UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE...
50
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL MACHALA 2018 JURE SAN MARTIN JORGE SEBASTIAN INGENIERO CIVIL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA PARROQUIA LA IBERIA, CANTÓN EL GUABO.
Transcript of UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE...
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2018
JURE SAN MARTIN JORGE SEBASTIANINGENIERO CIVIL
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA
PARROQUIA LA IBERIA, CANTÓN EL GUABO.
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2018
JURE SAN MARTIN JORGE SEBASTIANINGENIERO CIVIL
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA
PARROQUIA LA IBERIA, CANTÓN EL GUABO.
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2018
JURE SAN MARTIN JORGE SEBASTIANINGENIERO CIVIL
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESMEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA PARROQUIA LA IBERIA,
CANTÓN EL GUABO.
MACHALA, 12 DE SEPTIEMBRE DE 2018
AGUIRRE MORALES FREDY ALEJANDRO
TRABAJO TITULACIÓNANÁLISIS DE CASOS
Urkund Analysis Result Analysed Document: JURE SAN MARTIN JORGE SEBASTIAN_PT-010518.pdf (D40964535)Submitted: 8/24/2018 6:17:00 PM Submitted By: [email protected] Significance: 3 %
Sources included in the report:
UNIDO.docx (D14997085) Tesis_David Alejandro Ruilova Rebilla.docx (D30216758) TFT-C.BARRAZUETA.pdf (D36538341) https://humedalesconstruidos.wordpress.com/vcvc/ https://biblat.unam.mx/es/revista/tip-revista-especializada-en-ciencias-quimico-biologicas/articulo/sistema-de-humedales-artificiales-para-el-control-de-la-eutroficacion-del-lago-del-bosque-de-san-juan-de-aragon
Instances where selected sources appear:
7
U R K N DU
RESUMEN El presente trabajo de titulación tiene como propósito el diseño de una planta de
tratamiento de aguas residuales beneficiándose del uso de humedales artificiales, una
forma natural de tratamiento de aguas servidas que es amigable con el medio ambiente,
tiene una estética visual muy agradable a que presenta un área verde natural, y la ventaja
de ser una planta que requiere un mantenimiento de costo muy reducido, y tampoco
requiere de personal preparado, como pasaría en otras plantas de tratamiento de otra
naturaleza. Esta planta tiene como fin ayudar a la presente población de la parroquia La
Iberia, ya que uno de las necesidades básicas del ser humano es un sistema sanitario
local que evite la contaminación de los alrededores de la población local.
Para comenzar con la investigación necesaria, la cual es la fase inicial de proyecto, se
comenzó con una entrevista con la administración del Gobierno Autónomo
Descentralizado Parroquial de La Iberia, la cual se manifestó la propuesta de la planta de
tratamiento, y la administración dio a entender sus inquietudes en su falta de un sistema
sanitario adecuado, para ello en ese mismo instante se organizó un recorrido para dar a
conocer el estado actual de la red sanitaria instalada y dónde se realiza su descarga.
Durante el análisis de este proyecto se visitó los distintos puntos de recolección de aguas
residuales necesarios, que luego nos va a servir en una de los cálculos de los caudales,
ya que la red tiene aproximadamente una década desde su último mantenimiento y
reparación. También se visitó el afluente en donde se realiza la descarga, el cual nos
permite establecer una ubicación del proyecto. De antemano se solicitó el censo
realizado en la parroquia, un dato valioso para la estimación de la población futura, dato
numérico que permite calcular un caudal de diseño, y por ende, el diseño de la planta de
tratamiento.
La parte investigativa del proyecto permite prepararse con el conocimiento requerido para
realizar el diseño de la planta de tratamiento, para ello se usó como material de estudio y
fuente de conocimiento distintas fuentes proveniente de artículos científicos, revistas de
ingeniería civil que tratan de temas como plantas acuáticas, microorganismos, libros
técnicos relacionados con el tema (sobre todo las obras de los autores Metcalf y Eddy), y
para los cálculos presentes en el proyecto se utilizó métodos de cálculos, fórmulas y
ecuaciones procedentes de libros técnicos y las normas ecuatorianas de construcción.
La planta se divide en tres fases de tratamiento las cuales son el tratamiento preliminar
que consiste en una criba que atrapa desechos sólidos en suspensión como basura y
ramas, el tratamiento primario que consiste en un conjunto de un tanque séptico y un filtro
anaerobio, y el tratamiento secundario que es el humedal artificial. Mediante los cálculos
realizados se obtienen las dimensiones de todos los elementos que conforman la planta
de tratamiento, para organizar todos los resultados obtenidos en las distintas fases de la
planta, se ordenan en cuadros, y también gráficos que muestran las dimensiones de los
distintos elementos que conforman la planta.
Palabras claves: Planta de tratamiento, aguas residuales, humedales artificiales.
ABSTRACT The purpose of the present titration work is to design a wastewater treatment plant
benefiting from the use of artificial wetlands, a natural form of sewage treatment that is
friendly to the environment, has a very pleasant visual aesthetics. a natural green area,
and the advantage of being a plant that requires a very low maintenance cost, and does
not require trained staff, as would happen in other treatment plants of another nature. The
purpose of this plant is to help the present population of the La Iberia parish, since one of
the basic needs of the human being is a local sanitary system that avoids the
contamination of the surroundings of the local population.
To start with the necessary research, which is the initial phase of the project, we started
with an interview with the administration of the Parish Decentralized Autonomous
Government of La Iberia, which manifested the proposal of the treatment plant, and the
administration gave understand their concerns in their lack of an adequate health system,
for that at the same time a tour was organized to publicize the current status of the
installed health network and where it is downloaded.
During the analysis of this project we visited the different points of collection of necessary
wastewater, which will then serve us in one of the calculations of the flows, since the
network has approximately a decade since its last maintenance and repair. We also
visited the tributary where the unloading takes place, which allows us to establish a
project location. In advance the census carried out in the parish was requested, a valuable
data for the estimation of the future population, numerical data that allows to calculate a
flow of design, and therefore, the design of the treatment plant.
The investigative part of the project allows to prepare with the knowledge required to carry
out the design of the treatment plant, for it was used as study material and source of
knowledge different sources from scientific articles, civil engineering magazines that deal
with topics such as plants aquatic, microorganisms, technical books related to the subject
(especially the works of the authors Metcalf and Eddy), and for the calculations present in
the project used calculation methods, formulas and equations from technical books and
Ecuadorian construction standards .
The plant is divided into three treatment phases which are the preliminary treatment
consisting of a screen that traps solid waste in suspension such as garbage and
branches, the primary treatment consisting of a set of a septic tank and an anaerobic filter,
and the secondary treatment that is the artificial wetland. Through the calculations made,
the dimensions of all the elements that make up the treatment plant are obtained, to
organize all the results obtained in the different phases of the plant, they are arranged in
tables, and also graphs that show the dimensions of the different elements that make up
the plant.
Keywords: Treatment plant, wastewater, artificial wetlands.
INTRODUCCIÓN El presente proyecto de titulación tiene como propósito realizar un diseño de una planta
de tratamiento de aguas servidas por medio de humedales artificiales, mediante
investigaciones bibliográficas y estudios de campo, cuyos datos obtenidos por medio de
estos estudios permitirán dimensionar la planta propuesta.
Mediante el estudio se determinará la necesidad que presenta la comunidad al no poseer
una planta de tratamiento de aguas servidas, que prácticamente causan una
contaminación local al sitio, impactando la producción agrícola, por causa de una falta de
una propuesta por parte de las autoridades pertinentes.
El proyecto propuesto, se basa mediante una investigación de variadas fuentes, tales
como libros, revistas, manuales, folletos, consultas, e información proporcionada por
autoridades locales que auxilian en los estudios de población.
El presente trabajo será estructurado por cuatro capítulos, los cuales son:
Capítulo 1: Se describen las generalidades que se presenta en el objeto de estudio, como
son la definición, los hechos de interés, y los objetivos de la investigación.
Capítulo 2: Se fundamenta en la descripción y las bases teóricas, las cuales dan
fundamento a la realización del trabajo presente, con argumentos de algunos autores que
son considerados para la interpretación del análisis.
Capítulo 3: Se detalla el proceso que se adapta para definir el diseño de la planta, en este
caso las partes del proyecto, los elementos usados para cada parte de este, y sus
respectivas dimensiones.
