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Tecnologia Ecologica EAA de Humedales Sub-Superficiales en Perú.

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES A TRAVÉS DE

HUMEDALES ARTIFICIALES

PROYECTOS DE BAJO COSTO DE P.T.A.R (PERÚ)

EAA Eco Agua América S.A.C


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INTRODUCCIÓN

Tecnologías sostenibles como la tecnología Eco-agua para la potabilización el tratamiento de las aguas residuales y su reutilización.

El uso de esta tecnología sostenible es indispensable para avanzar hacia una mayor cobertura, desde la captación de agua servida, su tratamiento y depuración con tecnología ecológica y poco costosa y cumpliendo el ciclo integral del el reusó en la agricultura local. Ante la evidente crisis del agua mundial hace falta realizar una gestión eco sistémica del agua, siguiendo los principios del desarrollo sostenible. Esta gestión debe basarse en el ahorro, el reuso y la no contaminación del agua dentro de una planificación Sostenible del territorio y una gestión integrada. Por otra parte, los sistemas convencionales de potabilización y depuración requieren de numerosos equipos y sistemas electromecánicos que producen costos de explotación y mantenimiento elevados. La implantación de estos sistemas plantea grandes dificultades en países como los nuestros en vías de desarrollo, por lo que las tecnologías sostenibles de bajo costo se convierten en una alternativa viable. El Perú en vías de desarrollo, las limitaciones económicas para la implantación de sistemas convencionales de potabilización y de depuración, hacen que el porcentaje de efluentes depurados sea bastante escaso. Las tecnologías sostenibles para el tratamiento del agua se basan en procedimientos naturales de depuración que no requieren de aditivos químicos. Eliminan las sustancias contaminantes usando vegetación acuática, el suelo y microorganismos. Como ejemplo de tecnología sostenible cabe destacar los humedales construidos, sistemas de depuración naturales donde los procesos de descontaminación son ejecutados simultáneamente por componentes físicos, químicos y biológicos. Requieren de una superficie de tratamiento entre 15 y 20 veces superior a las tecnologías convencionales, y por ello su uso está en general limitado a la disponibilidad de terreno con un costo asequible, generalmente en zonas rurales. Finalmente, dentro de una gestión integral y sostenible del agua es fundamental tener en cuenta el reusó de aguas. Una vez las aguas son regeneradas, éstas son especialmente indicadas para una gran variedad de usos municipales, industriales, agrícolas, recreativos y para la recarga de acuíferos. Sin lugar a dudas, el reusó de aguas es una opción que ayuda a promover un uso sostenible del agua.


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HUMEDAL ARTICIAL ECO-AGUA

Los proyectos ECO AGUA AMERICA (EAA) desarrollan una tecnología basada en la implantación de humedales artificiales, incluido en los sistemas de fitodepuración, para la depuración de aguas residuales que admiten vertidos de diversa índole (urbana, industria agroalimentaria, lixiviados de origen orgánico e inorgánico, etc).

La experiencia a nivel mundial avala su capacidad y adecuación a determinados contextos:

Es un sistema combinable con cualquier otro método de depuración, que consigue la eliminación complementaria de nutrientes y metales pesados, entre otros múltiples beneficios.

Dentro de los sistemas de bajo coste, la disponibilidad de un área para su instalación es menos determinante que si adoptamos otro tipo de sistema ecológico, debido a un mayor rendimiento por unidad de superficie.

Los humedales EAA representan una excelente solución para pequeñas comunidades rurales.

ANTECEDENTES EN EL USO DE HUMEDALES ARTIFICIALES

2.1. H.A. a nivel internacional

El empleo de humedales artificiales o constructed wetlands, como son conocidos a nivel internacional, es una elección ampliamente adoptada en gran parte del mundo y con larga experiencia que se remonta a más de tres décadas en Norteamérica y Europa central.

El inicio de esta tecnología puede situarse en las patentes del alemán K. Seidel del Max Planck Institute, con los sistemas conocidos como "reed bed treatament system" (RBT) y "root zone method" (RZM), cuyas investigaciones comenzaron en la década de los cincuenta y se desarrollaron en las dos décadas posteriores. Francia, Reino Unido, y otros países de Europa se fueron instalando plantas de este tipo, hasta la creación en 1985 del Grupo Europeo de Sistemas de Tratamiento mediante Hidrófitas Emergentes (EHTS). Por su parte, en EEUU, estudios e investigaciones realizadas sobre humedales a escala real han aportado numerosa documentación y manuales de implantación de dichos sistemas, editados por al EPA. (Environmental Protection Agency).

