marco teórico de humedal artificial vertical para cliente en Huanta 2025 para tesis de pregrado
I
Marco Teórico
II
Antecedentes
La
bibliografía de sobre humedales artificiales es abundante. Nos incumbe
principalmente la relativa a las dos plantas usadas Rumex
peruanus y Schoenoplectus californicus así como la climatología
andina, pues el crecimiento bacteriano, clave en la biorremediación, está
altamente condicionado por la temperatura y la disponibilidad de oxígeno,
parámetros reducidos en la zona andina.
Antecedentes internacionales
De
acuerdo con
eliminar hasta 20% de materia
orgánica. Los resultados mostraron una remoción favorable de 97%, 99%, 99%, 73%
y 99% para la demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de oxígeno a
cinco días (DBO5), sólidos suspendidos totales (SST), amonio (NH4) y coliformes
termotolerantes, respectivamente. Estos hallazgos refuerzan la confiabilidad de
los humedales artificiales como una alternativa eficaz para el tratamiento de
aguas residuales con alta carga orgánica.
De acuerdo con
De acuerdo con
Según la investigación de
Desde la perspectiva de
Giler, 2023 en su investigación
"Evaluación de un humedal artificial en el tratamiento de aguas residuales
domésticas como alternativa de desarrollo sostenible, sitio San Juan,
Manta-Manabí", evaluó el desempeño de un humedal artificial para tratar
aguas residuales domésticas. Su metodología incluyó un diagnóstico
socioambiental, análisis de parámetros físico-químicos del agua y evaluación
económica de la comunidad.
Humedal artificial de
flujo vertical (HAFV). Se caracterizan por disponer de un sistema intermitente
de alimentación por encima de la superficie distribuido a lo largo y ancho del lecho,
el agua se infiltra por gravedad a través del medio de soporte (grava, arena) permitiendo
que el influente alimentado tenga una mayor dilución de oxígeno atmosférico y así
se cuente con condiciones aerobias de degradación para que el nitrógeno
amoniacal se convierta en nitratos. Los HAFV tienen un alta eficiencia en la
remoción de contaminantes orgánicos; sin embargo, es menor en la transformación
de compuestos de nitrógeno (N), ósforo (P) y azufre (S) y aún menor el
tratamiento de metales pesados.,
Se determinó que el 63% de la
población utilizaba entre 200 y 300 litros de agua al día y que el 75% de los
hogares contaba con un solo ingreso económico. Los valores iniciales de DBO5
(1083 mg/L), DQO (746 mg/L) y sólidos totales (4204 mg/L) excedían los límites
normativos del Texto Unificado de Legislación Secundaria de Medio Ambiente
(TULSMA). Tras la implementación del humedal, se lograron eficiencias de
remoción del 91,80% para DBO5, 79,00% para DQO y 64,30% para sólidos totales,
demostrando la viabilidad de los humedales como una solución sostenible sin
dependencia de energía externa ni aditivos químicos.
Figura: Ssistema de humedal vertical
usado por el autor y resultados en disminución de turbidez del sistema
Se realizaron análisis físico-químicos del
agua, incluyendo conductividad eléctrica (EC), sólidos disueltos totales (TDS)
y DBO. Los resultados mostraron que ambas especies fueron eficaces en la
remoción de contaminantes, destacando que el cultivo mixto superó en eficiencia
a los cultivos monoespecíficos en la eliminación de sólidos disueltos y DBO.
En
la investigación de
Figura: Sistema de humedal vertical usado por
el autor, reducción y aumento del
fosfato y nitrato respectivamente.
Fuente: Guerrouf & Seghairi, 2022.
Se registró una reducción
significativa del pH y un incremento en la conductividad eléctrica, con tasas
de absorción del 96,91% para fósforo y 97,72% para amonio, confirmando la
eficacia de los humedales con Typha latifolia como solución viable para la depuración
de nutrientes. Estos estudios respaldan la eficacia de los humedales
artificiales como tecnología ecoamígale
para el tratamiento de aguas residuales, demostrando su viabilidad en
diversos contextos climáticos y geográficos.
No
se han encontrado trabajos de fitorremediación con la planta Rumex peruanus pero
su presencia en humedales naturales y bofedales andinos la hace buen candidata
a plata fitoremediadora, como apunta Torres 2016.
Antecedentes nacionales
Según
Desde la perspectiva de
Según,
Figura: Sistema de humedal horizontal
usado por el autor
Fuente: Ortiz 2022.
Se tomaron 17 muestras de aguas
residuales del influente (agua cruda) y del efluente (agua tratada) del humedal
artificial, determinándose los porcentajes medios de eliminación de diversos
contaminantes: 89,43% para la DBO5, 90,10% para la DQO, 91% para los sólidos
suspendidos totales, 80,34% para aceites y grasas, y 87,10% para coliformes
termotolerantes. Se registraron valores medios de pH (7,13) y temperatura
(23,64 °C). No obstante, al comparar estos resultados con los estándares
nacionales y las directrices de la EPA para riego en zonas verdes, se concluyó
que el efluente del humedal no cumplía con los niveles mínimos establecidos
para su reúso.
