PROPUESTA DE DISEO DE UN HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUPERFICIAL PARA LA GESTION DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN LA PUNTA SAPALLANGA

PROYECTO DE TESIS:

DISEO DE UN HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUPERFICIAL EN TRATAMIENTO DE AGUAS DOMESTICAS PARA LA OBTENCION DE AGUA TIPO III EN EL CENTRO POBLADO DE LA PUNTA - SAPALLANGA HUANCAYO 20131. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. Determinacin del ProblemaEl agua es desde su formacin, un elemento indispensable para los seres vivos, fuente y sustento de vida, base del desarrollo de muchas de las actividades ms importantes para el ser humano, ya que de todas las especies que habitan el planeta, el hombre es el mayor consumidor de este recurso, como lo manifiesta Ynez, N. y Poats, S. (2007).A medida que la poblacin ha ido aumentando, la demanda y el uso de este recurso se han vuelto desordenados e insostenibles. Aunque la cantidad de agua existente ha sido la misma desde su origen, el que sea destinada a mltiples actividades trae como consecuencia su contaminacin con diversas sustancias, lo que provoca la prdida de gran parte de las propiedades que la hacen utilizable, es por eso que la cantidad de agua disponible para consumo va en disminucin. Mientras mayor es la poblacin de una ciudad, mayor cantidad de agua residual que se genera, lo que presentan serios problemas para su eliminacin final. Su tratamiento nulo o indebido genera graves problemas decontaminacin. El tratamiento de las aguas residuales es relativamente reciente. Su inicio data de fines de 1800 y principios del actual siglo y coincide con la poca de la higiene. Esto se desarroll como consecuencia de la relacin entre contaminacin de los cursos y cuerpos de agua y las enfermedades de origen hdrico. En un principio, el tratamiento se haca mediante el vertido de las aguas residuales al suelo, pero prontamente la superficie de los terrenos no fueron suficientes para absorber el cada vez mayor volumen de aguas residuales. En Inglaterra, despus de la epidemia del clera de mitad del siglo XIX, se inici la construccin de los sistemas de alcantarillado, pero el tratamiento de aguas residuales recibi pequea atencin. Debido a lo pequeo de sus ros en longitud y caudal, la contaminacin del agua, pronta se convirti en un problema. Al principio, el tratamiento estuvo dirigido a evitar problemas con la industria y agricultura ms que a los problemas de salud, por la inexistencia de sistemas de manejo de aguas residuales.

A fin de evitar estos problemas se idearon y llevaron a la prctica nuevos mtodos de tratamiento intensivo. De este modo, se estudi la precipitacin qumica, digestin de fangos, filtracin intermitente en arena, filtracin en lechos de contacto, aeracin de aguas residuales, en 1912 se desarroll del proceso de lodos y por el ao 50 los humedales artificiales.

Para el abastecimiento de agua de consumo y eliminacin de aguas residuales de las poblaciones se aplican diversos sistemas y tcnicas, siendo unas ms sostenibles que otras y prevaleciendo aqullas que promuevan la utilizacin de los recursos naturales. En torno a ello es indiscutible la relacin que existe entre la tecnologa, la ingeniera, el medio ambiente y el concepto de sustentabilidad segn Troya V., Inchausty V.H, y Pazmio, A. (2008).

En el Per en la regin Ancash se desarroll el proyecto Adaptacin de un Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales en la Comunidad Urbana de Lacabamba, Regin Ancash, Per; Usando Tecnologas de Humedales Artificiales El proyecto consisti en la implementacin de una tecnologa innovadora y limpia para el tratamiento de aguas residuales como son los sistemas de humedales artificiales. Asi mismo este proyecto contribuyo a la reduccin de la contaminacin de las fuentes superficiales de la regin, la proteccin de la salud de los habitantes y evitar el deterioro del medio ambiente, as como fomento nuevas opciones para el reuso de las aguas residuales en sistemas integrados de produccin agrcola y darle valor agregado con la instalacin de un biohuerto comunitario en la comunidad de Lacabamba. Instituto de Investigacin Municipalidad Distrital de Lacabamba, Facultad de Ingeniera Geolgica, Minera, Metalrgica y Geogrfica Universidad Nacional Mayor de San Marcos 2006.En ese escenario nos ubicamos en la provincia de Huancayo, distrito de Sapallanga, en el que se identifica considerables tasas de crecimiento poblacional, aumento de aguas residuales y su limitado tratamiento, adems la poblacin presenta condiciones de vida precarias. Los pobladores adolecen de servicios bsicos; siendo deficiente el saneamiento domiciliario, traducido en la inexistencia de un sistema de manejo de los residuos slidos y de aguas residuales. Por lo tanto la gestin de las aguas residuales tiene una triple vertiente que no se esta considerando: por una parte no se aprovecha las posibilidades de aplicacin de ciertas formas de energa, como utilizar la materia orgnica; por otra parte, no se intentan desarrollar sistemas de tratamiento y de depuracin de las aguas usadas de bajo costo y de relativamente sencilla aplicacin, finalmente no se busca el aprovechamiento del agua, independientemente de su calidad, que de otro modo, y a pesar de que contiene cierta energa acumulada en forma de energa potencial al haber sido elevada para usos urbanos, sera vertida y no reutilizada- directamente a cursos de agua, o tratada en estaciones depuradoras convencionales, perdindose as una etapa de posible uso en riego de zonas agrcolas o forestales, situacin que no se refleja. enunciado del problema se manifiesta en la deficiente gestin para el tratamiento de aguas, debido bsicamente a los parmetros fsicos, qumicos y biolgicos de las aguas residuales; este problema repercute en el incremento de los riesgos de salud por los focos de contaminacin y la generacin de pasivos ambientales por emisiones a la atmsfera, contaminacin de mantos freticos y suelos alterando la composicin de la flora y fauna acutica, situacin que va incrementando y volvindose crtica.

