Evaluacion de La Eficiencia en El Tratamiento de A

Revista de Investigación Ciencia, Tecnología y Desarrollo Volumen 3 - Número 2 (Mayo - Agosto) 2017
DOI:http://dx.doi.org/10.17162/rictd.v1i2.954
Evaluación de la eficiencia en el tratamiento de aguas residuales para riego mediante humedales

Artificiales de flujo libre superficial (FLS) con las especies Cyperus Papyrus y Phragmites Australis,
en Carapongo-Lurigancho
Jocelyn Dianella, Torres Guerra 1*, Jennifer Sheyla, Magno Vargas 2, Raquel Rocio, Pineda
Aguirre 3 Milda Amparo Cruz Huaranga 4
Recibido 05 de abril de 2017, Aceptado 14 de mayo de 2017

Received: april 05, 2017 Accepted: may 14, 2017
a
EP. Ingeniería Ambiental, Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Peruana Unión
Resumen
El objetivo de esta investigación es determinar la eficiencia de las especies Cyperus Papyrus y Phragmites
Australis en el tratamiento de aguas residuales con Humedales Artificiales a escala piloto de flujo libre
superficial (FLS) en el agua para riego de Carapongo-Lurigancho. Para su evaluación se midieron parámetros
como: DBO (270 mg/l); Coliformes totales y Coliformes Termotolerantes (16x107 NMP/100ml), pH (7.8);
Temperatura (21°C), Turbidez (130 UNT); los cálculos necesarios como las dimensiones, tiempo de
retención hidráulica y velocidad de flujo del sistema son una adaptación de Crites yTchobanoglous, llamado
Small Decentralized Wastewater Treatment Systems. De acuerdo a la Categoría 3: Riego de vegetales y
bebida de animales de los ECA para agua D.S. 002-2001.MINAM, los parámetros deben ser: DBO (15ml/L),
Coliformes totales (5 000 NMP/100ml) y Coliformes Termotolerantes (1000 NMP/100ml), pH (6.5-8.5). La
efectividad del sistema de humedales un 80% de remoción, mientras que para a la determinación de eficiencia
de las especies, Cyperus Papyrus tiene mayor remoción en la calidad de DBO y turbidez un 77% mayor a
Phragmites Australis, mientras ésta un 30 % mayor en la remoción Coliformes totales y Coliformes
Termotolerantes.
Palabras clave: humedales, Cyperus Papyrus, Phragmites Australis, eficiencia, flujo libre superficial
Abstrac
The objective of this research is to determine the efficiency of the species Cyperus Papyrus and Phragmites
Australis in the treatment of wastewater with Artificial Wetlands at pilot scale of superficial free flow
(FLS) in the irrigation water of Carapongo-Lurigancho. For its evaluation, parameters such as: BOD (270
mg / l) were measured; Total Coliforms and Thermotolerant Coliforms (16x107 NMP / 100ml), pH (7.8);
Temperature (21 ° C), Turbidity (130 UNT); The necessary calculations such as dimensions, hydraulic
retention time and system flow velocity are an adaptation of Crites and Tchobanoglous, called Small
Decentralized Wastewater Treatment Systems. According to Category 3: Irrigation of vegetables and
animal drink of the RCTs for water D.S. 002-2001.MINAM, the parameters should be: BOD (15ml / L),
total Coliforms (5,000 NMP / 100ml) and Thermotolerant Coliforms (1000 NMP / 100ml), pH (6.5-8.5).
The effectiveness of the system of wetlands 80% of removal, while for the determination of efficiency of
the species, Cyperus Papyrus has greater removal in the quality of BOD and turbidity 77% greater than
Phragmites Australis, while it is 30% higher in the removal Total Coliforms and Coliforms Thermotolerant.
Keywords: wetlands, Cyperus Papyrus, Phragmites Australis, efficiency, surface free flow
ISSN 2313-7991(impresa)ISSN 2410-843x(en línea) 48

