SISTEMA MODULAR PARA EL TRATAMIENTO POR HUMEDALES EN RANCHO JUANITOS, IZUCAR DE MATAMOROS, PUE. Vázquez G. A ( 1), Navarro F. A. E (2),Toriz R. A. (1), Rossainz R. E. (1), Mejia A. L. R. (1), Rosas R. J. (1), Hernández P. E. (1) (1) Instituto Tecnológico de Tehuacan, (2) Universidad Tecnológica de Izucar de Matamoros 29 Poniente 1002, Col Santo Domingo, Tehuacan Pué, c.p. 75770 Tel Fax (238) 382 2801, (238) 382 5033, fritehsa@yahoo.com RESUMEN Se presenta un proyecto de construcción de la planta de tratamiento por humedales de las descargas de Rancho Juanitos colonia de la ciudad de Izúcar de Matamoros, Puebla. El mismo se diseño atendiendo a las necesidades que se irán presentando conforme se vayan habitando los fraccionamientos que se erigen actualmente y a futuro y de esta manera realizar la construcción, primero de un modulo del sistema suficiente para tratar las descargas de 5000 habitantes y en su oportunidad los siguientes, Por otro lado, también se resolvió la dificultad presentada por la poca pendiente del terreno, mediante un adecuado arreglo del perfil hidráulico de las celdas, lo que permite que una vez realizado un mínimo de bombeo se realice el resto del proceso por gravedad. INTRODUCCION El uso tradicional de las aguas residuales de tipo municipal o mixto para irrigación de suelos agrícolas es una de la principales fuentes de contaminación en los estados del país. El tratamiento de aguas residuales, para su disposición apropiada, constituye uno de los problemas inherente a la actividad diaria del ser humano, con esta preocupación se han buscado los métodos apropiados para resolver esta gran problemática. Los procedimientos mas usuales proponen inversiones de capital muy altas y costos de operación aun mas elevados, que la mayoría de las poblaciones e incluso las ciudades no tienen la capacidad de asumir. Entre las distintas alternativas que se pueden evaluar para lo expuesto, las plantas de tratamiento para el municipio, puede ser la solución efectiva siempre y cuando se cuente con un tratamiento efectivo y flexible ante los cambios de composición de los influentes. No obstante, se requiere de otro tipo de soluciones de bajo costo, para comunidades rurales aisladas y para algunas comunidades suburbanas dentro del municipio de Izucar de Matamoros que por diversas razones no puedan ser conectadas al sistema de alcantarillado que conduzca a la planta de tratamiento principal. Para estos casos, los humedales artificiales pueden ser la alternativa viable, ya que su construcción y mantenimiento se adaptan a las posibilidades económicas de este tipo de comunidades. Una de las opciones amigables al entorno son los humedales artificiales. Los humedales son medios semiterrestres con un elevado grado de humedad y una profusa vegetación, que reúnen ciertas características biológicas, físicas y químicas, que les confieren un elevado potencial autodepurador. Otro elemento fundamental en el proceso de depuración por humedales es el sedimento orgánico, que además de ser sustrato para el crecimiento microbiano, presenta una elevada capacidad de cambio que asegura la retención y posterior transformación del material orgánico e inorgánico. La depuración de aguas residuales mediante humedales artificiales también consigue espectaculares reducciones de microorganismos patógenos. Por otra parte el efluente es totalmente transparente, alcanzando calidad cristalina, a diferencia del procedente Revista Internacional de Ciencias Ambientales Vol. 21 Suplemento 1 832