En consecuencia, la presente investigacin propone un diseo de humedal artificial, para la gestin en tratamiento de aguas residuales en la poblacin del distrito de Sapallanga, esto como una posible alternativa de solucin, desde el punto de vista econmico, social, paisajista, operativo y de sustentatibilidad, para as contribuir en la conservacin del ambiente de la zona y por ende de la Regin Junn.1.2. FORMULACIN DEL PROBLEMA1.2.1. Problema CentralCmo el diseo de humedal artificial de flujo superficial en tratamiento de aguas domesticas permite obtener agua Tipo III en el Centro Poblado de la Punta - Sapallanga 2013?

1.2.2. Problemas especficos Cul es la situacin de la gestin del tratamiento de aguas residuales domesticas en Sapallanga 2013? Cules son los parmetros fsicos, qumicos y biolgicos de las aguas residuales domesticas en Sapallanga 2013?

Cmo sera el diseo de cada uno de los componentes fsicos del sistema de tratamiento de aguas residuales domesticas en Sapallanga 2013?

1.3. PROPUESTA DE OBJETIVOS

1.3.1. Objetivo GeneralDeterminar la obtencin de agua tipo III mediante la aplicacin del diseo de humedal artificial de flujo superficial en tratamiento de aguas domesticas en el Centro Poblado de la Punta - Sapallanga 2013.

1.3.2. Objetivos Especficos

Describir, analizar y explicar la situacin de la gestin del tratamiento de aguas residuales domesticas en Sapallanga 2013

Estimar los parmetros fsicos, qumicos y biolgicos de las aguas residuales domesticas en Sapallanga 2013 Disear cada uno de los componentes fsicos del sistema de tratamiento de aguas residuales domesticas en Sapallanga 2013 1.4. IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACINValorar la importancia del agua, como fuente de vida y recurso no renovable, un ejemplo de ello es que hasta finales del siglo XIX no se reconoca el agua como origen de numerosas enfermedades infecciosas, el vertimiento de aguas residuales al ambiente sin ningn tipo de tratamiento previo, trae como consecuencia que la disponibilidad de este recurso se haga cada vez menor, agotando las fuentes de suministro. Este tipo de descargas tambin provocan la contaminacin de los ecosistemas en donde se depositan afectando a las formas de vida que ellos habitan. Los 4 000 en el distrito de Sapallanga no cuentan con sistema de alcantarilladlo, dada la inexistencia de un sistema de tratamiento de aguas. Y considerando los factores mencionados se han hecho necesarios el desarrollo e implementacin de sistemas de tratamiento, con la finalidad de mejorar la calidad de vida de la poblacin, as como contribuir a la disminucin del deterioro ambiental. Caractersticas del efluente.-

Parmetros de diseo:

Periodo de diseo

Para el periodo de diseo se ha tomado en cuenta los siguientes valores:

La red de desage, emisor se disearan para un periodo de 20 aos.

Proyeccin del flujo de desages:

El volumen de aguas servidas se calcula con los volmenes netos consumidos de agua potable, el porcentaje de cobertura del servicio de alcantarillado y los volmenes de aguas servidas aportadas por la poblacin no conectada.

De acuerdo con el Reglamento Nacional de Construcciones (RNC), se considera que el 80% del consumo neto ingrese a los desages, por lo que el coeficiente de recoleccin es de 0,8.

Poblacin de diseo

Para la determinacin de la poblacin futura se ha empleado los mtodos presentados indicados en el sistema de agua Potable.

Por lo tanto la poblacin de Diseo es: 6400.00 habitantes.

Caudales de diseo

Para la determinacin de los caudales de diseo se deben tomar las siguientes consideraciones:

Caudal Mximo Diario.

Para el caudal Mximo Diario s utilizado el coeficiente de K = 1.30, este multiplicado por el Caudal Promedio se realizaron a todos los aos.

Qmxd = 1.30 x Qprom.

Qmxd = 1.30 x 8.89 l/seg. = 11.56 lt/seg.

Caudal Mximo Horario.

Para el caudal Mximo Horario s utilizado el coeficiente de K = 2.60, este multiplicado por el Caudal Promedio se realizaron a todos los aos.

Qmxh = 2.60 x Qprom.

Qmxh = 2.60 x 8.89 l/seg. = 23.11 lt/seg.

Caudal de Infiltracin.

Para los volmenes de infiltracin se puede estimar como mnimo 380lt/buzn/da

Qinfiltracin = 380 lt/buzn/da.

Qinfiltracin = 380 Buzones/lt/da x 197 Buzones / 86400 = 0.866 lt/seg.

Caudal de Aguas Residuales

Se debe considerar el 80% del caudal mximo horario del agua potable

Qdesage = 0.80 x Qmxh.

Qdesage = 0.80 x 23.11 = 18.488 lt/seg.

Caudal de Diseo

Qdiseo = Qdesage + Qinfiltracin

Qdiseo = 18.488 lt/seg. + 0.866 lt/seg.

Qdiseo = 19.354 lt/seg.

Qdiseo = 0.019354 m3/seg.

