configuración específica para este tipo de tanques, pueden ser rectangulares, redondos, etc. Su funcionamiento se basa en el mismo principio, obtener los sólidos sedimentados por medio de rastras que se mueven de manera lenta a lo largo del tanque, llevando en su lento movimiento hacia la zona de descarga, los sólidos que han sido sedimentados. En tanques de configuración rectangular, las rastras son colocadas a lo largo del tanque. Tocan de manera muy delicada el fondo del tanque, levantando los sólidos que ya hayan sedimentado, las rastras se elevan hacia la superficie, pero parcialmente sumergidas, aprovechan el recolectar las natas y las grasas que se hubiesen acumulado. De ahí todo es llevado al área de recolección. En tanques circulares se colocan aditamentos horizontales inclinados hacia el fondo del tanque, los cuales van unidos a un eje central que al girar llevan hacia el fondo los sólidos que han sido sedimentados, así como las natas y grasas que se han acumulado en la superficie. La recolección de los lodos se realiza al fondo del tanque. De manera general, podemos nombrar ciertas especificaciones necesarias para el buen funcionamiento de un tanque sedimentador. a) Entradas. Deben difundir de manera homogénea el flujo por todo el tanque. b) Deflectores. Localizados en la entrada, difunden el flujo y a la salida detienen material flotante del efluente. Existen tanque que cuentan con recolectores de espuma, los cuales realizan la misma función de los deflectores colocados a la salida. Es necesario que sean colocados antes de la descarga de salida en aquellos tanques de sedimentación primaria y en tanques de sedimentación final en plantas que no presenten sedimentación primaria y en tanques de sedimentación final que no cuenten con funcionamiento mecánico. c) Vertederos de salida. Se diseñan para que las aguas negras sedimentadas salgan en forma de una película muy delgada por la parte superior del tanque. Es necesario que se encuentren nivelados, para que la película de salida sea uniforme en toda la parte superior del tanque. d) Capacidad superficial de sedimentación. Se encuentra expresada en litros por metro cuadrado de superficie del tanque. En tanques primarios sin sistema de tratamiento secundario, la capacidad no debe ser mayor a 27,000litros por metro cuadrado por día, en plantas que presenten una capacidad de 4,000 metros cúbicos diarios o menos, aunque puede ser mayor para plantas de capacidad superior. Este factor afecta directamente al porcentaje de eliminación de DBO 5 y sólidos sedimentables. e) Período de retención. Tiempo de horas que se retiene el agua en el tanque, basados en el gasto y el volumen del tanque, suponiendo un flujo total y uniforme a través del área de sedimentación. De acuerdo al gasto de diseño, los períodos de retención deben ser al menos de 2 horas. f) Dimensiones globales. Longitud mínima de 3 metros y la profundidad no debe ser menor a 2.10metros, esto, para tanques de limpieza mecánica. 40

Las dimensiones del tanque son dadas por la cantidad de agua a tratar, por la planeación general de la planta, por la capacidad superficial de sedimentación y por el tipo de equipo. g) Eficiencia de los tanques de sedimentación simple. Intervienen diversos factores que influyen en el porcentaje de eliminación de sólidos, ya que se cuentan con datos de eliminación de manera general, pero si aplicamos un proceso similar a aguas con gran cantidad de sólidos tendremos un gran porcentaje de sólidos eliminados. De esta manera, también es necesario tomar en cuenta la cantidad y composición de los desechos industriales, ya que no solo afectan el porcentaje de eliminación deprimaria. los sólidos si no también en el de la DBO 5 en tanques de sedimentación h) Operación de los tanques de sedimentación simple con limpieza mecánica. Es necesario tomar en cuenta registros adecuados sobre el plan de trabajo del equipo de limpieza mecánica y de la descarga de lodos del tanque. Es conveniente mantener los equipos mecánicos en funcionamiento en los tanques circulares, para no tener acumulación de materia. Antes de que los sólidos sean descargados del tanque es necesario haber mantenido en funcionamiento el equipo por un tiempo prolongado, para así estar seguros de la recolección de lodos sedimentados. Es recomendable recoger los lodos diariamente con la menor cantidad de agua presente, ya que no ayuda a la digestión de los mismos. De igual forma, se recomienda recoger las natas y las grasas diariamente. TRATAMIENTOS SECUNDARIOS Estos tratamientos son aplicados cuando se necesita una mayor eliminación de contaminantes en las aguas negras, ya que en muchos casos un pretratamiento y un tratamiento primario son suficientes para los requerimientos necesarios. También son conocidos como tratamientos biológicos o tratamientos con lodos activados y se pueden dividir en aerobios y anaerobios, aplicando pequeños cambios en cada caso. Se basan principalmente, en la descomposición de materia orgánica, transformándola en compuestos estables. Algunos métodos básicos a utilizar pueden ser. Filtros goteadores o rociadores Son dispositivos que colocan a las aguas residuales en contacto con cultivos biológicos. No se dañan de manera fácil, además de ser estables en su funcionamiento, soportando el uso rudo. Es necesariouna quemejor se coloquen sistemas primarios que precedancoloidales a los filtros, ya que así, se obtendrá sedimentación de sólidos sedimentables, y disueltos.

41

a) Lecho filtrante

b) Sistema recolector

Filtro Goteador

c) Distribuidor de aguas negras sobre el medio filtrante

Estructura del sistema de Filtro Goteador La carga del filtro es una característica importante dentro de estos sistemas. Se encuentra en función de la carga hidráulica y de la carga orgánica. La carga hidráulica es la cantidad de agua a utilizar, expresada en metros cúbicos por hectárea por día; mientras que la carga orgánica es la cantidad de kilogramos de DBO 5, expresada en kilogramo por metro cúbico del medio filtrante por día. De acuerdo a la carga del filtro, estos sistemas se dividen en 2: 

Filtro Goteadores de Gasto Normal. Requiere cargas hidráulicas de 10,000 a 40,000metros cúbicos por hectárea por día, y con cargas orgánicas de 0.08 a 0.40 kilogramos por metro cúbico por día. Se alimentan con aguas negras de manera intermitente y descansos no mayores a 5 minutos. Con sistemas de sedimentación primarios y secundarios, estos sistemas, pueden eliminar de un 80% a un 85%. No requiere de descargas continuas de sólidos.



Filtros Goteadores de Gran Gasto. Operan con cargas hidráulicas de 80,000 a 400,000metros cúbicos por hectárea por día y con cargas orgánicas de 0.40 a 0.80kilogramos por metro cúbico por día.

Para ambos sistemas, la operación, el mantenimiento y las contrariedades suelen ser las mismas. En la temporada invernal es importante verificar que no exista congelamiento en el sistema, no e conveniente evitar el funcionamiento durante estos períodos, ya que su buen funcionamiento se da cuando presentan un trabajo continuo. Si aspersores, es importante verificarlos y limpiarlos continua, ya se quecuentan ciertas con impurezas o el crecimiento de bacterias pueden afectarde sumanera funcionamiento. No sólo pueden tener problemas mecánicos, si no que también son afectados por cierta especie de mosca, ya que por su tamaño, pueden pasar fácilmente por la malla que se coloca en las ventanas. Es recomendable mantener húmedas todas las partes del filtro, ya que el uso de insecticidas no a sido muy adecuado, ya que es caro y solo provoca que los insectos se vuelvan mas resistentes.

42

Tanques para la sedimentación secundaria Ya que los filtros goteadores no eliminan en su totalidad los sólidos, es recomendable eliminar los sólidos suspendidos que permanezcan en el efluente. Para ello, se colocan tanques de sedimentación secundaria, no presentan diferencia alguna con los sedimentadotes primarios, es necesario que cuenten con un coeficiente de sedimentación por unidad de 32.6metros cúbicos por metro cuadrado por día.

Fig. 4.8. Tanque de sedimentación secundario rural. Lodos Activados De igual forma que los filtros goteadores, este sistema se basa en la mezcla de organismos vivos aerobios y sólidos orgánicos. Su eficiencia depende del oxígeno disuelto que se encuentre en las aguas negras durante todo el tratamiento. El proceso es utilizado posterior a la sedimentación simple, dado que, los sólidos suspendidos y coloidales que permanecen, al ser agitados, forman núcleos en los cuales se desarrolla vida biológica, desarrollándose de manera gradual en partículas más grandes, las cuales son conocidas como lodos activados.

Fig.4.9. Esquema del Proceso de Lodos Activados.

43

Efectos producidos por el sistema [3]: - Coagulación. - Sedimentación. -

Arrastre de bacterias en un 90-98%.

-

Estabilizar materia orgánica.

- Oxidación de materia carbónica. Los lodos activados se presentan como flóculos pardos, formados principalmente por materia orgánica y bacterias. Adsorben y absorben materia coloidal y disuelta, junto con el amoníaco presente en el agua, con el cual disminuyen la cantidad de sólidos suspendidos. El material absorbido se convierte en el alimento de los organismos biológicos transformándolo en sólidos insolubles. Ya que la cantidad de lodos generados en las aguas residuales es un proceso lento, es necesario recolectar lodos de una gran cantidad de aguas negras, así se pueden ir acumulando y recirculando en volúmenes siguientes de agua. La acumulación excesiva de lodos se retira de manera continua y se reservan para ser tratados. Es necesario que se mantengan los lodos suspendidos durante todo el tiempo que se encuentren en contacto con el agua, para que esto sea posible se coloca un sistema de agitación. El sistema consta de las siguientes etapas:

1) Mezclado de lodos con las aguas negras 2) Aeración y agitación durante el tiempo necesario Lodos Activados Etapas

3) Separación de los lodos de la mezcla 4) Recirculación de la cantidad de lodos necesaria 5) Disposición del exceso de lodos Etapas de los Lodos Activados.

Es importante tomar en cuenta 2 parámetros importantes del proceso: Índice volumétrico de los lodos. Es el volumen en mililitros que ocupa un gramo de lodos en la mezcla transcurridos 30 minutos de sedimentación. 44

Edad de los lodos. Es el promedio del tiempo que una partícula de sólidos suspendidos es sometida a la aeración durante el proceso, expresado en días. Se calcula con el peso de los lodos activados que se encuentran en el tanque de aeración y los sólidos suspendidos que entran al tanque. El factor más importante a considerar en el proceso es la aeración. Existen diversas técnicas de aeración, las cuales se dividen en tres grupos.

1) Con aire comprimido



Burbujas grandes generadas por tubos sumergidos



Burbujas medias generadas por tubos perforados y/o aspersores



Burbujas finas generadas por difusores porosos finos y placas porosas



Con eje horizontal



Con eje vertical

2) Con medios mecánicos



Se reparte aire comprimido de acuerdo a las necesidades



Agitación mecánica de acuerdo al grupo

3) Con medios mixtos anterior

Esquemas de las técnicas de Aeración.

45

Lagunas aireadas Son lagunas que presentan de 1 a 4metros de profundidad, donde las aguas residuales se oxigenan mediante aeración, ya sea de manera superficial, con turbinas o con difusores. Su funcionamiento es prácticamente el mismo que el de los lodos activados, con la diferencia que en este proceso no se reciclan los lodos. La concentración de los sólidos que se acumulan está dada en función de las características del agua residual y del tiempo de residencia. Está concentración se encuentra entre 80 y 200 miligramos por litro. Con respecto al nivel de turbulencia se clasifican en:  Lagunas de mezcla completa. La turbulencia generada es la suficiente para que los sólidos se mantengan en suspensión y para que exista oxígeno disuelto en todo el líquido. Los tiempos de residencia son menores a 3 días.

Fig. 4.12. Laguna de mezcla completa. 

Lagunas Facultativas. No se cuenta con la turbulencia necesaria para mantener sólidos en suspensión. Así que los sólidos que sedimentan se descomponen por medios anaerobios. Por lo tanto el tiempo de retención es mayor que en las lagunas de mezcla completa, consta de aproximadamente 6 días.

Fig. 4.13. Laguna Facultativa La decisión sobre que tipo de laguna elegir, radica en el costo, y en el tiempo de retención que se requiera.

46

Balsas de estabilización. La diferencia que presentan con respecto a las lagunas de estabilización, es que en las balsas no se utiliza ningún equipo de aeración. El oxígeno necesario se obtiene de la superficie y de las algas que lo producen por medio de la fotosíntesis. El oxígeno liberado por las algas es utilizado por las bacterias para degradar de manera aerobia la materia orgánica. Las sustancias producidas en la degradación son de nuevo utilizadas por las algas, manteniendo así un ciclo entre las algas y las bacterias.

Fig. 4.14. Relación cíclica entre las algas y las bacterias. También son llamadas balsas facultativas, ya que en la superficie se dan procesos aerobios y en el fondo anaerobios. La carga orgánica presente en el agua de entrada nos indicará que tipo de procesos se desarrollaran en la balsa, ya que si existe una carga orgánica elevada, el proceso resultará anaerobio. Los tiempos de retención en estos sistemas son sumamente elevados, son de aproximadamente 2 meses, pero como ventaja disminuyen la concentración de compuestos orgánicos que no logran ser eliminados por medio de lodos activados o lagunas aireadas. TRATAMIENTOS TERCIARIOS También llamados tratamientos avanzados. Son utilizados cuando se requieren efluentes de una mejor calidad de la que se obtiene con tratamientos primarios y/o secundarios. Existen diversos tipos de tratamientos terciarios, aunque algunos ya no son empleados, es importante mencionarlos. Separación de sólidos en suspensión Eliminan los sólidos en suspensión que no son eliminados en los tratamientos primarios y secundarios. Para la eliminación de los sólidos son necesarios 3 procesos:

47

Eliminación de sólidos suspendidos



Micro tamizado



Filtración



Coagulación

Procesos para la eliminación de sólidos suspendidos. Adsorción en carbón activado Son utilizados como adsorbentes en plantas de tratamiento de agua para la eliminación de olores y sabores producidos por los contaminantes.

Fig. 4.16. Columnas de carbón activado (escala piloto) Intercambio iónico En este proceso los iones se mantienen unidos a grupos funcionales que se encuentran en la superficie del sólido por fuerzas electrostáticas. Este sistema es capaz de desmineralizar por completo el agua del afluente. Ayuda a educir o a obtener una dureza determinada. Para que se lleve a cabo es necesario el uso de resinas de intercambio iónico. Durante los inicios de este proceso, se utilizaron zeolitas naturales como resinas, pero con el desarrollo del proceso, han sido sustituidas por resinas sintéticas, como el estireno y el divinil-benceno. Las partículas de resina poseen un diámetro de aproximadamente 0.5mm, son colocadas en columnas rellenas, manejando caudales de 200 a 500 litros por minuto por metro cuadrado.

48

Fig. 4.17. Esquema de un intercambiador iónico. Electrodiálisis Dirigido principalmente a la desalación del agua de mar. Presenta una buena eliminación de nutrientes inorgánicos como fósforo y nitrógeno. Esta compuesto por membranas de resina de intercambio iónico, las cuales se colocan en una celda. Las membranas son permeables sólo a sustancias iónicas. Se utilizan 2 tipos de membranas, las catiónicas que presentan carga negativa y las aniónicas con carga positiva.

Fig. 4.18. Sistema de Electrodiálisis.

49

Cloración Consta en la aplicación de cloro en las aguas negras, el cual, puede ser aplicado en forma de gas, de solución acuosa o de hipoclorito, que puede ser de sodio o de calcio, que al ser disueltos en el agua desprenden el cloro. El cloro provoca diversas reacciones al ser agregado al agua, como son: 

Desinfectante, gracias a su fuerte capacidad de oxidación, ya que inhibe el crecimiento de bacterias y algas.



Reducción de DBO 5, ya que oxida compuestos orgánicos que se encuentran en las aguas residuales.



Reduce o elimina olores y colores ya que son oxidados.



Oxida iones metálicos que se encuentren en forma reducida.



Oxidación de cianuros

Es importante tomar precauciones en el manejo y la aplicación del cloro en las aguas, ya que el cloro gaseoso es extremadamente tóxico y corrosivo en ambientes húmedos. El gas es irritante para las mucosas y un poco mezclado en el aire puede causar ataques de tos. Una larga exposición a este gas puede ser mortal, por ello se recomienda el uso de máscaras contra gas.

 

50

5.- TRATAMIENTO ANAEROBIO PARA AGUAS RESIDUALES El tratamiento anaerobio forma parte de un grupo de tratamientos llamados, tratamientos biológicos, los cuales se clasifican dentro de los tratamientos secundarios. TRATAMIENTO BIOLOGICO Un tratamiento biológico se compone por: 1. La transformación en gases y formas celulares de la materia orgánica disuelta y en estado coloidal. 2. Creación de copos biológicos, formados por materia celular y coloide orgánico. 3. Remoción de los copos mediante sedimentación. Con el paso del tiempo y diversas investigaciones, se ha podido observar que los tratamientos biológicos son capaces de tratar cualquier tipo de agua residual, siempre y cuando se aplique el tratamiento adecuado, siendo, a su vez, amigables con el medio ambiente. METABOLISMO BACTERIANO Se le conoce así a una gran cantidad de bacterias que se encuentran dentro de una célula, produciendo una gran variedad de reacciones. Sus 2 reacciones principales son: METABOLISMO BACTERIANO

Reacciones Catabólicas

Reacciones Anabólicas

Descomponen moléculas orgánicas complejas, liberando energía.

Forman moléculas complejas, requiriendo energía.

Reacciones generadas en el metabolismo bacteriano. CRECIMIENTO BACTERIANO En general reproducción de 2las bacterias está dadaAlpor fisiónque binaria, cual, consiste en que una la célula se divide en y así sucesivamente. tiempo tardalauna bacteria en cada división se le conoce como Tiempo de Generación, la cual puede ir de menos de 20 minutos hasta varios días. Existen ciertas limitaciones que evitan que las bacterias se dividan de forma indefinida, como son: la disponibilidad del sustrato, concentración de los nutrientes y el tamaño del sistema.

51

Crecimiento bacteriano en relación con el número de bacterias. De manera inicial, se inocula una pequeña cantidad de organismo en un volumen fijo como medio de cultivo, tomando a esa cantidad de organismos como función del tiempo. El patrón de crecimiento se encuentra basado en el número de células, considerando cuatro fases.

Fig. 5.2. Curva característica de crecimiento bacteriano en términos del número de bacterias. 1. Fase de Adaptación o de latencia. Inicia al colocar un inoculado en un medio de cultivo. Simboliza el tiempo que necesitan los organismos para aclimatarse al nuevo medio e iniciar la división. 2. Fase Exponencial. Las células e dividen a cierta velocidad, dada por el tiempo generacional. 3. Fase Estacionaria. La población se mantiene. Eso puede darse por: las células consumieron todo el sustrato o los nutrientes que necesitan para su crecimiento y porque el crecimiento de las células nuevas es compensado por las muertas. 4. Fase Muerte Exponencial. La población de las células muertas supera a las células que se empiezan a producir. Es función de características ambientales y de la población viable. En ocasiones es la inversa del crecimiento exponencial.

52

Crecimiento bacteriano en términos de masa bacteriana.

Fig. 5.3. Curva característica de crecimiento bacteriano en términos de la masa de las bacterias. 1. Fase de Latencia. Tiempo que requieren las bacterias para aclimatarse al medio nutricional. este caso, el que tiempo menor que el crecimiento del número de En bacterias, dado la es masa se incrementa despuésendetérminos la división celular. 2. Fase Exponencial. El alimento de los microorganismos siempre se encuentra en exceso, por ello, la velocidad del metabolismo y el crecimiento son función de la capacidad que tengan los microorganismos para digerir el sustrato. 3. Fase de Declinación del Crecimiento. La velocidad del aumento de la masa de las bacterias disminuye dada la limitación en el abastecimiento del alimento. 4. Fase Endógena. Se fuerza a las bacterias a metabolizar su protoplasma sin que este se reemplace, ya que la cantidad de alimento es mínima. Crecimiento en cultivos mixtos. Los dos tipos de crecimiento anteriores van dirigidos a una población sencilla de microorganismos, pero en la mayor parte de los procesos de tratamiento de aguas, se pueden encontrar una gran variedad de bacterias, las cuales, se encuentran interrelacionadas. La posición y la forma de una curva de crecimiento depende de la disponibilidad de alimento y nutrientes y de factores ambientales, como la temperatura y el pH, y de si el sistema es anaerobio o aerobio [ 10].

53

Fig. 5.3. Crecimiento de microorganismos durante la estabilización de desechos orgánicos. CINETICA DE LOS TRATAMIENTOS BIOLOGICOS. Lo más importante a controlar dentro de un tratamiento biológico son las condiciones ambientales, de esta forma podremos asegurar un medio adecuado para la reproducción de las bacterias. Controlando las condiciones ambientales como el pH, la temperatura agregando o eliminando oxígeno y brindando el tiempo necesario para que las bacterias se reproduzcan, aseguraremos la estabilización de los desechos. El tiempo necesario para su reproducción depende de su tasa de crecimiento, misma que se encuentra relacionada directamente con la velocidad en la que metabolizan o utilizan los desechos. Crecimiento celular Para reactores con mezcla completa, continuos o discontinuos, la tasa de crecimiento bacteriana se describe como [10]: rg = µX Donde rg = tasa de crecimiento bacteriano, masa / unidad de volumen * tiempo µ = tasa específica de crecimiento, tiempo -1

X = concentración de microorganismos, masa / unidad de volumen Ahora, ya que

dX dT

=

rg se

encuentra dada en un cultivo discontinuo, tenemos la siguiente

relación para un reactor discontinuo: dX dt

=

54

µX

Crecimiento con sustrato limitado Si se limita, en un cultivo discontinuo, el sustrato y los nutrientes, se provocaría que ambos se agotaran y por lo tanto el crecimiento cesaría. En un reactor continuo está limitación es definida por la cinética de primer orden de Monod: µ

=

µm

S Ks

+

S

Donde µ = tasa específica de crecimiento, tiempo -1 µm = tasa específica máxima de crecimiento, tiempo -1

S = concentración en la solución del sustrato limitante del crecimiento, masa / unidad de volumen Ks = constante de velocidad media, concentración del sustrato en la mitad de la velocidad máxima de crecimiento, masa / unidad de volumen Crecimiento celular y utilización del sustrato En ambos tipos de cultivo, una parte del sustrato es convertido en células nuevas y otra parte es oxida en productos finales orgánicos e inorgánicos. Esto, ya que una cierta cantidad de células nuevas generadas se pueden producir para un tipo determinado de sustrato, por ello se ha relacionado la tasa de utilización del sustrato y la de crecimiento [10].

