UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA Facultad de Ingeniería Agrícola Departamento de Ordenamiento Territorial y Desarrollo Sostenible

III DIPLOMADO EN SANEAMIENTO SOSTENIBLE

TRABAJO MONOGRÁFICO “TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA COMUNIDAD DE RUMICHACA”

PROFESORA Ing. MIGLIO TOLEDO, Rosa María

ALUMNO Ing. VILLARROEL CÁRDENAS, Juan José

Lima, noviembre 2012

Tratamiento de aguas residuales domesticas mediante biofiltros en la comunidad de Rumichaca - Ayacucho.

CONTENIDO

1.

Introducción

2.

Justificación

3.

Objetivo 3.1 Objetivos específicos.

4.

Revisión Bibliográfica

5.

Materiales y métodos 5.1. Diagnostico del Lugar 5.1.1

Ubicación

5.1.2

Accesibilidad

5.1.3

Clima

5.1.4

Temperatura

5.1.5

Mapa de Ubicación

5.1.6

Salud

5.1.7

Servicio de agua potable

5.1.8

Red de desagüe

5.1.9

Servicios de energía eléctrica

5.1.10 Actividades productivas 5.2. Explicar la metodología aplicada y/o la propuesta de intervención. a) Pretratamiento b) Tratamiento Primario c) Tratamiento Secundario 5.2.1 Información básica 5.2.1.1 Beneficiarios 5.2.1.2 Población futura 5.2.1.3 Emisión de aguas servidas 5.2.1.4 Planta de procesamiento de productos lácteos 5.2.2 Trabajos complementarios 5.2.2.1 Visita al terreno 5.2.2.2 Levantamiento topográfico 5.2.3 Requerimiento mínimo del Proyecto 5.3

Descripción de la propuesta

5.3.1 Diseño de las infraestructuras en el proceso de Tratamiento de AR 5.3.1.1 PRETRATAMIENTO a). Cajón de Llegada

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b). Canal de entrada c). Cribado d). Medidor de caudal (canal Parshall) e). Desarenador f). Decantador g). Trampa de grasas 5.3.1.2 TRATAMIENTO PRIMARIO I).

Tanque Imhoff Ventajas Desventajas I.1 Consideraciones para el diseño del Tanque Imhoff. I.2 Diseño del sedimentador. a). Caudal de diseño (m3/hora) b). Área del sedimentador. As (m2) c). Volumen del sedimentador. Vs (m3) d). Longitud mínima del vertedero de salida. Lv (m). I.3 Diseño del digestor. a). Volumen de almacenamiento y digestión. Vd (m3) b). Tiempo requerido para digestión de lodos c). Frecuencia del retiro de lodos. I.4 Extracción de lodos I.5 Área de ventilación y cámara de natas II). Lecho de secado de lodos. a). Carga de sólidos que ingresa al sedimentador C (kgSS/dia) b). Volumen diario de lodos digeridos Vld (litros/día). c). Volumen de lodos a extraerse del tanque Vel (m3). d). Área del lecho de secado Als (m2).

III). Cajón de distribución de agua 5.3.1.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO I).

Humedal artificial

I.1 Mecanismo de remoción en un Humedal artificial I.2 Materia orgánica I.3 Degradación aeróbica I.4 Degradación anaeróbica I.5 Sólidos suspendidos I.6 Nitrógeno

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I.7 Consumo de las plantas I.8 Adsorción en el lecho filtrante I.9 Fosforo I.10 Metales I.11 Patógenos II). Diseño de Humedal artificial II.1. Información requerida para el diseño del sistema de tratamiento II.2. Criterios de diseño en función de la remoción de contaminantes II.3. Criterios de diseño en función de los requerimientos hidráulicos II.4. Criterios para la selección del material del lecho filtrante II.5. Porosidad de materiales para el lecho filtrante II.6. Granulometría II.7. Instalación de las tuberías de drenaje de los lechos II.8. Caja de recolección del efluente. 6.

Resultados 6.1. Remoción de DBO5 y DQO 6.2. Remoción de nitrógeno total 6.3. Remoción de fosfatos totales 6.4. Remoción de sólidos suspendidos 6.5. Remoción de Coliformes totales y E. Coli 6.6. Remoción de Enteroparásitos Helmintos 6.7. Resultado de los ensayos de riego agrícola con el efluente del Humedal artificial

7.

Conclusiones

8.

Recomendaciones

9.

Bibliografía consultada, incluir la consultada en internet.

Lima, noviembre del 2012

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1.

Introducción

El presente proyecto se desarrolla en la comunidad de Rumichaca, ubicada en el distrito de Jesús de Nazareno, provincia de Huamanga, departamento de Ayacucho, donde las condiciones de saneamiento constituyen uno de los problemas más críticos de la salud pública, que afecta a la población en general y al entorno ambiental, principalmente a las comunidades aledañas a la cuenca del rio Chacco (lugar donde desembocan las aguas servidas). Esta situación, requiere una intervención prioritaria que disminuya los efectos ambientales y los problemas de salud. El sistema de alcantarillado de la Comunidad de Rumichaca descarga al rio Alameda, el mismo que es utilizado aguas abajo para el riego de cultivos de plantas de tallo corto, medio y largo (lechuga, ajos, zanahoria, cebolla, frutales, etc); posteriormente estos productos son comercializados en los mercados locales para el consumo de la población. Con el propósito de contribuir a la disminución de los efectos de esta problemática, se ha realizado un estudio técnico, planificado e integral, para el diseño del sistema de tratamiento de aguas residuales de la comunidad de Rumichaca, considerando en este las normas establecidas por diferentes organismos referentes a sistemas de agua y saneamiento. El objetivo principal del estudio es mitigar la contaminación ambiental que generan las descargas de aguas residuales directamente al rio Alameda, y de estas al río Huatatas y la microcuenca del río Chacco, descarga que se realiza sin ningún tratamiento previó. Para el logro de este objetivo es necesario contar con una planificación adecuada; en el presente estudio técnico describiremos la evaluación del alcantarillado sanitario existente, el diseño de colectores, obras especiales y la planta de tratamiento de las aguas residuales. El tratamiento se realizará en un área sin uso poblacional, ubicada en la parte baja de la comunidad que es el límite urbano de la ciudad. Las decisiones adoptadas para la presente propuesta están basadas en la revisión y constatación de la problemática social y la contaminación del medio ambiente, aire y agua. En tal sentido, se concluyó que los problemas existentes son serios y que es absolutamente necesario la construcción de un sistemas alternativo con tecnologías apropiadas para el tratamiento de aguas servidas, en beneficio de la comunidad de Rumichaca. Por lo tanto, se propone el diseño del proyecto: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA COMUNIDAD DE RUMICHACA.