Coeficiente de Friccin

Se han realizado las simulaciones hidrulicas considerando el coeficiente de friccin de Manning:

PVC - UF: 0,009

Diseo de Humedal.-

Por esta razn se propone un diseo de humedal artificial para el tratamiento de las aguas residuales, esperndose que el agua obtenida despus del tratamiento sea de suficiente calidad para poder ser usada en distintas actividades de la comunidad. Esta propuesta de un sistema convencional de tratamiento de las aguas residuales domesticas para el Centro Poblado de La Punta, ha generado conflictos de orden social, poltico y judicial ante los temores y preocupaciones de los pobladores y que los interesados en el proyecto no han construido un proceso valido de informacin y participacin ciudadana que permita arribar a consensos, el uso de humedales como depuradores naturales de aguas residuales est siendo investigado y difundido en los ltimos aos, desde diferentes puntos de vista: bitico (macrfitos y microorganismos) y abitico (sedimentacin). El inters en los sistemas de humedales est basado en la conservacin de los ecosistemas y como alternativa al tratamiento convencional de aguas residuales que es intensivo respecto al uso de energa y qumicos.Aunque temas como la salud, la conservacin del ambiente, el costo de la vida y la seguridad son las principales demandas de la poblacin no son menos importantes en conjunto los aspectos relacionados con la calidad del medio ambiente, la calidad y cobertura de la infraestructura, la calidad del aire y del agua y la limpieza de las ciudades.LimitacionesPara la implementacin de la propuesta del diseo de humedal artificial para la gestin del tratamiento de aguas residuales, la principal limitacin es referente a las relaciones comunitarias existentes, pues existe resistencia de la poblacin para apoyar al estudio, por el desconocimiento de los beneficios que pueda generar, presentndose cierto grado de escepticismo e incluso de oposicin.El propio sistema tambin posee limitaciones por el orden de los espacios para la instalacin de los humedales; sin embargo, el proyecto inicial considera un sistema de tratamiento de lagunas de oxidacin, lo cual ocupa un espacio similar adems de que dicha rea est disponible por el proyecto.En lo social es cconsiderado como un fenmeno social ambiental, el estudio beneficiar a la sociedad, fortaleciendo las relaciones sociales - ambientales de un conjunto de personas, que hacen uso de los recursos, cuya relacin permitir el mejoramiento de la calidad de vida. As mismo la sociedad se beneficiara directamente, porque los resultados de la investigacin permitirn al mejorar los niveles y condiciones de vida, fortaleciendo las relaciones sociales, productivas y tcnicas, adems tomaran acciones correctivas para formar ciudadanos con actitudes, comportamientos y valores ms slidos como la participacin, solidaridad, ayuda mutua, y visin de futuro; capaces de resolver problemas y tomar decisiones orientadas al bienestar social de la poblacin de Sapallanga. El humedal artificial a construir en la comunidad urbana de La Punta es de flujo superficial, de rea total de 58.5 m2, con un ancho de 6,5 m, longitud de 9.0 m, profundidad de medio filtrante de 0.45 m y borde libre de 0.33 m. La superficie del suelo del humedal tiene una pendiente descendente en el sentido del flujo de 1% para asegurar una buena capacidad hidrulica. La base y los taludes del humedal est revestido con geomembrana de PVC de color negro de 0.5 mm de espesor como impermeable, y encima de ella un geotextil Pavco NT 3000 como refuerzo para la distribucin de cargas del medio filtrante.

La geomembrana de PVC se ancl en la zanja de anclaje que se encuentra alrededor de la coronacin del terrapln a una distancia de 0.5 m del borde interno del terrapln y se asegur la estabilidad con piedras, sto evitar que la geomembrana se deslice como resultado del peso de las mismas y del peso del lecho filtrante que se colocar posteriormente.

Una vez finalizado se coordin con los pobladores instalar las tuberas y llaves de 2 en la entrada y salida del humedal y preparar con las mallas el tamizado de las piedras y arenas obtenidas en canteras de los alrededores del lugar.2.1.1. MARCO TEORICO

2.1.1.1. ANTECEDENTES DE INVESTIGACION

El termino de humedales artificiales construidos es relativamente nuevo; sin embargo el concepto es antiguo, pues se tiene conocimiento de que las antiguas culturas como son la china y la egipcia utilizaban los humedales naturales para la disposicin de sus aguas residuales.

El proyecto consistir en la implementacin de una tecnologa innovadora y limpia para el tratamiento de aguas residuales como son los sistemas de humedales artificiales.

Este proyecto contribuir a la reduccin de la contaminacin de las fuentes superficiales de la regin, la proteccin de la salud de los habitantes y evitar el deterioro del medio ambiente, as como fomentar nuevas opciones para el reuso de las aguas residuales en sistemas integrados de produccin agrcola y darle valor agregado con la instalacin de un biohuerto comunitario en la comunidad de La Punta Sapallanga 2013.

La utilizacin de humedales artificiales para la recepcin de aguas residuales se remonta a comienzos del siglo. Las cinagas, humedales y turberas se concibieron como los mejores receptores de aguas residuales, pero adems tenan un papel purificador importante. (p.7)(OPS/OMS, 1999)

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales utilizando plantas, existen desde hace ms de un siglo. El empleo de humedales de flujo subsuperficial para el tratamiento de las aguas residuales, tiene su origen en los trabajos de K. Seidel, del Max Planck Institute en Alemania, a comienzos de los aos 50. En aos posteriores, K. Seidel trabaj con R. Kickuth en el desarrollo de un sistema de tratamiento conocido como Root Zone Method, que operaba con flujo subsuperficial horizontal, recurriendo al empleo de arcilla como sustrato filtrante. (Rodrguez, J., et al. 2007).

Siguiendo las directrices del Max Planck Institute, se construy en 1974, en una localidad alemana, el primer humedal artificial europeo a escala real. (Rodrguez, J., et al. 2007).