Sistemas de fito-depuración en Europa


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Fuente: IRIDRA


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2.2. La experiencia de los sistemas ecoagua

La tecnología ecoagua tiene su origen en la Provincia de Quebèc (Canadá),

donde diversos sistemas basados en humedales artificiales se han aplicado a la depuración de aguas residenciales, urbanizaciones, agricultura, zonas verdes, campos de golf, hospedaje rural, etc.

Gracias a dichas experiencias los expertos de ecoagua han constatado el papel

relevante de la vegetación1 y el sustrato2 empleados en los procesos de depuración. Los rendimientos son elevados, de manera que superan en gran medida los objetivos planteados en un tratamiento secundario, y en su caso, los parámetros estipulados por la administración canadiense. La tecnología ecoagua, por tanto, es susceptible de ser empleada como tratamiento secundario y/o tratamiento terciario, en cuyo caso es una opción limpia en términos medioambientales y mucho más económica que tratamientos terciarios convencionales.

Límites Máximos Permisibles para los Efluentes en Perú

Parámetros

Unidad LMP de Efluentes para

Vertidos a Cuerpos de Agua

Rendimiento Humedal Eco-Agua (Terciario)

Aceites y grasas mg/L 20

0,5

Coliformes Termo

tolerantes

NMP/100mL 10.000 0

DBO5 mg/L 100 2

DQO mg/L 200 95

Ph Unidad 6.5-8.5 7.5

SOLIDOS Totales en

Suspensión

mg/L 150 2

Temperatura ºC <35 < 14

1 ecoagua utiliza plantas helófitas, en concreto Phragmites sp., capaz de vivir en diferentes condiciones

climatológicas, tanto de carácter continental. 2 El sustrato empleado por ecoagua reúne una serie de características fundamentales para la eficacia de

los procesos en los cuales se ve implicado, obtenido a través de dichas experiencias.


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2.3. H.A. en Perú

Son muchas las experiencias y los estudios que se están llevando a cabo en diversas partes del mundo y universidades. Desafortunadamente es un tipo de tratamiento que todavía se considera en nuestro país en fase inicial. Los intereses creados en torno a una depuración convencional que en absoluto responde a las necesidades reales de depuración de las pequeñas localidades que configuran nuestro paisaje demográfico, dificultan el desarrollo de este tipo de depuración.

El modelo de gestión de aguas residuales ha priorizado la unificación de saneamiento y depuración de poblaciones medianas y dispersas (con el consecuente encarecimiento e impacto medioambiental en el trazado de largas líneas de colectores), y la construcción de depuradoras convencionales finalmente ineficaces y en muchas casos inoperativas, debido a su abandono por el alto coste de mantenimiento.

En cualquier caso son cada vez más las comunidades que ante la necesidad de preservar la calidad de sus recursos hídricos en un contexto realista de dispersión demográfica y alto costo de los modelos tradicionales apuestan por las técnicas de fitodepuración.


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ODJETIVO :

La construcción de plantas de tratamiento de aguas residuales con

humedales artificiales tecnología EAA, son una solución a los vertidos directos a cuerpos de agua, que lo contaminan por diferentes agentes contaminantes. Las aguas una vez tratadas se podrán reutilizar para el riego o su devolución al cauce del rio, mejorando (ver tabla comparativa) los límites máximos permitidos para los efluentes. Decreto Supremo nº 003-2010-MINAM .

Esquema ejemplo de proyecto EAA:

PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO PRIMARIO

SISTEMA DE

HUMEDAL ECOAGUA SECUNDARIO

TERCIARIO


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3. JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS DE LA TECNOLOGÍA ECOAGUA Empleando sistemas de fitodepuración, como el empleado por la tecnología ecoagua, para tratar las aguas servidas se persiguen los siguientes objetivos:

El empleo de sistemas tradicionales en la depuración de pequeñas y medianas poblaciones no cumple con dichos en objetivos en cuanto a los siguientes apartados:

Prueba de ello es que numerosas estaciones no llegan a cumplir su función o son abandonadas.

Preservar los recursos hídricos con tecnologías adecuadas al contexto de pequeñas y medianas poblaciones.

Obtener agua depurada con parámetros de calidad óptimos tal y como establece el Decreto Supremo nº003-2010-MINAN, sobre el tratamiento de las aguas servidas urbanas para zonas sensibles.

Crear un elemento de depuración respetuoso con el medio ambiente, de fácil integración paisajística y bajo consumo energético.