Donde

rg

Yrsu

= −

rg = tasa de crecimiento bacterial, masa / unidad de volumen * tiempo Y = coeficiente de producción bacterial máximo, mg/mg (definido como la relación de la masa de células formada en comparación con la masa consumida de sustrato, medida durante cualquier periodo finito del crecimiento logarítmico) rsu = tasa de utilización del sustrato, masa / unidad de volumen * tiempo

Ahora, si sustituimos en valor de la tasa de crecimiento rg en la relación entre la tasa de utilización del sustrato y la tasa de crecimiento, tenemos:

rsu = − Y µ(KmsXS + S) Si definimos como k a la tasa máxima de utilización del sustrato por unidad de masa de microorganismos, tenemos que: µ k= m Y µm kXS Y, si el término lo sustituimos en la ecuación anterior, tenemos: rsu = − Y Ks + S 55

Fig. 5.4. Curva característica de la cinética de crecimiento de Monod EL PROCESO ANAEROBIO El proceso anaerobio no solo se aplica a la digestión de lodos si no también al tratamiento de las aguas residuales. Estabiliza lodos concentrados que se obtienen en el tratamiento de las aguas residuales y de desechos orgánicos de concentrados industriales. Comúnmente la digestión anaerobia se utiliza en plantas de tratamiento de baja capacidad. La degradación de la materia orgánica se desarrolla en ausencia del oxígeno, produciendo gases, principalmente metano (CH4), dióxido de carbono (CO 2) y cantidades mínimas de ácido sulfhídrico (H2S), mercaptano (RSH) e hidrógeno (H2). Los procesos de tratamiento anaerobio se clasifican en 3 procesos importantes:

I. Procesos

de

crecimiento suspensión. en

Tratan desechos con material biodegradable, comúnmente provenientes tratamientos secundarios

deprimarios lodos

Digestión con mezcla completa

dey Procesos de contacto anaerobio

Proceso de crecimiento en suspensión.

56

II. Procesos híbridos de crecimiento en suspensión y película bacterial adherida.

Utilizados para tratar desechos con constituyentes particulados y solubles, funcionan mejor con componentes solubles.

Manto de lodos anaerobios de flujo ascendente Reactor de manto de lodos con flujo ascendente/lecho fijo Lagunas Anaerobias

Descripción de procesos híbridos de crecimiento en suspensión y película bacterial adherida.

Procesos de lecho fijo III. Procesos película bacterial adherida.

de

Adecuados para el tratamiento de desechos orgánicos solubles.

Procesos de lecho expandido/lecho fluidizado

Descripción de procesos de película bacterial adherida.

Etapas del proceso anaerobio El proceso anaerobio consta de dos etapas esenciales para el desarrollo del proceso.

57

Biomasa

Bacterias Hidrolíticas HIDR LISIS Moléculas simples

Ácidos volátiles ACIDOGÉNESIS

Bacterias metanogénicas

Biogás

Bacterias acidogénicas

H2 + CO2 METANOGÉNESIS

Etapas del proceso anaerobio

Etapa de fermentación ácida Se caracteriza por una disminución del pH, desde valores de pH neutro hasta valores cercanos a 5. Esta etapa ocurre en 2 pasos. En el primero cierto grupo de organismos hidroliza los polímeros orgánicos y los lípidos (proteínas, grasas e hidratos de carbono) en estructuras básicas como monosacáridos, aminoácidos y algunos otros compuestos relacionados, los cuales son sometidos a biooxidación utilizados como fuente de energía y carbono celular. En este estado la materia se encuentra comúnmente en estado sólido. Es atacada por enzimas extracelulares que dejan las bacterias. En el segundo paso, otro grupo de bacterias fermenta los productos obtenidos de la descomposición en ácidos orgánicos en simples. Se compone por bacterias facultativasdey anaerobias obligadas, con conocidos la literatura como acidógenas o formadores ácido. Además de algunos otros grupos fisiológicos que incluyen bacterias proteolíticas, lipolíticas, ureolíticas y enzimas que atacan a la celulosa. En esta etapa no se produce una disminución importante de DQO, ya que lo único que ocurre es la conversión de moléculas orgánicas complejas en ácidos orgánicos de cadena corta, que ejercen también una demanda de oxígeno.

58

Según Bryant y Thauer la estequiometría, la variación de energía libre y las reacciones que tienen lugar en esta etapa son las siguientes [3]: (a) CH3 − CH 2 − COO

−

H 2O = CH3 − COO + HCO3 + H G* = 18.2 Kcal/reacción −

+3

−

+

H2

+3

o

(b) CH3 − CH 2 − CH 2 − COO

−

2H 2O

+

2CH3 − COO −

=

G* = o

H + 2H 2 18.2 Kcal/reacción +

+

Ya en esta parte del proceso, casi todas las bacterias anaerobias han extraído todo el alimento de la biomasa, y por lo mismo, han de eliminar sus propios productos de desecho de sus células

Etapa de fermentación metanogénica. Aquí, un grupo de microorganismos convierte el hidrógeno y el ácido acético, los cuales fueron formados por los organismos formadores de ácido, en gas metano y dióxido de carbono, a partir de ácido propiónico, butírico o de cadena mas larga, alrededor del 70%del total del metano producido proviene de la descarboxilación del ácido acético, siguiendo la siguiente reacción:

CH3 − COO

−

+

H 2O = CH4 + HCO3

−

CO = - 7.4 Kcal/reacc ión

El metano sobrante es generado por los sustratos ácido carbónico, ácido fórmico y metanol. De mayor importancia resulta ser el carbónico, reducido por el hidrógeno que se produjo en la etapa anterior, presentando la siguiente reacción: (c) H

+

+

HCO3

−

+

4H 2

=

G

=

∗ o

CH 4 + 3H 2O - 32.4 Kcal/reacc ión

Esta reacción ocurre con una gran disminución de los procesos de oxidación acitogénicos, los cuales son energéticamente desfavorables. Por ello la generación de metano estaría debida a procesos de asociación sintrófica de las bacterias productoras de H 2, proveniente de la etapa acidogénica, con las consumidoras de H2 de la etapa metanogénicas, mostradas en las siguientes reacciones: +

−

−

−

+

=

−

−

+

−

(a c) 4 CH3 CH2 COO 3*H 2O 4CH3 COO HCO3 G = - 24.4 Kcal/reacc ión

+

+

H

+

3CH 4

o

(b + c) 2 CH3 − CH2 − CH2 − COO

−

+

HCO3 + H 2O = 4CH3 − COO −

G

*

o

=

59

- 9.4 Kcal/reacc ión

−

+

H

+

+

CH4

Las bacterias responsables son anaerobias estrictas, conocidas como metanógenas, también llamadas formadoras de metano o metanógenos, convierten los ácidos de cadenas más largas en metano, Por la tasa muy baja de crecimiento, su metabolismo se considera como limitante en el tratamiento anaerobio de un desecho orgánico, controlando así la velocidad del proceso anaerobio. La estabilización se logra al producirse metano y dióxido de carbono. Las bacterias metanógenas solo pueden utilizar un número limitado de sustratos para producir metano. El tiempo de residencia de microorganismos, experimentales, tiende a serpara de 2 este días atipo 20 días, con un pH de 6.8 ade 7.4.acuerdo a datos Variables a controlar en el proceso Para poder obtener buenos resultados, las bacterias no metanógenos y metanógenos, deben encontrarse en un estado de equilibrio dinámico. Para poder establecer el estado y mantenerlo, el sistema debe estar desprovisto de oxígeno disuelto y libre de compuestos inhibidores como metales pesados y sulfuros. De igual forma, el pH se debe encontrar en un rango que oscile entre 6.6 y 7.6, además de contar con suficiente alcalinidad para asegurar que el pH no descenderá por debajo de 6.2, dado que las bacterias metanógenas no pueden actuar por debajo de ese punto. Si analizamos los lodos y obtenemos un pH que oscile entre 7 y 8, tenemos una reacción alcalina, la cual nos indica que el tratamiento es correcto. Es importante tomar en cuenta: a) los ácidos volátiles (acético, propiónico, butírico) en equilibrio con sus sales. b) El ácido carbónico y su sal ácida, el bicarbonato. c) El amoníaco en forma de sales. 

Para un pH y una concentración dada, existe una relación definida entre el ácido y su sal.



Para un CO 2 total dado, solo existe una relación entre el ácido libre y el bicarbonato.



Los ácidos acético, propiónico y butírico son ácidos que presentan una

misma fuerza, tan solo un poco superior a la del ácido carbónico. d) A pH 7, todo el ácido volátil se encuentra en forma de sal. e) Con un pH que vaya de 4.1 a 7, el equilibrio ácido – base se encuentra caracterizado por la presencia de bicarbonato, ácido carbónico, acetato y ácido acético. f) Con un pH mayor o igual a 7 se tiene ácido carbónico, bicarbonato y acetato. 60

Con la escala de pH mostrada, se realiza el siguiente cuadro:

Relación Acetato-Ácido Acético pH

% de Acetato en equilibrio

% de Ácido Acético

5

64.31

35.7

5.5

85

15

6

94.74

5.26

6.5

98.26

1.74

7

99.45

0.55

pH y contenido salino. Para contar con una buena digestión, la alcalinidad debe encontrarse de 1000 a 5000mg/L, y los ácidos grasos volátiles serán menores a 250mg/L. Deben estarde presentes nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, asegurando el crecimiento las bacterias. La temperatura también es un parámetro importante a controlar, los organismos actúan de la siguiente manera: 

Mesofílicos: 12°C – 35°C, para un proceso óptimo de 29°C a 33°C.



Termofílicas: 37°C – 65°C, para un proceso óptim o: 55°C.

Cinética del proceso anaerobio El modelado de este tipo de digestores tiende a ser difícil, dadas las siguientes cuestiones: 

Se interrelacionan en serie 2 comunidades bacterianas con constantes biológicas distintas.



Si el rendimiento energético es débil, la producción de biomasa es débil, y su medida difícil.



No es posible medir la biomasa directamente, y solo se puede abordar por medio de los S.S.V, que representan solo del 20% al 50%.

61

La producción de biomasa viene dada por:

P = Y • R − bB Teniendo también

P=

B θc

R=

P B

∆s

θl

=

1

=

θc

Yµ − b

(1)

Donde: P = tasa de producción de fangos, (g/l · día) R = tasa de utilización del substrato (g/l · día) B = concentración de la biomasa (g/l) Θc = edad del fango (días) Θl = tiempo de retención del líquido (días)

t = tiempo (días) Y = rendimiento de conversión del substrato en biomasa (g/g) b = coeficiente global de eliminación (día-1) La evolución de los lodos, según MONOD está dada por:

dS dt

=

kB

S Ks + S

Donde: S = concentración del substrato (g/l) Ks = constante de saturación (g/l) µ = tasa de crecimiento máximo de biomasa (día -1)

k = velocidad máxima de eliminación del substrato (g/g · día) La tasa de crecimiento de biomasa neta se encuentra dada por: 1 θc

=

µ

−

b = Yk

S −b Ks + S

(2)

62

Ahora, con las ecuaciones (1) y (2) es posible determinar la edad de los lodos, θc , con ello podemos calcular el volumen del digestor. Para esto es necesario conocer los valores de las constantes y la proporción de S.S.V activos. Algunos investigadores indican que los valores de las constantes pueden ser: Y = 0.04 – 0.05 b = 0.02 -0.05 día -1 k = 6 – 10 g/g · día Ks = 150-600 mg/l Θc = 10-30 días

Ventajas del tratamiento anaerobio sobre el aerobio Ahorro en los costos, ya que no son necesarios los equipos de aireación. El coeficiente de producción de biomasa Y para procesos anaerobios es menos que para los sistemas aerobios. Esto es, se produce menos biomasa por unidad de reducción de sustrato, por lo tanto se generan ahorros en los procesos de manejo y evacuación del exceso de lodo, generando también una menor necesidad de nutrientes (nitrógeno y fósforo). Es posible operar a cargas orgánicas del afluente mayores que para los procesos aerobios. Esto provoca a que la velocidad de la transferencia de oxígeno sea limitada en los procesos aerobios. La obtención de metano es aprovechada como combustible. Una parte importante de la necesidad energética de los procesos anaerobios puede ser obtenida de los gases emitidos. Desventajas del tratamiento anaerobio sobre el aerobio Se requieren tiempos de residencia mayores, por lo tanto los costos de inversión en volumen son superiores en el tratamiento anaerobio. Malos olores, debido a la producción de H2S y mercaptanos, principalmente en zonas urbanas. Mayores temperaturas para que los procesos se produzcan a velocidades adecuadas. Dada la necesidad de temperaturas de alrededor de 35°C, en algunas ocasiones, es necesario colocar sistemas de precalentamiento de la alimentación o del reactor. No siempre es tomada como desventaja, ya que la obtención del metano en el sistema es útil para el calentamiento del mismo. La sedimentación de la biomasa anaerobia en el clarificador secundario es más difícil que la decantación de la biomasa en el proceso de lodos activos. Esto provoca que los costos de inversión para la clarificación sean superiores. Aunque, 63

si el agua a tratar en el proceso anaerobio presenta una concentración elevada de sólidos en suspensión a los que les es posible se les adhiera biomasa, es posible conseguir buenas condiciones de sedimentación en el clarificador secundario. La operación de los equipos anaerobios es más difícil que las aerobias, provocando que el proceso sea más sensible a las cargas de choque. REACTOR ANAEROBIO DE MANTO DE LODOS Y FLUJO ASCENDENTE Conocido también como UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blancket reactor), por sus siglas en inglés, en los países Bajos y utilizados en Europa y América del Sur. Forma parteDesarrollado de los procesos anaerobios híbridos. En estos sistemas, el afluente a tratar entra por debajo del reactor, desde donde fluye hacia arriba a través del manto de lodos formado por partículas o gránulos biológicos formados densamente. Estos gránulos de lodo, varían de tamaño el cual puede ir desde 1/16 hasta ¼ de pulgada. El reactor no contiene ningún relleno para soportar el crecimiento biológico. En algunos casos, el manto de lodos es floculante. El lodo formado en el reactor se divide en dos zonas. La zona 1 es conocida como Lecho de Lodo y la zona 2 conocida como Manta de Lodo. La diferencia entre ambas zonas es que el lodo de la zona 1 es más compacto que el de la zona 2. Los gases producidos bajos condiciones anaerobias sirven para mezclar los contenidos del reactor a medida que ascienden hacia la superficie. Ayuda a formar y mantener los gránulos, mientras que el material, que se mantiene a flote gracias a los gases, se estrella contra los tabiques degasificadores y se deposita nuevamente sobre la zona en reposo de sedimentación arriba del manto de lodos. El gas se atrapa en un tanque colector de gases colocado en la parte superior del reactor.

Fig. 5.10. Reactor de Flujo Ascendente UASB.

64

Ventajas de los reactores UASB con respecto a otros sistemas anaerobios. 1. El costo de inversión es bajo. Cargas de diseño de 10kg DQO/m3 · d o más altas pueden ser utilizadas, por lo tanto el volumen del reactor es pequeño. 2. Las fermentaciones, ácida y metánica al igual que la sedimentación se realizan en el mismo tanque, provocando que las plantas sean compactas. 3. Dado que no hay relleno, se elimina la posibilidad de corto circuitos y obstrucciones. 4. Consumo de potencia bajo, ya que no se requiere agitación mecánica. 5. Retención de biomasa muy buena, eliminando la necesidad de reciclar el lodo. 6. Concentración de biomasa alta, por lo tanto, el sistema es resistente a la presencia de substancias tóxicas y fluctuaciones de carga.

 

65

6.- TRATAMIENTO POR HUMEDALES ARTIFICIALES QUE ES UN HUMEDAL También conocidos como zonas húmedas, encharcadas o pantanosas, marismas, charcas, turberas, riveras, areneros o canales abandonados. Se incluyen, también, zonas con agua marina que en marea baja presenten una profundidad menor a 15metros. Estas zonas se encuentran saturadas por aguas superficiales o subterráneas, con frecuencia y duración tal que sean las suficientes para poder mantener condiciones saturadas.

Fig. 6.1. Humedal Natural. De manera general, el suelo se encuentra formado por materiales inorgánicos, materia orgánica y poros que contienen aire, agua o aire y agua. Ya que el suelo se encuentra sujeto a la presión atmosférica, y conforme vayamos profundizando en el área, llegaremos a la presión del agua. En el momento que ambas presiones sean iguales, nos encontraremos en la superficie piezométrica. La parte superior de está área se conoce como la zona no saturada y la parte inferior seráque la zona saturada. La zona no saturada se caracteriza por poros contienen aire, agua y aire o agua, y porque la circulación del agua depende, en si, de la gravedad, por ello se genera un movimiento vertical. La zona saturada presenta otros movimientos ya que su movimiento no se encuentra dominado por la gravedad, dependiendo de las presiones que aporta el suelo y el agua.

66

Los humedales presentan tres funciones básicas, por las que suelen ser atractivos para el tratamiento de aguas residuales: -

Fijar físicamente la materia orgánica y los contaminantes en la superficie.

-

Usar y transformar los elementos orgánicos por medio de microorganismos.

-

Conseguir niveles de tratamiento consistentes con un bajo consumo de energía y un bajo mantenimiento.

Como factores importantes a considerar, podemos mencionar: 1. La profundidad es una característica importante, ya que ella condiciona algunos otros factores, como pueden ser: a) el pH aumenta a medida que llegamos a la superficie. b) La temperatura, la intensidad luminosa y la presión de O2 son más altos en la superficie. c) La tensión de CO2 aumenta conforme nos acercamos al fondo. d) Los sedimentos orgánicos e inorgánicos aumentan al ir llegando al fondo. 2. La luz tiende a limitar ciertas especies vegetales fotosintéticas, por ello, la profundidad es condicionante para este tipo de plantas. 3. El tipo de fondo, el cual puede estar conformado por material impermeable, arcillas, grava, roca, arena o limo, y la intensidad de depósito de los sedimentos orgánicos en el fondo. Como ecosistemas presentan 2 características fundamentales: 

Ya que sus componentes son complejos, constituyen por sí mismos subsistemas mas o menos completos.



Los subsistemas forman parte de sistemas más extensos, por ello, o son subsistemas o son componentes de otras más grandes.

Su evolución y funcionamiento tiene como bases:

67

1. Aportes de energía al humedal.

2. El papel del agua. Bases

•

Transporte de energía.

•

Transporte de materia.

•

Transporte de la información. Contaminación.

•

3. Producción de biomasa. 4. Interacciones biológicas. 5. Ciclos de la materia. 6. Evolución de las poblaciones.

Bases para la evolución y funcionamiento de un Humedal. El suelo La estructura del suelo determina junto con la textura, la capacidad de circulación del agua y de aireación. Existen diversas texturas del suelo, las cuales presentan diferentes porosidades. 

Textura Franca y estructuras grumosas o granulares. Porosidad total de aproximadamente 65%, de la cual, el 32% pertenece a la porosidad eficaz, llamada también, macroporosidad, y el 32% restante, pertenece a la porosidad capilar, también llamada (microporosidad).



Textura arenosa. Presentan un exceso de porosidad eficaz, provocando una adecuada aireación.



Textura limosa. Porosidad baja de aproximadamente 40%, de la cual, la mayor parte pertenece a la porosidad capilar.



Textura arcillosa. Presenta una porosidad alta, aproximadamente del 60%, de la cual, la mayor parte pertenece a la porosidad capilar.

68

Plantas acuáticas Consiste en un grupo de plantas adaptadas a determinadas condiciones específicas del medio, permaneciendo en contacto directo y sumergidas de manera permanente, hasta solo mantener sus raíces en terreno poco húmedo en verano. Se clasifican en: -

Plantas acuáticas anfibias, emergentes, con raíces en el fondo en las orillas. Denominadas también, especies palustres, helofitos o hidrofitos emergentes. Se han a tener una parte vegetal aenlaelpermanencia agua y otra en en el el agua. aire. Sus raíces y susadaptado rizomas se encuentran adaptados

Fig. 6.3. Planta Acuática Anfibia -

Plantas acuáticas de hojas flotantes, enraizadas en el fondo o en las orillas. Son especies con las hojas fijas sobre un rizoma. Las hojas suelen tener un limbo ancho que flota en el agua, alcanzando grandes dimensiones. Pueden presentar un fuerte polimorfismo a causa de que tengan unas hojas sumergidas y otras flotantes.

-

Plantas acuáticas sumergidas, enraizadas en el fondo o en las orillas. Presentan una variedad de formas, pueden ser acaules y otras caulescentes, presentando raíces a la altura de los nudos. Existen factores que condicionan su distribución: •

Calidad del agua.

•

Profundidad.

•

Temperatura.

•

Se establecen en áreas de humedales con menor conductividad.

69

Fig. 6.4. Flor de Elodea. -

Plantas acuáticas sumergidas, libres. Sus hojas son algunas en roseta y otras caulescentes, que se mantienen entre dos aguas, con órganos tan especiales, que les permiten realizar funciones ubicadas en el medio acuático.

Fig. 6.5. Camalote de Agua. -

Plantas acuáticas libres, flotantes. Son plantas que no echan raíces en el fondo. Pueden presentarse en forma de roseta o caulescentes.

Fig. 6.6. Repollito de Agua. 70

Todos estos grupos de plantas, son en realidad, un conjunto de especies que tienen en común la adaptación al agua como medio, en menor o mayor intensidad de contacto. Por ello existen ciertas propiedades, con las cuales las plantas acuáticas se encuentren total o parcialmente ubicadas al medio. 

Presentan poca concentración de oxígeno, aproximadamente de 3.33% con respecto a la del aire para agua limpia y menor para agua contaminada.



Concentración de CO 2 superior con respecto a la del aire.

