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Conferencia en el Centro Vacacional, Apizaco, México, Viernes 13 de marzo 2009

„Ingenería Ecológica para el tratamiento de aguas residuales y lodos“

Ponente:Ing. Michael BlumbergAlemania

Blumberg EngineersGänsemarkt 1037120 Bovenden – Alemania

Temas:

-Humedales Artificiales

-Bancales de humificación de lodos

-Reuso de agua tratada

-Saneamiento de ríos

User

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http://www.blumberg-engineers.com/

Definición “Humedal artificial”

Bancales de carrizo para tratamiento de lodo,

Tequexquitla

Sistemas de ingeniería, diseñados y construidos para utilizarlas funciones naturales de la vegetación de humedales, delos suelos y de sus poblaciones microbianas, para laeliminación de contaminantes en aguas superficiales,subterraneos o de residuos (ITRC 2003)

Phragmites communis

La función de las plantas y de su sistema radicular

Raices y rízomas del carrizo

Otros especies helofíta como junco y carex, que tolerancondiciones de suelos saturados de manera continua(condiciones anaerobicas) también se usan.

La vegetación emergente suministra oxigeno als sustrato ypermite el desarrollo y crecimiento biológico de bacterias yhongos (fungi), para que se acumulen en las superficies de lasraices, y para que formen una película biológica pegada a lasparticulas del sustrato,

La función de las plantas y de su sistema radicular

Cyperus papyrus, Parque ecológico Xochimilco

Carex spp, Parque ecológico Xochimilco

Ventajas de Humedales Artificiales

1. Son eco-sistemas de autoregulación, con pocas componentes eléctricos o mecánicos. No requieren la adición de quimicos.

2. Sistemas des-centralizadas: Gran ahorro de inversión en el sistema de alcantarillado.

3. Bajos costos energéticos y de mantenimiento

4. No hacen ruido, no huelen,

5. Mucho menor producción de lodos.

6. Toleran fluctuaciones en el flujo de agua y la concentración de contaminantes.

7. Regeneración natural, larga vida útil (hasta 50 años)

8. Capacidad de tratamiento para una amplia variedad deefluentes, tanto domestico como industrial.

9. Se integran en el paisaje y ofrecen un alto potencial para la conservación de fauina y flora (proporcionan habitat).

10. Muchas veces menor requerimiento de capital

11. Mejoran los aspectos estéticos de espacios abiertos.

12. Proporcionan oportunidades recreativos y de educación.

Ventajas de Humedales Artificiales

1. Generalmente requieren una mayor superficieque sistemas convencionales de tratamiento.

2. Pueden tolerar temporalmente el abatamiento delnivel de agua, pero no un secamiento completo(se requiere un flujo base de agua)

3. El nivel de evapo-transpiration de losmacropfitos acuaticos en los humedales detratamiento es alto, por lo cual se reduce lacatidad de agua disponible para el riego.

Principales limitaciones para el uso de humedales artificiales

Tanque septico

Bombeo

Entrada

Salida

Sistema de bancal de carrizoFlujo sub-superficial vertical

Ejemplo de los estratos de un bancal de carizo con flujo vertical

Sistema de bancal de carizo

Material de filtro

Drenaje

Septic tankSoil filter

Inlet

Outlet

Sistema de bancal de carrizo

Flujo sub-superficial horizontal

Eficiencia de humedales artificialesEficiencia general de Humedales Artificiales en países del mediteráneo

Source: Masi, F. and Martinazzi, N. in: Sustainable Watermanagement 1-2007

Tipo de Humedal Carga orgánica

Nitrógeno Amonio Sólidos totales

Patógenos

Flujo horizontal 73 – 99 23 – 67 18 – 76 59 – 96 94 – 99.99

Flujo vertical 52 – 95 ---- 78 – 99 48 – 98 96 – 99.9

FWS 11 – 63 21 – 76 15 – 82 36 – 67 90 – 99.999

Sistema híbrido 86 – 99 43 – 89 85 – 96 72 – 84 98 – 99.9995

VF raw ww 82 – 99.7 66 - 98 85 95 – 99.8 -----------

Prueba de permeabilidad de la arena

Para bancales de flujo verticalcon una carga hidráulica de 40– 80mm por día, el tiempo deinfiltración no debe ser mayor a150 segundos.

