C.P , Minatitlán, Veracruz. Autor que presentará el trabajo. Ambiente.

Transcripción

1 Constante de Cinética a partir de DBO 5 para dimensionamiento de Humedal Artificial Dalia Judith Vázquez Rodríguez 1,*, Edith García Gil 1, Ernesto Ramón Corona Romano 1, Esther García Gil 1, Rosa María Márquez Haces 2,+. 1,2 Instituto Tecnológico de Minatitlán. Boulevard Institutos Tecnológicos S/N Col. Buena Vista Norte C.P , Minatitlán, Veracruz. vazrodj@hotmail.com * Autor que presentará el trabajo. + Rosa María Márquez Haces; Tel.: ext. 129; Laboratorio de Investigación de Medio Ambiente. Área del Conocimiento: Tratamientos de aguas y suelos contaminados Resumen: El tratamiento de aguas residuales por humedales artificiales en la región sur del estado de Veracruz es factible por las condiciones climatológicas y por las especies vegetales que en ésta se desarrollan. El objetivo es obtener la constante de cinética en función de la DBO 5 para el dimensionamiento de humedales en la región sur del estado de Veracruz. La metodología parte de la caracterización y medición de caudal del agua residual del Instituto Tecnológico de Minatitlán, utilizando la normatividad vigente, y a partir de la información obtenida se realizaron los cálculos teóricos para el dimensionamiento del humedal, considerando un valor teórico para la constante. Para el ajuste del valor de la constante aplicable a la región, se requirió la experimentación a partir de un prototipo de humedal artificial. El prototipo se monitoreó durante 45 días posteriores a su estabilización. A partir de los resultados obtenidos de DBO 5 se obtuvo la constante de cinética. La ausencia de la constante de cinética para la región limita el dimensionamiento y aplicación de esta tecnología. Con la realización de este estudio, se da la pauta para el desarrollo de investigaciones y diseño de humedales artificiales en la zona sur del estado de Veracruz. Palabras Clave: Constante de Cinética, Humedal artificial, Diseño de Humedales.

2 Resume: Treatment of wastewater by constructed wetlands in the southern state of Veracruz is feasible due to weather conditions and plant species that developed it. Subject is to obtain kinetic constant as function of BOD5 for sizing of wetlands in the southern state of Veracruz. Methodology of characterization and measurement of wastewater flow Minatitlán Institute of Technology using the current regulations, and information obtained from theoretical calculations were performed for sizing of the wetland, estimated a theoretical value for the constant. To set the value of the constant applicable to the region was required from an experimental prototype constructed wetland. The prototype was monitored for 45 days after stabilization. From the results obtained BOD 5 kinetic constant. The absence of the kinetic constant to the region limits the dimensioning and application of this technology. With the completion of this study, it sets the tone for the development of research and design of artificial wetlands in the southern state of Veracruz. Keywords: Kinetic Constant, Constructed Wetlands, Design of Wetlands. 1. Introducción Las aguas residuales son un gran problema en la zona sur de Veracruz, ya que cuenta con pocas plantas de tratamiento. Adicionalmente la región cuenta con una zona industrial y no tiene una disposición adecuada de sus residuos sólidos, por lo que sus lixiviados se descargan a cuerpos de aguas naturales cercanos y finalmente llegan al mar. Varias poblaciones del estado Veracruzano no poseen plantas de tratamiento para sus aguas residuales, esto hace a que se siga contribuyendo a contaminar cuerpos de aguas naturales. Las aguas utilizadas en un servicio, se someten a un tratamiento para poder ser reutilizadas, esto es con la finalidad de no seguir contaminando cuerpos de aguas naturales y no consumir tanta agua natural disponible. Actualmente existen varios tipos de tratamientos de aguas, el tratamiento adecuado a emplear dependerá del tipo de agua negra. Hay muchos factores que determinan que tipo de tratamiento se va aplicar para un agua residual a parte del tipo de agua residual que sea, es decir, si el tratamiento que se está aplicando es viable, factible y si es costoso, etc. Existe un tratamiento de agua residual que no es costoso, es viable y factible en regiones de clima tipo tropical, son Tratamientos de Aguas Residuales por Humedales artificiales, este tipo de tratamiento actúa en forma natural y biológica. Los humedales artificiales consisten en ejecutar lo mas cercano posible a los procesos biológicos que se llevan a cabo en un humedal natural. Gracias a los