Presenta una reserva de CO 2 en los carbonatos y bicarbonatos disueltos.  Algunos otros gases disueltos tienen concentraciones diferentes a las del aire. 



Los gases disueltos son diferentes a los del aire si el agua esta contaminada.



Su densidad es de 775 veces mayor a la del aire, provocando que la vegetación acuática necesite menos fuerza en los tejidos de sustentación comparadas con la vegetación terrestre.



Los cambios térmicos de acuerdo a las estaciones son inferiores en el agua, gracias al alto calor específico.



La entrada de la luz en el agua, condiciona la acción clorofílica dada la turbidez.



La radiación solar es absorbida rápidamente en los primeros estratos del agua.

La contaminación del afluente es el principal factor condicionante de la existencia de vegetación acuática, pudiendo llegar a ser un indicador de determinados tipos de contaminación. Por estas razones, el agua adapta sus sistema radical, caulinar, foliar y reproductora a este medio.

Sistema Radical



Es muy poco desarrollado, provocada por la mínima absorción y transpiración de agua, realizada por toda la planta.



Estas raíces casi siempre carecen de pelos absorbentes.



La circulación de agua por las raíces es mínima o nula.

Características del Sistema Radical

71

Sistema Caulinar



Si los tallos se encuentran sumergidos, son largos, estrechos y frágiles.



Si el tallo se encuentra en la parte exterior, se hace un poco más fuerte.



Ya que su epidermis carece de cutícula, la absorción también se realiza en los tallos, conteniendo cloroplastos.



Carecen de estomas.



La corteza tiene el papel de tejido clorofiliano, constituido por lagunas que contienen los gases, produciendo clorofila de día (O2) y en la respiración de noche (CO2).



La circulación de agua por el tallo es mínima o nula.

Características del Sistema Caulinar.

 

Pueden ser. 

Hojas alargadas mismas.

enrolladas

en

si

Hojas laciniadas.



Sistema Foliar



Necesitan de una superficie máxima de absorción de CO2 disuelto.



Una superficie máxima de absorción de los radicales solares. Hojas flotantes.



Su parte superior está en contacto con el aire y la inferior con el agua. Características del Sistema Foliar.

72

Sistema Reproductor



Dado el desarrollo de su sistema reproductor, las plantas sumergidas son las mas fuertes.

Características del Sistema Reproductor. Proceso de Autodepuración La autodepuración se desarrolla cuando el agua contaminada con materia orgánica elimina esta materia después de un determinado tiempo, debido, principalmente, por bacterias. Al desarrollarse un proceso de autodepuración, las sustancias orgánicas desaparecen y el agua vuelve a ser rica en oxígeno, aunque puede seguir presentando productos inorgánicos. El proceso presenta las siguientes fases [13]: 1)

Aporte de materia orgánica.

2)

Desarrollo masivo de bacterias.

3)

Gran consumo de oxígeno.

4)

Las capas mas profundas se quedan sin oxígeno y solo viven allí organismos anaerobios.

5)

Predominan las fermentaciones.

6)

Dominan las reducciones.

7)

Muy pocas oxidaciones.

8)

Sedimentación de lodos en putrefacción.

9)

Formación de metano.

10) En la descomposición de las proteínas se forman SH2 y NH3-. 11) Las sulfobacterias forman en el fondo costras blancas o rojizas. 12) Una vez descompuesta casi toda la materia orgánica, ya no se consume enseguida todo el oxígeno del aire, por lo que empiezan a establecerse bacterias aerobias, que oxidan a muchos productos contaminantes. 13) Al reducirse la materia orgánica disponible, y por tanto, su alimento desciende drásticamente la abundancia de bacterias.

73

14) Formación de una cadena de procesos por parte de bacterias especializadas, que llevan al final a la mineralización de toda la materia orgánica. Procesos Bioquímicos y Fermentaciones Cuando existe un curso lento del agua, las suspensiones de los sólidos tenderán a sedimentarse., disminuyendo, así, su concentración. En ese mismo momento, partículas coloidales eliminan moléculas de agua y se separa la fase dispersa del medio de dispersión, precipitándose ante la presencia de electrolitos y disminuyendo la concentración de partículas en el líquido. Por lo anterior, se presentan 2 fases: una formada por lodos y arenas, creadas por la sedimentación y la floculación; y otra formada por el líquido sobrenadante. Con respecto a las fermentaciones, existe un grupo conformado por las más importantes: 

Fermentación Amoniacal: Transforma por hidrólisis la urea en carbonato amónico.



Fermentación nitrosa. Oxidan las sales amónicas a productos nitrosos. La temperatura adecuada para este proceso es de 37°C.



Fermentación nítrica. Las nitro bacterias provocan la oxidación de nitritos a nitratos. Temperatura adecuada de 37°C.



Fermentación Sulfhídrica. Los grupos microbianos que se encuentran en el agua y que producen la putrefacción liberan H2S, de igual forma que las sulfobacterias.



Fermentación butírica. Se descomponen sustancias como celulosa, hemicelulosa, etc., produciendo ácido butírico y liberación de CO2 y H2.



Fermentación metánica. Reducen el CO2 a metano a partir del hidrógeno liberado de otras fermentaciones.



Fermentación láctica. Producida a partir de glúcidos, además de obtener del ácido láctico alcoholes, CO2, ácido succínico y ácido acético.



Degradación de grasas. Se produce la saponificación en las grasas de los residuos y del estiércol a partir del oxígeno del aire, formando glicerol y ácidos grasos.



Degradación de compuestos nitrogenados. La materia orgánica es descompuesta en su parte externa por organismos aerobios que consumen el oxígeno libre.

HUMEDALES ARTIFICIALES. Los humedales artificiales son estanques diseñados y construidos por el hombre, con vegetación sumergida y emergente y vida animal acuática, que simula un humedal natural para el uso y beneficio humano [11]. Presentan profundidades aproximadas de 60cm.

74

Fig. 6.11. Humedales Artificiales.

o

o

Características Básicas

o

Suelo comúnmente artificial o muy modificado. Vegetación transplantada. Tipohumedal. de vegetación elegida acorde al tipo y función del

o

Afluentes contaminados con cualquier producto.

o

Gestión de la vegetación.

o

Gestión del sustrato. Limpieza más o menos frecuente, con posible adición de fertilizantes o de componente de renovación del suelo, etc.

Características Específicas Básicas de un Humedal Artificial. El humedal como Proceso Natural En el que humedal se desarrollan un conjunto de procesos naturales provocados por seres vivos se encuentran presentes en el humedal [13]. Fase

Proceso

Acción bacteriana

Conversión y transformaciones de contaminantes. En la transformación aerobia de los residuos orgánicos se consume oxígeno. Se realizan también transformaciones de productos 75

orgánicos tóxicos. Siempre se reduce la DBO. Absorción de oxígeno

Si la lámina líquida del humedal no está en saturación de oxígeno disuelto, lo toma de la atmósfera, en una aireación natural.

Desorción de oxígeno

Es la situación contraria.

Sedimentación

Se debe al movimiento lento del líquido, que hace que los sólidos en suspensión se depositen en el fondo. En ciertos casos se produce una floculación. En otros se producen turbulencias (en la entrada) que hacen que estos sólidos se distribuyan uniformemente por todo el humedal.

La supervivencia de muchos organismos tiene un plazo limitador Degradación natural por lo que la gran parte de ellos muere pasado un período de tiempo en el humedal. Por otra parte, la acción fotoquímica provoca la oxidación de muchos componentes orgánicos. Muchos contaminantes químicos tienden a unirse por adsorción con diversos sólidos, lo que dependerá, en gran parte, de la Adsorción

cantidad composiciónEsta de estos presentes en la fase líquida en forma de ysuspensión. adsorción se complementa después con la posterior sedimentación.

Volatilización

Los contaminantes volátiles presentes en el líquido se transfieren a la atmósfera.

Reacciones químicas

Reacciones fotoquímicas, fenómenos de hidrólisis, oxidaciones diversas, reducciones, etc.

Evaporación

Además de la volatilización y de la desorción de oxígeno, muchos gases que se pueden aportar con el afluente se pueden evaporar, y lo mismo ocurre con parte de la masa del humedal, que puede ver reducido así su volumen.

Tabla. 6.1. Procesos naturales en un humedal artificial. Estos sistemas presentan las siguientes ventajas [4]: -

Flexibilidad en la localización del sitio. 76

-

Optimización en el tamaño según la carga del contaminante.

-

Facilidad para tratar una mayor cantidad de aguas residuales que la que pueden tratar los humedales naturales.

En un humedal artificial es importante considerar: 

Caudal del afluente.



Características del afluente.



Objetivos de la instalación del humedal.



Sustrato apropiado.



Selección de las plantas a utilizar.



Condiciones ecológicas de la zona.



Parámetros de diseño. 

Tiempo de retención hidráulica.



Profundidad.



Figura geométrica.



Dimensiones. Dependen de: •

Flujo del afluente.

•

Característica del afluente.

• •

Concentración. Características del efluente.



Carga admisible de DBO 5.



Carga admisible de otros contaminantes.



Cambios en la carga hidráulica.

También es importante tomar en cuenta los procesos de transporte de solutos a través de fenómenos de difusión, de advección y de dispersión, regidos por las leyes de Fick y de Darcy. La fase líquida del humedal artificial, tiende a ser el agua, la cual se puede considerar como una solución acuosa heterogénea. Los compuestos disueltos presentes en el líquido provienen de 5 fuentes principales: 77

1. Aguas residuales a tratar. 2. Lluvia junto con los compuestos que arrastre. 3. Interacciones con la fase sólida del humedal artificial. 4. Interacciones con la vegetación del humedal artificial. 5. Interacciones con la fauna del humedal artificial. Elementos básicos Vegetación La vegetación proporciona espacios para que sea posible la formación de películas bacterianas, facilitan la filtración y adsorción de compuestos del agua residual, permite la transferencia de oxígeno hacia el agua y controlan el crecimiento de algas, provocado por el evitar que la luz penetre al fondo del humedal. Manejan profundidades aproximadas menores a 60centímetros.

Fig. 6.13. Plantas comúnmente utilizadas en humedales artificiales. Ya que el tratamiento esta basado en el trabajo que realicen las plantas en este sistema, es importante considerar los siguientes factores: 

Tipo de humedal.



Temperatura.



Superficie del o los humedales a implementar.



Profundidad en la instalación.



Composición del efluente. 78



Evolución de los rizomas.



Recolectar o no, periódicamente la vegetación.



Tipo de sustrato.

Algunas de las plantas acuáticas utilizadas en este tipo de sistemas son [6]:

Tabla. 6.2 Tipos de Plantas acuáticas. Para poder decirse el tipo de planta que se utilizará, es necesario, conocer la vegetación de humedales naturales que se localicen cerca o saber del tipo de vegetación que se presente en la zona. Además, de conocer los objetivos del tratamiento y la calidad del efluente que se requiera. De igual forma saber que tipo de humedal se va a construir y sus dimensiones. La vegetación que se coloca en el humedal, tiene las siguientes funciones y aplicaciones: 1. Busca utilizar el agua del humedal como medio, al igual que los nutrientes presentes en esa agua. 2. El afluente que se ingresa al humedal, contiene nutrientes pero también productos que impidan la adaptación o el crecimiento de las plantas. 3. Gestiona el depósito de sedimentos. 4. Retiene nutrientes sus ciclosy procesa metabólicos y a lospresentes, que no. también productos que pueda incorporar a 5. Regula y limita el pH, sólidos en suspensión, productos disueltos, materia orgánica, etc., dentro de ciertos límites. Como limitaciones para llevar a cabo la implantación de la vegetación tenemos: a) Suelo disponible limitado. 79

b) El sistema de tratamiento seleccionado. c) Climas extremos. d) Cuestiones socioeconómicas del lugar. e) Características ecológicas de los receptores de los efluentes del humedal, que determinarán la calidad necesaria a conseguir. f) Limitaciones económicas. g) Problemas para conseguir las plantas adecuadas. Ya que tenemos elegido el lugar, las dimensiones del humedal y las plantas adecuadas, es momento de implantarlas. Es recomendable distribuir perfectamente la vegetación en toda el área del humedal. No solamente se puede dar el transplante de vegetación ya desarrollada, si no que también es posible sembrar. En ese caso es necesario utilizar la cantidad de semillas por punto o zona que se hayan determinado con anterioridad. Conocer adecuadamente la profundidad, la cobertura y la época de la siembra así como la preparación del sustrato. Este tipo de implantación es aconsejable cuando la especie que se vaya a sembrar sea de crecimiento rápido y que durante los primeros días de su desarrollo soporten los rayos del sol. Si es fácil de conseguirlas y que no exista fauna que la consuma. Si se a elegido la plantación, se ganará tiempo, ya que la planta cuenta con un buen desarrollo, además que se ahorraran posibles enfermedades y plagas que se presentan al inicio de su desarrollo. Se pueden implantar: a) Por cepellón. Aceptable para la mayoría de las especies. b) Por rizomas. c) Por esquejes, recomendado para grandes gramíneas, como la caña. d) A raíz desnuda, para la mayor parte de las especies arbóreas. e) En maceta, para especies arbustivas y arbóreas. f) Por estaquilla.

80

Materia orgánica. Cuando se pone en marcha un humedal, el afluente que se va a tratar entra en contacto con el agua con la que se haya desarrollado y estabilizado. Este proceso ocurre para 2 tipos de aguas, para aguas agitadas (facies lótica) y para aguas quietas (facies léntica). - Zona de degradación permanente: ya que el efluente es permanente, se dice, que el caudal y el aporte de materia orgánica es regular. -

Primero, actúan las bacterias y hongos en condiciones aerobias, después las anaerobias.

-

Se multiplican los organismos y descomponen la materia orgánica

- Zona de descomposición: Facies Lótica

- Zona casi o totalmente séptica: se genera al consumirse gran parte del oxígeno presente. Se forman compuestos reductores. - Zona de restauración: se empieza a recuperar el líquido existente, mejorando hasta llegar al efluente. Esquema general del consumo de materia orgánica para aguas agitadas.

81

- Al circular el líquido lentamente presenta fases lótica y léntica, según el tipo de humedal. - Domina la fase léntica y la tendencia a la eutrofización. - El proceso parcial consiste en:

Facies Léntica

o

Entrada del afluente al humedal.

o

Producción de algas fotosintéticas.

o

Alto consumo de oxígeno disuelto.

o

Sedimentación de sólidos en suspensión y algas muertas.

o

Descomposición aerobia y elevado consumo de oxígeno.

o

Descomposición anaerobia y crecimiento de algas.

- Dada la circulación de líquido y el crecimiento de las plantas acuáticas, los procesos anteriores son casi nulos. - Ya que el líquido se renueva constantemente existe un aporte continuo de oxígeno, por ello la anaerobiosis es reducida. - Todos los tipos de vegetales consumen una gran cantidad de los nutrientes presentes. - La fauna com leta el roceso conformado or ambas fases. Esquema general del consumo de materia orgánica para aguas quietas.

Fauna. Se encuentran en mayor cantidad los protozoos, ya que se cuenta con materia orgánica abundante y bacterias como alimento, si es que se trabaja con afluentes de aguas residuales urbanas o aguas de industrias agroalimentarias. También se pueden encontrar macroinvertebrados como crustácea, bivalvia, odonata, plecoptera, heteroptera y algunas más; e ictiofauna, como cyprinidae, siluridae, etc. En algunos sistemas también es posible encontrar fauna de mayor tamaño como: aves, anfibios, mamíferos, reptiles. Las bacterias tienen como función principal es consumir la materia orgánica y degradar o transformar algunos productos más o menos tóxicos. Producen enzimas que atacan o digieren diversos productos, y absorben los alimentos del líquido del humedal.

82

Degradan productos orgánicos básicos como proteínas, lípidos, almidón o celulosa, así como sus productos de descomposición. Existen diversas poblaciones de bacterias, las cuales tienen funciones variadas: Hidrolizan N orgánico a amoniacal. Oxidan N amoniacal a nitritos. Oxidan nitritos a nitratos. Desnitrificación en medio anaerobio. Reducen compuestos de S a sulfuros. Oxidan sulfuros a S elemental. Bacterias fotosintéticas oxidan sulfuros a S. Bacterias verdes oxidantes de sulfuros. Bacterias metanígenas. Bacterias que metabolizan el metano. Enterobacterias. Los hongos que se encuentran en los humedales artificiales, son principalmente saprofíticos. Son heterótrofos, no fotosintéticos y degradan la materia orgánica como los otros organismos. Su única limitante es el pH, solo desarrollan entre intervalos de 5 a 6, así que comúnmente los humedales artificiales no son los lugares mas propicios para su desarrollo. Las algas son grupos de organismos desarrollados en los humedales artificiales. De acuerdo a la estación se desarrollan y mueren diversas variedades. Algas verdes. Predominan en primavera, otoño e invierno. Algas verde-azuladas. Predominan en verano. Los protozoos son organismos que en circunstancias apropiadas ejercen una función depuradora de primer orden, al consumir materia orgánica, bacterias y protozoos.

83

Parámetros Básicos de Diseño.

Carga Hidráulica. Como cualquier sistema, el humedal artificial esta conformado por entradas, salidas y acumulación. Las entradas son el afluente proveniente de procesos anteriores o directamente de descargas de agua residual. Las salidas puede ser llevado a posteriores tratamientos o llevados directamente al receptor. Las entradas al humedal son [13]: Precipitaciones (P). Afluente (A). Producto recirculado (R). Las salidas del humedal son: Evaporación (Ev). Efluente (E). Evapotranspiración (ET). Consumo de los propios tejidos de las biocenosis presentes (C). Infiltración (I). De igual forma el sistema acumulará algunas entradas admitidas por el ecosistema, así que el balance de masa queda de la siguiente forma: Almacenamiento = Entradas (In) – Salidas (Out) Representándose como:

dAL dt

=

dIn dOut − dt dt

Tomando en cuenta las entradas y las salidas descritas, tenemos: In = P +A +R Out = E + Ev + ET + C + I entonces: AL = (P +A +R) – (E + Ev + ET + C + I) Para poder determinar la carga hidráulica es necesario contar con datos experimentales de DBO5 del afluente y del efluente, con la ecuación siguiente: 84

Ch

=

DE − 0.192DA Ch = Carga hidráulica, cm/día. 0.097

DA = DBO5 del afluente, mg/l. DE = DBO5 del efluente, mg/l. Con la carga orgánica obtenida es posible definir las superficies mínimas del humedal artificial en función de sus características. Tiempo de retención hidráulica. Depende de las características de los afluentes, de la DBO 5 requerida del efluente, de la climatología, del flujo de diseño, de la geometría del sistema y del tipo de humedal utilizado. Para sistemas FWS y similares es posible aplicar las siguientes ecuaciones:

DE DA t

=

=

Int 3.684

+

0.524

7.481LWdn

Q1 + Q 2 2

donde: DA = DBO5 del afluente en mg/l DA = DBO5 del efluente en mg/l t = Tiempo promedio de retención hidráulica en días. L = Longitud en pies. W = Anchura en pies. d = Profundidad en pies. n = Porosidad, aproximadamente entre el 30 y el 90%. Q1 = Flujo del afluente en galones/día. Q2 = Flujo del efluente en galones/día. De acuerdo a la experiencia en los sistemas con flujo bajo la superficie, el tiempo de retención hidráulica gira alrededor de 30 a 80 días. 85

Profundidad del humedal. Para sistemas de flujo bajo la superficie o SFS, se recomiendan profundidades de 0.30m a 0.60m, tomando en cuenta que si existe pendiente, la zona mas profunda debe contar con mínimo 0.60m y en la menos profunda 0.30m. En humedales pequeños las dimensiones pueden reducirse de 0.50m hasta 0.20m. Para sistemas de flujo sobre la superficie o FWS, es recomendable utilizar profundidades de 0 a 0.45m, siendo eficaces, instalaciones con 0m a 0.20m de profundidad.

Carga orgánica. Es importante tomar en cuenta la carga de DBO5 para el diseño del humedal, tomando en cuenta: La carga máxima de DBO5 se debe considerar a la entrada, estando en el rango de 140 a 800ppm, si es que no se cuenta con un tratamiento previo. La carga orgánica debe encontrarse entre 40 y 300ppm. La carga mínima, que se encuentra a la salida, tiende a ser de entre 10 y 80ppm. La carga orgánica no es uniforme, pero la entrada de oxígeno si lo es, en toda la superficie del humedal. El aporte de oxígeno se encuentra entre 5 y 45 g/m 2*día para plantas emergentes y entre 1 y 30 g/m 2*día para el resto. En un sistema de flujo sobre la superficie, la carga de DBO 5 no debe ser mayor a 68kg/ha*día, mientras que para un sistema de flujo subsuperficial no debe superar los 140kg/ha*día. Tipos y diseño Existen 2 tipos de sistemas de humedales artificiales, Sistema de Agua Superficial Libre (SASL o FWS) y Sistema de Flujo Bajo la Superficie (SFBS o SFS). En ambos sistemas la vegetación es la misma

Humedales de Flujo superficial. (FWS)

Humedales de Flujo subsuperficial. (SFS)

86

Superficie libre de agua.

Lecho vegetal sumergido.

Flujo de circulación del agua libre.

Flujo sumergido a través de medio granular.

Menor costo de instalación.

Hidráulica más complicada.

Hidráulica sencilla.

Tratamiento más eficaz.

Favorecen la vida animal.

Requiere de poco espacio.

Las bajas temperaturas provocan descensos en el rendimiento.

Flujo oculto. Sin olores. Soporta temperaturas bajas. Más caros que los FWS. Sin problemas por la fauna.

Fig. 6.16. Comparación entre los 2 tipos de humedales artificiales.

Sistemas de flujo superficial o FWS Consisten en balsas o canales paralelos con la superficie del agua expuesta a la atmósfera y el sustrato conformado por relativa impermeabilidad o con barrera subsuperficial, vegetación emergente y niveles de agua poco profundos, aproximadamente de 0.1m a 0.6m. Construidos para dar tratamiento secundario o avanzado. El tratamiento se efectúa durante la circulación continua del agua a través de los tallos y raíces de la vegetación. Su diseño no solo se dirige al tratamiento de las aguas residuales, si no, que son útiles para crear nuevos hábitat para flora y fauna o para mejorar las condiciones de humedales cercanos.

