Aprovechamiento de aguas residuales domésticas tratadas mediante el uso de un humedal artificial de piñón y girasol

     

Utilization of treated domestic wastewater through the use of an artificial pinion wetland and giraso

 

Utilização de águas residuais domésticas tratadas por meio de uma zona húmida artificial de pinhão-manso e giraso

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: Diazgarciaa086@gmail.com

 

 

Ciencias Sociales y Políticas     

Artículo de Investigación

                                                                         

*Recibido: 15 de diciembre de 2021 *Aceptado: 30 de diciembre de 2021 * Publicado: 27 de enero de 2022

 

 

         I.            Ingeniero Civil, Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, Investigador Independiente, Ecuador.

       II.            Ingeniero Civil, Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, Docente Investigador, Ecuador.

 

 

Resumen

El Objetivo de este artículo es: Analizar el aprovechamiento de aguas residuales domésticas tratadas mediante el uso de un humedal artificial, con la producción de piñón y girasol como biocombustible para la Lotización El Triángulo de la cabecera cantonal de Playas, provincia de Guayas. La metodología que se utilizó consistió en una investigación aplicada para el diseño y construcción del prototipo del humedal artificial de girasol y piñón como una oportunidad de desarrollo local sostenible. Para medir los resultados obtenidos de la implementación y funcionamiento del humedal artificial se realizaron pruebas de entrada y salida para los cultivos de piñón y girasol respectivamente. Estas muestras fueron recolectadas de agua residual y envasadas en los frascos correspondientes, según indicaciones del laboratorio y parámetros que se cumplieron a cabalidad para que no se afectara en las analíticas. Como conclusión destaca: Una vez identificadas las particularidades de la zona de influencia del proyecto, se identificó que la vegetación seleccionada de piñón y girasol para el diseño es idónea, debido a que se adapta fácilmente al lugar, cumple con las condiciones de remoción de contaminantes previsto para un sistema de humedales, permitiendo que cumpla con los límites establecidos en la Normativa Ambiental vigente, pero es necesario que la empresa HIDROPLAYAS EP sea responsable de realizar análisis continuos de agua residual para tener un registro de los parámetros físico-químicos y bacteriológicos en las vertientes de los cuerpos de agua, para que el sistema garantice su eficacia y la vida útil para la cual fue diseñado.

Palabras Clave: Ambiente; humedal artificial; biocombustible; cultivos de piñón; desarrollo local sostenible

 

Summary

The objective of this article is: To analyse the use of treated domestic wastewater through the use of an artificial wetland, with the production of pine nut and sunflower as biofuel for the Lotización El Triángulo de la cabecera cantonal de Playas, province of Guayas. The methodology used consisted of applied research for the design and construction of the prototype of the artificial wetland of sunflower and pine nut as an opportunity for sustainable local development. In order to measure the results obtained from the implementation and operation of the artificial wetland, inlet and outlet tests were carried out for the pine nut and sunflower crops respectively. These samples were collected from wastewater and bottled in the corresponding bottles, according to laboratory indications and parameters that were fully complied with so as not to affect the analyses. As a conclusion, the following stands out: Once identified the particularities of the area of influence of the project, it was identified that the selected vegetation of pine nut and sunflower for the design is suitable, because it adapts easily to the place, meets the conditions of removal of pollutants expected for a wetland system, allowing it to comply with the limits established in the current environmental regulations, However, it is necessary that the company HIDROPLAYAS EP is responsible for carrying out continuous analyses of wastewater in order to have a record of the physico-chemical and bacteriological parameters in the water bodies, so that the system guarantees its efficiency and the useful life for which it was designed.

Keywords: Environment; artificial wetland; biofuel; pine nut crops; local sustainable development.

 

Resumo

O objectivo deste artigo é: Analisar a utilização de águas residuais domésticas tratadas através da utilização de uma zona húmida artificial, com a produção de pinhões e girassol como biocombustível para a Lotización El Triángulo de la cabecera cantonal de Playas, província de Guayas. A metodologia utilizada consistiu na investigação aplicada para a concepção e construção do protótipo da zona húmida artificial de girassol e pinheiro como uma oportunidade para o desenvolvimento local sustentável. A fim de medir os resultados obtidos com a implementação e funcionamento da zona húmida artificial, foram efectuados testes de entrada e saída para as culturas de pinhões e girassol, respectivamente. Estas amostras foram recolhidas das águas residuais e engarrafadas nas garrafas correspondentes, de acordo com indicações e parâmetros laboratoriais que foram plenamente cumpridos de modo a não afectar as análises. Como conclusão, destaca-se o seguinte: Uma vez identificadas as particularidades da área de influência do projecto, foi identificado que a vegetação seleccionada de pinhões e girassol para o projecto é adequada, porque se adapta facilmente ao local, satisfaz as condições de remoção dos poluentes esperados para um sistema de zonas húmidas, permitindo-lhe cumprir os limites estabelecidos na actual regulamentação ambiental, No entanto, é necessário que a empresa HIDROPLAYAS EP seja responsável pela realização de análises contínuas das águas residuais de modo a ter um registo dos parâmetros físico-químicos e bacteriológicos nos corpos de água, para que o sistema garanta a sua eficiência e a vida útil para a qual foi concebido.

