capítulo 8 tratamiento acuático

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente -Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas

Comunidades. Autor: Ing. Claudia Patricia Gómez Rendón - 2012

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Los humedales y sistemas acuáticos corresponden a sistemas de tratamiento de

aguas residuales de origen orgánico principalmente utilizando plantas acuáticas

siendo representativos los humedales artificiales, plantas acuáticos flotantes y la

combinación entre humedales – plantas.

Lección 36. Plantas acuáticas

El uso de plantas acuáticas para el tratamiento de aguas residuales tiene como

propósito además de reducir costos, dada la economía que representa este tipo

de alternativas de depuración de agua, presentar efluentes de buena calidad

susceptibles de usar en fines como la acuicultura.

36.1 Tipos de plantas

36.1.1 Jacinto de agua. (Eichornia crassipes). Es un tipo de vegetación flotante, conocida

también como oreja de mula o lirio de agua, propia de climas cálidos y frios. Gracias a

que en su tallo se encuentra aire, puede flotar la planta, Las hojas son alargadas, de

color verde brillante. Es una planta de flor aunque de corta duración. Se reproduce

fácilmente, bajo temperatura óptima de crecimiento, duplicando su biomasa en un periodo

relativamente corto (menos de un mes) lo que obliga a su control permanentemente. Es

resistente a plagas y enfermedades; a través de su raíz toma todos los nutrientes del

agua




Figura 30. Jacinto de agua Tomado de http://www.atlas.eea.uprm.edu/sites/default/files/

Jacinto%20de%20agua-Eichhornia%20crassipes_0.pdf

36.1.2 Lenteja de agua. (Lemna minor L sp). Planta angiosperma, monocotiledónea,

que en su estructura es plana verde y con una sola raíz de color blanco. El talo

se ha considerado como un tallo modificado, hoja tallo o una hoja. Se desarrolla

en temperaturas entre los 5 y 30° C, presentado óptimo crecimiento cuando se

encuentra entre los 15 y 18 °C. Se adapta fácilmente a las condiciones de luz.

En presencia de nutrientes crece rápidamente aunque cuando se presentan trazas

de hierro su desarrollo se torna lento ya que este elemento se vuelve una

limitante.

Figura 31. Lenteja de agua

Tomado en 2012 de http://fichas.infojardin.com/acuaticas/lemma-minor-lenteja-de-agua-lentejas-agua.htm

http://www.atlas.eea.uprm.edu/sites/default/files/

http://fichas.infojardin.com/acuaticas/lemma-minor-lenteja-de-




36.1.3. Espadaña. (Typha latifolia) Conocida también como Totora, Enea, Anea, Junco,

Bayón, Bayunco, Bohordo, Henea, Junco de la pasión, Maza de agua. Su crecimiento se

dá hacia los bordes de las masas de agua, pantanos, esteros y cunetas. Su crecimiento

es de aproximadamente 2.5 metros y su enraizamiento es pequeño, no supera los 40 cm,

haciéndola bastante frágil antes los eventos del clima. Tiene una alta sensibilidad a las

aguas de baja calidad por lo que aguas bien aireadas son ideales para su desarrollo.

Figura 32. Espadaña. Tomado de

http://fichas.infojardin.com/acuaticas/typha-latifolia-

totora-enea-anea-junco-bayon-bayunco.htm

36.1.4 Cañas. Son gramíneas, de tallo leñoso, gran altura: su principal exponentes

es la Phragmatis communis que se caracteriza por su rápido crecimiento.

Lección 37. Tratamiento con jacinto de agua

Se ha utilizado este tipo de plantas acuáticas para remoción de contaminación.

Usualmente se han implementado en las lagunas de estabilización para efectos

de mejorar su eficiencia de remoción ya que se caracterizan por remover metales

pesados, nutrientes, pesticidas y otros contaminantes orgánicos. (Romero R., J.,

2005).