Revista de Investigación Ciencia, Tecnología y Desarrollo
DOI:http://dx.doi.org/10.17162/rictd.v1i2.954 Volumen 3 - Número 2 (Mayo - Agosto) 2017
1. Introducción
Existe una gran coacción sobre los recursos hídricos a nivel mundial. Según la UNESCO (2003) el
69% del agua dulce disponible en el planeta se destina a la agricultura, representa el 23% a la industria y el
8% a la utilización doméstica. La mala distribución temporal y espacial o la degradación determinan la actual
entre la oferta existente y la creciente demanda de agua. Somos un país en desarrollo y enfrentaremos una
mayor competencia por el acceso al agua en las próximas décadas, debido al crecimiento demográfico,
nuevos hábitos de vida y el desarrollo urbano e industrial sin una adecuada planificación. Así, la búsqueda
de fuentes alternativas de agua, sobre todo para la agricultura, sector que demanda un mayor porcentaje.
Por otra parte, la disposición final de las aguas residuales producidas por las distintas actividades
humanas (domésticos e industriales) representa un problema cuando se trata de grandes urbes. El agua
residual constituye una fuente alternativa importante para el riego de los cultivos, pero, por otro lado, su uso
para este fin, sin un adecuado tratamiento, puede constituirse a su vez en un problema mayor, por todos los
riesgos que esto supone. En efecto, se han registrado a nivel mundial, muchos casos de brotes de
enfermedades, casos de intoxicaciones masivas y se ha propiciado la degradación de diversos cuerpos de
agua.
Según la UNESCO (2003) el uso del agua va en aumento en relación con la cantidad disponible. Los
seis mil millones de habitantes del planeta ya se han adueñado del 54% del agua dulce disponible en ríos,
lagos y acuíferos subterráneos. En el 2025, el hombre consumirá el 70% del agua disponible. Esta estimación
se ha realizado considerando únicamente el crecimiento demográfico. Sin embargo, si el consumo de recursos
hídricos per cápita sigue creciendo al ritmo actual, dentro de 25 años el hombre podría llegar a utilizar más
del 90% del agua dulce disponible, dejando sólo un 10% para el resto de especies que pueblan el planeta.
La hidrología es el factor de diseño más importante en un humedal construido porque reúne todas las
funciones del humedal y porque es a menudo el factor primario en el éxito o fracaso del humedal. Mientras
la hidrología de un humedal construido no es muy diferente que la de otras aguas superficiales y cercanas a
superficie, difiere en aspectos importantes como los pequeños cambios en la hidrología pueden tener efectos
importantes en un humedal y en la efectividad del tratamiento. Debido al área superficial del agua y su poca
profundidad, un sistema actúa recíproca y fuertemente con la atmósfera a través de la lluvia y la
evapotranspiración (la pérdida combinada de agua por evaporación de la superficie de agua y pérdida a través
de la transpiración de las plantas).La densidad de la vegetación en un humedal afecta fuertemente su
hidrología, primero, obstruyendo caminos de flujo siendo sinuoso el movimiento del agua a través de la red
de tallos, hojas, raíces, y rizomas y, segundo, bloqueando la exposición al viento y al sol.
El agua residual es toda combinación de líquidos que transportan diferentes residuos con diversos
parámetros que proceden de múltiples lugares donde se incorporan aguas subterráneas, superficiales y
pluviales; las aguas residuales urbanas existen parámetros que permiten cuantificar y normalizar el nivel de
contaminación de estas las cuales son físicos (temperatura, agua, color y turbidez) y químicos (principalmente
sólidos, materia orgánica, nutrientes, PH, alcalinidad, dureza, cloruros y grasas). Con el paso de los años ha
aumentado la cantidad de aguas residual como también la concentración de contaminantes de acuerdo al
crecimiento poblacional.
La problemática de las aguas residuales conlleva a una serie de consecuencias que dificultan o
imposibilitan la vida como es la elevada presencia de microorganismos patógenos que favorece el crecimiento
de enfermedades que afectan la salud humada como (el cólera, la disentería, el tifus, etc.). El elevado
contenido de materia orgánica ya que esta facilita la actividad microbiana y con la aparición de olores
desagradables e implica una disminución del nivel de oxígeno disuelto que dificulta la vida acuática. Los
sólidos en suspensión que provocan acumulación que dificulten y modifiquen el curso natural de las aguas
superficiales. Los nutrientes facilitan el crecimiento e plantas acuáticas y si este es descontrolado provoca la
eutrofización y con ella la muerte de peces y plantas. Las trazas de metales o compuestos tóxicos si se produce
un aumento significativo de su concentración por acumulación es letal. (Joaquim Comas, 2008)
2
Los objetivos básicos del tratamiento de aguas residuales son proteger la salud; para cumplir con
dichos objetivos es necesario conocer las características de las aguas residuales a tratar. De acuerdo con
diferentes estudios y caracterizaciones se ha determinado que la cantidad total de excrementos humanos
húmedos es aproximadamente de 80-270 g por personal al día, que la cantidad de orina es de
1-1,3 Kg por persona al día y que un 20% de la materia fecal y un 2,5% de la orina son material orgánico
putrescible. Por consiguiente el agua residual domestica cruda es olorosa, ofensiva y un riesgo para la
salud. Si se arrojan aguas residuales a un río o cuerpo de agua, en exceso de la capacidad de asimilación de
contaminantes del agua receptora, este se verá disminuido en su calidad y aptitud para usos benéficos por
parte del hombre (Romero, 2004).
Además se ha determinado que el agua residual doméstica típica está compuesta mayoritariamente
por: Proteína 50 %, Sacarosa 8%, Celulosa 8%, Aceite y detergentes 10%, Almidón 24%.También contiene
micro y macronutrientes en diferentes concentraciones; cada uno de estos compuestos tiene un aporte
diferente para la DQO total de dicha agua residual.
Los humedales artificiales se han utilizado para tratar una amplia gama de aguas residuales como las
aguas domésticas, urbanas, industriales, de drenaje de extracciones mineras, escorrentía superficial agrícola
y urbana, tratamiento de fangos convencionales mediante deposición superficial en humedales de flujo sub
superficial donde se deshidratan y mineralizan. (García et al., 2004)
La utilización de humedales artificiales para el tratamiento de aguas servidas por el volumen creciente
de residuos biológicos y químicos que son arrojados a la red aguas superficiales, desde este punto de vista y
teniendo en cuenta que la construcción de plantas de tratamiento de aguas residuales es muy costosa. Estos
sistemas purifican el agua mediante remoción del material orgánico (DBO), oxidando el amonio, reduciendo
los nitratos y removiendo fósforo. Los mecanismos son complejos e involucran oxidación bacteriana,
filtración, sedimentación y precipitación química (Cooper et al., 1996). (Fernández et al., 2004).
Los humedales tienen tres funciones básicas que les confieren atractivo potencial para el tratamiento
de aguas residuales: fijan físicamente los contaminantes en la superficie del suelo y la materia orgánica,
utilizan y transforman los elementos por medio de los microorganismos y logran niveles de tratamiento
consistentes con un bajo consumo de energía y poco mantenimiento (Lara, 1999).
Los humedales de Flujo Libre Superficial (FLS); son aquellos sistemas en los cuales el agua está
expuesta a la atmósfera, sobre la superficie del suelo con vegetación desde un punto de entrada hasta el punto
de descarga, en algunos casos, el agua se pierde completamente por evapotranspiración y percolación en el
humedal; se usan normalmente para tratamiento avanzado o terciario.
Las macrófitas están adaptadas a crecer bajo condiciones de suelos saturados por agua, porque tienen
desarrollado un sistema de grandes espacios aéreos internos. Estos sistemas internos les permiten la provisión
de aire bajo condiciones de suelo saturado con agua desde la atmósfera hacia las raíces y rizomas. En algunas
especies este sistema ocupa más del 60% del volumen total del tejido (Brix en Kolb, 1998).
Las macrófitas poseen varias propiedades que hacen de ellas un importante componente de los
humedales construidos. Entre estas propiedades, los efectos físicos como la estabilización de la superficie de
los humedales construidos y la prevención de taponamientos de la matriz son muy importantes.
Además, proveen buenas condiciones para la filtración física y una superficie grande para el crecimiento
microbiano adjunto. Otra de sus propiedades es la transferencia de oxígeno a la rizósfera, aunque las
estimaciones sobre la cantidad de esta transferencia de oxígeno varían en un amplio rango.
Cyperus Papyrus (papiro) pertenece a la familia Cyperaceae, llega a tener una altura de 0.5 a 1.5 m con una
profundidad radical de 0.2 – 0.4 m, posee una densidad de plantación de 5 m2, se caracteriza por su absorción
de metales pesados, el papiro se multiplica principalmente a través de sus rizomas, de las que brotan nuevos
troncos a intervalos regulares. Produce también semillas que pueden ser transportadas por el viento. Tolera
temperaturas de 20 a 33°C, y tiene un pH entre 6 - 8,5. (Perez, Alfaro y Agüero 2012), señalan que en un
estudio realizado en Cosa Rica mostro una eficiencia de remocion de carga organica en porcentajes promedio
del 91% para el caso de DBO y 72% para el caso del DQO, asi mismo en cuanto a nutrientes, se obtuvo una
remocion promedio del 75% para el fosforo soluble y un 73% en solidos totales.
3
Phragmites Australis, (carrizo) pertenece a la familia Poaceae, llega a tener una altura de 1.5 a 3 m con una
profundidad radical de 0.7 – 0.8 m, absorbe contaminantes tales como plomo y zinc, contiene rizomas que
penetran vertical y profundamente, en el sustrato o fango del humedal, por ello el efecto oxigenador es
potencialmente mayor, germinan en aproximadamente 5 días en condiciones de humedad a 20-24ºC, el
carrizo es una planta que produce mucha biomasa, y tiene un pH entre 2 – 8. (Izaguirre 2006) señala que los
resultados de un estudio realizado en México en el cual se utilizó Phragmites australis como sustrato, tuvo
una efectividad de remoción del 88,5% para DBO5, 87,4 % DQO, 89% sólidos suspendidos, 73,6% nitrógeno
orgánico y 99% coliformes fecales, cabe resaltar que pesar de su efectividad uno de los factores más
importantes que hay que tener en cuenta con este tipo de especies es que no elimina al fosforo, pues no produce
adsorción. (Hidalgo y Montano 2005).
Tomando como referencia los estudios nombrados anteriomente, para el presente trabajo se tomaron
como plantas sutrato el carrizo y el papiro, debido a su eficiencia en el remocion de DBO, DQO, coliformes
fecales y solidos totales para un mejor resultado en la obtencion de aguas tratadas, asi mismo poseen un buen
margen de pH y temperatura.
Tabla 1: Efectos de las plantas en un sistema de humedal
Parte Función en el sistema del Humedal FLS

