Biofiltros
- 1. APORTE INDIVIDUAL APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA: IMPLEMETACIÓN DE BIOFILTROS PARA EL MANEJO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS ANDRÉS FELIPE ZÚÑIGA DÍAZ (Geógrafo) MÓDULO DE BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL DOCENTE Ph.D. JORGE WILLIAM ARBOLEDA VALENCIA UNIVERSIDAD DE MANIZALES FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONÓMICAS Y ADMINISTRATIVAS MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE MODALIDAD VIRTUAL - COHORTE 19 2019
- 2. El agua es un recurso natural necesario para la vida, pero con el creciente desarrollo económico y urbano la demanda de este líquido es mayor, y la oferta cada vez es menos gracias a la contaminación causada por el hombre. Hoy en día es evidente que fuentes de agua como ríos, acuíferos, lagos y mares ya son incapaces por sí mismas de absorber y neutralizar esta alta carga contaminante, y por ello estas masas de agua han perdido sus condiciones naturales de apariencia física y su capacidad para responder al equilibrio ecológico que de ellas se espera para preservar la vida y como resultado, pierden aquellas condiciones mínimas que les son exigidas para su racional y adecuado aprovechamiento como fuentes de abastecimiento y fuentes de vida, lo que genera una gran preocupación en todo el mundo. La contaminación del recurso hídrico en muchos países ha aumentado durante las últimas décadas debido a que muchas personas especialmente las que habitan en zonas rurales no cuentan con instalaciones de saneamiento básicas y se ven obligadas a realizar las descargas de aguas residuales no tratadas a fuentes de agua, como los ríos, es por esto que se han buscado implementar mecanismos y/o procesos para el tratamiento y disposición final de estas aguas residuales con el fin de proteger la calidad de las aguas receptoras. Entre las alternativas para el control y manejo de estas aguas residuales, está la Implementación de tecnologías ambientales que permitan un desarrollo sustentable para el ambiente. Entre estas nuevas innovaciones está el Método de Biofiltro el cual consiste en un filtro percolador el cual está compuesto por capas filtrantes, lombrices y microorganismos asociados, sistema de ventilación y doble fondo. Todo esto porque al pasar por los distintos estratos del biofiltro ha quedado retenido un alto porcentaje de materia orgánica, la cual será transformada en humus sin generar lodos. Los biofiltros permiten dar una solución para el tratamiento de las aguas residuales de una manera amigable al medio ambiente. Reduciendo los impactos negativos que ocasiona la mala disposición de dichas aguas, al mejorar su calidad
- 3. antes de ser regresadas a la naturaleza, mejora el nivel de vida de las personas al funcionar dando belleza natural. El reciclaje de las aguas incide directamente en la parte financiera: al reducir volúmenes de agua que no entran al sistema de alcantarillado, se reducen proporcionalmente los costos por dar un tratamiento a esas aguas. Los biofiltros, además de brindar un tratamiento desde el hogar a las aguas residuales, permiten tener la posibilidad de un reusó. El agua resultante del efluente del sistema puede ser utilizada para otras actividades dentro del mismo hogar (según la calidad que está presente al final del tratamiento), reduciendo el consumo del agua potable hasta en un 20%. En la construcción de los biofiltros se utilizan plásticos y sacos para la impermeabilización de la zanja donde se colocará el material filtrante. Con esto se evitan los altos costos de realizar esta estructura en concreto y se hace más sencilla su construcción. Los biofiltros no incurren en gastos por mantenimiento. El mantenimiento rutinario es compromiso por las mismas familias que adquieren el sistema, el cual es simple y utiliza utensilios que usualmente se encuentran en los hogares (pazcón, picheles plásticos etc.). El sistema funciona enteramente por gravedad, por lo que no necesita de energía eléctrica. Este sistema evita la acumulación de residuos y los malos olores e implica, además, bajos costos de inversión en relación con otros sistemas, fácil operación y mantenimiento. Permite reutilizar el agua tratada con diferentes fines, como puede ser el riego. Con tecnologías convencionales, el agua que se infiltra en el suelo lleva aun gran cantidad de carga orgánica y de otros contaminantes que causan impactos negativos al suelo y acuíferos.
