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- INTRODUCCION
La tecnología de depuración de las aguas residuales en lechos de plantas macrófitas consiste en una o más celdas con medio filtrante formado por arena y/o grava, donde las especies vegetales son plantadas, y donde hay varios procesos como sedimentación, filtración, adsorción y precipitación en la matriz del medio filtrante, así como fenómenos biológicos, tales como la degradación microbiana y asimilación por las plantas.
Rotaria del Perú SAC presenta el proyecto de las “Planta Modelo Para el Tratamiento De Aguas Residuales Domesticas por Medio de Humedales Artificiales”. Este sistema es implementado con la finalidad de estudiar las diferentes alternativas de tratamiento en una escala piloto dentro de La Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM), cuya profesora gestora del proyecto es la Ing. Rosa Miglio Toledo y con la ayuda financiera de la Universidad Ramon Llull, representada por la profesora Rosario Pastor.
El sistema de tratamiento cuenta con una línea de tratamiento, pero por sistemas de investigación esta línea se podrán combinar y/o modificar las dosificaciones a tratar con otro sistema de tratamiento, lo que permitirá tener una gama de opciones de tratamiento. Estas alternativas de combinación y dosificación son sumamente necesarias en una universidad como la UNALM ya que en el Perú aun no existen normas ni parámetros de diseños implementados en el país, por lo que se requiere de investigación.
Rotaria del Perú SAC cuenta con experiencias de implementación de estos tipos de sistemas de tratamiento y garantiza que la calidad del agua después del tratamiento tiene la calidad necesaria para ser reusada. Los efluentes tratados pueden ser utilizados sin temor de contaminación en la irrigación de las áreas verdes. Este proyecto ha sido desarrollado de acuerdo a las normativas y legislación existentes en el país.
- DATOS DEL PROYECTO
Situación: El proyecto ha sido diseñado para captar aguas residuales domesticas a través de un buzón que permite tomar el caudal necesario para las líneas de tratamiento y el sobrante lo devuelve al alcantarillado. El sistema de tratamiento está diseñado idealmente para 30 Personas Equivalentes (PE) o aproximadamente 6 m³, pero esta dotación será variable según la investigación que se esté realizando.
Cada línea de tratamiento ha sido diseñada en base de investigaciones hechas en otros países (DWA, 2006), principalmente Europeos y con la experiencia especial de Rotaria. Aun no existen investigaciones científicas en el Perú que den parámetros de diseño para los humedales artificiales. Este proyecto permitirá tener investigadores que contribuyan con la estandarización de los diseños en climas áridos. Y se pueda contribuir con el desarrollo del saneamiento sostenible en el país.
La línea está compuesta por un humedal de grava de flujo vertical seguido por dos humedales artificiales también de flujo vertical.
Localización: Centro Modelo de Tratamiento de Residuos (CEMTRAR) - UNALM, Lima12.
- DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO
La finalidad del tratamiento es la reutilización, por lo que se busca un sistema eficiente de tratamiento con buena relación de beneficio/costo. Estas exigencias se cumplen de mejor forma con el tratamiento de tipo Humedal (Filtro de arena sembrado con plantas de pantanales), Este sistema permitirá tratar aguas negras después de su pretratamiento que tiene por finalidad la separación de sólidos suspendidos.
Los Humedales procuran imitar las funciones existentes de auto depuración de pantanos naturales, en particular la capacidad de filtración mecánica y biológica, y de degradación de materia orgánica. De esta forma, estos son sistemas proyectados para utilizar plantas en substrato de arena donde, de forma natural y con condiciones ambientales adecuadas, ocurre la formación de biofilm que albergan una población variada de microorganismos. Estos microorganismos poseen una capacidad de tratar los desagües biológicamente.
Con una operación adecuada el efluente final es transparente, sin olor y principalmente puede ser reutilizado para el riego de áreas verdes y árboles (clase B y C según la definición de Organización Mundial de la Salud - OMS). Mientras la reutilización de jardines y verduras (clase A, OMS) exige para cualquier tipo de tratamiento, una desinfección final ya sea con cloro, rayos ultra violeta (UV) u Ozono.
Figura 1 - Ejemplo para la Integración armónica del Filtro de Arena Plantado (WTL-Rotaria para el tratamiento de aguas negras de Colegio San Christoferus en Lima
Actualmente en la legislación peruana no hay normas para la construcción de humedales, a nivel internacional hay parámetros y referencias para la construcción de este sistema los cuales varían dependiendo de las condiciones climáticas locales. Rotaria del Perú SAC usa sus conocimientos y amplia experiencia en construcción y mantenimiento de estos sistemas, para hacer los cálculos de requerimiento de sus humedales y así llegar a estos estándares de calidad requeridos a nivel internacional y local.