De acuerdo a
Figura: Sistema de humedal subsuperficial
usado por el autor
Fuente
Se empleó un diseño experimental y se
recogieron muestras de aguas residuales tratadas con cada especie vegetal. Se
determinó que Typha angustifolia L. logró una eliminación promedio del 47,97%
de fósforo total, mientras que Phragmites australis alcanzó solo el 20,81%. En
cuanto al nitrógeno total, Phragmites australis mostró una eficiencia del
36,89%, en comparación con el 31,64% obtenido por Typha angustifolia L. Estos
estudios evidencian la relevancia de los humedales artificiales como sistemas
sostenibles para el tratamiento de aguas residuales, destacando la importancia
de la selección adecuada de especies vegetales y del diseño estructural del
sistema para optimizar la eficiencia de remoción de contaminantes.
Según
Sánchez,
2021 evaluó
la eficiencia de humedales artificiales de Shoenoplectus californicus (totora)
y Nasturtion officinale (berros) sobre los contaminantes de efluentes de granja
de porcinos en Huancavelica. Para determinar la eficiencia de cantidad de la
materia orgánica removida por los humedales artificiales se determinó la
demanda química de oxígeno (DQO) y oxígeno disuelto (OD), para esto se utilizó
el digestor y el colorímetro portátil Hach DR900. Los resultados obtenidos de
la eficiencia del humedal artificial de la totora al ingreso y salida fue de
559.45 mg/l y 118.15 mg/l de DQO, de 1.11 a 8.25 mg/l OD, de 843.19 a 534.98
mg/l de conductividad eléctrica, 13.49 a 13.49 ℃ de temperatura, 6.74 a 7.36 de
pH, y para el humedal artificial de berros fue de 559.45 mg/l y 118.00 mg/l de
DQO, 1.11 a 3.07 mg/l OD, 843.19 a 642.48 mg/l de conductividad eléctrica,
13.49 a 13.32 ℃ de temperatura, 6.74 a 7.29 de pH respectivamente. En conclusión,
la eficiencia de los humedales artificiales de Schoenoplectus californicus
(totora) es de 78.88 % y Nasturtion officinale (berros) 78.91%, en la remoción
de contaminantes del efluente de la granja de porcinos en Huancavelica.
Suero et al 2017
uso Schoenoplectus californicus para construcción de humedales construidos en
el ámbito rural de la provincia de Anta. (i) Humedal construido para el
tratamiento de aguas residuales de los servicios higiénicos de la Institución
educativa 50106 de Haparquilla, (ii) Humedal construido para el tratamiento de aguas
residuales de los servicios higiénicos de la plaza pública de la comunidad de
Haparquilla.
Según,
Como se puede apreciar en
la Tabla 16, el HAFSV es más efectivo para remover coliformes alcanzando un 33%
más de capacidad de remoción que el HAFSH. De esta forma, a pesar de que la
operación del HAFSH es más sencilla, la tecnología a emplear fue del tipo HAFSV
al ser el ideal para tratar el parámetro problema detectado mediante las
pruebas de laboratorio, es decir, el humedal artificial a dimensionar fue: • Humedal artificial de flujo subsuperficial
vertical (HAFSV) Domínguez, 2022, p 63)
No
se han encontrado trabajos de fitorremediación con la planta Rumex peruvianus.
III
Bases
teóricas
Aguas
Residuales
Las aguas residuales son
el resultado del uso del agua en diversas actividades, como procesos
industriales, comerciales, domésticos y de servicios públicos y privados.
Dichos vertidos contienen elementos con los que el agua ha estado en contacto y
reflejan el grado de contaminación existente. En este sentido, las aguas
residuales constituyen una mezcla de sustancias químicas y marcadores
biológicos derivados de actividades antropogénicas, proporcionando información
relevante sobre la salud pública y el estado ambiental de una determinada área
v Aguas
Residuales Domésticas
Las
aguas residuales domésticas provienen del uso cotidiano del agua en actividades
como limpieza, aseo personal, higiene y preparación de alimentos. La
composición de estas aguas varía según factores como temperatura, población,
desarrollo socioeconómico y eficiencia en el uso del agua
v Composición
de las Aguas Residuales Domésticas
Las aguas residuales
domésticas contienen nutrientes como nitrógeno, fósforo y azufre, los cuales
pueden contribuir a la eutrofización de los cuerpos de agua, causando serios
problemas de contaminación (Lu et al., 2019). Su composición está determinada por
la carga contaminante y la cantidad de agua utilizada, lo que implica que la
carga diaria o anual de contaminantes puede servir como base para evaluar la
calidad de las aguas residuales. Además, la composición de estas aguas varía
significativamente de una región a otra.
