Reducción de materia orgánica y nutrientes mediante un humedal artificial sub superficial de flujo vertical en función de la carga hidráulica y la composición del medio granular

Abstract

La presente tesis de investigación fue realizada en las instalaciones del CITRAR-FIA-UNI con la finalidad de estudiar el efecto de la carga hidráulica y la combinación de sustratos con distintos espesores en la reducción de materia orgánica y nutrientes en los humedales construidos de flujo subsuperficial vertical, para ello se construyó dos humedales artificiales de 1.00m x 1.00m de lado con una profundidad de 1.00m, considerando la altura del medio granular de 0.75m y un borde libre de 0.25m; la composición del medio granular del humedal H-1 fue de 0.20m de arena gruesa. 0.40m grava media (confitillo) y 0.15m de grava gruesa (piedra chancada) y para el caso del humedal H-2 fue de 0.40m de arena gruesa. 0.20m grava media (confitillo) y 0.15m de grava gruesa (piedra chancada). La macrófita sembrada en ambos humedales fue el cyperus alternifolius. El proceso de evaluación experimental del sistema de investigación tuvo una duración de 32 semanas, donde se evaluaron 4 cargas hidráulicas de 0.2m3/m2x12horas, 0.3m3/m2x12horas, 0.4m3/m2x12horas y 0.6m3/m2x12horas respectivamente, la evaluación se realizó de manera ascendente y cada etapa de evaluación tuvo una duración de 4 semanas, en cada etapa de evaluación se evaluó la eficiencia de reducción de los humedales para remover la Demanda Bioquímica de Oxígeno, Demanda Química de Oxígeno, Sólidos Suspendidos Totales, Nitrógeno Amoniacal, Nitritos, Nitratos, Nitrógeno Total, Fósforo Total y Coliformes Termotolerantes y el comportamiento diario de los parámetros básicos como temperatura ambiental, temperatura del agua residual, turbiedad, pH, conductividad, oxígeno disuelto, humedad relativa y el crecimiento de los vegetales. De los resultados, se evidenció que las mayores eficiencias de reducción de la materia orgánica y nitrógeno amoniacal fue en la etapa 1 evaluada con una carga hidráulica 0.2m3/m2x12horas para los humedales H-1 y H-2, teniendo valores promedio de 95.26%, 81.49%, 84.31% y 90.55% para el humedal H-1 y de 97.35%, 86.61%, 88.56% y 96.06% para el humedal H-2 de los parámetros de DBO5, DQO, SST, nitrógeno amoniacal respectivamente. Por otro lado, las mayores eficiencias de reducción del nitrógeno total, coliformes termotolerantes y fósforo total se encontraron en la etapa 2 evaluada para una carga hidráulica de 0.3m3/m2x12horas, teniendo valores promedio de toda la etapa de 27.00%, 99.55% y 23.46% para el humedal H-1 y de 25.40%, 99.96% y 20.37% para el humedal H-2 respectivamente para los parámetros mencionado. Teniendo en cuenta la composición del medio granular de cada humedal evaluado, se demostró que el humedal H-2 presentó mejores eficiencias de reducción que el humedal H-1 para los parámetros evaluados de DBO5, DQO, SST, nitrógeno amoniacal, nitritos, hierro total, coliformes termotolerantes y mayor aumento de la concentración de nitratos en todas las etapas que fueron evaluadas, caso contrario se observó en la evaluación del parámetro de nitrógeno total y fosforo total, donde el humedal H-1 presento mejores eficiencias de reducción en comparación al humedal H-2. 0.3m3/m2x12horas, teniendo valores promedio de toda la etapa de 27.00%, 99.55% y 23.46% para el humedal H-1 y de 25.40%, 99.96% y 20.37% para el humedal H-2 respectivamente para los parámetros mencionado. Teniendo en cuenta la composición del medio granular de cada humedal evaluado, se demostró que el humedal H-2 presentó mejores eficiencias de reducción que el humedal H-1 para los parámetros evaluados de DBO5, DQO, SST, nitrógeno amoniacal, nitritos, hierro total, coliformes termotolerantes y mayor aumento de la concentración de nitratos en todas las etapas que fueron evaluadas, caso contrario se observó en la evaluación del parámetro de nitrógeno total y fosforo total, donde el humedal H-1 presento mejores eficiencias de reducción en comparación al humedal H-2.

This research thesis was carried out at the CITRAR-FIA-UNI facilities in order to study the effect of hydraulic load and the combination of substrates with different thicknesses in the reduction of organic matter and nutrients in constructed subsurface flow wetlands vertical, for this, two artificial wetlands of 1.00m x 1.00m on each side were built with a depth of 1.00m, considering the height of the granular medium of 0.75m and a free edge of 0.25m; the composition of the granular medium of wetland H-1 was 0.20m of coarse sand. 0.40m medium gravel and 0.15m of coarse gravel (crushed stone) and in the case of the H-2 wetland it was 0.40m of coarse sand. 0.20m medium gravel and 0.15m coarse gravel (crushed stone). The macrophyte sown in both wetlands was cyperus alternifolius. The experimental evaluation process of the research system had a duration of 32 weeks, where 4 hydraulic loads of 0.2m3/m2x12hours, 0.3m3/m2x12hours, 0.4m3/m2x12hours and 0.6m3/m2x12hours respectively were evaluated, the evaluation was carried out in a ascending and each evaluation stage had a duration of 4 weeks, in each evaluation stage the efficiency of wetland reduction was evaluated to remove the Biochemical Oxygen Demand, Chemical Oxygen Demand, Total Suspended Solids, Ammoniacal Nitrogen, Nitrites, Nitrates , Total Nitrogen, Total Phosphorus and Thermotolerant Coliforms and the daily behavior of the basic parameters such as ambient temperature, residual water temperature, turbidity, pH, conductivity, dissolved oxygen, relative humidity and the growth of vegetables. From the results, it was evidenced that the highest efficiencies for the reduction of organic matter and ammoniacal nitrogen were in stage 1 evaluated with a hydraulic head 0.2m3/m2x12hours for wetlands H-1 and H-2, having average values of 95.26%, 81.49%, 84.31% and 90.55% for the H-1 wetland and 97.35%, 86.61%, 88.56% and 96.06% for the H-2 wetland of the parameters of BOD5, COD, SST, ammonia nitrogen respectively. On the other hand, the highest efficiencies for reducing total nitrogen, thermotolerant coliforms and total phosphorus were found in stage 2 evaluated for a hydraulic load of 0.3m3/m2x12hours, having average values of the entire stage of 27.00%, 99.55% and 23.46 % for the H-1 wetland and 25.40%, 99.96% and 20.37% for the H-2 wetland respectively for the mentioned parameters. Taking into account the composition of the granular medium of each evaluated wetland, it was shown that the H-2 wetland presented better reduction efficiencies than the H-1 wetland for the evaluated parameters of BOD5, COD, TSS, ammonia nitrogen, nitrites, total iron , thermotolerant coliforms and a greater increase in the concentration of nitrates in all the stages that were evaluated, otherwise it was observed in the evaluation of the parameter of total nitrogen and total phosphorus, where the H-1 wetland presented better reduction efficiencies compared to the wetland H-2.