SERIE AUTODIDÁCTICA DE MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA, SEGUNDA PARTE. Identificación de sistemas naturales de tratamiento de aguas residuales Autor: César G.
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SERIE AUTODIDÁCTICA DE MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA, SEGUNDA PARTE. Identificación de sistemas naturales de tratamiento de aguas residuales Autor: César G. Calderón Mólgora. Revisor: Luis Miguel Rivera Chávez. Irma Laura Medina Salazar. Editor: César G. Calderón Mólgora. Presentación: Silvia Mendoza Vergara SUBDIRECCIÓN GENERAL DE ADMINISTRACIÓN DEL AGUA (CNA) COORDINACIÓN DE TRATAMIENTO Y CALIDAD DEL AGUA (IMTA) SIGUIENTE Esta presentación está organizada con base en hipervínculos, por ello es necesario navegar a través de ella utilizando los botones activos al calce de las diapositivas o las palabras u oraciones subrayadas. Mueva el cursor hasta el botón activo o a la palabra subrayada y pulse el botón izquierdo del ratón. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR ¿Para quién? Este manual se dirige a los especialistas técnicos de las brigadas de inspección y verificación quienes se encargan del muestreo de las descargas de los usuarios en aguas nacionales. ¿Para qué? Este manual se elaboró para que los usuarios cuenten con fundamentos para describir los sistemas lagunares y los humedales utilizados en el tratamiento de aguas residuales. Asimismo para que cuenten con información referente al tipo de contaminantes que pueden remover dichos sistemas y la eficiencia con que los pueden remover. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE CONTENIDO Introducción 1 Sistemas Lagunares. 1.1. Principios de funcionamiento. 1.2. Descripción de los sistemas lagunares. 1.3. Tipo de contaminantes que remueven y las eficiencias de remoción. 2 Humedales 2.1 Descripción de los humedales 2.2 Principio de funcionamiento 2.3 Tipos de humedales 2.4 Tipo de contaminantes que remueven y las eficiencias de remoción. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR Introducción. Los sistemas de tratamiento de aguas residuales se valen de fenómenos naturales como: sedimentación, transferencia de gases, filtración, adsorción, intercambio iónico, precipitación química, oxidación química y biológica para remover los contaminantes del agua residual. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Cuando estos procesos ocurren en ambientes controlados, en forma secuencial y a tasas aceleradas de reacción, son sistemas mecanizados, como lodos activados, filtros percoladores, discos biológicos rotativos, reactores anaerobios. Son sistemas que dependen de la energía inducida (eléctrica o de combustibles fósiles). ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Estos sistemas se explican con más detalle en el manual Identificación y descripción de los sistemas secundarios de tratamiento de aguas residuales. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Si los procesos de transformación ocurren en forma simultánea y con velocidades de reacción normales, son sistemas naturales de tratamiento tales como lagunas de estabilización, humedales, sistemas de infiltración lenta, o de infiltración rápida o incluso los sistemas de escorrentía. Estos sistemas requieren poca o ninguna energía inducida (eléctrica o de combustibles fósiles). ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Los sistemas comunes en naturales México de son tratamiento las lagunas más de estabilización y en menor grado los humedales construidos. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 1 Sistemas lagunares ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR Una laguna de estabilización es un estanque impermeable con profundidades entre 1 y 5 metros que retienen el agua residual por periodos de 4 a 50 días. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Fig. 1.1 Vista aérea de una laguna de estabilización ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE La impermeabilidad del estanque se puede lograr con arcilla apisonada, concreto o con geomembranas. Fig. 1.2 Colocación de una geomembrana para el sello impermeable ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Durante el tiempo que el agua residual permanece en el estanque ocurren procesos de separación de materia suspendida (sedimentación) y su respectiva digestión, así mismo hay un proceso de transformación de la materia orgánica (DBO5) en compuestos más simples como bióxido de carbono (CO2). ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 1.1 Principio de Funcionamiento. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 1. Una laguna de estabilización del tipo facultativo se subdivide en tres capas o zonas: • Zona fótica. • Zona heterótrofa facultativa. • Zona anaerobia o de sedimentos. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE O2 Viento CO2 Zona fótica (aerobia) Agua residual cruda Agua residual Fotosíntesis tratada (algas) Zona heterótrofa facultativa Degradación aerobia de materia orgánica disuelta (anaerobia aerobia) (bacterias heterótrofas aerobias y facultativas) Zona anaerobia (sedimentos) (DBO5) Degradación anaerobia de materia orgánica sedimentada (DBO5) (bacterias anaerobias y facultativas) Fig. 1.3 Zonas o capas de una laguna facultativa ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Zona fótica Sistema de aeración donde ocurren dos procesos básicos: la fotosíntesis y la transferencia de oxígeno atmosférico al agua por efecto del viento, siendo el primero el más importante. Profundidad: del orden de 0.60 m, determinada por concentración de algas y factores como: sólidos suspendidos, carga orgánica y transparencia del agua residual. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Zona heterótrofa Es donde se lleva a cabo la degradación de la materia orgánica (DBOSOLUBLE) disuelta y coloidal. Existe una relación simbiótica entre la zona fótica y la zona facultativa, el producto final de cada zona es utilizado por la otra: la zona fótica genera oxígeno, usado por bacterias para degradar materia orgánica, como resultado de la degradación se genera CO2 que requieren las algas como fuente de carbono para generar oxígeno. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Nivel del agua Nuevas células NH3 PO4 Algas (autótrofas) CO2 O2 DBO5 NH3 PO4 Bacterias aerobias y facultativas (heterótrofas) Nuevas células Fig. 1.4 Esquema de la relación simbiótica entre algas y bacterias en una laguna de estabilización. (Fuente: Metcalf & Eddy, 1991) ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Zona anaerobia Se encuentra en el fondo de la laguna, está definida por materia orgánica sedimentada la cual se transforma, por acción de las bacterias, en ácidos grasos y posteriormente en metano (CH4), bióxido de carbono (CO2), ácido sulfhídrico (H2S). ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Tratamiento de agua en una laguna facultativa 1. El agua residual entra en la laguna, la materia orgánica particulada sedimenta y se deposita en el fondo, mientras que la materia orgánica soluble y coloidal será consumida por las bacterias que se encuentran en la zona de degradación. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 2. Las bacterias utilizan el oxígeno disuelto en el agua para transformar la materia orgánica en CO2 y en más bacterias, para completar el proceso es necesario que el agua contenga nitrógeno amoniacal y fosfatos. Las nuevas bacterias se incorporan al proceso, las células muertas sedimentan y forman parte de los lodos que se degrada por vía anaerobia. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 3. El CO2 generado por las bacterias es utilizado por las algas, en presencia de luz solar, para generar más algas y oxígeno molecular, que será aprovechado por bacterias aerobias. Bacterias y algas requieren de nitrógeno y fósforo para completar transformación. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE el proceso de O2 Viento CO2 Materia orgánica disuelta Agua residual Nuevas células NH3 PO4 DBO5 Materia orgánica suspendida Células muertas Lodos Bacterias anaerobias y facultativas Algas O2 NH3 PO4 CO2 + NH3 Bacterias aerobias y facultativas Productos intermedios de degradación (ácidos orgánicos) Bacterias anaerobias estrictas Nuevas células CO2 + NH3 + H2S + CH4 Figura 1.4. Tratamiento del agua residual dentro de una laguna facultativa (Fuente: Adaptado de Metcalf & Eddy, 1991). ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE En el fondo de la laguna, en la zona de sedimentos ocurre una degradación a nivel anaerobio (ausencia de oxígeno) la materia orgánica particulada es transformada por acción de las bacterias anaerobias, en compuestos intermedios como ácidos orgánicos y finalmente, en compuestos más simples como metano, bióxido de carbono, nitrógeno amoniacal y ácido sulfhídrico. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE El CO2, el NH3 y el H2S son altamente solubles, serán utilizados por los microorganismos o se combinarán para formar nuevos compuestos, el metano tenderá a escapar a la atmósfera. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 1.2 Descripción de los sistemas lagunares ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Clasificación por vía metabólica ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL Aerobias Presencia de oxígeno molecular en todo el tirante de la laguna. Facultativas Presencia de oxígeno molecular en el tirante de agua excepto en el fondo. Anaerobias Ausencia de oxígeno molecular en todo el tirante de agua. ANTERIOR SIGUIENTE Lagunas aerobias Estanques muy someros. Profundidad: entre 0.3 y 1.5 m. Oxígeno disuelto: presente en todo el tirante de la laguna, es provisto por la fotosíntesis de las algas y por la acción del viento. Tiempo de retención: de 6 a 40 días. El color del espejo de agua es verde. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Lagunas facultativas Estanque impermeable de tierra. Profundidad: entre 1.5 y 2.5 m. Oxígeno disuelto: presente en la superficie y parte media del tirante de agua, no así en el fondo de la laguna, que trabaja en fase anaerobia. Tiempo de retención: de 5 a 30 días. El color de la laguna es verde. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Lagunas anaerobias Profundidad: entre 2.5 y 5 m Oxígeno disuelto: prácticamente no hay aeración, no ocurre la fotosíntesis, no hay difusión del oxígeno. Tiempo de retención: entre 20 y 50 días. El color del agua es gris. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 1.2.1 Clasificación por uso ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE • Anaerobias Remoción de materia orgánica Clasificación por uso Remoción de nutrientes Control de microorganismos patógenos ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR • Facultativas • Aerobias de alta y baja tasa • Aeradas Aerobias de alta tasa Aerobias de maduración SIGUIENTE Anaerobias Son aptas para tratar aguas residuales municipales e industriales, cargas orgánicas (224 a 560 kg DBO /ha-d). La calidad del efluente es inferior a otros tipos de lagunas, tiene un alto contenido de NH3 y en consecuencia de DBO5 una laguna anaerobia debe ser seguida por una laguna facultativa o una aerobia para pulir el efluente. 5 ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Facultativas Se utilizan para tratar aguas residuales, municipales e industriales, no requieren de tratamiento primario, en el país se llegan a encontrar plantas que constan de un pretratamiento primario y laguna facultativa. La carga orgánica que soportan es de 19 a 67 Kg DBO5/ha d, en los lugares en que la temperatura invernal del aire es superior a 15 °C, la carga pueden llegar hasta 90 Kg DBO5/ha d ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Aerobias de alta y baja tasa Se utilizan para tratar aguas residuales, cuyo contenido de materia orgánica está disuelta y prácticamente no hay entrada de sólidos suspendidos. La lagunas de alta tasa presentan tiempos de retención entre 4 y 6 días. Las de baja tasa, va de 10 a 40 días. No son comunes en México. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Lagunas aeradas Cuentan con un sistema mecanizado de aeración, semejan más a un sistema de lodos activados que a una laguna de estabilización. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Lagunas aeradas Vista aérea de una laguna aerada. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Remoción de nutrientes Se diseñan para optimizar la producción de algas y cosechar altos niveles de proteína, dada la alta producción de células, los nutrientes (nitrógeno y fósforo) se remueven del agua para incorporarse a las algas producidas. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Control de microorganismos patógenos Las lagunas de maduración se utilizan para disminuir la cantidad de microorganismos patógenos del agua tratada. No soporta cargas orgánicas mayores que 15 Kg DBO5/ha d, se encontrarán al final de un sistema lagunar o después de un sistema mecanizado de tratamiento de aguas residuales. Tiempo de retención de 5 a 20 días. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 1.2.2 Arreglos o diagramas de flujo de sistemas lagunares ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Pueden constar de una o varias lagunas; cuando es una, suele ser facultativa. Se encuentran arreglos de dos o más lagunas facultativas. Pueden operar en serie o en paralelo, en serie hay menor producción de algas que al operar en paralelo. El sistema paralelo distribución de sólidos. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE permite mejor Facultativa Anaerobia Facultativa Anaerobia Facultativa Aerobia de maduración Facultativa Aerobia de maduración Facultativa Facultativa Facultativa Facultativa Figura 1.6. Arreglos de sistemas lagunares ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Fig. 1.9 Vista aérea de un sistema lagunar. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 1.3 Tipo de contaminantes que remueven y eficiencias de remoción. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Los contaminantes principales que remueven son: • Materia en suspensión orgánica o inorgánica • Materia orgánica (DBO soluble). disuelta biodegradable Cuando se utilizan lagunas aerobias de alta tasa, las algas producidas se cosechan, remoción de nutrientes (nitrógeno y fósforo). ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE hay Tipo de laguna Contaminante removido Eficiencia de remoción % Anaerobia Materia orgánica medida como DBO5 50 - 85 Facultativa Materia orgánica medida como DBO5 80 - 95 Aerobia de baja tasa Materia orgánica medida como DBO5 80 - 95 Aerobia de alta tasa Materia orgánica medida como DBO5 Nitrógeno 80 - 95 40 - 80 Aerobia de maduración Materia orgánica medida como DBO5 Coliformes 60 - 80 99.95 Eficiencia de remoción de contaminantes por distintos tipos de lagunas. (Fuente: Adaptado de Metcalf & Eddy, 1991 y de Bitton, 1994) ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Remoción de helmintos y de virus La remoción de los helmintos puede alcanzar niveles muy altos, cercanos al 100%, con tiempo de retención suficiente. El nivel de remoción de virus es menor, aumenta con el tiempo de retención hidráulico. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE La siguiente figura muestra el comportamiento de los sistemas lagunares para remover microorganismos patógenos y DBO5 en función del tiempo. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 100 6 Helmintos 5 75 DBO5 4 Bacterias 3 % 2 25 Log10 reducción 50 Virus 1 0 Etapas de las lagunas 0 Lagunas anaerobias 5 días 10 días 15 días 20 días Figura 1.9 Remoción de microorganismos y DBO5 en función del tiempo en sistemas lagunares. (Fuente: Krishnan y Smith, 1987, citados por Kadlec y Knight, 1996). ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 2 Humedales ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 2.1 Descripción de humedales ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Humedales Un humedal es un ecosistema de transición entre uno terrestre y uno acuático; tiene el suelo saturado de agua o inundado al menos estacionalmente, pero esa condición puede ser permanente. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Pueden ser de agua dulce como ciénagas o pantanos o bien salobre como los manglares o marismas. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Humedales de agua dulce ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Humedales de agua salobre ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Los límites entre uno y otro ecosistema son arbitrarios: el sistema terrestre tendrá el suelo saturado o inundado por periodos entre 7 y 30 días al año, tiempo suficiente para que el oxígeno en el suelo no afecte al crecimiento de las plantas. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Sistema terrestre Humedal Límite arbitrario. Sistema acuático Límite arbitrario. Nivel freático alto Nivel máximo del agua Nivel mínimo del agua Nivel freático bajo Suelo saturado estacionalmente Suelo inundado estacionalmente Fig. 2.1 Límites entre ecosistemas terrestres, humedales y ecosistemas acuáticos (Kadlec y Knight, 1996.) ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Componentes de un humedal Componentes Características Capa subyacente impermeable o semipermeable. Orgánica o mineral Capa de sustrato o suelo Mineral u orgánico, saturado de agua o inundado. Plantas acuáticas emergentes junco, tule, carrizo, popotillo, papiro, mangle etcétera. Desechos orgánicos Resultado de acumulación de materia orgánica viva o muerta. Vida animal Aves, peces, crustáceos y mamíferos. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Fig. 2.2 Componentes de un humedal ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Los humedales se construyen con los siguientes propósitos: ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA Compensar la pérdida de humedales naturales que se desecan para convertirlos en terrenos agrícolas o urbanos. Mejorar la calidad del agua. Control de inundaciones. Producción de alimentos y fibras. MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Características de humedales construidos ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE arcilla Capa subyacente impermeable geomembrana concreto grava Sustrato o suelo Humedales construidos ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL suelo o mezclas arena Plantas emergentes las de la región Capa de desechos Formación gradual Vida animal Invertebrados pueden llegar a asentarse con el tiempo ANTERIOR SIGUIENTE 2.2 Principio de funcionamiento ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Funcionamiento de un Humedal El tratamiento de aguas residuales se logra por la interacción de los diferentes componentes del sistema. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Agua Plantas (partes emergentes Plantas muertas erguidas Hojarasca y otros desechos vegetales Microorganismos fijos ( biopelícula) Sedimentos y microdesechos Plancton y sólidos suspendidos orgánicos Materia mineral suspendida Parte activa del suelo Parte inactiva del suelo Raíces Fig. 2.3 Rutas de transferencia de una sustancia en un humedal ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Vegetación Sirve de soporte para el desarrollo de películas bacterianas. Estabilizan los sedimentos. Ayudan a la infiltración y mantienen la permeabilidad del sustrato. Transfieren oxígeno a la columna de agua. Controlan el crecimiento de las algas al restringir la penetración de la luz solar. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Raíces Sirven de soporte para el desarrollo de películas bacterianas. Contribuyen a estabilizar los sedimentos. Son una fuente oxigenación del suelo. Crean microzonas aerobias. En conjunto con las zonas anaerobias y anóxicas pemiten la nitrificación y desnitrificación. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL de ANTERIOR Ayudan a la infiltración y mantienen la permeabilidad del sustrato. SIGUIENTE Suelo Es el soporte y “almacén” de todos los componentes, bióticos y abióticos. Sustento para el crecimiento de las plantas y los microorganismos: factores esenciales para elevar la calidad del agua dentro del humedal. Tiene capacidad para remover algunas sustancias conservativas tales como el fósforo y metales pesados. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE • Un factor que influye en la naturaleza del suelo del humedal es la concentración del oxígeno disuelto. • Existen gradientes verticales de oxígeno por: – La respiración bacteriana. – La oxidación química. – La difusión del oxígeno dentro de los suelos saturados. • Estos se traducen en cadenas de reacciones de óxido-reducción que describen el perfil (decreciente con la profundidad) del potencial redox. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Plantas maduras Agua Desechos de plantas muertas Zona aerobia Interfase suelo-agua > 300 mv Sedimentos orgánicos y raíces Zona anaerobia Potencial redox Zona facultativa < -200 mv Suelo mineral Fig. 2.4 Perfil del potencial redox en el suelo de un humedal con vegetación madura (Adaptado de Kadlec y Knight, 1996) ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE • El potencial redox afecta los procesos microbianos que determinan la capacidad de los humedales para tratar agua residual, especialmente la remoción de carbono orgánico y de nitrógeno. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Microorganismos Son importantes para el reciclaje de nutrientes y transformación de contaminantes, principalmente: bacterias, hongos y algas. La comunidad microbiana funciona en un amplio intervalo de condiciones físicas y químicas. Gracias a ello, los humedales funcionan consistentemente en el tratamiento de aguas residuales. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Procesos esenciales para la depuración del agua efectuados por las bacterias. Solubilización de sólidos orgánico. Remoción de la DBO carbonácea. Nitrificación. Desnitrificación. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Hongos Utilizan compuestos orgánicos como fuente de carbono, son saprófitos, obtienen energía a (hojarasca, partir de plantas importantes materia y MENU PRINCIPAL orgánica animales muerta muertos) son en el reciclaje de nutrientes en el manto acuático y suelo. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA carbono y ANTERIOR SIGUIENTE Hongos Viven de simbiosis con algas y plantas superiores, incrementan la eficiencia del huésped para la sorción de nutrientes del agua, aire y suelo. Cuando llegan a ser inhibidos por efecto de metales pesados la “circulación” de nutrientes dentro del humedal puede reducirse, limitando la productividad primaria de superiores. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE algas y plantas Algas Se encuentran perifiton. en dos formas: fitoplancton Fitoplancton Organismos unicelulares de nado libre. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE y Perifiton Asociación de algas filamentosas con otros microorganismos como hongos, bacterias, algas de nado libre y protozoarios. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Algas La mayor parte de la biomasa de algas en los humedales se encuentra en forma de perifitón y llega a ser importante aportador de la productividad primaria. Controlan la concentración de oxígeno disuelto y del CO2 en la columna de agua: Provocan variaciones en el pH de hasta tres unidades durante el día. En la noche, la producción de CO2 por respiración de algas y bacterias regresa el pH a su nivel original. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Materia suspendida Es el resultado de una red compleja de procesos internos. Las velocidades bajas del agua, la presencia de plantas o sustrato poroso provocan la sedimentación y filtración suspendidos. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE de sólidos La materia suspendida se acumula en humedales y puede tener dos consecuencias: los 1. La reducción y posible bloqueo intersticios de medios porosos. los de 2. La elevación del fondo del estanque que contiene a los humedales construidos. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE filtración ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA influente MENU PRINCIPAL SST ANTERIOR SIGUIENTE Efluente Precipitación química Disolución Sedimentación de plantas y hojas muertas Perifiton Sedimentación de células muertas muertas Sedimentación de células Fitoplanctón de invertebrados muertos Sedimentación Resuspensión Sedimentación Lluvia y partículas SDT Descomposición Balance de sólidos suspendidos dentro de un humedal El agua Provendrá de dos fuentes: a) b) El sistema de alimentación de agua residual. La precipitación pluvial. La salida será a través del efluente y del agua perdida por evaporación y transpiración. Es el vehículo que transporta y distribuye alimento y nutrientes a los componentes del humedal. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Plantas muertas y hojarasca Contribuyen con la cantidad de materia orgánica que el humedal debe descomponer, y en consecuencia, con los niveles de oxígeno disuelto en la columna de agua. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Una práctica común es la poda o cosecha de las plantas presentes a fin de disminuir la caída de tejido muerto (carga orgánica) dentro del sistema. Sin embargo, materia la vegetal remoción de debe ser moderada, de lo contrario el suelo no tendrá oportunidad de aumentar su contenido de materia orgánica, sobre todo si se trata de arena o grava, y contribuirá poco en el tratamiento del agua. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Los desechos vegetales son colonizados por los hongos y las bacterias, posteriormente los macroinvertebrados acuáticos las transforman en partículas más pequeñas que pueden ser degradadas o utilizadas por otros componentes del sistema. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 2.3 Tipos de humedales ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Tipos de humedales construidos Superficiales Espejo de agua Subsuperficiales Suelo saturado Por régimen de flujo ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Humedales construidos ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 2.3.1 Humedales superficiales ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Humedales superficiales Consta de estanques o canales con un medio propicio para el crecimiento de vegetación emergente, con zonas abiertas en las cuales el agua fluye a profundidades pequeñas, generalmente menores a 0.6 m. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Humedales superficiales ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Humedales subsuperficiales El agua fluye horizontalmente a través de canales o estanques rellenos con un medio poroso, ya sea roca o arena, sembrado con plantas emergentes. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Humedales subsuperficiales ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE 2.4 Tipos de contaminantes que remueven y eficiencias de remoción ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Remoción de carga orgánica Eficiencia de remoción DBO es mayor o igual a 90% siempre y cuando la concentración sea mayor que la propia. Remoción de patógenos • Niveles de remoción • Huevos de helminto cercanos al 100%, Bacterias entre 75 y 99.99 % • Virus entre 40 y 70 % Remoción de compuestos químicos Son potencialmente aptos para controlar compuestos orgánicos, ya sea por degradación real o como trampa en el caso de compuestos orgánicos. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Nutrientes Remoción de fósforo ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL En condiciones ambientales superiores a o los 10 C, se reducen las concentraciones de nitrógeno total, amoniacal y nitratos. Esta, depende de la concentración inicial, el pH, alcalinidad, profundidad del agua. En climas fríos la remoción del nitrógeno se detiene. Ocurre por la precipitación, la adsorción en el suelo y la capacidad de reaccionar con él. Existen procesos de remoción y procesos que regresan fósforo a la columna de agua. Niveles de remoción entre 40 y 70 %. ANTERIOR SIGUIENTE 100 6 Helmintos 5 75 DBO5 4 Bacterias 3 % 2 25 Virus 1 0 0 Etapas de las lagunas ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA Lagunas anaerobias MENU PRINCIPAL 5 días ANTERIOR 10 días SIGUIENTE 15 días 20 días Log10 reducción 50 ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Sedimentación Operación por medio de la cual, las partículas sólidas suspendidas en un líquido, se asientan debido a la fuerza de gravedad ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Transferencia de gases Es el intercambio de gases entre una fase gaseosa y una líquida. La cantidad de un gas, por ejemplo el oxígeno, absorbido por un líquido como el agua, en comparación con la cantidad que se suministra a través de un dispositivo de transferencia. Por ejemplo un difusor. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Filtración Proceso de separar un sólido suspendido (como un precipitado) del líquido en el que está suspendido al hacerlos pasar a través de un medio poroso por el cual el líquido puede penetrar fácilmente. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Adsorción Retención, adhesión o concentración en la superficie de un sólido de sustancia disuelta o dispersa en un fluido. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Intercambio iónico Proceso químico que incluye el intercambio reversible de iones entre un líquido y un sólido, pero sin que se produzca un cambio radical en la estructura del sólido. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Este intercambio remueve de una agua cruda los iones indeseables transfiriéndolos a un material sólido, llamado intercambiador iónico, el cual los acepta cediendo un número equivalente de iones de una especie deseable que se encuentra almacenada en el esqueleto del intercambiador de iones. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Precipitación química Formación de partículas sedimentables por adición de sustancias químicas. Reduce la concentración de metales en el agua residual a niveles que no causen preocupación. Remueve la mayoría de los metales de las aguas residuales, y algunas especies aniónicas como sulfato y fluoruro. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Oxidación química Conversión de materia orgánica en formas más simples y estables con liberación de energía. Se puede lograr con medios químicos o biológicos. Adición de oxígeno a un compuesto. Los oxidantes más comunes incluyen permanganato, ozono y peróxido de hidrógeno. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE La degradación química de compuestos orgánicos resistentes puede tomar varias formas. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA Degradación primaria, ocurre un cambio estructural en el compuesto primario, resultando en una biodegradabilidad mejorada. MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Degradación aceptable, ocurre hasta un punto donde la toxicidad es reducida. Degradación última, la que resulta de una degradación completa a CO2 y H2O y otros compuestos orgánicos. ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE Oxidación biológica Proceso mediante el cual los organismos vivos en presencia de oxígeno convierten la materia orgánica en una forma más estable o mineral ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR TEXTO PRINCIPAL MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR TEXTO PRINCIPAL MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR TEXTO PRINCIPAL MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR EFLUENTE CAMPANAS PARA SEPARACIÓN DE GASES MANTOS DE LODOS INFLUENTE ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR TEXTO PRINCIPAL MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR Geomembranas. TEXTO PRINCIPAL MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE SALIR Lagunas aeradas. 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