v Tratamiento
de Aguas Residuales Domésticas
El tratamiento de aguas
residuales es un proceso fundamental para proteger la salud humana, ya que
permite eliminar contaminantes y transformar las aguas residuales en un
efluente seguro, ya sea para su devolución a la naturaleza o su reutilización
en diversas actividades
v Etapas
del Tratamiento de Aguas Residuales
El
tratamiento de aguas residuales se desarrolla en varias etapas, destinadas a la
eliminación de compuestos físicos, químicos y biológicos, permitiendo su
reintroducción en los cuerpos de agua o su reutilización.
1. Pretratamiento: Consiste en la colocación de
rejillas para eliminar objetos flotantes y residuos de gran tamaño, como
raíces, rocas y piedras. Su función es prevenir obstrucciones en sistemas de
almacenamiento, tuberías y válvulas.
2. Tratamiento Primario: En esta etapa se busca reducir los
sólidos en suspensión y disminuir la cantidad de materia orgánica mediante
sedimentación (Cely et al., 2022).
3. Tratamiento
Secundario:
Su principal objetivo es la eliminación de sustancias sedimentadas o flotantes
a través de procesos biológicos en los que los microorganismos desempeñan un
papel clave en la descomposición de la materia orgánica residual (Cely et al.,
2022).
4. Tratamiento Terciario: Esta fase avanzada implica una serie
de procesos de depuración que mejoran la calidad del agua tratada, permitiendo
la eliminación de contaminantes difíciles de degradar y favoreciendo la
reutilización de los recursos hídricos. El tratamiento terciario está diseñado
para la remoción de nutrientes, garantizando la eliminación de al menos el 99%
de los sólidos en suspensión y una reducción significativa de la demanda
bioquímica de oxígeno (Cely et al., 2022).
Tratamiento de aguas residuales en
las zonas rurales
El tratamiento de aguas residuales en
zonas rurales tiene diferencias especificas con respecto al de áreas urbanas
como la dispersión de las viviendas y los recursos económicos limitados.
Las tecnologías
convencionales, son ventajosas para las zonas urbanas (…) En general, estos
sistemas de tratamiento tienen elevados costos de construcción, operación y
mantenimiento. (Zurita-Martínez, 2011, p 141)
Por ello es más apropiado usar
estrategias de tratamientos descentralizados, de bajo mantenimiento y de bajo
costo, como es el caso de los humedales artificiales.
Los sistemas de
tratamiento que más se emplean en las comunidades rurales, que cuentan con
plantas de tratamiento de aguas residuales municipales, son las lagunas de
estabilización y los humedales artificiales precedidos de sedimentación o fosa
séptica. (Zurita-Martínez, 2011, p 141)
En zonas rurales el costo del terreno
es menor y es más disponible que en áreas urbanas para proyectos de tratamiento
de aguas.
…los sistemas naturales
de tratamiento (por ejemplo, los humedales construidos y lagunas de
estabilización), requieren una mayor superficie de terreno, pero tienen
ventajas importantes como la simplicidad y confiabilidad, bajo costo, poco
mantenimiento, bajo consumo de energía de fuentes no renovables y alta
eficiencia de remoción de contaminantes (Brix 1999; Kayombo et al., 2005; Arias
y Brown, 2009 citado en Zurita-Martínez, 2011, p 141).
Los HA tienen algunas ventajas
importantes sobre las lagunas de estabilización (LE); algunas de ellas son la
minimización de olores, la no proliferación de mosquitos (Kayombo et al.,
2005), y el poderse utilizar en el sitio de generación de las aguas residuales,
como en las casas individuales o en conjunto. Estas ventajas hacen que sea una
tecnología muy apropiada para las comunidades de menos de 100 habitantes, los
que no se dispone de sistemas de alcantarillado. (Zurita-Martínez, 2011, p 141)
Fitorremediación
La fitorremediación es un conjunto de tecnologías
que reducen la concentración de diversos compuestos a partir de procesos bioquímicos
realizados por las plantas y microorganismos asociados a ellas. Las plantas pueden
remover, reducir, transformar, mineralizar, degradar, volatilizar o estabilizar
contaminantes y se han identificado una amplia diversidad de especies que se emplean
para este fin. El humedal artificial usa estas plantas y al ecosistema
bacteriano asociado para este fin, alojando este tanto en su rizosfera como en
su sustrato.
la fitorremediación es una
alternativa sustentable y de bajo costo para la rehabilitación de ambientes
afectados por contaminantes naturales y antropogénicos (Singh y Jain, 2003;
Reichenauer y Germida, 2008 citado por Delgadillo-López, et al, 2011).
