Capítulo 8 tratamiento acuático

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente -Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas
Comunidades. Autor: Ing. Claudia Patricia Gómez Rendón - 2012

CAPÍTULO 8. Tratamiento acuático
Los humedales y sistemas acuáticos corresponden a sistemas de tratamiento de
aguas residuales de origen orgánico principalmente utilizando plantas acuáticas
siendo representativos los humedales artificiales, plantas acuáticos flotantes y la
combinación entre humedales – plantas.

Lección 36. Plantas acuáticas
El uso de plantas acuáticas para el tratamiento de aguas residuales tiene como
propósito además de reducir costos, dada la economía que representa este tipo
de alternativas de depuración de agua, presentar efluentes de buena calidad
susceptibles de usar en fines como la acuicultura.

36.1 Tipos de plantas

36.1.1 Jacinto de agua. (Eichornia crassipes). Es un tipo de vegetación flotante, conocida
también como oreja de mula o lirio de agua, propia de climas cálidos y frios. Gracias a
que en su tallo se encuentra aire, puede flotar la planta, Las hojas son alargadas, de
color verde brillante. Es una planta de flor aunque de corta duración. Se reproduce
fácilmente, bajo temperatura óptima de crecimiento, duplicando su biomasa en un periodo
relativamente corto (menos de un mes) lo que obliga a su control permanentemente. Es
resistente a plagas y enfermedades; a través de su raíz toma todos los nutrientes del
agua


Figura 30. Jacinto de agua
Tomado de http://www.atlas.eea.uprm.edu/sites/default/files/
Jacinto%20de%20agua-Eichhornia%20crassipes_0.pdf

36.1.2 Lenteja de agua. (Lemna minor L sp). Planta angiosperma, monocotiledónea,
que en su estructura es plana verde y con una sola raíz de color blanco. El talo
se ha considerado como un tallo modificado, hoja tallo o una hoja. Se desarrolla
en temperaturas entre los 5 y 30° C, presentado óptimo crecimiento cuando se
encuentra entre los 15 y 18 °C. Se adapta fácilmente a las condiciones de luz.
En presencia de nutrientes crece rápidamente aunque cuando se presentan trazas
de hierro su desarrollo se torna lento ya que este elemento se vuelve una
limitante.

Figura 31. Lenteja de agua
Tomado en 2012 de http://fichas.infojardin.com/acuaticas/lemma-minor-lenteja-de-agua-lentejas-agua.htm

36.1.3. Espadaña. (Typha latifolia) Conocida también como Totora, Enea, Anea, Junco,
Bayón, Bayunco, Bohordo, Henea, Junco de la pasión, Maza de agua. Su crecimiento se
dá hacia los bordes de las masas de agua, pantanos, esteros y cunetas. Su crecimiento
es de aproximadamente 2.5 metros y su enraizamiento es pequeño, no supera los 40 cm,
haciéndola bastante frágil antes los eventos del clima. Tiene una alta sensibilidad a las
aguas de baja calidad por lo que aguas bien aireadas son ideales para su desarrollo.

Figura 32. Espadaña.

Tomado de

http://fichas.infojardin.com/acuaticas/typha-latifoliatotora-enea-anea-junco-bayon-bayunco.htm

36.1.4 Cañas. Son gramíneas, de tallo leñoso, gran altura: su principal exponentes
es la Phragmatis communis que se caracteriza por su rápido crecimiento.

Lección 37. Tratamiento con jacinto de agua
Se ha utilizado este tipo de plantas acuáticas para remoción de contaminación.
Usualmente se han implementado en las lagunas de estabilización para efectos
de mejorar su eficiencia de remoción ya que se caracterizan por remover metales
pesados, nutrientes, pesticidas y otros contaminantes orgánicos.
2005).

(Romero R., J.,

37.1 Criterios de diseño

 Profundidad adecuada que garantice contacto entre el agua residual y la
planta
 La frecuencia de limpieza y/o cosecha depende de la calidad del agua
residual a tratar y de la tasa de crecimiento de la planta
Tabla 42. Criterios de diseño sistemas de tratamiento con jacinto de agua
Criterio

Valor

Calidad del efluente

Aguas residuales crudas
Tiempo de retención
Carga hidráulica

>50d
300 m3/m2 -d

Profundidad

≤ 1.5 m

DBO ≤ 30 mg/L
SS

Carga orgánica

≤ 30 mg/L

≤30 kg DBO/ha -d

Número de lagunas

>2

Longitud/ancho

>3:1

Efluente secundario
Carga hidráulica

>6d
800 m3/m2 -d

Profundidad

DBO ≤ 10 mg/L
SS

≤ 10 mg/L

≤ 0.9 m

P ≤ 5 mg/L

Carga orgánica

≤50 kg DBO/ha -d

N ≤ 5 mg/L

Longitud/ancho

>3:1

Número de lagunas
Fuente: Tomado de

(Romero R., J., 2005; pág 891)

