Humedales - Superintendencia de Control del Poder de Mercado

21er. Seminario Internacional, “Servicios Públicos: Agua Potable
y Saneamiento”
El uso de Pantanos Artificiales en el Saneamiento
de Agua Cruda antes de la Potabilización y
Saneamiento de Aguas Servidas”.
COORDINACIÓN DE TRATAMIENTO Y CALIDAD DEL AGUA
SUBCOORDINACIÓN DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Superintendencia de Control del Poder de Mercado
Del 11 al 12 de noviembre de 2013
Quito, Ecuador
Armando Rivas Hernández
ANTECEDENTES
LOS HUMEDALES HAN TOMADO IMPORTANCIA EN VARIOS
PAÍSES COMO SON ESTADOS UNIDOS DE NORTEAMÉRICA,
CANADÁ, DINAMARCA, INGLATERRA, ALEMANIA Y OTROS.
JUSTIFICACIÓN: NECECIDAD DE DESARROLLAR NUEVAS
ALTERNATIVAS, CON MENORES COSTOS DE TRATAMIENTO.
EN MÉXICO:
-
CLIMAS ADECUADOS PARA SU USO
GRAN LUMINOSIDAD
BIODIVERSIDAD DE ESPECIES
CONSTRUIDOS Y EN OPERACIÓN 160
Inventario Nacional de Plantas de Tratamiento, Municipales.
2009
N° de PTARs Nacional:
2,029
2010
2,186
2,342
Capacidad instalada, m3/s: 120,8
126.8
140.1
Caudal de operación m3/s: 88,1
93.6
99.9
0.04%
AÑO
2002
2005
2011
2011
160 humedales de tratamiento = 7.9%
Porcentajes de número de plantas de tratamiento por proceso, 2011
0.26% 0.73%
3.25%
0.30%
0.77%
0.77%
2.96%
1.03%
0.90%
1.67%
0.47%
4.20%
0.47%
2.23%
0.56%
0.69%
3.38%
8.01%
0.90%
2.96%
1.50%
0.56%
0.21%
%
2.0
5.8
7.9
29.29%
31.91%
Oferta tecnológica
Aerobio
Anaerobio
Biológico
Discos biológicos o biodiscos
Dual
Filtros biologicos o rociadores o percoladores
Fosa séptica
Fosa séptica+filtro biológico
Fosa séptica+wetland
Humedal
Lagunas aireadas
Lagunas de estabilización
Lodos activados
Otro
Primario avanzado
Primario o sedimentación
Rafa o wasb
Rafa, wasb+humedal
Rafa+filtro biológico
Reactor enzimático
Sedimentación+wetland
Tanque imhoff
Tanque imhoff+filtro biológico
Tanque imhoff+wetland
Terciario
Zanjas de oxidacion
FORMAS, TAMAÑOS Y ASPECTO
CLASIFICACIÓN GENERAL
HUMEDALES
ARTIFICIALES
DE
FLUJO
SUBTERRÁNEO
HORIZONTAL
Plantas emergentes
Bordo
Registro
Medio
filtrante
Agua residual
(afluente)
Nivel de
superficie
Agua
tratada
(efluente)
¨Zona inundada
Registro
Efluente de
altura variable
Fondo
impermeable
Pendiente Profundidad del
Cabezal de
(< 1 %)
lecho de 0.3 a 0.5 M distribución
CLASIFICACIÓN DE HUMEDALES CONSTRUIDOS
HUMEDALES ARTIFICIALES DE
FLUJO SUBTERRÁNEO
VERTICAL
Tubo de
distribución
Plantas emergentes
Registro
Medio
filtrante
Bordo
Agua residual
(afluente)
Nivel de
superficie
Agua
tratada
(efluente)
¨Zona inundada
Registro
Efluente de
altura variable
Fondo
impermeable
Pendiente Profundidad del
Cabezal de
(< 1 %)
lecho de 0.3 a 0.5 M distribución
HUMEDALES ARTIFICIALES DE
Plantas emergentes
FLUJO INUNDADO
Plantas
flotantes
Registro
Bordo
Agua residual
(afluente)
Nivel de
superficie
Agua
tratada
(efluente)
Raíces y Rizomas
¨Zona inundada
Registro
Efluente de
altura variable
Fondo
impermeable
Pendiente Profundidad del
Cabezal de
(< 1 %)
lecho de 0.3 a 0.5 M distribución
Mecanismos de remoción
Aire
3
Influente
3
1
Agua
Capa aerobia
del suelo
5
7
Capa anaerobia
del suelo
Efluente
1 4
8
6
2 4
6
1
2
3
4
Oxidación
Reducción
Volatilización
Adsorción
5
6
7
8
Sedimentación
Precipitación
Absorción y utilización por las plantas
Formación de turba
COMPARACIÓN DE LOS HUMEDALES CON LOS SISTEMAS MECANIZADOS
Velocidad Baja Fijo
Velocidad Alta Flotante
Baja Velocidad Flotante
● Los humedales no requieren
energía eléctrica dependiendo de la
topografía.