Las plantas actúan como filtros
naturales y proporcionan transferencia de oxígeno a la zona radicular. Su
presencia física en el sistema permite penetrar y transportar oxígeno a mayores
profundidades. Por ejemplo, la presencia de Typha domingensis favorece
la sedimentación y previene la erosión al desacelerar la velocidad del agua. La
eliminación de contaminantes puede atribuirse tanto a la biodegradación como a
la biosorción. Este macrófito tiene una alta capacidad de adaptación a diversas
condiciones operativas y puede sobrevivir a los efectos tóxicos y a la
variabilidad de las aguas residuales (
Las plantas que se usaran en esta
investigación son las siguientes
Rumex peruvianus
La putacca (Rumex peruanus) es
una planta andina, que crece en altitudes elevadas,. Asociada a cuerpos de agua
y puquios.
|
Figura 8 |
Taxonomía de la putacca Rumex peruvianus
|
|
|
|
Reino: |
Plantae |
|
División |
Magnoliophyta |
|
Clase |
Magnoliopsida |
|
Orden |
Caryophyllales |
|
Familia |
Polygonaceae |
|
Género |
Rumex |
|
Especie |
peruanus |
Hierba con un índice cultural de 0.305 es usada para
trastornos del sistema
digestivo, del sistema genitourinario,
inflamaciones,
analgésico,
trastornos endocrinos, nutricionales y metabólicos; y
del ojo (Hurtado, 2024).
Esta especie acuática se
desarrolla de manera silvestre en los andenes del Perú, donde forma parte de la
flora de las riberas de los ríos y manantiales. Tiene una notable capacidad de
adaptación en comparación con otras especies.
Figura 9
Macrófita Schoenoplectus californicus
Tabla 1
Taxonomía
Schoenoplectus californicus “Totora”
|
Schoenoplectus
californicus |
|
|
Reino |
Plantae |
|
División |
Magnoliophyta |
|
Clase |
Liliopsida |
|
Orden |
Cyperales |
|
Familia |
Cyperaceae |
|
Genero |
Scirpus |
|
Especie |
californicus |
Se ha demostrado la capacidad de esta
planta de fito extracción de metales (Romero, et al, 2023)
Humedales
Los humedales cumplen
múltiples funciones dentro de los servicios ecosistémicos, contribuyendo a la
conservación de la diversidad biológica, la mitigación de la crisis climática y
la mejora de la calidad de vida del ser humano. Desempeñan un papel fundamental
en la reducción de los niveles de contaminantes presentes en los cuerpos de
agua mediante procesos de sedimentación, filtración, adsorción en el sustrato,
biosorción y otros mecanismos conexos entre microorganismos y plantas, además
de la desinfección por radiación ultravioleta de la luz solar
Humedales artificiales
Los humedales
artificiales son una tecnología de saneamiento altamente eficiente con valor
ornamental, diseñada para replicar las funciones de un humedal natural y
controlar la contaminación de efluentes domésticos a través de procesos
físicos, químicos y biológicos. Generalmente, consisten en estanques
artificiales poco profundos con vegetación, suelo, microorganismos y agua,
promoviendo la adsorción y mejorando la calidad del agua
Los humedales
artificiales representan una alternativa efectiva para la depuración de aguas
residuales domésticas con elevadas concentraciones de materia orgánica y
nutrientes, permitiendo la eliminación de una amplia variedad de contaminantes,
incluidos nitrógeno y fósforo
Figura 1
Humedal artificial
Fuente:
Componentes de un humedal
artificial
El
tratamiento de las aguas residuales es intrínsecamente biológico; se produce a
través de la interacción de las plantas, cuya composición de un humedal consta
de agua residual, vegetación, medios filtrantes, microorganismos y las
condiciones ambientales.