Para cargas hidráulicasmayores, las arenas debendrenar 500ml en 50 a 100segundos bajo condicionessaturados. Infiltracionesmenores ya no son confiables.

Principios básicos para el diseño

Establecer curva granulométrica de la arena

Source: Ökolog Geller und Partner


Valores estándar en Alemania para el diseño de humedales artificiales con flujo vertical (agua residual doméstica)

Flujo vertical no saturado

• cargas hidráulicas intermitentes (4 – 12 aplicaciones/d)

• carga hidráulica total (80 – 120 mm / d)

• profundidad del bancal >= 50 cm

• sólidos filtrables <= 5 g / (m² x d)

Source: FLL / IÖV – Regelwerk 2008


Remoción de la capa vegetativa

Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania)

1. Humedales artificiales

Estudio de suelo y sub-suelo



Drenaje del sub-suelo Excavación y bordos



ImpermeabilizaciónImpermeabilización



Ínstalación del sistema de drenaje Colocación de la capa de grava



Colocación del cuerpo de filtro de arena



Instalación del sistema de distribución Construcción del tanque séptico



Sistema de distribución 1 mes después de plantar carizo



2 meses después de la plantación del carizo

1. Tratamiento de agua residual doméstico

Sistema de tratamiento para 3000 habitantes (Alemania)

Proyecto de la Feria Mundial Expo 2000 Hanover, Alemania

Bancales para el trata-miento de lodos

Sistema de humedales arti-ficiales (bancales de carizo)

Biotopo de amortiguamiento de escurrimiento pluvial

Humedal artificial para 4000 habitantes (Irán)

Pretratamiento:

- Rejilla, Estación de bombeo- Tanque de sedimentación con almacén separado de lodos- Distribuidor mecánico de ascensor de vacuo (cero energía)

Sistema de tratamiento:

- 8 bancales de carrizo- Sistema de doble paso- Flujo vertical- Reuso del agua tratada para riego

Tratamiento de lodos en bancales de carrizo

Requerimiento de superficie, sin tratamiento de lodos: 9000 m²


Humedal artificial para 4000 habitantes (Irán)

Después de la plantación del carizoDespués de la construcción


Valores Efluente (2008):

DQO < 30mg/lDBO5 < 18 mg/lNH4-N < 5 mg/lTSS < 3 mg/l


4000 Habitantes (Irán)

1. Humedales artificiales6000 habitantes (Shenyang, China), Nueva Unidad Habitacional

Planeación: 03 – 05/2003, Construcción: 05 – 10/2003

■ Pre-tratamiento

- Rejilla - Tanque de sedimentación con almacén separado de lodos- Prefiltro mecánico y estación de bombeo

■ Tratamiento biológico: 3 bancales de carrizo con un distribuidor sub-superficial y flujo vertical

■ Tratamiento de lodos en bancales de carrizo, fuera de la construcción■ Desalojo en un biotopo posterior de tratamiento de agua pluvial

■ Requerimiento de superficie, sin tratamiento de lodos: 8000 m²

■ Particularidades:

- 3 meses periodo de heladas hasta – 30°C- Por primera vez se instaló un sistema especial de distribución de agua residual con protección contra la inserción de raíces y colmatación biológica (bio-pelicula)


Después de la plantación del carrizoDespués de la construcción

2006/07 Influente Efluente

DQO cromate 191,0 mg/l 11,8 mg/lNH3-N 39,2 mg/l 1,07 mg/lTotal P 4,61 mg/l 0,37 mg/lDQO5 69,63 mg/l 11,00 mg/l