El hecho de emplear, en los inicios de esta tecnologa, como sustrato filtrante el propio suelo natural, provoc que un gran nmero de instalaciones construidas en los aos 70 y 80 presentasen problemas operativos, como consecuencia de la colmatacin de los sustratos, no cumplindose las expectativas propuestas.

(Rodrguez, J., et al. 2007). La situacin se invirti a comienzos de los 80, al comenzar a emplearse como medios filtrantes gravillas y gravas, al objeto de garantizar la adecuada conductividad hidrulica y minimizar los riesgos de colmatacin del sustrato, lo que condujo a un auge en la implantacin de este tipo de tecnologa. (Rodrguez, J., et al. 2007).

La fitorremediacin, el uso de plantas y los microbios asociados para la limpieza del medio ambiente, ha ganado aceptacin en los ltimos 10 aos como una alternativa o tecnologa costo-efectiva, no invasiva complementaria para los mtodos de recuperacin basados en la ingeniera. Las plantas pueden ser utilizadas para la estabilizacin, la extraccin, la degradacin, o volatilizacin del contaminante. Anglica Evelin Delgadillo-Lpez (2007)En los ltimos aos se ha aumentado el inters en los humedales artificiales a nivel mundial, ya que poseen la propiedad de ser sistemas amortiguadores debido, entre otros aspectos, a la alta productividad de materia vegetal y microorganismos que inducen a la metabolizacin y conversin de compuestos orgnicos e inorgnicos, a

Su alta capacidad de retencin y adsorcin por medio de procesos tanto fsicos.2.2. BASES TERICAS

Aguas Residuales

Segn la norma mexica (nom-001-ecol-1996,que establece los lmites mximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales) en el ao 1980 define a las aguas residuales se como aguas de composicin variada provenientes de las descargas de usos municipales industriales comerciales de servicio, agrcolas, pecuarios, domsticos incluyendo fraccionamientos y en general de cualquier otro uso, as como la mescla de ellas Humedales Artificiales

Los humedales artificiales son sistemas de fitodepuracin de aguas residuales. El sistema consiste en el desarrollo de un cultivo de macrfi tas enraizadas sobre un lecho de de grava impermeabilizado. La accin de las macrfi tas hace posible una serie de complejas interacciones fsicas, qumicas y biolgicas a travs de las cuales el agua residual afl uente es depurada progresiva y lentamente segn Cooper, 1996.El tratamiento de aguas residuales para depuracin se lo realiza mediante sistemas que tienen tres partes principales: recogida, tratamiento y evacuacin al lugar de restitucin (Fernndez et al., 2004).

Los humedales construidos se han utilizado para tratar una amplia gama de aguas residuales: Aguas domsticas y urbanas. Aguas industriales, incluyendo fabricacin de papel, productos qumicos y farmacuticos, cosmticos, alimentacin, refineras y mataderos entre otros.

Aguas de drenaje de extracciones mineras.

Aguas de escorrenta superficial agrcola y urbana.

Tratamiento de fangos de depuradoras convencionales, mediante deposicin superficial en humedales de flujo subsuperficial donde se deshidratan y mineralizan (Garca et al., 2004).

Cuando el agua llega a una estacin depuradora, pasa por una serie de tratamientos que extraen los contaminantes del agua y reducen su peligro para la salud pblica. El nmero y tipo de tratamientos dependen de las caractersticas del agua contaminada y de su destino final.

Estos sistemas purifican el agua mediante remocin del material orgnico (DBO), oxidando el amonio, reduciendo los nitratos y removiendo fsforo. Los mecanismos son complejos e involucran oxidacin bacteriana, filtracin, sedimentacin y precipitacin qumica (Cooper et al., 1996).Los humedales eliminan contaminantes mediante varios procesos que incluyen sedimentacin, degradacin microbiana, accin de las plantas, absorcin, reacciones qumicas y volatilizacin (Stearman et al., 2003). Reemplazan as el tratamiento secundario e inclusive, bajo ciertas condiciones, al terciario y primario de las aguas residuales.

El funcionamiento de los humedales artificiales se fundamenta en tres principios bsicos: La actividad bioqumica de microorganismos, el aporte de oxgeno a travs de los vegetales durante el da y el apoyo fsico de un lecho inerte que sirve como soporte para el enraizamiento de los vegetales, adems de servir como material filtrante. En conjunto, estos elementos

eliminan materiales disueltos y suspendidos en el agua residual (Reed en Kolb, 1998) y biodegradan materia orgnica hasta mineralizarla y formar nuevos organismos (Hu en Kolb, 1998).

Los humedales tienen tres funciones bsicas que les confieren atractivo potencial para el tratamiento de aguas residuales: fijan fsicamente los contaminantes en la superficie del suelo y la materia orgnica, utilizan y transforman los elementos por medio de los microorganismos y logran niveles de tratamiento consistentes con un bajo consumo de energa y poco mantenimiento (Lara, 1999).

La fitodepuracin, en este caso, se refiere a la depuracin de aguas contaminadas por medio de plantas superiores (macrfitas) en los humedales o sistemas acuticos, ya sean stos naturales o artificiales. El trmino macrfitas, dado su uso en el lenguaje cientfico, abarca a las plantas acuticas visibles a simple vista, incluye plantas acuticas vasculares, musgos, algas y helechos (Fernndez et al., 2004). Constituyen fitosistemas, porque emplean la energa solar a travs de la fotosntesis. Bsicamente, se trata de captar la luz solar y transformarla en energa qumica, que es usada en su metabolismo para realizar funciones vitales. Al realizar la planta sus funciones vitales, colabora en el tratamiento de las aguas.Clasificacin de los humedales artificialesLos humedales artificiales pueden ser clasificados segn el tipo de macrfitas que empleen en su funcionamiento: mcrfitas fijas al sustrato (enraizadas) o macrfitas flotantes libres.