Tabla
|
Agua residual |
El agua residual proviene del sistema de
abastecimiento de agua de una población, cuya composición es rica en
contenidos orgánicos e inorgánicos. En las aguas residuales domesticas el nitrógeno se
encuentra fundamentalmente en forma del nitrógeno amoniacal y nitrógeno
orgánico; raras veces presenta concentraciones altas de nitritos y nitratos
(García & Corzo, 2008 citado por Larico, 2021, p 21). Para mucho experimento de humedales
artificiales se usa agua residual sintética preparada estandarizadamente lo que
permite una mayor homogenización de datos, al saber exactamente y todo el tiempo
que ingresa al sistema, pero se aleja de la realidad de la contaminación, que
normalmente es cambiante, incluso a lo largo del día. |
|
Sustrato |
El sustrato y el medio granular son responsables en
el proceso de filtración y purificación del agua, porque ahí se mantendrán
las diversas bacterias que realizarán la biotransformación y mineralización
de contaminantes. Se ha ensayado recietemte la sustitución de la grava
y arena convencionales por otros materiales (Du et al., 2020 citado por Muniz,
2024), arena de lava y biocarbón a partir de residuos vegetales aumentando la
eficiencia de la eliminación de contaminante |
|
Vegetación |
Se trata de especies vegetales de hábito acuático,
En sistemas humedales verticales en crucial el crecimiento radicular, “la
remoción de contaminantes, como lo sugieren Chen et al. (2016), se debe a la
buena transferencia de oxígeno proporcionada por su gran sistema radicular a
lo largo de la profundidad del suelo, lo que proporciona un mayor crecimiento
de microorganismos y desarrollo de biopelículas y, en consecuencia, mejora el
proceso de biodegradación” (Muniz, 2024) |
|
Comunidades bacterianas |
Se trata de diversas especies de
microrganismos aeróbicos y anaeróbicos asociados al sustrato y la rizosfera |
Fuente
Elaboración propia
Clasificación
de humedales artificiales
Los H.A. se pueden
clasificar en función de tres criterios principales: hidrología, tipo de
macrófito y trayectoria de flujo. En cuanto a la dirección del agua, se dividen
en sistemas de flujo vertical y flujo horizontal. Para lograr una mayor
eficiencia, ambos pueden combinarse en un sistema híbrido
Figura 2
Clasificación de
humedales artificiales
Fuente; traducido y adaptado de Kumar
et al 2022
Tipos
de humedales artificiales
Empezamos
la clasificación por tipo de flujo del agua: Superficial y subsuperficial.
.
v Humedal
de flujo superficial
Son
estanques poco profundos constituidos por agua y plantas flotantes, sumergidas
o emergentes, que presentan velocidades de flujo más bajas
Figura 3
Humedal de libre flujo
superficial
Fuente:
v Humedal
de flujo subsuperficial
Es
una tecnología relativamente eficiente en la purificación de diversos tipos de
aguas residuales, siendo efectiva en la remoción de DBO₅ y DQO, además de
ofrecer características de viabilidad económica y protección ambiental
Figura 4
Humedal de flujo
subsuperficial
Fuente:
Los humedales artificiales
subsuperficiales pueden dividirse en de flujo horizontal y vertical
Humedal artificial de flujo
horizontal
Alternativa de tratamiento para
diversos tipos de aguas residuales, también conocida como sistema de
cañaverales, en la que el flujo del agua ocurre de manera horizontal y lenta a
través del lecho, combinando condiciones aeróbicas y anaeróbicas. Esta tecnología
es eficaz en la eliminación de contaminantes como la DBO, DQO, nitrógeno
amoniacal, fosfatos, SST, entre otros
Figura 6
Humedal artificial de
flujo horizontal
Fuente:
v
v
v Humedal
artificial de flujo vertical
Sistema
tecnológico en el que el flujo del agua ocurre de manera vertical a través del
lecho, ingresando desde la parte superior y drenándose por la parte inferior.
Este diseño ofrece condiciones aeróbicas, lo que permite una alta eficiencia en
la eliminación de nitrógeno mediante nitrificación, así como en la remoción de
DBO, DQO y otros contaminantes presentes en las aguas residuales. Además, la
presencia de macrófitos facilita la depuración de nutrientes, como el nitrógeno
y el fósforo
Figura 5
Humedal artificial de
superficie libre de agua
v
La diferencia importante entre un humedal
vertical y uno horizontal no es simplemente la dirección de la trayectoria del flujo,
sino más bien las condiciones aeróbicas. Durante la fase de descarga, las aguas
residuales se filtran a través del lecho no saturado. A medida que el lecho se
drena, el aire ingresa en él y el oxígeno tiene tiempo de difundirse a través
del medio poroso.
(BRIX, et
al, 2005)
Tienen la capacidad de nitrificar, pero
la desnitrificación es limitada.
Como en todos los procesos de biorremediación,
el sistema requiere del establecimiento de una comunidad bacteriana. Que según las
condiciones climáticas puede tomar tiempo de semanas a meses. Esta activación es
previa e ineludible a los ensayos de purificación.
Po otro lado la eficiencia de purificación
del agua depende de la estacionalidad de la región, ser esta mayor en épocas más
cálidas y de mayor incidencia solar.
-
Esta técnica ha probado su eficiencia
en eliminación de productos de cuidado personal como repelentes de insectos,
perfumes, jabones, lociones y pasta de dientes; todos estos agentes espumantes
y compuestos volátiles que no se eliminan fácilmente en los procesos
convencionales de tratamiento de aguas residuales (Faggiano et al., 2022 citado
por Muniz, 2024)
También se ha mostrado efectiva
contra los productos farmacéuticos diversos (Brunhoferova et al., 2021;
Venditti et al., 2022 citado por Muniz, 2024)
Figura. Esquema de tratamiento de humedal
artificial vertical de arriba a abajo.
Fuente. Vassilios A.