Capítulo 4: Una vez obtenido un diseño definitivo, se propone una ubicación ideal para
realizar la descarga definitiva de las aguas ya tratadas y prever cualquier impacto a la
sociedad y fauna local, para así concluir el presente trabajo.
ÍNDICE DE CONTENIDOS 1. CAPÍTULO I
GENERALIDADES DEL OBJETO DE ESTUDIO
1.1. TEMA DE INVESTIGACIÓN
1.2. DEFINICIÓN Y CONTEXTUALIZACIÓN EL OBJETO DE ESTUDIO.
1.2.1. Reseña Histórica
1.2.2. Ubicación y extensión
1.2.3. Límites
1.2.4. División Política administrativa
1.2.5. Población
1.2.6. Estado actual de la red
1.3. HECHOS DE INTERÉS
1.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1. Objetivo General
1.4.2. Objetivos Específicos
2. CAPÍTULO II
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICO-EPISTEMOLÓGICA DEL ESTUDIO.
2.1. DESCRIPCIÓN DEL ENFOQUE EPISTEMOLÓGICO DE REFERENCIA.
2.2. BASES TEÓRICAS DE LA INVESTIGACIÓN
2.2.1. Aguas servidas
2.2.2. Red sanitaria
2.2.3. Planta de tratamiento
2.2.4. Canal
2.2.5. Fosa Séptica
2.2.6. Filtro Anaerobio
2.2.7. Humedal artificial
2.2.8. Microorganismo
2.2.9. Material orgánico
2.2.10. Planta acuática
2.2.11. Jacinto de agua
2.2.12. Junco de agua
2.2.13. Descarga
2.2.14. Población
2.2.15. Densidad de Población
2.2.16. Área de aporte
2.2.17. Caudal medio diario
2.2.18. Caudal máximo horario
2.2.19. Factor de mayorización
2.2.20. Caudal de infiltración
2.2.21. Caudal de aguas ilícitas
2.2.22. Caudal de Diseño
3. CAPÍTULO III
PROCESO METODOLÓGICO
3.1. DISEÑO O TRADICIÓN DE INVESTIGACIÓN SELECCIONADA
3.2. PROCESO DE RECOLECCIÓN DE DATOS
3.2.1. Entrevista con la directiva de la Junta Parroquial La Iberia.
3.2.2. Estudios complementarios y visita al sitio
3.2.3. Peticiones en el Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal de
El Guabo
3.2.4. Obtención de datos
3.2.5. Cálculo de población futura por extrapolación
3.2.6. Caudal Medio Diario
3.2.7. Caudal Máximo Horario
3.2.8. Caudal de aguas infiltradas
3.2.9. Caudal de aguas ilícitas
3.2.10. Caudal de Diseño
3.2.11. Diseño de tratamiento preliminar
3.2.12. Diseño de tratamiento primario – Tanque Séptico
3.2.13. Diseño de tratamiento primario – Filtro Anaerobio
3.2.14. Diseño de tratamiento secundario
3.3. SISTEMA DE CATEGORIZACIÓN EN EL ANÁLISIS DE LOS DATOS
4. CAPÍTULO IV
RESULTADO DE LA INVESTIGACIÓN
4.1. DESCRIPCIÓN Y ARGUMENTACIÓN TEÓRICA DE RESULTADOS
4.2. CONCLUSIONES
4.3. RECOMENDACIONES
ANEXOS
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1: Censo de la parroquia La Iberia con sus datos extrapolados. 26
Tabla 2: Coeficiente de retorno dependiendo de la complejidad del sistema 27
Tabla 3: Resultados de los caudales 28
Tabla 4: Dimensiones y cálculos del tratamiento preliminar 30
Tabla 5: Dimensiones y cálculos del tanque séptico
31
Tabla 6: Dimensiones y cálculos del filtro anaerobio 32
Tabla 7: Comparación de distintas conductividades hidráulicas 33
Tabla 8: Dimensiones y cálculos del tratamiento secundario
33
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Pág.
Figura 1: Ubicación geográfica de la parroquia La Iberia 13
Figura 2: Ubicación de la descarga de aguas servidas. 15
Figura 3: Diagrama de flujo del proceso epistemológico 20
Figura 4: Deshechos acumulados cerca del canal 25
Figura 5: Gráfico de dispersión de año vs población, con su línea de tendencia y la
ecuación de la línea de tendencia. 26
Figura 6: Plano del tratamiento preliminar, vista sección transversal y frontal. 35
Figura 7: Gráfico del tratamiento preliminar 35
Figura 8: Plano del tratamiento primario, vista sección transversal y planta. 36
Figura 9: Plano de tanque séptico, primera cámara 36
Figura 10: Plano de tanque séptico, segunda cámara 37
Figura 11: Plano de filtro anaerobio 37
Figura 12: Gráfico de la sección longitudinal del tratamiento secundario 38
Figura 13: Plano del tratamiento secundario, vista sección transversal y planta. 38
Figura 14: Detalle de la sección transversal del humedal artificial. 39
CAPÍTULO I GENERALIDADES DEL OBJETIVO DE ESTUDIO
1.1. TEMA DE INVESTIGACIÓN Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales en la parroquia La Iberia,
cantón Machala, provincia de El Oro.
1.2. DEFINICIÓN Y CONTEXTUALIZACIÓN DEL OBJETO DE ESTUDIO Los humedales artificiales funcionan como un biofiltro que remueve un gran rango de
contaminantes tales como materia orgánica, metales pesados y ciertos nutrientes del
agua tratada; estos biofiltros no están diseñados para remover organismos patógenos en
su totalidad, tales como virus, bacterias, protozoarios y helmintos, pero funcionan bien
para remover partículas en suspensión, materia orgánica, nitrógeno y fósforo.
Existen dos tipos de humedales artificiales: Flujo Sub-superficial, y Flujo Superficial.
Ambos requieren un elemento principal: la vegetación plantada es el elemento importante
que cumple con la función de remover los agentes contaminantes. La vegetación es
plantada sobre el filtro que consiste en capas de arena y grava, igualmente importantes
para la purificación del agua. Los humedales artificiales pueden ser construidos de forma
horizontal o vertical, dependiendo las prestaciones del sitio.
Los humedales artificiales pueden auxiliarse con el uso de tanques sépticos para un
tratamiento inicial u otros sistemas similares, dependiendo de cuál sea el grado de
contaminación del agua a tratar, y también ayuda a dividir los elementos sólidos de los
líquidos que van a pasar por el humedal.
La vegetación usada en los humedales artificiales proporciona un sustrato de raíces,
tallos y hojas, que ayudan a remover cerca del siete a diez por ciento de la flora
bacteriana del agua, y actúa como una fuente de carbón para los microbios cuando estos
mueren.
La vegetación también proporciona un hábitat en los cuales los microorganismos pueden
crecer y así consumir el material orgánico, este grupo de microorganismos es conocido
como “periphyton”, que son los responsables de remover cerca del noventa por ciento de
los contaminantes. Las distintas especies de plantas acuáticas utilizadas para el humedal
artificiales pueden ser los jacintos de agua o el junco de agua, plantas silvestres de fácil
crecimiento y brindan un costo de operación y mantenimiento bajo, ya que no requieren
productos químicos, equipos, energía, o mano de obra calificada.
El humedal artificial ubicado en el bosque San Juan de Aragón, México, es un ejemplo de
cuán bien se llevan los sistemas de humedales artificiales con la naturaleza. La planta de
tratamiento Tlaco, la cual sólo constaba con un sistema de tratamiento primario,
descargaba directamente al lago cerca de 250 metros cúbicos diarios de aguas
parcialmente tratadas, contaminando el afluente del bosque. El bosque de San Juan de
Aragón tiene una extensión de 12 hectáreas, cuenta con un lago de gran extensión y su
fauna local consiste en patos y garzas. El humedal artificial fue instalado en el año 2011 y
comenzó su funcionamiento en el año 2012 cuando las plantas acuáticas alcanzaron su
madurez. Cabe mencionar que las estaciones de bombeo de la planta funcionan con
energía solar, considerándose la planta de tratamiento de San Juan de Aragón
completamente autónoma.
