Ambos elementos del sistema utilizaron tezontle como medio de soporte para el crecimiento de biopelículas. 48 Figura 3.2 Sistema piloto de depuración con humedales artificiales. en el marco del Lodo Activo de Chapala ČN.
Antecedentes
De hecho, los sistemas de tratamiento basados en humedales artificiales son una alternativa ecológica adecuada que se adapta perfectamente a las pequeñas comunidades en el tratamiento de sus vertidos de aguas residuales (Akratos y Tsihrintzis 2007, Puigagut et al. 2007). Los humedales artificiales tienen la particularidad de requerir grandes superficies y suelen utilizarse en el tratamiento secundario de aguas residuales, por lo que se recomienda añadir unidades de pretratamiento para reducir el área y mejorar las condiciones de vertido (Ansola et al.
Hipótesis
5 eliminación en el caso del nitrógeno, ya que el aporte y pérdida del mencionado contaminante se explica lentamente principalmente por la complejidad de los ciclos biogeoquímicos, pero paulatinamente se van profundizando en cuestiones relacionadas con los procesos avanzados de eliminación de nitrógeno que pueden ocurrir en humedales artificiales (Langergraber 2005, Maltais et al.. Comprender los procesos que tienen lugar dentro de los HHFSS permite mejorar el diseño y con ello aumentar la eficiencia de los sistemas antes mencionados.
Alcances y objetivos
Sin embargo, la eliminación del nitrógeno mediante la asimilación de las plantas requiere la poda del humedal artificial. La Figura 4.2 muestra el cambio en la concentración de nitrógeno en todo el sistema de tratamiento.
FUNDAMENTOS
Unidades previas de tratamiento
El enfoque clásico para tratar las aguas residuales de pequeñas comunidades es a través de fosas sépticas (Villegas et al. 2006). Además, un tanque Imhoff genera mayores costos de operación y mantenimiento comparados entre sí debido a que estos sistemas requieren de un proceso separado para el tratamiento y manejo de biosólidos (Álvarez et al., 2008; Barros et al., 2008).
Importancia de las plantas en los humedales artificiales
Las plantas tienen un cierto papel en la dinámica de la pérdida de agua, principalmente a través de la evaporación y la transpiración de las plantas. Las plantas enumeradas en la Tabla 2.1 son las más comúnmente utilizadas en humedales horizontales según lo publicado por Vymazal 2011.
El medio de soporte en los humedales artificiales
18 para sostener las raíces de las plantas macrófitas y facilitar el transporte de nutrientes para su crecimiento, ya que es aquí donde tienen lugar las reacciones físicas, químicas y biológicas del sistema (Ding et al. 2011). Uno de los mecanismos más importantes para la eliminación del fósforo es su precipitación y adsorción en la superficie del sustrato (Brix et al.
Mecanismos de remoción y transformaciones del nitrógeno
La nitrificación es el proceso limitante para la eliminación de nitrógeno en la mayoría de los humedales artificiales, ya que se requieren 4,6 mg de oxígeno por cada miligramo de amonio. La desnitrificación puede verse limitada por la falta de fuentes de carbono orgánico, la falta de nitratos y/o una oxigenación excesiva, por esta razón los humedales horizontales son más eficientes para este proceso (García y Corzo 2008, Maltais et al. 2009, Vymazal 2007).
Experiencias en la remoción de nitrógeno mediante humedales artificiales
- Remoción de nitrógeno con HHFSS
- Factores que limitan las eficiencias de remoción de nutrientes con HHFSS 23
- Alternativas para mejorar la remoción de nitrógeno
65 resuelto (OD) con el electrodo YSI Modelo 58 (Yellow Springs, OH, EE. UU.) a una profundidad de 20 cm debajo del nivel freático, como se ilustra en la Figura 3.9. La Figura 4.13 muestra la distribución espacial de la absorción de agua por las raíces en el dominio vertical.
Modelado y simulación de humedales artificiales
- Modelos simples (caja negra)
- Reglas empíricas
- Ecuaciones de regresión
- Modelos de primer orden
- Modelos de orden variable o tipo Monod
- Redes neuronales
- Aproximaciones estadísticas
- Modelos hidráulicos
- Modelos Mecanicistas
- Software STELLA
- Modulo Humedal del software HYDRUS
- Modelo mecanicista 2D
- Software PHWAT
- Modelo FITOVER
- Modelo BIO_PORE
- Modelos especializados
- Modelos de apoyo para el diseño
MATERIALES Y MÉTODOS
Localización
El sistema de tratamiento se construyó en las instalaciones de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Municipales de Chapala (PTARM), como se muestra en la Figura 3.1, ubicada a orillas del Lago de Chapala, en las coordenadas exactas del NO. El lago de Chapala es el más grande de la República Mexicana, ubicado en la zona occidental de México, al oriente de Jalisco con el 90% de la superficie y al noroeste de Michoacán con el 10%. 49 y es la principal fuente de abastecimiento de agua de la Zona Metropolitana de Guadalajara (ZMG).