Emplear sistemas de depuración duradero y mantenimiento sencillo, carente elementos electromecánicos caros de sustituir.

Asumir las oscilaciones de carga orgánica e hidráulica en entrada, típica de pequeños y medios núcleos de población

Sobredimensionados para pequeñas poblaciones cuyas aguas hasta ahora no eran tratadas o apenas recibían un tratamiento primario, y que acaban solucionándose con reunificación de largas líneas de colectores igualmente costosas.

Costes elevados de ejecución y mantenimiento

Sensibles a la variabilidad de carga orgánica y caudal (por lo general mucho mayor en época estival)

Impacto paisajístico negativo

Consumo energético elevado respecto a sistemas alternativos sin olvidar las repercusiones medioambientales que conlleva

Necesidad de mano de obra especializada que no siempre se encuentra en los núcleos de población local


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4. DESCRIPCIÓN DEL HUMEDAL ECOAGUA

4.1. Clasificación de Humedales Artificiales

Los sistemas de humedales se describen típicamente por la posición de la superficie del agua y/o el tipo de vegetación presente.

Así, según el tipo de macrófitas utilizadas (Brix 1993) los sistemas serán de macrófitas flotantes (lenteja de agua, jacinto de agua, etc.), macrófitas arraigadas sumergidas, macrófitas arraigadas emergentes (espadañas,eneas, juncos,carrizos), etc.

Los sistemas de macrófitos arraigados emergentes, pueden clasificarse según el

recorrido hidráulico de las aguas residuales en dos tipos básicos3

Sistemas con flujo superficial (FWS: Free Water System), donde el agua fluye sobre la superficie del suelo. Este tipo de humedal artificial se construye cuando, a parte del tratamiento del agua, se pretende crear un hábitat para la vida silvestre.

Sistemas con flujo subsuperficial (SFS: Subsurface Flow System), los cuales a su vez pueden diferenciarse en flujo horizontal o vertical, donde el agua fluye por bajo la superficie del suelo.

En este tipo de sistemas de flujo subsuperficial se basa la tecnología ecoagua. Estos por una parte requiere menos superficie, al ser más eficientes, y, al circular el agua por debajo, se evitan problemas de olores y mosquitos, haciendo accesible a visitas la zona donde se emplaza el mismo.

3 Clasificación básica considerada por al EPA


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Notas:


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4.2. Humedales ECOAGUA en pequeñas y medianas poblaciones

Poblaciones de menos de 5.000 hab.eq.

Los humedales ecoagua se adaptan a las condiciones de los pequeños municipios de menos de 5000 hab.eq., asegurando una depuración óptima que no requiere mano de obra especializada, y cuyo mantenimiento en este sentido es fácil de acometer.

Tras un pretratamiento y tratamiento primario, se dispone el sistema de humedales que tendrá una superficie aproximada de 3m2/hab.eq.,con el capaz de asumir un amplio margen en el valor de los caudales y la carga elemento de protección y óptimo uso ante fenómenos torrenciales no genera lodos, evitándose la gestión de los mismos.

Poblaciones mayores de 5000 hab.eq. Los humedales artificiales se combinan con instalaciones convencionales, ya sea de tipo físico/químico o métodos de oxidación, para el tratamiento terciario del agua, consiguiendo la compatibilidad de su vertido con el cauce receptor u otros usos posteriores.

HUMEDAL ECOAGUA

PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO

PRIMARIO

TRATAMIENTO SECUNDARIO

PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO

PRIMARIO

SISTEMA DE HUMEDALES

ECOAGUA


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Los principales objetivos son:

4.3. Elementos que constituyen el humedal ecoagua

Un humedal artificial emula la capacidad autodepurativa de los ecosistemas hídricos naturales, a través de la recreación de un ecosistema artificial, de manera que los factores que intervienen en el proceso son controlables, pudiendo equipararse a un reactor biológico tipo “proceso biopelícula sumergida” (A.Lahora)

Los distintos elementos que constituyen un H.A. (sustrato, vegetación, microorganismos desarrollados en este ambiente y el propio flujo del agua a tratar), interactúan ofreciendo a la salida un agua cristalina con óptimos resultados de los diversos parámetros de calidad.

A continuación se describen las funciones de los elementos que constituyen un

humedal ecoagua:

Sustrato

Vegetación

Oxigenación del medio forzada

Flujo del agua

Impermeabilización

4.3.1. Sustrato

El sustrato empleado por ecoagua se compone de varias fracciones superpuestas de distinta naturaleza: gravas, arenas, fibras y sedimento orgánico; cada cual ejerce diversas funciones en el medio depurador.