Palavras-chave: ambiente; zonas húmidas artificiais; biocombustível; culturas de pinhões; desenvolvimento sustentável local.

 

Introducción

Las descargas de aguas residuales provenientes del uso humano representan una problemática ambiental, debido a la alta carga contaminante que contienen estas aguas, al no ser tratadas afectan a la vida acuática de los ecosistemas e imposibilitan el uso del recurso hídrico, éste escenario ha sido evidenciado con mayor énfasis en América Latina y el Ecuador no es la excepción. Para resolver el referido problema, las ciudades del país que no disponen de plantas de tratamiento han optado por diluir la carga contaminante en el caudal de los ríos, siendo la forma más fácil e insostenible. (CEPAL, 2015).

En la Lotización El Triángulo, ubicada en el cantón Playas existe la necesidad de garantizar el acceso a agua de calidad y mejorar las condiciones de vida de las personas con acceso a agua, saneamiento e higiene son derechos fundamentales, pues el agua es un recurso básico que debe ser tratado de acuerdo a la normativa ambiental vigente, para evitar su descarga en cualquier cuerpo receptor contaminando el ambiente, puesto en la situación de emergencia sanitaria causado por el COVID – 19, los efectos socio económicos en los hogares de la zona causarían problemas de salubridad. De allí, que el objetivo de este trabajo se constituye en: Analizar el aprovechamiento de aguas residuales domésticas tratadas mediante el uso de un humedal artificial con la producción de piñón y girasol como biocombustible para la Lotización El Triángulo de la cabecera cantonal de Playas, provincia Guayas.

 

Materiales y métodos

Humedal Artificial

Esta es una técnica de depuración natural para el tratamiento de agua residual, que tiene por lo general un fondo o base impermeable sobre la que se deposita un lecho de gravas, suelo u otro medio para el desarrollo de las plantas, que constituyen el principal agente depurador. Los humedales logran el tratamiento de las aguas residuales a través de la sedimentación, absorción y metabolismo bacterial que tiene similitud con los procesos biológicos que se dan en la naturaleza y en los filtros por goteo utilizados en las plantas de tratamiento convencionales. (Díaz, Alvarado, & Camacho, 2012). Son capaces de proporcionar una alta eficiencia física en la remoción biológica de los contaminantes asociados con material particulado que se convierten en nutrientes para los humedales. (Llagas & Gómez, 2017).

Esta técnica se distingue porque no genera olores desagradables; ni requiere de personal cualificado para el desarrollo de las labores de construcción, operación y mantenimiento, que no causan impactos en el paisaje porque proporcionan un hábitat para la vida silvestre, facilitando la recarga natural de los acuíferos, no contaminando las aguas superficiales y tierras; toda vez que no hay descarga y su efluente está apto para ser reutilizado en actividades como la jardinería por el riego enriquecido de nutrientes, construcción, consumo animal.

Además de los humedales artificiales, existen otras técnicas alternativas como el SUTRANE y el SIASA, siendo este último el más costoso porque requiere insumos como el ozono; mientras el SUTRANE requiere del uso de jabón biodegradable para evitar la muerte de las bacterias que ayudan a limpiar el agua; siendo necesaria en ambas técnicas realizar un mantenimiento periódico, extraer la nata de grasa de la caja.

En las últimas décadas el uso de los humedales para el tratamiento de aguas residuales se ha incrementado debido a que su costo de inversión es competitivo, el poco personal que se necesita para su mantenimiento, a que no presenta consumo energético excesivo limitándose a sólo el necesario para bombeos de cabecera, no generan excesos de lodos de forma continuada (García Serrano & Corzo Hernández, 2008).