Fig. 6.17. Sistema de flujo libre o superficial (FWS). 87

Fig. 6.18. Componente de un humedal artificial de flujo superficial.

Sistemas de flujo subsuperficial o SFS Proporcionan un tratamiento secundario o avanzado. Su diseño se basa en la construcción de canales o zanjas rellenos de material granular, generlmente grave, donde el nivel de agua se mantiene por debajo de la superficie de grava. Conocido también como un sistema de tratamiento de película fija. La grava ofrece mayores tasas de reacción y por tanto presentar un área menor.

Fig. 6.19. Sistema de flujo subsuperficial (SFS).

88

Fig. 6.20. Componente de un humedal artificial de flujo subsuperficial. He aquí una clasificación de los sistemas más comunes. 

Sistemas SACW Tratamiento aerobio indicado para el tratamiento de aguas ácidas de srcen industrial.



Sistemas HFS, RBT o SFS Sistemas de flujourbanas horizontal humedales subsuperficiales. Utilizados para aguas residuales y deen industrias agroalimentarias.



Sistemas VFS Sistemas de flujo vertical. Validos para aguas residuales urbanas, industrias agroalimentarias y ganaderas. Con pH alto es válido para aguas ácidas industriales.



Sistemas GBTW-SFS Sistemas de lecho de grava en humedal subsuperficial.



Sistemas GBH Sistemas hidropónicos de lecho de grava. Son canales con pendiente, rellenos de grava. Funcionan como un digestor mito, aerobio abajo y anaerobio arriba. Válido como tratamiento primario y secundario.



Sistemas PSFS-SFS Sistemas de suelo con vegetación en humedal subsuperficial. Válidos para aguas con tratamientos previos.



Sistemas mixtos. 

Sistemas ESSCV-L-SFS-IP

89

Presentan escorrentía sobre cubierta vegetal, lagunaje, humedal superficial y balsa de infiltración-percolación. Válido para aguas urbanas crudas, con pH adecuado. 

Sistemas L-ESSCV-FWS Compuestos por sistemas de lagunaje, escorrentía superficial sobre cubierta vegetal y humedal de aguas libres. Válido pra aguas residuales urbanas con pretratamiento.



Sistemas B-ESSCV Filtro biológico con escorrentía para aguas residuales agrarias. superficial sobre cubierta vegetal. Válido



Sistemas DS-L-Le-FWS Sistema Devils Lake, con humedal cubierto de Lemma sp en aguas libres. Consiste en la acción fotosintética de grandes masas de Lemma sp., promoviendo un sistema anaerobio, logrando que las algas sean consumidas por bacterias anaerobias, los gases son consumidos por la vegetación de la superficie. Útil como tratamiento secundario y terciario para aguas residuales urbanas.



Sistema SSB-GB-RBT Humedal con Scirpus sp y Phragmites sp., en lecho de grava. Válido para aguas residuales urbanas pretratadas con decantador principal.

Con respecto a los rendimientos, es posible tratar con eficiencia niveles altos de DBO 5, SS y nitrógeno, con rendimientos superiores al 80%, así como niveles importantes de metales, trazas orgánicas y patógenos.

 

90

7.- OBJETIVOS En la elaboración de este Proyecto se plantearon los siguientes objetivos: OBJETIVO GENERAL •

Estudiar las variables de operación para el acondicionamiento de un sistema de tratamiento de agua residual municipal que se descarga al Río Salado, por medio del tratamiento combinado: anaerobio seguido de humedales artificiales; con la finalidad de re-usar parte del agua tratada en riego agrícola, e incorporar otra fracción al río, con una calidad que cumpla con la normatividad para tal efecto.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS -

Determinar las condiciones de operación para el sistema de tratamiento de aguas residuales (tiempo de retención, volumen del afluente, generación de lodos, demanda bioquímica del efluente del reactor, sólidos volátiles, tiempo de retención en el humedal, demanda bioquímica delsuspendidos efluente del humedal).

-

Proponer el acondicionamiento de la infraestructura con la que se cuenta de acuerdo al tratamiento presentado.

-

Obtener un efluente que cumpla con los límites establecidos en la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT-1996, con la finalidad de que parte del agua tratada pueda ser reutilizada en riego agrícola y otra parte sea incorporada al río.

 

91

8.- DESARROLLO EXPERIMENTAL ETAPA 1. CONSTRUCCION. Equipo para el Cultivo de Bacterias.

Material 

Bote con tapa de 20litros



Tubo de PVC de ½ pulgada



4 válvulas de globo de ½ pulgada



3 Y de 45°de PVC de ½ pulgada



Conectores macho-liso, hembra-cuerda de ½ pulgada



3 sensores de temperatura para equipo Conductronic



Hoja de unicel de 10cm de espesor



Tapones de plástico

 

Guante de látex Pegamento para PVC



Cinta gris



Caja de cartón



Foco de 60 watts



Extensión eléctrica



Bolsa de polietileno transparente

Procedimiento Con el material necesario, se construyo el equipo como se muestra en la siguiente figura:

92

Diagrama del Reactor para el desarrollo de bacterias Se cuido que el equipo no contara con ninguna fuga de agua, ni que presentara algún orificio por donde entrara aire, ya que el desarrollo de las bacterias se da de manera anaerobia. Se agregaron 5litros de agua residual y 500 mililitros de una mezcla de agua residual con la que ya se contaba, además de 5 mililitros de cada uno de los siguientes nutrientes: 

Disolución amortiguadora de fosfatos



Cloruro de calcio



Disolución de cloruro férrico



Disolución de sulfato de magnesio

Se mezcla perfectamente la solución y se sella el tanque con cinta gris. Listo el equipo, se coloco dentro de la caja de cartón, la cual fue revestida por dentro por la capa de unicel, esto nos servirá de aislante para evitar que el calor generado dentro de la caja se mantenga y sea constante la temperatura. Dentro de la caja, se coloco un foco de 60 watts, el cual nos ayuda a llegar a la temperatura necesaria para el desarrollo de las bacterias, la cual es de 36°C.

93

El foco se deja prendido durante algunas horas diariamente, para alcanzar la temperatura necesaria. Con respecto al biogas obtenido, se coloco un sistema, con el cual el biogas pueda ser almacenado. Cuenta con 2 trampas: 1. Trampa de agua, la cual ayuda a controlar la presión del biogás. 2. Trampa la eliminación H 2Sen , por cualeselsustituido gas pasapor poruna unporción filtro que contiene para hidróxido de fierro, elde cual, estelacaso, de viruta de fierro, colocada en una T; la viruta de fierro reacciona con el ácido sulfhídrico que se encuentra en la mezcla de gases, evitando que llegue al reservorio junto con el biogás. Verificar que la bolsa de polietileno que servirá como reservorio del biogas no cuente con ninguna fisura que permita que el gas se fugue. Tanque de Sedimentación.

Material. Un bote de plástico de 62 litros Tubo de PVC de ½ pulgada Válvulas de globo de PVC, de rosca de 1/2 pulgada Conectores de PVC macho y hembra, con rosca o lisos de ½ pulgada Tee’s de pvc de ½ pulgada Tee’s de PVC con reducción de ½ a ¾ de pulgada Codos de PVC de 90°de ½ pulgada Tapón de PVC de ½ y ¾ de pulgada Empaques de caucho Tuercas planas de PVC de ½ pulgada Teflón Pegamento hidráulico para PVC Malla de alambre

94

Cinta gris

Procedimiento. El tanque sedimentador, se construyó de acuerdo al siguiente diagrama: Bote sedimentador

TRAMPA DE AGUA

Bolsa Biogás

Salida del agua sedimentada

Salida de lodos

Diagrama del Tanque de Sedimentación. El tanque cuenta con las siguientes características: 

Capacidad del tanque: 60l.



Capacidad máxima de lodos: 15l.



Capacidad del agua a tratar: 50l.



Capacidad a máxima a sedimentar: 35l. Caudal de salida del flujo sedimentado 0.275 litros/segundo = 275 cm 3/segundo La entrada realizadepor la parte superior del tanque, así que, evitarpor la entrada de se sólidos tamaño medio se coloco una malla de para alambre, debajo de la tapa del tanque. La salida frontal, es la salida del agua que ya ha sedimentado, es el agua de entrada al reactor anaerobio. La salida que se encuentra en la base del tanque es para poder retirar los sólidos que sedimenten, para que el sistema no se sature. 95

La salida que se encuentra en la tapa, en la parte superior, es para el biogas generado. Se sabe que el gas que se genere en esta etapa no es mucho comparado con el reactor anaerobio, pero si es suficiente como para que sea almacenado, aumentado la cantidad de biogas generada en todo el sistema. Cada una de las salidas cuenta con 1 válvula de globo, para controlar las descargas de líquido y de biogas. Las características de salida y de almacenaje del biogas son las mismas que las del reactor elaborado para el desarrollo de bacterias. Reactor Anaerobio.

Material Un bote de plástico de 35 litros Tubo de PVC de ½ pulgada Válvulas de globo de PVC, de rosca de 1/2 pulgada Conectores de PVC macho y hembra, con rosca o lisos de ½ pulgada Tee’s de pvc de ½ pulgada Codos de PVC de 90°de ½ pulgada Empaques de caucho Tuercas planas de PVC de ½ pulgada Teflón Pegamento hidráulico para PVC Cinta gris Plástico cristal Plástico negro

Procedimiento Ya que el equipo a utilizar es un reactor de flujo ascendente, se construyó de acuerdo al siguiente diagrama:

96

Entrada del flujo, en dirección ascendente

Salida de biogás

Salida del agua tratada

Salida de lodos

Diagrama del Tanque del Reactor Anaerobio. El tanque presenta las siguientes características: 

Capacidad del tanque: 35l.



Capacidad máxima de lodos: 5l.



Capacidad del agua a tratar: 15l.



Capacidad a tratar por sección: 3.4l.



Descarga al humedal: 10l, aprox. Caudal de salida del flujo sedimentado 0.3571 litros/segundo = 357.1 cm3/segundo La entrada del flujo sedimentado se realiza por la parte baja-lateral del tanque, generando así un flujo ascendente. La salida frontal-superior es para la descarga del agua tratada al humedal artificial. La salida frontal-media, es solo para toma de muestra. La salida frontal-baja, es para retirar los lodos acumulados, para ser recirculados o tratados.

97

La salida superior del tanque, colocada en la tapa del mismo, es para que el gas generado llegue a la zona de almacenaje. En su camino se une con la salida de gas del tanque de sedimentación. Cada una de las salidas cuenta con 1 válvula de globo, para controlar las descargas de líquido y de biogas. El tanque se tapa primero, con el hule cristal, dejando un orificio para la válvula, sobre de el se coloca la tapa y se sella, el plástico ayuda para evitar que no entre oxígeno ni escape gas. Ya que se ha verificado que no existen fugas ni filtraciones, se aísla el tanque anaerobio de manera similar al tanque de desarrollo de bacterias, con capas de unicel alrededor de el. Se colocan 2 focos de 60 watts, uno en la parte superior y otro en la parte inferior, se mantienen prendidos durante algunas horas, simulando el calor del sol, que durante el día un tanque anaerobio en una PTAR recibirá por medio del suelo. Este calor es necesario para el buen desarrollo del proceso anaerobio. Se cubre todo el tanque con plástico negro, simulando la obscuridad del tanque colocado bajo tierra. Las válvulas de salida de gas de todos los sistemas se mantienen abiertos de manera continua, solo se cierran al alimentar o al revisar el líquido, para que este no escape. Humedal Artificial.

Material 

Armazón de metal y madera



Placa de unicel



Plástico Cristal



Barras de madera, del largo del armazón de metal



Tornillos, clavos y taquetes



Taladro para perforar y atornillar

Grava de 5-8mm y de 1-1.5mm  Válvulas de globo de PVC de½ pulgada 



Tubo de PVC de ½ pulgada



4 ruedas de bola



Cinta gris 98



Cinta canela



Pegamento para PVC



Teflón



Alcatraces Naturales

Procedimiento El humedal de flujo subsuperficial se construyo de acuerdo al siguiente esquema: Entrada del agua tratada or el Paredes de unicel Salida de agua tratada

Piedra de 5-8mm Piedra de diámetro de1.1-1.5mm

Control de flujo

Diagrama del Tanque del Humedal Artificial. El humedal presenta las siguientes características: 

Capacidad del tanque: 10l.



Capacidad máxima total: 10 l.



Capacidad del agua a tratar: 10l.



Capacidad a tratar por sección: 3.4l.



Descarga a la salida: 9-10l, aprox. Caudal de entrada del flujo tratado 0.3333 litros/segundo =333.3 cm3/segundo

99

La entrada del flujo tratado en el reactor anaerobio entra al humedal por la parte superior del mismo, por medio de tubería de PVC. La salida del flujo tratado se realiza por la parte baja frontal, controlado por una válvula globo de PVC. Las válvulas que se encuentran a los costados, son para poder controlar el flujo que circula por cada sección. La grava que se colocó, es de mayor tamaño en el área central en comparación con la grava de las secciones externas. El plástico cristal funciona como capa permeable entre el suelo y la grava. Además de que al ser transparente, podemos observar parte del interior. Las plantas se colocaron de manera aleatoria, procurando que la misma cantidad se colocará en cada sección. Las plantas fueron limpiadas completamente de la tierra con la que se adquirieron, para que no afectara el tratamiento. Las ruedas que lleva el sistema son para que este tenga movilidad y pueda ser trasladado a zonas con sol. ETAPA 2. ESTABILIZACION DE LOS EQUIPOS. Reactor para el cultivo y desarrollo de Bacterias. Cuando el equipo se puso en funcionamiento, fue importante controlar el pH y la temperatura del mismo, esto es, porque es necesario mantener una temperatura de 36°C para tener un óptimo crecimiento de bacterias. Diariamente se agregaron 5ml. de nutrientes, cuidando cerrar la llave de gas y de entrada, colocando con cuidado los nutrientes poco a poco, para evitar la entrada de aire al sistema. Y cada tercer día se agregan 200 ml del agua residual utilizada para el tratamiento, así desarrollaríamos las bacterias encontradas en la misma zona donde se encuentra la PTAR. Reactor anaerobio y Humedal Artificial. Ya que los dos sistemas tenían que trabajar en horas, conjunto, suobservar estabilización se realizó manera simultánea, tomando muestra cada 24 para el desarrollo dede la estabilización. El agua se agregó primero al tanque sedimentador, aunque la infraestructura de la planta en Tequixquiac no cuenta con este sistema, se utilizó simulando las cribas y los canales con los que si cuenta la planta, por lo tanto el agua de entrada no se dejaba sedimentando, si no que el sedimentador se lleno con aproximadamente 40litros, se sello

100

y se abrieron de manera casi inmediata las válvulas para que el agua llegará al reactor anaerobio. Antes de que el agua de entrada ingresara al reactor anaerobio, a este, se le agregaron 100ml de inóculo proveniente del reactor de cultivo y desarrollo de bacterias. Después de esto, el tanque anaerobio, se sello perfectamente y se colocó la tubería de acuerdo al diseño realizado. Se hicieron pasar los 35litros provenientes del tanque sedimentador y se dejó reposar por 24 horas. Se tomó muestra del agua de entrada. Mientras el tanque fue llenado con agua residual, el humedal artificial solo se mantuvo con agua corriente durante estas primeras 24 horas del proceso. Transcurridas las 24 horas iniciales, se agregaron 10litros de agua ya tratada al humedal artificial proveniente del reactor anaerobio, para ello toda el agua corriente con la que se había dejado el humedal fue retirada en su totalidad. Los 10litros nunca sobrepasaron la superficie de las piedras. Se tomo muestra del agua tratada del reactor anaerobio. Posteriormente, ya con agua en el reactor y en el humedal, se toman muestras cada 24 horas de ambos sistemas, manteniendo los 35litros en el reactor anaerobio y los 10litros en el humedal. ETAPA 3. PUESTA EN MARCHA DEL REACTOR ANAEROBIO Y EL HUMEDAL ARTIFICIAL. Ya estabilizados ambos sistemas son puestos en marcha. Se realizaron muestreos en ambos sistemas con 3 tiempos de retención distintos, 12, 24 y 72 horas. Con ellos determinaremos cual es el más adecuado. Las tomas de muestra se realizaron de la misma forma que en el proceso de estabilización. ETAPA 4. ANALISIS DE P ARAMETROS. Los parámetros analizados fueron, temperatura, pH, DBO5, DQO, SST y SSV. Para el período de estabilización no se tomaron en cuenta los SST y los SSV. El pH y la temperatura se determinaron con el equipo Conductronic. Protocolo para la DBO5.

Preparación del agua de dilución. Se tomó un garrafón de 20lts de agua destilada, por cada litro de agua se agregaron 1 ml de las siguientes disoluciones: amortiguadora de fosfato, de sulfato de magnesio, de cloruro de calcio y de cloruro férrico. Saturamos el agua con oxigeno durante mínimo 2 horas.

Preparación del control. Se pesan 150mg de glucosa anhídra y 150mg de ácido glutámico. Se secan en la estufa a 105°C durante 1 hora. 101

Transcurrido el tiempo se dejan enfriar en el desecador. Ya fríos se disuelven en agua destilada y se aforan en un matraz volumétrico de 1000ml, está será la solución patrón. Para preparar la solución control, para 100ml de agua de dilución se agregan 2ml de la solución patrón. El control debe presentar valores de 180-230mg/l.

Determinación del OD inicial de las muestras. Se prepararon 3 diluciones por duplicado, las alícuotas fueron de 0.5 ml, 1 ml y 1.5 ml, se colocan en recipientes Winkler y se llenan con el agua de dilución. Se preparó también un blanco y un control, ambos por duplicado. Las muestras se fijaron de la siguiente manera: Agregar 2 ml de disolución de sulfato manganoso. Agregar 2 ml de la disolución alcalina de yoduro-azida. Se agita y se deja precipitar. Agregar 2ml de ácido sulfúrico concentrado. Agitar y esperar a que el precipitado desaparezca. Se tomaron 100 ml de la muestra y se colocaron en un matraz Erlenmeyer de 250ml. Se tituló con disolución de tiosulfato de sodio 0.25, hasta obtener un color amarillo pálido. Se agregaron unas gotas de almidón, presentando una coloración azul obscura. Se titula hasta que el color desaparezca Tomar nota de los ml de tiosulfato gastado.

Determinación del OD final. Se preparó otro bloque, junto con el bloque anterior, con las mismas 3 diluciones por duplicado con la misma alícuota. Estas muestras se sellaron cuidadosamente y se colocan en la incubadora a 20°C durante 5 días. Transcurridos los 5 días se sacaron de la incubadora y se fijaron igual que para el cálculo del OD inicial. Tomar nota de los ml de tiosulfato gastado. 102

Cálculo de la DBO5. El cálculo se realiza con la siguiente ecuación:

DBO5 (mg/l ) =

((ODi

−

ODf ) * 2.03) − bco dilución

Protocolo para la DQO. Se prepararon muestras por duplicado, un blanco y un control. Para el blanco se colocaron 25 ml de agua destilada. Para el control, se colocaron, 5 ml de solución patrón de biftalato y 20ml de agua destilada. Para las muestras, se colocaron 25 ml de muestra en un matraz Erlenmeyer para reflujo de 250ml. A el blanco, el control y las muestras se les agregó lo siguiente: 

O.5gr de sulfato mercúrico, el cual inhibe cloruros si es que existen en la muestra.



15ml de dicromato de potasio 0.25N.



Cuerpos de ebullición.

Se montaron en el reflujo. Se agregaron 40ml de ácido sulfúrico concentrado. Se encendieron las parrillas del reflujo, se tomaron 2hrs a partir la ebullición. Transcurrido el tiempo, se apagaron las parrillas, se dejó enfriar y se agregó agua destilada llevando el volumen a 150ml. Ya frías se titularon con SFA (Sulfato Ferroso Amoniacal), agregando unas gotas de indicador para DQO. Se registró el volumen de SFA consumido. Valoración del SFA. Se colocaron en 3 matraces Erlenmeyer de 250ml, 10ml de dicromato de potasio 0.25N. Se llevaron a 100ml con agua destilada. Se agregaron 30ml de ácido sulfúrico concentrado y se dejaron enfriar.

103

Se agregaron unas gotas de indicador para DQO y se tituló con SFA. Se tomó nota de los ml consumidos. Se realizó la valoración del SFA, con la siguiente fórmula:

N _ del _ SFA =

(V)2 (* N )2

V1

Donde: V2 y N2 = Volumen y normalidad del dicromato de potasio. V1 = Volumen gastado de SFA.

Cálculo de la DQO. Ya que se tuvieron los ml gastados de SFA para las muestras, y la valoración del SFA, se aplicó la siguiente ecuación:

DQO(mg / l ) =

(A − B ) * N * 8000 ml .de _ muestra

Donde: A = ml gastados en el blanco. B = ml gastados en las muestras. N = Normalidad del SFA. Protocolo para los SST y los SSV. Son utilizados crisoles Gooch, realizando el cálculo de un blanco y de las muestras, por duplicado.

Preparación de los crisoles. Teniendo ya limpios y secos los crisoles, se colocó un filtro de fibra de vidrio, con la cara rugosa hacia arriba. Se colocaron los crisoles en la mufla a 550°C +- 50 °C durante 20 minutos. Pasado el tiempo se llevaron a la estufa a 103°C por otros 20 minutos. Transcurrido el tiempo se llevaron al desecador a enfriar. Ya fríos se pesaron, y se registró el peso. Se repitió todo lo anterior y se volvió a pesar, si en el peso hubiese existido una variación no mayor a 0.0005g ese peso se tomaba como peso constante o peso final, si no hubiese sido así, se debió repetir todo lo anterior.

104

Determinación de los SST Las muestras se encontraron a temperatura ambiente, y antes de ser utilizadas se agitaron muy bien. Se tomaron 25ml de muestra y se filtraron al vacío, incluyendo el blanco. El crisol fue lavado 2 veces más con 10ml de agua destilada. Se colocaron en la estufa durante 1hr. Se pasaron al desecador por 1hr más. Se pesaron y se registró el peso, se dejó de pesar al tener un peso constante. Para el cálculo se utilizó la siguiente fórmula:

SST (mg / l ) =

(A − B ) * 1000

V

Donde: B = Peso constante inicial del crisol. A = Peso constante con muestra del crisol. V = Volumen de la muestra.