Considerando la forma de vida de estas macrfitas, los humedales artifi ciales pueden ser clasifi cados en:

Sistemas de tratamiento basados en macrfitas de hojas flotantes, principalmente angiospermas sobre suelos anegados. Los rganos reproductores son fl otantes o areos.

El jacinto de agua (Eichhornia crassipes) y la lenteja de agua (Lemna sp.) son las especies ms utilizadas para este sistema.

Sistemas de tratamiento basados en macrfitas sumergidas: comprenden algunos helechos, numerosos musgos y carfitas y muchas angiospermas. Se encuentran en toda la zona ftica (a la cual llega la luz solar), aunque las angiospermas vasculares slo viven hasta los 10 m de profundidad aproximadamente. Los rganos reproductores son areos, flotantes o sumergidos.

Sistemas de tratamiento basados en macrfi tas enraizadas emergentes: en suelos anegados permanente o temporalmente; en general son plantas perennes, con rganos reproductores areos (Cricyt, 2007).

Los humedales basados en macrfitas enraizadas emergentes pueden ser de dos tipos, de acuerdo a la circulacin del agua que se emplee: 1) humedales de flujo superficial, si el agua circula en forma superficial por entre los tallos de las macrfi tas y 2) humedales de flujo subsuperficial, si el agua circula por debajo de la superficie del estrato del humedal.Humedales artificiales de flujo superficialLos sistemas de flujo superficial (conocidos en ingls como surface fl ow constructed wetlands o free water surface constructed wetlands) son aquellos donde el agua circula preferentemente a travs de los tallos de las plantas y est expuesta directamente a la atmsfera. Este tipo de humedales es una modificacin al sistema de lagunas convencionales. A diferencia de stas, tienen menor profundidad (no ms de 0,6 m) y tienen plantas. En trminos de paisaje, este sistema es bastante recomendable por su capacidad de albergar distintas especies de peces, anfibios, aves, etctera. Pueden constituirse, en lugares tursticos y en sitios de estudio de diferentes disciplinas por las complejas interacciones biolgicas que se generan y establecen.

Humedales de flujo subsuperficial

Los sistemas de flujo subsuperficial (conocidos en ingls como subsurface fl ow constructed wetlands), se caracterizan por que la circulacin del agua en los mismos se realiza a travs de un medio granular (subterrneo), con una profundidad de agua cercana a los 0,6 m. La vegetacin se planta en este medio granular y el agua est en contacto con los rizomas y races de las plantas. Los humedales de flujo subsuperficial pueden ser de dos tipos: a. En funcin de la forma de aplicacin de agua al sistema: humedales de flujo subsuperficial horizontalb. Humedales de flujo subsuperficial vertical.

Humedales subsuperficiales de flujo horizontal.

Son los sistemas ms utilizados en Europa y tienen su origen en la investigacin de Seidel (1967) y Kickuth (1977). El diseo de estos sistemas por lo general consiste en una cama, ya sea de tierra o arena y grava, plantada con macrfitas acuticas, en la mayora de los casos con la caa comn o carrizo (Phragmites australis). Toda la cama es recubierta por una membrana impermeable para evitar filtraciones en el suelo (Brix en Kolb, 1998).

El agua ingresa en forma permanente.

Es aplicada en la parte superior de un extremo y recogida por un tubo de drenaje en la parte opuesta inferior.

El agua residual se trata a medida que fluye lateralmente a travs de un medio poroso (flujo pistn). La profundidad del lecho vara entre 0,45 m a 1 m y tiene una pendiente de entre 0,5 % a 1 %. El agua residual no ingresa directamente al medio granular principal (cuerpo), sino que existe una zona de amortiguacin generalmente formada por grava de mayor tamao.

El sistema de recogida consiste en un tubo de drenaje cribado, rodeado con grava de igual tamao que la utilizada al inicio. El dimetro de la grava de ingreso y salida oscila entre 50 mm a 100 mm.

La zona de plantacin est constituida por grava fi na de un solo dimetro, en entre 3 mm a 32 mm.

Es fundamental que el agua residual que ingresa al sistema se mantenga en un nivel inferior a la superficie (5-10 cm), lo cual se logra regulando el nivel del dispositivo de salida en funcin a este requerimiento.

Humedales subsuperficiales de flujo vertical Los sistemas verticales con flujo subsuperficial son cargados intermitentemente. De esta forma, las condiciones de saturacin con agua en la cama matriz son seguidas por perodos de insaturacin, estimulando el suministro de oxgeno. Hay muchas posibilidades de variar la distribucin de intervalos, la composicin de la cama matriz, etctera, y los resultados que se han obtenido son promisorios (Kolb, 1998).

Tambin conocidos como filtros intermitentes, este tipo de humedales

reciben las aguas residuales de arriba hacia abajo, a travs de un sistema de tuberas de aplicacin de agua Las aguas infiltran verticalmente a travs de un sustrato inerte (arenas, gravas) y se recogen en una red de drenaje situada en el fondo del humedal. La aplicacin de agua se efecta de forma intermitente, para preservar y estimular al mximo las condiciones aerobias. La vegetacin emergente se planta tambin en este medio granular.