1.2.1. Reseña histórica La parroquia comenzó como una hacienda de nombre La Iberia, propiedad de un español
de nombre Demetrio León, nacido el 29 de Noviembre del 1911. Poco a poco la hacienda
fue creciendo y varias familias se establecieron. Las dos producciones del sitio son el
café y el guineo, y gracias a que el ferrocarril cruzaba por Rio Seco, La Iberia, El Cambio,
era un lugar destinado a la producción agrícola.
La parroquia oficialmente nace el 13 de Abril de 1988, durante la alcaldía del profesor
Hitler Álvarez Bejarano, por medio de ordenanza municipal el 30 de Octubre de 1987, y
sus fiestas patronales se celebran el 8 de Diciembre de cada año. El sitio Riberas del
Jubones debe su nombre al popular río, y fue creada el 18 de julio de 1987; El Sitio la
Palestina fue fundada aproximadamente en el año 1925. Estos son los dos recintos
principales de la Iberia
1.2.2. Ubicación y extensión. La Parroquia La Iberia está ubicada en el Cantón El Guabo. En el siguiente gráfico se
observa la ubicación a nivel provincial, respecto a la superficie con que cuenta la
parroquia La Iberia tiene una extensión de 17.6 Ha.
Figura 1: Ubicación geográfica de la parroquia La Iberia
Fuente: GAD Parroquial La Iberia.
1.2.1. Límites. NORTE: Del punto No.1, situado en el río Jubones a la misma latitud geográfica del punto
en que más se aproxima a dicho río el canal de drenaje que separa a los sectores de
La Raquel y la Palestina, de coordenadas geográficas 3-12´32” de latitud sur y 79°53’52”
de latitud occidental; una alineación hacia el Este, hasta alcanzar el punto del canal antes
indicado, asignado con el No.2, de coordenadas geográficas 3-12’32” de latitud sur y
79°53’43” de latitud occidental, de este último punto, el canal de drenaje referido hasta su
cruce con la vía El Guabo-El Cambio, al sur del sitio Tillales, en el punto No.3 de latitud
occidental.
ESTE: Del punto No.3 una alineación al Sur-Este, hasta alcanzar la actual terminación del
camino que para al Este del sitio El Naranjo, en el punto No.4 de coordenadas
geográficas 3-15’24” de latitud sur y 79°51’01“ de longitud occidental; de este punto, el
camino indicado al
SUR-ESTE: hasta su empalme en el carretero La Iberia-La Bocatoma, punto No.5 de
coordenadas 3-15’53” de latitud sur y 79°50’47” de longitud occidental; de dicho
empalme, una alineación al sur, hasta su intersección con el curso del río Jubones en el
punto No.6 de coordenadas geográficas 3-16’13” de latitud sur y 79°50’47” de longitud
occidental.
SUR Y OESTE: Del punto No.6, el curso del río Jubones, aguas abajo hasta el punto
No.1 situado a la misma latitud geográfica del punto en que más se aproxima a dicho río
el canal de drenaje que separa los sectores La Raquel-La Palestina.
1.2.2. División Política Administrativa La Iberia cuenta con su cabecera cantonal, y dos sitios de interés: Los recintos Riberas
del Jubones, y La Palestina.
1.2.3. Población La población de la parroquia La Iberia, según el Censo del 2001, representa el 0.6 % del
total de la Provincia del El Oro; ha crecido en el último período intercensal 2001-2010, a
un ritmo del 3,5 % promedio anual. La mayor parte de su población reside en el Área
Rural.
1.2.4. Estado actual de la red El sistema de alcantarillado que funciona actualmente lo conforma una red sanitaria
construida en el año 2010, que en la actualidad se encuentra colapsado, ya que brinda un
servicio no acorde a la población y, por haber cumplido su vida útil, circunstancia que no
permite cubrir todas las necesidades de la zona de influencia. En la actualidad se cuenta
con un porcentaje de servicio del 81%, mientras que el restante 19% lo hace mediante
pozos simples.
La descarga de las aguas residuales desemboca en un canal en las afueras de la
parroquia, sin ningún tratamiento posterior, lo que crea un foco de contaminación en las
cercanías de las bananeras donde descargan finalmente.
Figura 2: Ubicación de la descarga de aguas servidas.
Fuente: Google Earth
1.3. HECHOS DE INTERÉS Las ciudades durante el último siglo han influenciado el paisaje natural de sus
alrededores al producirse un incremento de los asentamientos urbanos en zonas
periféricas, conocido como “dispersión urbana”, con lo cual la biodiversidad y recursos
naturales han ido mermando por la necesidad cada vez mayor de vivienda. Estos
recursos naturales, como el agua, provocan una alteración a los terrenos seminaturales
afectando especialmente a los humedales y aumentando las distancias de los centros
urbanos. [1]
Los humedales, naturales o construidos, tienen la capacidad de remover nutrientes y
contaminantes del agua. Los manglares son un tipo de humedal altamente eficiente para
la filtración, fijación física, precipitación química, absorción, diversos procesos biológicos
de transformación de materia, desnitrificación, lo que permite ser considerado junto con
los otros tipos de humedales para tratamiento de aguas residuales. [2]
Los humedales también son sistemas turísticamente atractivos, los cuales ayudan al
desarrollo sostenible de las comunidades cercanas a ellos. Estos ecosistemas se crean
por actividades naturales como terremotos, inundaciones, o también de forma artificial.
Como el humedal del rio Cruces en la región de los ríos en Chile, después del terremoto y
maremoto de Valdivia en Chile, el cual se transformó en un Santuario Natural al igual que
Ramsar a orillas del Mar Caspio en Irán. [3]
Humedal como concepto ha tenido varias definiciones, aunque la más consensuada es
que es una zona que está situada entre un ambiente húmedo y un ambiente
generalmente seco. Por lo cual no es ni seco ni húmedo, también se podría definir como
un pantano o marismas, en la cual pueden existir aguas estancadas o corrientes, las
cuales pueden ser salobres incluso saladas. La profundidad de los humedales se la
considera no más de seis metros. En el fondo las definiciones concuerdan que un
humedal representa un recurso hídrico que mantiene una fauna natural y una
biodiversidad sustentable la cual puede beneficiar a los asentamientos humanos
cercanos a ellos. [4]
La gestión ambiental no es manejada de manera eficiente, las estrategias de manejo son
aisladas, no existe una coordinación ni políticas adecuadas para hacer posible la
complementación de esta gestión. Tampoco existe una priorización del tema ambiental ni
identificación de los planos de referencia en este contexto. [5]
Considerando el Humedal artificial como una unidad hídrica sometida a los principios de
la hidrodinámica es necesario tener un control preciso sobre su funcionamiento. Este
control es posible aplicando técnicas de hidrodinámica experimental igual que las
aplicadas a los flujos del agua y regímenes de mezclas en diversos parámetros
ambientales. [6]
El volumen de aguas residuales producidas a obligado buscar alternativas de depuración
eficientes, autónomas y viables económicamente, una de estas soluciones son los
fenómenos de la naturaleza. La utilización de lagunajes, de humedales y otros sistemas
de infiltración artificial son cada día mas frecuentes porque son de bajo costo de
operación, tienen una buena tasa de reducción orgánica, eliminan o retienen sustancias
tóxicas las cuales de otra forma serían contaminantes del medio ambiente. [7]
En los reactores la formación del flóculo y la sedimentación dependen de la actividad de
protozoarios ciliados, cantidad de aporte de lodos al sistema, metales pesados y otros
factores como los agentes tensoactivos o surfactantes que son los que disminuyen la
tensión superficial del agua. Se ha descubierto que la floculación ocurre al formarse una
capa de polisacárido pegajoso, estos son glúsidos que participan en la construcción de
estructuras orgánicas, cuya molécula mas importante esd la celulosa, son una manera de
almacenar azúcares sin crear un problema osmótico. La forma o diseño del reactor y el
aporte de agua también influye en la floculación. [8]
Las aguas lluvias de las ciudades y pueblos aporta contaminantes al medio ambiente ya
que “lava” la atmósfera y se suman los contaminantes aportados por la actividad humana,
estas son vertidas a los cuerpos hídricos y afectan las condiciones naturales
convirtiéndose en puntos contaminantes. Los humedales artificiales son una solución
para tratar estas aguas. [9]
Los humedales como alternativa sostenible de aguas residuales ha tomado mucha
importancia últimamente y esto ha llevado a la experimentación con bacterias como
mecanismo de fijación de nitrógeno y eliminación de fósforo. [10]
En México, en las costas de Sonora y Baja California se ha detectado muchos drenes
agrícolas que descargan en humedales y bahías. Se han recolectado muestras de agua,
sedimento y biota. Se observa que los drenes que descargan en lagunas pobladas de
vegetación presentan concentraciones de contaminantes más bajas que las que