Determinación de los SSV Ya que se realizó el cálculo de los SST, se colocaron los crisoles en la mufla para su calcinación durante 20 minutos. Transcurrido el tiempo se llevaron a la estufa por 20 minutos más. Se pasaron al desecador para enfriarse. Se pesaron y se registró este peso, se repitió el proceso hasta obtener su peso constante. Para el cálculo se utilizó la siguiente fórmula:

SSV (mg / l ) =

(A − C ) * 1000

V

Donde: C = Peso constante con muestra calcinada del crisol. A = Peso constante con muestra del crisol. V = Volumen de la muestra.

  105

9.- RESULTADOS CULTIVO Y DESARROLLO DE BACTERIAS. Al inicio del proceso, se observó tan solo una pequeña capa de lodos en la parte inferior del tanque, después de 15 días se observó que los lodos aumentaron un poco, y así sucesivamente hasta que transcurrieron 60 días. Después de transcurridos este período, fue posible empezar a tomar los lodos desarrollados, ya que era visible la capa de lodos. La temperatura a la que se mantuvo el sistema fue de 35°C-36°C.

Ver Anexo II. (Reactor para el desarrollo y cultivo de bacterias) Cuando el agua residual con la que se alimentaba el tanque supero la capacidad del mismo, fue necesario retirar por la válvula frontal-superior el agua que se encontraba en exceso. El control de temperatura y el agregar los nutrientes no se han detenido a partir de ese momento, se siguen controlando para usos posteriores. ESTABILIZACIÓN DEL REACTOR ANAEROBIO Y EL HUMEDAL ARTIFICIAL. Esta etapa se realizo en un período de 7 días, tomando muestra diariamente en ambos sistemas, para el humedal artificial se tomaron muestras a partir del segundo día. En la toma de muestraenselas midieron parámetros de temperatura y pH, lasse cuales nos indican las condiciones que el los reactor está trabajando, posteriormente realizaron DBO 5 y DQO para observar como se iba desarrollando la remoción de materia orgánica e inorgánica. El agua que se utilizó para la estabilización de ambos sistemas fue la misma agua residual que se iba a tratar, con ello aseguramos que las bacterias que iniciarían el proceso de depuración se alimentaran de la misma carga orgánica proveniente de su lugar de srcen. Se agrego agua cruda sin tratar al reactor anaerobio y agua tratada en el reactor anaerobio al humedal artificial. Las tablas de resultados obtenidos en la estabilización para el reactor anaerobio se encuentran en el Anexo III.

106

Gráfico. 9.1. 8.1. Estabil ización de Gráfico. Estabilización delalatemperatura temperatura

) C ° ( ra u t a r p e m e t

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10

012345678

tiempo (días)

Gráfi co. 8.2. Estabilizacióndel delpH pH Gráfico. 9.2. Estabilización 8 7.8 7.6 7.4 7.2 H 7 p 6.8 6.6 6.4 6.2 6 012345678 tiempo (días)

En los Gráficos 9.1. y 9.2, se muestrancon los un resultados obtenidos de de pH24y horas, temperatura en la estabilización del reactor anaerobio, período de muestreo tomando muestra durante 7 días, con horario de muestreo de aproximadamente entre las 10:00am y las 12:00pm. Al momento de tomar la muestra se midieron ambos parámetros de manera simultánea, reservando aproximadamente 1lt de muestra en frascos de vidrio etiquetados, para los análisis posteriores. Los focos colocados en el reactor se mantuvieron encendidos durante 8 horas, diariamente.

107

Gráfico. Remoción DBO5yyDQO DQO Gráfico. 9.3.8.3. Remoción dede DBO5 900.00 800.00 700.00 600.00 /l 500.00 g m400.00

300.00 200.00 100.00 0.00 012345678

tiempo (días) DBO5

DQO

En el Gráfico. 9.3. se muestran los resultados de la remoción de DBO5 y DQO en el período de estabilización. Los análisis se realizaron con muestras reservadas en frascos de vidrio de 1lt, y se mantuvieron a una temperatura aproximada de 9-12°C, tomando en cuenta que para iniciar el análisis se llevaron a temperatura ambiente. Las muestras se agitaron para poder homogeneizarlas adecuadamente, ya que las muestras presentaban sólidos visibles a simple vista asentadas en el fondo del frasco Los frascos de muestra fueron enjuagados con agua de muestra antes de almacenarla. El período de conservación máximo fue de 10 días, los análisis se realizaron en los 5 días posteriores a la toma de muestra. Para la estabilización del humedal artificial, se muestran los siguientes resultados, las tablas de las cuales se generan los gráficos se encuentran en el Anexo III:

108

Gráfico.9.4. 8.4.Estabilización Estabilización dede la la temperatura Gráfico. temperatura 20 19 18 ) C 17 ° ( 16 a r u t 15 a r e 14 p 13 m e t 12 11 10 012345678

tiempo (días)

Gráfico. 8.5.Estabilización Estabilización del Gráfico. 9.5. delpH pH 8 7.8 7.6 7.4 7.2 H 7 p

6.8 6.6 6.4 6.2 6 012345678

tiempo (días)

En los Gráficos. 9.4 y 9.5. se muestran los parámetros de pH y temperatura, para el humedal artificial Se midieron de igual manera que para el reactor anaerobio y simultáneamente. Se almaceno muestra para análisis posteriores. Se cuido que los frascos de almacenamiento se encontraran limpios, para que nos se contara con ninguna interferencia que afectara los análisis siguientes. Además que al momento de almacenar la muestra el frasco se enjuago primero con agua de muestra. Los frascos fueron etiquetados de acuerdo al número de muestra tomada. Al final del período de muestreo de la estabilización, una de las plantas del área central murió, a planta no fue sustituida. Su crecimiento no fue muy notorio, pero de iniciar con un color verde amarillento, que presentaron al quitarlas de la tierra, comenzaron a verse un 109

poco más verdes. En el interior de las piedras de las 3 secciones se comenzó a notar un color que iba del café al negro, algo parecido a lodo pero no tan espeso. No se percibieron olores.

Gráfico. 9.6.8.6. Remoción de DBO5 y DQO Gráfico. Remoción DBO5 y DQO 225 200 175 150

/l 125 g m100 75 50 25 0 012345678

tiempo (días) DBO5

DQO

En el gráfico. 9.6. se colocaron 2 curvas generadas de la remoción de de materia en el humedal artificial, para observarlas como la DQO se encontraba por encima los valores de DBO5, mostrando un comportamiento adecuado del sistema. Los análisis se realizaron en los 3 días siguientes a la toma de muestra, llevando la temperatura para el análisis a la temperatura ambiente. Las muestras fueron agitadas para promover una buena homogeneización.

110

PRUEBAS DE TRATABILIDAD Se realizaron 3 corridas, variando el tiempo de retención (72, 24 y 12 horas) y analizando DBO5, DQO, sólidos suspendidos totales (SST) y sólidos suspendidos volátiles (SSV), para ambos sistemas. Las corridas se realizaron siguiendo el orden antes mencionado. Al momento de tomar las muestras se midieron temperatura y pH, registrando los datos. Los resultados obtenidos para estos parámetros se muestran en los siguientes gráficos, los datos se encuentran en las Tablas. 9.8., 9.9. y 9.10. que se encuentran en el Anexo III:

Gráfico.8.7. 9.7.Relación Relaciónentre entrelalatemperatura temperatura y el tiempo Gráfico. y el tiempo dede retenciónenenelelReactor ReactorAnaerobio Anaerobio retención 30 25 ) C ° ( 20 a r u t ra 15 e p m te

10 5 0

24

48

72

96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480 504 528

tiempo (horas)

72horas

24horas

.

111

12horas

7.9

Gráfico. 8.8. Relación entre el pH el tiempo r etención Gráfico. 9.8. Relación entre el pH y elytiempo dede retención enen el el Reactor Anaerobio Reactor Anaerobio

7.7 7.5 7.3 H p

7.1 6.9 6.7 6.5 0

24

48

72

96

120

144

168

192

216

240

264

288

312

336

360

384

408

432

tiempo (horas)

72horas

24horas

12horas

En los Gráficos. 9.7. y 9.8. se muestra el comportamiento de la temperatura y el pH en cada uno de los tiempos de retención estudiados, para el reactor anaerobio. Para el tiempo de retención de 72 horas se muestran 7 datos, esto se hizo para poder observar mejor el desarrollo del mismo. La medición de estos parámetros y el almacenaje de muestras para análisis posteriores, se realizó igual que para el período de estabilización.

Gráfico. 9.9. R elación entre la temperatura y el tiempo de retención en el humedal artificial 26 24 ) 22 C (° a r 20 u t 18 ra e p 16 m te 14 12 10

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480 504 528

tiempo (horas) 72horas

24horas

112

12horas

Gráfico. elación entre Gráfico.8.10. 9.10.RRelación entreelelpH pHyyeleltiempo tiempodederetención retención en en el el humedal Humedalartificial Artificial

8.0 7.9 7.8 7.7 7.6 H 7.5 p

7.4 7.3 7.2 7.1 7.0 0

24

48

72

96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480 504 528

tiempo (horas) 72horas

24horas

12horas

En los Gráficos 9.9. y 9.10., podemos observar el comportamiento de los datos obtenidos de temperatura y pH en el humedal artificial. Las tablas de datos se encuentran en el Anexo III. Con respecto a la remoción de DQO, DBO 5, SST y SSV, se muestran los siguientes resultados.

Gráfico. 9.11. Relación la remoción dey DQO y el Gráfico. 8.11. Relación entreentre la remoción de DQO el tiempo tiempo de retención el reactor anaerobio de retención en el en Reactor An aerobio 800.00 700.00 600.00 )l / g 500.00 m ( O400.00 Q D 300.00 200.00 100.00 0

24

48

72

96

120

144

168

192

216

240

264

288

312

tiempo (horas) 72horas

24horas

113

12horas

336

360

384

408

432

Se presenta en el Gráfico. 9.11., la remoción de DQO en el reactor anaerobio en los distintos tiempos de retención estudiados. Los análisis se realizaron durante los 5 días posteriores a la toma de muestra. Las muestras fueron llevadas a la temperatura ambiente para su análisis. Se observó presencia de sólidos en el agua tratada durante los 3 períodos de retención, por ello, la agitación fue importante en cada una de las muestras. La eficiencia para cada uno de los tiempos de retención en el Reactor Anaerobio es de: Tiempo de Retención de 72 horas: Eficiencia de remoción de 61.67% Tiempo de Retención de 24 horas: Eficiencia de remoción de 60.00% Tiempo de Retención de 12 horas: Eficiencia de remoción de 68.24%

Gráfico. 8.12. R elación entreentre la r emoción de DQOdey DQO el tiemypo Gráfico. 9.12. Relación la remoción el de de retención en elen Humedal Artificial tiempo retención el Humedal Artificial 500.00 450.00 400.00 350.00

) /lg 300.00 m ( 250.00 O Q200.00 D

150.00 100.00 50.00 0.00 0

24

48

72

96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480 504 528

tiempo (horas)

72horas

24horas

12horas

En el Gráfico. 9.12. se presenta la remoción de DQO en el humedal artificial. Se observa una tendencia muy uniforme en los procesos. La eficiencia para cada uno de los tiempos de retención en el Humedal Artificial es de: Tiempo de Retención de 72 horas: Eficiencia de remoción de 50.00% Tiempo de Retención de 24 horas: Eficiencia de remoción de 75.55% Tiempo de Retención de 12 horas: Eficiencia de remoción de 68.23%

114

La eficiencia para cada uno de los tiempos de retención en el sistema completo, tomando en cuenta que el agua tratada en el reactor anaerobio es llevada al tratamiento en el humedal artificial, es de: Tiempo de Retención de 72 horas: Eficiencia de remoción de 85.00% Tiempo de Retención de 24 horas: Eficiencia de remoción de 83.70% Tiempo de Retención de 12 horas: Eficiencia de remoción de 85.88% Con respecto a la DBO5 se muestran los siguientes resultados. Gráfico. elación entre mociónde deDBO5 Gráfico.8.13. 9.13.RRelación entre la la re remoción DBO5 yyel los disti ntosdetiempos deen r etención el reactor tiempo retención el reactorenanaerobio anaerobio 200.00 180.00

)l 160.00 / g 140.00 (m120.00 5 100.00 O B 80.00 D 60.00 40.00 20.00

0

24

48

72

96

120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432

tie mpo (horas) 72horas

24horas

12horas

La relación entre los tiempos de retención y la remoción de DBO 5 se muestra en el Gráfico. 9.13. se puede observar que la misma tendencia que inicia el proceso de 12 horas, la continua el proceso de 72 horas. La eficiencia para cada uno de los tiempos de retención en el Reactor Anaerobio es de: Tiempo de Retención de 72 horas: Eficiencia de remoción de 73.53% Tiempo de Retención de 24 horas: Eficiencia de remoción de 35.42% Tiempo de Retención de 12 horas: Eficiencia de remoción de 36.00%

115

Gráfico.9.14. 8.14. R elación entre r emoción de D5BO5 Gráfico. Relación entre la rlaemoción de DBO y losy los disti ntos tiempos d e re tención en el humeda distintos tiempos de retención en el Humedal Artificiall artificial

160.00 140.00

)l 120.00 / g 100.00 m ( 80.00 5 O 60.00 B D 40.00 20.00 0.00 0

24

48

72

96

120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432

tiempo (horas) 72horas

24horas

12horas

El desarrollo de la remoción de DBO5 con respecto a los 3 tiempos de retención estudiados en el humedal artificial, se muestra en el Gráfico. 9.14. La eficiencia para cada uno de los tiempos de retención en el Humedal Artificial es de: Tiempo de Retención de 72 horas: Eficiencia de remoción de 85.90% Tiempo de Retención de 24 horas: Eficiencia de remoción de 63.86% Tiempo de Retención de 12 horas: Eficiencia de remoción de 10.26% La eficiencia para cada uno de los tiempos de retención en el sistema completo, tomando en cuenta que el agua tratada en el reactor anaerobio es llevada al tratamiento en el humedal artificial, es de: Tiempo de Retención de 72 horas: Eficiencia de remoción de 89.22% Tiempo de Retención de 24 horas: Eficiencia de remoción de 68.75% Tiempo de Retención de 12 horas: Eficiencia de remoción de 30.00% En relación con los SST y los SSV, se obtuvieron los siguientes resultados.

116

Gráfico. Relación la remoción deSST SSTyyelel Gráfico. 8.15.9.15. R elación entreentre la remoción de los tiempo de retención en el reactor anaerobio tiempo de retención en el reactor anaerobio 450 400 350 300

l)/ g 250 m ( T S200 S150

100 50 0 0

24

48

72

96

120 144 168

192 216 240 264 288

312 336 360 384 408 432

tiempo (horas) 72horas

24horas

12horas

Gráfico. 8.16.9.16. Relación entre la remoción d e los el Gráfico. Relación entre la r emoción de SST SST yy el tiempo de retención en el humedal artifi cial tiempo de retención en el Humedal Artificial

100 90 80 )l 70 / g 60 m ( 50 T S 40 S

30 20 10 0 0

24

48

72

96

120 144 168

192

216 240 264 288

312

336 360

384 408

432

tiempo (horas) 72horas

24horas

12horas

La remoción de SST en el reactor anaerobio y en el humedal artificial se muestra en los Gráficos. 9.15. y 9.16. Los análisis para la determinación de los SST y los SSV se realizaron dentro de los 5 días siguientes a partir de la toma de muestra inicial.

117

Si en el análisis de los parámetros anteriores fue importante la agitación para homogeneizar la muestra, para la realización de estos análisis lo fue mucho más, ya que las aguas presentaban de manera visual sólidos en el fondo de los frascos, además que el protocolo para la determinación de SST y SSV lo recomienda. Aunque las muestras obtenidas del humedal artificial no presentaban sólidos visibles, la agitación se realizo de la misma forma que para las muestras obtenidas del reactor anaerobio.

Gráfico. 8.17. Relación entre la remoción dede los SSV Gráfico. Gráfico. 9.17. 9.17. Relación Relación entre entre lalaremoción remoción deSSV SSVyyyelel titiempo empo tiempo de dede r retención etenci retención ón en enen elelel reactor reactor reactor an anaerobio anaerobio aerobio

300 275 250 225 200 l)/ g 175 m ( 150 V125 S S100 75 50 25 0 0

24

48

72

96

120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432

tiempo (horas) 72horas

24horas

12horas

Gráfico. elación entre loslos SSSSV V y el tiempo dede Gráfico.8.18. 9.18.R Relación entre y el tiempo retención cial retenciónenenelelhumedal Humedalartifi Artificial 85 75 65 )l 55 / g m ( 45 V 35 S S 25 15 5 -5 -2

22

46

70

94 118 142 166 190 214 238 262 286 310 334 358 382 406 430 454 478 502 526 550

tiempo (horas) 72horas

24horas

118

12horas

GENERACIÓN DE LODOS EN EL REACTOR ANAEROBIO Se observo que la cantidad de lodos generada en el reactor anaerobio fue de un litro en base húmeda por cada 35 litros de agua a tratar, durante un período de 5 días. Los lodos no fueron recirculados, dada la baja producción de los mismos. Se tomo una muestra para llevarlos a base seca, teniendo como resultado la reducción del 90% de la humedad que contenían. Así que finalmente se obtuvieron 100g de lodos en base seca, por cada 35litros de agua residual. DESARROLLO DE LAS PLANTAS EN EL HUMEDAL ARTIFICIAL Se tuvo cuidado en que el agua de entrada no superará el nivel de las piedras, ya que el flujo era subsuperficial. Se seleccionaron alcatraces como plantas para la remoción. Fueron manera aleatoria en cada sección, colocando 10 plantas en cada una.

colocadas de

La profundidad del sustrato fue de 10cms. Se utilizaron 2 tamaños de grava en el humedal artificial, ya que la literatura reporta que se deben utilizar distinto tipos de grava para provocar una mejor distribución del afluente. Se utilizo grava pequeña (aprox. de 5mm a 8mm) en la entrada del afluente y en la salida del mismo. En la sección central del humedal se utilizó grava de 1.1mm a 1.5mm., se observó un crecimiento de biopelícula en el interior de las piedras. El crecimiento de las plantas se muestra en la Tabla.9.26. Ver Anexo III. El humedal artificial no presentó olores durante todo el desarrollo de la experimentación.

 

119

10.- ANALISIS DE RESULTADOS PERIODO DE ESTABILIZACION. En el Gráfico 9.1. se observa el aumento de la temperatura con el paso de los días, esto se atribuye al calor generado por el foco que se coloco simulando la luz solar, además que con el paso de los días, la temperatura ambiental iba en aumento. Los últimos 3 días se presento una estabilización visible en la temperatura, esto nos indica que aproximadamente a esta temperatura estaría trabajando el reactor, así que podemos esperar que si se siguieran tomando muestras, los intervalos de temperatura se mantendrían en el rango de 20°C a 22°C, aproximad amente. Con respecto al pH, en el Gráfico. 8.2. vemos que este sufre una variación al inicio del proceso, esto se puede ser debido a la entrada directa del agua residual, y a que el proceso se encuentra en desarrollo. Vemos también, que el pH se encuentra dentro del rango para el proceso, y que del día 1 al día 4 tenemos la presencia de bacterias metanogénicas, esto también se puedo observar en la bolsa de almacenaje de biogas, ya que el aumento del gas en la bolsa se mantuvo los primeros días, manteniendo mínima la cantidad generada en los días subsecuentes. Del día 5 al día 7, vemos como el pH se estabiliza, y a su vez la temperatura, manteniéndose en un rango que va de 6.5 a 7, encontrándose dentro de los valores viables el desarrollo del proceso de remoción, y a su vez, para el equilibrio de bacteriaspara acidogénicas y metanogénicas. Con respecto a la DBO5 y a la DQO, podemos observar que la tendencia es casi la misma, desde el principio hasta el fin de la estabilización. El proceso que mostró una tendencia muy aceptable, fue la DBO 5, ya que sus valores se mantienen en rangos de 100 a 200 mg/l, nos indica un consumo muy constante de la materia orgánica. Con respecto a la DQO, durante los primeros 4 días se mantienen en valores muy cercanos a la DBO5, pero a partir del 5 día el consumo disminuye un poco, pero sigue manteniendo estable su consumo de materia orgánica e inorgánica hasta el fin de la estabilización. Si observamos los 3 gráficos juntos, vemos que el período de estabilización se presento a partir del día 5, tanto el pH, la temperatura y la remoción de materia, todos presentan una tendencia lineal. Lo que nos indica que el sistema se encuentra ya estable. Si por alguna razón los resultados obtenidos no hubieran sido estables, se hubiese continuado con el período de estabilización y con los análisis de las muestras. La temperatura en el humedal (Gráfico. 9.4.), se mantiene de 14°C a 16°C a partir del segundo día, esto se puede atribuir a que la temperatura ambiente en donde se construyo