 

Metodología

El desarrollo de este trabajo de investigación se llevó a efecto con la implementación de un humedal artificial de flujo sub- superficial, que es el sistema que encarga de tratar el agua residual, a medida que ésta fluye lentamente a través de un medio poroso. La vegetación emergente está plantada (piñón y girasol) en este lecho hecho de grava gruesa y arena. El lecho tiene una profundidad entre 0,45 y 1m y una pendiente característica entre 0 y 0,5% (Crites & Tchobanoglous, 2012).

Dentro de las principales ventajas de los humedales artificiales integran perfectamente al sector rural y urbano mediante parques y jardines, cuyo sistema de operación es eficiente para la remoción de materia orgánica y de nutrientes, condiciones que permiten disponer el efluente en ambientes naturales, por lo que se asocia a un bajo coste al carecer de equipos electromecánicos.

En cuanto a las desventajas que implica el uso de humedales artificiales podemos citar el débil compromiso y desorganización de los usuarios pueden incidir negativamente en el éxito de esta subutilización, pues se llena en poco tiempo cuando no existe un sistema de pre-tratamiento adecuado para eliminar totalmente los organismos patógenos de las aguas residuales requieren de un proceso adicional de desinfección.

Por tanto, entre las principales recomendaciones para un exitoso humedal artificial se puede decir que se puede aplicar para las aguas residuales de poblaciones pequeñas y medianas cuyo diseño debe considerar cada realidad territorial.

La metodología que se utilizó en el desarrollo del presente trabajo de investigación consistió en la puesta en práctica de una investigación aplicada para el diseño y construcción del prototipo del humedal artificial de girasol y piñón como una oportunidad de desarrollo local sostenible, que aportará al fortalecimiento de la economía de la localidad, con la generación de biocombustible. Fue una investigación de tipo experimental, en el análisis del cambio de las condiciones de vida de la población beneficiaria en la Lotización el Triángulo.

 

Análisis y discusión de los resultados

Diseño del Humedal artificial piloto de Flujo subsuperficial

El diseño conceptual del humedal artificial se lo realizó usando la fórmula de la RAS 2000 que se muestra a continuación:

Donde:

·         As = Área Superficial del humedal (𝑚²)

·         Q = Caudal (𝑚³/ 𝑑í𝑎)

·         ln (DBO₅) e = Concentración del DB0₅ al ingreso

·         ln (DBO₅) s = Concentración del DB0₅ a la Salida

·         KT = constante de temperatura en el humedal

·         y = Profundidad del Humedal (m)

·         n = Porosidad promedio de las capas filtrantes del humedal. (%)

Constante de temperatura del humedal

KT = constante de temperatura en el humedal

𝐾𝑇 = 𝐾20 ∗ (1.06) (𝑇−20)

𝐾𝑇 = 1.104 ∗ (1.06) (25.3−20)

𝐾𝑇 = 1.50

Tabla 1. Características del material granular

https://repositorio.escuelaing.edu.co/bitstream/001/114/1/Espinosa%20Ortiz,%20Camilo%20Eduardo%20-%202014.pdf

 

 

 

Datos:

Q = 0.00343 m³/seg= 296,35 m³/día

Se toma para el diseño de la planta piloto el 1 % del Q de toda la población = 2,96 m³/día

ln (DBO₅) e = ln 230 = 5,438

ln (DBO₅) s = ln 99 = 4,595

KT = 1.50

y = 0.60 m

n = 35%

 

As= 8 m²

 

 

Materiales para la construcción del humedal artificial

Para la construcción del humedal artificial se utilizaron los siguientes materiales que se detallan a continuación:

 

 

Tabla 2.  Materiales para la construcción del humedal

Díaz, A. (2021)

 

 

Costos de la construcción e implementación del humedal artificial

Dentro de los costos de la construcción e implementación del humedal artificial se incluyeron los materiales y el costo de las pruebas de muestreo de laboratorio para verificar la calidad del agua tratada con la implementación del humedal artificial.

El costo de la construcción e implementación del humedal artificial piloto se refiere al caudal de 0.034 L/Seg, que fue el 1% del caudal total necesario a tratar de toda la Lotización El Triángulo, es decir que para tratar el caudal de 1 L/Seg el costo sería $39411.76

Procesos de Muestreo

Para medir los resultados del correcto funcionamiento del humedal artificial subsuperficial de piñón y girasol era necesario realizar un proceso de muestreo, por esta razón, para el buen manejo y toma de las muestras nos regimos a las exigencias del Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN) de la Norma Técnica Ecuatoriana (NTE):

·NTE INEN 2 169: 2013 CALIDAD DEL AGUA. MUESTREO. MANEJO Y CONSERVACIÓN DE MUESTRAS. Determina las técnicas para conservar y transportar todo tipo de muestras de agua.