- 4. Un biofiltro es construido para tratar las aguas residuales por la biofiltración, que elimina una cantidad significativa de contaminantes de estas aguas antes de llegar al medio natural. La adición de patógenos, bacterias y toxinas no-biodegradables al agua de superficie puede ser evitada con este tratamiento biológico, promoviendo un ecosistema más sano. El sistema puede ser construido para una sola casa o un grupo de casas, con un costo bajo. Las aguas residuales contienen nitratos, fosfatos, jabones, sal, bacterias, espumas, partículas de alimentos, materia orgánica, sólidos suspendidos, perfumes y colorantes. Estas aguas se originan de nuestros hogares, escuelas y todo lugar donde se use el agua con fines de limpieza, apartando las excretas, conocidas popularmente como aguas negras. Son producto de lavanderos, baños, lavamanos y otros usos domésticos. Si estas aguas no son tratadas se producen impactos negativos al ambiente por la carga orgánica, bacterias y patógenos que en ella se encuentran. Las plantas inyectan oxígeno en el medio donde crecen, produciendo un proceso aerobio al mismo tiempo que se alimentan. El biofiltro fomenta este proceso. Los volúmenes de aguas que entran al sistema son similares a los de salida, de manera que el agua resultante tendrá una disminución de los contaminantes y, según su calidad, podrá ser usada para infiltración, riego, lavado etc. La implementación de esta técnica alternativa para el tratamiento de las aguas residuales en hogares consta de tres etapas las cuales son: 1. Tratamiento primario o pretratamiento En esta etapa se separa la mayor cantidad de sólidos, tanto flotantes como los más pesados, que pueden ser decantados situándose en la parte inferior del primer tanque. Se producirá una separación de las grasas y detergentes, que quedarán en la parte superior del depósito, mediante la diferencia de pesos específicos. En esta
- 5. etapa se coloca también un segundo tanque con las mismas características, permitiendo la separación de los sólidos pesados y grasas que puedan escaparse del primer tanque. Para los sistemas de biofiltración actualmente promovidos, se utilizan dos tanques separadores de grasas en serie, con el fin de garantizar una mayor remoción de sólidos pesados y grasas. 2. Tratamiento biológico (biofiltros) En esta fase, se llevan a cabo procesos fermentativos denominados digestión anaerobia, que se caracterizan por convertir la materia orgánica en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), en la ausencia del oxígeno y con la ayuda activa de diferentes poblaciones de bacterias entre otros microorganismos. La digestión anaerobia se puede realizar en recamaras especiales (biofiltros) o realizarse en de manera normal en ambientes naturales como lo son los pantanos, lagos y mares. Imagen de un Biofiltro (sistema que imita humedales o pantanos) En este tratamiento de las aguas residuales, la contaminación es evaluada por la demanda química de oxígeno(DQO), este parámetro mide la concentración de materia orgánica. Para saber lo ocurrido en el tratamiento anaerobio con la materia orgánica, es necesario realizar un balance entre la demanda química de oxígeno y el tratamiento aerobio.
- 6. El agua residual contiene nutrientes como nitrógeno y fósforo y algunos contaminantes que vienen principalmente de los detergentes y jabones. Incorporando algunas enzimas en el sistema del bioflitro, los microorganismos se potencian y son capaces de degradar estos contaminantes haciendo posible reutilizar hasta un 70% del agua que ingresa al filtro. Del 30% del agua que sale, puede ser utilizada para riego de árboles, jardines o plantas de ornato. Proceso de degradación enzimática de una molécula de fenol 3. Disposición final de las aguas (vertido o aprovechamiento) Como última etapa, en el sistema de biofiltros se encuentra la disposición final de las aguas ya tratadas. Esta agua, por presentar ausencia de gran parte del material orgánico y por ser clara y sin turbidez, permite a la familia su reutilización como agua de riego, lavado de lampazo o limpieza de letrinas. Esta agua también puede ser infiltrada para recarga de acuífero. Habiendo reducido una gran cantidad de material orgánico, se reducen por consiguiente los impactos negativos que esta agua podría causar a los acuíferos.
- 7. Esquema del sistema de tratamiento de un biofiltro Para calcular el tamaño de un biofiltro domiciliario, se necesita tomar en cuenta: La cantidad de personas que viven en las viviendas La cantidad estimada de agua que gastan esas personas. Estos datos permiten calcular el Caudal de diseño, que estará dado por el caudal medio de aguas residuales (Qm), como principal variable en el diseño. Dimensionamiento del pre-tratamiento Para un buen funcionamiento del tratamiento primario, ciertas condiciones deben ser tomadas en cuenta en el momento de su diseño, tales como: Tiempo de retención hidráulica, el cual es demandado para la apropiada sedimentación o decantación de las partículas. Tiempo de retención para una biodigestión. Espacio necesario para la acumulación de materia (o periodo a definir como lapso entre limpieza).
