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Humedales artificiales de flujo verticalHumedales artificiales de flujo vertical
Christoph Platzer
Heike HoffmannROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Consideraciones iniciales
Humedales artificiales son sistemas de tratamiento biológico del efluentes
Humedales artificiales no son los únicos sistemas de tratamiento biológico de efluentes
Humedales artificiales tienen sus ventajas y desventajas como cualquier otro sistema de la misma eficiencia
Humedales artificiales existen en diferentes tipos (p.ej. flujo vertical, horizontal y superficial) el uso depende de las exigencias especificas
Contenido
1. Comentarios generales de humedales artificiales
2. Proceso y eficiencia del proceso vertical y pontos críticos
3. Modelo de cálculo
4.4. CuestiCuestióón de n de prepre--tratamiento tratamiento
5.5. PresentaciPresentacióón de proyectos adaptados (diferentes tipos de uso) n de proyectos adaptados (diferentes tipos de uso)
1.1. Aguas servidas (negras y gris) Aguas servidas (negras y gris) –– Lima/PerLima/Perúú
2.2. Tratamiento de aguas de lluvia Tratamiento de aguas de lluvia
3.3. Tratamiento de lodos Tratamiento de lodos
DefiniciDefinicióón humedales artificialesn humedales artificiales
Sistemas proyectados para utilizar plantas acuáticasen substrato de arenaDe forma natural y con condiciones ambientales adecuadas, ocurre la formación de biofilm de microorganismosLa población variada de estos microorganismos poseen una capacidad de tratar las desagües biológicamente. El efluente final es transparente, sin olor y principalmente puede ser reutilizado o infiltrado en el terreno.
Humdedales artificiales procuran imitar las funciones de auto depuración de humdedales naturales
1. Comentarios generales 1. Comentarios generales ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Humedal artificialFlujo vertical : Tratamiento de aguas servidas, casa de playa, 10 personas
ROTÁRIA
1. Comentarios generales 1. Comentarios generales ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
LasLas plantasplantas no contribuyen directamente al tratamiento no contribuyen directamente al tratamiento --pero son indispensables para el pero son indispensables para el funcionamiento a largo plazo. funcionamiento a largo plazo.
El proceso principal de tratamientoEl proceso principal de tratamiento en humedales en humedales eses siempre por siempre por actividad bacterianaactividad bacteriana. .
LosLos costos para lacostos para la implantaciimplantacióón n de humedalesde humedales, comparados con los , comparados con los otros sistemas de otros sistemas de eficiencia similareficiencia similar, , no necesariamente son mas bajosno necesariamente son mas bajos! !
Pero si Pero si la operacila operacióón es muy econn es muy econóómicamica !!
►► Humedales ArtificialesHumedales Artificiales son son Plantas de Tratamiento Plantas de Tratamiento y como tales y como tales necesitan de necesitan de proyectos y conocimientos profesionalesproyectos y conocimientos profesionales!!
Algunos comentarios básicos en relación a humedales:
CuestiCuestióón importante de n importante de costo : beneficio costo : beneficio ! !