● Los humedales no generan ruido.
COMPARACIÓN DE LOS HUMEDALES CON LOS SISTEMAS MECANIZADOS
RELACIÓN DBO : O2
CAUDAL
DBO
● El TRH extenso del humedal permite tener flexibilidad de
variación de caudales y de carga orgánica
t
● Los humedales no generan malos olores ni lodos residuales.
Emisiones a la atmósfera (Metano, H2S, CO2)
Emisiones a la atmósfera
Protocolo de Kioto
O2
CO2
Los humedales son fábricas de oxígeno y reducen las emisiones de
gases que contribuyen con el calentamiento global
COMPARACIÓN DE LOS HUMEDALES CON LOS SISTEMAS MECANIZADOS
Vida útil del sistema
● Demandan una capacitación sencilla de
los operadores.
● Demandan menor Nº de operadores
● La operación y mantenimiento es más
sencilla.
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
PODA Y DISPOSICIÓN DE LA VEGETACIÓN
LIMPIEZA DE
REJILLAS Y DEL
DESARENADOR
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
LIMPIEZA DE TUBERÍAS
CONTROL DE NIVELES
MANTENIMIENTO DE
BORDOS
Eliminación de nutrientes por medio de humedales
artificiales
C : N : P
100 : 5 : 1
N
= 78.08%
O2 = 20.95%
CO2 = 0.03%
Otros gases = 0.94%
90 %
C = 10%
Los sistemas mecanizados sin tratamiento avanzado no están diseñados para la
remoción de nutrientes.
COMPARACIÓN DE LOS HUMEDALES CON LOS SISTEMAS MECANIZADOS
● Las tecnologías mecanizadas son
sistemas compactos. TRH 8hrs
● Tratan mayores caudales en áreas
menores
● Los humedales requieren mayores áreas. TRH
10-15 d
● Se usan básicamente para pequeñas
ciudades o en áreas rurales
COMPARACIÓN DE LOS HUMEDALES CON LOS SISTEMAS MECANIZADOS
PROTECCIÓN DE LA VIDA SILVESTRE
COMPARACIÓN DE LOS HUMEDALES CON LOS SISTEMAS MECANIZADOS
HUMEDALES FAMILIARES
AGUA TRATADA MEDIANTE UN HUMEDAL
Los humedales no necesitan desinfección química (se evita la
formación de Trihalometanos) y eliminan huevecillos de helmintos
Desinfección con cloro
Taenia
Ascaris
Costo ($/m3)
8.000
COSTOS DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO
7.000
(Sin incluir costos del terreno)
6.000
Tasa de interés 8 % anual n = 25 años - Periodo de
gracia = 3 años.
Precios de febrero de 2003
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0.000
5
15
25
35
45
55
65
75
85
95
Lagunas de Estabilización
Humedales
Caudal (L/s)
Lodos Activados Convencional
Aereación Extendida
Biodiscos
Filtros Rociadores
● Para pequeños caudales el costo de tratamiento mediante un sistema mecanizado avanzado (con
remoción de N y P) varía de 4 a 5 pesos/m3, con los humedales es de 60 a 80 centavos/m3.