desembocan en ambientes sin vegetación o directamente al mar. Por este motivo se
propone la opción del uso de humedales artificiales como sistema de tratamiento de los
drenajes agrícolas. [11]
Humedales de flujo sub-superficial HAFS, son construidos de acuerdo al funcionamiento
de los humedales naturales. Se conforman de una base filtrante, plantas vasculares
emergentes y los microorganismos que se desarrollan en la base y las raíces de la
vegetación. La idea es hacer pasar las aguas servidas con un bajo contenido de material
sólido por el lecho donde crecen todo tipo de microorganismos depuradores y las plantas
vasculares. El conjunto de estos elementos trabajando en interacción provoca la
remoción de la materia orgánica disuelta, nutrientes y microorganismos. [12]
Costa Rica trata sus aguas residuales normalmente depositados en tanques sépticos
donde se sedimentan y el efluente se filtra en el suelo. La ventaja de los humedales sobre
este sistema tradicional es que no tiene riesgo para la salud humana. Se sembró una
planta papiriforme común y adaptada al ambiente centroamericano y los resultados
fueron de acuerdo a las exigencias de tratamiento en aguas residuales en países
tropicales. [13]
En México solo el 36% de las aguas residuales son tratadas. Se diseñó un sistema de
humedal artificial con dos especies de plantas. Se diseñó en tres etapas o módulos
secuenciales. Se alimentó el sistema desde un edificio de investigación de aguas
residuales con lo cual las aguas pasaron por un tratamiento primario. Se analizó, el DQO
(demanda química de oxígeno), el nitrógeno y el fósforo total. Los resultados demostraron
en bajo costo operativo de estos sistemas. [14]
Los metales pesados son un problema peligroso y en aumento en las aguas residuales,
son el resultado de procesos industriales como la minería, pieles, papel, etc. Los metales
pesados más comunes que encontramos en las aguas residuales de las grandes
ciudades son el cromo, mercurio y plomo. Las plantas convencionales, normalmente
sedimentadores, no son capaces tratar estas aguas. Los tratamientos químicos, como el
carbón activado, precipitación química o intercambio iónico no son alternativas viables en
lo económico especialmente. [15]
La alimentación con nutrientes para mantener los ambientes acuáticos artificiales sirve
para prevenir su contaminación. Los sistemas de tratamiento de aguas residuales
actuales solo están diseñados para remover materia orgánica dejando altos contenidos
de nitrógeno y fósforo. Por este motivo la eutrofización es un mecanismo que se está
tomando en cuenta en los diseños de las futuras lagunas y humedales destinados al
tratamiento de aguas residuales. [16]
Los residuos orgánicos vegetales terminan en los humedales y se pierden. En los
sistemas tradicionales los residuos sólidos se utilizan como fertilizantes. La necesidad de
crear un sistema que recupere esta materia producirá un impacto positivo adicional a la
decisión de crear humedales para el tratamiento de aguas residuales. [17]
La eficiencia de los humedales en la remoción de metales pesados está comprobada, se
está ahora tratando de remover metales como el zinc y el cadmio que son resultado de
las operaciones mineras. Se hizo un experimento a escala de laboratorio utilizando 8
reactores de ceniza volcánica a los cuales se le adaptaron plantas acuáticas. Los
resultados fueron sorprendentes se removió el 90% en los sistemas que tenían plantas
acuáticas y un 40% en los sin plantas. [18]
El SASL, es un sistema de humedal de agua superficial libre. Están constituidos por
estanques o canales a los que se les pone una barrera para evitar filtraciones al
subsuelo, se pone una base para soportar vegetación, la profundidad no es mucha entre
60 a un metro. Y trabajan el agua pre tratada a velocidad baja de manera que esté el
material en suspensión el mayor tiempo posible con los tallos y las raíces de las plantas
acuáticas. [19]
Muchos investigadores han estudiado el sustrato de los humedales y el efecto que este
representa en la operación, pero no se ha encontrado parámetros significativos en el
proceso global de eliminación de la carga contaminante. [20]
La valorización de un humedal se puede determinar por valores ecológicos,
socioculturales y económicos. El valor ecológico se puede dimensionar en cuanto a su
diversidad de especies, la rareza la salud y la capacidad de recuperación. Los valores
económicos están dados por valores monetarios y también de productividad y uso de
mano de obra, está directamente relacionado con la cantidad de personas que directa o
indirectamente se benefician del humedal. El valor sociocultural tiene que ver con los
valores espirituales y su influencia en las personas como ser un ámbito recreativo,
atractivo paisaje, y lugar para investigaciones y educación. [21]
Los humedales son recurso turístico de desarrollo para reducir la pobreza en su área de
influencia. Aunque siempre constituyen una amenaza si no se manejan bien en cambio
bien manejados contribuyen a la biodiversidad y a la conservación de la naturaleza. [22]
Los humedales representan muchos beneficios para la sociedad, pero si son mal
manejados se transforman en un problema difícil de contener al degradar la naturaleza
perdiendo el ecosistema. [23]
Sistema de fitodepuración de aguas residuales, esta definición de humedal se debido al
cultivo de macrofitas, plantas de hojas flotantes que crecen en un lecho de grava
impermeabilizado. El sistema de purificación está dado por un tratamiento biológico y
microbiológico en el cual la materia orgánica es metabolizada por las bacterias presentes
en el sistema. [24]
La cosecha de las plantas de un humedal beneficia a mantener la operación del mismo
bajo óptimas condiciones especialmente en las aguas residuales de baja carga
contaminante. [25]
Los humedales naturales son ecosistemas muy frágiles los cuales han sido explotados al
punto de degradarlos completamente llegando a desaparecer. En cambio los bien
manejados son sistemas naturales que contribuyen al desarrollo de la zona al estar
económicamente enlazados a actividades como la caza, la pesca la agricultura la
regulación hídrica. [26]
1.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.4.1. OBJETIVO GENERAL
● Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales utilizando humedales
artificiales de flujo subsuperficial en la parroquia La Iberia, cantón Machala,
provincia de El Oro.
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ● Realizar un diagnóstico del sistema existente.
● Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales con humedales artificiales
de flujo subsuperficial.
CAPÍTULO II FUNDAMENTACIÓN TEÓRICO-EPISTEMOLÓGICA DEL ESTUDIO
2.1. DESCRIPCIÓN DEL ENFOQUE EPISTEMOLÓGICO DE REFERENCIA. La epistemología o filosofía de la ciencia, es la rama de la filosofía que estudia la
investigación científica y su resultado.
La Matemática es una herramienta fundamental para la ingeniería ya aporta los medios
necesarios para modelar y dar respuestas a problemas reales. La matemática hace que
la ingeniería sea considerada una ciencia. La ciencia hace que el ingeniero tenga un
criterio analítico, espíritu científico y crítico. [27]
La epistemología involucra el conocimiento de las cosas y la realidad y la conciencia de
las personas de ese conocimiento. [28]
Las dos variables del criterio epistemológico son el del tipo gnoseológico, que refiere a la
fuente del conocimiento, o sea empirismo versus racionalismo, y el tipo ontológico que es
la relación del sujeto con la realidad idealismo versus realismo.
El cruce de estos, proporciona cuatro enfoques epistemológicos: el enfoque
empirista-realista (mediciones, experimentaciones, inducción controlada), el enfoque
empirista-idealista (etnografía, diseños de convivencia, inducción reflexiva), el enfoque
racionalista-realista (abstracciones, sistemas lógico-matemáticos, deducción controlada)
y el enfoque racionalista-idealista (interpretaciones libres, lenguajes amplios,
argumentación reflexiva). [29]
En el siguiente gráfico se presenta un esquema sintético de las principales tendencias
epistemológicas respecto a la búsqueda del conocimiento:
Figura 3: Diagrama de flujo del proceso epistemológico
En el caso del presente proyecto, el enfoque epistemológico de referencia a ser usado
será el racionalismo-realismo, ya que el medio cognitivo será la razón, obtenida por
medio de obtención de datos científicos y estadísticos, y la obtención de la verdad
buscada será externa, debido a que se va a efectuar un diseño de un dispositivo
hidráulico que favorecerá a la localidad
2.2. BASES TEÓRICAS DE LA INVESTIGACIÓN 1.1.1. Aguas servidas
Aquellas aguas que han sido alteradas de forma impactante para el medio ambiente,
principalmente por el ser humano.