120

el prototipo siempre fue la misma, tomando en cuenta que se llevaron las plantas a baños de sol de aproximadamente 4 hrs. Con respecto al pH (Gráfico. 9.5.), presenta variaciones mínimas al principio de la estabilización del día 1 al día 4, las cuales van de 7 a 7.09, manteniendo el sistema neutro. Podemos atribuir las variaciones al inicio a que la carga orgánica era reciente y además que el pH que presentaba el agua que provenía del reactor anaerobio se encontraba en el rango de 6.7 a 7.6, así que el humedal llevó a un pH muy alcalino la carga que entraba a el mismo, durante los primero 4 días. Finalmente vemos que el humedal ofreció cargas de salida durante el período de estabilización muy cercanas al valor neutro. Se observa en el Gráfico. 9.6. como la remoción de DBO5 y de DQO llevan una trayectoria muy parecida, esto nos indica que el humedal, maneja un proceso de remoción muy constante y que la proporción de carga que remueve es prácticamente la misma en cada período, lo cual es muy buen indicio. Vemos como la DBO5 se mantiene en intervalos de 50-100 mg/l, no siendo muy constante pero si aceptable, pero con respecto a la DQO, esta presenta una remoción constante a partir del 6 día. Con los resultados obtenidos en el período de estabilización para cada sistema, se noto que era tiempo ya de iniciar el tratamiento del agua residual de acuerdo a los tiempos de retención establecidos. PRUEBAS DE TRATABILIDAD Podemos observa en los Gráficos. 9.7. y 9.8. como a un mayor tiempo de retención se mantienen temperatura y pH mas constantes, aún a un tiempo de retención de 24 horas, es posible mantener un comportamiento poco errático . Manteniendo la temperatura a 20°C en promedio, es posible tener un buen resultado en la degradación de la materia orgánica, de igual forma con el pH, el cual se mantiene en un rango de 7.2 a 7.6, con ello podemos seguir comprobando que tenemos bacterias metanogénicas en el reactor. Se puede observar que la temperatura a la que se mantiene el sistema es de alrededor de 20°C, la cual es muy cercana a la que se obtuvo en la estabilización del equipo. Con respecto al humedal artificial, podemos observar en los 2 gráficos anteriores, como las condiciones del sistema se mantienen mucho más estables que el reactor anaerobio, la variación tan marcada entre los tiempos de retención la podemos atribuir a la temperatura ambiente con la que se contó al momento de la toma de muestras, ya que para el tiempo de retención de 72 horas, que fue el primero que se realizó, el clima fue sumamente frío, al contrario de los otros 2 tiempo, en los cuales, el clima ya era cálido. Con respecto al pH, el sistema nos ofrece unos valores sumamente interesantes, ya que en los 3 tiempos de retención se muestra que el pH se mantiene en un rango de 7.6 a 7.8,

121

aproximadamente, indicándonos un proceso muy estable. El pH aumento con respecto al que se presento en el proceso de estabilización. Remoción de DQO Como podemos observar la eficiencia de remoción en los 3 tiempos de retención es muy similar, lo que nos indica que el proceso se está desarrollando de manera adecuada. En el Gráfico. 9.11., el tiempo de retención de 72 horas se mantiene alrededor de los 200 mg/l durante 5 muestras, podemos atribuir que este valor de remoción de DQO, será el que ofreciendo manera continua reactor, queseel percibe tiempo de de del 24 horaseste sigue la mismadetendencia, tomandoelen cuenta,yaque queretención es el inicio tiempo de retención de 72 horas, así que si hubiéramos continuado muestreando cada 24 horas, hubiésemos llegado a los resultados finales que se observan en el tiempo de 72 horas. Con respecto a la eficiencia en la remoción de DQO en el reactor anaerobio, podemos notar como los 3 valores son muy parecidos, alrededor del 60%. Por ello es posible indicar que esta seria la eficiencia a la que se encontraría trabajando el reactor. Vemos como la eficiencia en el período de 72 horas es menor que la obtenida en el período de 12 horas, esto se puede atribuir a la temperatura, ya que durante el período de 72 horas, la temperatura registrada oscila entre los 20°C, mientras que para los otros dos períodos se encuentra entre los 20°C y los 28° C. y aunque el reactor anaerobio contara con los focos que lo calentaban, no era posible obtener una buena temperatura. Ahora, con respecto a el Gráfico. 9.12., vemos que la curva que se encuentra casi horizontal sobre el gráfico es la generada por el tiempo de retención de 72 horas, manteniéndose en valores aproximados de 100mg/l. vemos como la remoción en ambos sistemas es muy parecida. Aunque el último punto tiende a descender un poco, quizás con algunos muestreos más se hubiera podido comprobar una remoción mayor en el humedal artificial. Con respecto a la eficiencia general obtenida de los equipos trabajando en conjunto, tenemos que está tiende a ser muy parecida para los 3 períodos. Esto nos indicaría que quien terminó por mantener el proceso estable fue el humedal artificial. El valor de la eficiencia final es muy aceptable para la remoción de DQO. Remoción de la DBO En relación con los resultados obtenidos en la DQO, los presentados en el Gráfico.8.13., estos tienden a ser mas claros, ya que podemos observar que la mejor eficiencia relacionada la remoción de lanecesita DBO5 esmás la de 72 horas, estelacaso es más claro percibir que con el reactor anaerobio tiempo para en digerir materia orgánica presente en el agua residual. En el Gráfico. 9.13, también se puede notar que la tendencia en la disminución de la materia orgánica del tiempo de retención de 24 horas, es el inicio de la tendencia que sigue el tiempo de retención de 72 horas, de igual forma que con la remoción de la DQO, confirmamos el buen funcionamiento del reactor.

122

También es importante hacer notar que el último punto del tiempo de retención de 72 horas desciende, esto nos puede indicar que con un tiempo más amplio de retención, la degradación de la materia orgánica en el tanque será mayor. Con respecto a las eficiencias, podemos ver que el sistema si requiere de un tiempo más prolongado para la remoción de materia orgánica, entendiendo que las bacterias necesitan más tiempo para la degradación. En este caso no es muy difícil decidir que es más representativo el tiempo de retención de 72 horas. En el Gráfico. 9.14 podemos notar que el humedal sigue la misma estructura en la degradación de materia que la que se observa en el Gráfico.8.13., que nos describe el desarrollo en elorgánica reactor anaerobio. De igual forma se observa que el tiempo de retención más óptimo de los 3 estudiados, en el caso de la remoción de DBO5, es el de 72 horas. Se hace notar que el tiempo de retención de 12 horas no es el suficiente para que las plantas consuman los nutrientes presentes en el agua, pero que a partir de un período de retención de 24 horas y más, el consumo de está materia orgánica es notorio. Además, también podemos ver como el último punto que se encuentra en el período de 72 horas, terminó por descender un poco más, podríamos considerar aumentar el tiempo de retención en el humedal, al igual que en el reactor anaerobio, para lograr una mejor remoción de la materia orgánica. La eficiencia del 89.22%, en la reducción de la DBO5, nos indica el buen funcionamiento que ofrecen ambos sistemas trabajando en conjunto, para la remoción de materia orgánica e inorgánica. Remoción de los SST y SSV Se puede observar en el Gráfico. 9.15., el comportamiento que representa la remoción de los SST en el reactor anaerobio, vemos que sin tomar en cuenta el tiempo de retención, los valores en la remoción se encuentran en un rango de 0 a 100mg/l. nos muestra también el desarrollo estable en la remoción de este parámetro. Es notoria la estabilización de los SST a partir de el segundo valor del período de 12 horas, y de ahí en adelante, para los otros períodos de retención estos valores son muy similares, colocándose en promedio por debajo de los 50mg/l. Ahora, con respecto a lo sucedido en el humedal artificial, se puede ver en el Gráfico 9.16., como la remoción de SST presenta un comportamiento un poco más errático, esto se puede atribuir a la velocidad con la que se agrego el agua y esa haya removido y arrastrado algunos También la presencia de las hojas caen y mueren en elsólidos. humedal afecte,es deposible maneraque indirecta, este parámetro. Se secas puedeque ver que la mejor curva sigue siendo la de un tiempo de retención de 72 horas. Con respecto a los SSV, podemos notar en el Gráfico. 9.17., la disminución tan significativa que presentan. Es notoria la dirección que se presenta en cada una de las curvas, ya que cada una es continuación de otra, iniciando por la de un tiempo de 12 horas y terminando con el de 72.

123

Vemos como en el período de 72 horas, la salida de microorganismos es muy poca, presentando valores inferiores a los 50 mg/l. Con respecto a lo sucedido en el humedal artificial, en el Gráfico.9.18., se observan pequeñas fluctuaciones en los tiempos de retención de 12 y 24 horas, mientra que para el proceso de 72 horas, es de importancia, notar que los valores de SSV son prácticamente 0. De igual forma que en el gráfico anterior podemos observar como cada una de las curvas es continuación de otra. Esto nos demuestra que a la salida del afluente tratado por ambos sistemas, es mínima la cantidad de microorganismos presentes. Con respecto a las características físicas humedal artificial, tenemos, ver Anexo V: de los afluentes del reactor anaerobio y del Para el reactor anaerobio. o

El efluente presenta una coloración amarillenta de tono turbio, observado en todos los muestreos realizados para cada período.

o

Presenta un aroma fétido, pero no tan intenso como el agua de entrada.

o

Existe una cierta cantidad de sólidos en suspensión visible.

o

o

o

o

Se obtuvieron 1000ml de lodos del reactor anaerobio después de en período de tratamiento de 5 días. Los lodos generados en el reactor anaerobio fueron mínimos, cercanos al 0.03% del volumen del reactor, por ello no se vio la necesidad de recircular los lodos. Existió la presencia de biogas generado en el sistema, el cual no fue en demasía, aunque si muy notoria, dada la cantidad de agua tratada y quizás, la poca cantidad de materia orgánica presente en ella. Los lodos fueron llevados a base seca obteniendo 100g de lodos secos por cada 35lts de agua residual en un período de 5 días. Pueden ser utilizados en un futuro como abono o mezclados con composta para plantas. Esperando una acumulación mayor en un tiempo prolongado del funcionamiento de la planta lodos si podrían ser recirculados.

Para el humedal artificial. o

o

o

El final presenta del unaafluente. coloración amarilla muy clara, casi cristalina, sinefluente presentar la turbiedad El aroma fétido a desaparecido, percibiéndose un aroma a yerbas o a tierra, pero no es desagradable. Los sólidos que presenta ya no son visibles, en algunos casos es muy mínima, y en otros es prácticamente imperceptible.

124

o

o

o

Los resultados obtenidos de manera visual, nos indican que la grava más adecuada fue la de menor tamaño, esto lo atribuyo a que genera mas espacios entre las piedras, mejorando la distribución del agua y permitiendo que las raíces de las plantas se distribuyan mejor. Después de el período de estabilización se pudo observar que en el interior de las piedras se generaba una biopelícula de color negro, esta biopelícula de color obscuro se mantuvo durante todos los procesos, y aún así hasta el fin del desarrollo experimental, se atribuye este desarrollo a colonias de bacterias que se generaban en los espacios intersticiales de las piedras, siendo los que se dedicaban a la degradación de la materia orgánica. Las plantas fueron seleccionadas, dados los estudios que han demostrando la buena capacidad de remoción de materia orgánica que presentan. También fue parte de la selección la facilidad con la que se consigue la planta, la rápida estabilización de ella en el humedal, además de considerar sus bajos costos. En un período de 3 meses se observó que el crecimiento de las plantas en la sección media y en la sección de salida fue muy similar, pero para la sección de entrada el delta de crecimiento fue mayor, esto se atribuye a la cantidad de materia orgánica que está entrando, esta es mayor. También es posible que el tipo de sustrato utilizado ayudó a que los alcatraces de las secciones exteriores crecieran más. En la sección media se tuvo la pérdida de 2 plantas que no lograron pegar, las cuales no fueron sustituidas.

Comparando los resultados obtenidos para los parámetros promedio de DBO5 y SST obtenidos en cada uno de los tiempos de retención (ver Tablas. 9.19. y 9.26, con los valores indicados en la NOM-001-SEMARNAT-1996, tenemos que: 

Los SST promedio en cualquiera de los tiempos de retención es aceptable para uso agrícola, uso público urbano y protección de vida acuática.



La DBO5 promedio obtenida en los tiempos de retención de 12 y 24 horas es aceptable para uso en riego agrícola y uso público urbano. En cambio el tiempo de retención de 72 horas es aceptable para uso en riego agrícola, uso público urbano y protección de vida acuática.

 

125

11.- CONCLUSIONES Tomando en cuenta los resultados obtenidos, podemos concluir que: o

o

o

o

o

Es indispensable realizar un período de estabilización antes de poner en marcha algún equipo o tipo de tratamiento. La temperatura en el reactor anaerobio es indispensable para mantener el sistema en la fase metanogénicas. Si mantenemos la temperatura controlada, el pH también se mantendrá dentro de los valores recomendados. Para la remoción de DQO en el reactor anaerobio es apropiado aplicar un tiempo de retención de mínimo 12 horas, ya que este nos ofrece buenos resultados, de igual forma, para ambos sistemas en conjunto, los 3 tiempos de retención estudiados presentan una eficiencia muy aceptable, siendo está mayor al 80% de remoción de DQO. Con respecto a la remoción de DBO 5, es evidente que el tiempo de retención más a apropiado fue el de 72 horas, esto nos indica que para la disminución mas evidente de la materia orgánica, ambos sistemas, requieren de un tiempo más prolongado para una remoción aceptable. Con el tiempo de retención de 72 horas tenemos una eficiencia de casi el 90% de la eliminación de materia orgánica.

o

Para disminución de ya losque SST, tenemos quees unrepresentativa tiempo de retención apropiado sería la uno de 24 horas, a partir de ahí, la disminución de los mismos, manteniéndolos estables. o

o

o

Con respecto a los microorganismos encontrados en cada sistema, en el reactor anaerobio, vemos que se encuentran entre los 0 y 50 mg/l, esto nos representaría colonias de microorganismos constantes en el sistema. Para el humedal artificial vemos como con el período de 72 horas fueron eliminados prácticamente en su totalidad todos los microorganismos provenientes del reactor anaerobio, esto, provocado por la biopelícula desarrollada en los espacios intersticiales del sustrato y en las raíces de los alcatraces, ya que estas bacterias se depositan en esas zonas, degradando la materia orgánica para ser consumida por las plantas. De acuerdo a los resultados obtenidos tenemos que, las condiciones de operación para el sistema son:  Tiempo de retención para ambos sistemas: Mínima de 12 horas y óptima de 72 horas. 

10% de lodos B.H. (3% en B.S) generados en el Reactor Anaerobio.



Temperatura: 20-28°C.

126



Caudal de entrada al reactor anaerobio: 4 l/s, determinado in situ.



Volumen de reactor anaerobio: 650m3, determinado in situ.



Tipo de grava: Pequeña de aprox. 5-8mm.



Plantas: Alcatraz.

 

127

ANEXOS Anexo I Tablas del Capítulo 9

Muestra

Reactor Anaerobio Temperatura

(día) 1

Hora 10:30

(°C) 14.1

pH 6.86

2

10:28

17.9

7.44

3

10:30

18.2

7.62

4

10:32

16.8

7.56

5

10:25

20.7

6.72

6

10:31

20.6

6.66

7

10:34

21.7

6.63

Tabla. 9.1. Datos de pH y temperatura, obtenidos de la estabilización del reactor anaerobio.

128

DIA

1

2

3

3

4

4

5

5

6

Muestra ml BCO CONTROL 0.5 1 D 1-1 1.5 0.5 1 D 1-2 1.5 0.5 1 D 1-3 1.5 0.5 1 D 2-2 1.5 0.5 1 D 2-3 1.5 0.5 1 D 3-2 1.5 0.5 D 3-3 1 1.5 0.5 D 4-2 1 1.5 0.5 1 D 4-3 1.5

ml tiosulfato PROMEDIO ENTRADA SALIDA ENTRADA SALIDA 2.90 3.00 2.90 3.10 2.95 3.00 3.50 3.50 1.60 1.50 3.50 1.55 3.20 3.30 3.00 3.10 3.25 3.05 3.20 3.40 2.80 3.00 3.30 2.90 3.50 3.50 3.10 3.10 3.50 3.10 3.00 2.90 3.30 3.20 2.95 3.25 2.90 3.10 3.20 3.00 3.00 3.10 3.20 3.30 3.10 3.00 3.25 3.05 3.40 3.30 3.20 3.10 3.35 3.15 3.40 3.40 3.30 3.30 3.40 3.30 3.50 3.50 3.30 3.30 3.50 3.30 3.10 3.00 2.90 2.80 3.05 2.85 3.10 3.10 2.80 2.80 3.10 2.80 3.20 3.10 2.80 2.90 3.15 2.85 2.90 3.00 2.90 2.80 2.95 2.85 3.40 3.50 3.20 3.30 3.45 3.25 3.20 3.10 2.90 2.80 3.15 2.85 3.00 2.80 2.70 2.90 2.90 2.80 3.30 3.30 3.20 3.20 3.30 3.20 3.30 3.10 2.30 2.50 3.20 2.40 2.90 2.90 2.70 2.70 2.90 2.70 2.90 2.80 2.80 2.70 2.85 2.75 2.80 2.80 2.60 2.60 2.80 2.60 3.20 3.20 3.00 3.00 3.20 3.00 3.10 3.00 2.80 2.90 3.05 2.85 3.20 3.20 2.80 2.80 3.20 2.80 2.70 2.50 2.40 2.60 2.60 2.50 2.70 2.70 2.60 2.60 2.70 2.60 2.80 2.80 2.50 2.50 2.80 2.50 129

∆ml*2.03

0.1015 3.9585 0.4060 0.8120 0.8120 0.6090 0.2030 0.4060 0.4060 0.2030 0.4060 0.4060 0.6090 0.6090 0.2030 0.4060 0.6090 0.2030 0.2030 1.6240 0.4060 0.2030 0.4060 0.4060 0.4060 0.8120 0.2030 0.2030 0.6090

(- BCO) DILUCION 3.8570 0.3045 0.7105 0.7105 0.5075 0.1015 0.3045 0.3045 0.1015 0.3045 0.3045 0.5075 0.5075 0.1015 0.3045 0.5075 0.1015 0.1015 1.5225 0.3045 0.1015 0.3045 0.3045 0.3045 0.7105 0.1015 0.1015 0.5075

50 600 300 200 600 300 200 600 300 200 600 300 200 600 300 200 600 300 200 600 300 200 600 300 200 600 300 200

DBO 192.85 182.70 213.15 142.10 304.50 30.45 60.90 182.70 30.45 60.90 182.70 152.25 101.50 60.90 91.35 101.50 60.90 30.45 304.50 182.70 30.45 60.90 182.70 91.35 142.10 60.90 30.45 101.50

DBO 192.85 179.32

131.95

91.35

145.48

84.58

131.95

91.35

138.72

64.28

6

D 5-2

7

D 5-3

0.5 1 1.5 0.5

3.10 3.40 3.20 3.20

3.10 3.30 3.20 3.20

2.90 3.00 3.00 3.10

2.90 3.10 3.00 3.10

3.10 3.35 3.20 3.20

2.90 3.05 3.00 3.10

0.4060 0.6090 0.4060 0.2030

0.3045 0.5075 0.3045 0.1015

600 300 200 600

182.70 152.25 60.90 60.90

1 1.5

3.40 3.40 3.10 3.60 3.10 2.90 2.80 2.90 2.80 2.90

3.40 3.40 3.10 3.40 3.00 2.90 2.80 2.80 3.00 2.90

3.20 3.00 2.80 1.40 2.60 2.80 2.70 2.80 2.90 2.60

3.20 3.00 3.00 1.30 2.60 2.80 2.70 2.70 2.70 2.60

3.40 3.40 3.10 3.50 3.05 2.90 2.80 2.85 2.90 2.90

3.20 3.00 2.90 1.35 2.60 2.80 2.70 2.75 2.80 2.60

0.4060 0.8120 0.4060 4.3645 0.9135 0.2030 0.2030 0.2030 0.2030 0.6090

0.3045 0.7105

300 200

91.35 142.10

98.12

3.9585 0.5075 0.2030 0.2030 0.2030 0.2030 0.2030

50 600 300 200 600 300 200

197.93 304.50 60.90 40.60 121.80 60.90 40.60

197.93

BCO CONTROL 7

D 6-2

8

D 6-3

0.5 1 1.5 0.5 1 1.5

131.95

135.33

74.43

Tabla. 9.2. Cálculos realizados para la determinación de la DBO5 en el período de estabilización, para el reactor anaerobi y para el humedal artificial.

130

tiempo (días) 1 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7

ml MUESTRA V d SFA muestra DQO 16.1 BLANCO 11.8 10 763.3136 D 1-1 13.3 25 198.8166 D 1-2 D 1-3 114.0 25 149.1124 14.9 BLANCO 12.6 25 184.6154 D 2-2 D 2-3 13.0 25 152.5083 D 3-2 12.8 25 168.5619 BLANCO 14.9 D 3-3 14.3 25 48.1605 D 4-2 11.8 25 248.8294 D 4-3 13.4 25 120.4013 BLANCO 14.9 D 5-2 11.5 25 272.9097 D 5-3 13.3 25 128.4281 D 6-2 11.3 25 288.9632 BLANCO 14.6

8 D 6-3 13 25 128.4281 Tabla. 9.3. Cálculos realizados para la determinación de la DQO en el proceso de estabilización.

VALORACION DEL SFA Ninicial d/dicro

ml. dicroma

0.25

10

ml. Gastados de SFA promedio 11.3 11.2 11.3

Nfinal d SFA

11.2667

Tabla. 9.4. Cálculos realizados en l a valoración del SFA.

131

0.2219

REACTOR ANAEROBIO tiempo (días)

DBO5

DQO

1

179.32

763.3136

2

131.95

198.8166

3

145.48

184.6154

4 5

131.95 138.72

168.5619 248.8294

6

131.95

272.9097

7

135.33

288.9632

Tabla. 9.5. Remoción de DBO5 y DQO durante el período de estabilización.

Humedal Artificial Muestra (día)

Hora

Temperatura (°C)

pH

2

10:30

17.9

7.44

3

10:28

15.6

7.87

4

10:30

15.6

7.48

5

10:32

15.5

7.75

6

10:25

15.4

7.05

7

10:31

14.9

7.07

8

10:34

14.7

7.09

1

Tabla. 9.6. Temperatura y pH en el período de estabilización del humedal artificial.

132

HUMEDAL ARTIFICIAL tiempo (días)

DBO5

DQO

2

131.95

198.8166

3

91.35

149.1124

4

84.58

152.5084

5

91.35

168.5619

6

64.28

120.4013

7

98.12

128.4281

8

74.43

128.4281

1

Tabla. 9.7. Remoción de DBO5 y DQO durante el período de estabilización.

