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In document Annual Report 2007/08 (Page 35-41)

Se considera que los humedales construidos actúan como reactores biológicos, por lo que su rendimiento puede estimarse por medio de una cinética de primer orden para la remoción de DBO y nitrógeno.

Nota: Al momento de realizarse los cálculos del dimensionado del humedal, no se manejaron datos químicos directamente del lixiviado, ya que el vertedero está siendo administrado por empresas privadas y no se conocen datos, ni investigaciones permitidas al conocimiento público, por protección de la institución. Por tanto se manejaron datos combinados de diversos lixiviados de vertederos existentes de otros países con situaciones similares y del vertedero de duquesa plasmados en la (Tabla 17).

Tabla 17: Datos iniciales de lixiviados para el Diseño

Fuente: Elaboración Propia

Datos iniciales Utilizados

Datos Variable

Cantidad Unidades

Concentración DBO DBO 250 Mg/l

Concentración DBO5 DBO5 30 Mg/l

SST SST 250 Mg/l

Profundidad y 0,68 m

Porosidad n 0,36

Coeficiente de conductividad Hidraulica Ks 8000

Temperatura media del agua T 25 °C

Caudal Q 3,217 m3/d

Concentración amoniaco O NH3 25 Mg/l

Concentración amoniaco E NH3 3 Mg/l

Numero de Celdas del humedal Nceldas 3

Utilizando la formula 𝐶𝑒 𝐶𝑜 = 𝑒

−𝐾𝑇𝑡

Donde:

Ce es la concentración del contaminante en el efluente [mg/l]. Co es la concentración del contaminante en el afluente [mg/l].

KT es la constante de reacción de primer orden dependiente de la temperatura [s-1]. Depende del contaminante que se quiera eliminar y según de la temperatura.

La variable t es el tiempo de retención hidráulica [d]

Para la determinación del KT se considera la temperatura media del agua 25° C la identificada en el análisis del agua.

𝐾25 = 0,678(1,06)(𝑇−20)

Luego se determina el área superficial requerida del humedal 𝐴𝑠 = 𝑄(𝑙𝑛𝐶0− 𝑙𝑛𝐶𝑒) 𝐾𝑇(𝑦)(𝑛) =3,217(ln⁡(250) − ln⁡(30)) 0,907(0,68)(0,36) = 30,72𝑚 2 Donde:

Y es la profundidad de diseño del sistema [m]-

n es la porosidad del humedal por donde fluirá el líquido

La Profundidad del diseño Y se asume de 0.68 m puesto que la media saturación de las plantas seleccionadas en este humedal, se recomienda que están sumergidas unos 30 o 40 cm, más espesor de 30 cm en el relleno del material granular colocado para el enraizamiento. Con respecto a la porosidad y la conductividad hidráulica se utiliza la más adecuada de acuerdo con la (Tabla 18) tomando en cuenta el tipo de sustrato utilizado, en el cual se propone unas gravas finas con una porosidad de 0.36.

Tabla 18: Órdenes de magnitud de la conductividad hidráulica (ks) en función del tipo de material granular utilizado como sustrato en un humedal construido de flujo sub superficial

Fuente: (CASTRO, 2010) Tipo de sustrato Tamaño efectivo D10 (mm) Porosidad (%) Conductividad Hidraulica Ks (m3/m2-d) Arenas Graduadas 2 28-32 100-1000 Arenas Gravosas 8 30-35 500-5000 Gravas Finas 15 35-38 1000-10000 Gravas Medianas 32 36-40 10000-50000 Rocas Pequeñas 128 38-45 50000-250000

Posteriormente, de acuerdo a los resultados de una prueba realizadas en Estados Unidos con distintos tipos de Plantas, se demuestra que la remoción de DBO y nitrógeno, está estrechamente relacionada con la profundidad de penetración de las raíces presentes visualizados en la (Tabla 19).

Tabla 19: Rendimientos de humedales según su vegetación. Fuente: (CASTRO, 2010) Condiciones del lecho Penetración de las raíces (cm)

Calidad del efluente (mg/l) DBO SST NH3 Scirpus 80 5 4 2 Phragmites 60 22 8 5 Typha 30 30 6 18 Sin vegetación 0 36 6 22

Seguido de Manejar los datos de Área superficial requerida y los datos relevantes a los materiales utilizados se determina el tiempo de retención hidráulica (TRH):

𝑇𝑅𝐻 =𝐴𝑠∗ 𝑛 ∗ 𝑦

𝑄 =

30,72 ∗ 0,36 ∗ 0,68

3,217 = 2,337𝑑

Una vez determinado el TRH, se calculan las dimensiones (largo y ancho) del humedal. Es recomendable utilizar una relación largo/ancho mínima de 3 a 1.