● Los costos de construcción de los humedales pueden ser iguales o superiores a los de los sistemas
mecanizados, pero los costos finales de tratamiento reducen al incluir la operación y mantenimiento.
http://www.jornada.unam.mx/2013/10/15/estados/031n3est
GASTOS DE OPERACIÓN
COSTOS DE OPERADORES
Costo del operador por semana
$800.00
Costo del operador por mes
$3,200.00
Costo del operador por año
$38,400.00
Número de operadores
2
COSTO DE OPERADORES/AÑO
$76,800.00
CÁLCULOS DEL COSTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA
$95,500.00 /año
Total de operación sin mantenimiento: $
171,800.00
Experiencia exitosa del uso de humedales construidos para
la protección de la calidad del agua del lago de Pátzcuaro
UMSNH
Estado de
Michoacán
Municipio de
Erongarícuaro
Municipio de
Pátzcuaro
Municipio de
Quiroga
Municipio de
Tzintzuntzán
Cuenca del lago de Pátzcuaro, Michoacán
Santa Fe de la Laguna
Cuenca
Quiroga
Tzintzuntzán
Erongarícuaro
Pátzcuaro
Cucuchucho
Problemática
Eutroficación del lago
Descarga de aguas residuales municipales
y de retorno agrícola
222 l/s (127,340 hab)
Carga másica (t/año): 603 DBO, 347 N y 79 P
Riesgos a la salud y al medio ambiente
Infraestructura insuficiente para el tratamiento de
aguas residuales
Capacidad instalada 190 l/s
Caudal de operación 52 l/s
Recursos económicos insuficientes para la
operación y mantenimiento de las PTAR
Generación de lodos residuales por las plantas de
tratamiento mecanizadas
Caso piloto: Humedal de la comunidad de
Cucuchucho
Objetivo:
Diseño, construcción, operación y evaluación de un humedal para
el tratamiento de las aguas residuales de una población de 1,080
habitantes
Parámetros analizados:
a) Fisicoquímicos: DBO 340 mg/L
SST
204 mg/L
NT
76 mg/L
PT
19 mg/L
b) Bacteriológicos: CF
2.63 x 108
NMP/100 ml
c) Caudal de diseño:
1 l/s
Topografía y mecánica de suelos
Caracterización de la
descarga
Panorámica del humedal
Aspectos constructivos
Extracción de
fangos
Siembra de especies
Construcción bordos
Tuberías
Impermeabilización
Medio de empaque
Instalación y operación del sistema
Antes
Después
Gestión del proceso
Manifestación de
impacto ambiental
Firma de convenios
Transferencia
tecnológica
Participación ciudadana,
antes durante y después
de la instalación del
sistema
Capacitación del
operador
12
30
97
NT
79
10
15
87
PT
17
6
5
65
HH
12
0
1
100
CF
NMP/100 ml
3,417,858
567
1,000
99.9834
Concentración
* NOM 001-SEMARNAT-1996
100000000
1000000
10000
DBO
100
NT
1
e
nt
e
fl u
n
I
d
Se
m
Hu
LM
HP
Procesos
Promedio acumulado de los cuatro muestreos de
remoción de DBO, NT, PT Y CF.
PT
Ene
HP
454
LM
DBOTOTAL
Dic
Hu
m
SALIDA
(mg/L)
Se
d
ENTRADA
(mg/L)
600
500
400
300
200
100
0
In
flu
en
te
PARÁMETRO
(mg/L)
REQUISITO
NORMATIVO*
(mg/L)
Mar
May
Proceso
Eficiencia acumulada de remoción de
contaminantes.
Eficiencia de remoción, %
REMOCIÓN
OBTENIDA
(%)
DBO, mg/L
Evaluación del sistema
120
100
DBO
80
NT
60
PT
40
CF
20
0
Influente
Sed
Hum
LM
HP
Procesos
CF
Eficiencia acumulada de remoción de
contaminantes.
100000000
10000000
1000000
100000
10000
1000
100
10
1
DBO
NTK
PT
C.F.
Infl.