Tsihrintzis. (2017). The use of Vertical Flow Constructed Wetlandsin Wastewater
Treatment: Springer Science+Business Media Dordrecht Water Resour Manage (2017)
31:3245–3270DOI 10.1007/s11269-017-1710-x
Imagen. Sistema experimental en laboratorio
de humedal artificial de flujo vertical de arriba a abajo
Fuente Muñiz 2024.
Humedal artificial Híbrido
Para mejorar la
eficiencia en el tratamiento de aguas residuales, este tipo de humedal combina
las características del sistema vertical y horizontal, aprovechando sus
ventajas individuales. La integración de distintos enfoques permite optimizar
los procesos de depuración, ya que cada sistema opera bajo condiciones
aeróbicas o anaeróbicas específicas, adaptándose a las características del
afluente y mejorando significativamente la remoción de contaminantes
Figura
7
Humedal artificial
híbrido.
Fuente:
v Mecanismos
biológicos de fitorremediación en humedales artificiales verticales
Eliminación de
contaminantes
Los humedales utilizan
diversos métodos para eliminar los contaminantes, mediante procesos físicos,
biológicos y químicos. En estos procesos, influye la incorporación de plantas
fitorremediadoras, que absorben y transforman contaminantes como el nitrógeno y
el fosfato, mejorando la eficacia de la eliminación (Werkneh, 2024). En este
trabajo nos concentramos en la remoción de nitrógeno y fosforo.
Figura
10
Remoción
de contaminantes
Fuente:
En estos
filtros la función principal de la vegetación es mantener la permeabilidad y
proporcionar hábitat para los microorganismos. Los nutrientes y el material
orgánico son absorbidos y degradados por las poblaciones microbianas aeróbicas.
Nitrificación
Es
el proceso en el que amonio, generalmente provenientes de las excretas humanas,
es transformado en nitrito y luego en nitrato, se realiza en condiciones
aeróbicas por las bacterias del sustrato y de la rizosfera.
Cuando
las aguas residuales ingresan a un humedal artificial, el nitrógeno presente se
encuentra principalmente en forma de amonio o de compuestos inestables que
pueden transformarse fácilmente en amonio. La eliminación del nitrógeno en los
humedales artificiales ocurre principalmente a través de los procesos de
nitrificación y desnitrificación, los cuales tienen lugar en distintas zonas
del sustrato. Este proceso comprende diversas etapas: volatilización,
amonificación, nitrificación/desnitrificación y absorción por las plantas
La trasformación
nitrógeno hasta N2 gaseoso no es posible en condiciones aeróbicas
por lo que el modo en que los humedales artificiales verticales remueve el N es
incorporándolo en la masa viva.
La nitrificación se
desarrolla en dos fases:
|
COMPUESTO |
PROCESO |
BACTERIAS |
|
Nitritación |
oxidación del ion
amonio a nitrito |
quimioautótrofas
aeróbicas como nitrosomonas |
|
Nitratación |
oxidación del nitrito
a nitrato |
quimioautótrofas
aeróbicas del género nitrobacter
|
Este proceso disminuya
el pH de los efluentes, y consume oxígeno.
Eliminación
del fosfato
El
fosforo es escaso en la naturaleza, y los ecosistemas están adaptados a esa
escases, este equilibrios se rompe al ser abundante en las aguas domésticas, usualmente
proveniente de detergentes y jabones usados en el aseo doméstico. Las plantas
acuáticas desempeñan un papel crucial en la eliminación del fosfato mediante
mecanismos de adsorción, precipitación y absorción. Este proceso natural no
solo reduce las concentraciones de fosfato en el agua, sino que también
contribuye a la restauración de la biodiversidad y mejora la estabilidad del
ecosistema acuático circundante
La
eliminación y el almacenamiento de fósforo de las aguas residuales en humedal
artificial ocurre por su incorporación a la biomasa viva y su precipitación como
fosfatos insolubles se encuentran en los suelos de los humedales.
Cálculo
de la eficiencia de eliminación de contaminantes: Tasa de remoción de
nitratos y fosfatos
Para
determinar la tasa de remoción de nitratos
y fosfatos en un humedal
artificial de flujo vertical, se emplea la siguiente fórmula:
Donde:
Q% =
Concentraciones de nutrientes
Co (mg/L) =
Concentración inicial.
Ct (mg/L) =
Concentración en un tiempo (t).