3.1 Tratamiento Primario
El tratamiento primario tiene como objetivo eliminar los solidos suspendidos, sedimentables, grasas, fibras, etc. Es decir solo es remoción de solidos mediante procesos físicos como sedimentación y filtración principalmente para este caso. El tratamiento primario es muy importante para evitar la obstrucción de los humedales del tratamiento secundario, que es la obstrucción de los poros debido a la acumulación de sólidos.
3.1.1 Pre Co-WTL Rotaria
Rotaria del Perú SAC, denomina en su diseño como “Pre Co-WTL Rotaria” al humedal del tratamiento primario, que es de piedra y gravilla y está encargado de la separación física de los sólidos del agua residual, los cuales quedan atrapados en la superficie y son oxidados por el oxigeno que se encuentra en la superficie del lecho para su mineralización. La distribución del agua residual cruda en la superficie del humedal se da a través de tuberías abiertas que permiten distribuir las aguas residuales con sólidos en la superficie. Este tipo de tratamiento exige que la operación se de en dos o más celdas de tratamiento en paralelo, de manera que cuando una está en operación, la otra descansa y el material fecal en la superficie se seca y degradada.
El numero de compartimentos necesarios y la frecuencia del cambio entre los compartimentos depende mucho de la condición climática específica. Por las experiencias de la empresa Rotaria del Perú SAC con la aplicación de humedales se ha adaptado el sistema original Francés a las condiciones climáticas locales.
Un aspecto muy interesante de esta unidad es que no genera lodos, no libera biogás ni provoca costos adicionales para su mantenimiento, sin embargo es altamente eficiente y por lo tanto es ideal para comunidades que tienen suficiente espacio para implementar el sistema.
Figura 2: Pre Co-WTL Rotaria
3.2 Tratamiento Secundario
El tratamiento secundario está diseñado para degradar sustancialmente el contenido de materia orgánica disuelta en el agua, para este caso se utilizaron filtros biológicos como son los humedales artificiales.
3.2.1 WTL-Rotaria
Rotaria del Perú SAC define a su diseño “WTL-Rotaria” al humedal artificial de flujo vertical con filtro de arena y gravilla. La característica principalmente de estos humedales es el potencial de filtración de la arena asociado con los raíces de las plantas verdes, características de áreas húmedas. Durante la filtración del desagüe ocurren procesos mecánicos, pero los más importantes son los procesos biológicos, realizando por las bacterias aeróbicas, que crecen como biomasa adherida (biofilm) en la arena.
Estas bacterias se alimentan de componentes orgánicos del desagües, utilizando el oxigeno del aire para el proceso de la degradación.
El proceso aeróbico de degradación de materia orgánica es más completo que el proceso anaeróbico y no libera malos olores.
Figura 3: WTL-Rotaria
3.3 Plantas Acuáticas
Para la selección de plantas que se utilizarán en humedales artificiales pueden hacerse las siguientes recomendaciones:
- Usar especies locales, autóctonas y no importaciones exóticas o especies invasoras.
- Usar especies de plantas que crecen naturalmente en los humedales o riberas de los ríos debido a que sus raíces ya están adaptadas a crecer en condiciones de agua saturada.
- Son preferibles las plantas con raíces extensas y sistema de rizomas subterráneos.
- Las plantas deben ser capaces de soportar altas cargas, así como cortos periodos de sequía. Las plantas no requieren de inundaciones permanentes, pero deben ser capaces de afrontar temporadas de inundación y encharcamiento del suelo.
Las plantas a utilizar en las unidades del sistema son:
Vetiver Grass: De nombre científico Chrysopogon zizanioides, antiguamente conocido como Vetiveria zizanioides. Es un pasto que crece hasta 1,5 m de altura y forma un sistema radicular eficiente. Se usara en el Pre- Co- WTL.
Papiro enano: De nombre científico Cyperus haspens. Excelente cuando es la única planta. No sobrevive a la sombra de las plantas más grandes. Se usaran en los humedales horizontales y verticales.
- DESCRIPCIÓN TÉCNICA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO
4.1 Distribución de los sistemas
La figura 6 muestra la distribución espacial de los sistemas de tratamiento, donde se observa también la distribución de las tuberías.
Figura 4: Esquema general de la PTAR
4.2 Tratamientos Primarios
4.2.1 Pre Co-WTL
Rotaria del Perú SAC, denomina Pre Co-WTL al primer humedal, que es de piedra con gravilla y está encargado de la separación física de los sólidos del agua residual, y recibe el agua residual cruda sin ningún tipo de tratamiento anterior. Ha sido diseñado para 30 personas equivalentes.La distribución del efluente sin tratar se da en la superficie del humedal a través de tuberías de 3 pulgadas, que permiten distribuir el agua residual en la superficie (similar a piletas). Este tipo de tratamiento exige que la operación de dos o más celdas de pre-tratamiento en paralelo, de manera que cuando una está en operación, la otra descansa y los solidos en la superficie se secan y degradan. Para este caso se utilizaran 4 celdas. Se impermeabilizo con geomembrana de HDPE de 1mm de espesor.
