Conferencia en el Centro Vacacional, Apizaco, México, Viernes 13 de marzo 2009 Ingenería Ecológica para el tratamiento de aguas residuales y lodos

Transcripción

1 Conferencia en el Centro Vacacional, Apizaco, México, Viernes 13 de marzo 2009 Ingenería Ecológica para el tratamiento de aguas residuales y lodos Temas: -Humedales Artificiales -Bancales de humificación de lodos -Reuso de agua tratada -Saneamiento de ríos Blumberg Engineers Gänsemarkt Bovenden Alemania Ponente: Ing. Michael Blumberg Alemania

2 Definición Humedal artificial Sistemas de ingeniería, diseñados y construidos para utilizar las funciones naturales de la vegetación de humedales, de los suelos y de sus poblaciones microbianas, para la eliminación de contaminantes en aguas superficiales, subterraneos o de residuos (ITRC 2003) Bancales de carrizo para tratamiento de lodo, Tequexquitla

3 La función de las plantas y de su sistema radicular Raices y rízomas del carrizo Phragmites communis

4 La función de las plantas y de su sistema radicular Otros especies helofíta como junco y carex, que toleran condiciones de suelos saturados de manera continua (condiciones anaerobicas) también se usan. La vegetación emergente suministra oxigeno als sustrato y permite el desarrollo y crecimiento biológico de bacterias y hongos (fungi), para que se acumulen en las superficies de las raices, y para que formen una película biológica pegada a las particulas del sustrato, Carex spp, Parque ecológico Xochimilco Cyperus papyrus, Parque ecológico Xochimilco

5 Ventajas de Humedales Artificiales 1. Son eco-sistemas de autoregulación, con pocas componentes eléctricos o mecánicos. No requieren la adición de quimicos. 2. Sistemas des-centralizadas: Gran ahorro de inversión en el sistema de alcantarillado. 3. Bajos costos energéticos y de mantenimiento 4. No hacen ruido, no huelen, 5. Mucho menor producción de lodos. 6. Toleran fluctuaciones en el flujo de agua y la concentración de contaminantes.

6 Ventajas de Humedales Artificiales 7. Regeneración natural, larga vida útil (hasta 50 años) 8. Capacidad de tratamiento para una amplia variedad de efluentes, tanto domestico como industrial. 9. Se integran en el paisaje y ofrecen un alto potencial para la conservación de fauina y flora (proporcionan habitat). 10. Muchas veces menor requerimiento de capital 11. Mejoran los aspectos estéticos de espacios abiertos. 12. Proporcionan oportunidades recreativos y de educación.

7 Principales limitaciones para el uso de humedales artificiales 1. Generalmente requieren una mayor superficie que sistemas convencionales de tratamiento. 2. Pueden tolerar temporalmente el abatamiento del nivel de agua, pero no un secamiento completo (se requiere un flujo base de agua) 3. El nivel de evapo-transpiration de los macropfitos acuaticos en los humedales de tratamiento es alto, por lo cual se reduce la catidad de agua disponible para el riego.

8 Sistema de bancal de carrizo Flujo sub-superficial vertical Entrada Bombeo Salida Tanque septico

9 Sistema de bancal de carizo Ejemplo de los estratos de un bancal de carizo con flujo vertical Material de filtro Drenaje

10 Sistema de bancal de carrizo Flujo sub-superficial horizontal Inlet Septic tank Soil filter Outlet

11 Eficiencia de humedales artificiales Eficiencia general de Humedales Artificiales en países del mediteráneo Tipo de Humedal Carga orgánica Nitrógeno Amonio Sólidos totales Patógenos Flujo horizontal Flujo vertical FWS Sistema híbrido VF raw ww Source: Masi, F. and Martinazzi, N. in: Sustainable Watermanagement

12 Principios básicos para el diseño Prueba de permeabilidad de la arena Para bancales de flujo vertical con una carga hidráulica de 40 80mm por día, el tiempo de infiltración no debe ser mayor a 150 segundos. Para cargas hidráulicas mayores, las arenas deben drenar 500ml en 50 a 100 segundos bajo condiciones saturados. Infiltraciones menores ya no son confiables.