de la
planta
Atenúan la luz solar previniendo crecimiento de algas
Influencia en el microclima
Partes sobre el agua Acumulación de nutrientes
Reducción de los efectos del viento en la remoción de sólidos suspendidos
y transferencia de gases entre la atmosfera y el agua.
Producción de oxigeno
Efecto de filtro
Parte sumergidas en el
Reducción de la velocidad de la corrientes
agua
Anclaje para la bio-capa microbiana
Absorción de nutrientes
Anclaje para la bio-capa microbiana
Liberación de oxigeno
Estabilización de la superficie del sustrato
Previene el fenómeno de taponamiento en sistemas película
Raíces y rizomas en el Disminución de la erosión
medio Aumento de la superficie para la formación de la biopelicula
Toman el carbono, nutrientes, y elementos de traza y los incorporan a los
tejidos de la planta.
El escape de oxígeno desde las estructuras subsuperficiales de las plantas,
oxigena otros espacios dentro del substracto.
Hojas y rizoma caídas Descomposición en el suelo, fuente de carbono para los microorganismos
Fuente: (Prassad, 2004)
La cubierta vegetal producida por la vegetación emergente da sombra a la superficie del agua,
previene el crecimiento y persistencia del agua y reduce la turbulencia inducida por el viento en el agua que
fluye por el sistema. Aún más importante son las porciones sumergidas de las plantas vivas, los ramales
erguidos de las plantas muertas, y los detritos acumulados del crecimiento vegetal previo; éstas superficies
sumergidas proporcionan el sustrato físico para el crecimiento de organismos perifíticos adheridos que son
responsables por la mayoría del tratamiento biológico en el sistema. La lenta velocidad que se produce y el
flujo esencialmente laminar proporcionan una remoción muy efectiva del material particulado en la sección
4
inicial del sistema. Es necesario destacar que la velocidad de remoción de los contaminantes está relacionada
a la velocidad de crecimiento de las plantas y a la concentración del contaminante en el tejido de la planta
donde para esto existen procesos de remoción física, son capaces de proporcionar una alta eficiencia física
en la remoción de contaminantes (Llagas y Guadapale, 2006).
Este material particulado, caracterizado como sólidos suspendidos totales (SST), contiene
componentes con una demanda bioquímica de oxígeno (DBO), distintos arreglos de nitrógeno total y fósforo
total, y trazas de metales y compuestos orgánicos más complejos. La oxidación o reducción de esas partículas
libera formas solubles de DBO al medio ambiente del humedal en donde están disponibles para la absorción
por el suelo y la remoción por parte de las poblaciones microbianas y vegetales activas a lo largo del humedal.
El oxígeno está disponible en la superficie del agua, en microzonas de la superficie de plantas vivas
y en superficies de raíces y rizomas, lo cual permite que se produzca actividad aeróbica en el humedal. Se
puede asumir, sin embargo, que la mayor parte del líquido en el humedal FLS es anóxico o anaeróbico. Esta
falta general de oxígeno limita la remoción biológica por nitrificación del amoníaco (NH3/NH4 - N) , pero
los humedales FLS sí son efectivos en cuanto a la remoción de DBO, SST, metales y algunos contaminantes
orgánicos prioritarios dado que su tratamiento puede ocurrir bajo condiciones aeróbicas y anóxicas. (EPA,
2000)
Los humedales artificiales FLS pueden remover coliformes fecales del agua residual municipal, al menos en
un orden de magnitud. Esto no siempre es suficiente para cumplir con los límites de descarga en todas las
localidades, por lo cual podría requerirse desinfección subsiguiente. La situación puede complicarse aún más
debido a que las aves y otras especies de vida silvestre producen coliformes fecales. (Lara, 1999)
Para las dimensiones, tiempo de retención hidráulica y velocidad de flujo del sistema, la remoción de la DBO
depende de la temperatura del agua, Debido a que las plantas vivas y los detritos representan una resistencia
significativa al flujo por la fricción a lo largo del humedal, se deben considerar los aspectos hidráulicos en el
diseño del sistema. (Chazarene y Merlín, 2004.)
Tabla 2: Funciones de los elementos del proceso en humedales FLS
Elementos del Principales funciones Notas

