Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica en humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial a escala piloto y alimentados con

Transcripción

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2 Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica en humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial a escala piloto y alimentados con agua residual sintética, ubicados en la planta de tratamiento de aguas residuales de la Universidad Tecnológica de Pereira.

3 Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica en términos de: Demanda Química de Oxígeno (DQO). la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO).

4 Sólidos Suspendidos Totales (SST). Nitrógeno Total (NTK). Fósforo Total (P-T). Realizar seguimiento en cuanto al crecimiento y densidad de población en humedales sembrados con la especie Phragmites australis. Comparar los resultados obtenidos

5 teniendo en cuenta los beneficios ecológicos, de salud publica y económicos de los humedales artificiales en el tratamiento de aguas residuales, se puede observar la importancia de este trabajo, en donde se hace un acercamiento en la construcción y mantenimiento de humedales de flujo horizontal subsuperficial y se evalúa la eficiencia de remoción de materia orgánica de los mismos, a condiciones específicas.

6 1946 Seidel Max plank Institute System Kickuth en Alemania a nivel internacional. 1986, se empiezan a introducir los sistemas de humedales construidos. En la actualidad. El Grupo de investigación en agua y saneamiento, de la Universidad Tecnológica de Pereira.

7 HUMEDALES NATURALES HUMEDALES ARTIFICIALES

8 HUMEDALES ARTIFICIALES FLUJO LIBRE (FWS) FLUJO SUBSUPERFICIAL (SFS)

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10 COMPONENTE PLANTAS SUELO MICROORGANISMOS FUNCIÓN Suministrar Oxígeno al suelo Consumir nutrientes Mantener bacterias Remoción de SST Remoción de nutrientes Mantener bacterias Remoción de DBO Nitrificación/denitrificación

11 Físicos Filtración sedimentación Químicos Adsorción Absorción Biológicos Metabolismo microbiano Metabolismo de las plantas

12 DBO Degradación microbiana (aerobia y anaerobia) sedimentación(acumulación de materia orgánica). SST Sedimentación/filtración. NITROGENO FOSFORO Amonificación seguida de nitrificación/denitrificación por microorganismos. Asimilación por las plantas. Absorción del suelo (reacciones de adsorción - precipitación con aluminio, hierro, calcio y minerales). Asimilación por parte de las plantas.

13 Temperatura. Potencial de Hidrogeno(pH). Caudal. Demanda Química de Oxígeno (DQO). Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). Sólidos Suspendidos Totales (SST). Nitrógeno. Fósforo.

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15 Dimensiones de las unidades : 0,66 m * 2,95 m * 0,80 m (Ancho * Largo * Profundidad). Plantas utilizadas :Phragmites australis, con una densidad inicial de 20 plantas por m 2 Medio de soporte: grava, la cual tiene un tamaño efectivo promedio D 10 de 1,0 cm y una porosidad promedio de 50%.

16 HUMEDAL 3 HUMEDAL 2 HUMEDAL 1 Parámetro Concentración caudal Carga aplicada g/día DQO DBO SST Nitrógeno Fósforo 146 mgo 2 /L mgo 2 /L 27,7 mgo 2 /L mgo 2 /L 25 mg /L mg /L 24 mg /L - 67 mg /L 3,1 mg /L 6,5 mg /L ,4-44 2,6-23,2 2,4-18,5 2,2-6,2 0,29-0,62 DQO DBO SST Nitrógeno Fósforo 135 mgo 2 /L mgo 2 /L 49,3 mgo 2 /L mg O 2 /L 19 mg /L mg /L 27 mg /L - 62 mg /L 2.6 mg /L 6,2 mg /L ,8-94 7, ,97-2,4 DQO DBO SST Nitrógeno Fósforo 521 mgo 2 /L mgo 2 /L 260 mgo 2 /L mg O 2 /L 54 mg /L mg /L 50 mg /L mg /L 1,6 mg /L 6,1 mg /L ,8-12 0,15-0,56