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2. Justificación: En la comunidad de Rumichaca los índices de enfermedades en niños demuestran un alarmante crecimiento a causa de las inadecuadas condiciones de saneamiento básico y ambiental, que favorecen la presencia de moscas, cucarachas, ratas y otros vectores que transmiten enfermedades. Los problemas de salud más frecuentes lo constituyen las enfermedades diarreicas, siendo una de las causas que genera mayor morbi-mortalidad, sobre todo en la población de niños menores de 5 años. Por lo que, es de prioridad implementar adecuados sistemas de prevención para evitar la propagación de las enfermedades relacionadas al saneamiento básico. Desde el punto de análisis costo – beneficio, los costos serán accesibles considerando que este sistema permitirá a la población de Rumichaca, el beneficio a la mejora de las condiciones de vida y mejores condiciones de salud de la población. De otra parte en el aspecto financiero, se han determinado alternativas de tratamiento que permitan costos de operación y mantenimiento bajos. La contaminación de las aguas superficiales y el uso irresponsable para riego aguas abajo, pone en riesgo la salud de las personas. Las aguas residuales domesticas e industriales en su conjunto están constituidos por elementos con características especificas como: sólidos, nutrientes, patógenos y materia orgánica en términos de DBO y DQO, que son nocivos para la salud. Por lo tanto, el diseño del sistema de tratamiento de aguas servidas, pretende solucionar la problemática en la zona y permitirá cumplir los parámetros admisibles de los Estándares Nacional de Calidad Ambiental. La propuesta de ejecución del presente proyecto, se plantea en el marco del Sistema Nacional de Inversión Pública, para lo cual, se elaborará el expediente técnico que constituirá el diseño definitivo del proyecto “Tratamiento de aguas residuales domesticas mediante humedales artificiales en la comunidad de Rumichaca del distrito de Jesús de Nazareno - Ayacucho”.

3. Objetivo Diseñar un sistema de tratamiento de aguas residuales con tecnologías apropiadas de fácil control, operación y mantenimiento; que permita reducir el nivel de contaminantes y garantice su reúso para el riego de vegetales, bebida de animales y que no represente riesgo significativo para la salud de las personas ni para el ambiente de la Comunidad de Rumichaca. 3.1 Objetivos específicos. -

Diseñar los componentes en la etapa de Pretratamiento como: Captación, cribado, Parshall, Desarenador y Trampa de grasas.

-

Diseñar los componentes en la etapa de Tratamiento Primario: Tanque Imhoff, Lecho de secado, Gradas de aireación, Caja de distribución de caudales.

-

Diseñar los componentes en la etapa de tratamiento secundario: Humedales artificiales (biofiltros).

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4. Revisión Bibliográfica Para el presente trabajo se ha revisado la bibliografía siguiente:       

Investigación y experiencias con biofiltros en Nicaragua, centro América; CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL, MÉXICO. Evaluación de riesgos para la salud por el uso de las aguas residuales en agricultura; CENTRO PANAMERICANO DE INVESTIGACIÓN SANITARIA, LIMA, PERÚ. Análisis y ensayos para incrementar la eficiencia de tratamiento de biofiltros en países de clima tropical. INGENIERÍA QUÍMICA, UNI, MANAGUA. Guía para el diseño de tanques sépticos, tanques imhoff y lagunas de estabilización; ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD OPS, Lima. Manual de diseño: humedal construido para el tratamiento de las aguas grises por biofiltración; BREN SCHOOL OF ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT, UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SANTA BARBARÁ. Biofiltro, una opción sostenible para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas localidades; CEPIS – OPS. Depuración de aguas residuales municipales con humedales artificiales; UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA, BARCELONA, mayo 1999.

5. Materiales y métodos 5.1 Diagnostico del Lugar 5.1.1 Ubicación La comunidad de intervención se ubica geográficamente en: Región Provincia Distrito Comunidad

: : : :

Ayacucho Huamanga Jesús nazareno Rumichaca

Los límites de la zona de estudio son los siguientes: Norte Sur Este Oeste

: : : :

Distrito de Pacaycasa y Quinua Distrito de Ayacucho Distrito de Tambillo y Ayacucho Distrito de Ayacucho

Las coordenadas de la zona del proyecto: Latitud Sur Longitud Oeste

: :

12°10’ a 15º 33’ 72°51’ a 75º 08’

5.1.2 Accesibilidad La accesibilidad al área del proyecto es a través de la vía terrestre asfaltada Huamanga Huanta, a una distancia de 2.5 Km. La zona del proyecto tiene una amplia articulación con las diferentes comunidades, distritos, provincias de la región; a través de una serie de caminos de herradura, trochas carrozables y carreteras; siendo el eje vial principal la Vía hacia el VRAEM.

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5.1.3 Clima El clima de la zona corresponde a templado seco con una temperatura anual promedio de 18 °C, con una precipitación promedio de 540 mm/por año y una humedad que varía en un rango de 56 a 60%. Presenta tres estaciones: lluviosa (diciembre, enero, febrero y marzo) intermedia (abril, septiembre, octubre y noviembre) y secano (mayo, junio, julio y agosto). 5.1.4 Temperatura La temperatura media anual es de 18ºC. La mínima media mensual se presenta en invierno con 14°C, la máxima media mensual se registra en verano con 30°C. 5.1.5 Mapa de Ubicación MAPA N° 1

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MAPA N° 2 MAPA SATELITAL RUMICHACA

5.1.6 Salud Las enfermedades predominantes en la zona, son las infecciones respiratorias agudas (IRA), y las enfermedades diarreicas agudas (EDA). Asimismo, se tienen infecciones a la piel, enfermedades parasitarias, enfermedades articulares, entre otros. La población en general acude y es atendida en el centro de salud de Nazarenas, con el correspondiente traslado a otras instalaciones como el Hospital de Huamanga o ESALUD, cuando la situación lo requiera y dependiendo del grado de afección del paciente. 5.1.7 Servicio de agua potable En la actualidad la zona periurbana de Rumichaca cuenta con un sistema de abastecimiento de agua en condiciones regulares de funcionamiento debido a su precaria administración, operación y mantenimiento, por no contar con un personal técnico calificado en la materia. El agua consumida por los pobladores NO se encuentra potabilizada, lo que no garantiza la calidad del servicio, por lo que resulta un problema muy grave para la salud de la población. 5.1.8 Red de desagüe En la actualidad la zona periurbana cuenta con un sistema de desagüe en buen estado de funcionamiento; sin embargo, las aguas negras están siendo vertidas al río Alameda. 5.1.9 Servicios de energía eléctrica La comunidad de Rumichaca cuenta con abastecimiento de energía eléctrica en forma constante, la misma que proviene de la red del río Mantaro.

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5.1.10 Actividades productivas La principal actividad económica en la zona de proyecto es la agricultura (distrito de Nazarenas - Rumichaca), debido a que la zona posee condiciones propicias para el cultivo de diversas variedades, siendo la fuente principal de ocupación de la población. El cultivo más representativo en la zona son las hortalizas, pero también se siembra maíz, chala (para ganadería). Estos productos son utilizados en la pequeña industria. La actividad pecuaria que se desarrolla en la comunidad de Rumichaca, es de carácter domestico y mayormente para consumo, los excedentes son comercializados en el mercado local. 5.2 Metodología propuesta. El proceso metodológico para el presente estudio consta de tres etapas generales: -

-

Organización y preparación del estudio.- Que consiste en la recopilación y revisión de información existente sobre la comunidad de Rumichaca. Diagnostico situacional.- Consiste en la revisión de las características de los beneficiarios, los servicios que se prestan, fortalezas y debilidades de la zona del proyecto. Diseño, Cálculo y Formulación de la propuesta.- Comprende la formulación del estudio.