En resumen, estas son las principales funciones del sustrato en el humedal:

Presenta una elevada capacidad de cambio que asegura la retención y posterior transformación del material orgánico e inorgánico.

Participa en la eliminación del fósforo, cuyo principal mecanismo de es, junto con la asimilación biótica, su adsorción (asimilación química de iones) por parte de las arcillas, y la precipitación y formación de complejos con Al, Fe y Ca presentes en los sedimentos.

Las propiedades físicas del sustrato influyen en el buen funcionamiento del humedal: la estructura y textura de las distintas capas de sustrato determinan la capacidad de circulación de aire y agua.

Reducción de fósforo, nitrógeno y de metales pesados

Reducción de sustancias orgánicas cuya biodegradabilidad es lenta siendo necesario un mayor tiempo de retención

Asegurar una acción de contención contra eventuales malos funcionamientos de las instalaciones

Actuar como como “Tanque de Tormentas”, eliminando los sólidos arrastrados y gran parte de los disueltos


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El sedimento orgánico junto con la vegetación al sustenta la población microbiana y las enzimas que participa en la descomposición mecánica y bioquímica de la materia orgánica, y en los procesos de nitrificación y desnitrificación.

Sección transversal del humedal ecoagua

4.3.2. Vegetación

Uno de los principales factores de depuración en los humedales son los helófitos (plantas capaces de arraigar en suelos anegados o encharcados, con una parte sumergida y otra aérea).

De este tipo de plantas el carrizo (Phragmites australis) y la totora (Tipha latifolia) es una especie muy interesante y empleada usualmente en este tipo de sistemas debido a su carácter rústico y a su gran variedad fenotípica, de manera que podemos encontrarla a nivel mundial en muy diferentes latitudes.

La vegetación realiza tanto actuaciones activas derivadas de la actividad fisiológica de la vegetación como actuaciones pasivas, en las que intervienen procesos físicos por efecto de su presencia en el sistema.

Actuación pasiva de la vegetación en el humedal:

Funciones de desbaste, reteniendo los sólidos gruesos arrastrados por el agua residual.

Reduce la velocidad de flujo del humedal, lo que favorece la floculación y la sedimentación de partículas en suspensión.

Actúa como soporte pasivo de microorganismos (bacterias, protozoos, algas microscópicas) y crean en sus proximidades ambientes propicios para su desarrollo (desarrollo de biopelículas).

Debido a su propio porte tienen un efecto amortiguador de las temperaturas extremas y otros fenómenos atmosféricos (lluvia, nieve, viento).


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Actuación activa de la vegetación en el humedal (Oxigenación y extracción de nutrientes)

El Phragmites australis es capaz de transportar oxígeno en cantidades significativas desde los tallos hacia sus raíces y rizomas, lo que contribuye a la reducción de contaminantes a través de procesos aerobios de degradación.

Asimilan nutrientes (en especial N y P) y metales, que son retirados del medio e incorporados al tejido vegetal.

Son plantas muy productivas, por lo que la extradición de nutrientes por incorporación al tejido vegetal, puede llegar a ser muy significativa.

4.3.3. Circulación del aire

La oxigenación es parte del proceso de depuración que ha de tener lugar para devolver al agua una calidad óptima, ya sea para su vertido a un cauce receptor o para posibilitar otros usos posteriores.

La tecnología ecoagua utiliza en la oxigenación forzada para aumentar el rendimiento depurativo, que de otro modo puede verse comprometido ante ciertas condiciones del vertido.

4.3.4. Circulación del agua

El agua residual que proviene de los colectores de saneamiento urbano o de fuentes industriales, tras pasar por el pretratamiento y tratamiento primario pertinentes en cualquier tipo de proceso de depuración, se distribuye en el humedal a través de tuberías perforadas.

Dichos tubos están colocados bajo una capa de grava. En ningún momento el agua aflora por encima del nivel de la superficie lo que evita los molestos problemas de malos olores así como la proliferación de mosquitos al no darse las condiciones para el

desarrollo de sus larvas.


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4.3.5. Impermeabilización

Una capa impermeable de geo membrana se dispone bajo el humedal artificial. Con ella evitamos la contaminación del terreno adyacente y recoge en su interior las diversas capas y tuberías y vegetación que componen el conjunto del humedal.

De igual manera el material tiene una resistencia tal que evita la perforación del mismo por el sistema radicular de las plantas.