17 AGUA RESIDUAL SINTETICA DQO TEORICA 250 mgo 2 /L (1000 L) HUMEDAL 1 HUMEDAL 2 DQO TEORICA 1000 mgo 2 /L (200 L) L/día HUMEDAL 3

18 Se simularon las características del agua residual doméstica típica. Se prepararon dos soluciones de diferente concentración de DQO. NUTRIENTES MACRO NUTRIENTES PROTEINA UREA EDTA MICRO NUTRIENTES SACAROSA K 2 HPO 4 FeCl 3.6H 2 O CELULOSA K H 2 PO 4 MnSO 4.H 2 O ACEITE MgCl 2.6H 2 O ZnSO4.7H 2 O ALMIDÓN NaCl H 3 BO 3 Na 2.SeO 3.5H 2 O NiCl 2.6H 2 O

19 Componente Aporte a la DQO total Concentración inicial (g/l) Volumen (ml) (para1000 L) Volumen (ml) (para 200 L) Sangre 50% Pura azúcar 8% Celulosa 10% Aceite 10% Puro Almidón 24%

20 Componente Concentración (mg/l) Concentración Solución inicial (mg/l) Volumen (ml) 200 L Volumen (ml) 1000 L MACRONUTRIENTES Urea 42, K 2 HPO 4 11, K H 2 PO 4 8, MgCl 2.6H 2 O NaCl MICRONUTRIENTES EDTA 13, FeCl 3.6H 2 O 4, MnSO 4.H 2 O 0,089 1, ZnSO4.7H 2 O 0,031 0, H 3 BO 3 0,027 0, Na 2.SeO 3.5H 2 O 0,01 0, NiCl 2.6H 2 O 0,021 2,

21 1000 L de agua residual sintética con una DQO teórica (250 mgo 2 /L) - real 135 mgo 2 /L mgo 2 /L 200 L de agua residual sintética con una DQO teórica de (1000 mgo 2 /L ) - real 521mgO 2 /L mgo 2 /L

22 Se contaba con dos puntos de toma de muestra para cada humedal. Donde se recolectaban aproximadamente 4L de muestra.

23 PARÁMETRO MÉTODO FRECUENCIA TEMPERATURA Termómetro mercurio Diario CAUDAL Aforo volumétrico Diario POTENCIAL DE HIDROGENO (ph) DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO) DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO 5 ) SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (SST) NITRÓGENO TOTAL KJELDAHL (NTK) FOSFÓRO TOTAL (PT) Ph-metro Reflujo micro cerrado Método Winkler Método gravimétrico Destilación Método del Ácido ascórbico Diario 3 veces por semana 3 veces por semana 1 vez en la semana 1 vez en la semana 1 vez en la semana

24 La precisión de los métodos se determinó mediante el uso de la desviación estándar, media, máximos y mínimos y coeficiente de variación; los cuales se calcularon para los datos obtenidos además de la inclusión de patrones para los ensayos de DQO, DBO, PT y NTK. Para calcular las eficiencias de remoción de los humedales evaluados se utilizó la siguiente expresión matemática: Las eficiencias de remoción fueron calculas con base a la carga organica aplicada durante 27 semanas de alimentación con agua residual sintética

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26 AFLUENTES DQO mg O 2 /L EFLUENTES DQO mg O 2 /L HUMEDAL 1 HUMEDAL 2 HUMEDAL 3 MAX MIN PROM MAX MIN PROM , , ,2 78

27 g de materia orgánica/semana g de materia orgánica/semana g de materia orgánica/semana HUMEDAL HUMEDAL 3 masa aplicada masa recuperada N semana HUMEDAL N Semana masa aplicada masa recuperada masa aplicada masa recuperada N semana

28 materia orgánica aplicada (g) Humedal 1 Humedal 2 Humedal 3 masa retenida masa recuperada 345 g 7% 2926 g 17% 1224 g 7% 4355 g 93% Humedal 1 Humedal g 83% Humedal g 93%

29 Todos los datos reportados fueron analizados en conjunto con estándares de Ftalato Acido de Potasio con una concentración de 150 mg O 2 /L. para garantizar la confiabilidad en los resultados. Cada muestra se analizó por triplicado, se utilizó la prueba de grubbs y un coeficiente de variación menor al 10 % para la aceptación o rechazo de los datos en esta técnica el mayor porcentaje de error obtenido fue del 15 % y el menor de 0,31 %.