La metodología aplicada, está basada en un diagnostico relacionado al tratamiento de aguas servidas en la zona, evaluando el vertimiento al cuerpo receptor y su relación con la salud de las personas y el medio ambiente. Posteriormente se complemento con una gestión realizada con el gobierno local con la finalidad de lograr el financiamiento para la elaboración del Perfil Técnico y el compromiso de considerar en sus planes el presupuesto para su implementación. Para la selección del sistema de tratamiento de las aguas servidas, se han tenido en consideración parámetros de evaluación de acuerdo las exigencias normativas, como: el tamaño de la población, terreno disponible para la construcción del sistema, características de la fuente receptora, requerimiento de operación y mantenimiento, uso de los efluentes tratados y el estudio de impacto ambiental. Para la selección del sistema de tratamiento de aguas servidas, ha tenido influencia directa la población que habita actualmente tanto en la comunidad de Rumichaca y alrededores. La necesidad de construir un sistema que pueda garantizar el tratamiento de las aguas servidas en un futuro cercano y garantizar la salubridad de las personas beneficiarias, ha permitido definir la construcción del sistema de tratamiento aguas residuales mediante Humedales Artificiales que constara de los siguientes elementos: a). Pretratamiento - Buzón de Llegada - Canal de entrada - Cribado - Desarenador - Decantador - Atrapador de grasas

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b). Tratamiento Primario - Tanque Imhoff - Lecho de secado - Caja de distribución de agua c). Tratamiento Secundario - Humedales artificiales de flujo horizontal - Caja de recolección del efluente La propuesta de intervención concluye en la elaboración del Expediente Técnico del sistema seleccionado, para su diseño se ha recopilado la información necesaria que permita concluir satisfactoriamente con el diseño de los componentes e infraestructuras considerados en cada proceso del sistema. 5.2.1 Información básica 5.2.1.1 Beneficiarios Los beneficiarios directos del proyecto son los pobladores del centro poblado de Rumichaca, conformada de la siguiente manera:

CUADRO N° 1

POBLACIÓN BENEFICIARIA CENTRO POBLADO

Rumichaca

N° FAMILIAS

150

N° HAB/FAMILIA

N° HABITANTES

3.5

525

5.2.1.2 Población futura Los valores de población futura que se han considerado para la siguiente propuesta fueron tomados directamente de las proyecciones que considera el INEI. Por lo tanto, se ha determinado que la población futura para el 2032, tiempo de vida útil del proyecto será de 816 habitantes. 5.2.1.3 Emisión de aguas servidas De acuerdo a las normas nacionales, la dotación de agua para consumo humano en la Sierra está clasificada para zona fría hasta 120 lt/hab-día y para zonas intermedias hasta 150 lt/hab-día, se considera el promedio y se incrementa lo utilizado por una planta procesadora de productos lácteos, ubicada en la zona alta al norte de la comunidad. Consecuentemente, la emisión de aguas servidas a los colectores se establece con un coeficiente del 80%. Así, se tiene los siguientes caudales de diseño para la población de Rumichaca.

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CUADRO N° 2 PARÁMETROS DE DISEÑO PARÁMETROS

CANTIDAD

UNIDAD

525

Habitantes

Periodo de diseño

20.00

Años

Tasa de crecimiento poblacional (r)

2.23

%

Población de diseño

816

Habitantes

Dotación

150

lt/hab/día

Coeficiente de retorno

80

Población actual

Caudal de Aguas residuales actual (Qa): Caudal de Aguas residuales futura (Qf):

% 3

63.00

m /día

0.729

l/s

97.92

m3/día

1.133

l/s

5.2.1.4 Planta de procesamiento de productos lácteos Adicionalmente, en la zona de estudio está proyectado el funcionamiento de una planta de procesamiento de productos lácteos, diseñado para su operación en dos áreas, el de de procesamiento de leche y una molinera de productos lácteos. En el área de leche se procesa 2000 litros de leche, utiliza 2 m3/día de agua, produciendo y desechando el 2% de sólidos grasos al alcantarillado (suero y grasas). El área de molido procesa 15 Tm/día de productos lácteos (quinua, trigo, ojuelas, soya, habas, maíz, quiwicha, avena sacha inchi, cebada, entre otros), para lo cual utiliza 3m3/día de agua, produciendo el 3% de materia orgánica. En vista que esta planta utilizara 5m3/día de agua, para el diseño del sistema de tratamiento se ha estimado un incremento de 20 lt/hab/día, al consumo de agua por habitante que en este caso estamos considerando 130 lt/hab/día (norma OS.100, entre clima frio y templado). Por lo tanto, el consumo de planta 20 lt/hab/día mas el consumo de población 130 lt/hab/día, hacen un total de 150 lt/hab/día. En vista que se tienen alto contenido de materia orgánica y por lo tanto mayor DBO, se considera en el proyecto una trampa de grasas. 5.2.2 Trabajos complementarios Posterior a esta actividad se considera los siguientes aspectos: 5.2.2.1 Visita al terreno Se visito el lugar donde se ejecutará el proyecto, el lugar es adecuado topográficamente y cuenta con los accesos y entornos adecuados para la operatividad del sistema. 5.2.2.2 Levantamiento topográfico Se realizó el levantamiento topográfico y se elaboraron los perfiles longitudinales y secciones transversales de la zona donde se proyecta la ubicación de la planta de tratamiento.

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5.2.3 Requerimiento mínimo del Proyecto Para la implementación del proyecto se requiere la disponibilidad de un terreno de aproximadamente de 600 m2, los cuales han sido donados por la comunidad de Rumichaca. 5.3 Descripción de la propuesta 5.3.1 Diseño de las infraestructuras en el proceso de Tratamiento de AR 5.3.1.1 PRETRATAMIENTO De acuerdo a los requerimientos y normas para la depuración de las aguas residuales vigentes en nuestro País, en la comunidad de Rumichaca se ha diseñado un pretratamiento que tiene como objetivo principal el de retener materiales gruesos, grasas y sólidos sedimentables, los cuales causarían el mal funcionamiento del tratamiento biológico. Del análisis de factibilidad se llegó a la conclusión que la mejor alternativa para la depuración de las aguas residuales de la comunidad de Rumichaca, es a través de la depuración biológica debido a su bajo costo de operación y mantenimiento, la temperatura es adecuada debido a que se trata de un clima subtropical con temperaturas que oscilan entre 14 ºC – 30 ºC. Ya que los procesos de eliminación y estabilización de los agentes contaminantes del agua residual, se realizan por transformación de la materia orgánica, esta acción es lograda por la presencia de microorganismos y por la acción metabólica y física química. Para lograr mayor eficiencia en el tratamiento de las aguas residuales, se ha considerado en la etapa de pretratamiento los siguientes componentes. a) b) c) d) e) f) g)