proceso
• Mantener la capacidad • Para el desarrollo de raíces y rizomas
hidráulica en el suelo • Demostrado principalmente en cañas (Phragmites Australis)
• Suministrar oxígeno al • Sobre todo en periodo de crecimiento de las plantas
Plantas suelo • Cuando la necesidad de las plantas se satisface ya no los
• Consumir nutrientes consume
• Mantener bacterias • El recorte de plantas asegura la remoción de nutrientes.
• Estabilizan el • Alrededor de las raíces o de las espigas
substracto y limitan la • Transfieren gases entre la atmósfera y los sedimentos
canalización del flujo.
• Pueden estar fijados en el suelo p la superficie
• Remoción de DBO • Buena eficiencia aun en invierno (disminuye cerca de un 25%)
• Nitrificación/ • Si se acierta en crear condiciones secuenciales aerobias y
Microrganismos desnitrificación anaerobias
• Remoción de SST • La eficiencia disminuye mucho en invierno
• Eficiente cuando el medio es fino (arena)
5
• Es posible si el medio contiene parcialmente iones ferrosos,

• Remoción de nutrientes de aluminio u otros que puedan favorecer la absorción
(fosforo) y de ciertos • En la medida que la capacidad de absorción se completa y se
Suelos metales por absorción disminuye la remoción de nutrientes será eficiente en el largo
• Mantener bacterias plazo
• Un desarrollo muy grande de bacterias especialmente
anaerobias pueden colmatar el lecho filtrante
Fuente: (Llagas y Guadapale, 2006)
Mecanismos de remoción en humedales de materia orgánica (MO) sedimentable por las condiciones
de baja turbulencia, mediante procesos de sedimentación y filtración; crecimiento microbiano en forma
suspenda (fase líquida) o adherida (raíces y sedimentos). La MO puede ser degradada bajo condiciones
aerobias o anaerobias. El Oxígeno requerido para la degradación aerobia puede ser tomado directamente de
la atmósfera por las plantas y traslocado a la zona de raíces o puede ser difundido directamente desde la
atmósfera. La oxidación de la MO soluble es realizada por bacterias heterotróficas son las principales
responsables de la reducción de la DBO en el sistema. Un insuficiente abastecimiento del oxigeno limitará
la oxidación biológica, dando lugar a procesos anaerobios. Por el contrario si hay suficiente cantidad de
Oxígeno, la oxidación aerobia, gobernará toda el proceso de oxidación de la materia orgánica (Paredes y
Kuschk, 2001). La disponibilidad de oxígeno esta relacionada con la eficiencia en la transferencia de oxígeno
atmosférico en los humedales tipo FLS y con el alcance de la penetración de las raíces y la eficiencia en la
transferencia de oxígeno de estas raíces. La degradación anaerobia de la MO es un proceso en múltiples
etapas que puede ser desarrollado por bacterias heterotróficas facultativas o anaerobias obligadas. En la
primera etapa los productos finales primarios de la fermentación son ácidos grasos como acido acético,
butírico y láctico y gases; el ácido acético es un compuesto primario formado en muchos suelos saturados y
en sedimentos presentes en humedales. Bacterias aerobias estrictas, tanto sulfato reductoras como metano
generadoras, utilizan los productos finales primarios generando gas sulfhídrico y metano. (Paredes y Kuschk,
2001).
Medida de la concentración de ion hidrógeno en el agua, expresada como el logaritmo negativo

de la concentración molar del ion hidrógeno. Aguas residuales en concentraciones adversas del ion
hidrógeno son difíciles de tratar biológicamente, alteran la biota de las fuentes receptoras y
eventualmente son fatales para los microorganismos. Aguas con pH menor de seis, en tratamiento
biológico favorecen el crecimiento de hongos sobre las bacterias. A pH bajo el poder bactericida del
cloro es mayor, porque predomina el HOCl; a pH alto la forma predominante del nitrógeno amoniacal
es la forma gaseosa no iónica (NH3), la cual es toxica, pero también removible mediante arrastre con aire,
especialmente a pH de 10,5 a 11,5. El valor de pH adecuado para diferentes procesos de tratamiento y para
la existencia de la mayoría de la vida biológica puede ser muy restrictivo y crítico, pero generalmente es
de 6,5 a 8,5. Las bacterias acidificantes son fácilmente adaptables, mientras que las generadoras de metano
son más sensitivas y sólo trabajan en un rango de pH entre 6,5 y 7,5. Una sobreproducción de ácido por parte
de las bacterias acidificantes puede resultar en un bajo pH, lo cual inhibe la acción del segundo grupo,
originando compuestos olorosos en el humedal. La descomposición anaerobia es mucho más lenta que la
aerobia, sin embargo, cuando el Oxígeno es un factor limitante y se tienen altas cargas orgánicas el principal
proceso será anaerobio (Paredes y Kuschk, 2001).
La Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) es la cantidad de oxígeno que requieren los

microorganismo para oxidar (estabilizar) la materia orgánica biodegradable en condiciones aerobias. La
DBO es el parámetro más usado para medir la calidad de aguas residuales y superficiales, para
determinar la cantidad de oxígeno requerido para estabilizar biológicamente la materia orgánica del
agua, para diseñar unidades de tratamiento biológico, para evaluar la eficiencia de los procesos de
tratamiento y fijar las cargas orgánicas permisible en fuentes receptoras (Romero, 2004). Su reducción
de la ocurre rápidamente por sedimentación y filtración de partículas en los espacios entre la grava y las
6
raíces. La DBO soluble es eliminada por microorganismos aerobios o anaerobios que crecen en la superficie
de la grava, raíces y rizomas de las plantas, pero el resto del lecho sumergido ocurre por vías anaerobias:
fermentación metánica y sulfato reducción. Las plantas y el suelo no tienen influencia directa en la remoción
de la DBO pero en forma indirecta favorecen el crecimiento de microorganismos; además las plantas
suministran una proporción de Oxígeno necesaria. (Lahora A, 2001).
La remoción de Sólidos Suspendidos Totales (SST) en humedales construidos es muy efectiva y más
o menos rápida, alcanza remociones de alrededor de 90 a 95 %, es decir produciendo efluentes con
concentraciones inferiores a 10 mg/L. Los mecanismos de remoción de SST ocurren por vías de
sedimentación y filtración, gracias a la alta densidad de vegetación, pero para mantener los rendimientos de
remoción es importante escoger bien el lecho filtrante y mantener la granulometría del medio filtrante entre
10 y 15 mm.
El mayor beneficio de las plantas es la transferencia de oxígeno a la zona de la raíz. Su presencia