1.1.2. Red sanitaria
Sistema de cañerías que tiene como objetivo asimilar, transportar, y descargar aguas
servidas
1.1.3. Planta de tratamiento de aguas residuales (PTAG)
Instalación que tiene por objetivo el proceso de aguas residuales, para eliminar los
componentes contaminantes al grado de sean mitigados o completamente eliminados del
agua, para su posterior descarga a un acuífero o sea utilizada para ciertos recursos
humanos.
1.1.4. Canal
Estructura que sirve como medio de transporte de fluidos, principalmente agua, con el
objetivo de usar el agua para consumo humano.
1.1.5. Fosa Séptica
Dispositivo que consiste en una cámara artificial que asimila las aguas residuales, y tiene
como función separar el material sólido del líquido por medio de decantación auxiliándose
por el uso de un caudal de velocidad baja.
1.1.6. Filtro Anaerobio
Aparato que consiste en una cámara artificial que asimilan las aguas residuales, y tiene
como función retener las partículas finas presentes en el agua por medio de dos capas de
gravas de distinta porosidad (generalmente carbón activado), y dejando pasar el fluido
libre de partículas sólidas, para su siguiente fase de tratamiento.
1.1.7. Humedal artificial
Es un espacio inundado por aguas subterráneas ó superficiales que presenta
características particularmente ventajosas para que plantas acuáticas puedan crecer en
dicho espacio. La idea es controlar la contaminación de afluentes causada por el ser
humano, mitigando la necesidad de descargar las aguas residuales directamente a
masas de aguas, tal como pasaba en la antigüedad. [30]
1.1.8. Microorganismo
Ser vivo microscópico, normalmente específico a seres patógenos como bacterias,
hongos y virus.
1.1.9. Material orgánico
Materia que consiste en compuestos orgánicos de seres que alguna vez estuvieron vivos,
estos provienen normalmente de la post-digestión de otros organismos, o de organismos
en descomposición.
1.1.10. Planta acuática
Organismo vegetal que se ha adaptado a un medio de humedad extrema, tales como
lagos, lagunas, ríos y otros cuerpos de agua.
1.1.11. Jacinto de agua
De nombre científico Eichhornia Crassipes, es una planta exótica invasora de la familia
Pontederiaceae, originaria de América del Sur, más precisamente de las cuencas del
amazonas, es una planta usada en el campo de la medicina, agrícola como fertilizante, y
en el tratamiento de aguas residuales por su cualidad de absorción de nitrógeno y
fósforo.
1.1.12. Junco de agua
Conjunto de plantas acuáticas de la clase Liliopsida ó Monocotyledoneae, caracterizado
por su naturaleza acuática.
1.1.13. Descarga
En ingeniería sanitaria, se entiende como descarga a la fase final del proceso de
tratamiento de aguas residuales, en la cual el agua es evacuada a un afluente.
1.1.14. Población
Es un dato numérico que consiste en la cantidad de individuos (generalmente personas)
en un sistema en particular (como ejemplo una ciudad), utilizado ampliamente en las
ramas de la estadística para estudios y representaciones (tales como crecimiento
poblacional, repartición socio-cultural, etc.), y también usado en la arquitectura e
ingeniería para lograr diseños en los cuales el ser humano está involucrado (tales como
edificaciones o plantas de energía o potabilización, etc.).
1.1.15. Densidad de Población
Es una relación entre la población y el área de aporte, que nos permite dar una idea de
cuántos individuos se pueden obtener en una unidad de área determinada, como ejemplo
cuántos habitantes se encuentran en una hectárea.
1.1.16. Área de aporte
Es el área influenciada por la población estudiada en un proyecto.
1.1.17. Caudal medio diario
Es la cantidad de agua usada o producida en eventos normales durante todo el día.
1.1.18. Caudal máximo horario
Es la cantidad de agua usada o producida en eventos críticos de uso de agua durante el
día. Estos eventos críticos son de poca duración y solo aparecen durante las mañanas,
mediodía y atardecer.
1.1.19. Factor de mayorización
Un factor calculado en relación a la población, que nos permite conocer el caudal máximo
horario por medio del producto de dicho factor y el caudal medio diario
1.1.20. Caudal de infiltración
Es el caudal que entra en el sistema de recolección de aguas residuales de forma externa
al sistema por infiltración a través de las fisuras en los colectores y conexiones, esto se
da por cierta incertidumbre durante la construcción de estos y no es posible de evitar, por
lo que se lo considera dentro del diseño como una medida de seguridad.
1.1.21. Caudal de aguas ilícitas
Es el caudal proveniente de conexiones erradas o en mal estado.
1.1.22. Caudal de Diseño
El caudal que se debe considerar en el diseño de una planta de tratamiento de aguas
residuales; permite dimensionar los distintos elementos del proyecto.
CAPÍTULO III PROCESO METODOLÓGICO
3.1. DISEÑO O TRADICIÓN DE INVESTIGACIÓN SELECCIONADA El diseño de investigación utilizado para el proyecto es el método cualitativo y
cuantitativo, ya que los datos de población serán obtenidos de forma estadística que
serán usados para interpretar el proyecto.
3.2 PROCESO DE RECOLECCIÓN DE DATOS 3.2.1 Entrevista con la directiva de la Junta Parroquial La Iberia. El punto de partida del proyecto es visitar y conocer el sitio, en este caso, la parroquia La
Iberia. La entrevista fue realizada con las autoridades a cargo, en este caso la presidenta
de la Junta Parroquial, Lic. Mariana Machuca. Tanto la entrevista y la visita al sitio se las
realizó el día 18 de Mayo del presente año, en la entrevista se dió a manifestar el
proyecto análisis de caso “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Mediante el Uso
de Humedales Artificiales en la parroquia La Iberia”, en la cual la presidenta de la junta
parroquial no mostró ningún inconveniente, incluso se procedió a realizar la visita. Luego
de la visita, se asignó a la secretaría de la junta parroquial, Sra. Rosa Guerrero, para que
facilite cualquier información que sea requiera para el proyecto.
3.2.2 Estudios complementarios y visita al sitio En coordinación con la Lic. Mariana Machuca se procedió a conocer el área destinada al
presente proyecto. La visita empezó en el sitio donde se realiza la descarga de las aguas
residuales, el cual es un canal artificial excavado usado por las bananeras anexas al
mismo; la descarga de las aguas residuales es directa al canal, no existe ningún sistema
de tratamiento y por lo tanto el canal es contaminado día a día, sin control alguno,
inclusive el sitio es usado para disponer la basura de los habitantes cercanos al sitio. En
el caso de los estudios complementarios, la junta parroquial no contaba con los datos
técnicos de las redes de alcantarillado, pero pudieron establecer el orden de las
conexiones de las cajas de registros lo cual basta para uno de los cálculos a futuro.
Figura 4: Deshechos acumulados cerca del canal
3.2.3 Peticiones en el Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal de El Guabo Para este proyecto se solicitó información de las conexiones de la red de alcantarillado de
La Iberia y estudios de caudales medios diarios al GAD Municipalidad de El Guabo,
dirigiéndose al Departamento de Obras Públicas. Lastimosamente la petición fue negada
ya que, según respuesta del Departamento de Obras Públicas, el oficio no especificaba
cuál es la información precisa solicitada, por lo que los caudales se los obtuvo por medio
de cálculos, y las dimensiones de las redes de alcantarillado se las realizó por medición.
3.2.4 Obtención de datos Para proceder con los cálculos requeridos, se necesitan los siguientes datos: La
población de la parroquia La Iberia se los obtuvo del Instituto Nacional de Estadística y
Censos Ecuador, y las dimensiones de la red de alcantarillado se la realizó por medio de
medición en Google Earth, dando un total de 2003 metros.