http://fichas.infojardin.com/acuaticas/typha-latifolia-




37.1 Criterios de diseño

Profundidad adecuada que garantice contacto entre el agua residual y la

planta

La frecuencia de limpieza y/o cosecha depende de la calidad del agua

residual a tratar y de la tasa de crecimiento de la planta

Tabla 42. Criterios de diseño sistemas de tratamiento con jacinto de agua

Criterio Valor Calidad del efluente

Aguas residuales crudas

DBO ≤ 30 mg/L

SS ≤ 30 mg/L

Tiempo de retención >50d

Carga hidráulica 300 m3/m2 -d

Profundidad ≤ 1.5 m

Carga orgánica ≤30 kg DBO/ha -d

Número de lagunas >2

Longitud/ancho >3:1

Efluente secundario

Tiempo de retención >6d DBO ≤ 10 mg/L

SS ≤ 10 mg/L

P ≤ 5 mg/L

N ≤ 5 mg/L

Carga hidráulica 800 m3/m2 -d



Longitud/ancho >3:1


Fuente: Tomado de (Romero R., J., 2005; pág 891)




Tabla 43. Criterios de diseño sistemas de tratamiento de aguas residuales crudas

con jacinto de agua

Criterio Valor Calidad del efluente

Tiempo de retención 10d

DBO ≤ 30 mg/L

SS ≤ 30 mg/L

Carga hidráulica 1000 m3/ha -d




Longitud/ancho >3:1


Lección 38. Tratamiento con humedales

con espejo de agua

Son sistemas de tratamiento de agua donde se utilizan plantas para la remoción

de la contaminación, tratamiento secundario y tratamiento de aguas para riego.

Usualmente son conocidos como humedales artificiales con espejo de agua.

Los humedales con espejo de agua son áreas donde la planta emergente está

inundada hasta una profundidad de 10 – 45 cm. Son propios de ella los juncos,

las cañas y la espadaña.

La vegetación, sus raíces y tallos al estar sumergidos sirven como medio de

soporte de crecimiento bacterial reduciendo el potencial de crecimiento de algas

y oxígeno.





Tabla 44. Criterios de diseño humedales con espejo de agua

Criterio Valor

Tiempo de retención para remoción de DBO – d 2- 15

Tiempo de retención para remoción de nitrógeno – d 7- 14

Carga de DBO – kg/ha – d <112

Carga hidráulica para remoción de nitrógeno – mm/d 7.5 – 62.5

Profundidad - cm 10 - 60


Tamaño mínimo – m2/m3-d 5 - 11

Longitud/ancho 2:1 – 4:1


La remoción de sólidos suspendidos se realiza mediante la utilización de la

ecuación 38.1

)10*3.31139.0( 4CHSSASSE

38.1

Donde:




SSE = Sólidos suspendidos totales en el efluente – mg/L

SSA = Sólidos suspendidos totales en el afluente – mg/L

CH = Carga hidráulica – cm/d

La remoción de nitrógeno en el humedal se realiza mediante la nitrificación y

denitrificación. La remoción del nitrógeno amoniacal se obtiene aplicando la

ecuación 38.2

kt

oe eNN 38.2

Ne = Concentración de nitrógeno amoniacal en el efluente – mg/l

No = Concentración de nitrógeno amoniacal en el afluente – mg/l

k = 0.22 d-1 a 20 °C

t = Tiempo de retención – d

Para utilizar la ecuación 38.2 se supone que el nitrógeno amoniacal del efluente

es el nitrógeno Kjeldhal, teniendo en cuenta que todo el nitrógeno se convertirá

en amoniacal.

Para corregir k por temperatura se puede usar = 1.048 en la ecuación de

Arrhenius. Cuando el nitrógeno está e forma de nitrato, se puede utilizar la

ecuación 38.2 siempre que k = 1 d-1 y = 1.15 (Romero R., J., 2005).

La remoción de nitrógeno debe verificarse utilizando la ecuación 38.3 así:

75.1)ln( 61.0193.0 CHNN ot

38.3




Donde:

Nt = Concentración de nitrógeno total del efluente – mg/L

Co = Concentración de nitrógeno total del afluente – mg/L

CH = Carga hidráulica – cm/d

Entre tanto, la remoción de fósforo se obtiene mediante la utilización de la

ecuación 38.4

CHK

oe eCC /

38.4

Donde:

Ce = Concentración de fósforo del efluente – mg/L

Co = Concentración de fósforo del afluente – mg/L

CH = Carga hidráulica promedio anual – mm/d

K = 27.4 mm/d





sin espejo de agua - flujo subsuperficial

El agua fluye por debajo de la superficie entre un medio poroso sembrado de

plantas emergentes. Tal medio es grava y arena en espesores de 0.45 a 1 m y

con pendiente entre 0 y 5%. La principal ventaja de este tipo de humedales es

su menor requerimiento de área frente a otros tratamiento acuáticos como los

humedales sin espejo de agua, flujo superficial y el mismo humedal con espejo

de agua.