13 Principios básicos para el diseño Establecer curva granulométrica de la arena Source: Ökolog Geller und Partner

14 Principios básicos para el diseño Valores estándar en Alemania para el diseño de humedales artificiales con flujo vertical (agua residual doméstica) Flujo vertical no saturado cargas hidráulicas intermitentes (4 12 aplicaciones/d) carga hidráulica total ( mm / d) profundidad del bancal >= 50 cm sólidos filtrables <= 5 g / (m² x d) Source: FLL / IÖV Regelwerk 2008

15 1. Humedales artificiales Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania) Estudio de suelo y sub-suelo Remoción de la capa vegetativa

16 1. Humedales artificiales Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania) Drenaje del sub-suelo Excavación y bordos

17 1. Humedales artificiales Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania) Impermeabilización Impermeabilización

18 1. Humedales artificiales Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania) Ínstalación del sistema de drenaje Colocación de la capa de grava

19 1. Humedales artificiales Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania) Colocación del cuerpo de filtro de arena

20 1. Humedales artificiales Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania) Instalación del sistema de distribución Construcción del tanque séptico

21 1. Humedales artificiales Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania) Sistema de distribución 1 mes después de plantar carizo

22 1. Humedales artificiales Pasos de construcción, 500 Habitantes (Alemania) 2 meses después de la plantación del carizo

23 1. Tratamiento de agua residual doméstico Sistema de tratamiento para 3000 habitantes (Alemania) Proyecto de la Feria Mundial Expo 2000 Hanover, Alemania Bancales para el tratamiento de lodos Sistema de humedales artificiales (bancales de carizo) Biotopo de amortiguamiento de escurrimiento pluvial

24 1. Humedales artificiales Humedal artificial para 4000 habitantes (Irán) Pretratamiento: - Rejilla, Estación de bombeo - Tanque de sedimentación con almacén separado de lodos - Distribuidor mecánico de ascensor de vacuo (cero energía) Sistema de tratamiento: - 8 bancales de carrizo - Sistema de doble paso - Flujo vertical - Reuso del agua tratada para riego Tratamiento de lodos en bancales de carrizo Requerimiento de superficie, sin tratamiento de lodos: 9000 m²

25 1. Humedales artificiales Humedal artificial para 4000 habitantes (Irán) Después de la construcción Después de la plantación del carizo

26 1. Humedales artificiales 4000 Habitantes (Irán) Valores Efluente (2008): DQO < 30mg/l DBO 5 < 18 mg/l NH4-N < 5 mg/l TSS < 3 mg/l

27 1. Humedales artificiales 6000 habitantes (Shenyang, China), Nueva Unidad Habitacional Planeación: 03 05/2003, Construcción: 05 10/2003 Pre-tratamiento - Rejilla - Tanque de sedimentación con almacén separado de lodos - Prefiltro mecánico y estación de bombeo Tratamiento biológico: 3 bancales de carrizo con un distribuidor subsuperficial y flujo vertical Tratamiento de lodos en bancales de carrizo, fuera de la construcción Desalojo en un biotopo posterior de tratamiento de agua pluvial Requerimiento de superficie, sin tratamiento de lodos: 8000 m² Particularidades: - 3 meses periodo de heladas hasta 30 C - Por primera vez se instaló un sistema especial de distribución de agua residual con protección contra la inserción de raíces y colmatación biológica (bio-pelicula)

28 1. Humedales artificiales 6000 habitantes (Shenyang, China), Nueva Unidad Habitacional Después de la construcción Después de la plantación del carrizo

29 1. Humedales artificiales 6000 habitantes (Shenyang, China), Nueva Unidad Habitacional 2006/07 Influente Efluente DQO cromate 191,0 mg/l 11,8 mg/l NH 3 -N 39,2 mg/l 1,07 mg/l Total P 4,61 mg/l 0,37 mg/l DQO 5 69,63 mg/l 11,00 mg/l

30 1. Humedales artificiales Rehabilitacion y ampliacion de plantas convencionales Alemania, 4000 Habitantes Humedales artificiales, Flujo vertical Bancales de carizo para tratamiento de lodo Filter pond con islas flotantes Sistema primario y secundario con filtros de percolación