3.2.5 Cálculo de población futura por extrapolación Por medio del uso de los datos de población, se realiza una tabla de Excel donde se
ingresa el año en las abscisas y la población en las ordenadas. Luego realizamos un
gráfico de dispersión por medio del programa, creamos una línea de tendencia de
polinómica de orden 6, y mostramos la ecuación de dicha línea de tendencia. La ecuación
nos mostrará los valores en las constantes que entran en la fórmula polinómica usada
para la extrapolación, y por medio de un sencillo cálculo, en el cual Y es la población y X
es el año, obtendremos nuestra población futura estimada.
Tabla 1: Censo de la parroquia La Iberia con sus datos extrapolados.
Figura 5: Gráfico de dispersión de año vs población, con su línea de tendencia y la
ecuación de la línea de tendencia.
Para los cálculos, se tomará como población 4823 habitantes.
3.2.6 Caudal Medio Diario El caudal medio diario de aguas residuales está conformado por aguas domésticas; El
caudal medio diario para aguas residuales se calcula de igual forma que se calcula el
caudal medio diario de consumo de agua potable:
En donde:
Qar: Caudal medio diario (l/s).
CR: Coeficiente de retorno del agua de abastecimiento a las redes de alcantarillado.
C: Consumo per cápita de agua potable (l/hab.día).
P: Población aportante.(hab).
El consumo per cápita de agua potable que se tomará para el diseño es un caudal de 180
litros por cada habitante y día.
El coeficiente de retorno considera que no toda el agua residual retorna al alcantarillado;
para el presente proyecto se utilizará 0.80
Tabla 2: Coeficiente de retorno dependiendo de la complejidad del sistema
El valor obtenido por la ecuación es de 8.04 litros por segundo
3.2.7 Caudal Máximo Horario El diseño de un alcantarillado sanitario deberá efectuarse con el caudal máximo horario,
el mismo que se obtiene multiplicando el caudal medio de aguas residuales Qar por un
factor de mayoración M que varía en forma inversa con la población o en forma inversa
con el caudal:
Para calcular el factor de mayoración, y en ausencia de valores estadísticos, se pueden
emplear ecuaciones empíricas para la obtención del factor de mayoración. A continuación
se citan algunas de ellas, tomadas de la siguiente bibliografía:
● Harold E. Babbitt Alcantarillado y tratamiento de Aguas Negras.
● Metcalf & Eddy Wastewater engineering, collection and pumping of wastewater.
● Ricardo López Cualla Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados.
Ecuación de Babbitt. Para poblaciones menores de 1000 habitantes
Siendo P la población en miles
Ecuación de Harmon. Para poblaciones entre 1000 y 1000000 de habitantes
Siendo P la población en miles
Ecuación de Flores
Siendo P la población total
Ecuación de “Los Ángeles”. Para caudales entre 4.8 L/s y 28.3 m3/s
Siendo Qar el caudal medio de aguas residuales en m3/s
Ecuación de Metcalf & Eddy
Siendo Qar el caudal medio de aguas residuales en m3/s
Esta última ecuación es la que adopta la Subsecretaría de Saneamiento Ambiental,
consecuentemente es la que se aplicará en este proyecto.
Con respecto a las ecuaciones señaladas se hacen los siguientes comentarios:
La ecuación de Babbitt está limitada para poblaciones hasta de 1000 habitantes, razón
por la cual no se utiliza.
La ecuación de los Ángeles no está desarrollada para nuestro medio y, además da
valores muy elevados del coeficiente de mayoración que no concuerdan con valores
obtenidos en algunas regiones andinas del Ecuador.
Las ecuaciones de Harmon y Flores obtienen parámetros más cercanos a los de nuestro
medio, en comparación con las anteriores, pero no es la más adecuada.
3.2.8 Caudal de aguas infiltradas Se produce por la ingreso a través de las uniones entre tramos de las tuberías, fisuras en
los conductos y en los pozos de revisión, del agua que se encuentra por debajo del nivel
freático del suelo.
Las tasas de infiltración propuestas para el presente estudio se enmarcan dentro de la
normativa general, la misma que presenta los siguientes rangos:
● bajo entre 0 y 0,15 l/s/Km.
● medio entre 0,15 y 0,50 l/s/km.
● alto entre 0,50 y 1,00 l/s/km.
La bibliografía presenta también la posibilidad de calcular el aporte por filtración en
función del área drenada, estableciendo rangos de infiltración, bajo entre 0.05 y 0.20
l/s/Ha, medio entre 0.10 y 0.30 l/s/Ha y alto entre 0.15 y 0.40 l/s/Ha. Para el presente
proyecto se determinó la utilización de 0.3 lt/seg/Km.
3.2.9 Caudal de aguas ilícitas Para el caso de los sistemas de alcantarillado sanitario, se considera un caudal por
concepto de conexiones ilícitas. Qili = 80 l/hab/día., valor establecido para el presente
proyecto. La bibliografía establece que cuando existe red de alcantarillado pluvial el valor
puede variar de 0.1 hasta 0.2 l/s/Ha y, caso de no existir alcantarillado pluvial, el valor
puede alcanzar hasta 2 l/s/Ha.
3.2.10 Caudal de diseño La siguiente expresión nos da a conocer el caudal de diseño para nuestra planta:
De acuerdo a lo indicado en el IEOS, se debe también considerar un caudal de aguas
industriales, pero en el caso de este proyecto en particular es ignorado, ya que no existe
ningún tipo de industria en la parroquia La Iberia.
En cualquier caso (especialmente en los tramos de cabecera), se adopta un caudal
mínimo de diseño de 2.2 l/seg, correspondiente al que se produce por la descarga de un
inodoro. El caudal de diseño para la planta será de 30.33 litros por segundo
Tabla 3: Resultados de los caudales
3.2.11 Diseño de tratamiento preliminar
Se entiende por tratamiento preliminar a la fase de tratamiento en la que se acata todos
los desechos de gran tamaño como basura, trapos, fundas, ramas, entre otros. El sistema
que vamos a usar en este caso será el de cribas, que consiste en un tamiz inclinado
dentro de un canal, el cual permitirá la fácil remoción de todo lo que la criba asimile.
Estos sistemas están localizados justo antes del tratamiento primario.
Se tomará para el diseño un tamiz grueso conformado por barrotes de sección de 10mm
de ancho y 50 mm de largo, con una separación de 25 mm con una inclinación de 45
grados. El tamiz se encuentra dentro de una cámara de 34 cm de ancho, 20 cm de altura
y 300 cm de longitud, con un borde libre de 10 cm. Para determinar la pérdida de carga,
se usará la ecuación de Metcalf & Eddy:
En donde:
Hf: Pérdida de carga (m).
V: Velocidad entre los barrotes (m/s).
v: Velocidad antes de los barrotes (m/s).
g: Aceleración de la gravedad (m/s2).
Tabla 4: Dimensiones y cálculos del tratamiento preliminar
Dado que la pérdida de agua es de 0.013 m, y los caudales están dentro de los rangos
aceptados por la norma, el diseño del tratamiento preliminar es adecuado y se procederá
al tratamiento primario.
3.2.12 Diseño de tratamiento primario – Tanque Séptico Para el diseño del tratamiento primario del tanque séptico se tomará la ecuación:
En donde:
Vu: Volumen útil del tanque séptico (l).
Nc: Población de diseño (hab).
C: Contribución de aguas residuales (l/hab.día).
T: Tiempo de retención (día).
K: Tasa de acumulación de lodos digeridos.
Lf: Contribución de lodo fresco.
El tiempo de retención para el presente tanque séptico será de 0.5. La tasa de
acumulación de lodos digeridos será de 65, ya que el periodo de la obra es de 20 años; y
la contribución de lodos secos es igual a 1, ya que se considera que el diseño es
principalmente conformado por residencias de clase baja.
Obtenido el volumen útil del tanque séptico, se asume una altura útil y una relación entre
largo y ancho de la base del tanque. La altura asumida en este tanque es de 250 cm, con
un borde libre de 30 cm, dando una altura útil de 220 cm, y la relación largo ancho usado
será de 3.
Durante el cálculo del volumen del tanque, se observó que el resultado de la ecuación es
de 661.75 metros cúbicos, y por lo tanto las dimensiones de un tanque de dicho volumen
son muy excesivas, se decidió dividir el tanque séptico en tres unidades independientes,
para un mejor funcionamiento y mantenimiento del tratamiento primario.