3W2 =30,72 W=3,20 m

Conociendo el ancho procedemos a calcular el largo requerido. L= W x 3 = (3,20mx3) = 9,60 m

Tabla 20: Datos obtenidos requeridos para obtener el área necesaria para la remoción de DBO

Fuente: Elaboración Propia

Factor de temperatura Área Superficial (m2) Tiempo de retención hidráulica (días) Ancho de celda mínimo (m) Largo de celda (m) 0,907 30,72 2,337 3,2 9,6

Se debe calcular la remoción de solidos Suspendidos totales (SST), se comprobara el buen rendimiento de este sistema en la remoción de los mismo (cerca del 90%) cumpliendo con los requerimientos pautados para los lixiviados de un relleno sanitario, sin embargo este cálculo solo es una estimación. Primero se determina el valor de la carga hidráulica CH.

𝐶𝐻 = 𝑄

𝐴𝑠∗ 100 =

3,217

30,72∗ 100 = 10,472⁡𝑐𝑚/𝑑𝑖𝑎

Luego se calcula el valor de la concentración de SST.

𝐶𝑒 = 𝐶0⁡(0,1058 + 0,0014(𝐶𝐻)) = 250(0,1058 + 0,0014(10,472)) = 30,1152⁡𝑚𝑔/𝑙

En este caso la remoción de SST alcanza el 88%, lo cual demuestra la buena remoción que existe.

 Diseño para la remoción de Nitrógeno

La remoción de Nitrógeno para humedales se determina calculando el área requerida para la nitrificación. Primero se calcula el valor de Kt de acuerdo a la temperatura del agua que en este caso ya mencionado se considera 25°C, entonces el valor de Kt está dado por la siguiente expresión:

𝐾𝑡= 0.2187(1,048)(𝑇−20) = 0.2187(1,048)(25−20) =

𝐾𝑡= 0.276𝑑−1

Por tanto el área superficial requerida del humedal para nitrificación es:

𝐴𝑠 = 𝑄 (𝑙𝑛𝐶𝐶0 𝑒) 𝐾𝑇(𝑦)(𝑛)= 3.217 (𝑙𝑛253 ) 0,276(0,68)(0,36)= 100.95𝑚 2

El tiempo de retención hidráulica seria:

𝑡 =𝐴𝑠∗ 𝑛 ∗ 𝑦

𝑄 =

100.95 ∗ 0,36 ∗ 0,68

3,217 = 7.682𝑑

Igualmente que en el DBO Una vez determinado el TRH, se calculan las dimensiones (largo y ancho) del humedal. Es recomendable utilizar una relación largo/ancho mínima de 3 a 1.

3W2 =100.95 W=5.80 m

Conociendo el ancho procedemos a calcular el largo requerido. L= W x 3 = (5.80mx3) = 17,40 m

Tabla 21: Datos obtenidos requeridos para obtener el área necesaria para la remoción de Nitrógeno

Fuente: Elaboración Propia

Factor de temperatura Área Superficial (m2) Tiempo de retención hidráulica (días) Ancho de celda mínimo (m) Largo de celda (m) 0,276 100,95 7.682 5.80 17.40

Entonces se considera la sección de mayor tamaño planteada de los distintos análisis de diseño, el cual en este caso el área superficial real seria:

𝐴 = (17.40𝑥5.80)𝑚2

Figura 56: Corte o Sección de celdas con plantación tipo Fuente: (Zambrano, Saltos, & Villamar, 2004)

Recomendaciones

 Se recomienda la realización de este tratamiento de los lixiviados procedentes del vertedero se propone un tratamiento pasivo de humedales por considerar que es más natural, que necesita una menos inversión y sobre todo que los costes de mantenimiento y operación son mucho menores que para cualquier otra alternativa.

 En principio, ya conociendo los resultados obtenidos y la comprobación de existencias de alteraciones ante los compuestos químicos naturales del suelo en el área del vertedero, en caso de que se optara por la solución planteada, se debe realizar una continuidad del estudio con toma de muestras representativas bajo un mallado más enfocado en el área afectada, caracterizando mejor los lixiviados.

 Se debe intervenir y evitar el continuo contacto directo de los residuos con el terreno, generando capas de arcillas que evite la infiltración entre las capas de residuos que luego pasan a niveles freáticos.

 Por otro lado para mejorar y disminuir los causantes de los lixiviados y su composición se debe poner en función el reciclado de residuos bajo una concientización de la población y de la empresa que dirige el vertedero, acompañado del buen funcionamiento con un aprovechamiento óptimo del sistema de generación de gas instalado actualmente.

 Se sugiere un mejor manejo y mantenimiento de los desechos depositados, conjunto con los sistemas de tratamiento existentes y el proyecto plasmado en este trabajo.

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