5. PROCESOS DE ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES

Los humedales pueden tratar con efectividad altos niveles de demanda bioquímica de oxígeno (DBO), sólidos suspendidos (SS), nitrógeno, fósforo así como niveles significativos de metales, compuestos orgánicos traza y patógenos. A continuación se describe la capacidad de eliminación de nutrientes esperada en lo humedales artificiales, gracias a la actuación conjunta de los diversos componentes del mismo (vegetación, flujo del agua, substrato, bacterias, etc.):

Eliminación de la DBO La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) se reduce gracias a procesos de deposición y filtración en el substrato de la materia orgánica, y el resto, en forma disuelta, es atrapado por las bacterias, y las raíces y rizomas de la vegetación. La eliminación de la DBO en estos humedales, se debe precisamente, a la descomposición de la materia orgánica por un proceso natural, lo que implica que siempre quedará una DBO residual (DBO5 entre 2 y 7 mg/l) menor a los 200 mg/l establecido como límite por Decreto Supremo nº 003-2010-MINAM

Eliminación de sólidos suspendidos

La eliminación de sólidos suspendidos es muy efectiva, y se estima que ocurre entre el 12 y 20 % inicial del humedal. Al igual que ocurre con la DBO, se alcanzan valores siempre por debajo del valor de referencia, independientemente de la concentración de entrada. El modelo cinético de eliminación de los sólidos suspendidos, según las investigaciones, sigue el mismo patrón que la DBO. Así, cuando se diseña un sistema para la eliminación de una concentración particular de DBO, se puede esperar una eliminación de sólidos suspendidos comparable.


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Eliminación de nitrógeno

El nitrógeno se elimina mediante mecanismos similares a los anteriores, pudiendo alcanzar valores del 80%, pero tras algunos años del crecimiento de las plantas y el sistema de raíces, capa de residuos y materiales de bentos, alcanza el equilibrio y disminuyen las tasas de eliminación. El nitrógeno es un factor primordial de la descomposición de la materia orgánica, retrasándose el proceso cuando los niveles del citado elemento son inferiores al 1,5%. En el caso del humedal depurador es factible mantener niveles óptimos de N mediante el aporte de compuestos nitrogenados en forma de los vertidos residuales.

Eliminación del fósforo

Su principal mecanismo de eliminación es, junto con la asimilación biótica, su adsorción a las arcillas y la precipitación y formación de complejos con Al, Fe y Ca presentes en los sedimentos.

Eliminación de metales

La eliminación de los metales por parte del humedal se realiza por captación de la vegetación, capacidad de retención del substrato, intensidad del intercambio catiónico y características de insolación de la zona, entre otros factores. Los procesos convencionales de tratamiento primario y secundario en las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas son inadecuados para su eliminación eficaz. Por otra parte los procesos avanzados, incluida la precipitación química, electrólisis, ósmosis inversa e intercambio iónico son usados para aguas industriales, son excesivamente costosos para el tratamiento de aguas urbanas.

El humedal artificial logra retener metales pesados de manera eficaz, con menos mano de obra y menores costes de energía.

Eliminación de patógenos

El tratamiento en el humedal artificial para la eliminación de patógenos se basa en las actuaciones del sistema vegetación-suelo-aire-radiación solar, que cumplen funciones de sedimentación, filtración, limitación de la supervivencia de patógenos y acción de los rayos ultravioleta. La presencia de microorganismos bacteriófagos y compuestos bióticos que segregan las plantas también contribuye a dicha eliminación. Diversos experiencias de tratamientos de aguas residuales mediante humedales construidos (Santee, Iselin, Arcata y Listoweell en EE.UU.) han conseguido una reducción entre el 98 y el 99,79%. Se consigue una reducción de entre 10 y 500 veces, similar a la de depuradoras convencionales, a un coste mucho menor.


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6. DISEÑO DEL HUMEDAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL ecoagua

6.1. Factores condicionantes del diseño del humedal

Existen una serie de factores que condicionarán el diseño del humedal relacionados tanto con las características del agua residual como con el emplazamiento del mismo, como son la topografía del lugar y su climatología (precipitaciones y temperatura):

Los cálculos de las dimensiones del humedal se realizan en función del contaminante limitante, que en la mayoría de los casos de viene determinado por la DBO. (ver parámetros de diseño)

Los tratamientos previos condicionan en parte el emplazamiento siendo

aconsejable que el agua que se dirija desde éstos por gravedad, disminuyendo así necesidades energéticas.