del lagunaje que presenta coloraciones verdosas debidas a las microalgas que transporta. Además, los humedales presentan otras ventajas: - No generan lodos, que se mineralizan totalmente. - Bajos costos de construcción, energía y explotación. - Sencillez de mantenimiento, aunque precisan un adecuado seguimiento. - Son sistemas flexibles y poco susceptibles a cambios en caudales y carga del influente. - La biomasa vegetal actúa como aislante del sedimento, lo que asegura una intensa actividad microbiana en todas las estaciones del año. - No generan olores, integrándose extremadamente bien con el paisaje. - No suelen aparecer problemas de moscas y mosquitos si no se deja emerger la capa de agua. A los sistemas de flujo subsuperficial normalmente se les aplica agua residual pretratada en forma continua y el tratamiento se produce durante la circulación del agua a través de los tallos y raíces de la vegetación emergente. Esta clase de sistemas suele incluir combinaciones de espacios abiertos y zonas vegetadas e islotes con la vegetación adecuada para proporcionar hábitats de cría para aves acuáticas. Los sistemas de flujo subsuperficial se diseñan con el objeto de proporcionar tratamiento secundario o avanzado y consisten en canales o zanjas excavados y rellenos de material granular, generalmente grava en donde el nivel de agua se mantiene por debajo de la superficie de grava. Las mismas especies vegetales se usan en los dos tipos de humedales artificiales. Rancho Juanitos es una comunidad suburbana del municipio de Izúcar de Matamoros que descarga sus aguas residuales a una acequia de riego donde producen malos olores en la zona y contaminan los suelos y especies vegetales irrigadas. Estos problemas que son provocados por el agua residual forman parte de la vida de los habitantes de Rancho Juanitos, por lo cual es de suma importancia darle una solución viable y factible. El objetivo del presente trabajo es precisamente presentar un sistema de tratamiento por humedales artificiales o construidos, microlocalizado en Rancho Juanitos, que permite solucionar los problemas que originan las aguas contaminadas y más aún, abrir la posibilidad de reuso de las mismas. METODOLOGIA El presente trabajo se basa en el protocolo de diseño propuesto por la USEPA así como los criterios que expone la CNA y bibliografía basada en el diseño hidráulico de tratamiento primario y secundario de aguas residuales. RESULTADOS El diseño se basa en la aplicación de formulas, para ello se necesitan los siguientes datos los cuales varían de acuerdo a las condiciones físicas y químicas de cada lugar. Datos de entrada - Población (Po) 5000 h; Dotación agua pot.: 150.0 l/hab; Aportación (Apo) 120 l/hab; DBO entrada 360 mg/l; DBO salida 59.4 mg/l; Temperatura (Temp.) 23.7º; Y=profundidad de la laguna 0.6 m; No. Celdas=2; Pendiente = 0.02; Medio= grava media; Vegetación = Carrizos; porosidad = 0.38 Revista Internacional de Ciencias Ambientales Vol. 21 Suplemento 1 833
Estructura de pretratamiento: El pretratamiento es indispensable para este tipo de sistemas. Por eso, es deseable contar por lo menos con mecanismos para remover sólidos flotantes grandes y arenas Sedimentador: El agua que sale de la estructura de pretratamiento llegan a un sedimentador construido concreto armado de f c=250kg/cm 2 forma circular con capacidad efe 100rn 3 con un diámetro de 6m. y una profundidad de 3.0 m; y en forma cónica en el fondo de 1.00m de profundidad y 6m de diámetro y muros de 0.25 m de espesor, en el perímetro se construirá un canal con un ancho de 0.25 m y una profundidad de 0.30 m y de base una plantilla de 0.05m de espesor con un concreto de f c = 100 Kg./cm 2, a este canal se le colocara un tubo para conducir las excedencias hacia el tanque de almacenamiento de reboso Tanque de almacenamiento del agua de reboso: El agua que se rebosa del sedimentador se almacenará en este tanque que se construirá de concreto de f c=250kg/cm 2, de forma circular y con las mismas características que las del sedimentador Bomba: Habrá dos bombas en el sistema: La función principal de una de las bombas es trasladar los lodos almacenados en el sedimentador a la celda uno y la otra bombear el agua del tanque de reboso a la celda No 2. La bombas serán de 4.5 hp; trasladarán los lodos desde una profundidad de 4.5 m en promedio por