EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE MATERIA
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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. Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica en términos de: Demanda Química de Oxígeno (DQO). la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). 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 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. 1946 Seidel “Max plank Institute System. 1964 Kickuth en Alemania. 1976 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. HUMEDALES NATURALES HUMEDALES ARTIFICIALES HUMEDALES ARTIFICIALES FLUJO LIBRE (FWS) FLUJO SUBSUPERFICIAL (SFS) 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 Físicos Químicos Biológicos • Filtración • Adsorción • Metabolismo microbiano • sedimentación • Absorción • Metabolismo de las plantas DBO SST NITROGENO FOSFORO • Degradación microbiana (aerobia y anaerobia) • sedimentación(acumulación de materia orgánica). • Sedimentación/filtración. • 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. Temperatura. Potencial de Hidrogeno(pH). Caudal. Demanda Química de Oxígeno (DQO). Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). Sólidos Suspendidos Totales (SST). Nitrógeno. Fósforo. 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 m2 Medio de soporte: grava, la cual tiene un tamaño efectivo promedio D10 de 1,0 cm y una porosidad promedio de 50%. HUMEDAL 3 HUMEDAL 2 HUMEDAL 1 Parámetro Concentración caudal Carga aplicada g/día 13,4 - 44 2,6 - 23,2 2,4 - 18,5 2,2 - 6,2 0,29 - 0,62 DQO DBO SST Nitrógeno Fósforo 146 mgO2/L - 476 mgO2/L 27,7 mgO2/L - 247 mgO2/L 25 mg /L - 194 mg /L 24 mg /L - 67 mg /L 3,1 mg /L – 6,5 mg /L 92 - 99 DQO DBO SST Nitrógeno Fósforo 135 mgO2/L - 441 mgO2/L 49,3 mgO2/L - 244 mg O2/L 19 mg /L - 152 mg /L 27 mg /L - 62 mg /L 2.6 mg /L – 6,2 mg /L 360 - 383 51 -165 18,8 - 94 7,2 - 57 10 - 23 0,97 - 2,4 DQO DBO SST Nitrógeno Fósforo 521 mgO2/L - 1663 mgO2/L 260 mgO2/L - 1151 mg O2/L 54 mg /L - 968 mg /L 50 mg /L - 127 mg /L 1,6 mg /L – 6,1 mg /L 89 - 98 48 -158 24 -111 5 - 91 4,8 - 12 0,15 - 0,56 HUMEDAL 1 DQO TEORICA 250 mgO2/L (1000 L) HUMEDAL 2 AGUA RESIDUAL SINTETICA DQO TEORICA 1000 mgO2/L (200 L) 89 – 98 L/día HUMEDAL 3 NUTRIENTES MACRO MICRO Se simularon las NUTRIENTES NUTRIENTES características EDTA PROTEINA UREA del agua residual FeCl3.6H2O SACAROSA K2HPO4 doméstica típica. Se prepararon dos soluciones de diferente concentración de DQO. CELULOSA K H2PO4 ACEITE MgCl2.6H2O ZnSO4.7H2O ALMIDÓN NaCl MnSO4.H2O H3BO3 Na2.SeO3.5H2O NiCl2.6H2O Componente Aporte a la DQO total Concentración inicial (g/L) Volumen Volumen (ml) (ml) (para1000 L) (para 200 L) Sangre 50% Pura 626 500 azúcar 8% 200 220 180 Celulosa 10% 18 2000 1600 Aceite 10% Puro 32 26 Almidón 24% 372 330 264 Componente Concentración (mg/L) Concentración Solución inicial (mg/L) Volumen (mL) 200 L Volumen (mL) 1000 L MACRONUTRIENTES Urea 42,86 245 35 175 K2HPO4 11,57 154 15 75 K H2PO4 8,8 117 15 75 MgCl2.6H2O 7 93 15 75 NaCl 40 320 25 125 MICRONUTRIENTES EDTA 13,26 133 20 100 FeCl3.6H2O 4,4 44 20 100 MnSO4.H2O 0,089 1,78 10 50 ZnSO4.7H2O 0,031 0,54 10 50 H3BO3 0,027 0,2 10 50 