La actividad microbiológica depende directamente de la temperatura

existente en los lugares de vertido. Se admite que con un aumento de 10 ºC, el coeficente de aumento de la intensidad de las reacciones biológicas es de 2 a 3, estando el límite superior entre los 70 y los 80ºC. Cuando en el humedal de vertido se mantiene una humedad adecuada, la evaporación produce una refrigeración de los horizontes superiores que hace que no se alcancen temperaturas demasiado elevadas, favoreciendo así la mejor actividad de los microorganismos. Las temperaturas bajan hasta el límite en el que se pueden producir heladas, la aplicación de las aguas residuales debe reducirse por múltiples motivos (rotura de tuberías, formación de costras de hielo, etc.) empleando diseños que distribuyen los efluentes oportunamente.

La evapotranspiración es un factor que implica una gran cantidad de pérdida

de líquido por esta vía con el aumento de las temperaturas que se toma en cuenta en las relaciones dimensionales del área del humedal.

Las precipitaciones intensas pueden provocar los siguientes fenómenos: Dilución de las aguas residuales aportadas al humedal artificial. Posibles arrastres por escorrentía superficial Posible rebosamiento de las instalaciones, con consecuencias

negativas por contaminación del entorno aguas abajo y de los acuíferos, si no hay previsiones al respecto.

La suficiente previsión, un emplazamiento adecuado y el uso de elementos protectores como diques en torno al sistema evita que se produzcan estos fenómenos.

La variabilidad del caudal propia de las pequeñas y medianas localidades entre periodos estivales e invernales subraya la necesidad del uso de este tipo de sistemas, de plantas rústicas y adaptadas a una amplia gama de valores ambientales. Los humedales artificiales de phragmites son capaces


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de asumir estas subidas y bajadas en los valores del agua a tratar tanto en volumen como en dilución de carga orgánica.

6.2. Modelos de diseño de humedales del flujo subsuperficial Cuando se diseña un humedal de flujo subsuperficial es una práctica común utilizar la Ley de Darcy, la cual describe el régimen del flujo hidráulico para una porosidad media. La Ley de Darcy no es aplicable de forma estricta por las limitaciones físicas del propios sistema, pues esta asume condiciones de flujo laminar que no se dan en este medio conductor, es decir, el sustrato diverso que constituye el humedal. También asume que el caudal es constante y uniforme, lo cual no ocurre en un humedal artificial, dónde las entradas de caudal frente a la salida puede variar debido a la precipitación, evaporación, filtración, etc. Aunque estos factores limitan la aplicabilidad de la Ley de Darcy, ésta sin embargo, puede ofrecernos una aproximación razonable a sus condiciones hidráulicas. La Ley de Darcy se define, típicamente, mediante la siguiente ecuación:

SAkQ s

Siendo: Q caudal en m3/día Ks conductividad hidráulica A área transversal, perpendicular al flujo, m2 S gradiente hidráulico

Modelo de diseño para la remoción de la DBO

Siguiendo este modelo, la EPA (U.S. Environmental Protection Agency) en su manual de diseño “Constructed Wetlands and Aquatic Plant Systems for Municipal Wastewater Treatment”) recoge las fórmulas empleadas para el cálculo de las dimensiones del humedal artificial FSF. Podemos tomar como modelo la siguiente ecuación básica de los reactores de flujo pistón:

tK

o

e TeC

C

Siendo: C0 promedio diario de DBO5 en el afluente

Ce límite de DBO5 diario que debe cumplir el efluente, Kt constante de temperatura t tiempo de retención hidráulica


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ndK

CCQA

t

es

)ln(ln 0

Siendo:

As superficie del humedal artificial, en m2 Q flujo afluente, en m3/día d profundidad del humedal, en m N porosidad, adimensional

7. SEGUIMIENTO Y MANTENIMIENTO DEL HUMEDAL En general un adecuado nivel de control sobre la vegetación, el flujo hidráulico del humedal y las estructuras que lo conforman (diques, regulador del nivel del efluente y conductos de distribución del agua) hacen de este sistema una forma de depuración natural, efectiva, fácil de mantener. Se enumeran a continuación una serie de circunstancias que pueden afectar al funcionamiento del humedal, describiendo tanto la causa como las acciones necesarias para prever su aparición o paliar su efecto

7.1. Mantenimiento y seguimiento del humedal ecoagua

Obturación de los poros de la matriz y colmatación del sustrato

La obturación de poros de forma parcial, o la colmatación total del sustrato, por acumulación de material sólido de la matriz se puede deber sobretodo, y especialmente si se da en un periodo relativamente corto, a el uso de un suelo inadecuado, con proporción alta en arenas. Como efectos tendremos un tratamiento ineficaz de las aguas y flujo superficial.