Adicionalmente, para favorecer las condiciones aerobias del medio poroso, se suele colocar un sistema de aeracin con chimeneas, que son tuberas cribadas con salidas al exterior. A diferencia del humedal subsuperficial de flujo horizontal, el sustrato est constituido por varias capas, encontrndose las ms finas en la parte superior, aumentando el dimetro de la grava hacia abajo.Partes de los humedales de flujo subsuperficialLos humedales artificiales de flujo subsuperficial estn constituidos bsicamente por cuatro elementos: agua residual, sustrato, vegetacin y microorganismos.

Agua residual

Las aguas residuales son las que provienen del sistema de abastecimiento de agua de una poblacin. Despus de haber sido modifi cadas por diversos usos en actividades domsticas, industriales y comunitarias, son recogidas por una red de alcantarillado que las conducir hacia el humedal, segn (Mara en Rolim, 2000).

Segn su uso precedente, estas aguas resultan de la combinacin de lquidos y residuos slidos que provienen de residencias, oficinas, edifi cios comerciales e instituciones, junto con residuos de industrias, de actividades agrcolas, as como las aguas subterrneas, superficiales o de precipitacin (Mendona en Rolim, 2000). De acuerdo a Lara (1999), la hidrologa es el factor de diseo ms importante en un humedal construido porque rene todas las funciones del humedal y porque es a menudo el factor primario decisivo en su xito o fracaso, por los siguientes motivos.

- Pequeos cambios en la hidrologa pueden tener efectos importantes en un humedal y en la efectividad del tratamiento.

- Debido al rea superficial del agua y su poca profundidad, un sistema acta recproca y fuertemente con la atmsfera a travs de la lluvia y la evapotranspiracin (la prdida combinada de agua por evaporacin del suelo y transpiracin de las plantas).

- La densidad de la vegetacin en un humedal afecta fuertemente su hidrologa, obstruyendo caminos de flujo siendo sinuoso el movimiento del agua a travs de la red de races y rizomas y bloqueando la exposicin al viento y al sol.Sustrato (medio granular)

En los humedales, el sustrato est formado por el suelo: arena, grava, roca, sedimentos y restos de vegetacin que se acumulan en el humedal debido al crecimiento biolgico.

La principal caracterstica del medio es que debe tener la permeabilidad suficiente para permitir el paso del agua a travs de l. Esto obliga a utilizar suelos de tipo granular, principalmente grava seleccionada con un dimetro de 5 mm aproximadamente y con pocos fi nos.

El sustrato, sedimentos y los restos de vegetacin en los humedales artificiales son importantes por varias razones:

Soportan a muchos de los organismos vivientes en el humedal.

La permeabilidad del sustrato afecta el movimiento del agua a travs del humedal.

Muchas transformaciones qumicas y biolgicas (sobre todo microbianas) tienen lugar dentro del sustrato.

Proporciona almacenamiento para muchos contaminantes.

La acumulacin de restos de vegetacin aumenta la cantidad de materia orgnica en el humedal. La materia orgnica da lugar al intercambio de materia, fijacin de microorganismos y es una fuente de carbono que es a la vez, la fuente de energa para algunas de las ms importantes reacciones biolgicas en el humedal (Lara, 1999).

El medio es responsable directo de la extraccin de algunas sustancias contaminantes mediante interacciones fsicas y qumicas.

El tamao del medio granular afecta directamente al flujo hidrulico del humedal y por ende en el caudal de agua a tratar. Si el lecho granular est constituido por elevadas cantidades de arcilla y limo, se consigue una mayor capacidad de absorcin y una mejor filtracin, ya que la adsorcin es alta y el dimetro de los huecos es pequeo. Pero tambin este medio presenta una elevada resistencia hidrulica y requiere velocidades de flujo muy bajas, limitando el caudal a tratar (Arias, 2004).

Por el contrario, si el lecho granular est formado por gravas y arenas, disminuye la capacidad de adsorcin y el poder filtrador del medio, pero aumenta la conductividad hidrulica.

De forma indirecta, el medio granular contribuye a la eliminacin de contaminantes porque sirve de soporte de crecimiento de las plantas y colonias de microorganismos que llevan a cabo la actividad biodegradadora (biopelculas).Vegetacin

El papel de la vegetacin en los humedales est determinado fundamentalmente por las races y rizomas enterrados. Las plantas son organismos foto auttrofos, es decir que recogen energa solar para transformar el carbono inorgnico en carbono orgnico.

Tienen la habilidad de transferir oxgeno desde la atmsfera a travs de hojas y tallos hasta el medio donde se encuentran las races. Este oxgeno crea regiones aerobias donde los microorganismos utilizan el oxgeno disponible para producir diversas reacciones de degradacin de materia orgnica y nitrificacin (Arias, 2004).

De acuerdo a Lara (1999), las plantas emergentes contribuyen al tratamiento del agua residual y escorrenta de varias maneras:

- Estabilizan el sustrato y limitan la canalizacin del flujo.

- Dan lugar a velocidades de agua bajas y permiten que los materiales suspendidos se depositen.

- Toman el carbono, nutrientes y elementos traza y los incorporan a los tejidos de la planta.

- Transfieren gases entre la atmsfera y los sedimentos.

- El escape de oxgeno desde las estructuras subsuperficiales de las plantas, oxigena otros espacios dentro del sustrato.

- El tallo y los sistemas de la raz dan lugar a sitios para la fijacin de microorganismos.Microorganismos

Los microorganismos se encargan de realizar el tratamiento biolgico. En la zona superior del humedal, donde predomina el oxgeno liberado por las races de las plantas y el oxgeno proveniente de la atmsfera, se desarrollan colonias de microorganismos aerobios. En el resto del lecho granular predominarn los microorganismos anaerobios. Los principales procesos que llevan a cabo los microorganismos son la degradacin de la materia orgnica, la eliminacin de nutrientes y elementos traza y la desinfeccin (Arias, 2004).