física en el sistema (los tallos, raíces, y rizomas) permite la penetración a la tierra o medio de apoyo y
transporta el oxígeno de manera más profunda, de lo que llegaría naturalmente a través de la sola difusión.
Lo más importante en los humedales FWS es que las porciones sumergidas de las hojas y tallos se degradan
y se convierten en lo que hemos llamado restos de vegetación, que sirven como substrato para el crecimiento
de la película microbiana fija que es la responsable de gran parte del tratamiento que ocurre.
Las plantas emergentes contribuyen al tratamiento del agua residual y escorrentía de varías maneras
Estabilizan el substrato y limitan la canalización del flujo. Dan lugar a velocidades de agua bajas y permiten
que los materiales suspendidos se depositen. Toman el carbono, nutrientes, y elementos de traza y los
incorporan a los tejidos de la planta. Transfieren gases entre la atmósfera y los sedimentos. El escape de
oxígeno desde las estructuras subsuperficiales de las plantas, oxigena otros espacios dentro del substrato. El
tallo y los sistemas de la raíz dan lugar a sitios para la fijación de microorganismos. Cuando se mueren y se
deterioran dan lugar a restos de vegetación.
Una característica fundamental de los humedales es que sus funciones son principalmente reguladas
por los microorganismos y su metabolismo. Los microorganismos incluyen bacterias, levaduras, hongos, y
protozoarios. La biomasa microbiana consume gran parte del carbono orgánico y muchos nutrientes. La
actividad microbiana, Transforma un gran número de sustancias orgánicas e inorgánicas en sustancias
inocuas o insolubles; altera las condiciones de potencial redox del substrato y así afecta la capacidad de
proceso del humedal; y está involucrada en el reciclaje de nutrientes. Muchas especies bacterianas son
facultativas, es decir, son capaces de funcionar bajo condiciones aeróbicas y anaeróbicas en respuesta a los
cambios en las condiciones medioambientales. Las poblaciones microbianas se ajustan a los cambios en el
agua que les llega y se pueden extender rápidamente cuando se tiene la suficiente energía. Cuando las
condiciones medioambientales no son convenientes, muchos microorganismos se inactivan y puede
permanecer inactivos durante años. La comunidad microbiana de un humedal construido puede ser afectada
por sustancias tóxicas, como pesticidas y metales pesados, y debe tenerse cuidado para prevenir que tales
sustancias se introduzcan en las cadenas tróficas en concentraciones perjudiciales.
Las principales vías de transmisión de enfermedades a los seres humanos desde el agua residual son:
el contacto directo con el agua residual, transporte de aerosoles, cadena alimenticia, e inadecuado trato del
agua de bebida.
La Convención Relativa a los Humedales de Importancia Internacional especialmente como Hábitat
de Aves Acuáticas, conocida en forma abreviada como Convenio de Ramsar, fue firmada en la ciudad
de Ramsar (Irán) el 18 de enero de 1971. Su principal objetivo es «la conservación y el uso racional de
los humedales mediante acciones locales, regionales y nacionales y gracias a la cooperación internacional,
como contribución al logro de un desarrollo sostenible en todo el mundo». Hasta febrero de 2011, Perú lleva
declarados un total de 13 sitios RAMSAR entre ellos el Humedal Lucre – Huacarpay- Cusco..
7
2. Materiales y Métodos
2.1 Muestreo
Para la interpretación de los resultados de análisis de laboratorio y su aplicación práctica es requisito
fundamental realizar antes un buen muestreo del agua residual. El muestreo de agua se realizó usando botellas
de vidrio, debido a que los análisis que se realzaron fueron específicamente análisis microbiológicos y
determinación de la demanda de oxígeno, se usaron botellas de vidrio con la finalidad de evitar las reacciones
secundarias entre los materiales de plástico y el agua. Debido a que el material de la botella es vidrio existe
el riesgo de que se rompan, por esta razón, se dejó un espacio de 5cm de aire después de cerrar la botella.
El muestreo de agua se realizó en el paradero “Tres Tiendas” Carapongo – Lurigancho tomando como
punto de muestreo el canal de riego de la margen izquierda. Se tomó la muestra sosteniendo la botella cerca
de su base y sumergiéndola boca abajo, girando la botella hasta que el cuello apunte hacia arriba, dirigiéndose
hacia la corriente. Se tomaron dos muestras de 650 ml, las cuales fueron llevadas al Laboratorio de Análisis
de Agua, Suelo y Medio Ambiente de la Universidad Agraria la Molina, para la determinación de los análisis
correspondientes.
2.2 Dimensiones del sistema