Caja de llegada Canal de entrada al Cribado. Cribado Medidor de Caudal (canal Parshall) Desarenador (rectangular) Descantador Primario Trampa de grasas

a). Caja de Llegada Es la primera estructura que reciben las aguas del alcantarillado, la estructura tiene las siguientes dimensiones 0.60x0.90x0.80 m., está constituido de una pantalla a modo de rompe presión de 0.35x0.40 m., que permitirá que las aguas se dispersen en forma homogénea. El tubo de entrada es de PVC de 300mm o de 12”. La estructura es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro. En esta parte se considera un caja de rebose de natas y separación de sólidos gruesos de 0.45x0.50x0.70m. b). Canal de entrada El canal de entrada es la zona donde se distribuye el agua residual con una pendiente de 1.5% con dirección al área de cribado, en esta se considera opcionalmente una compuerta de mantenimiento que podría ser remplazado por un medidor Parshall, el

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ancho de la entrada es de 0.15x0.71x0.51m. de longitud. La estructura es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro. c). Cribado El cribado se emplea para la reducción de sólidos en suspensión de tamaños distintos. La distancia o las aberturas de las rejillas dependen del objetivo de las mismas, y su limpieza se realiza manualmente o mecánicamente. Los productos recogidos se destruyen por procesos de digestión anaerobia, o se dirigen directamente al lecho de secado. Las rejas de barras paralelas cuya misión es separar los objetos contenidos en el agua a medida que pasen por ella. La rejilla está constituido por fierros de A° de ½” de diámetro, con una separación entre barras de 20mm. como mínimo. La separación de los sólidos se realizara de forma manual. La estructura del canal es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro. Con las rejillas se prevé una eficiencia de retención entre los 25% a 35% de sólidos en suspensión. En los procesos de tratamiento del agua residual se utilizan para proteger bombas, válvulas, tuberías y otros elementos contra posibles daños y obturaciones, ocasionadas por objetos de gran tamaño como trapos, palos, las rejillas o rejas de limpieza manual son usados mayormente en plantas de tratamiento pequeñas. Los barrotes o rejas deberán ir colocadas transversalmente al canal y tendrán una inclinación de 30 a 80º con respecto a la horizontal, la longitud del área de cribado es de 1.11m. d). Medidor de caudal (canal Parshall) La medición de caudal tiene gran importancia en todas las plantas depuradas, para poblaciones menores de 5000 el uso del Parshall es alternativo. Se ha seleccionado el canal tipo Parshall para medir el caudal, debido a su bajo costo de operación y mantenimiento, ya que este canal no requiere la inversión en mantenimiento para su limpieza. En este caso podría considerase ya que el canal de entrada es de 0.15m de espesor, remplazando a la compuerta metálica o conjugando con las dos alternativas. e). Desarenadores Normalmente los desarenadores se ubican después de las unidades que remueven sólidos gruesos (tamizado) y antes de los tanques de sedimentación primaria. Las arenas se remueven de las aguas residuales para proteger el digestor biológico, para evitar la sedimentación y formación de depósitos de materiales sólidos pesados, para facilitar su mantenimiento, y reducir la frecuencia de limpieza de secciones rectangular o cuadrada. El desarenador de flujo horizontal trabaja con velocidades cercanas a los 0.3 m/s, facilitando con esto que las partículas sedimenten hacia el fondo del canal. La velocidad de flujo se controla con las dimensiones adoptadas y el correcto uso de vertederos con secciones especiales para el efluente. Las dimensiones del desarenador son de 0.77x0.40x2.56m., la estructura del canal es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro y una pendiente de S=1.5%. f). Decantador El objetivo de la decantación primaria es la reducción de los sólidos suspendidos y la eficiencia en el pretratamiento de las aguas bajo la exclusiva acción de la gravedad que posteriormente llegaran al Imhoff. Por tanto sólo se puede pretender la eliminación de los

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sólidos sedimentables y las materias flotantes. La alimentación de los decantadores rectangulares es generalmente por uno de los lados más estrechos, saliendo el agua por el lado opuesto, también a través de un vertedero triangular. Las pocetas de almacenamiento de fangos se sitúan a lo ancho del decantador rectangular en el lado de entrada del agua. La extracción de flotantes se realiza manualmente. Para la separación de los lodos se considera una válvula de purga de 8” y una caja de lodos para las demasías y otra caja de almacenamiento desde donde se bombeara el agua para su recirculación. Las dimensiones del decantador es 6.20x4.00x1.70m., con una base reducida de 1.79 de ancho, tiene una pendiente de S=7.84%, la estructura del decantador es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro. g). Trampa de grasas El objetivo en este componente es eliminar grasas, aceites, espumas y demás materiales flotantes más ligeros que el agua, que podrían distorsionar los procesos de tratamiento biológico en el tanque Imhoff, se efectúa mediante sistema de tubos de 8” de diámetro ó 200mm. por presión interna de salida. La trampa de grasas separado del desarenador son aconsejables cuando se busca una mayor calidad del agua o cuando el agua proviene de ciertos tipos de industrias: comedores populares, plantas de productos lácteos y otras que generen gran cantidad de aceites o grasas. En la propuesta planteada para Rumichaca, consideramos este componente debido a que contamos con una planta de productos lácteos que generaran sólidos grasos y materia orgánica. La estructura del atrapador de grasas es de C°A° con fierros de 3/8” de diámetro y tuberías de entrada y salida de 8” o de 200mm de diámetro. 5.3.1.2 TRATAMIENTO PRIMARIO El tratamiento primario es denominado también proceso de sedimentación de aguas residuales domésticas e industriales. Tiene como objetivo la remoción por medios físicos o mecánicos de una parte sustancial del material sedimentable o flotante, es decir el tratamiento primario es capaz de remover no solamente la materia que altera sino también una fracción importante de la carga orgánica y que pueden representar entre el 25 y el 40% de la DBO y entre el 50 y 65% de los sólidos suspendidos . I). Tanque Imhoff El tanque Imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remoción de sólidos suspendidos. Para comunidades menores a 5000 habitantes, los tanques imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domésticas, ya que integran la sedimentación del agua y la digestión de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo también se le conoce como tanques de doble cámara. Los tanques imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas, sin embargo, para su uso correcto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y de remoción de arenas. El tanque Imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos: cámara de sedimentación, cámara de digestión de lodos y área de ventilación y acumulación de natas. Durante la operación las aguas residuales fluyen a través de la cámara de sedimentación, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando a la cámara de