30 Afluente DBO 5 mg O 2 /L Efluente DBO 5 mg O 2 /L MAX MIN PROM MAX MIN PROM HUMEDAL 1 HUMEDAL 2 HUMEDAL ,0 6, , ,66 21

31 g de materia orgánica/semana g de materia orgánica/semana g de materia orgánica/semana HUMEDAL masa aplicada masa recuperada N semanas HUMEDAL masa aplicada masa recuperada N semanas HUMEDAL masa aplicada masa recuperada N semanas

32 carga organica masa retenida 8000 masa recuperada Humedal 1 Humedal 2 Humedal g 5% 974 g 10% 400 g 4% 2277 g 95% 8351 g 90% 10307g 96% Humedal 1 Humedal 2 Humedal 3

33 Todas las muestras fueron analizadas en conjunto con patrones de 198 ± 30 mgo 2 /L y que se utilizaron como herramienta para el control de los datos, el porcentaje de error máximo obtenido fue de 18,2 % y el mínimo de 0,51%. Además se consideraron aceptables datos con un coeficiente de variación menor de 20%. Para asegurar la confiabilidad de los datos, y se utilizó la prueba de Grubbs como criterio de aceptación de los datos sospechosos.

34 Humedal 1 Humedal 2 Humedal 3 Masa aplicada (g) Masa recuperada(g) Masa retenida (g) Porcentaje de remoción Caudal promedio (L/día)

35 g SST/semana g SST /semana g SST /semana 140 HUMEDAL masa aplicada masa recuperada N semanas 700 HUMEDAL HUMEDAL masa aplicada masa recuperada N semanas masa aplicada masa recuperada N semanas

36 g de SST masa retenida masa recuperada Humedal 1 Humedal2 Humedal 3

37 Afluente NTK mg N 2 /L Efluente NTK mg N 2 /L MAX MIN PROM MAX MIN PROM HUMEDAL HUMEDAL HUMEDAL

38 nitrogeno aplicado (g) Humedal 1 Humedal 2 Humedal Humedal 1 Humedal2 Humedal 3 masa retenida masa recuperada g 25% 1221 g 39% 545 g 23% 626 g 75% 1935 g 61% 1047 g 77%

39 Todas las muestras fueron analizadas por triplicado en conjunto con patrones de 10 mg NH 4 /L y 50 mg NH 4 /L que se utilizaron como herramienta para el control de los datos, el porcentaje de error máximo obtenido fue de 16% para el rango bajo y de 7,6 % para el rango alto el porcentaje mínimo de error fue de 2% para el rango bajo y de 0,8% para el rango alto.

40 Afluente mg P-PO 4 /L Efluente mg P-PO 4 /L MAX MIN PROM MAX MIN PROM HUMEDAL 1 6,5 3,1 4,6 1,6 0,01 0,68 HUMEDAL 2 6,2 2,6 4, ,02 1,9 HUMEDAL 3 6,1 1,6 4,8 3,9 0,37 1,9

41 Fosforo aplicado (g) masa recuperada masa retenida Humedal 1 Humedal2 Humedal g 10% 134 g 41% 36 g 36% 79 g 90% 193 g 59% 64 g 64% Humedal 1 Humedal 2 Humedal 3

42 Todas las muestras fueron analizadas por triplicado en conjunto con patrones de 0,5 mgp-po 4 /L que se utilizaron como herramienta para el control de los datos, el porcentaje de error máximo obtenido fue de 11,6% y el mínimo de 4,86 %.