El
cálculo de las eficiencias de remoción (ER) se presenta en porcentaje (%)
Aprueban
Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Agua y establecen Disposiciones
Complementarias DECRETO SUPREMO N° 004-2017-MINAM EL PRESIDENTE DE LA REPÚBLICA
Miércoles 7 de junio de 2017
El
Peruano
Artículo
5.- Los Estándares de Calidad Ambiental para
Agua como referente obligatorio
5.1
Los parámetros de los ECA para Agua que se
aplican como referente obligatorio en el diseño y aplicación de los instrumentos de gestión
ambiental, se determinan considerando
las siguientes variables, según
corresponda:
a) Los parámetros asociados a los
contaminantes que caracterizan al efluente del proyecto o la actividad productiva,
extractiva o de servicios.
b)
Las condiciones naturales que caracterizan el estado de la calidad ambiental de
las aguas superficiales que no han sido alteradas por causas antrópicas.
c)
Los niveles de fondo de los cuerpos naturales de agua; que proporcionan
información acerca de las concentraciones de sustancias o agentes físicos,
químicos
o biológicos presentes en el agua y que puedan ser de origen natural o
antrópico.
d)
El efecto de otras descargas en la zona, tomando en consideración los impactos
ambientales acumulativos y sinérgicos que se presenten aguas arriba y aguas
abajo de la descarga del efluente, y que influyan en el estado
actual
de la calidad ambiental de los cuerpos naturales de agua donde se realiza la
actividad.
e) Otras características particulares de la
actividad o el entorno que pueden influir en la calidad ambiental de los cuerpos
naturales de agua.
5.2 La aplicación de los ECA para Agua como referente
obligatorio está referida a los parámetros que se identificaron considerando
las variables del numeral anterior, según corresponda, sin incluir
necesariamente todos los parámetros establecidos para la categoría o subcategoría
correspondiente.
Artículo 6.- Consideraciones de excepción para
la aplicación de los Estándares de Calidad Ambiental para Agua
En aquellos cuerpos naturales de agua que por
sus condiciones naturales o, por la influencia de fenómenos naturales,
presenten parámetros en concentraciones superiores a la categoría de ECA para
Agua asignada,
se
exceptúa la aplicación de los mismos para efectos del monitoreo de la calidad
ambiental, en tanto se mantenga uno o más de los siguientes supuestos:
a)
Características geológicas de los suelos y subsuelos que influyen en la calidad
ambiental de determinados cuerpos naturales de aguas superficiales. Para estos
casos, se demostrará esta condición natural con estudios técnicos científicos
que sustenten la influencia natural de una zona en particular sobre la calidad
ambiental de los cuerpos naturales de agua, aprobados por la Autoridad Nacional
del Agua.
(…)
c)
Desbalance de nutrientes debido a causas naturales, que a su vez genera
eutrofización o el crecimiento excesivo de organismos acuáticos, en
algunos
casos potencialmente tóxicos (mareas rojas). Para tal efecto, se debe demostrar
el origen natural del desbalance de nutrientes, mediante estudios técnicos científicos
aprobados por la autoridad competente.
d) Otras condiciones debidamente comprobadas mediante
estudios o informes técnicos científicos actualizados y aprobados por la
autoridad competente.
Artículo 7.- Verificación de los Estándares de
Calidad Ambiental para Agua fuera de la zona de mezcla
7.1 En cuerpos naturales de agua donde se
vierten aguas tratadas, la Autoridad Nacional del Agua verifica el cumplimiento
de los ECA para Agua fuera de la zona de mezcla, entendida esta zona como
aquella que contiene
el
volumen de agua en el cuerpo receptor donde se logra la dilución del
vertimiento por procesos hidrodinámicos y dispersión, sin considerar otros
factores como el decaimiento bacteriano, sedimentación, asimilación en
materia
orgánica y precipitación química.
7.2
Durante la evaluación de los instrumentos de gestión ambiental, las autoridades
competentes consideran y/o verifican el cumplimiento de los ECA para Agua fuera
de la zona de mezcla, en aquellos parámetros
asociados
prioritariamente a los contaminantes que caracterizan al efluente del proyecto
o actividad.
7.3 La metodología y aspectos técnicos para la
determinación de las zonas de mezcla serán establecidos por la Autoridad
Nacional del Agua, en coordinación con el Ministerio del Ambiente y la
autoridad competente.
Artículo 8.- Sistematización de la información
8.1 Las autoridades competentes de los tres
niveles de gobierno, que realicen acciones de vigilancia, monitoreo, control,
supervisión y/o fiscalización ambiental remitirán al Ministerio del Ambiente la
información generada en el desarrollo de estas actividades con relación a la
calidad
ambiental
de los cuerpos naturales de agua, a fin de que sirva como insumo para la
elaboración del Informe Nacional del Estado del Ambiente y para el Sistema
Nacional
de Información Ambiental (SINIA).
8.2 La autoridad competente debe remitir al
Ministerio del Ambiente la relación de aquellos cuerpos naturales de agua exceptuados
de la aplicación del ECA para Agua, referidos en los literales a) y c) del
artículo 6 del presente Decreto Supremo, adjuntando el sustento técnico
correspondiente.
8.3 EI Ministerio del Ambiente establece los procedimientos,
plazos y los formatos para la remisión de la información.