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digestión a través de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador. El traslape tiene la función de impedir que los gases o partículas suspendidas de sólidos, producto de la digestión, que inevitablemente se producen en el proceso de digestión, sean desviados hacia la cámara de natas o área de ventilación. Estas unidades no cuentan con unidades mecánicas que requieran mantenimiento y la operación consiste en la remoción diaria de espuma, en su evacuación por el orificio más cercano y en la inversión del flujo por lo menos dos veces al mes, con la finalidad de distribuir los sólidos de manera uniforme en los dos extremos del digestor y retirarlos periódicamente al lecho de secado. Los lodos acumulados en el digestor se extraen periódicamente y se conduce al lechos de secado, donde el contenido de humedad se reduce por infiltración, después de lo cual se retiran y se disponen de ellos enterrándolos o pueden ser utilizados para mejoramiento de los suelos. Ventajas.  Contribuye a la digestión del lodo, produciendo un líquido residual de mejores características.  No descargan lodo en el líquido efluente.  El lodo se seca y se evacua con más facilidad, esto se debe a que contiene de 90 a 95% de humedad.  Las aguas servidas que se introducen en los tanques imhoff, no necesitan tratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separación de las arenas.  El tiempo de retención de estas unidades es menor.  Tiene un bajo costo de construcción y operación.  Para su construcción se necesita poco terreno.  Son adecuados para ciudades pequeñas y para comunidades donde no se necesite una atención constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos normados para evitar la contaminación de las fuentes hídricas. Desventajas.  Son estructuras profundas (mayores a 6m).  Es difícil su construcción en arena fluida o en roca y deben tomarse precauciones cuando el nivel freático sea alto, para evitar que el tanque pueda flotar o ser desplazado cuando este vacío.  El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgánica y microbiológica.  En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento sea correcto. El tanque imhoff elimina del 40% al 50% de sólidos suspendidos y reduce el DBO en un 25 a 40%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque Imhoff se extraen periódicamente y se conducen a lechos de secados. Debido a esta baja remoción de

DBO y coliformes, lo que se recomienda es enviar el efluente hacia un humedal artificial, con la finalidad de que haya una buena remoción de microorganismos en el efluente. I.1. Consideraciones para el diseño del Tanque Imhoff. Para el dimensionamiento de tanque imhoff se tomó en consideración los criterios de la Norma OS.090 “Planta Tratamiento de Agua Residuales” del Reglamento Nacional de Edificaciones – DS N° 011-2006-VIVIENDA.

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I.2. Diseño del sedimentador. El sedimentador se construirá de la misma forma que el digestor, la parte inferior tendrá forma de “V”, con una pendiente o ángulo de 50° a 60°, una abertura que puede variar de 0.15m a 0.20m y uno de los lados prolongados con una longitud de 0.15 m. a 0.20 m. La parte exterior de la pared del sedimentador deberá distar mínimo 1.00 m de la parte interior de la pared de la cámara de almacenamiento. a). Caudal de diseño (m3/hora)

Qp: = Dotación en litro/hab/día b). Área del sedimentador. As (m2)

Donde: Cs: carga superficial, igual a 1m3/ (m2 *hora) c). Volumen del sedimentador. Vs (m3)

R = Periodo de retención hidráulica, entre 1.5 a 2.5 horas (recomendable 2 horas).

-

El fondo del tanque será de sección transversal en forma de V y la pendiente de los lodos respecto a la horizontal tendrá de 50° a 60°.

-

En la arista central se debe dejar una abertura para paso de sólidos removidos hacia el digestor, esta abertura será de .15 a .20m.

-

Uno de los lados deberá prolongarse de 15 a 20 cm, de modo que impida el paso de gases y sólidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador, situación que reducirá la capacidad de remoción de sólidos en suspensión de esta unidad de tratamiento.

d). Longitud mínima del vertedero de salida. Lv (m).

Donde: Qmax: Caudal máximo diario de diseño, en m3 /día. Chv: Carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre 125 a 500 m3/ (m*día) (Recomendable 250)

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I.3. Diseño del digestor. a). Volumen de almacenamiento y digestión. Vd (m3) Para el compartimiento de almacenamiento y digestión de lodos (cámara inferior) se tendrá en cuenta lo siguiente. CUADRO N° 3 FACTOR DE CAPACIDAD RELATIVA TEMPERATURA °C

FACTOR DE CAPACIDAD RELATIVA (fcr)

5

2,0

10

1,4

15

1,0

20

0,7

>25

0,5

Donde: fcr: factor de capacidad relativa P: población. -

El fondo de la cámara de digestión tendrá la forma de un tronco de pirámide invertida (tolva de lodos), para facilitar el retiro de los lodos digeridos. Las paredes laterales de esta tolva tendrán una inclinación de 15° a 30° con respecto a la horizontal. La altura máxima de los lodos deberá estar 0,50m por debajo del fondo del sedimentador.

b). Tiempo requerido para digestión de lodos El tiempo requerido para la digestión de lodos varia con la temperatura, para esto se empleará la siguiente tabla. CUADRO N° 4 TIEMPO DE DIGESTIÓN DE LODOS TEMPERATURA °C

TIEMPO DE DIGESTIÓN EN DÍAS

5

110

10

76

15

55

20

40

>25

30

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c). Frecuencia del retiro de lodos. - Los lodos digeridos deberán retirarse periódicamente, para estimar la frecuencia de retiros de lodos se usaran los valores consignados en la tabla. - La frecuencia de remoción de lodos deberá calcularse en base a estos tiempos referenciales, considerando que existiría una mezcla de lodos frescos y lodos digeridos, estos últimos ubicados al fondo del digestor. De este modo el intervalo de tiempo entre extracciones de lodos sucesivas deberá ser por lo menos el tiempo de digestión a excepción de la primera extracción en la que se deberá esperar el doble de digestión. I.4. Extracción de lodos - El diámetro mínimo de la tubería para la remoción de lodos será de 0.20 m y deberá estar ubicado 0.15m por encima del fondo del tanque. - Para la remoción se requerirá de una carga hidráulica mínima de 1.80 m. I.5. Área de ventilación y cámara de natas Para el diseño de la superficie libre entre las paredes del digestor y el sedimentador (zona de espuma o natas) se tendrán en cuenta los siguientes criterios: - El espaciamiento libre será de 1m como mínimo. - La superficie total será por lo menos 30% de la superficie total del tanque. - El borde libre será como mínimo de 0.30m. - Las partes de la superficie del tanque deberán ser accesibles, para que puedan destruirse o extraerse las espumas y los lodos flotantes II). Lecho de secado de lodos. Los lechos de secado de lodos son generalmente el método más simple y económico de deshidratar los lodos estabilizados (lodos digeridos), lo cual resulta ideal para pequeñas comunidades. Pueden ser construidos de mampostería, de concreto o de tierra (con diques), con profundidad total útil de 50 a 60 cm. El ancho de los lechos de secado es generalmente de 3 a 6m, pero para instalaciones grandes pueden sobrepasar los 10m. El medio de drenaje es generalmente de 0.30m de espesor y deberá tener los siguientes componentes: - El medio de soporte recomendado está constituido por una capa de 0.15m formada por ladrillos colocados sobre el medio filtrante, con una separación de 0.02 a 0.03m llena de arena. - La arena es el medio filtrante y deberá tener un tamaño efectivo de 0.3 a 1.3 mm. - Debajo de la arena se deberá colocar un estrato de grava graduada hasta .20m de espesor.