Los costos para la instalaciLos costos para la instalacióón (inversin (inversióón) dependen de muchos factoresn) dependen de muchos factores
La operaciLa operacióón de humedales es:n de humedales es:
Muy econMuy econóómica mica (poca manutenci(poca manutencióón, no producen lodon, no producen lodo……) )
Muy estable Muy estable (responden a variaciones de cargas sin problemas) (responden a variaciones de cargas sin problemas)
MuyMuy segura segura (calidad de efluente final garantida) (calidad de efluente final garantida)
►► CondiciCondicióón importante (como para todas las plantas): n importante (como para todas las plantas): proyecto, construcciproyecto, construccióón (material) y operacin (material) y operacióón adecuadon adecuado
Consideraciones sobre los costos:
1. Comentarios generales 1. Comentarios generales ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
2. Proceso de tratamiento y eficiencia2. Proceso de tratamiento y eficiencia ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Característica de humedales de flujo vertical :
Flujo vertical
=
flujo discontinuo
ENTRADA
SALIDA
discontinuamente
discontinuamente
22 -- 6 veces/d6 veces/d íí aa
bacteriasarena raíces
2. Proceso de tratamiento y eficiencia2. Proceso de tratamiento y eficiencia ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Característica de humedales de flujo vertical :
Momento de una alimentación del humedal del flujo vertical
2. Proceso de tratamiento y eficiencia2. Proceso de tratamiento y eficiencia ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Posibilidades de la distribución para el flujo vertical
22. Proceso de tratamiento y eficiencia. Proceso de tratamiento y eficiencia ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Hasta 95% remoción carbono orgánico (DBO5 y DQO)y DQO)Salida mSalida mááximo ximo < 20 < 20 mgmg DBODBO55
ConcentraciConcentracióón DQO depende de la n DQO depende de la biobio--degradabilidaddegradabilidad especifica de DQOespecifica de DQO
NitrificaciNitrificacióón (oxidacin (oxidacióón de Amonio para Nitrato) n de Amonio para Nitrato) Salida Salida < 10 < 10 mgmg/L NTK/L NTK y y < 5 < 5 mgmg NHNH55--N N son posiblesson posibles (cuesti(cuestióón de oxigenacin de oxigenacióón) n)
Excelente remociExcelente remocióón de bacterias fecales y helmintos n de bacterias fecales y helmintos RemociRemocióón hasta 10n hasta 10³³ unidades de bacterias fecales posiblesunidades de bacterias fecales posiblesRemocionRemocion de de helminthoshelminthos dependen de material y de tiempo de dependen de material y de tiempo de retencionretencion
Eficiencia de tratamiento en humedal de flujo vertical
hho1
Humedales artificiales son sistemas muy naturales. Son muy lentos en la respuesta a un cambio de condiciones y por esto sumamente difíciles de investigar con éxito.
Humedales artificiales son sistemas con un mantenimiento muy simple, pero definitivamente no son sistemas simples.
Roussilion, France 1250 personas Fuente: Lienard
El tratamiento estEl tratamiento estáá sin funcionamiento para semanas o mesessin funcionamiento para semanas o meses
ColmatacColmatacíóíón:n:
Aguas servidas Aguas servidas acumulan en la superficieacumulan en la superficie, provocan malos olores y problemas higi, provocan malos olores y problemas higiéénicos. nicos. El oxigeno necesario para el tratamiento El oxigeno necesario para el tratamiento -- las bacterias aerlas bacterias aeróóbicas bicas -- no entra.no entra.
22. Proceso de tratamiento . Proceso de tratamiento -- pontos crpontos crííticosticos ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
11 Alta carga (orgAlta carga (orgáánica, hidrnica, hidrááulica, sulica, sóólidos suspensos)lidos suspensos)Cualidad o cantidad de aguas servidas elevadasCualidad o cantidad de aguas servidas elevadas
Eficiencia de preEficiencia de pre--tratamiento tratamiento
22 ÁÁrea de entrada demasiada reducidarea de entrada demasiada reducidaProblema de distribuciProblema de distribucióón (flujo horizontal mn (flujo horizontal máás afectado) s afectado)
Problema de sobrecarga (1)Problema de sobrecarga (1)
33 Arena demasiado fina o con partArena demasiado fina o con partíículas finas culas finas Poros demasiado pequePoros demasiado pequeñños y ros y ráápidamente estrenados pidamente estrenados
Mezcla con confitillo o piedras puede ser peor ! Mezcla con confitillo o piedras puede ser peor !
COLMATACION; soil clogging, y sus razones:COLMATACION; soil clogging, y sus razones:
22. Proceso de tratamiento . Proceso de tratamiento -- pontos crpontos crííticosticos ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Una planta de escala mas grande (50 habitantes y mas) debería ser partido en 4 canteros o más.