Tiempo de Retención de 72 horas Anaerobio Muestra (días)

tiempo (hrs)

Temp. (°C)

pH

1

0

9.8

6.88

2

72

12.5

3

144

4

Humedal Artificial Temp. (°C)

pH

6.92

12.5

6.92

18.2

7.49

15.5

7.75

216

19.5

7.24

14.0

7.59

5

288

18.6

7.52

15.4

7.66

6

360

20.1

7.59

16.2

7.70

7

432

21.6

7.38

16.5

7.73

133

8

504

18.9

7.70

Tabla. 9.8. Temperatura y pH en ambos sistemas con un tiempo de retención de 72 horas. Tiempo de retención de 24 horas Anaerobio

Humedal Artificial

Muestra (días)

tiempo (hrs)

Temp. (°C)

pH

Temp. (°C)

pH

1

0

15.5

7.33

2

24

20.9

7.70

20.9

7.70

3

48

22.9

7.65

20.3

7.60

4

72

24.5

7.69

19.8

7.78

5

96

24.3

7.40

20.0

7.73

6

120

26.7

7.60

19.8

7.62

7

144

21.1

7.73

Tabla. 9.9. Temperatura y pH en ambos sistemas con un tiempo de retención de 24 horas. Tiempo de retención de 12 horas Anaerobio

Humedal Artificial

Muestra (días)

tiempo (hrs)

Temp. (°C)

pH

Temp. (°C)

pH

1 2

0 12

13.8 23.4

7.32 7.6

23.4

7.60

3

24

27.6

7.5

21.8

7.60

4

36

25.5

7.6

19.4

7.60

5

48

28.1

7.38

20.5

7.60

134

6

60

7

72

25.4

7.56

19.0

7.61

20.2

7.68

Tabla. 9.10. Temperatura y pH en ambos sistemas con un tiempo de retención de 12 horas.

72 horas tiempo (días)

MUESTRA V d SFA

ml muestra

DQO

BLANCO

14.6

1

D 1-1

12.2

10

481.6054

2

D 1-2

12.8

25

144.4816

2

D 1-3

13.6

25

80.2676

BLANCO

14.6

3 3

D 2-2 D 2-3

12 13.4

25 25

208.6957 96.3211

4

D 3-2

13

25

176.5886

BLANCO

15.2

4

D 3-3

14.2

25

80.2676

5

D 4-2

12.8

25

192.6421

5

D 4-3

14.1

25

88.2943

BLANCO

15.2

6

D 5-2

12.6

25

208.6957

6

D 5-3

14

25

96.3211

7

D 6-2

12.9

25

184.6154

BLANCO

15.2

135

7

D 6-3

14.3

25

72.2408

Tabla. 9.11. Cálculos realizados para la remoción de DQO en un ti empo de retención de 72 horas.

tiempo (días)

24 horas Vd MUESTRA SFA BLANCO

ml muestra

DQO

14.8

1

D1

12.50

10

541.8060

2

D2

13.90

25

104.3478

2

D 2.1

10.70

25

361.2040

3

D3

14.10

25

88.2943

3

BLANCO D 3.1

14.80 11.60

25

288.9632

4

D4

14.00

25

96.3211

4

D 4.1

11.90

25

264.8829

5

D5

14.00

25

96.3211

BLANCO

14.80

5

D 5.1

12.20

25

240.8027

6

D6

14.10

25

88.2943

6

D 6.1

12.50

25

216.7224

Tabla. 9.12. Cálculos realizados para la remoción de DQO en un ti empo de retención de 24 horas.

136

tiempo (días)

12 horas Vd MUESTRA SFA

ml muestra

DQO

BLANCO

14.7

1

DE

11.3

10

693.8776

2 2

D-I D-I.1

12.2 13.1

25 25

204.0816 130.6122

3

D II

11.6

25

253.0612

BLANCO

14.7

3

D II.1

13.1

25

130.6122

4

D III

11.7

25

244.8980

4

D III.1

13.6

25

89.7959

5

BLANCO

15

D IV

11.7

25

269.3878

5

D IV.1

13.8

25

97.9592

6

DV

12.3

25

220.4082

6 D V.1 13.8 25 97.9592 Tabla. 9.13. Cálculos realizados para la remoción de DQO en un ti empo de retención de 12 horas.

Reactor Anaerobio

Humedal Artificial

tiempo(hrs.) 72 horas 24 horas 12 horas 72 horas 24 horas 12 horas 0 481.6054 541.8060 693.8776 12

204.0816

204.0816

24 36

361.2040 253.0612

361.2040 130.6122

244.8980

130.6122

137

48

288.9632 269.3878

104.3478 89.7959

60

220.4082

97.9592

72

144.4816 264.8829

144.4816 88.2943

96

240.8027

96.3211

216.7224

120 144

208.6957

80.2676

216

176.5886

96.3211

288

192.6421

80.2676

360

208.6957

88.2943

432

184.6154

96.3211

97.9592

96.3211 88.2943

72.2408

504

Tabla. 9.14. Remoción de la DQO con respecto al tiempo de retención en ambos sistemas.

138

ml tiosulfato Muestra D 1-1 E

D 1-2 A

D 1-3 H

D 2-2 A

D 2-3 H

D 3-2 A

D 3-3 H

D 4-2 A

D 4-3 H

PROMEDIO

0.4060 0.6090 1.0150 0.2030 0.2030 1.6240

DBO (- BCO) DILUCION DBO final 0.3045 600 182.7000 0.5075 300 152.2500 172.5500 0.9135 200 182.7000 0.1015 600 60.9000 0.1015 300 30.4500 131.9500 1.5225 200 304.5000

2.90 2.80 2.80 2.80 2.80 2.70 3.00 2.80 3.00 2.85 2.90 2.80 3.00 2.90 3.00

0.4060 0.8120 0.0000 0.2030 0.1015 0.2030 0.6090 0.5075 0.6090 0.6090 0.6090 0.6090 0.2030 0.6090 0.4060

0.0000 0.4060 0.4060 0.2030 0.3045 0.2030 0.2030 0.1015 0.2030 0.2030 0.2030 0.2030 0.2030 0.2030 0.0000

600 300 200 600 300 200 600 300 200 600 300 200 600 300 200

0.0000 121.8000 81.2000 121.8000 91.3500 40.6000 121.8000 30.4500 40.6000 121.8000 60.9000 40.6000 121.8000 60.9000 0.0000

3.00 3.20 3.10 3.05

2.90 2.80 2.90 2.90

0.2030 0.8120 0.4060 0.3045

0.2030 0.4060 0.0000 0.1015

600 300 200 600

121.8000 121.8000 81.2000 0.0000 60.9000

3.10 3.15

3.00 2.85

0.2030 0.6090

0.2030 0.2030

300 200

ml 0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50

ENTRADA 2.90 2.90 3.00 2.90 3.10 3.10 3.00 2.80 3.30 3.30 3.30 3.10

SALIDA 2.70 2.70 2.60 2.70 2.60 2.60 2.70 2.60 3.20 3.20 2.30 2.50

ENTRADA SALIDA 2.90 2.70 2.95 2.65 3.10 2.60 2.90 2.80 3.30 3.20 3.20 2.40

0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50

3.10 3.20 2.80 2.90 2.90 2.80 3.30 3.10 3.30 3.20 3.20 3.10 3.10 3.20 3.20

3.10 3.20 2.80 2.90 2.80 2.80 3.30 3.00 3.30 3.10 3.20 3.10 3.10 3.20 3.20

2.90 2.80 2.80 2.80 2.80 2.70 3.00 2.80 3.00 2.80 2.90 2.80 3.00 2.90 3.00

2.90 2.80 2.80 2.80 2.80 2.70 3.00 2.80 3.00 2.90 2.90 2.80 3.00 2.90 3.00

3.10 3.20 2.80 2.90 2.85 2.80 3.30 3.05 3.30 3.15 3.20 3.10 3.10 3.20 3.20

0.50 1.00 1.50 0.50

3.00 3.20 3.10 3.10

3.00 3.20 3.10 3.00

2.90 2.80 2.90 2.90

2.90 2.80 2.90 2.90

1.00 1.50

3.10 3.20

3.10 3.10

3.00 2.80

3.00 2.90

139

∆ml*2.03

60.9000 40.6000

67.6667

84.5833

64.2833

74.4333

60.9000

54.1333

BCO CONTROL D 5-2 A

D 5-3 H

D 6-2 A

D 6-3 H

1.00 2.00 3.00 1.00 2.00 3.00 1.00 2.00

3.00 3.30 3.40 3.30 3.20 3.20 3.30 3.30 3.00 3.10

3.00 3.40 3.40 3.30 3.10 3.20 3.30 3.30 3.00 3.10

2.90 1.30 3.00 2.90 2.80 3.10 3.10 3.00 2.90 2.70

2.80 1.40 3.10 2.80 2.90 3.10 3.10 3.00 2.90 2.70

3.00 3.35 3.40 3.30 3.15 3.20 3.30 3.30 3.00 3.10

2.85 1.35 3.05 2.85 2.85 3.10 3.10 3.00 2.90 2.70

0.3045 4.0600 0.7105 0.9135 0.6090 0.2030 0.4060 0.6090 0.2030 0.8120

3.7555 0.4060 0.6090 0.3045 0.1015 0.1015 0.3045 0.1015 0.5075

50 300 150 100 300 150 100 300 150

203.0000 121.8000 91.3500 30.4500 30.4500 15.2250 30.4500 30.4500 76.1250

3.00 1.00 2.00 3.00

3.10 3.20 3.20 3.20

3.10 3.20 3.20 3.20

2.80 3.00 3.10 3.00

2.80 3.00 3.10 3.00

3.10 3.20 3.20 3.20

2.80 3.00 3.10 3.00

0.6090 0.4060 0.2030 0.4060

0.3045 0.1015 0.1015 0.1015

100 300 150 100

30.4500 30.4500 15.2250 10.1500

203.0000 81.2000

25.3750

45.6750

18.6083

Tabla. 9.15. Cálculos realizados para la determinación de la DBO5 en las pruebas de tratabilidad, para el reactor anaerobi y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 72 horas .

Muestra BCO CONTROL D1 E D2 H

D 2.1 A

1.00

ml tiosulfato ENTRADA SALIDA 2.90 3.00 2.80 2.90 3.20 3.30 1.40 1.40 3.20 3.10 2.70 2.60

2.00 3.00 1.00 2.00 3.00 1.00 2.00

2.80 2.80 3.30 3.30 3.30 3.20 3.00

ml

2.80 2.80 3.20 3.20 3.20 3.10 2.90

2.30 2.10 3.00 2.90 2.90 2.70 2.50

2.30 2.10 2.90 3.00 3.00 2.60 2.70

PROMEDIO ENTRADA SALIDA 2.950 2.850 3.250 1.400 3.150 2.650 2.800 2.800 3.250 3.250 3.250 3.150 2.950

2.300 2.100 2.950 2.950 2.950 2.650 2.600 140

∆ml*2.03

(- BCO) DILUCION

DBO

DBO

0.20300 3.75550 1.01500

3.55250 0.81200

50 300

187.775 243.600

187.775

1.01500 1.42100 0.60900 0.60900 0.60900 1.01500 0.71050

0.81200 1.21800 0.40600 0.40600 0.40600 0.81200 0.50750

150 100 300 150 100 300 150

121.800 121.800 121.800 60.900 40.600 243.600 76.125

162.40000 74.43333

140.40833

D3 H

D 3.1 A

D4 H

D 4.1 A

D5H

D 5.1 A

D6 H

D 6.1 A

3.00 1.00 2.00 3.00 1.00 2.00 3.00 1.00 2.00 3.00

2.90 3.20 3.40 3.10 3.30 3.20 3.40 3.10 3.30 3.30

2.90 3.20 3.40 3.20 3.20 3.20 3.30 3.10 3.20 3.40

2.30 2.90 3.10 2.80 2.90 2.60 2.70 2.90 2.90 3.00

2.30 2.90 3.20 2.80 2.90 2.70 2.60 2.90 2.90 3.00

2.900 3.200 3.400 3.150 3.250 3.200 3.350 3.100 3.250 3.350

2.300 2.900 3.150 2.800 2.900 2.650 2.650 2.900 2.900 3.000

1.21800 0.60900 0.50750 0.71050 0.71050 1.11650 1.42100 0.40600 0.71050 0.71050

1.01500 0.40600 0.30450 0.50750 0.50750 0.91350 1.21800 0.20300 0.50750 0.50750

100 300 150 100 300 150 100 300 150 100

101.500 121.800 45.675 50.750 152.250 137.025 121.800 60.900 76.125 50.750

1.00 2.00 3.00 1.00 2.00 3.00 1.00 2.00 3.00 1.00 2.00 3.00 1.00 2.00 3.00

3.30 3.20 3.10 3.10 3.20 3.10 3.30 3.10 3.00 3.10 3.20 3.10 3.00 2.90 3.10

3.20 3.40 3.00 3.20 3.20 3.00 3.40 3.20 3.10 3.10 3.20 3.10 3.00 2.90 3.10

2.80 2.70 2.50 2.90 2.90 2.70 2.90 2.70 2.70 2.90 3.00 3.00 2.50 2.70 2.80

2.90 2.70 2.60 2.90 2.80 2.70 2.90 2.50 2.70 2.80 3.00 2.70 2.50 2.70 2.80

3.250 3.300 3.050 3.150 3.200 3.050 3.350 3.150 3.050 3.100 3.200 3.100 3.000 2.900 3.100

2.850 2.700 2.550 2.900 2.850 2.700 2.900 2.600 2.700 2.850 3.000 2.850 2.500 2.700 2.800

0.81200 1.21800 1.01500 0.50750 0.71050 0.71050 0.91350 1.11650 0.71050 0.50750 0.40600 0.50750 1.01500 0.40600 0.60900

0.60900 1.01500 0.81200 0.30450 0.50750 0.50750 0.71050 0.91350 0.50750 0.30450 0.20300 0.30450 0.81200 0.20300 0.40600

300 150 100 300 150 100 300 150 100 300 150 100 300 150 100

182.700 152.250 81.200 91.350 76.125 50.750 213.150 137.025 50.750 91.350 30.450 30.450 243.600 30.450 40.600

72.74167

137.02500

62.59167

138.71667

72.74167

133.64167

50.75000

104.88333

Tabla. 9.16. Cálculos realizados para la determinación de la DBO5 en las pruebas de tratabilidad, para el reactor anaerobi . y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 24 horas

141

MUESTRA BCO CONTROL D 1-1 E

D 1-2 A

D 1-3 H

D 2-2 A

D 2-3 H

D 3-2 A

D 3-3 H

D 4-2 A

0.50 1.00 1.50

ml tiosulfato ENTRADA SALIDA 2.90 3.00 2.90 3.10 3.50 3.50 1.60 1.60 3.30 3.20 2.90 3.00 3.40 3.50 3.20 3.20 3.30 3.20 3.10 2.90

0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50

3.00 2.90 3.20 3.40 3.40 3.50 3.10 3.00 3.20 2.90 3.40 3.20 2.90 3.30 3.30

2.90 3.10 3.30 3.30 3.40 3.50 3.00 3.10 3.10 3.00 3.50 3.10 2.80 3.30 3.10

3.30 3.20 3.10 3.20 3.20 3.20 2.90 2.80 2.80 2.70 3.20 2.90 2.70 3.20 2.30

3.20 3.00 3.00 3.10 3.10 3.30 2.80 2.80 2.90 2.80 3.30 2.80 2.90 3.20 2.50

2.950 3.000 3.250 3.350 3.400 3.500 3.050 3.050 3.150 2.950 3.450 3.150 2.850 3.300 3.200

3.250 3.100 3.050 3.150 3.150 3.250 2.850 2.800 2.850 2.750 3.250 2.850 2.800 3.200 2.400

0.60900 0.20300 0.40600 0.40600 0.50750 0.50750 0.40600 0.50750 0.60900 0.40600 0.40600 0.60900 0.10150 0.20300 1.62400

0.50750 0.10150 0.30450 0.30450 0.40600 0.40600 0.30450 0.40600 0.50750 0.30450 0.30450 0.50750 0.00000 0.10150 1.52250

600 300 200 600 300 200 600 300 200 600 300 200 600 300 200

304.500 30.450 60.900 182.700 121.800 81.200 182.700 121.800 101.500 182.700 91.350 101.500 0.000 30.450 304.500

0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50 0.50

2.90 2.90 2.80 3.20 3.10 3.20 2.70

3.00 2.80 2.80 3.20 3.00 3.20 2.80

2.70 2.80 2.60 3.00 2.80 2.80 2.40

2.70 2.60 2.60 3.00 2.90 2.80 2.60

2.950 2.850 2.800 3.200 3.050 3.200 2.750

2.700 2.700 2.600 3.000 2.850 2.800 2.500

0.50750 0.30450 0.40600 0.40600 0.40600 0.81200 0.50750

0.40600 0.20300 0.30450 0.30450 0.30450 0.71050 0.40600

600 300 200 600 300 200 600

243.600 60.900 121.80000 60.900 182.700 91.350 138.71667 142.100 243.600

ml

PROMEDIO ENTRADA SALIDA 2.950 3.000 3.500 1.600 3.250 2.950 3.450 3.200 3.250 3.000

142

∆ml*2.03

(- BCO) DILUCION

DBO

DBO final

0.10150 3.85700 0.60900 0.50750 0.50750

0.50750 0.40600 0.40600

50 600 300 200

192.850 192.850 304.500 121.800 169.16667 81.200 131.95000

128.56667

135.33333

125.18333

111.65000

D 4-3 H

D 5-2 A

D 5-3 H

1.00 1.50 0.50 1.00 1.50 0.50 1.00 1.50

2.70 2.80 3.00 3.40 3.20 3.30 3.40 3.40

2.70 2.80 3.10 3.40 3.20 3.20 3.40 3.40

2.60 2.50 2.90 3.20 2.90 3.10 3.20 3.00

2.60 2.50 2.90 3.10 3.00 3.10 3.20 3.00

2.700 2.800 3.050 3.400 3.200 3.250 3.400 3.400

2.600 2.500 2.900 3.150 2.950 3.100 3.200 3.000

0.20300 0.60900 0.30450 0.50750 0.50750 0.30450 0.40600 0.81200

0.10150 0.50750 0.20300 0.40600 0.40600 0.20300 0.30450 0.71050

300 200 600 300 200 600 300 200

30.450 125.18333 101.500 121.800 121.800 108.26667 81.200 121.800 91.350 118.41667 142.100

Tabla. 9.17. Cálculos realizados para la determinación de la DBO5 en las pruebas de tratabilidad, para el reactor anaerobi . y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 24 horas

143

Reactor Anaerobio Humedal Artificial tiempo(hrs.) 72 horas 24 horas 12 horas 72 horas 24 horas 12 horas 172.5500 162.4000 169.1667 0 131.9500 131.9500 12 140.4083 135.3333 140.4083 128.5667 24 111.6500 125.1833 36 137.0250 138.7167 74.4333 121.8000 48 108.2667 125.1833 60 131.9500 138.7167 131.9500 72.7417 118.4167 72 96 120 144 216 288 360 432 504

133.6417 104.8833 84.5833 74.4333 81.2000 81.2000 45.6750

67.6667 64.2833 60.9000 54.1333 25.3750 18.6083

62.5917 72.7417 50.7500

Tabla. 9.18. Valores obtenidos deDBO5 para los distintos tiempos de retención en ambos sistemas .