El clima de la zona se clasifica como semicálido subhúmedo con lluvias en verano y con inviernos y primaveras secos y semicálidos.
Características del agua residual
Según la clasificación de Köppen-Geiger, la zona se define como un clima subtropical húmedo (Cwa). La temperatura media anual es de 19,9ºC, siendo la temperatura ambiente máxima de mayo a julio de 27ºC a 30ºC y la mínima de diciembre a febrero de 9ºC a 12ºC. La precipitación total anual es de 1,912 mm, abril y mayo son los meses donde se registra la mayor precipitación (250 mm) y en diciembre cuando es la mínima (100 mm) (Fichas informativas de Ramsar 2009, Rubel y Kottek 2010).
Ingeniería conceptual del sistema de tratamiento
- Pretratamiento
- Filtro anaerobio de flujo ascendente
- Humedal artificial de tipo subsuperificial
- Características del medio filtrante
La Figura 3.3 muestra estas dos unidades de pretratamiento, ambos equipos forman parte de la PTAR de Chapala. A medida que el agua residual fluye por este medio poroso, entra en contacto con la biomasa adherida al medio portador o lecho, realizándose el proceso de descomposición anaeróbica de la materia orgánica, acompañado de la formación de un biogás rico en metano. Aprovechando el favorable clima cálido de la zona, se seleccionaron Strelitzia reginae, cuyo nombre común es ave del paraíso, y híbridos de Canna o platanillo; Se pueden encontrar más detalles sobre estas plantas en la Tabla 3.2.
Este material filtrante se clasifica como una roca volcánica extrusiva de la familia de los feldespatos y fue elegido por ser un material inerte, de alta porosidad y su bajo costo, al ser un mineral relativamente abundante en el occidente de México y a lo largo de la Faja Transvolcánica Mexicana (FTVM). ). aquí se ubica la Cuenca Lerma-Chapala (Zurita et al. 2009).
Diseño de ingeniería básica del sistema de tratamiento
- Filtro anaerobio de flujo ascendente
- Bases y criterios de diseño
- Memoria de cálculo
- Humedal artificial de flujo subsuperficial
- Bases y criterios de diseño
- Memoria de cálculo
Para determinar las dimensiones del filtro, se utilizan las consideraciones de diseño descritas anteriormente para determinar las dimensiones de la cámara de filtrado principal de 3,0 m de largo (L) y 2,0 m de ancho (W), pero excluyendo el vertedero o boca de acceso, que proporciona un área (S) de 6,0 m2. La boca de hombre cumple este objetivo y tiene 0,8 m de largo, 0,8 m de ancho y 2,15 m de profundidad, es decir, aproximadamente 40 cm más que la altura del filtro anaeróbico. La extracción de lodos se realiza a través de una tubería con válvula de globo de 3 pulgadas de diámetro (Figura 3.5).
Híbridos Canna / Platanillo El valor de la conductividad hidráulica se tomó considerando material con un diámetro promedio de 1”, según lo publicado por Kadlec y Knight (1996).
Monitoreo de la calidad del agua
- Plan de muestreo
- Puntos de muestreo
- Análisis para la determinación de la calidad del agua
- Medición del crecimiento de plantas
De esta manera, en la toma de numerosas muestras y análisis, se determinaron los puntos de cambio de la calidad del agua en relación al tiempo y al espacio durante su avance por las etapas de tratamiento; Sin embargo, se debe considerar que existen limitaciones en sistemas sujetos a condiciones ambientales ya que en estos casos se pueden controlar muy pocas variables (Bautista et al. 2004, Fair et. al. 2008). El punto de muestreo M3 se colocó en la parte media de los humedales con el objetivo de evaluar las diferencias existentes en la calidad del agua al ser tratada por las diferentes plantas ornamentales previamente plantadas, es decir, marca la separación entre las dos especies utilizadas. Los procedimientos analíticos utilizados para determinar la calidad del agua fueron los especificados en los Métodos estándar para el examen de agua y aguas residuales, como se ve en la Tabla 3.3 (APHA 1999).
El crecimiento de las plantas se caracteriza por la falta de uniformidad y está relacionado con el cambio de volumen o peso en la semilla, raíz, tallo y hoja de la planta.
Análisis estadístico
Modelado
- Modelado cinético de primer orden
- Modulo humedal CWM1 en HYDRUS
- Modelo conceptual
- Estrategia de calibración
Resultados en la concentración de Ntot, NH4-N y NOrg en el punto de muestreo M2 para cada análisis realizado. Correlación entre el pH de entrada y la eficiencia de eliminación de DBO5 y Ntot en FAFA. En FAFA, una fracción de Ntot se adsorbe en la biopelícula que crece en el material filtrante.
De acuerdo a lo observado experimentalmente y confirmado en la simulación, en HHFSS prevalecen condiciones anaeróbicas, aspecto favorecido por la poca profundidad de las raíces.