Los cálculos como las dimensiones, tiempo de retención hidráulica y velocidad de flujo del sistema
son una adaptación de Crites y Tchobanoglous, llamado Small Decentralized Wastewater Treatment Systems
para para humedales artificiales a escala laboratorio; se usó como referencia la temperatura mínima promedio
del mes de marzo de Ñaña- Lurigancho-SENAMHI; cantidad de afluente y la cantidad de la Demanda
Bioquímica de Oxígeno (DBO) inicial y cuanto se necesitaba reducir para cumplir los ECA para agua D.S.
002-2001.MINAM, Categoría riego de vegetales tallo bajo y alto y bebida de animales.
Para la determinación del tamaño del sistema biológico de filtración, se determinó la temperatura
mínima del ambiente del sitio propuesto (21°C), con ello se calculó la constante de velocidad de reacción,
KT (día-1) para DBO con la temperatura apropiada en 20°C (k20) varía dependiendo del sistema. Un valor K
más grande indica la descomposición más rápida de DBO, debido a ello se utilizó un K20 de 1.1 dia-1. El
sistema tiene una constante de velocidad de 1.76 dia-1.
Asimismo se calculó el tiempo de retención t por día, es decir el tiempo que el agua debe quedarse
en el sistema para alcanzar el nivel de DBO deseado, teniendo a CO como la concentración de DBO que
ingresa (270 mg/L), y C la concentración de DBO deseado en efluente (5mg/L) el cual dió como resultado 2
días de retención del agua residual en el sistema.
La carga de DBO por área Lorg (g DBO/m2-día) Se calcula con el nivel de DBO (mg/L = g/m3) del
agua influyente, dw (m) que es la profundidad del sustrato, que puede ser típicamente de 0.7 m. Entre más
profundo se encuentre el sustrato, mayor será carga que el sistema puede procesar, pero si el sustrato es
demasiado profundo, las condiciones en el fondo llegan a ser anaeróbicas y pueden resultar en la eliminación
reducida del DBO y de nutrientes. L_org= 29.4 g BOD/m2-día, este número indica la masa de DBO por área
por día que el sistema recibirá.
El área total de la planta de tratamiento se halla con el valor de caudal, el tiempo de retención,
porosidad efectiva del sustrato (0.35 para arena y grava) y la profundidad del sustrato (0.7m tomando como
referencia la mayor profundidad radicular de la planta Papiro) dándonos como resultado un área final del
sistema de 1.84 m2 necesaria para la reducción de DBO.
El cálculo del ancho de la planta de tratamiento se basó en el área total del humedal y la proporción,
longitud/ancho, usando 2:1 como coeficiente dando como resultado: Largo 0.60 m, ancho 0.40 m y alto
0.30m.
2.3 Montaje del sistema
8
Se colocó una capa de arena gruesa de 5 cm de espesor en el fondo, una capa de grava encima y una
capa de tierra de 5 cm de espesor, se incorporaron dos tubos, uno de entrada y otro de salida del agua. Las
especies Cyperus Papyrus y Phragmites Australis fueron sembradas en el sistema dos semanas antes de
realizar el análisis para su adaptación y estabilización en el medio, se trasplantaron plantas de humedal ,7
plantas de carrizo y 10 plantas de papiro, más un poco de tierra del lugar donde crecieron. La parte con la
raíz se colocó aproximadamente 5 cm debajo de la capa de tierra del humedal, se saturo el humedal con agua
hasta la superficie para mantener el suelo húmedo durante el periodo de retención, el agua efluente fue
recolectada a nivel del suelo. El sistema FLS requiere condiciones de flujo uniformes para alcanzar los
rendimientos esperados. Esto se alcanza en sistemas de pequeño o moderado tamaño con tuberías de
recolección perforadas que se extienden a lo ancho de toda la celda, tanto para la entrada como para la salida.
Un colector de entrada sobre la superficie permite el acceso para ajustes y control, por lo que se prefiere para
muchos sistemas. Este colector generalmente consiste en una tubería plástica de 100 a 200 mm de diámetro,.
Figura 1: Montaje del sistema de humedal FLS a escala piloto
9
En la figura se puede apreciar el montaje del experimento la entrada del agua residual y la salida
del agua después del tratamiento en el humedal con plantas emergentes Cyperus Papyrus y Phragmites
Australis, el sustrato de arena y grava.
3. Resultados y Discusión
3.1 Remoción de DBO

Dentro de los parámetros establecidos para la reducción de DBO, se obtuvo una remoción de
aproximadamente 84% de su valor inicial, esto confirma la eficiencia de los sistemas tipos FWS en la
remoción de la materia sedimentable, se considera que el 50% de la DBO aplicada es removida en los
primeros metros del humedal ya sea descompuesta aeróbica o anaeróbicamente, y dependiendo del oxígeno
disponible con el que cuenta. El resto de la DBO continúa siendo removida del agua residual al entrar en
contacto con los microorganismos que crecen en el sistema, esta actividad biológica puede ser aeróbica cerca
de la superficie del agua en el humedal, pero la descomposición anaerobia prevalece en el resto del sistema.
La Figura 1 ilustra la DBO a la entrada contra la DBO a la salida para el sistema de humedal establecido en
el presente trabajo, el valor del efluente está por debajo del afluente pero no llega al establecido por el ECA-
agua.
DBO (mg/L)
290 PRE-
270 TRATAMIENT
250 O; 270
230
210
190
170
150
130
110 POST-
90
70 TRATAMIENTO,
50 43
30
10 ECA; 15
0 1 2 3 4 5
DBO (mg/L)
Figura 1 - DBO de entrada contra DBO de salida y DBO establecido en el ECA – agua en humedal artificial
piloto.
Se sabe que en climas cálidos, la remoción de DBO es más eficiente durante los primeros días es muy
rápida es por ello que en este caso, la remoción fue de un aproximado del 84%, ya que el tiempo de retención
fue de dos días, eliminando así el mayor número de DBO. De la misma manera en los días siguientes la
remoción es limitada y se cree que está influida por la producción de DBO residual que se produce por la
descomposición de los residuos de las plantas y otra materia orgánica natural presente en el humedal, esto
hace que se produzca DBO dentro del sistema provenientes de fuentes naturales, por tanto, no es posible
diseñar un sistema para una salida de cero DBO, independientemente del tiempo de retención que este posea.
3.2 Remoción de Coliformes fecales

La remoción de Coliformes tuvo una efectividad 89%, con ello se puede decir que cumple con la
capacidad normal de reducción dentro de los primeros días de retención, es decir se eliminó aproximadamente
entre uno a dos logaritmos, los cuales no fueron suficientes para satisfacer los requisitos establecidos por el
10
ECA – agua, < 500NMP/100 ml. Se puede decir que para lograr una reducción mayor a la obtenida es decir
de 3 a 4 logaritmos es necesaria una retención de 14 días.
La figura 2 ilustra la cantidad de Coliformes removidos por el humedal en un periodo de retención de dos
días
Coliformes totales/ coliformes

200005000 termotolerantes (NMP/100ml)
PRE-
TRATAMIENT
150005000
O; 160000000
100005000
50005000 POST-
TRATAMIENTO,
17600000
5000 ECA; 5000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Coliformes totales/ coliformes termotolerantes (NMP/100ml)
Figura 2 – Coliformes Totales y Termotolerantes de entrada y salida en comparación a lo establecido por el