una tubería que tendrá un diámetro de 2". Celda No.1 Las aguas llegan por bombeo desde el sedimentador entran al sistema donde se distribuye uniformemente a través de la celda uno mediante un tubo de p.v.c de 4" la cual llevara perforaciones a todo lo largo colocado paralelamente al lado corto de la celda a una separación de 65 cm. del inicio de la celda y otra distribución en medio de la celda. En los extremos del tubo se colocaran codos a 45 y continuación tubos que salgan hasta el nivel del bordo libre para poder darle limpieza; a la salida de la celda se colocara un tubo de recepción que tendrá las mismas características que el tubo de entrada; dicho tubo conducirá el agua tratada hacia el registro de interconexión a la celda dos. La celda se construirá con las siguientes dimensiones largo de 46.06 m, ancho de 30.13 m y una profundidad de 1.00 m, el fondo de la celda el terreno deberá ir compactado y tendrá bordos con una corona de 2.00m de y altura variable según las condiciones topográficas del terreno, se le colocará después una membrana impermeabilizante de 2 mm de espesor que cubra el fondo de la celda y el bordo libre para eliminar totalmente infiltraciones. Después, se colocará una capa de grava de 11/2" - 2"de diámetro y de 10 cm. de espesor, a continuación se coloca una capa de grava de 1" de 45 cm. de espesor y encima una capa de 5 cm. de espesor de gravilla de 14" 1/2" y enrocamiento en la entrada y salida de la celda de 4". Se sembrarán plantas de genero phragmites (carrizo ), que es el mas utilizado en este tipo de tratamiento. Las raíces de estas plantas forman una densa red entre las gravas, aquí toman lugar los procesos químicos biológicos y físicos que purifican el agua, la laguna llevara una pendiente de 1 al millar. Interconexión de la celda 1 con la celda 2: Para conectar la celda uno con la celda dos es necesario instalar 2 salidas de de tubería de p.v.c de 6" de diámetro con una pendiente de 2 % como parte de esta línea de interconexión Revista Internacional de Ciencias Ambientales Vol. 21 Suplemento 1 834
se construirá dos registros, a base de muros de tabique revestido y una plantilla de concreto armado de un f c = 200kg/cm 2 de 10cm de espesor con dimensiones de 1.50 x 1.50 x 1.50m con una tapa metálica de 1.20 x 1.20m, donde llegaran las aguas de la laguna 1 Celda No. 2: Esta laguna recibe las aguas residuales de la laguna 1 y el agua del tanque de revoso que es distribuida al medio de la celda 2 y se construirá de las siguientes dimensiones: largo 76.41 m, ancho de 30.13 m con una altura de 0.80 m del piso a la corona,el agua residual de la segunda celda se distribuye uniformemente a través de ella mediante otra serie de tubos de p.v.c. y con las mismas características de la laguna No 1 que anteriormente se describe, (ver plano de conjunto) Interconexión de la celda2 con el filtro de arena: Para conectar la celda dos con el filtro de arena es necesario instalar 2 salidas de tubería de pvc de 6" de diámetro con una pendiente de 2 % como parte de esta línea de interconexión se construirá dos registros, a base de muros de tabique revestido y una plantilla de concreto armado de un f c = 200kg/cm 2 de 10cm de espesor con dimensiones de 1.50 x 1.50 x 1.50m con una tapa metálica de 1.20 x 1.20m, donde llegaran las aguas de la laguna 2 Filtro de arena: Esta laguna recibe las aguas tratadas de la celda dos y se construirá con siguientes dimensiones: largo 30.13 m, ancho de 30.13 m; con un bordo de base y altura variable dependiendo de las condiciones topográficas del terreno, la corona deberá ser de 2.m de ancho; el agua residual en el filtro de arena se distribuye uniformemente a través de ella mediante tubos de p.v.c que van superficialmente y con perforaciones, llevara una membrana impermeabilizante de 2 mm de espesor en toda lo largo y ancho del filtro, posteriormente llevara una capa de grava de ¾ a 11/4 "con un espesor de 10.cm. y lo demás será de arena media en toda la celda y llevara enrocamiento en la entrada y la salida del filtro de arena. Se considerara una pendiente del 2% a lo largo de todo el filtro de arena para que el agua fluya eficientemente hacia la salida de mismo y sea recolectada en dos registros que estarán ubicados en el final del filtro de arena y recolectaran el agua tratada para enviarla a la sequía donde se descargaran las aguas tratadas por este sistema. Revista Internacional de Ciencias Ambientales Vol. 21 Suplemento 1 835