>2

Tabla 43. Criterios de diseño sistemas de tratamiento de aguas residuales crudas

con jacinto de agua
Criterio

Valor

Carga hidráulica

10d
1000 m3/ha -d

Profundidad

≤ 1.5 m

Carga orgánica

≤220 kg DBO/ha -d

Número de lagunas

DBO ≤ 30 mg/L
SS

≤ 30 mg/L

>2

Longitud/ancho
Fuente: Tomado de

Calidad del efluente

>3:1
(Romero R., J., 2005; pág 891)

Lección 38. Tratamiento con humedales
con espejo de agua

Son sistemas de tratamiento de agua donde se utilizan plantas para la remoción
de la contaminación, tratamiento secundario y tratamiento de aguas para riego.
Usualmente son conocidos como humedales artificiales con espejo de agua.

Los humedales con espejo de agua son áreas donde la planta emergente está
inundada hasta una profundidad de 10 – 45 cm. Son propios de ella los juncos,
las cañas y la espadaña.

La vegetación, sus raíces y tallos al estar sumergidos sirven como medio de
soporte de crecimiento bacterial reduciendo el potencial de crecimiento de algas
y oxígeno.


Tabla 44. Criterios de diseño humedales con espejo de agua
Criterio

Valor

Tiempo de retención para remoción de DBO – d

2- 15

Tiempo de retención para remoción de nitrógeno – d

7- 14

Carga de DBO – kg/ha – d

<112

Carga hidráulica para remoción de nitrógeno – mm/d
Profundidad - cm

10 - 60

Carga orgánica

≤220 kg DBO/ha -d

Tamaño mínimo – m2/m3-d
Longitud/ancho
Fuente: Tomado de

7.5 – 62.5

5 - 11
2:1 – 4:1

(Romero R., J., 2005; pág 896)

La remoción de sólidos suspendidos se realiza mediante la utilización de la
ecuación 38.1

SSE  SSA(0.1139  3.3 *10 4 CH )
38.1

Donde:

SSE = Sólidos suspendidos totales en el efluente – mg/L
SSA

= Sólidos suspendidos totales en el afluente – mg/L

CH

= Carga hidráulica – cm/d

La remoción de nitrógeno en el humedal se realiza mediante la nitrificación y
denitrificación. La remoción del nitrógeno amoniacal se obtiene aplicando la
ecuación 38.2

N e  N o e  kt

38.2

Ne

= Concentración de nitrógeno amoniacal en el efluente – mg/l

No

= Concentración de nitrógeno amoniacal en el afluente – mg/l

k

= 0.22 d-1 a 20 °C

t

= Tiempo de retención – d

Para utilizar la ecuación 38.2 se supone que el nitrógeno amoniacal del efluente
es el nitrógeno Kjeldhal, teniendo en cuenta que todo el nitrógeno se convertirá
en amoniacal.
Para corregir k por temperatura se puede usar  = 1.048 en la ecuación de
Arrhenius. Cuando el nitrógeno está e forma de nitrato, se puede utilizar la
ecuación 38.2 siempre que k = 1 d-1 y  = 1.15

(Romero R., J., 2005).

La remoción de nitrógeno debe verificarse utilizando la ecuación 38.3 así:

N t  0.193N o  0.61 ln(CH )  1.75
38.3


Donde:

Nt

= Concentración de nitrógeno total del efluente – mg/L

Co

= Concentración de nitrógeno total del afluente – mg/L

CH

= Carga hidráulica – cm/d

Entre tanto, la remoción de fósforo se obtiene mediante la utilización de la
ecuación 38.4

Ce  Co e  K / CH
38.4

Donde:

Ce

= Concentración de fósforo del efluente – mg/L

Co

= Concentración de fósforo del afluente – mg/L

CH

= Carga hidráulica promedio anual – mm/d

K

= 27.4 mm/d


sin espejo de agua

- flujo subsuperficial

El agua fluye por debajo de la superficie entre un medio poroso sembrado de
plantas emergentes. Tal medio es grava y arena en espesores de 0.45 a 1 m y
con pendiente entre 0 y 5%. La principal ventaja de este tipo de humedales es
su menor requerimiento de área frente a otros tratamiento acuáticos como los
humedales sin espejo de agua,

flujo superficial y el mismo humedal con espejo

de agua.