El Pre Co-WTL tiene una área efectiva de 36 m², con dimensiones de 6.5 m por 6.5 m en total (tienen 0.5 m mas para la divisiones de las celdas), tiene taludes de 45° para dar estabilidad. El número de compartimentos utilizados son 04, estos están subdivididos dentro del pre Co-WTL y cada uno tiene una tubería independiente que viene de la cámara de bombeo, cada subdivisión cuenta con un radio efectivo de 3 metros de distribución de agua residual, o un área aproximada de 9 m².
Tabla 2: Dimensiones del Pre Co-WTL
Dimensiones
Valor
Unidad
Área efectiva superficial
36
m²
Profundidad efectiva
100
cm
Borde Libre
50
cm
Grava huso 67
60
cm
Piedra Chancada de ½”
25
cm
Piedra Chancada de 1”
15
cm
El pre Co-WTL cuenta con un Pozo de bombeo, que cuenta con una bomba sumergible de ¾ HP, el cual distribuirá hacia los humedales verticales, o hacia la cámara construida a lado del tanque baffled que alimenta a los horizontales. Este pozo tiene un volumen de 2 m³.
4.3 Tratamientos Secundarios
4.3.1 WTL-Rotaria
Se construyeron 02 unidades del WTL-Rotaria con las mismas características. Los humedales tienen un área efectiva de 15 m², la distribución a este humedal puede ser de dos maneras mediante bomba (proveniente del Pre Co-WTL) y por gravedad (proveniente del tanque Baffled). Cada humedal fue diseñado para 15 personas equivalentes.El agua se distribuye por tuberías de 2”, perforadas diametralmente opuestas, la tubería de alimentación se divide mediante una tee las 02 tuberías perforadas, distribuyendo uniformemente sobre toda la superficie del humedal. Se impermeabilizo con geomembrana de HDPE de 1mm de espesor.
El agua es recepcionada en la base por una tubería de 4 pulgadas perforada, que permite el drenaje del agua y su salida.
Tabla 4: Dimensiones del WTL-Rotaria
Dimensiones
Valor
Unidad
Área efectiva superficial
15
m²
Profundidad efectiva
90
cm
Borde Libre
20
cm
Grava huso 7
10
cm
Arena
60
cm
Grava huso 7
20
cm
- OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA
5.1 Alternativas de líneas de Tratamiento
Se dejaron las conexiones necesarias para poder combinar la linea de tratamiento con otros sistemas de tratamiento que serán construidos en paralelo a este sistema.
5.2 Operación y Mantenimiento del sistema
5.2.1 Pre Co-WTL
Se debe de controlar que se alternen en el uso de las celdas, para permitir que los sólidos puedan secarse y mineralizarse en la superficie. Se tiene que controlar la altura de la vegetación. En muchos casos se va a presentar líquido sobre la superficie, el cual se filtrara y secara. No existen problemas de colmatación acá, ya que este sistema funciona por inundaciones.
5.2.2 Pozo de Bombeo del Pre Co-WTL
Se debe de controlar el funcionamiento de la bomba, para esto se debe de realizar inspecciones a los niveles los cuales bombea y verificar que sean para los cuales se ha colocados las boyas. 20 cm superior a la base como el nivel inferior, es decir al terminar el bombeo debe quedar ese tirante. Y se inicia el bombeo cuando el nivel de agua llegue a 80 cm sobre el nivel de la base del pozo. En caso de problemas con la bomba, se recomienda realizar la reparación y durante esto se debe de cerrar las llaves que alimentan el Pre Co-WTL, para evitar que se almacene agua en el pozo.
5.2.3 WTL-Rotaria
Se debe de verificar que no haya obstrucciones a las tuberías de distribución del sistema, además de los problemas con la colmatación del sistema.
Para el mantenimiento se debe de realizar el corte de los papiros una vez estos alcancen una altura considerada.En caso de colmatación se recomienda cerrar la llave que alimenta el humedal (derivando el agua a la otra unidad), luego esperar a que el humedal se recupere. Además si hay problemas con la tubería de recolección en la base, se cuenta con un sombrero, el cual puede ser retirado, e ingresar agua a presión para limpiar la tubería de recolección.
- ANEXOS
6.1 Anexo 01 : Fotos del Proceso de Construcción e Instalación
6.2 Anexo 02: Planos ( Vista de planta y de perfil)
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