Reactor Anaerobio + Humedal Artificial Período de Retención Promedio (mg/l)

72 horas

24 horas

12 horas

48.4944

66.6517

123.8300

Tabla. 9.19. Valores promedio deremoción de DBO5 para cada tiempo de retención. 144

PESO volumen

s/muestra

PESO c/muestra

Muestra Crisol muestra 1 2 1 2 BCO blanco 25 24.2782 24.2782 24.2782 24.2783 BCO E 25 21.5144 21.5147 21.5150 21.5149 1 o 25 31.4334 31.4335 31.4405 31.4401 1 5 25 30.2114 30.2115 30.2178 30.2180 1-2 F 25 31.3723 31.3724 31.3748 31.3750 1-2 1-3 1-3 2-2 2-2 2-3 2-3 3-2 3-2 3-3 3-3 bco bco 4-2 4-2 4-3 4-3 5-2 5-2 5-3 5-3 6-2

i+ q patita 14 g G 18 M N H 12 1 E o 17 J J 17 H g M N q patita

SST 4 8 264 260 104

10

33.2911 33.2912 33.2920 33.2922

100

25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25

32.8303 24.6193 32.8821 25.8320 20.6843 22.0231 20.6153 31.8922 21.8886 24.8338 21.5150 31.4333 19.7333 31.9934

32.8306 21.6195 32.8818 25.8323 20.6844 22.0233 20.6155 31.8924 21.8885 24.8337 21.5151 31.4333 19.7334 31.9934

32.8312 21.6194 32.8824 25.8341 20.6843 22.0234 20.6168 31.8939 21.8888 24.8340 21.5150 31.4336 19.7343 31.9941

32.8309 21.6197 32.8827 25.8338 20.6847 22.0235 20.6170 31.8940 21.8889 24.8340 21.5153 31.4334 19.7343 31.9942

12 8 36 60 12 8 60 64 16 12 8 4 36 32

25 25 25 25 25 25

31.9933 19.7327 31.8915 32.8570 22.0231 20.6157

31.9934 19.7328 31.8913 32.8575 22.0234 20.6159

31.9944 19.7330 31.8916 32.8586 22.0236 20.6157

31.9940 19.7333 31.8920 32.8581 22.0236 20.6161

24 20 28 24 8 8

25

32.8303 32.8295 32.8312 32.8308

52 145

(bco) SST Promedio final 6 262

256

102

96

10

4

48

42

10

4

62

56

14

8

6 34

28

22

16

26

20

8

2

muestra calcinada 1 24.2782 21.5147 31.4337 30.2124 31.373

2 24.2782 21.5149 31.4339 30.2125 31.3729

SSV Promedio 4 0 2 248 220 234 84

33.2911

33.2914

80

32.8305 32.8308 21.6194 21.6197 32.882 32.882 25.8325 25.8326 20.6845 20.6845 22.0235 22.0235 20.6152 20.6155 31.8926 31.8927 21.8888 21.8888 24.8338 24.8339 21.5152 21.5152 31.4332 31.4333 19.73336 19.7335 31.9936 31.9935

4 0 28 48 8 0 60 52 4 4 4 4 32 28

31.994 19.7331 31.8914 32.8577 22.0235 20.616

31.994 19.733 31.8915 32.8578 22.0235 20.616

0 12 20 12 4 4

32.8301

32.8302

24

82 2 38 4 56 4 4 30 6 16 4

6-2 6-3 6-3

i+ F 18

25 25 25

33.291 33.2912 33.2928 33.2929 31.3742 31.3744 31.3749 31.3746 20.6842 20.6845 20.6843 20.6848

68 8 12

60

54

10

4

33.2919 31.3748 20.6842

33.292 31.3746 20.6846

36 0 8

30 4

Tabla. 9.20. Cálculos realizados para la determinación de SST y SSV en las pruebas de tratabilidad, para el reactor . anaerobio y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 72 horas

PESO volumen

s/muestra

c/muestra

Muestra Crisol muestra 1 2 1 2 BCO G 25 25.8324 25.8321 25.8323 25.8323 BCO 12 25 21.8891 21.8888 21.8891 21.8890 D1 N 25 20.6162 20.6157 20.6273 20.6272 D1 1 25 24.8334 24.8334 24.8425 24.8436 D2 E 25 21.5138 21.5138 21.5138 21.5140 D2 18 25 20.6845 20.6845 20.6846 20.6848 D 2.1 H 25 31.8919 31.8925 31.8942 31.8946 D 2.1 F 25 31.3740 31.3741 31.3761 31.3760 D3 J 25 31.9947 31.9942 31.9945 31.9949 D3 14 25 21.6197 21.6196 21.6201 21.6204 D 3.1 i+ 25 33.2889 33.2886 33.2896 33.2896 D 3.1 o 25 31.4330 31.4332 31.4340 31.4341 D4 bco 25 24.778 24.2773 24.2777 24.2777 M 25 22.0236 22.0235 22.0238 22.0240 D4 D 4-1 g 25 32.8571 32.8576 32.8599 32.8599 D 4-1 17 25 18.3220 18.3220 18.3240 18.3242 BCO G 25 25.8324 25.8321 25.8323 25.8323 BCO 12 25 21.8891 21.8888 21.8891 21.8890 D5 F 25 31.3742 31.3736 31.3742 31.3744 D5 M 25 22.0234 22.0235 22.0245 22.0244 D 5-1 14 25 21.6195 21.6196 21.6205 21.6205

(-bco) SST SST Promedio final 8 8 8 460 408 434 426 8 12 10 2 84 76 80 72 28 32 30 22 40 36 38 30 16 20 18 10 92 88 92 84 8 8 8 32 36 34 26 36 146

PESO muestra calcinada 1 25.8323 21.8888 20.6204 24.85 21.5136 20.6848 31.8925 31.3742 31.9945 21.6199 33.2887 31.4333 24.2777 22.0238 32.8575 18.3222 25.8323 21.8888 31.3739 22.0239 21.6197

2 25.8323 21.8889 20.6205 24.8387 21.514 20.6847 31.8926 31.3744 31.9944 21.6198 33.2886 31.4334 24.2776 22.0239 32.8576 18.3223 25.8323 21.8889 31.3742 22.024 21.6198

SSV Promedio 0 4 2 268 196 232 0 4 2 80 64 72 20 24 22 40 28 34 4 4 4 92 76 84 0 4 2 8 16 12 28

D 5-1 D6 D6 D 6.1 D 6.1

bco 1 i+ 18 J

25 25 25 25 25

24.7781 24.8333 33.2888 20.6844 31.9945

24.7781 24.8332 33.2888 20.6844 31.9946

24.7791 24.8335 33.2891 20.6847 31.9951

24.7792 24.8337 33.2894 20.6847 31.9951

44 20 24 12 20

40

32

22

14

16

8

24.7782 24.8338 33.2889 20.6842 31.9947

24.7784 24.8334 33.2892 20.6844 31.9949

32 12 8 12 8

30 10 10

Tabla. 9.21. Cálculos realizados para la determinación de SST y SSV en las pruebas de tratabilidad, para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en un tiempo de retención de24 horas .

PESO volumen Muestra bco bco DE DE DI DI D I.1 D I.1 D II D II bco bco D II.1 D III D III.1 D IV

s/muestra

c/muestra

Crisol muestra 1 2 1 2 blanco 25 24.2778 24.2779 24.2780 24.2780 E 25 21.5140 21.5140 21.5140 21.5141 M 10 22.0234 22.0234 22.0269 22.0266 18 10 20.6844 20.6846 20.6870 20.6875 o 25 31.4331 31.4327 31.4340 31.4340 17 25 18.3217 18.3218 18.3230 18.3230 N 50 20.6161 20.6161 20.6163 20.6164 1 50 24.833 24.833 24.8331 24.8332 G 50 25.8322 25.8324 25.8342 25.8341 F 50 31.3747 31.3746 31.3763 31.3765 blanco 25 24.2777 24.2778 24.278 24.2779 o 25 31.4332 31.433 31.433 31.4331 18 50 20.6845 20.6847 20.6847 20.6848 N 50 20.616 20.6162 20.6163 20.6165 E 50 21.5139 21.5140 21.5165 21.5168 F 50 31.3745 31.3744 31.3765 31.3769 12 50 21.8887 21.8888 21.8892 21.8893 i+ 50 33.2892 33.2891 33.2894 33.2897 M 50 22.0210 22.0211 22.0231 22.0235 q patita 50 32.8302 32.8304 32.8320 32.8322

SST 4 4 320 290 52 48 6 4 34 38 4 4 2 6 56 50 10 12 48 36 147

(-bco) SST Promedio final 4 305

305

52

52

5

5

36

36

4 4

0

53

49

10

6

42

38

PESO muestra calcinada 1 24.2779 21.5142 22.0238 20.685 31.4326 18.322 20.616 24.8331 25.8326 31.3748 24.2778 31.433 20.6849 20.6162 21.5152 31.3749 21.8887 33.2893 22.0213 32.8306

2 24.278 21.514 22.0239 20.6852 31.4328 18.3221 20.6164 24.833 25.8325 31.3748 24.2778 31.4331 20.6847 20.6163 21.515 31.375 21.8891 33.2897 22.0216 32.831

(-bco) SSV 0 4 270 230 48 36 0 4 32 34 4 0 2 4 36 38 4 0 38 24

Promedio 2 250 42 2 33 2 3 37 2 31

D IV.1 DV D V.1

14 g 17 18 1 J

50 50 50 50 50 50

21.6190 32.8573 18.3208 20.6844 24.833 31.9936

21.6191 32.8576 18.321 20.6844 24.8331 31.9938

21.6193 32.8577 18.3232 20.6868 24.8338 31.9944

21.6193 32.8579 18.323 20.6865 24.8336 31.9945

4 6 40 42 10 14

5

1

41

37

12

8

21.6192 32.8577 18.321 20.6845 24.833 31.9941

21.6191 32.8579 18.3214 20.6849 24.8335 31.9942

4 0 32 32 2 6

2 32 4

Tabla. 9.22. Cálculos realizados para la determinación de SST y SSV en las pruebas de tratabilidad, para el reactor . anaerobio y para el humedal artificial en un tiempo de retención de 12 horas

148

Sólidos Suspendidos Totales Tiempo (hrs.) 0 12 24 36 48 60 72 96 120 144 216 288 360 432 504

Reactor Anaerobio 72 24 12 horas horas horas 256 426 305 52 72 36 30 96

Humedal Artificial 72 24 12 horas horas horas 72

49 38 37

84 32 8

2 96

42 56 28 20 54

4 4 8 16 2 4

22 10 26 14

52 5 06 1 8

Tabla. 9.23. Datos fi nales de SST para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en los diferentes tiempos de retención.

Reactor Anaerobio + Humedal Artificial Período de Retención Promedio

72 horas 24 horas 12 horas 6.33

14.80

4.00

Tabla. 9.24. Valores promedio de remoción de SST para cada tiempo de retención.

Sólidos Suspendidos Volátiles Reactor Anaerobio 72 24 12 tiempo(hrs.) horas horas horas 0 232 230 248 12 40 24 70 31 149

Humedal Artificial 72 24 12 horas horas horas 70

40 0

36 48 60 72 96 120 144 216 288

32 80

360 432 504

35 29 30

82 28 0

80

36 54 26

0 2 2

12 26

20 0

0 20 2 10 8 0

1 0 0 2

Tabla. 9.25. Datos finales de SSV para el reactor anaerobio y para el humedal artificial en los diferentes tiempos de retención.

Crecimiento de los Alcatraces Inicial (cms)

∆

Final (cms) crecimiento

Entrada

28

50

22

Sección Media

28

43

15

Salida

40

57

17

Tabla. 9.26. Crecimiento de los alcatraces en el humedal artificial, en un período de 3 meses

 

150

Anexo II. Glosario 

Acidogénesis. Proceso por el cual, las bacterias acidogénicas, descomponen moléculas simples, transformándolas en ácidos orgánicos simples.



Ácido Sulfhídrico. Resulta al descomponerse, en medio anaerobio, compuestos orgánicos y algunos inorgánicos que contengan azufre. Se caracteriza por la producción de olores, lo que nos indica la evolución y el estado de un agua residual. Ante la presencia de calor, se descompone en azufre e hidrógeno.



Afluente. Flujo de agua que entra a cierto sistema.



Aguas excretas. Residuos líquidos y sólidos provenientes de heces humanas.



Aguas residuales. Aguas que han abastecido a un grupo o población, después de haber contaminadas directa o indirectamente.



sido

Bacterias. Organismos vivos, microscópicos, unicelulares. Existen móviles e inmóviles. Requieren de alimento, oxígeno y agua. Se multiplican por división celular.



Bacterias Aerobias. Necesitan del oxígeno que se encuentre en el agua para alimentarse y respirar. El oxígeno necesario para su alimentación se le conoce como oxígeno disuelto, libre o molecular. Estas bacterias aerobias degradan la materia orgánica promoviendo procesos aerobios, conocidos también como descomposición aerobia, degradación u oxidación. El proceso también se caracteriza por la ausencia de malos olores.



Bacterias anaerobias. Necesitan del oxígeno que se encuentra en los sólidos orgánicos e inorgánicos para subsistir. A diferencia de las bacterias aerobias, este tipo de bacterias no requieren del oxigeno disuelto para vivir, al contrario, en presencia de

151

oxígeno disuelto su presencia es nula. Este proceso se presencia de olores desagradables. 

caracteriza

por

la

Bacterias acetogénicas. Bacterias que degradan los alcoholes, ácidos grasos y compuestos aromáticos generados en el etapa hidrolítica produciendo ácido acético, dióxido de carbono e hidrógeno, los cuales son los sustratos para las bacterias metanogénicas.



Bacterias fermentativas. Bacterias que transforman por hidrólisis, los polímeros en monómeros y estos en ácido acético, hidrógeno, dióxido de carbono, ácidos grasos de cadena corta, aminoácidos y azúcares.



Bacterias metanogénicas. Bacterias conformadas por dos grupos diferentes. El grupo que utiliza el ácido acético transformándolo en metano y dióxido de carbono y otro grupo que produce metano a través de la reducción de dióxido de carbono.



Biogás. Gas que se produce durante la fermentación anaerobia de los residuos orgánicos. Está conformado por metano, dióxido de carbono , ácido sulfhídrico y vapor de agua.

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Bióxido de Carbono. También llamado “gas silvestre”, se srcina al fermentarse compuestos orgánicos en las aguas residuales. Se encuentra libre o como parte de bicarbonatos.



Caudal. Cantidad de fluido que pasa por un cierto lugar en unidad de tiempo, representado en l/s.



Cribado. El cribado disminuye sólidos suspendidos de diversos tamaños

presentes en el

agua. son atrapados en las rejillas, seentran recogen manera manualLos porsólidos medio que de rastrillos y se incineran o a unade digestión anaerobia. Los sólidos que son atrapados se clasifican como finos y gruesos. 

DBO. (Demanda Bioquímica de Oxígeno). Es un parámetro que mide la cantidad de materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión. Se utiliza para medir el grado de contaminación, 152

normalmente se mide transcurridos cinco días de reacción (DBO5), y se expresa en (mg de O2/l). cantidad de oxígeno empleado por los microorganismos a lo largo de un periodo de cinco días para descomponer la materia orgánica de las aguas residuales. 

Deflectores. Dirigen la dirección del flujo de agua, ya sea a la entrada o a la salida.



Digestión aerobia. Proceso bacteriano que ocurre en presencia del oxígeno. Bajo condiciones aeróbicas, las bacterias consumen rápidamente la materia orgánica y la convierten en el dióxido de carbono. Una vez que haya una carencia de la materia orgánica, las bacterias mueren y son utilizadas como alimento por otras bacterias.



Digestión anaerobia. Degradación de la materia orgánica por microorganismos en ausencia de oxígeno, controlando la temperatura y el pH. En este proceso se produce el biogás y un efluente rico en nutrientes como nitrógeno, fósforo y potasio, son utilizados como mejoradores y potencializadores de suelos. El proceso puede ser la digestión termofílica en la cual el fango se fermenta en tanques en una temperatura de 55 °C o mesofílica, en una t emperatura alrededor de 36 °C. una temperatura de 20 °C.



DQO (Demanda Química de Oxígeno). La demanda química de oxígeno (DQO) es un parámetro que mide la cantidad de sustancias susceptibles de ser oxidadas por medios químicos. Se utiliza para medir el grado de contaminación y se expresa en (mgO2/l). es la cantidad de oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica e inorgánica en la muestra con un oxidante químico fuerte (normalmente se emplea dicromato de potasio en medio ácido).

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Efluente. Flujo de agua que sale de un sistema.

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Hidrólisis. Reacción química producida por la acción del agua, la cual, provoca el desdoblamiento de una molécula.

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Humedales Artificiales. Estanques fabricados por el hombre, con vegetación sumergida y emergente y con vida animal acuática.

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

Humedal de flujo sub superficial. Sistema de tratamiento de aguas por medio de plantas en el cual el flujo se encuentra por debajo de la superficie de la grava usada como suelo del sistema.



Humedal de flujo superficial. Sistema de tratamiento de aguas por medio de plantas, en el cual el flujo agua se encuentra sobre el nivel de grava utilizado con suelo.



de

Inóculo. Sustancia que contiene microorganismos.



Materia orgánica. Conformada principalmente por proteínas, carbohidratos y grasas.

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Metabolismo. Uso de la materia orgánica por microorganismos.



Metabolismo bacteriano. Gran cantidad de bacterias depositadas en una célula., produciendo reacciones catabólicas y anabólicas.



Metano. Primer hidrocarburo de la serie parafínica. Formado por la descomposición materia orgánica, también conocido como gas de los pantanos.



de

pH. Es el logaritmo base 10 de la actividad molar de los iones hidrógeno de una solución. Medida de la acidez o la basicidad de una solución, se define como el logaritmo decimal de la recíproca de la concentración de iones hidrónio H3O-.

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Plantas acuáticas. Consiste grupo de plantas enadaptadas a determinadas específicasendelun medio, permaneciendo contacto directo y sumergidascondiciones de manera permanente, hasta solo mantener sus raíces en terreno poco húmedo en verano.



Reacciones anabólicas. Formación de moléculas complejas, requieren energía.

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

Reacciones Catabólicas. Descomposición de moléculas orgánicas complejas, liberando energía.



Remoción. Disminución de la materia orgánica.



Sólidos inorgánicos. Sustancias srcenblando mineral, no son degradar. arena, grava, cienode(barro en que el fondo de posibles un cuerpo de agua Pueden o enserterrenos muy húmedos) y sales minerales del abastecimiento de agua que producen su dureza y contenido mineral.

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Sólidos Orgánicos. Son desechos de srcen de vegetal y animal; materia muerta de animales plantas. Incluye compuestos orgánicos sintéticos. Se conforman proteínas, carbohidratos y grasas. Son biodegradables y combustibles.



o por

Sólidos suspendidos. Partículas flotantes perceptibles a simple vista, como fragmentos de animales, vegetales, basura, madera, etc. Pueden separarse del agua por medios físicos o mecánicos, como la sedimentación y la filtración. Generalmente se componen de un 68% de sólidos orgánicos y de un 32% de sólidos inorgánicos.

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Sólidos Totales. Son todos los sólidos de una muestra, solubles e insolubles, expresados en m/m, que quedan, luego de ser secada en estufa a 103°C-105°C.



%

Sólidos volátiles. Son los sólidos de una muestra, expresados en mg/l.



Tiempo de retención. Tiempo necesario para la degradación de materia orgánica en un determinado

proceso.  Tanque de Sedimentación. Tanque en el cual se depositan los sólidos más pesados en el fondo del mismo. Elimina sólidos de tamaño medio. Estos tratamientos son diseñados para eliminar la mayor parte de los sólidos suspendidos en las aguas residuales, que pueden ser entre un 40% y 60%, generados por el proceso de sedimentación.

155



Tanques sépticos. Es una de las técnicas más antiguas, ya que data del año de 1860. Fue diseñada para mantener aguas residuales a muy baja velocidad y bajo condiciones anaerobias, por períodos de aproximadamente 12 y 24 horas.

 

156

Anexo III Reactor para el Desarrollo y Cultivo de Bacterias

Llenado del reactor para desarrollo y cultivo de

Acondicionamiento del reactor

Prueba visual de la obtención de Biogás

Confirmación visual de la obtención de biogás

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Mejoras y acondicionamiento del

Anexo IV Equipo para el tratamiento del agua residual.

Armado del sistema anaerobio

Armado cuerpo del humedal

Armado del sistema Humedal

Armado del sistema anaerobio

Selección de plantas para humedal

Medición de inicio de plantas

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Armado base para humedal

Plantación y selección de piedra para humedal

Rejilla tanque sedimentador

Implementación del tanque sedimentador

Implementación del tanque anaerobio

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Implementación del sistema anaerobio-humedal

Anexo V Resultados visuales del Tratamiento de Aplicado Muestras del agua tratada. Humedal-Artificial, Reactor-Anaerobio, Agua de Entrada (de izq. a der.)

Muestreo en el periodo de estabilización.

Muestreo de 72 horas

Muestreo de 24 horas H.A y R.A.

Muestreo de 24 horas AGUA ENTRADA

Muestreo de 12 horas H.A y R.A.

Muestreo de 12 horas AGUA ENTRADA

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Anexo VI Desarrollo de las plantas

Selección de plantas para humedal

Medición de inicio de plantas

Estado inicial de las plantas en el humedal

Estado Final de la estabilización

Estado Final de 72 hrs.

Estado Final de 12hrs.

Estado Final de 24hrs.

Estado Final del Muestreo

Estado Final y Medición

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BIBLIOGRAFIA [1]. Hill evohé H. E., Manual de Tratamiento de aguas negras. Editorial Limusa. México., Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York, Albany Herman E. Hilleboe (Comisionado) Dirección de Saneamiento del Medio Ambiente y Oficina de Entrenamiento Profesional. [2] Seoanez M.C., (1999). Aguas residuales urbanas tratamientos naturales de bajo costo y aprovechamiento. (2da ed.) Ediciones Mundi-prensa, Madrid, Barcelona, México, pp.28 [3] Hernández Muñoz Aurelio, Depuración de aguas residuales. (4a. ed.)Editorial Colegio de Ingenieros de caminos, canales y puertos, Madrid, España, pp.2. [4] Fuente: http://www.aguamarket.com, Componentes biológicos. [5]

Fuente:http://cabierta.uchile.cl/revista/6/aguas.htm, Contaminantes del agua

[6]Fuente:http://centros4.pntic.mec.es/ies.zurbaran/REPERCUTEC/Actividades/ Aguas_residuales/Tratamiento%20de%20las%20aguas%20residuales.htm [7]

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Coliforme. Contaminantes del agua.

[8] del Fuente: http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/6087. Diseño sistema de tratamiento para la depuración de las aguas residuales domésticas de la población san Eloy en la provincia de Manabí por medio de un sistema de tratamiento natural compuesto por un humedal artificial de flujo libre. [9] R.S.Ramalho. (1983). Tratamiento de Aguas Residuales. Quebéc, Canadá. Editorial Reverté. [10] Ron Crites, George Tchobanoglous, Sistemas de manejo de aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados. Santafé de Bogotá,Colombia, Editorial Mc. Graw Hill, pp.410. [11] Peña Varón, Van Ginneken, Madera P., (2003), Humedales de Flujo Subsuperficial: Una alternativa Natural para el Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas en Zonas Tropicales, Ingeniería y Competitividad, Vol. 5, pp. 27-35. [12] Jaime Andrés Lara Borrero, Depuración de Aguas Residuales Municipales con Humedales Artificiales. Depuración 20% 20% [13] Seoánez Calvo, Mariano. Aguas residuales, tratamiento por humedales artificiales. Madrid. Ediciones Mundiprensa. pp. 166

162

[14]

Llobregat, María J., Armando Jean (2008), Simulación de procesos de tratamiento de aguas residuales con reactores anaerobios o biodiscos, Memorias del XXVI Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Lima, Perú.

[15]Fuente:http://www.eep-ca.org/forums/documents/foroIII/Sistema.pdf, Sistemas anaerobios 2009. [16] Fuente: http://www.uaemex.mx/Red_Ambientales/docs/.../TA/.../TAC20.pdf. Humedales Artificiales, 2009. [17] Fuente: http://www.bvsde.paho.org/bvsAIDIS/PuertoRico29/zuniga.pdf . Tratamiento de aguas residuales con humedales artificiales, 2009. [18]Llagas Chafloque W. A., Guadalupe Gómez E., (2006), Diseño de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales en la UNMSM, Revista del Instituto de Investigaciones FIGMMG, Vol 15, pp.85-96. [19] Fuente: http://www.cepis.org.pe/bvsAIDIS/PuertoRico29/patzcua.pdf. Manejo sustentable de humedales, 2009. [20] Villafaña Huerta M. A. (2007), Tratamiento de agua residual de srcen urbano-doméstico en el Estado de Guanajuato, Aquaforum, No. 46, 3-9. [21] INEGI. Fuente: www.inegi.gob.mx Temperaturas Promedio.

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