Esto, para poder dejar siempre uno dos canteros en estado de pausa, sin operación (p. ej. 6 semanas operación, 2 semanas descansar y secar).
22. Proceso de tratamiento . Proceso de tratamiento -- pontos crpontos crííticosticos ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Como operar los sistemas mas grandes para reduzir Como operar los sistemas mas grandes para reduzir el peligro de la colmatacion el peligro de la colmatacion
ÁÁrea de entrada, flujo vertical: Superficierea de entrada, flujo vertical: Superficie
22. Proceso de tratamiento . Proceso de tratamiento -- pontos crpontos crííticosticos ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Question de tamano del superficie
Question del distribuicion del agua
3. Modelo de calculo3. Modelo de calculo ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Como calcular la superficie necesaria para el humedal del flujo vertical ?
Superficie mSuperficie míínima nima para para aguas servidas, desaguas domesticasaguas servidas, desaguas domesticasEuropaEuropa (clima fr(clima fríía) a) > 2,5 > 2,5 mm²² / persona/ persona (recomendaci(recomendacióón oficial)n oficial)BrasilBrasil ((subsub--tropical) tropical) > 1,2 > 1,2 mm²² /persona /persona (experiencia: Rot(experiencia: Rotáária do Brasil) ria do Brasil)
Efluentes especiales Efluentes especiales (aguas grises, negras, efluentes industriales/ (aguas grises, negras, efluentes industriales/ e agroe agro--industrialesindustriales necesitan un cnecesitan un cáálculo mas adaptado a cargas: lculo mas adaptado a cargas:
Europa Europa 25 g DQO/m25 g DQO/m²² * d * d ((recomendacirecomendacióón oficial)n oficial)Brasil, experiencia con carga Brasil, experiencia con carga 7575 g DQO/ mg DQO/ m²² * d * d -- (35 g DBO(35 g DBO55/ m/ m²² *d)*d)
ALTERNATIVA ALTERNATIVA CCáálculo a travlculo a travéés del USO de OXIGENIO s del USO de OXIGENIO OxidaciOxidacióón bioln biolóógica de DQO/DBOgica de DQO/DBO55 (proceso heterotr(proceso heterotróófico) fico) OxidaciOxidacióón bioln biolóógica de Amonio para Nitrato (autotrgica de Amonio para Nitrato (autotróófico) fico)
4. Cuesti4. Cuestióón de pren de pre--tratamiento tratamiento ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Pré-tratamiento - objetivo: Separación de sólidos 1. Tanque séptico (anaeróbico)
Separa los sólidos y trata los parcialmente anaeróbico
Desventaja : Necesidad frecuente de sacar el lodo acumulado e olor
4. Cuesti4. Cuestióón de pren de pre--tratamiento tratamiento ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Solución alternativa: superficie de humedales especiales (tratamiento aeróbico)
4. Cuesti4. Cuestióón de pren de pre--tratamiento tratamiento ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Solución alternativa: separación de efluentes domésticas (agua negra y gris) tratamiento separado
Situación actual: no es un uso de agua económico tampoco ecológica!