Causas: Afluente con sobrecarga orgánica. Acumulación de sólidos en suspensión en la matriz. Baja eficiencia del pretratamiento y del tratamiento primario Precipitación química y deposición en los poros.

Medidas de control y correctoras: Mantener la carga hidráulica a las características de diseño del humedal Remplazar el sustrato, que según las experiencias de aplicación de humedales, se tendría que realizar en un periodo en torno a los 15 – 20 años. Según la experiencia de ecoagua el periodo superaría los 30 años.

.

Aumento del nivel del agua y formación de flujo superficial

Cuando aumenta el nivel del agua de manera que queda muy cerca de la superficie, incluso aflora y discurre por ésta esto da lugar a una serie de efectos adversos: disminuye la eficiencia del tratamiento de manera que no se alcanzan los valores adecuados a los parámetros de calidad del agua, aparecen malos olores, disminuye el tiempo de retención hidráulica, baja la difusión del oxígeno hasta la zona de radicular de la vegetación, y aumenta el riesgo sanitario para las personas y la aparición de mosquitos por el agua superficial.


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Causas: Colmatación de la matriz.Condiciones meteorológicas adversas.

Medidas de control y correctoras: Dosificar la entrada del agua. Deben inspeccionarse diques y estructuras de control de agua de forma regular e inmediatamente después de cualquier anomalía en el flujo.

Nivel de agua demasiado bajo debido a una elevada evapotranspiración.

Si el nivel del agua es demasiado bajo puede aparecer clorosis en la vegetación y las raíces se secan. Causas: Elevada evapotranspiración debido a las altas temperaturas.

Medidas de control y correctoras: Aumentar la dosificación en épocas donde se observa que los niveles de agua son excesivamente bajos.

7.2. Implantación, mantenimiento y seguimiento de la vegetación

El tratamiento se basa en gran parte en las actuaciones de la vegetación como ya se ha descrito. Las plantas de los humedales artificiales son macrofitos emergentes, adaptados a tener parte del vegetal en el agua y parte en el aire, también conocidos como especies palustres, helofitos o hidrofitos emergentes. Los géneros más comunes en los humedales son Typha, Carex, Scirpus y Phragmites (carrizales, eneas o totoras, juncos y espadañas). En la selección de plantas se deben cumplir al menos los siguientes requisitos:

Que sean colonizadoras activas y con un sistema radicular extenso Que proporcionen una cobertura vegetal uniforme Que sean autóctonas de la zona

El Phragmites australis (carrizo)

De los géneros citados anteriormente, la especie Phragmites australis (carrizo) es la más empleada en lo humedales superficiales y subsuperficiales, gracias a su tolerancia a diferentes condiciones climáticas y su rápido crecimiento. Sus rizomas penetran más que otras especies aumentando su potencial de liberación de oxígeno. Su expansión se relaciona con el incremento en la contaminación mineral de las aguas (especialmente nitratos), y el aumento de su salinidad. Existen numerosos trabajos de investigación que indican que la tolerancia a distintos parámetros es muy amplia.

7.2.1. Densidad de plantación y técnicas fundamentales de implantación


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La densidad de plantación del Phragmites se encuentra entre 3.6 a 4 plantas/m2 Las técnicas fundamentales son siembra, depósito y plantación. La siembra se realiza cuando es fácil conseguir semillas de la especie, esta es de crecimiento rápido, tiene buena germinación y soporta bien la luz al principio; en cualquier caso requiere el control de múltiples factores. El depósito se realiza cuando se implantan especies libres, transportadas de una zona a otra. La plantación de individuos ya desarrollados es la forma más frecuente de implantación. Se ahorran posibles enfermedades y plagas de las primeras fases del desarrollo y se puede realizar de diversas formas: por cepellón, rizomas, esquejes, en maceta, etc.

7.2.2. Seguimiento y mantenimiento de la vegetación

Crecimiento deficiente de la vegetación durante la puesta en marcha del sistema o baja densidad de la vegetación.

El crecimiento deficiente de la vegetación en la primera etapa del humedal puede traducirse en una disminución de la eficacia del tratamiento, y puede tener diversas causas que lo originen: Causas: Crecimiento de malas hiervas Nivel inadecuado del agua Afluente con sobrecarga orgánica Condiciones meteorológicas adversas para el desarrollo normal de este tipo de vegetación

Medidas de control y correctoras: Retirar las malas hierbas Instalar un regulador del nivel del agua Disminuir la carga orgánica, lo que se traduce en el buen funcionamiento del tratamiento primario Replantar hasta conseguir la densidad idónea.