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DISCUSIÓN Considerando la disponibilidad de las 4 hectáreas de terreno cercano al emisor de las aguas residuales de esta comunidad y los valores de la carga orgánica de dichas aguas, así como que el efluente debe cumplir con la norma de agua para riego se encontró que construyendo toda el área con humedales se tendría capacidad para tratar la descarga de una población de aproximadamente 20, 000 habitantes. Dado que en la actualidad solo se cuenta con 1100 habitantes y que se encuentra en proceso de construcción un desarrollo de 240 casas y otro por iniciar de aproximadamente el mismo numero de casas, no sería práctico construir un humedal para toda la población prevista, por lo que se proyecta construir un módulo para 5000 habitantes (Fig. 1) y se tendría espacio para en el futuro construir 3 mas de las mismas dimensiones y capacidad. Se construirán 2 módulos de pretatamiento cada uno con capacidad de surtir a 2 sistemas de celdas de humedal (Fig. 2). La poca pendiente que presenta el terreno hizo necesario poner especial cuidado para que por gravedad permitan el flujo del agua de la celda uno a la dos, y al filtro de arena y finalmente la descarga del efluente a la acequia donde se dispondrá para el riego. Revista Internacional de Ciencias Ambientales Vol. 21 Suplemento 1 837
CONCLUSIONES El sistema planteado de un modulo de tratamiento para poder surtir a dos módulos de celdas de humedales con capacidad para tratar las descargas de 5000 habitantes cada uno resulta apropiado para la población actual y para la que en el mediano plazo se asentará en la zona. Se cuenta con reserva de terreno para construir otro sistema similar en el futuro. El perfil hidráulico propuesto permite ahorrar instalación de tanques de recepción y bombeo entre las celdas ya que es apropiado para que el agua circule por gravedad y solo se efectúa por una parte el bombeo de los lodos desde el sedimentador y por otra del agua clarificada desde el tanque de reboso. Con lo anterior se logra el ahorro de energía eléctrica lo que con lleva facilidad y menor costo de operación BIBLIOGRAFÍA 1.- Crites & Tchobanoglous, sistemas de manejo de aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados. McGraw and Hill, México, 2000 2.- García J. Ruiz, A. & Junquertas, X. 1997. Depuración de aguas residuales urbanas mediante humedales construidos. Tecnología del Agua 165: 58-65 3.- Vázquez García A. informe final del proyecto Caracterización y Saneamiento del Dren Tehuacan, clave CONACyT-SIZA 20000806013, 2002 4.- USEPA, Guding principles por constructed treatment wetlands, 2000 5.- USEPA, A handbook of constructed wetlands, volumen 1. 6.-USEPA, Subsurface flow constructed wetlands for wastewater treatment. A Technology Assessment, 1993. 7.- Lara B., Depuración de aguas residuales urbanas utilizando humedales artificiales, Tesis Maestría, Universidad Politécnica de Cataluña, 1999. AGRADECIMIENTOS Este trabajo se realizó dentro del Proyecto Estudio y solución de problemas ambientales relacionados con las aguas superficiales y el aire en la Subcuenca del río Nexapa, apoyado por el Sistema de Investigación Regional Ignacio Zaragoza del CONACYT, agradeciéndose al mismo y las autoridades municipales y sistema operador de Izúcar de Matamoros el apoyo brindado. Revista Internacional de Ciencias Ambientales Vol. 21 Suplemento 1 838