Ecosan: separacion
Pré-tratamiento alternativa de aguas negras:Filtro de Composición de heces (tratamiento aeróbico)
Ventaja : 1. Filtración de fase liquida 2. Compostaje de sólidos
Desventaja : Manutención individual
4. Cuesti4. Cuestióón de pren de pre--tratamiento tratamiento ROTÁRIA DEL PERÚ SAC
Sistema de Tratamiento de Aguas Servidas del Centro Educativo Especial “San Christoferus” Chorillos
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: Separaci5 Proyecto: Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Proyecto para el tratamiento de desagProyecto para el tratamiento de desagüües de 55 personases de 55 personasColegio con alumnos, empleados, profesores y 2 casas de familiasColegio con alumnos, empleados, profesores y 2 casas de familias
Finalidad del tratamiento es la reutilizaciFinalidad del tratamiento es la reutilizacióón (100%)n (100%)ÁÁrea verde y huerta con produccirea verde y huerta con produccióón de frutas y verduras n de frutas y verduras
SoluciSolucióón: Separacin: Separacióón las aguas servidas y 2 humedales de tratamiento n las aguas servidas y 2 humedales de tratamiento
CocinaLavandariaPanaderia
Humedal 1 aguas grises
Humedal 2 aguas negras
Filtro aerobio de heces Trampa de grasa
Desinfección
Pozo de irrigación
Pozo de irrigación
Pozo (bomba)
Baños
Reuso de efluentes tratados
Aguas Negras:
Pre-tratamiento: Filtro aerobio
Tratamiento: Humedal flujo vertical
Pos-tratamiento: Desinfección
Aguas Grises:
Pre-tratamiento: Trampa de grasa
Tratamiento: Humedal flujo vertical
Sistema de Tratamiento de Aguas Servidas del Centro Educativo Especial “San Christoferus” Chorillos
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: Separaci5 Proyecto: Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Colegio Christoferus –Separación Aguas grises y aguas negras
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 1 Separaci5 Proyecto: 1 Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Cargas esperadasCargas esperadas
Calidad finalCalidad final garantizadagarantizada (efluente humedal 1 y 2)(efluente humedal 1 y 2)Concentraciones de DBO5 < de 20 mg/L (reducciConcentraciones de DBO5 < de 20 mg/L (reduccióón > 90% DBO5)n > 90% DBO5)Concentraciones de DQO < de 100 mg/L (reducciConcentraciones de DQO < de 100 mg/L (reduccióón > 80% DQO)n > 80% DQO)Concentraciones de SConcentraciones de Sóólidos Suspendidos Totales < de 25 mg/Llidos Suspendidos Totales < de 25 mg/L
Parámetro Carga/hab. . día Agua negra Agua gris TotalCaudal diario 125 L 3.754 l/d 2.875 l/d 6.625 l/dCarga orgánica DBO5 50 g/ hab./.d 1.500 g/d 575 g/d 2.075 g/d
Carga orgánica DQO 90 g/ hab./.d 2.700 g/d 1.035 g/d 3.735 g/dCarga de Nt 10 g/ hab./.d 300 g/d 58 g/d 358 g/dCarga de Pt 1 g/ hab./.d 60 g/d 12 g/d 52 g/dBacterias Coliformes fecales (BCF)
1,7x109
NMP/100ml5x1010
NMP/100ml <1000
NMP/100ml 5x1010
NMP/100ml
Dados para el calculo para dimensionar el sistemas (modelo del uso de oxígeno)
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 1 Separaci5 Proyecto: 1 Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Colegio Christoferus –Trampa de grasa y Filtro aerobico
Impermeabilizar!
Dentro: bolsa de malla soporte y ventilación naturalsalida para tanque
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 1 Separaci5 Proyecto: 1 Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Colegio Christoferus –Preparación humedal 1 (aguas grises)
Membrana de PVC 0,75-1mm pre-fabricada listo para ser usada
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 1 Separaci5 Proyecto: 1 Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Colegio Christoferus – humedal 1 Membrana PVC/ 1mm
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 1 Separaci5 Proyecto: 1 Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Colegio Christoferus – Humedal 1 pasaje del dreno de la geomembrana
Importante! Salida del drenaje – punto crítico
(caso de rehúso)
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 1 Separaci5 Proyecto: 1 Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Colegio Christoferus – Humedal 1 llenado con 20 cm de confitillo
Cuidado para no perforar la geomembrana!