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a). Carga de sólidos que ingresa al sedimentador C (kgSS/dia)

Donde: SS: Sólidos en suspensión en el agua residual cruda, en mg/l. Q: Caudal promedio de aguas residuales. A nivel de proyecto se puede estimar la carga en función a la contribución percápita de sólidos en suspensión, de la siguiente manera:

En las localidades que cuentan con el servicio de alcantarillado, la contribución percápita se determina en base a una caracterización de las aguas residuales. Cuando la localidad no cuenta con alcantarillado se utiliza una contribución percápita promedio de 90 gr.SS/(hab*día).

Msd: Masa de sólidos que conforman los lodos (Kg SS/día)

b). Volumen diario de lodos digeridos Vld (litros/día).

Donde: ρlodo: Densidad de los lodos, igual a 1,04 Kg/l. % de sólidos: % de sólidos contenidos en el lodo, varía entre 8 a 12%. c). Volumen de lodos a extraerse del tanque Vel (m3).

Donde: Td: Tiempo de digestión, en días (ver tabla 2). d). Área del lecho de secado Als (m2).

Donde: Ha: Profundidad de aplicación, entre 0,20 a 0,40m

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-

El ancho de los lechos de secado es generalmente de 3 a 6 m., pero para instalaciones grandes puede sobrepasar los 10 m.

III). Cajón de distribución de agua El cajón de distribución de caudales, cumple la función aparte de distribuir el de oxigenar el agua y realizar una última comprobación de la calidad de agua que ingresa al lecho biológico.

5.3.1.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO El tratamiento secundario es un complemento del tratamiento primario, y se le utiliza en las aguas residuales que aún conservan sólidos orgánicos en suspensión o en solución, generalmente se llevan a cabo mediante procedimientos biológicos. El tratamiento biológico tiene como finalidad estabilizar la materia orgánica y coagular y remover los sólidos coloidales que no sedimentan, que se encuentran en las aguas residuales domésticas y en los tanques Imhoff. El papel que desempeñan los hongos y bacterias es el de descomponer la materia orgánica a través del proceso conocido como metabolismo el cual transforma los glúcidos, lípidos, hidratos de carbono en materia viva, es decir que las reacciones catabólicas producen la descomposición de materia orgánica compleja en sustancias simples, puesto que la liberación de energía y las reacciones catabólicas permiten la formación de más moléculas complejas y generalmente requieren energía, la energía para las reacciones anabólicas se obtienen de las reacciones catabólicas. El tratamiento secundario emplea también procedimientos físico-químicos mediante los cuales podemos llegar a la coagulación, a la oxidación de la materia carbonosa, decantación y arrastre de bacterias. Así mismo los organismos que necesitan del oxígeno para su supervivencia se denominan aerobios y los que viven en un ambiente privado de oxigeno se denominan anaerobio, mientras que los facultativos pueden vivir en ausencia o presencia del oxígeno. I). Humedal Artificial Para la aplicación de la tecnología de Humedal, se ha tomado en consideración la experiencia del tratamiento de aguas residuales domésticas, experiencias desarrolladas con el objetivo de investigar la viabilidad técnica y económica de la aplicación de esta tecnología en otras regiones. Este sistema ha sido monitoreado cuidadosamente durante muchos años, lo cual ha proporcionado una amplia base de datos que ayudará en el diseño, operación y mantenimiento de sistemas de tratamiento de este tipo y su aplicación en zonas adecuadas. Asimismo la investigación sobre la calidad microbiológica de los productos agrícolas irrigados con el efluente del Humedal dio resultados óptimos. Hasta el momento indican que esta tecnología constituye una de las alternativas más efectiva y menos costosa, comparada con las tecnologías convencionales, permitiendo además el reúso de aguas residuales tratadas en el riego agrícola. El Humedal es un filtro biológico de grava y/o arena sembrado con plantas emergentes atravesado con aguas residuales pre-tratadas, en el cual se desarrollan microorganismos, bacterias, hongos, etc. Responsables para la degradación de la materia orgánica, se recomienda para mayor eficiencia dos tipos de plantas, aquellas que se desarrollan en condiciones de exceso de agua y nutrientes y aquellas plantas de raíces profundas cuya importancia es la protección de aguas, suelo y fauna.

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El Humedal es un filtro de grava o arena sembrado con plantas de pantano y atravesado de forma horizontal con aguas residuales pre-tratadas, las bacterias responsables para la degradación de la materia orgánica, utilizan la superficie del lecho filtrante para la formación de bacterias bastante estables que no pueden ser arrastradas hacia la salida como sucede en las lagunas de oxidación, donde hay gran cantidad de materia orgánica y algas en el efluente que pueden causar una eutrofización del cuerpo receptor. El tratamiento biológico dentro de este lecho es del tipo facultativo lo que significa que en el cuerpo del filtro hay microsomas sin y con oxigeno disuelto entre 0.80 – 1.20mg, y las aguas que pasaron por un pretratamiento anaeróbico son completamente libres de oxigeno, esto conlleva a agregar oxigeno al agua ya sea artificialmente o naturalmente con el fin de crear bacterias aeróbicas que no solamente pueden contribuir de esta manera a la descomposición de la materia orgánica, sino también de la nitrificación del nitrógeno amoniacal al nitrato. Para ello, con el objeto de oxigenar las aguas que ingresan al Humedal para aumentar el número de bacterias aeróbicas se considera un canal inclinado con gradas de superficie rugosa a la salida del tanque. Además el suministro de oxigeno dentro del Humedal se hace a través de las raíces de las plantas del pantano, estas plantas poseen un sistema de renkinos-aurenchym, que permite el paso del aire de la atmosfera al subsuelo formándose alrededor de las raíces una población de bacterias aeróbicas, una vez instalado y operado adecuadamente el Humedal Artificial tiene una vida útil de más de 20 años, ya que es un ciclo de vida renovable, donde existe un equilibrio entre el crecimiento y muerte de las plantas y la reproducción de la masa bacteriana. Como parte del proceso de investigación, se ha determinado diseñar en el marco de los Humedal Artificiales de flujo subsuperficial, el de flujo horizontal. I.1. Mecanismos de remoción en un Humedal En la remoción de constituyentes en un Humedal, las plantas macrófitas juegan un papel importante en el tratamiento de las aguas residuales domesticas. Además de muchos beneficios operacionales, proveen superficies y un ambiente razonable para la filtración y el crecimiento microbiano. La transferencia de oxígeno por algunas plantas acuáticas a la rizosfera es también un requisito para que los procesos de remoción de contaminantes predominantemente microbianos funcionen efectivamente. Los mecanismos de remoción más importantes se presentan en la siguiente tabla. CUADRO N° 5 MECANISMOS DE REMOCIÓN Constituyente del agua residual Sólidos suspendidos Materia orgánica soluble

Nitrógeno

Fósforo

Mecanismo de remoción Sedimentación Filtración Degradación microbiana aeróbica Degradación microbiana anaeróbica Amonificación seguida por nitrificación microbiana y desnitrificación Consumo de las plantas Adsorción en el lecho filtrante Volatilización de amonio Fijación en el lecho filtrante Consumo de plantas

