Determinación de la eficiencia del tratamiento de un agua residual municipal mediante un humedal modificado a través de las constantes cinética de parámetros fisicoquímicos

Abstract

El objetivo de este proyecto fue el determinar la eficiencia del tratamiento de un agua residual municipal mediante un humedal sub-superficial de flujo horizontal (SSFH) modificado con tres lechos porosos, localizado en la UAM-Azcapotzalco, a través de estudios cinéticos, probándose tres órdenes de reacción, orden cero, orden uno y segundo orden; se obtuvieron en cada caso y para cada parámetro químico las respectivas constantes cinéticas de su degradación. Estas cinéticas se siguieron a través de la DBO y de la DQO, de los fosfatos y de los compuestos nitrogenados (nitratos, nitritos y amonio), teniendo en cuenta las secciones sembradas con Phragmites australis (carrizo) y Typha latifolia (tule), considerando la capacidad de las curvas con peralte de la modificación, que permiten un flujo más homogéneo, pues impiden al máximo la formación de cortos circuitos. Para obtener las constantes cinéticas se calcularon los tiempos de retención hidráulica y la concentración de nitratos en dos temporadas, de los años 2016 periodo posterior a lluvias y 2017 en el estiaje utilizando los coeficientes de Manning, la porosidad aparente del sustrato y la velocidad de flujo; parámetros que se utilizaron para obtener los tiempos de retención hidráulicos por sitio, el cual se utilizó en el cálculo de las cinéticas de degradación de los parámetros citados. Se midieron: temperatura, pH, potencial redox (ORP), oxígeno disuelto (OD), la alcalinidad y la dureza, esta última, mediante el cálculo del calcio y magnesio. Respecto a las cinéticas, se probaron por cada parámetro químico tres órdenes de reacción; tanto en la DBO, DQO, nitratos, nitritos, amonio y fósforo, se observaron tres secciones en el perfil de las cinéticas, probablemente causadas por las curvas del humedal y las regiones de carrizo y tule. Las mejores cinéticas en todos los casos fueron las de primer orden, sin embargo es importante indicar que en el periodo posterior a la lluvias en el año 2016, se observó en el caso de los nitratos en la región uno curvas convexas, no correspondientes a cinéticas típicas, en la segunda líneas casi rectas, obteniéndose cinéticas de orden cero y en la tercera perfiles cóncavos típicos de cinéticas de orden uno, esto no se presentó en el estiaje del 2017, todas las cinéticas se ajustaron a un primer orden e incluso en las de los nitratos fueron de primer orden en las tres secciones, por lo que finalmente se seleccionó la constante de primer orden en todas las temperaturas medida por corrida y se ajustó a un estándar de 20°C. Respecto al rendimiento la DQO y la DBO, dieron un buen rendimiento logrando alcanzar los límites permitidos por las normas: NOM-001-SEMARNAT-1996 y NOM-003-SEMARNAT1997. El problema fue el sistema de los derivados del nitrógeno, que pasó por reducción en su mayor parte a amonio y el fósforo que dieron a su vez bajos rendimientos, por lo que se concluye la necesidad de un posterior tratamiento para completar éste, ya sea por una laguna de maduración o adaptar un segundo humedal que pudiera ser sub superficial de flujo vertical, según la calidad de agua requerida. Finalmente es importante indicar que se cumplieron la hipótesis y el objetivo planteado en este proyecto.

The objective of this project was to determine the treatment efficiency of municipal wastewater by a modified horizontal sub-surface wetland (SSHF) with three porous beds, located in the UAM-Azcapotzalco, through of kinetic studies with reaction orders: zero, one and second. The respective kinetic constants of their degradation were obtained in each case and for each chemical parameter. These kinetics were followed through BOD and COD, phosphates and nitrogen compounds (nitrates, nitrites and ammonium), taking into account the sections planted in each channel with Phragmites australis (reed) and Typha latifolia (bulrush), considering the ability of curves with slope from modification, which allow a more homogeneous flow avoiding formation of short circuits. To obtain the kinetic constants, the hydraulic retention times and the nitrate concentration were obtained first in two seasons, in 2016 post-rainy period and 2017 in the dry season, using the Manning coefficient, the apparent porosity of the substrate and the flow velocity, parameters that were used to obtain the hydraulic retention times per site, which was utilized in the calculation of degradation kinetics of through parameters BOD, COD, nitrate, nitrite, ammonium and phosphorus. Temperature, pH, redox potential (ORP), dissolved oxygen (DO), alkalinity and hardness were measured by calculating calcium and magnesium metals. Regarding the kinetics, three reaction orders were tested for each chemical parameter as indicated; BOD, COD, nitrate, nitrite, ammonium and phosphorus, in each case were observed three sections in the kinetics profile, probably caused by the curves and reed and bulrush regions. The best kinetics in all cases were of the first order, however it is important to indicate that in the post-rains period in 2016, in the case of nitrates in the first region one observed convex curves, not corresponding to kinetics typical. In the second section almost straight lines were obtained, adjusting to zero-order kinetics and in the third section concave profiles typical of kinetics of order one were obtained. In dry season of 2017, all kinetics were adjusted to a first order and even in all nitrates were first order in the three sections, so first order constant was selected at all temperatures measured by run and finally the constants were adjusted to 20°C standard. Regarding the performance of COD and BOD was obtained with good results to reach the limits allowed by the norms: NOM-001-SEMARNAT-1996 and NOM-003-SEMARNAT1997. The problem was the nitrogen compounds, which was greatly reduced to ammonia. Another problem was the phosphorus that gave low yields, thus concluding the need for one subsequent treatment to complete the treatment from wetland, either by a maturation lagoon or a second wetland that could be vertical flow sub-surface, depending on the quality of water required. Finally, it is important to indicate that hypothesis and objective of this project were fulfilled.