Rehabilitacion y ampliacion de plantas convencionales

Bancales de carizo para tratamiento de lodo

Alemania, 4000 Habitantes

Humedales artificiales, Flujo vertical

Sistema primario y secundario con filtros de percolación

Filter pond con islas flotantes


Tratamiento de aguas residuales industriales


(ICI Zeneca / Inglaterra) / 70,000 m²1. Lixiviados de rellenos sanitarios

y plantas de composta

2. Desechos de refinerías petroleras

3. Acid mine drainage

4. Agroindustria

5. Industria papelera

6. Industria textilera

■ Los lodos de aguas residuales domesticas contienen unalto porcentaje de agua entre 97% y 99%. En forma liquidase aplican sobre los bancales, y las plantas de carrizocrecen por el lodo sobrepuesto, desarrollando una densared de raíces en el sustrato.

■ Esto fomenta el proceso de deshidratación y el lodo estásometido a una constante conversión a un material tipotierra humificada y mineralizada.

■ La deshidratación está forzada por la evapotranspiracióny particularmente por el sistema de drenaje al fondo delbancal impermeabilizado.

2. Bancales de mineralización/humificación de lodos

■ En Alemania ya existen entre150 - 200 Bancales demineralización de lodos.


■ Planta “Simmern”, 32800 Hab, Superficie 19000m2, Profundidad: 2,5 m,

Volumen útil 50350 m3

La función del carrizo

■ Las plantas del carrizo transportan el oxígeno por el tallo a la zonaradicular, lo que induce el desarrollo de una extensa flora debacterias. La actividad microbiana fomenta la mineralización parcialde la materia orgánica del lodo.

■ El carrizo aumenta la conductividad del agua en la zona deenraizamiento, lo que apoya la auto-deshidratación y la percolacióndel agua hacia sistema de drenaje al fondo del bancal.


■ Aplicación intermitentesegún un esquema específico.

■ La carga de aplicacióndepende del contenido demateria seca del lodo fresco.

■ Por metro cuadrado desuperficie se puedetransformar la cantidad delodo equivalente de 2 a 4habitantes.

Técnica de aplicación


■ Deshidratación del lodo fresco hasta uncontenido de materia seca de aproximadamente50%, y una reducción del volumen a solo 10% delvolumen inicial.

■ Primera excavación y remoción del materialmineralizado en los bancales después de 8 a 12años de operación, y con un nuevo rellenosubsecuente.

■ Producción de un material deshidratado ymineralizado con una gran variedad de alternativasde aplicaciones y re-usos en la agricultura,trabajos de recultivación de paisajes, viveros etc.

Resultados y ventajas


„Proyecto AASCA: Re-uso de agua tratada(Tepépan, México, D.F.)

■ Proyecto piloto para tratar el aguaresidual del asilo de ancianos AASCAcon 100 habitantes, y reusar el aguatratada para el riego del parque y áreasverdes.

■ Se aplica un sistema combinado entreuna pequeña planta SBR AQUAmaxXL100, y un bancal de carrizo para laposterior sanitizacíon del agua tratada.

■ Se integrará un almacén subterráneo,que permite la recirculación y elconstante abastecimiento de aguatratada para el riego suplementario.

Sistema: Combi-clear water system

Proyecto AASCA

Concepto Inovador de Blumberg Engineers para proyectos de re-uso de agua tratada.

4. Saneamiento natural de río y lagos

■ En ciertos casos, una opción para elsaneamiento de ríos y lagunascontaminados puede ser el tratamientodirecto del agua del río en “Jardineshúmedos” a lo largo de las orillas de losríos.

Zonas aptas para el establecimiento de jardines húmedos de orillas de ríos

Salida del agua tratadaal río

9.4 Humedales artificiales a la orilla


Manguera de distribución

Sistema de la circulación de agua impura del río en un parque rosal, Changzhou (China)

Source: Ökolog Geller und Partner


Muchas gracias por su atenciónIngenieurbüro BlumbergGänsemarkt 10

D-37120 Bovenden - Germanye-mail: [email protected]

Arundo donax

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