El tanque séptico deberá ser separado en dos instancias, en la cual la primera instancia
sirve para que los lodos que entran al sistema sedimenten y las grasas queden
atrapadas, mientras la segunda instancia acumula material más fino que termina
sedimentando en una capa fina al fondo del tanque, y permite que el agua circule a la
siguiente parte del tratamiento primario, que en este caso es el filtro anaerobio.
Tabla 5: Dimensiones y cálculos del tanque séptico
3.2.13 Diseño de tratamiento primario – Filtro Anaerobio Después del tanque séptico, la siguiente parte del diseño del tratamiento primario es un
medio filtrante llamado filtro anaerobio. Para el diseño del filtro, se considera:
En donde:
Vf: Volumen del medio filtrante (l).
N: Población de diseño (hab).
C: Contribución de aguas residuales (l/hab.día).
T: Tiempo de retención (día).
El tiempo de retención es el mismo considerado en el punto 3.2.12
El volumen del medio filtrante dependerá de las dimensiones del tanque séptico, en este
caso se toma la altura y ancho, mientras que el largo se determina por medio del volumen
calculado. Al igual que en el caso anterior, el volumen del filtro se divide en tres unidades
independientes.
Las capas empiezan al menos a 50 cm desde la base del tanque que contiene el filtro
anaerobio; La primera capa deberá contener grava con un diámetro entre 12 mm a 18
mm, y la segunda capa contendrá grava de diámetro entre 3 mm a 6 mm; cada capa se
reparte por igual en la altura restante.
Tabla 6: Dimensiones y cálculos del filtro anaerobio
3.2.14 Diseño de tratamiento secundario La última instancia del tratamiento será el humedal artificial. Las fórmulas a usar serán las
siguientes:
En donde:
Vh: Volumen del humedal (m3).
Th: Tiempo hidráulico de resistencia (día).
QSANIT: Caudal de diseño (m3/día).
n: Número de unidades
El tiempo hidráulico de resistencia es el tiempo que tarda el sistema en pasar el agua por
todo el sistema, en este caso se estima, para un humedal artificial de este tamaño, 5
días. Se usará una sola unidad para este diseño, el cual recolecta el agua de las tres
unidades establecidas en el sistema primario.
En donde:
At: Área transversal del humedal (m2).
QSANIT: Caudal de diseño (m3/día).
Ch: Conductividad hidráulica (m3/m2.día).
s: pendiente del humeda (m/m)l
La conductividad hidráulica depende de la grava usada en el humedal, para este humedal
se usa grava de 32 mm, dando una conductividad hidráulica de 10000 metros cúbicos por
cada metro cuadrado de área al día que pasa por el humedal.
Tabla 7: Comparación de distintas conductividades hidráulicas
Tabla 8: Dimensiones y cálculos del tratamiento secundario
3.3 SISTEMA DE CATEGORIZACIÓN EN EL ANÁLISIS DE LOS DATOS Una vez obtenida todas las dimensiones de todos los elementos, podremos realizar los
planos definitivos para la planta de tratamiento.
Figura 6: Plano del tratamiento preliminar, vista sección transversal y frontal.
Figura 7: Gráfico del tratamiento preliminar
Figura 8: Plano del tratamiento primario, vista sección transversal y planta.
Figura 9: Plano de tanque séptico, primera cámara
Figura 10: Plano de tanque séptico, segunda cámara
Figura 11: Plano de filtro anaerobio
Figura 12: Gráfico de la sección longitudinal del tratamiento secundario
Figura 13: Plano del tratamiento secundario, vista sección transversal y planta.
Figura 14: Detalle de la sección transversal del humedal artificial.
CAPÍTULO IV
RESULTADO DE LA INVESTIGACIÓN 4.1 DESCRIPCIÓN Y ARGUMENTACIÓN TEÓRICA DE RESULTADOS. Ya concluido el diseño, se comprobó que las dimensiones de los distintos elementos
permiten un funcionamiento óptimo de la planta durante su periodo de funcionamiento de
veinte años, tanto para su uso y mantenimiento.
Las distintas velocidades de flujo se encuentran dentro de los rangos establecidos por la
norma, especialmente en el tratamiento preliminar: flujos con velocidades muy bajas
provocan sedimentación de la materia en suspensión, mientras que flujos muy altos
provocan turbulencias y aireación en el agua, provocando un mal funcionamiento en los
sistemas a continuación de este, ya que funcionan con microorganismos anaerobios.
Las plantas a usar serán el junco de agua, planta nativa de la zona, estéticamente
agradable a la vista ya que es una planta familiar para la población local, y además ayuda
a mantener la fauna local, evitando la intrusión de posibles especies invasoras.
Durante la investigación en el proceso del presente trabajo, se ha demostrado que los
humedales artificiales son una forma muy práctica de tratamiento de aguas residuales
para pequeñas comunidades, poseen una eficiencia de limpieza alta y natural versus un
manejo y mantenimiento fácil que no requiere personal capacitado.
4.2 CONCLUSIONES ● El cálculo para una planta de tratamiento de aguas servidas requerirá siempre del
estudio estadístico de población, y la topografía del terreno para determinar la
mejor ubicación de los elementos.
● Los humedales artificiales son un medio eficiente para comunidades pequeñas, ya
que su costo de operación durante el periodo útil de la obra es extremadamente
pequeño, y no requiere de personal calificado para su mantenimiento.
● El agua tratada por un sistema de humedales artificiales remueve cerca del 90%
de las impurezas, tales como el nitrógeno, fósforo y la carga orgánica, por lo que
las áreas rurales se benefician de estos sistemas, ya que el agua tratada puede
ser usada para riego.
● El sistema de alcantarillado actual consta de una red con 2 kilómetros de cañerías
de PVC de 200mm de diámetro, con sus respectivas cajas de registro y es
exclusivamente sanitario, no existe un sistema de recolección de aguas lluvias
tales como colectores, por lo que la planta funciona con estas instalaciones.
● La planta diseñada tiene tres fases de tratamiento, una criba de tamiz grueso
como tratamiento preliminar, tres tanques sépticos con sus respectivos filtros
anaerobios conectados en paralelo que funcionan como tratamiento primario, y
por último un humedal artificial de flujo subsuperficial de 1.63 hectáreas como
tratamiento secundario. Después del tratamiento secundario la descarga se
realizará en el canal de drenaje, que desemboca´ra en el río Jubones.
4.3 RECOMENDACIONES ● En caso de considerarse un sistema de alcantarillado mixto a futuro, o sea, aguas
servidas y aguas lluvias, considérese el uso de vertederos que alivien los
caudales en época de lluvias, para evitar colapso en la planta de tratamiento.
● En caso de realizar un nuevo diseño usando la presente documentación, se
sugiere actualizar la población futura para determinar los nuevos caudales
generados por la parroquia La Iberia.
● El mantenimiento del tratamiento preliminar se debe realizar a diario o a
conveniencia de cómo esté la criba, la remoción de los lodos en el sistema
primario debe ser cada 3 meses, y siempre chequear que el humedal no presente
charcos, en caso de presentar charcos, se recomienda reemplazar la grava en la
zona afectada y replantar.
● El sistema calculado no toma en cuenta las aguas lluvias, porque el sistema
presente está pensado en tratar los desperdicios, y un caudal extra causaría tanto
velocidades altas y una saturación en la capa interna del humedal por donde entra
el agua servida, haciendo que el humedal colapse y muestre charcos y riachuelos
en su superficie. Se recomienda que la conexión a la planta sea exclusivamente
de aguas residuales.
BIBLIOGRAFÍA
[1] C. Rojas, E. Sepúlveda-Zúñiga, O. Barbosa, O. Rojas y C. Martínez, «Patrones de urbanización en la biodiversidad de humedales urbanos en Concepción metropolitano,» Revista de geografía Norte Grande, vol. 61, nº 1, pp. 181-204, Sept. 2015.
[2] «Evaluación del uso de los humedales de manglar como biofiltro de efluentes de camaroneras en Yucatán, México,» Revista de biología marina y oceanografía, vol. 47, nº 3, p. 10, Dic 2012.
[3] A. MUÑOZ-PEDREROS, J. MONCADA-HERRERA y L. GÓMEZ-CEA, «Evaluación del paisaje visual en humedales del río Cruces, sitio Ramsar de Chile,» Revista chilena de historia natural, vol. 85, nº 1, p. 73.88, Marzo 2012.