Los principales microorganismos presentes en la biopelcula de los humedales son: bacterias, levaduras, hongos y protozoarios. La biomasa microbiana consume gran parte del carbono y muchos nutrientes. La actividad microbiana tiene la funcin de transformar un gran nmero de sustancias orgnicas e inorgnicas en sustancias inocuas e insolubles y alterar las condiciones de potencial de reduccin y oxidacin del sustrato afectando as a la capacidad de proceso del humedal. Asimismo, gracias a la actividad biolgica, muchas de las sustancias contaminantes se convierten en gases que son liberados a la atmsfera (Lara, 1999).2.2.1. Aguas Residuales Las aguas residuales pueden definirse como aquellas que aguas que provienen del sistema de abastecimiento de agua de una poblacin, despus de haber sido modificadas por diversos usos en actividades domsticas, industriales y comunitarias.....

Segn su origen, las aguas residuales resultan de la combinacin de lquidos y residuos slidos transportados por el agua que proviene de residencias, oficinas, edificios comerciales e instituciones, junto con los residuos de las industrias y de actividades agrcolas, as como de las aguas subterrneas, superficiales o de precipitacin que tambin pueden agregarse eventualmente al agua residual

As, de acuerdo con su origen, las aguas residuales pueden ser clasificadas como:

Domsticas, son aquellas utilizadas con fines higinicos (baos, cocinas, lavanderas, etc.). Consisten bsicamente en residuos humanos que llegan a las redes de alcantarillado por medio de descargas de instalaciones hidrulicas de la edificacin tambin en residuos originados en establecimientos comerciales, pblicos y similares.

Industriales, son lquidos generados en los procesos industriales. Poseen caractersticas especficas, dependiendo del tipo de industria.

Infiltracin y caudal adicionales, las aguas de infiltracin penetran en el sistema de alcantarillado a travs de los empalmes de las tuberas, paredes de las tuberas defectuosas, tuberas de inspeccin y limpieza, etc. Hay tambin aguas pluviales, que son descargadas por medio de varias fuentes, como canales, drenajes y colectores de aguas de lluvias.

Pluviales, son agua de lluvia, que descargan grandes cantidades de agua sobre el suelo. Parte de esta agua es drenada y otra escurre por la superficie, arrastrando arena, tierra, hojas y otros residuos que pueden estar sobre el suelo.

En el caso peruano, debemos considerar la definicin que da la Norma de Saneamiento S-090, se tiene:

Agua residual domstica, Agua de origen domstico, comercial e institucional que contiene desechos, Fisiolgicos y otros provenientes dela actividad humana.

Agua Residual Municipal, Son aguas residuales domsticas. Se puede incluir bajo a esta definicin a la mezcla de aguas domesticas con aguas de drenaje pluvial o con aguas residuales de origen Industrial, siempre que estas cumplan con los requisitos para ser admitidas en los Sistemas de alcantarillado de tipo combinado (aguas de lluvia, y aguas residuales de Origen domstico o industrial).

2.2.2. Tratamiento de Aguas ResidualesEl tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos fsicos, qumicos y biolgicos que tienen como fin eliminar los contaminantes fsicos, qumicos y biolgicos presentes en el agua efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable en el ambiente y un residuo slido o fango (tambin llamado bioslido o lodo) convenientes para su disposicin o reuso.

2.2.3. Humedales Artificiales Este sistema consiste en la reproduccin controlada, de las condiciones existentes en los sistemas lagunares someros o de aguas lenticas los cuales, en la naturaleza, efectan la purificacin del agua. Esta purificacin involucra una mezcla de procesos bacterianos aerobios-anaerobios que suceden en el entorno de las races de las plantas hidrfilas, las cuales a la vez que aportan oxigeno consumen los elementos aportados por el metabolismo bacterial y lo transforman en follaje.2.3. Determinacin de Trminos Bsicos Aguas residuales:

Agua de origen domstico, comercial e institucional que contiene desechos, Fisiolgicos y otros provenientes de la actividad humana.

Tratamiento de aguas residuales:

El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos fsicos, qumicos y biolgicos que tienen como fin eliminar los contaminantes fsicos, qumicos y biolgicos presentes en el agua efluente del uso humano. Rehso de aguas residuales: Consiste en una combinacin de procesos y operaciones de tipo fsico, qumico y biolgico destinados a eliminar residuos slidos, materia orgnica y microorganismos patgenos.

Humedales artificiales:

Este sistema consiste en la reproduccin controlada, de las condiciones existentes en los sistemas lagunares someros o de aguas lenticas los cuales, en la naturaleza, efectan la purificacin del agua. MacrofitasSon un tipo deplantas, ms especficamente se trata devegetacin acutica. Lasplantas acuticasque se hayan entre las macrfitas son las macroalgas, las pteridofitas adaptadas a la vida acutica y las angiospermas. Esta vegetacin se ha adaptado al ecosistema acutico, desarrollando una cutcula fina, estomas no funcionales y estructuras poco lignificadas.

Gestin de aguas residuales

La gestin racional de las aguas residuales tiene una triple vertiente: Por una parte se pueden tratar de aprovechar las posibilidades de aplicacin de ciertas formas de energa, como utilizar la materia orgnica presente, con los correspondientes beneficios; por otra parte, se intentan desarrollar sistemas de tratamiento y de depuracin de las aguas usadas de bajo costo y de relativamente sencilla aplicacin. Finalmente se busca el aprovechamiento de un agua, independientemente de su calidad, que de otro modo, y a pesar de que contiene cierta energa acumulada en forma de energa potencial al haber sido elevada para usos urbanos, sera vertida y no reutilizada- directamente a cursos de agua, o tratada en estaciones depuradoras convencionales, perdindose as una etapa de posible uso en riego de zonas agrcolas o forestales.