3 componentes de humedales artificiales se obtienen altas remociones en materia orgánica y nutriente. En Veracruz sur cuenta con un clima cálido húmedo por lo que esta tecnología es muy adecuada para emplear, sin embargo, en esta región no cuenta con plantas de tratamientos de aguas residuales por humedales artificiales. Parte de los componentes de humedales artificiales son especies vegetales como macrófitas tipo flotante, sumergida o emergente. Este tipo de vegetación lo posee el estado de Veracruz sur, por lo que esto aun más posibilita la aplicación de Humedales Artificiales para el tratamiento de aguas residuales. Los humedales artificiales son diseñados y construidos dependiendo de la materia orgánica que posee el agua residual a tratar, esta condición es un limitante muy importante en el diseño y en tiempo de residencia. Esta tecnología tiene desventajas como el requerimiento del terreno para la construcción de este tratamiento, aunque los costos por operación y mantenimiento son bajos. El tiempo de residencia para tratar las aguas residuales por humedales artificiales es variable conforme a la constante de cinética. En la zona de Veracruz sur se empleo esta tecnología una vez, donde se ocupo una constante de cinética teórica y esto con lleva a que no se cuenta con constante de cinética para esta región [1]. Por lo tanto con este estudio se obtiene la constante de cinética para el tratamiento de aguas residuales tipo domésticas por Humedales artificiales en la zona sur de Veracruz. 2. Métodos Se tomó como guía la norma NOM-001-SEMARNAT-1996, para la caracterización del agua residual generada en el Instituto Tecnológico de Minatitlán. Se realizaron tres muestreos distribuidos en tres semanas. Los parámetros físicos monitoreados fueron: temperatura, sólidos sedimentables, sólidos totales, sólidos suspendidos totales, sólidos totales volátiles, sólidos disueltos totales, sólidos fijos totales y materia flotante. Los parámetros químicos: DQO, DBO 5, nitratos, nitritos, fósforo, grasas y aceites, oxígeno disuelto y ph. Y los parámetros biológicos: Coliformes totales y fecales. Para la medición del caudal se utilizó el método de área-velocidad. Se realizó durante 4 días en un periodo de 4 semanas y se obtuvo un caudal promedio de l/seg. Debido al flujo y la carga orgánica se procedió a tratar solo una parte del agua residual generada por la institución mediante la construcción de un humedal artificial. El sistema consistía en dos celdas de cemento con 2.7 m de largo, 1.1 m de ancho y 0.75m de profundidad. El fondo fue recubierto con una geomembrana para evitar filtraciones; arriba de ella se colocó tubería de PVC con perforaciones distribuidas a lo largo permitiendo la salida de agua del humedal. El sistema fue rellenado con grava media con un diámetro promedio de 38 mm. La alimentación se realizó con un sistema de distribución

4 por gravedad a partir de un tinaco y con tubería de PVC de forma superficial que de igual manera tenia perforaciones a lo largo. El espejo de agua quedaba cubierto por 5 cm de grava media y el nivel se mantuvo hasta los 60 cm de alto. El agua en el tinaco era suministrada con ayuda de una bomba eléctrica. La especie vegetal Typha empleada fue colectada en zonas aledañas a la institución en áreas de inundación y formación de pantano natural. Se utilizaron organismos jóvenes con una altura no mayor a los 30 cm. El proceso de aclimatación consistió en obtención, transporte, resiembra y estabilización de los organismos hasta mantener una remoción estable de materia orgánica. Dicho proceso implica el desplazamiento de agua de pantano por agua residual de forma gradual. Para verificar la aclimatación de las especies vegetales y estabilización del humedal se monitorearon los siguientes parámetros DQO, DBO 5, ph, Temperatura, Conductividad, Oxígeno disuelto, Nitritos, Nitratos, Fósforo, Coliformes totales, Conteo celular, Índice foliar, Índice de crecimiento y Diámetro del tallo. La remoción de materia orgánica alcanzada en la estabilización fue de 80%. La inyección de agua residual fue intermitente, las inyecciones se efectuaron cada cuatro días, se mantuvo el registro durante 45 días. Los parámetros monitoreados fueron los mismos que durante el proceso de estabilización. 3. Resultados La DBO 5 promedio del afluente como del efluente del humedal se muestra a continuación: DBO 5 AFLUENTE = DBO 5 EFLUENTE = Obtenidas las concentraciones, se calculó la constante de cinética a partir de la siguiente ecuación: Donde: Ce = Concentración de DBO 5 en el efluente, mg/l. Co = Concentración de DBO 5 en el afluente, mg/l. T = Tiempo de residencia hidráulica, días. Ce/Co = e K*T Ecuación (1). [2]

5 K = Constante de cinética, días -1. Despejando la ecuación (1) y con las concentraciones obtenidas se cálculo la constante de cinética. 4. Discusión Constante de cinética obtenida = La constante de cinética obtenida fue calculada a partir de una ecuación de reacción de cinética de primer orden de flujo pistón, ya que los humedales artificiales son considerados reactores biológicos con esta cinética [2,3]. Lara (1999) propone dicha ecuación para el cálculo de la constante de cinética real y también propone una ecuación para el cálculo de la misma constante teórica a partir de la temperatura del agua a emplear. Zenteno (2008) aplica la ecuación de constante teórica para humedales artificiales en esta región. 5. Conclusiones A partir de la fase experimental y el monitoreo de la DBO 5 se determino la constante de cinética para humedales artificiales, misma que sirve de base para dimensionamiento de humedales artificiales en la región. Agradecimientos Se agradece al Laboratorio de Investigación del Medio Ambiente del Instituto Tecnológico de Minatitlán por permitir desarrollar esta investigación en sus instalaciones. Así como también se le agradece a la DGEST por financiar y apoyar la realización de esta investigación en favor de la situación ambiental. Referencias [1] Zenteno, F.F. (2008) Evaluación de la Depuración de aguas residuales de la ciudad de Minatitlán, Ver., por humedales artificiales. Tesis. México [2] Lara, J. (1999). Depuración de aguas residuales municipales con Humedales artificiales. Tesis. España. Págs [3] Delgadillo, O.; Camacho, A.; Pérez, L.F. (2010) Depuración de aguas residuales por medio de humedales artificiales. Centro andino para la gestión y uso del agua. Bolivia. Págs