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Metales

Patógenos

Adsorción e intercambio de cationes Formación de complejos Precipitación Consumo de las plantas Oxidación/reducción microbiana Sedimentación Filtración Muerte natural Depredación Excreción de antibióticos desde las raíces de macrófitas

Fuente: Centro de Investigación y Estudios en Medio Ambiente - CIEMA

I.2. Materia orgánica Los compuestos orgánicos son, en su mayor parte, degradados aeróbicamente por bacterias ligadas a las plantas y a la superficie del lecho filtrante. La degradación anaeróbica puede ser también muy importante para algunos residuos y predominan en sistemas sobrecargados orgánicamente. El oxígeno requerido para la degradación aeróbica es suplido directamente de la atmósfera por difusión o por medio de las raíces de las macrófitas. Para reproducirse y funcionar propiamente, un organismo debe tener una fuente de energía, carbono para la síntesis de nuevo material celular y elementos inorgánicos (nutrientes) tales como nitrógeno, fósforo, sulfuro, potasio, calcio y magnesio. Pueden requerirse también algunos nutrientes orgánicos. Las dos principales fuentes de carbono son químicos orgánicos y dióxido de carbono. Organismos que usan carbono orgánico para la formación de tejido celular son llamados heterótrofos. Organismos que producen células de carbono del dióxido de carbono son llamados autótrofos. Ambos grupos usan luz o una reacción química de oxidación reducción como una fuente de energía para la síntesis de las células. Si el mayor objetivo del tratamiento es la reducción del contenido orgánico, los organismos heterotróficos son de importancia primaria debido a su requerimiento de material orgánico como una fuente de carbono y a su más alta proporción metabólica. I.3. Degradación aeróbica La degradación aeróbica de químicos solubles orgánicos es gobernada por dos grupos de microorganismos: los quimioheterótrofos, que oxidan la materia orgánica y liberan amonio; y los quimioautótrofos, los cuales oxidan el nitrógeno amoniacal a nitrato y nitrito (nitrificación).

Materia orgánica + bacterias +O2

Nuevas células + CO2, NH3, H2O

Ambos grupos consumen materia orgánica pero la proporción metabólica más rápida de los heterótrofos significa que ellos son los principales responsables de la reducción de la DBO en el sistema. Si el oxígeno no está limitado, la degradación aeróbica dependerá de la cantidad de materia orgánica activa disponible para los organismos.

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I.4. Degradación anaeróbica Es un proceso de dos etapas que se da en ausencia de oxígeno disuelto por bacterias heterotróficas. En el primer paso, las bacterias formadoras de ácido convierten la materia orgánica en nuevas células, ácidos y alcoholes. Un segundo grupo de bacterias, las bacterias formadoras de metano, continúan la oxidación utilizando de nuevo parte de la materia orgánica para sintetizar nuevas células pero convirtiendo el remanente a metano y dióxido de carbono. Materia orgánica + bacterias alcoholes, ácidos y nuevas células + bacterias CH4, H2S, NH3, CO2, H2O, nuevas células Las bacterias formadoras de ácido son adaptables pero las formadoras de metano son más sensibles y solamente operarán en el rango de pH de 6.5 a 7.5. Una sobreproducción de ácido por las bacterias formadoras de ácido puede resultar en un bajo pH, deteniendo la acción de las formadoras de metano y produciendo malos olores. I.5. Sólidos Suspendidos Los sólidos suspendidos y sedimentables que no son removidos en los sistemas de pretratamiento, son removidos efectivamente en el Humedal por sedimentación y filtración. Ambos procesos son mejorados por la coagulación de partículas en un agua residual. La sedimentación es la separación, por deposición gravitacional, de partículas suspendidas que son más pesadas que el agua. La sedimentación ocurrirá en las áreas quietas del sistema. Las macrófitas, emergentes o no, ayudan a estos procesos. I.6. Nitrógeno El mayor mecanismo de remoción de nitrógeno es la nitrificación y desnitrificación. El amonio es oxidado a nitrato por las bacterias nitrificantes en zonas aeróbicas. Los nitratos son convertidos a nitrógeno gas (N2) por bacterias desnitrificantes en zonas anóxicas. El oxígeno requerido para la nitrificación es suplido por difusión de la atmósfera y por medio de las raíces de las macrófitas. El nitrógeno es también tomado por las plantas e incorporado en la biomasa. Otros mecanismos de remoción incluyen volatilización y adsorción. Sin embargo, estos mecanismos son generalmente de menor importancia que la nitrificación y desnitrificación. I.7. Consumo de las plantas Las macrófitas consumen nitrógeno en su estado mineralizado y lo incorporan a su biomasa. Este es un mecanismo de tratamiento que es significante únicamente a cargas bajas de nitrógeno. I.8. Adsorción en el lecho filtrante El nitrógeno amoniacal en estado reducido es estable y puede ser adsorbido en los sitios activos del lecho filtrante. Sin embargo, el intercambio del ion NH4+ en los sitios de intercambio de cationes del lecho no se considera una fijación a largo término para la remoción de NH4+ – N. Más aún, se considera que la fijación de NH4+ – N es rápidamente reversible. Ya que el NH4 – N se pierde del sistema vía nitrificación, se espera una redistribución del intercambio en el equilibrio. Por lo tanto, el NH4+ – N fijado en el lecho en un sistema de flujo continuo estará en equilibrio con el NH4+– N en solución.

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I.9. Fósforo El fósforo está presente típicamente en aguas residuales como ortofosfato, ortofosfato deshidratado (polifosfato) y fósforo orgánico. La oxidación biológica conduce a la conversión de la mayoría del fósforo a las formas de ortofosfato. La remoción de estas formas se da principalmente por reacciones de adsorción, precipitación y formación de complejos con Aluminio, hierro, calcio y arcillas minerales en el lecho filtrante. Aunque hay algún consumo de fósforo por las plantas, es insignificante comparado con los efectos de la fijación. I.10. Metales Metales trazas tienen una gran afinidad por la adsorción y la formación de complejos con materia orgánica y se acumulan en el lecho filtrante. Los metales existen en forma soluble o de partículas asociadas, con la anterior representando la forma más biodisponible, particularmente cuando el metal está presente como especie iónica o débilmente acomplejado. La distribución entre las fases de partículas y disuelta, está determinada por los procesos físico – químicos tales como fijación, precipitación, formación de complejos, sedimentación, erosión y difusión. I.11. Patógenos La ecología de micro-organismos es extremadamente compleja. Los organismos importantes desde el punto de vista de salud pública son las bacterias patógenas y los virus. Protozoarios patógenos y gusanos de helmintos son de particular importancia en países tropicales y subtropicales. Los patógenos son removidos durante el paso de agua residual a través del sistema principalmente por sedimentación, filtración y adsorción por la biomasa. Una vez que estos organismos son atrapados dentro del sistema, su número disminuye rápidamente por los procesos de mortalidad natural y depredación. El sistema ofrece una combinación conveniente de factores físicos, químicos y biológicos para la remoción de organismos patógenos. Los factores físicos incluyen sedimentación y filtración mecánica. Los factores químicos incluyen oxidación, exposición a biocidas excretados por algunas plantas y absorción a materia orgánica. Los mecanismos biológicos incluyen antibiosis, depredación por nemátodos y protistas, ataque por bacterias y virus y mortalidad natural. II. Diseño de Humedal La utilización de Humedal para el tratamiento de aguas residuales requiere del uso de etapas previas de tratamiento que garanticen principalmente una efectiva remoción de los sólidos suspendidos, con el fin de evitar la obstrucción del lecho filtrante. En la práctica, se ha comprobado que el Humedal funciona bien con aguas pretratadas por medio de una rejilla, desarenador y unidades de sedimentación como el tanque Imhoff. El dimensionamiento de un Humedal se realiza en base a dos aspectos principales: la remoción de los contaminantes y el régimen hidráulico del sistema. -