Efl.
Sed.
Efl.
HS
Procesos
Efl.
LM
Efl.
HP
Eficiencia, %
Concentración
Evaluación del humedal de Santa Fe de la Laguna, Quiroga,
Pátzcuaro
90.00
70.00
50.00
30.00
10.00
-10.00
DBO
NTK
PT
C.F.
Infl.
Efl.
Sed.
Efl. Efl.
HS LM
Procesos
Efl.
HP
Reúso en acuacultura. Cucuchucho
Estudio con bioindicadores
Sitio
PT
Mg/L
Periodo
DQO
DBO
Mg/L
Mg/L
Descarga de
agua cruda.
Mayo de 2003
13.04
Descarga de
agua
tratada.
Marzo, 2006
7.32
Mayo, 2006
5.97
88.9
Sep, 2006
3.77
13.6
Punto de
muestreo
414.0
Antes del humedal, 2003
Descarga de aguas residuales
222.9
Riqueza de familias, por sitio, por localidad
Cucuchucho
SFL
Opongio
Tzintzuntzan
1
12
10
9
0
2
4
5
11
0
3
9
5
4
0
4
6
2
Después del humedal, 2006
Talleres para la apropiación de la tecnología
● Talleres impartidos: 7 en Santa fe de la Laguna y 2 en Cucuchucho. 9 en Total.
● Asistentes aproximados en Santa Fe: 400 personas.
● Asistentes en Cucuchucho: 120 personas.
● Total de participantes directos: 520 personas.
Beneficios









Reducción de contaminantes hacia el lago
Protección de la de la vida acuática
Empleos antes, durante y después de la
instalación del sistema
Eliminación de la zona pantanosa, los
malos olores y los riesgos de salud hacia
la comunidad
Protección de la vida y de la salud del
ganado que abreva o transita en la zona
Producción de flores de ornato, tule para
manufactura
de artesanías, peces, y
cultivos de alto rendimiento
Mejoramiento estético de la zona
Formación de recursos humanos (2 tesis de
licenciatura)
Es visitado por escuelas para fines de
educación ambiental y por personas
interesadas en el tema
Conclusiones

La eficiencia de remoción
requerimientos normativos
de
contaminantes
supera
los

La participación ciudadana ha desempeñado un papel importante
durante la gestión, construcción y operación del humedal.

La apropiación de la tecnología (no solo su transferencia) por parte de
la comunidad, a partir de talleres y actividades de cultura del agua,
permite su participación activa y les involucra de una manera más
eficiente a crear conciencia y tomar medidas que permitan disminuir
el deterioro del lago.

El humedal ha permitido obtener nuevos y mejores diseños, mayores
eficiencias de tratamiento, se consolida el aspecto de la participación
ciudadana, se generan beneficios educativos, ambientales y para la
salud humana, y se protege la calidad del agua del lago, así como de
sus actividades productivas.
CONSTRUCTED WETLANDS FOR MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT, AND
REUSE OF TREATED WATER IN A RECREATION PARK.
WATER SCARCITY
Mexican regulations for
treated water requires less
than 240 cfu/100 ml for
public reuse:
 Refill an artificial lake
 Irrigation of small pines (to
sale during Christmas).
 Irrigation of green areas and
gardens.
Effluent
After one year of
operation, the faecal
coliform in the effluent
could comply the
Mexican regulations,
Inadequate quality
for TSS, BOD5 and
helmint eggs.
Maturation
Pond
system
Inffluent
March 11
W3
MP2
W2
MP1-c
MP1-d
MP1-b
W1
MP1-a
AP-c
MP3-Eff
Wetland 3
AP-b
March 25
Inf.
Final pond
400
350
300
250
200
150
100
50
0
AP-a
SECOND MODIFICATION
BOD5
EFFLUENT
Maduration
pond 2
Anaerobic
pond
Wetland 2
INFLUENT
TSS, mg/L
500
400
300
March 11
200
March 25
100
0
Wetland 1
Maduration
pond 1
Mexican standards
comply
Tratamiento y reúso. Panoaya.