43 Parámetro Humedal 1 Remoción obtenida Humedal 2 Humedal 3 DBO SST Decreto 1594 de 1984 Remoción 80% en carga Remoción 80% en carga ph Otros estudios DQO NA 52 NTK NA 38 P-PO NA 50

44 N retoños Siembra de las plantas Se inició el seguimiento La densidad poblacional aumenta septiembre07/junio08. Primera cosecha julio 08. Segunda cosecha septiembre 08. H1 H2 H3 tiempo (meses)

45 Altura (metros) 3 Se inicia el seguimiento enero 08. 2,5 2 1,5 1 0,5 0 " H1 H2 H3 Tiempo (meses) Las mayor densidad de población y las plantas altas y robustas se encontraban en la primera parte del sistema. Humedal 1 altura inferior a 2,24 m. Humedal 2 altura inferior a 2,64 m. Humedal 3 altura inferior a 2,3 m.

46 Temperatura C Caudal ml/min ph MAX MIN PROM MAX MIN PROM MAX MIN PROM HUMEDAL 1 Afluente ,54 7,29 7,02 Efluente ,67 6,27 6,96 HUMEDAL 2 Afluente ,61 6,01 7,07 Efluente ,61 6,48 6,96 HUMEDAL 3 Afluente ,96 7,66 7,03 Efluente ,67 6,49 6,98

47 Se puedo concluir que los tres sistemas evaluados son eficientes para remoción de materia orgánica en términos de DBO, SST, DQO, Nitrógeno total y Fósforo total; comparado con diferentes estudios. La eficiencia de remoción de materia organica en términos de DQO para los humedales 1, 2 y 3 fue de 93%, 83% y 94 % respectivamente. Comparando los humedales 2 y 3 se pudo inferir que la tasa de aplicación hidráulica es un factor influyente para la remoción de DQO en los humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial y que la carga aplicada de en los sistema no produjo diferencias notorias en las eficiencias de remoción.

48 La eficiencia de remoción de materia organica en términos de DBO 5 fue de 95%, 90% y 96% para los humedales 1, 2 y 3 respectivamente. Este tipo de sistemas son muy efectivos para remover materia orgánica y podrían ser implementados en la industria ya que alcanzan los requerimientos exigidos por la normatividad Colombiana vigente. Los humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial son una buena alternativa para el tratamiento de aguas residuales domésticas e incluso industriales, ya que no tienen mayores requerimientos ni personal calificado para su mantenimiento, los costos de operación e implementación son bajos, y lo mas importante son eficientes a la hora de remover cargas contaminantes se ajustan a las exigencias legales.

49 Los tiempos de retención necesarios para la remoción de nitrógeno total son superiores a los que se calcularon en el diseño de los sistemas evaluados, lo que pudo contribuir a que la eficiencia para la remoción de este parámetro se viera afectada. Aunque los humedales fueron cosechados en diferentes ocasiones para promover el crecimiento de nuevos brotes y mejorar la remoción de fósforo, esta no tuvo tendencia a aumentar. Los resultados obtenidos para este parámetro fueron 81%, 57% y 60% para los humedales 1,2 y 3.

50 Los humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial mejoran las cualidades organolépticas de las aguas residuales. Los Phragmites Australis es una planta que se adapta fácilmente a los tipos de sistemas evaluados y a las condiciones ambientales del eje cafetero. Este trabajo cumplió con el objetivo específico de evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica en el trabajo de maestría en eco tecnología, el cual tiene como titulo Evaluación del funcionamiento de humedales construidos de flujo subsuperficial bajo condiciones de estrés realizado por Diana Salas Quintero

51 MEDIO DE CONTROL. EVALUACIÓN EN REMOCIÓN DE FÓSFORO. TIEMPOS DE RETENCIÓN. COSECHAS. AGITACIÓN EN LOS TANQUES. METODOS DE ENSAYO. MANTENIMIENTO.

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