Na2.SeO3.5H2O 0,01 0,54 10 50 NiCl2.6H2O 0,021 2,48 10 50 1000 L de agua residual sintética con una DQO teórica (250 mgO2/L) real 135 mgO2/L - 441 mgO2/L 200 L de agua residual sintética con una DQO teórica de (1000 mgO2/L ) - real 521mgO2/L - 1663 mgO2/L Se contaba con dos puntos de toma de muestra para cada humedal. Donde se recolectaban aproximadamente 4L de muestra. PARÁMETRO TEMPERATURA CAUDAL POTENCIAL DE HIDROGENO (pH) DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO) DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO5 ) SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (SST) NITRÓGENO TOTAL KJELDAHL (NTK) FOSFÓRO TOTAL (PT) MÉTODO FRECUENCIA Termómetro mercurio Diario Aforo volumétrico Diario Ph-metro Diario Reflujo micro cerrado 3 veces por semana Método Winkler 3 veces por semana Método gravimétrico 1 vez en la semana Destilación 1 vez en la semana Método del Ácido ascórbico 1 vez en la semana 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 AFLUENTES DQO mg O2/L MAX HUMEDAL 475 1 HUMEDAL 441 2 HUMEDAL 1663 3 EFLUENTES DQO mg O2/L MIN PROM MAX MIN PROM 145 275 105 0,0 22 134 256 133 14,1 45 521 1119 389 13,2 78 350 300 250 200 150 100 50 0 1 3 5 7 9 masa aplicada 11 13 15 17 19 21 23 25 27 masa recuperada N° semana g de materia orgánica/semana HUMEDAL 2 1200 g de materia orgánica/semana g de materia orgánica/semana HUMEDAL 1 HUMEDAL 3 1000 800 600 400 200 0 1 3 5 7 9 masa aplicada 1000 800 600 400 200 0 1 3 5 masa aplicada 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 masa recuperada N° semana 11 13 15 17 19 21 23 25 27 masa recuperada N° Semana materia orgánica aplicada (g) 17406 18753 20000 18000 masa retenida 16000 masa recuperada 14000 12000 14.480 10000 17.529 4700 8000 6000 4000 4.355 2000 2926 1224 345 0 Humedal 1 345 g 7% Humedal 2 Humedal 3 1224 g 7% 2926 g 17% 4355 g 93% Humedal 1 14480 g 83% Humedal 2 17529 g 93% Humedal 3 Todos los datos reportados fueron analizados en conjunto con estándares de Ftalato Acido de Potasio con una concentración de 150 mg O2/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 %. Afluente DBO5 mg O2/L HUMEDAL 1 HUMEDAL 2 HUMEDAL 3 Efluente DBO5 mg O2/L MAX MIN PROM MAX MIN PROM 247 27 140 35 0,0 6,15 251 49 135 63 1,90 12 1151 260 650 165 0,66 21 160 HUMEDAL 1 g de materia orgánica/semana 140 120 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627 masa aplicada masa recuperada N° semanas g de materia orgánica/semana 700 HUMEDAL 3 600 500 400 300 200 100 700 0 HUMEDAL 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 masa aplicada g de materia orgánica/semana 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 masa aplicada masa recuperada N° semanas masa recuperada N° semanas carga organica 10707 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 9325 masa retenida masa recuperada 8.351 2385 2.277 108 974 Humedal 1 Humedal 2 974 g 10% 108 g 5% 2277 g 95% Humedal 1 10.307 400 Humedal 3 400 g 4% 8351 g 90% Humedal 2 10307g 96% Humedal 3 Todas las muestras fueron analizadas en conjunto con patrones de 198 ± 30 mgO2/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. Humedal 1 Humedal 2 Humedal 3 Masa aplicada (g) 1215 3914 6188 Masa