31 1. Humedales artificiales Tratamiento de aguas residuales industriales 1. Lixiviados de rellenos sanitarios y plantas de composta 2. Desechos de refinerías petroleras 3. Acid mine drainage 4. Agroindustria 5. Industria papelera 6. Industria textilera (ICI Zeneca / Inglaterra) / 70,000 m²

32 2. Bancales de mineralización/humificación de lodos Los lodos de aguas residuales domesticas contienen un alto porcentaje de agua entre 97% y 99%. En forma liquida se aplican sobre los bancales, y las plantas de carrizo crecen por el lodo sobrepuesto, desarrollando una densa red de raíces en el sustrato. Esto fomenta el proceso de deshidratación y el lodo está sometido a una constante conversión a un material tipo tierra humificada y mineralizada. La deshidratación está forzada por la evapotranspiración y particularmente por el sistema de drenaje al fondo del bancal impermeabilizado.

33 2. Bancales de mineralización/humificación de lodos En Alemania ya existen entre Bancales de mineralización de lodos. Planta Simmern, Hab, Superficie 19000m 2, Profundidad: 2,5 m, Volumen útil m 3

34 2. Bancales de mineralización/humificación de lodos La función del carrizo Las plantas del carrizo transportan el oxígeno por el tallo a la zona radicular, lo que induce el desarrollo de una extensa flora de bacterias. La actividad microbiana fomenta la mineralización parcial de la materia orgánica del lodo. El carrizo aumenta la conductividad del agua en la zona de enraizamiento, lo que apoya la auto-deshidratación y la percolación del agua hacia sistema de drenaje al fondo del bancal.

35 2. Bancales de mineralización/humificación de lodos

36 2. Bancales de mineralización/humificación de lodos Técnica de aplicación Aplicación intermitente según un esquema específico. La carga de aplicación depende del contenido de materia seca del lodo fresco. Por metro cuadrado de superficie se puede transformar la cantidad de lodo equivalente de 2 a 4 habitantes.

37 2. Bancales de mineralización/humificación de lodos Resultados y ventajas Deshidratación del lodo fresco hasta un contenido de materia seca de aproximadamente 50%, y una reducción del volumen a solo 10% del volumen inicial. Primera excavación y remoción del material mineralizado en los bancales después de 8 a 12 años de operación, y con un nuevo relleno subsecuente. Producción de un material deshidratado y mineralizado con una gran variedad de alternativas de aplicaciones y re-usos en la agricultura, trabajos de recultivación de paisajes, viveros etc.

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39 Proyecto AASCA: Re-uso de agua tratada (Tepépan, México, D.F.) Proyecto piloto para tratar el agua residual del asilo de ancianos AASCA con 100 habitantes, y reusar el agua tratada para el riego del parque y áreas verdes. Se aplica un sistema combinado entre una pequeña planta SBR AQUAmax XL100, y un bancal de carrizo para la posterior sanitizacíon del agua tratada. Se integrará un almacén subterráneo, que permite la recirculación y el constante abastecimiento de agua tratada para el riego suplementario.

40 Proyecto AASCA Sistema: Combi-clear water system Concepto Inovador de Blumberg Engineers para proyectos de re-uso de agua tratada.

41 4. Saneamiento natural de río y lagos Zonas aptas para el establecimiento de jardines húmedos de orillas de ríos En ciertos casos, una opción para el saneamiento de ríos y lagunas contaminados puede ser el tratamiento directo del agua del río en Jardines húmedos a lo largo de las orillas de los ríos.

42 4. Saneamiento natural de río y lagos 9.4 Humedales artificiales a la orilla Salida del agua tratada al río

43 4. Saneamiento natural de río y lagos Sistema de la circulación de agua impura del río en un parque rosal, Changzhou (China) Manguera de distribución Source: Ökolog Geller und Partner

44 Muchas gracias por su atención Ingenieurbüro Blumberg Gänsemarkt 10 D Bovenden - Germany contact@blumberg-engineers.de Arundo donax