ECA – agua en el humedal artificial piloto.
3.3 Remoción de turbidez

El grado de turbidez de las aguas tratadas mediante el humedal artificial piloto muestra una reducción
del 77%, esto se notó claramente por la transparencia del efluente en comparación con el afluente, esto se dio
principalmente por las propiedades de adsorción que tiene las plantas utilizadas para el humedal.
En la figura 3 se muestra la diferencia de la turbidez del efluente con la afluente en valores numéricos.
Turbidez (UNT)
Turbidez (UNT)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90100110120130140
Turbidez (UNT)
POST-
30
PRATAMIENTO
PRE-TRATAMIENTO 130
Figura 3 – Reducción de turbidez pre y post tratamiento del humedal artificial a escala piloto.
3.4 Reducción del pH

La reducción del pH dentro del humedal artificial fue aproximadamente de un 3%, a pesar de que no
es una reducción considerablemente alta se puede decir que está dentro de los parámetros establecido por el
ECA – agua que equivale a valores entre 6.5 – 8.5.
En la figura 4 se muestra la diferencia del nivel del pH, pre y post tratamiento comparadas con lo establecido
por el ECA – agua.
11
pH
8.6
ECA; 8.5
8.4
8.2
8
PRE-
7.8 TRATAMIENTO;
7.8
7.6 POST-
TRATAMIENTO,
7.4 7.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
pH
Figura 4 – Reducción del pH pre y post tratamiento dentro del humedal artificial a escala piloto
3.1. Resultados 1
Los resultados obtenidos pre-tratamiento y post-tratamiento, fueron comparados con el ECA establecido
por el Ministerio del Ambiente, se logró obtener una considerable remoción de los parámetros
microbiológicos y de DBO, así como de turbidez, que se muestran en los valores obtenidos, para el DBO que
tuvo un afluente de 270 mg/L, tuvo un efluente de 43 mg/L, para los Coliformes Totales y Termotolerantes
se determinó un afluente de 16 x 107 NMP/100ml y un efluente de 176 x 105, para el nivel de turbidez se
estimó un afluente de 130 UNT y un efluente de 30 UNT, pH obtuvo una mínima remoción teniendo un
afluente de 7.8 y un efluente de 7.5, la temperatura de pre y post tratamiento se mantuvo constante con un
valor de 21° C.
3.2. Resultados 2
Estadísticamente la remoción fue eficiente con respecto a los parámetros microbiológicos y DBO, esto
confirma las estadísticas planteadas anteriormente por otros autores, los resultados obtenidos del post
tratamiento fueron aproximadamente un 84% para el DBO, 89% para Coliformes totales y Coliformes
Termotolerantes, 3% para pH y 77% para turbidez. Esto confirma el proceso de adsorción que tienen las dos
especies usadas para dicho humedal, es necesario resaltar que no existe un cambio de temperatura específico
ya que el humedal se mantiene a una temperatura constante.
3.3. Resultados 3
Los resultados del proceso de remoción de parámetros microbiológicos y DBO, para las aguas residuales
de Carapongo - Lurigancho se muestran a continuación:
Tabla 1
Contraste del pre-tratamiento, post-tratamiento y ECA-agua para las aguas residuales de Carapongo –
Lurigancho.
12
PARÁMETRO PRE-TRATAMIENTO POST-TRATAMIENTO ECA
DBO (mg/L) 270 43 15

Coliformes totales/ Coliformes
Termotolerantes (NMP/100ml) 16 x 107 176 x 105 5000
pH 7.8 7.5 8.5

Temperatura (°C) 21 21 -
Turbidez (UNT) 130 30 -
4. Conclusiones
Se logró evaluar la eficiencia en el tratamiento de aguas residuales de Carapongo-Lurigancho para

riego mediante Humedales Artificiales de flujo libre superficial (FLS) con las especies Cyperus Papyrus y
Phragmites Australis
A pesar de que la remoción de los parámetros microbiológicos y DBO fue efectiva y eficiente
reduciendo en un aproximado del 80 al 89% en todos los parámetros, estos resultados aún no llegan a cumplir
los ECA para el uso de riego de vegetales. Es por ello que para que la eficiencia de este humedal sea
completamente efectiva, será necesario anteponer otro método de remoción, ya sea un tratamiento secundario
para que así usando los humedales como tratamiento terciario la remoción de los parámetros nombrados
anteriormente estén dentro del parámetro establecido.
Se puede obtener una DBO5 por debajo de 25 mg2/L, aunque no es posible bajar de una DBO de 7-
10 mgO2/L, que parece proceder de residuos orgánicos del propio sistema y no del agua residual original.
Aunque se realizó un análisis después de un tiempo de retención menor a lo requerido para pruebas
microbiológicas, se puede ver que los humedales artificiales son en general, capaces de una reducción de
coliformes fecales de entre uno a dos veces con tiempos de retención hidráulica de 3 a 7 días que en muchos
casos no es suficiente para satisfacer los requisitos de ECA (1000NMP/100 ml). Tiempos de retención
superiores a 14 días serían necesarios para lograr reducciones de 3 o 4 veces CT y CF. Como resultado, la es
necesario el complemento de alguna forma de desinfección final, adición de Hipoclorito de calcio. Sin
embargo se hace necesario un estudio más prolongado, que permita determinar con mayor exactitud las
tasas de remoción en cuanto a contaminación microbiológica.
Este proceso mejoran las cualidades organolépticas de las aguas residuales; ya que pese a las
características del agua los efluentes de los sistemas en estudio no tenían ningún olor desagradable
o color característico del afluente. Tampoco se desarrollaron olores fuertes en las instalaciones de los
sistemas ni proliferación de vectores.
Representan una buena alternativa para el tratamiento de aguas residuales domésticas, ya que
no tienen mayores requerimientos, ni personal calificado para su mantenimiento, y los costos de
operación e implementación son bajos.
Recomendaciones
Algunas limitaciones potenciales en humedales construidos es que son susceptibles a obstrucciones