2.4. SISTEMA DE HIPTESIS

2.4.1. Hiptesis General El diseo de humedal artificial de flujo superficial en tratamiento de aguas domesticas permite obtener agua Tipo III en el Centro Poblado de la Punta - Sapallanga 2013.

2.4.2. Hiptesis especficas: La situacin de la gestin del tratamiento de aguas residuales domesticas es deficiente en Sapallanga 2013 Los parmetros fsicos, qumicos y biolgicos de las aguas residuales domesticas no son los ptimos en Sapallanga 2013 El Diseo de cada uno de los componentes fsicos del sistema de tratamiento de aguas residuales domesticas son los mas ptimos en Sapallanga 20132.5. SISTEMA DE VARIABLES

2.5.1. Variables IndependienteDiseo de un Humedal Artificial de Flujo Superficial2.5.2. Variables Dependientes Tratamiento de Aguas Domsticas para la obtencin de agua tipo III 2.5.3. OPERACIONALIZACIN DE VARIABLES VARIABLESDIMENSIONESINDICADORESINSTRUMENTOS

Diseo de Humedal artificial

Caudal (m3/da)Gua tcnicaEnsayos de laboratorio de parmetros fsico qumicos y biolgicos.

Estndares de calidad ambiental

rea del humedal Metros cuadrado (m2)

Periodo de retencin

Nmero de horas por da

Tratamiento de Aguas Domsticas

Biolgicos

TDS (Slidos Totales Disueltos)

DBO (Demanda Bioqumica de Oxigeno)

DQO (Demanda Qumica de Oxigeno)

Nitrgeno Orgnico

Nitratos

Fosfatos

Carbono Orgnico

Coliformes (NMP/100ml)

Fsicos

Concentracin de iones de hidrogeno. Temperatura

Turbidez

Conductividad

Qumicos

Materia inorgnicas

Materia orgnica (oxigeno, dixido de carbono, metano, amoniaco)

Compuestos orgnicos

METODOLOGA2.6. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIN UTILIZADOS

La presente investigacin es de tipo Aplicada; siendo a nivel experimental.2.7. Mtodo de la investigacin

La presente investigacin utilizara el mtodo experimental.

2.8. Diseo de la investigacin ExperimentalSe realiza una accin y posteriormente observar sus consecuencias; de manera ms particulares un estudio en el que se manipulan intencionalmente una o ms variables independientes (causas), para analizar sus consecuencias en una o ms variables dependientes (efectos), bajo el control del experimentador. El esquema que corresponde a este diseo es: Causa Efecto X________________O________________YVariable Independiente Variable Dependiente

Actividades: Realizar un diagnostico situacional

Identificacin del problema

Priorizacin del problema

Sensibilizacin

Capacitaciones, charlas, talleres.2.9. POBLACIN Y MUESTRA

2.9.1. Poblacin

Est constituido por las aguas residuales generadas en el Centro Poblado de la Punta Sapallanga la poblacin de Sapallanga. 2.9.2. Poblacin Muestral

Estar constituida por muestras de las aguas residuales

2.10. TCNICAS E INSTRUMENTOS

Observacin directa y La encuesta

El instrumento el ECA ms la gua de encuesta

Las tcnicas a emplear sern: la observacin indirecta no reactiva, la encuesta, trabajo participativo de campo e instrumentos de gabinete.

2.11. TCNICAS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS

Informacin Primaria a travs del acopio de informacin directa en campo sobre las aguas residuales, observacin directa y mediante el acopio de informacin de hechos sucedidos, muestra de campo, entrevista a la poblacin, y actores involucrados.2.12. MATERIALES Y EQUIPOS

2.12.1. MATERIALES

Planos topogrficos

Documentos bibliogrficos

Libreta de campo

Materiales de escritorio

Carta nacional escala 1/25000 (como mapa base)

2.12.2. EQUIPOS

GPS Garmin

Cmara fotogrfica

Wincha

Computadora

Software ASPECTOS ADMINISTRATIVOS2.13. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS

2.13.1. PRESUPUESTO

ESPECIFICACIONESCOSTO S/.

a) Recursos humanos:

Ing. Qumico

Sanitario

Topgrafo

Socilogo. Digitador10400.002600.00

2400.00

1800.00

2200.00

1400.00

b) Recursos materiales de gabinete4000.00

- Computadora, impresora - Papeles varios cinta de impresora, lapiceros y otros.

- Pasajes y viticos.

- Impresin y empastado del trabajo de investigacin.2 000.00

500.00

1000.00

500.00

c) Trabajos de campo 352,000.00

Construccin del humedal artificialViticos, movilidad local350,000.00

2000.00

Sub total

d) Imprevistos 10%402,400.00

40,240.00

COSTO TOTAL442.400.00

2.13.2. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

ITEMACTIVIDADMESES

SET OCT NOV DIC

12345678910111213

1Presentacin del Proyecto y Permisos

2Adquisicin de equipos y materiales

3Recopilacin de Informacin del rea

4Muestreo de suelos con caractersticas de presentar contaminacin por mercurio

5Anlisis de suelos en laboratorio (Nivel de fsico, qumico, biolgico y contaminantes)

6Recoleccin de plantas que se desarrollan en los suelos contaminados con mercurio

7Anlisis de las plantas en laboratorio (Nivel de Mercurio)

8Validacin de Resultados

9Sistematizacin de Resultados.

10Redaccin y edicin

11Presentacin del informe final

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