Tubo de controle del drenaje
Protección especial drenaje
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 1 Separaci5 Proyecto: 1 Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Busca del material filtrante: arena gruesa sin polvo
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 1 Separaci5 Proyecto: 1 Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Colegio Christoferus – Humedal 1 60 cm arena gruesa
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 1 Separaci5 Proyecto: 1 Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Colegio Christoferus – Humedal 1 plantación y finalmente 10 cm más de confitillo
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 1 Separaci5 Proyecto: 1 Separacióón de efluentes domn de efluentes doméésticossticos
Gravely sand
Drainage Inlet pipe Drainage
Storm water outlets
Combinación de sistemas para el tratamiento del efluentes con flujo dependende de lluvia
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 2 efluentes con dependencia de lluvia5 Proyecto: 2 efluentes con dependencia de lluvia
Situación sin lluvia, carga hidráulica mínima
Subsurface horizontal flow
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 2 efluentes con dependencia de lluvia5 Proyecto: 2 efluentes con dependencia de lluvia
Combinación de sistemas para el tratamiento del efluentes con flujo dependende de lluvia
Subsurface + Surface flow
Situación con lluvia, nivel del agua sube
Infiltración horizontal
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 2 efluentes con dependencia de lluvia5 Proyecto: 2 efluentes con dependencia de lluvia
Combinación de sistemas para el tratamiento del efluentes con flujo dependende de lluvia
Infiltrac
ión vertica
l
Subsurface + Surface flow
Carga hidráulica máxima, nivel máxima del agua
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 2 efluentes con dependencia de lluvia5 Proyecto: 2 efluentes con dependencia de lluvia
Combinación de sistemas para el tratamiento del efluentes con flujo dependende de lluvia
Combinación de sistemas para águas con flujo dependende de lluvia
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 2 efluentes con dependencia de lluvia5 Proyecto: 2 efluentes con dependencia de lluvia
Canteros de mineralizaciCanteros de mineralizacióón del lodon del lodo
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 3 tratamiento del lodos 5 Proyecto: 3 tratamiento del lodos
Island of Norderney, Germany
year of construction: 1993
size: 50.000 hab.
aerobic sludge stabil.Sludge mineralization beds
Island of Baltrum, Germany
year of construction: 1994
aerobic sludge stabilization
size: 5000 hab.
Plants designed, build and operated by eko-plant
•• DeshidrataciDeshidratacióón y estabilizacin y estabilizacióón del lodo n del lodo -- procesos aerprocesos aeróóbicosbicos
•• No tiene partes mecNo tiene partes mecáánicas nicas
•• No necesita manutenciNo necesita manutencióón manual n manual
•• No necesita energNo necesita energíía ela elééctrica ctrica
•• ÁÁreas verdesreas verdes
•• Tiempo de 8Tiempo de 8--12 anos para determinar el destino final 12 anos para determinar el destino final del producto (lodo estabilizado)del producto (lodo estabilizado)
Ventajes de Canteros de MineralizaciVentajes de Canteros de Mineralizacióón del lodon del lodo
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 3 tratamiento del lodos 5 Proyecto: 3 tratamiento del lodos
Beschickungsende
TS-Gehalt
25 %
2 %
Schlammauflandung u. -entwässerung
Keine
Klärschlammzufuhr
Drainagewasser
End of aplication
Inbetriebnahme
Klärschlamm• Schilfpflanzen
• Pflanzensubstrat
• Drainagekies
• Abdichtung
Schlammauflandung u. -entwässerung
Drainagewasser
Drainagewasser
Beeträumung Substratverwertung
Volumenreduktion
> 95 %
Ejemplo: Cantero, Francia Ejemplo: Cantero, Francia –– operacioperacióón n
Lesperon
France
(1991)(one of thefirst sites)
sludge loading directly form the aeration tankSource: Lienard
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 3 tratamiento del lodos 5 Proyecto: 3 tratamiento del lodos
Plan Lobetal
Germany
3000 hab.
anaerobic stabilized
sludge
Source: AKUT
Ejemplo: Cantero, Alemania Ejemplo: Cantero, Alemania –– iniciaciniciacííonon
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 3 tratamiento del lodos 5 Proyecto: 3 tratamiento del lodos
Ejemplo: Cantero, Francia Ejemplo: Cantero, Francia –– final final
Source: Lienard
ROTÁRIA DEL PERÚ SAC5 Proyecto: 3 tratamiento del lodos 5 Proyecto: 3 tratamiento del lodos
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