debido a sedimentos que entran en los tubos y previenen el flujo. Esto puede ser prevenido instalando la malla
fina o trampas recomendadas para sólidos grandes en la entrada del tubo.
13
Cuando se presentan eventos intensos de vientos y proliferación de algas, los picos de caudal influyen
negativamente en la eficiencia de remoción de coliformes fecales. Puede causar que los sólidos que se
asentaron previamente se liberen hacia las aguas de superficie. Esto debe ser evitado permitiendo que la salida
este siempre abierta, y manteniendo el humedal en su nivel de agua natural.
Es probable que se formen pantanos en donde se acumule una pequeña capa de agua sobre la
superficie del terreno y donde existía una capa de subsuelo relativamente impermeable que prevenga la
filtración del agua en el subsuelo.
Las especies invasivas, es importante no introducir las especies de plantas de humedales que son
compradas para los humedales construidos en viveros en humedales naturales. Algunas especies de plantas
son más agresivas que otras y pueden dominar un humedal natural, matando las especies nativas. Es
importante evitar esto para mantener la diversidad natural de las especies.
Se recomienda hacer cosechas cuando se observe que el humedal este en un estado de crecimiento
avanzado para optimizar la absorción de nutrientes por parte de las plantas.
La aplicación de este modelo de humedal en otras zonas del país va a depender de la geografía
delterreno, el cual dictará la forma general y configuración del humedal; la temperatura del lugar va de
acuerdo con la estación, así en invierno la altura de los humedales generalmente tiene que ser incrementada
para almacenar más calor en la columna de agua; la disponibilidad de las plantas para evitar la necesidad de
aclimatación
En humedales de FLS, el agua debe cubrir todas las partes de la superficie del humedal, debe ser
verificado periódicamente para asegurar que el agua se está moviendo a través de todas las partes del humedal
y que el aumento de residuos no ha bloqueado caminos de flujo, y no se han desarrollado áreas de
estancamiento que aumentan la probabilidad de mosquitos. Deben verificarse flujos y niveles de agua
regularmente. Deben verificarse los humedales SFS para ver que no se está desarrollando flujo en la
superficie.
Mientras las plantas del humedal pueden tolerar cambios temporales en la profundidad del agua, debe
tenerse cuidado de no exceder los límites de tolerancia de las especies usadas durante periodos largos de
tiempo. La profundidad del agua puede aumentarse durante los meses fríos aumentando así el tiempo de
retención y protegiendo contra las heladas. La cubierta vegetal en los diques debe mantenerse para desarrollar
una capa de tierra buena con sistemas de raíz extensos que resisten a la erosión.
La vegetación debe ser inspeccionada regularmente y deben quitarse las especies invasoras. Los herbicidas
no deben usarse excepto en circunstancias extremas, y sólo entonces y con cuidado extremo, dado que pueden
dañar severamente la vegetación emergente.
Los mosquitos son comunes en los humedales naturales y pueden esperarse en humedales artificiales.
La mejor manera de evitar problemas con mosquitos en los humedales artificiales es crear condiciones en el
humedal que no sean atractivas a los mosquitos o que no conduzcan al desarrollo de larvas. Lugares abiertos
con agua estancada son un excelente hábitat para los mosquitos, y los nutrientes del agua estancada, son
ideales para el desarrollo larval. Cuando el agua está en movimiento se minimiza el riesgo de desarrollo de
mosquitos.
El control de mosquitos con insecticidas, aceites, y agentes bacterianos como es a menudo difícil en
humedales artificiales; el uso de insecticidas en humedales artificiales con cantidades grandes de materia
orgánica es ineficaz porque la materia orgánica los adsorbe y porque se diluyen rápidamente o son degradados
por el agua que viaja a través del humedal. Los tratamientos químicos deben usarse con cautela porque se
corre el riesgo de contaminar el humedal y el cauce receptor.
La supervisión es una herramienta operacional importante que proporciona datos para mejorar el
rendimiento del tratamiento, identifica problemas, documenta la acumulación de sustancias potencialmente
tóxicas antes de que sean bio-acumulables, determina el cumplimiento de los requisitos reguladores.
El aumento de los sedimentos acumulados así como de la capa de residuos, disminuye la capacidad
de almacenamiento de agua, afectando la profundidad de está en el humedal y posiblemente alterando los
caminos de flujo. Los sedimentos, la capa de residuos, y la profundidad del agua deben verificarse de vez en
cuando. Si el agua residual pudiera contener contaminantes tóxicos, como pesticidas o metales pesados,
14
deben analizarse los sedimentos una o dos veces al año para supervisar el aumento potencial de estos
contaminantes en los sedimentos del humedal.
Referencias
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17

Evaluacion de La Eficiencia en El Tratamiento de A

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Revista de Investigación Ciencia, Tecnología y Desarrollo Volumen 3 - Número 2 (Mayo - Agosto) 2017

Evaluación de la eficiencia en el tratamiento de aguas residuales para riego mediante humedales

Recibido 05 de abril de 2017, Aceptado 14 de mayo de 2017

ISSN 2313-7991(impresa)ISSN 2410-843x(en línea) 48

Tabla 1: Efectos de las plantas en un sistema de humedal

Parte Función en el sistema del Humedal FLS

Fuente: (Prassad, 2004)

Elementos del Principales funciones Notas

• Es posible si el medio contiene parcialmente iones ferrosos,

Fuente: (Llagas y Guadapale, 2006)

Medida de la concentración de ion hidrógeno en el agua, expresada como el logaritmo negativo

La Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) es la cantidad de oxígeno que requieren los

El mayor beneficio de las plantas es la transferencia de oxígeno a la zona de la raíz. Su presencia

2.2 Dimensiones del sistema

2.3 Montaje del sistema

Figura 1: Montaje del sistema de humedal FLS a escala piloto

3.1 Remoción de DBO

3.2 Remoción de Coliformes fecales

Coliformes totales/ coliformes

Figura 2 – Coliformes Totales y Termotolerantes de entrada y salida en comparación a lo establecido por el

3.3 Remoción de turbidez

3.4 Reducción del pH

PARÁMETRO PRE-TRATAMIENTO POST-TRATAMIENTO ECA

DBO (mg/L) 270 43 15

pH 7.8 7.5 8.5

Se logró evaluar la eficiencia en el tratamiento de aguas residuales de Carapongo-Lurigancho para

Algunas limitaciones potenciales en humedales construidos es que son susceptibles a obstrucciones

Andrés P, y Rodríguez, R, (2008), Evaluación y prevención de riesgos ambientales en Centroamérica, Documenta

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