400
BOD5
300
March 11
200
March 25
100
0
f.
In
-b
P
A
1
W
-b
1
P
M
d
1-
P
M
P2
M
P3
M
ff
E
-
COD, mg/L
800
600
March 11
400
March 25
200
0
.
Inf
-b
P
A
1
W
-b
1
MP
MP
d
1-
2
P
M
MP
E
3-
ff
HUMEDALES ARTIFICIALES FAMILIARES PARA EL SANEAMIENTO DE
LAS AGUAS GRISES EN EL MUNICIPIO DE SAN MIGUEL DEL PUERTO,
OAXACA.
ANTES
ANTES
DESPUES
DESPUES
Emigración de una laguna de
estabilización a un humedal de
tratamiento
En etapa de maduración.
E F I C I E N C I A
D E
NOM-002-SEMARNAT-1996
R E M O C I Ó N
Descarga al alcantarillado
30 %
20 %
Sólidos Materia
AFLUENTE susp.
carbonacea
TRATAMIENTO
PRIMARIO
Microorganismos
patógenos
Nutrientes (N y P)
TRATAMIENTO
SECUNDARIO
SISTEMAS
PRETRATAMIENTO
95 %
90 %
40 %
50 %
TRATAMIENTO
AVANZADO
MECANIZADOS
- Lodos activados
- Filtros rociadores
SEDIMENTADOR
-Aireación
extendida
- Discos rotatorios
- Zanjas de oxidación
TANQUE SÉPTICO
NOM-001-SEMARNAT-1996
Protección a la vida
acuática
NOM-001SEMARNAT-1996
Riego de cultivos
- Discos
rotatorios
- Torres de oxidación
- Lagunas aireadas
BIODIGESTORES
DE 3ª GENERACIÓN
REACTORES
ANAEROBIOS
Desinf.
Quím.
Desinf. química
SISTEMAS
NOM-003SEMARNAT-1997
NATURALES
- Humedales
Desinfección
- Lagunas
natural
Humedales
más Laguna
Uso urbano
Riego de áreas
verdes
Criterios técnicos










Modelos de dimensionamiento,
Requerimientos de energía eléctrica.
Disponibilidad de terreno.
Tolerancia a variaciones de carga orgánica e hidráulica.
Tolerancia a variaciones estacionales (bajas temperaturas)
Complejidad de operación y mantenimiento, independencia de equipos e insumos.
Generación de lodos, frecuencia de retiro de lodos, simplicidad en la gestión de lodos.
Emisión de gases.
Compatibilidad con PTARs existentes.
Complejidad de la construcción.
Criterios ambientales
• Producción de olores.
• Generación de ruidos.
• Integración paisajística
Criterios económicos
• Costos de construcción. Inversión, capital disponible.
• Costos de operación y mantenimiento.
• Factibilidad de la operación y mantenimiento en términos de costos, capacitación y de
obtención de equipos e insumos.
Criterios políticos y sociales
•
•
•
•
Bienestar social,
Educación ambiental y de potencial turístico,
Intereses económicos,
Sustentabilidad que implica cada alternativa.
Criterios normativos
• Normas de reúso o para descarga a cuerpos receptores
CONCLUSIONES
GENERALES
Una vez efectuado el análisis comparativo de las diversas opciones
tecnológicas de tratamiento es factible que el tomador de decisiones
elija el sistema más adecuado y que mejor se adapte a sus
necesidades técnicas, ambientales, sociales, culturales, económicas,
políticas y normativas.
Los humedales son una alternativa viable, con bajos costos
de tratamiento, sencillos de operar, estéticos y amigables con
el ambiente, para el tratamiento de aguas residuales en zonas
con disponibilidad de terreno.
POR SU AMABLE
ATENCIÓN, GRACIAS
BIÓL. ARMANDO RIVAS HERNÁNDEZ
INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGÍA DEL AGUA
SUBCOORDINACIÓN DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
TEL: 777 329 3600 EXT 160 Y 430
CEL: 777 215 6193
E-MAIL: [email protected]
[email protected]