Artículo 9.- Refrendo
El
presente Decreto Supremo es refrendado por la Ministra del Ambiente, el
Ministro de Agricultura y Riego, el Ministro de Energía y Minas, la Ministra de
Salud, el Ministro de la Producción y el Ministro de Vivienda, Construcción y
Saneamiento.
Aguas
residuales domésticas: Aguas generadas por las actividades
diarias del ser humano.
Afluente:
Aguas residuales crudas o brutas provenientes de la red de alcantarillado.
Afluyente:
Aguas residuales que han sido sometidas a un proceso de tratamiento previo
antes de su descarga.
Contaminante:
Sustancia de origen natural o antropogénico que genera alteraciones en los
ecosistemas.
Nutrientes:
Sustancias esenciales para el crecimiento de las plantas, proporcionando los
elementos necesarios para su desarrollo.
Eutrofización:
Proliferación excesiva de algas y vegetación acuática debido al aporte excesivo
de nutrientes inorgánicos, principalmente nitrógeno (N) y fósforo (P).
Impacto ambiental:
Consecuencia, positiva o negativa, de una actividad humana sobre el medio
ambiente.
Tratamientos
residuales: Procesos destinados a la eliminación o
reducción de contaminantes presentes en las aguas residuales.
Humedal
artificial: Sistema de ingeniería diseñado para optimizar los
procesos naturales de degradación de contaminantes.
Diseño
del humedal: Configuración física y estructural de un
humedal artificial para su correcto funcionamiento.
Caudal
de ingreso: Volumen de agua residual que entra al
humedal artificial en un determinado período de tiempo.
Caudal
de salida: Volumen de agua tratada que egresa del humedal
artificial en un determinado período de tiempo.
Tiempo
de retención hidráulica (TRH): Período promedio durante
el cual el agua permanece dentro del humedal artificial antes de su descarga.
Muestreo
de agua: Procedimiento de recolección de muestras de agua para
el análisis de sus parámetros fisicoquímicos y microbiológicos.
Temperatura
del agua: Parámetro influenciado por factores ambientales y
estacionales que incide en los procesos biológicos del tratamiento de aguas.
pH
del agua: Medida del grado de acidez o alcalinidad del agua,
fundamental para el crecimiento y actividad de los microorganismos involucrados
en el tratamiento.
Fitorremediación:
Conjunto de métodos que emplean las plantas para la degradación, asimilación,
metabolización o detoxificación de compuestos orgánicos y contaminantes.
Eficiencia
de remoción: Porcentaje de reducción de contaminantes
como nitratos y fosfatos en un sistema de tratamiento de aguas residuales.
Límites
máximos permisibles (LMP): Estándares establecidos por el
Ministerio del Ambiente del Perú para regular las emisiones y descargas de
efluentes.
Microrganismos
aerobios. Aquellos que pueden vivir o desarrollarse en
presencia de oxígeno diatómico
Microrganismo anaerobio. Aquellos
que puede vivir sin oxígeno.
Rizosfera.
Se entiende como la zona especializada entre las raíces y el suelo, donde
existe gran actividad microbiana y aumento de biomasa de la misma.
Biodegradación. Es
el proceso de descomposición de sustancias orgánicas por acción de
microorganismos. Es un proceso natural que se da en la ecología, la gestión de
residuos, la biomedicina y el medio ambiente.
Biosorción. Es
la habilidad de materiales biológicos de acumular metales pesados presentes en
aguas residuales mediante procesos de incorporación
Índice cultural. es
una herramienta que permiten identificar las plantas más importantes para una
comunidad. Estos índices se utilizan en etnobotánica para calcular un valor por
taxón vegetal.
Fitoextracción.
Es una técnica que utiliza plantas para eliminar contaminantes del suelo, como
metales y metaloides. Este proceso se basa en la capacidad de las raíces de las
plantas para absorber los contaminantes y acumularlos en sus tallos y hojas.
Adsorción. Es
un proceso físico-químico que consiste en la adhesión de una sustancia gaseosa
o líquida a la superficie de un sólido.
Nitrógeno amoniacal. El
nitrógeno amoniacal es una forma de nitrógeno que se encuentra en el amoníaco NH3
y en el ion amonio NH4. Se usa para medir la contaminación en el
agua y en los sistemas de saneamiento.
Nitrógeno orgánico.
Asociado a moléculas orgánicas como las proteínas, los ácidos nucleicos o
metabolitos finales como la urea y el ácido úrico.
Nitritos. El
ion nitrito NO2− aparecen por oxidación biológica de las
aminas y del amoníaco o por reducción del nitrato en condiciones anaeróbicas.
Nitratos. Los
nitratos son sales o ésteres del ácido nítrico HNO3. Las sales que
contienen este ion se denominan nitratos. Los nitratos son componentes comunes
de fertilizantes y explosivos.
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posted by Luis Arbaiza at 4:59 p. m.
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