[4] F. Correa-Araneda, J. Urrutia y R. Figueroa, «Estado del conocimiento y principales amenazas de los humedales boscosos de agua dulce de Chile,» REVISTA CHILENA DE HISTORIA NATURAL, vol. 84, nº 1, pp. 325-340, 2011.
[5] L. Vidal, A. Vallarino, I. Benítez y J. Correa, «Implementación del plan estratégico Ramsar en humedales costeros de la Península de Yucatán: normativas y regulación,» Latin american journal of aquatic research, vol. 43, nº 5, pp. 873-887, 2015.
[6] D. F. García, E. Solarte, J. Jairo Sandoval, A. Toro, D. Ascuntar y M. Peña, «Caracterización de humedales artificiales por fluorescencia inducida por láser,» Bistua: Revista de la Facultad de Ciencias Básicas, vol. 9, nº 1, pp. 77-82, 2011.
[7] H. Brix y C. A. Arias I, «Humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales,» Ciencia e Ingeniería Neogranadina, vol. 13, nº 1, pp. 17-24, 2003.
[8] V. F. Pacheco Salazar, B. Jáuregui Rodríguez, T. B. Pavón Silva y G. V. Mejía Pedrero, «Control del crecimiento de microorganismos filamentosos en una planta de tratamiento de aguas residuales industriales,» Revista Internacional de Contaminación Ambiental, vol. 19, nº 1, pp. 47-53, 2003.
[9] C. A. Peña Guzmán y J. Lara Borero, «TRATAMIENTO DE AGUAS DE ESCORRENTÍA MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES: ESTADO DEL ARTE,» Ciencia e Ingeniería Neogranadina, vol. 22, nº 2, pp. 39-61, 2012.
[10] I. Salgado Bernal, M. Cruz Arias, M. d. C. Durán Domínguez, R. Oviedo, M. E. Carballo Valdéz y A. Martínez Sardiñas, «Bacterias como herramientas potenciales en el mejoramiento de humedales artificiales para el tratamiento de aguas,» Revista CENIC. Ciencias Biológicas, vol. 41, nº 1, pp. 1-10, 2010.
[11] J. García Hernández, C. Valdéz-Casillas, L. Cadena-Cárdenas, S. Romero-Hernández, S. Silva-Mendizábal, G. González-Pérez, G. N. Leyva-García y D. Aguilera-Márquez, «Humedales artificiales como un método viable para el tratamiento de drenes agrícolas,» Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas, vol. 1, nº 1, pp. 97-111, 2011.
[12] V. M. Luna Pabello y H. F. Ramírez Carrillo, «Medios de soporte alternativos para la remoción de fósforo en humedales artificiales,» Revista Internacional de Contaminación Ambiental, vol. 20, nº 1, pp. 31-38, enero-marzo 2004.
[13] R. Pérez Salazar, C. Alfaro Chinchilla, J. Sasa Marín y J. Agüero Pérez, «EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA ALTERNATIVO DE HUMEDALES ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES,» Uniciencia, vol. 27, nº 1, pp. 332-340, enero-junio 2013.
[14] M. ROMERO-AGUILAR, A. COLÍN-CRUZ, E. SÁNCHEZ-SALINAS y L. ORTIZ HERNÁNDEZ, «TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR UN SISTEMA PILOTO DE HUMEDALES ARTIFICIALES: EVALUACIÓN DE LA REMOCIÓN DE LA CARGA ORGÁNICA,» Revista Internacional de Contaminación Ambiental, vol. 25, nº 3, pp. 157-167, 2009.
[15] L. E. Amábilis-Sosa, C. Siebe, G. Moeller-Chávez y M. d. C. Durán-Domínguez De-Bazúa, «Remoción de mercurio, cromo y plomo por humedales artificiales inoculados con cepas tolerantes,» Tecnología y Ciencias del Agua, vol. VI, nº 2, pp. 21-34, 2015.
[16] V. M. Luna-Pabello y S. Aburto-Castañeda, «Sistema de humedales artificiales para el control de la eutroficación del lago del Bosque de San Juan de Aragón,» Tip Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas, vol. 17, nº 1, pp. 32-55, 2014.
[17] S. C. Albañil Osorio, O. Rodríguez Castellanos, J. P. Jaimes Romero y J. P. Rodríguez Miranda, «Comparación de la calidad del humus de material vegetal (de humedales artificiales) con el de residuos orgánicos domésticos,» Revista Logos, Ciencia & Tecnología, vol. 8, nº 2, pp. 191-200, 2017.
[18] V. Ruiz-López, M. d. R. González-Sandoval, J. A. Barrera-Godínez, G. Moeller Chávez, E. Ramírez-Camperos y M. d. C. Durán-Domínguez-de-Bazúa, «Remoción de Cd y Zn de una corriente acuosa de una empresa minera usando humedales artificiales,» Tecnología, Ciencia, Educación, vol. 25, nº 1, pp. 27-34, 2010.
[19] J. P. Rodríguez-Miranda, E. Gómez, L. Garavito y F. López, «Estudio de comparación del tratamiento de aguas residuales domésticas utilizando lentejas y buchón de agua en humedales artificiales,» Tecnología y Ciencias del Agua, vol. I, nº 1, pp. 59-68, enero-marzo 2010.
[20] J. C. BEDOYA PÉREZ, A. N. ARDILA ARIAS y J. REYES CALLE, «EVALUACIÓN DE UN HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL EN EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES GENERADAS EN LA INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA COLEGIO MAYOR DE ANTIOQUIA, COLOMBIA,» Revista Internacional de Contaminación Ambiental, vol. 30, nº 3, pp. 275-283, 2014.
[21] N. López y E. Guevara Pérez, «Valoración ambiental del Humedal Urama, Venezuela,» Revista INGENIERÍA UC, vol. 24, nº 3, pp. 279-289, 2017.
[22] F. Orgaz Agüera, «El Ecoturismo en los Humedales: Análisis de las Potencialidades de República Dominicana,» Rosa dos Ventos, vol. 6, nº 1, pp. 4-18, enero-marzo 2014.
[23] K. Senhadji-Navarro, M. A. Ruiz-Ochoa y J. P. Rodríguez Miranda, «ESTADO ECOLÓGICO DE ALGUNOS HUMEDALES COLOMBIANOS EN LOS ÚLTIMOS 15 AÑOS: UNA EVALUACIÓN PROSPECTIVA,» Colombia Forestal, vol. 20, nº 2, pp. 181-191, Julio-Diciembre 2017.
[24] N. F. Alasino, Noelia, B. P. Primo, Laura y N. Larrosa, «Comportamiento cinético e hidráulico de un humedal construido a escala real,» Tecnología y Ciencias del Agua, vol. VI, nº 3, pp. 93-104, Mayo-Junio 2015.
[25] L. A. Torres Villamizar, R. Reinoso, J. A. Álvarez y E. Bécares, «Influencia de la vegetación sobre la eliminación de bacterias en humedales de flujo superficial,» Bistua: Revista de la Facultad de Ciencias Básicas, vol. 9, nº 1, pp. 16-20, 2011.
[26] J. Arias-García y J. Gómez-Zotano, «LA PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE LOS HUMEDALES DE ANDALUCÍA EN EL MARCO DEL CONVENIO RAMSAR,» Investigaciones Geográficas (Esp), vol. 1, nº 63, pp. 117-129, 2015.
[27] G. P. C., «Epistemología de las impedancias complejas en ingeniería,» Innovación Educ., vol. 12, nº 1, pp. 35-54, 2012.
[28] N. J. A., «Enfoques epistemológicos de la investigación sobre desigualdades educativas en méxico 1971-2010,» Revista Mex. Investig. Educ., vol. 18, nº 1079, pp. 1077-1101, 2013.
[29] K. Torres P. L., «LA EPISTEMOLOGÍA Y LA INVESTIGACIÓN DENTRO DE LOS SISTEMAS COMPLEJOS ORGANIZACIONALES ACTUALES,» Revista científica Ciencias Humanas, vol. 11, nº 1, pp. 60-61, 59-75, 2015.
[30] C. A. Arias I. y H. Brix, «Humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales,» Ciencia e Ingeniería Neogranadina, vol. 13, pp. 17-24, Julio 2003.