Tabla 45. Características del medio poroso
Medio

Tamaño efectivo

Porosidad

Conductividad

(mm)
Arena media

1

0.30

500

Arena gruesa

2

0.32

1000

Arena y grava

8

0.35

1500

Grava media

32

0.40

10000

Grava gruesa

128

0.45

100000

Fuente: Tomado de

(Romero R., J., 2005; pág 899)

Tabla 46. Criterios de diseño humedales de flujo subsuperficial
Criterio

Valor

Tiempo de retención – d

3- 4

Carga de DBO – kg/ha – d

<112

Carga hidráulica superficial – m3/ha -d

470 - 1870

Profundidad - cm

30 - 60

Profundidad del medio – cm

45 - 75

Fuente: Tomado de

(Romero R., J., 2005; pág 899)

Para conocer el rendimiento del humedal, se utiliza la siguiente ecuación:

Ce  Co e  Kt

39.1

Donde:

Ce

= Concentración del efluente – mg/L

Co

= Concentración del afluente – mg/L

K

= Constante de remoción – d-1

t

= Tiempo de retención – d

Para remover la DBO se utiliza la ecuación 39.2 a fin de conocer el valor de K


K 20  K o (37.31e 4.172 )

39.2

Donde:

Ko

= Constante óptima de remoción para medios con raíces desarrolladas
= 1.839 d-1 para aguas residuales domésticas

K20

= Constante a 20 °C – d-1

e

= porosidad del medio, fracción decimal

El área de la sección transversal, se obtiene mediante la utilización de la
ecuación 39.3

Q  KAt

h
L

39.3

Donde:

Q

= Caudal – m3/s

K

= Conductividad eléctrica del lecho. (Para diseño se toma el 10% del valor

de la
At

tabla 44
= Área sección transversal del lecho

- m2


h
L

= Pendiente del lecho

sin espejo de agua

- flujo superficial

En los humedales de flujo superficial conocido también como humedal de flujo
libre superficial el agua fluye sobre la superficie del suelo con vegetación
perdiéndose en algunos casos el agua por evapotranspiración y percolación.

401. Criterios de diseño

El criterio de diseño en el que se fundamenta este tipo de humedales es en el
de la ecuación de Manning que define flujos en canales abiertos.

La velocidad de flujo está relacionado con la profundidad del agua, pendiente de
la superficie y la vegetación.

2

1

1
v  y3S 2
n
Donde:

V

= Velocidad de flujo – m/s

n

= Coeficiente de manning – s/m

y

= Profundidad del agua en el humedal – m

40.1

S

= Gradiente hidráulico – m/m

El coeficiente de Manning se puede calcular utilizando la ecuación 40.2

n

a
y

40.2

1
2

Donde:
a

= Factor de resistencia – s * m1/6
= 0.4 s * m1/6 para vegetación escasa y profundidad de agua residual y

>0.4 m
= 1.6 s * m1/6 para vegetación moderadamente densa y profundidad de
agua

residual y = 0.3 m

= 6.4 s * m1/6 para vegetación muy densa y capa de residuos en
humedales donde la profundidad del agua residual y = 0.3 m
La longitud de la celda del humedal es igual a
2

8
1

3
As y 3 m 2 * 86400 
L


aQ





Donde:
Q

=

W

= Ancho de la celda del humedal – m

As

= Area superficial de la celda del humedal – m2

L

= Longitud de la celda del humedal – L

m

Caudal – m3/d

= Pendiente del fondo del lecho - %

40.3


Referencias Bibliográficas
Gómez R., C. (2012) Módulo Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas Comunidades. Bogotá –
Colombia, Escuela de Ciencias Agrarias, Pecuarias y de Medio Ambiente, Ingeniería Ambiental,
ECAPMA, UNAD.
Romero R., J. (2005). Tratamiento de aguas residuales (Primera reimpresión ed.). Bogotá: Escuela
Colombiana de Ingeniería.

Webgrafía
Jacinto de agua. Recuperado el 13/10/2013 de http://www.atlas.eea.uprm.edu/plantas/jacintode-agua
Lenteja de agua. Recuperado el 11/10/2013 de http://fichas.infojardin.com/acuaticas/
lemma-minor-lenteja-de-agua-lentejas-agua.htm
Totora o Junco. Recuperado el 11/10/2013 de http://fichas.infojardin.com/acuaticas/typhalatifoliatotora-enea-anea-junco-bayon-bayunco.htm

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