RESULTADOS
Condiciones in situ
Después del punto M2, y en casi todos los casos, se observa un ligero aumento en el valor del pH, lo que se atribuye a las condiciones facultativas del HHFSS (M3 y M4) (Vymazal 2005). Se encontró una correlación lineal entre los valores de pH de entrada y salida de cada fase, lo que indica una dependencia del flujo de este parámetro. Este parámetro se registró con el objetivo de tener una idea de la salinidad presente en el agua, ya que daña a las plantas principalmente por el efecto osmótico alrededor de las raíces, lo que provoca una disminución en el suministro de agua y nutrientes que van directamente. . células vegetales (Cassaniti et al. 2012).
El grado de daño depende de la sensibilidad de la planta, la concentración de sales y el tiempo de exposición de las raíces (Kratsch et al. 2008).
Parámetros fisicoquímicos
- Materia orgánica
- Nutrientes
Las formas de nitrógeno presentes en las aguas residuales municipales son principalmente nitrógeno orgánico (NOrg) alrededor del 60% y nitrógeno amónico con el 40% restante (Sedlak 1991). En este estudio, las concentraciones medias de NOrg y NH4-N en el afluente (M1) fueron 14 ± 7,0 y 26 ± 6,4 mg/L, correspondientes al 35% y 65% del nitrógeno total, respectivamente (ver Figura 4.2), probablemente debido al largo tiempo de retención hidráulica de las aguas residuales en el colector de entrada (Figura 3.2). La eliminación del fósforo total (TP) es principalmente el resultado de los procesos de adsorción que ocurren en los medios filtrantes utilizados y su almacenamiento en sedimentos acumulados (Green et al. 1995).
La mayor disminución de PT se observó en FAFA, es decir de los puntos de muestreo M1 a M2 (p≤0.05) como se muestra en la Figura 4.4, y se explica por la sedimentación de la fracción de partículas, ya que según Vymazal y Kröpfelova (2008) , se debe principalmente a la retención de fósforo en unidades anteriores.
Desarrollo y comportamiento de las plantas del humedal artificial
Strelitzia reginae, por su parte, mostró una disminución en su altura durante el período febrero-mayo debido al cambio de condiciones ambientales, desde el final de la temporada invernal hasta mediados de la primavera. Cuando se contrastan los resultados de las mediciones de Strelitzia reginae ubicadas en el PTARM con las mediciones de las plantas control, no se encontraron diferencias significativas cubriendo los mismos rangos (Figura 4.7). Strelitzia reginae alcanzó una altura promedio de 36 ± 8,8 cm y un número de hojas de 7.
Al trasplantar nuevos brotes de Strelitzia reginae o retirar los que no sobrevivieron, se pudo observar que quedaron cubiertos de un barro negruzco, de igual forma como lo reporta Zurita 2008, se supone que las características de estas raíces resultaron de las condiciones predominantemente anaeróbicas que estaban presentes en el humedal.
Simulaciones
- Preparación del modelo: datos de entrada y condiciones iniciales
- Simulaciones de trasporte reactivo
- Simulaciones considerando las plantas
Como se muestra en la Tabla 5.1, el sistema tiene la capacidad de lograr una eficiencia de eliminación de materia orgánica superior al 80% en todos los casos. En la Tabla 5.2 se muestran los valores promedio de las relaciones DBO5/DQO (índice de biodegradabilidad) encontrados en los diferentes puntos de muestreo. La Tabla 5.3 muestra la eficiencia de eliminación de nitrógeno y fósforo para cada etapa del proceso.
2015, al hablar de eficiencia en la eliminación de contaminantes por humedales artificiales, los resultados.
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN
Materia orgánica
Por otro lado, la mayor remoción de DBO5 y DQO en el humedal artificial se obtuvo con mayor tiempo de residencia hidráulica (TRH3), fue de 56,52% y 58,35%. De acuerdo a los resultados mostrados en la Figura 4.1 y Tabla 4.2, se puede observar que luego del tratamiento en el FAFA, la mayor cantidad de DBO5 y DQO residual se eliminó en la primera mitad del HHFSS, y esta remoción fue del orden de 25 % contra 49%. Durante la segunda fase de la investigación realizada por Zurita 2008, se estudió el desarrollo y estado fisiológico de plantas ornamentales en humedales artificiales, donde se realizó la medición del crecimiento vegetal, la comparación de estos resultados con los obtenidos en el presente estudio, se llevó a cabo, como se muestra en la tabla 5.7.
La Tabla 5.9 proporciona una comparación entre los límites establecidos por la norma y los resultados promedio alcanzados en el efluente. Tratamiento de aguas residuales domésticas en humedales tropicales de flujo subterráneo plantados de Canna y Heliconia. Simulación de procesos de transformación y biodegradación bacteriana en áreas de flujo subterráneo horizontal utilizando CWM1-RETRASO.