La remoción de contaminantes, es el principal objetivo, depende definitivamente de las condiciones ambientales, fundamentalmente de la temperatura, así como de otros aspectos como la porosidad del material usado para la conformación del lecho filtrante, el tipo de plantas sembradas y el tiempo de retención.

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El régimen de flujo hidráulico, también depende de factores como la pendiente hidráulica y la porosidad, permeabilidad y uniformidad granulométrica del material usado para el lecho filtrante.

II.1. Información requerida para el diseño del sistema de tratamiento CUADRO N° 6 REQUERIMIENTOS PARA DISEÑO N° 1 2

Descripción Topografía del terreno seleccionado

Requerimiento  Planos de curva de nivel @ 0.50 metros. Planos del área total (planimetría)  Información del sistema de Si existe: Datos del último pozo de visita: Nivel de la alcantarillado sanitario, si tapa, nivel de entrada y nivel de salida.  Si no existe: Planos de planta perfil de las calles. existe o no.

 Temperatura, promedio y máxima Datos climatológicos de la  Precipitación, promedio y máxima 3 región  Evaporación, radiación solar de la estación meteorológica más cercana al sitio en estudio  Clasificación del suelo  Estratigrafía, hasta 5 metros de profundidad como mínimo Estudio de suelo con los 4  Granulometría de los diferentes estratos siguientes datos geotécnicos  Índice de soporte, límite líquido, límite plástico  Tasa de infiltración del suelo  Nivel freático Plano urbanístico actual del 5 sitio en estudio y su  Planos urbanísticos desarrollo en un futuro Número de viviendas que serán beneficiada por el  Promedio de las personas beneficiadas 6 sistema de tratamientos de  Máximo de las personas beneficiadas Censo aguas residuales poblacional domesticas Cantidad de personas 7 estimadas: Tipo y origen de las aguas 8  Domesticas, Industriales residuales  Material del lecho filtrante (hormigón rojo, arena Distancia de los bancos de gruesa o piedra triturada) aproximadamente de 5 9 materiales adecuados para mm a 1” de diámetro. la construcción  Piedra bolón (piedra volcánica) de 2” a 4” pulgadas de diámetro. Tipos de plantas de 10 pantanos (macrófitas)  Carrizo, Tule, platanillo, achira, totora, tiphas, etc existentes en la zona Fuente: Centro de Investigación y Estudios en Medio Ambiente - CIEMA

Tomando en consideración lo presentado anteriormente, el sistema de tratamiento consistirá de lo siguiente:  Rejilla

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     

Desarenador Decantador Tanque Imhoff Canal de flujo vertical Humedal de flujo horizontal Zanjas de infiltración

II.2. Criterios de diseño en función de la remoción de contaminantes El diseño de un Humedal se realiza ajustando su comportamiento a un modelo ideal de flujo pistón combinado con un balance de masa de agua, lo cual da como resultado la siguiente ecuación general (Brix et al. 1998):

Ce k  exp ( ) Ca Ch Donde Ce : concentración de contaminantes en el efluente Ca : concentración de contaminantes en el afluente K : constante de degradación, (m/año) Ch : carga hidráulica aplicada por unidad de área del Humedal, (m/año) La estimación de los valores de la constante de degradación k para la reducción de diferentes parámetros contaminantes en clima tropical (±1 desviación estándar), los cuales pueden utilizarse para el diseño de Humedal en dependencia de cual parámetro contaminante específico se desea reducir. Los valores promedios estimados para los contaminantes más importantes son: CUADRO N° 7 VALORES DE LA CONSTANTE DE DEGRADACIÓN CONSTANTE DE DEGRADACIÓN

kDBO kDQO kNT kPT kE. COLI

VALORES

81.8 ± 13 m/año 60.8 ± 12 m/año 11.8 ± 6 m/año 6.9 ± 4 m/año 125.9 ± 50 m/año

Las información de las condiciones climáticas de la zona de intervención es de importancia: temperatura máxima de 30 °C, temperatura media de 18 °C, temperatura mínima de 14 °C, así como una precipitación promedio de 540 mm/año, una humedad que varía en un rango de 56 a 60% y evaporación promedio de 150.5 mm/año. La temperatura de las aguas residuales que entran al sistema de tratamiento oscila entre 20 y 25 °C. La velocidad de descomposición de la materia orgánica es influenciada ampliamente por la temperatura, expresándose este efecto en el coeficiente de temperatura, Q10, el cual da la relación de la actividad bacteriana a dos diferentes temperaturas con diez grados de

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diferencia. En climas templados, es típico un coeficiente de 2 para muchos procesos biológicos, lo cual significa que la actividad de muchos procesos biológicos se duplica cuando la temperatura aumenta 10°C (Brix et al, 1998). En concordancia con esto, el valor de kDBO obtenido en Nicaragua es más de dos veces mayor que el reportado en la bibliografía para sistemas en países europeos. En la remoción de nitrógeno y fósforo en Humedales Artificiales de flujo horizontal, no se observan variaciones estacionales, manteniendo casi constante su eficiencia durante todo el año, lo que indica que en ambos procesos de remoción el mecanismo principal no es de origen bacteriano, sino de procesos físico-químicos como absorción, precipitación, deposición y reducción dentro del lecho filtrante (Brix et al. 1998). Sobre este mecanismo influye directamente la granulometría del lecho filtrante y el tiempo de retención, aumentando la eficiencia de remoción a menor diámetro de partícula del lecho filtrante y a mayor retención. Estas son las causas de que las constantes KTN y KTP reportadas en la bibliografía sean mayores que las estimadas en Nicaragua, puesto que el material utilizado en sistemas europeos generalmente es de menor diámetro que el usado en la construcción de los sistemas centroamericano y americana. La carga hidráulica recomendada en países de clima templado es menor que 29 m/año. En Nicaragua se han obtenido buenos resultados de remoción de materia orgánica con cargas hidráulicas de hasta 37 m/año, con requerimientos de área de 1.0 a 1.2 m 2/PE. Sin embargo, para obtener la remoción requerida (WHO 1989; MARENA 2000) de E. Coli (