Tabla 45. Características del medio poroso

Medio Tamaño efectivo

(mm)

Porosidad Conductividad

Arena media 1 0.30 500

Arena gruesa 2 0.32 1000

Arena y grava 8 0.35 1500

Grava media 32 0.40 10000

Grava gruesa 128 0.45 100000





Tabla 46. Criterios de diseño humedales de flujo subsuperficial

Criterio Valor

Tiempo de retención – d 3- 4

Carga de DBO – kg/ha – d <112

Carga hidráulica superficial – m3/ha -d 470 - 1870

Profundidad - cm 30 - 60

Profundidad del medio – cm 45 - 75


Para conocer el rendimiento del humedal, se utiliza la siguiente ecuación:

Kt

oe eCC 39.1

Donde:

Ce = Concentración del efluente – mg/L

Co = Concentración del afluente – mg/L

K = Constante de remoción – d-1

t = Tiempo de retención – d

Para remover la DBO se utiliza la ecuación 39.2 a fin de conocer el valor de K




)31.37( 172.4

20 eKK o 39.2

Donde:

Ko = Constante óptima de remoción para medios con raíces desarrolladas

= 1.839 d-1 para aguas residuales domésticas

K20 = Constante a 20 °C – d-1

e = porosidad del medio, fracción decimal

El área de la sección transversal, se obtiene mediante la utilización de la

ecuación 39.3

L

hKAQ t

39.3

Donde:

Q = Caudal – m3/s

K = Conductividad eléctrica del lecho. (Para diseño se toma el 10% del valor

de la tabla 44

At = Área sección transversal del lecho - m2




L

h

= Pendiente del lecho


sin espejo de agua - flujo superficial

En los humedales de flujo superficial conocido también como humedal de flujo

libre superficial el agua fluye sobre la superficie del suelo con vegetación

perdiéndose en algunos casos el agua por evapotranspiración y percolación.

401. Criterios de diseño

El criterio de diseño en el que se fundamenta este tipo de humedales es en el

de la ecuación de Manning que define flujos en canales abiertos.

La velocidad de flujo está relacionado con la profundidad del agua, pendiente de

la superficie y la vegetación.

2

1

3

21

Syn

v 40.1

Donde:

V = Velocidad de flujo – m/s

n = Coeficiente de manning – s/m

y = Profundidad del agua en el humedal – m




S = Gradiente hidráulico – m/m

El coeficiente de Manning se puede calcular utilizando la ecuación 40.2

2

1

y

an 40.2

Donde:

a = Factor de resistencia – s * m1/6

= 0.4 s * m1/6 para vegetación escasa y profundidad de agua residual y

>0.4 m

= 1.6 s * m1/6 para vegetación moderadamente densa y profundidad de

agua residual y = 0.3 m

= 6.4 s * m1/6 para vegetación muy densa y capa de residuos en

humedales donde la profundidad del agua residual y = 0.3 m

La longitud de la celda del humedal es igual a

3

2

2

1

3

8

86400*

aQ

myAL s 40.3

Donde:

Q = Caudal – m3/d

W = Ancho de la celda del humedal – m

As = Area superficial de la celda del humedal – m2

L = Longitud de la celda del humedal – L

m = Pendiente del fondo del lecho - %




Referencias Bibliográficas

Gómez R., C. (2012) Módulo Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas Comunidades. Bogotá – Colombia, Escuela de Ciencias Agrarias, Pecuarias y de Medio Ambiente, Ingeniería Ambiental, ECAPMA, UNAD. Romero R., J. (2005). Tratamiento de aguas residuales (Primera reimpresión ed.). Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería.

Webgrafía

Jacinto de agua. Recuperado el 13/10/2013 de http://www.atlas.eea.uprm.edu/plantas/jacinto-de-agua Lenteja de agua. Recuperado el 11/10/2013 de http://fichas.infojardin.com/acuaticas/ lemma-minor-lenteja-de-agua-lentejas-agua.htm

Totora o Junco. Recuperado el 11/10/2013 de http://fichas.infojardin.com/acuaticas/typha-latifolia- totora-enea-anea-junco-bayon-bayunco.htm

http://www.atlas.eea.uprm.edu/plantas/jacinto-de-agua

http://www.atlas.eea.uprm.edu/plantas/jacinto-de-agua

capítulo 8 tratamiento acuático

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