recuperada(g) Masa retenida (g) 88 373 150 1127 3541 6038 93 91 98 94 372 94 Porcentaje de remoción Caudal promedio (L/día) HUMEDAL 1 g SST /semana 140 120 100 80 60 40 20 0 1 3 5 7 9 11 masa aplicada 13 15 17 19 21 23 25 27 N° semanas masa recuperada HUMEDAL 3 g SST /semana 700 600 500 400 300 200 100 0 1 HUMEDAL 2 g SST/semana 500 300 200 100 0 3 5 7 9 11 masa aplicada 13 15 5 7 9 11 masa aplicada 400 1 3 17 19 21 masa recuperada 23 25 27 N° semanas 13 15 17 19 21 masa recuperada 23 25 27 N° semanas g de SST masa retenida 6188 7000 masa recuperada 6000 3914 5000 4000 6.038 3000 2000 1000 0 1215 3.541 1.127 88 Humedal 1 373 Humedal2 150 Humedal 3 Afluente NTK mg N2/L Efluente NTK mg N2/L MAX MIN PROM MAX MIN PROM HUMEDAL 1 67 24 48 20 8 12 HUMEDAL 2 62 27 45 28 8 20 HUMEDAL 3 127 50 95 49 17 32 nitrogeno aplicado (g) masa retenida 3156 4000 masa recuperada 3000 1935 2000 836 1000 1047 1221 626 210 0 Humedal 1 210 g 25% Humedal2 1221 g 39% Humedal 2 545 Humedal 3 545 g 23% 1935 g 61% 626 g 75% Humedal 1 1592 1047 g 77% Humedal 3 Todas las muestras fueron analizadas por triplicado en conjunto con patrones de 10 mg NH4/L y 50 mg NH4/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. Afluente Efluente mg P-PO4/L mg P-PO4/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 4,4 0.98 0,02 1,9 HUMEDAL 3 6,1 1,6 4,8 3,9 0,37 1,9 327 masa recuperada 350 masa retenida Fosforo aplicado (g) 300 193 250 200 150 100 88 100 134 79 50 64 36 9 0 Humedal 1 9g 10% Humedal2 Humedal 3 36 g 36% 134 g 41% 193 g 59% 79 g 90% Humedal 1 Humedal 2 64 g 64% Humedal 3 Todas las muestras fueron analizadas por triplicado en conjunto con patrones de 0,5 mgP-PO4/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 %. Remoción obtenida Parámetro Humedal 1 Humedal 2 Humedal 3 Decreto 1594 de 1984 Remoción ≥80% en carga Remoción ≥80% en carga Otros estudios DBO5 95 90 96 80 SST 93 91 98 pH 7 — 7.8 7 – 7.8 7 – 7.8 5—9 DQO 93 83 94 NA 52 NTK 75 61 77 NA 38 P-PO4 90 59 64 NA 50 80-85 N° retoños Siembra de las plantas 11-08-07. Se inició el seguimiento 18-08-07. La densidad poblacional aumenta septiembre07/junio08. Primera cosecha julio 08. Segunda cosecha septiembre 08. 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 H1 H2 H3 tiempo (meses) Altura (metros) 3 2,5 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. 2 1,5 1 0,5 0 " H1 H2 H3 Tiempo (meses) Se inicia el seguimiento enero 08. Temperatura °C Caudal ml/min pH MAX MIN PROM MAX MIN PROM MAX MIN PROM Afluente 23 20 21 68 60 66 7,54 7,29 7,02 Efluente 23 20 21 113 28 64 7,67 6,27 6,96 Afluente 23 20 21 248 256 260 7,61 6,01 7,07 Efluente 23 20 21 262 240 255 7,61 6,48 6,96 Afluente 23 20 21 68 60 66 5,96 7,66 7,03 Efluente 23 20 21 68 64 66 7,67 6,49 6,98 HUMEDAL 1 HUMEDAL 2 HUMEDAL 3 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. La eficiencia de remoción de materia organica en términos de DBO5 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. 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. 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 MEDIO DE CONTROL. EVALUACIÓN EN REMOCIÓN DE FÓSFORO. TIEMPOS DE RETENCIÓN. COSECHAS. AGITACIÓN EN LOS TANQUES. METODOS DE ENSAYO. MANTENIMIENTO.