·NTE INEN 2 176: 2013 CALIDAD DEL AGUA. MUESTREO. TÉCNICAS DE MUESTREO. Define las técnicas de muestreo usadas para obtener los datos necesarios en los análisis de control de calidad de las aguas.

Para medir los resultados obtenidos de la implementación y funcionamiento del humedal artificial se realizaron pruebas de entrada y salida para los cultivos de piñón y girasol respectivamente. Estas muestras fueron recolectadas de agua residual y envasadas en los frascos correspondientes, según indicaciones del laboratorio, donde se señaló la fecha, hora, datos de aforo y lugar de toma de muestra, parámetros que se cumplieron a cabalidad para que no se afectara en las determinadas analíticas.

 

Análisis de la Calidad de los Vertidos

Al concluir las pruebas de los resultados de tratamiento de las aguas residuales de piñón y de girasol en la Lotización El Triángulo se realizó un cuadro comparativo para verificar el cumplimiento de la calidad de acuerdo a la normativa ambiental ecuatoriana, tal como se detalla a continuación:

 

Tabla 3. Comparación de los resultados obtenidos en el efluente con la Normativa Ambiental vigente.

Parámetros	Unidades	Muestra de agua usando como medio filtrante Piñón	Muestra de agua usando como medio filtrante Girasol	Normativa Ambiental Ecuatoriana
DBO5	mg/l	2,9	4,7	100
Coliformes fecales	NMP/100 ml	1700	<1,8	2000
SST	mg/l	4,6	8	130

Díaz, A. (2021)

 

Para medir el porcentaje de remoción aplicamos la siguiente fórmula:

% de Remoción =  * 100

 

 

Tabla 4. Comparación de los resultados de remoción obtenidos

Díaz, A. (2021)

 

 

 

Figura 1. Cuadro comparativo de porcentajes de remoción

Díaz, A. (2021)

 

 

Se ha obtenido una efectividad de remoción superior al 90% y el cumplimiento de los parámetros de calidad establecidos en la normativa ambiental ecuatoriana con la implementación de un humedal artificial de flujo subsuperficial utilizando plantaciones de piñón y de girasol.

 

 

 

Conclusiones

Se ha cumplido con los objetivos planteados en el presente proyecto de investigación desarrollado en la Lotización El Triángulo de la cabecera cantonal de Playas, provincia del Guayas.

·         El dimensionamiento del humedal artificial de flujo subsuperficial se realizó en función de las características del agua residual, flora, parámetros ambientales y demográficos del lugar, considerando que una de las características de las aguas residuales de origen doméstico de la zona de influencia corresponde a un agua biodegradable que si puede ser tratada por medios naturales, cuyo diseño del sistema está proyectado para una vida útil de 20 años.

·         Una vez identificadas las particularidades de la zona de influencia del proyecto, se identificó que la vegetación seleccionada de piñón y girasol para el diseño es idónea debido a que se adapta fácilmente al lugar y cumple con las condiciones de remoción de contaminantes previsto para un sistema de humedales, permitiendo que cumpla con los límites establecidos en la Normativa Ambiental vigente pero es necesario que la empresa HIDROPLAYAS EP sea responsable de realizar análisis continuos de agua residual para tener un registro de los parámetros físico-químicos y bacteriológicos en las vertientes de los cuerpos de agua, contará con un manual de diseño y operación para capacitar a los habitantes de la comunidad sobre cómo realizar el mantenimiento y operación, para que el sistema garantice su eficacia y la vida útil para la cual fue diseñado.

·         Considerando las diferentes alternativas de tratamiento de aguas residuales el presupuesto de la construcción es económica comparada con otros sistemas depuradores, la obra civil es pequeña y requiere mantenimientos mínimos con un bajo costo de operación, en este piloto la inversión realizada corresponde a 1.340,80 USD y que es un proyecto factible a nivel económico, social y financiero que contribuye de manera directa al cambio de la matriz productiva; por tanto, al evaluar el sistema podemos determinar que se debe impulsar a nivel territorial la implementación de los sistemas de tratamiento de aguas residuales utilizando piñón y girasol por la reducción de costos y la calidad que se obtiene en más comunidades para Playas se ha demostrado su eficiencia operativa  especialmente para la prestación de servicio para la empresa HIDROPLAYAS EP.

 

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