Invasión de otro tipo de vegetación

La vegetación invasora, dentro del humedal compite con el carrizo por el espacio y los nutrientes, incluso puede dañar la capa impermeabilizante en el caso de establecerse plantas leñosas en los alrededores. Causas: Pueden ser transportadas con el propio sustrato y germinar posteriormente con las condiciones adecuadas de temperatura y humedad. Mal control de la vegetación circundante.

Medidas de control y correctoras: Control visual de la presencia de estas especies. Retirada manual de las plantas invasoras.

Clorosis La clorosis se manifiesta como un amarillamiento de las hojas de las Phragmites sp causada por falta de clorofila, comenzando por las hojas más jóvenes hasta extenderse


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por la totalidad de la planta. Esta provoca una disminución de la eficacia depuradora y oxigenadora de la vegetación, y la posible muerte de ésta. Causas: Afluente de baja carga orgánica Falta de nutrientes y micronutrientes Rizomas poco desarrollados. Nivel de agua inadecuado.

Medidas de control y correctoras: Consultar un especialista Aplicar compuestos de hierro Favorecer el desarrollo de raíces Regular el flujo de agua de forma adecuada

Conclusiones Hoy en día existen los recursos financieros, Tecnológicos y humanos necesarios para dar un salto decisivo en el desarrollo humano. Sin embargo, de mantenerse las actuales tendencias, la humanidad estará muy lejos de cumplir los ODMs. Ante esta crisis del agua a nivel global, hace tiempo que se plantea una gestión ecosistémica, siguiendo los principios del desarrollo sostenible. Ello quiere decir que los recursos hídricos son limitados y que no se pueden mantener sin la conservación de los Algunos datos para reflexionar ● Únicamente el 2,53% del agua total de la Tierra es dulce, el resto es agua salada (UNESCO, 2003). ● 1100 millones de personas carecen de acceso a los 20-50 litros de agua potable diarios recomendados por Naciones Unidas para asegurar las necesidades básicas de bebida, higiene y comida. ● 2400 millones de personas carecen de sistemas de saneamiento adecuado. ● Más de 8 de cada 10 hogares sin acceso al agua están situados en zonas rurales. ● El 90% de las aguas de desecho de las ciudades de los países en desarrollo se descargan en ríos, lagos y costas sin previo tratamiento (Banco Mundial, 2004). ● A medida que la economía de un país se hace más fuerte (a medida que aumenta su PNB per cápita), generalmente un mayor porcentaje de la población tiene acceso a agua potable y servicios de saneamiento. ecosistemas acuáticos en buen estado. La gestión eficaz se tiene que basar en el ahorro, el reuso y la no contaminación del agua, todo ello en una planificación sostenible del territorio y una gestión integrada de las cuencas hidrográficas. Por todo ello, el uso de tecnologías sostenibles tanto para el abastecimiento de agua potable como para el saneamiento y el tratamiento a todos los niveles, se convierte en una de las soluciones.


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INSPIRADO POR LA NATURALEZA…

ECO-AGUA ® nació de un sueño: el de que la ciencia estuviese al

servicio de la conservación del medio ambiente y de nuestro

bienestar. Desde hace más de 25 años, gracias a la ayuda de varios

apasionados, este concepto ecológico se convirtió en una realidad.

Hoy día, ECO AGUA AMERICA ® quiere afirmar su liderazgo en Perú

Implicando al hombre y la naturaleza en el centro de su política

de investigación y desarrollo sostenible.

Al ofrecerles descanso, sueño y respeto de la naturaleza,

ECO-AGUA® inventa con usted un nuevo arte de depuración completamente ecológico.

Nuestro compromiso y garantía: una acción en favor de las generaciones futuras.

8. BIBLIOGRAFÍA

EPA, Design Manual: Constructed wetlands and aguatic plant systems for municipal wastewater treatment. United States Enviromental Protection Agency. Office of Water Washington. Septiembre de 1988. EPA, Subsurface flow constructed wetlands for wastewater treatment, United States Enviromental Protection Agency. Office of Water Washington. Junio, 1993. United States Enviromental Protection Agency. Office of Water Washington. Septiembre de 1988. EPA, Folleto informativo de tecnología de aguas residuales. Humedales de flujo libre subsuperficial. United States Enviromental Protection Agency. Office of Water Washington. Septiembre de 2001. .

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