- 8. Para el dimensionamiento del biofiltro se debe calcular el Ancho mínimo del biofiltro (B min) y el Largo mínimo del biofiltro (L min). El cálculo del largo mínimo también sirve de base para proponer una distancia ideal para el momento de construcción. Este ancho está en función de la profundidad del biofiltro, su pendiente y la conductividad hidráulica que posee en este caso el material filtrante, nuestro largo estará definido por la carga hidráulica y nuestro caudal de aguas residuales. Validación de los resultados Una vez propuestas las dimensiones de ancho y largo de forma preliminar, se procede a su validación, para lo cual se calcula una serie de parámetros que tienen que cumplir algunos criterios técnicos: Es importante resaltar que, si el sistema se construye de dimensiones menores a las realmente necesitadas, su eficiencia será menor. La experiencia ha demostrado que el tiempo de retención hidráulica para el cual se debe de dimensionar este sistema debe estar entre 3 y 5 días. Se debe de estimar de forma empírica el parámetro de Demanda Biológica de Oxigeno 5 (DBO 5), para tener un aproximado de la calidad de las aguas en el efluente. De la misma manera se estima la Carga Orgánica y concentración de coliformes fecales en el efluente. Detalle de dimensiones a calcular en un biofiltro
- 9. Las etapas de construcción Las etapas de construcción de los biofiltros son las siguientes: Colocación de estacas y niveles de referencias Excavación Verificación de medidas Colocación de plásticos y de los sacos Preparación de los tubos de PVC Colocación de materiales Para los proyectos pilotos, luego de la etapa de construcción del biofiltro, comienza una etapa de seguimiento, control y monitoreo que consiste en verificar los niveles de eficiencia del sistema, tomando pruebas de aguas en el afluente y el efluente del sistema para verificar los parámetros de contaminación, como DBO (Demanda Biológica de Oxigeno), nitratos y fosfatos. Pasos para la implementación de los Biofiltros Por ser un sistema de simple aplicación, la construcción de los biofiltros no necesita de mano de obra calificada. La modalidad de construcción se da bajo el concepto de autoconstrucción por esfuerzo propio con asistencia técnica, lo que permite el involucramiento en la elaboración del filtro de las mismas familias que optan por esta alternativa, con un acompañamiento técnico de la organización. El acompañamiento consiste en charlas de sensibilización para exponer las bondades del sistema y explicar cómo contribuye a disminuir los impactos ambientales del mal manejo de las aguas residuales. La asistencia técnica se da en dos fases, la primera por medio de una reunión de capacitación y la segunda durante la construcción y finalización del sistema. Se evalúa la posible descarga de agua que los hogares realizan de manera cotidiana y con estos datos se procede a diseñar las dimensiones de los biofiltros. Este tipo de tecnología aún está en proceso de validación, para lo cual es necesario el involucramiento de las instituciones afines a la temática y que pueden integrar esta alternativa de manera institucional. La tecnología ya ha sido adoptada
- 10. en diferentes países latinoamericanos. En Nicaragua, por ejemplo, se ha implementado la utilización de Biofiltros de flujo horizontal (BFH) para el tratamiento de las aguas residuales domésticas y el uso de esta técnica ha proporcionado excelentes resultados respecto a la remoción de materia orgánica y sólidos suspendidos, además de constituir la alternativa de tratamiento entre las tecnologías que actualmente se utilizan en este país que proporciona los mejores resultados en la remoción de patógenos y de nutrientes. También existen en Colombia casos de aplicaciones exitosas en la implementación de este sistema como alternativa de tratamiento de aguas residuales domésticas, por ejemplo, el centro agropecuario del Servicio Nacional de Aprendizaje SENA de Popayán hizo ensayos de la aplicación de este tipo de biotecnología en fuentes hídricas que tienen vertimientos inadecuados producto de granjas que manejan diferentes procesos productivos mostrando una gran efectividad en la remoción de contaminantes de procesos agrícolas y pecuarios en los vertimientos, ya que el sistema de biofiltros mostró ser capaz de reducir contaminantes orgánicos, inorgánicos e indicadores de contaminación fecal.
- 11. Conclusiones Los procesos biotecnológicos ambientales orientados a remediar la contaminación de aguas residuales en si son notablemente eficientes y a bajo costo, lamentablemente son muy escasas las empresas de la región que promueven o aplican estas técnicas de biotecnología ambiental, en el manejo de la contaminación de fuentes hídricas. Por otro lado, la implementación de biofiltros no requiere de equipamiento especializado para su aplicación, es poco invasiva y generalmente no requiere componentes estructurales o mecánicos que signifiquen una amenaza para el medio. La aplicación de encimas como aditivos para potenciar la degradación de contaminantes, es altamente atractiva, factible y viable ya que permiten una rápida y eficiente recuperación de aguas residuales. Si se fortaleciera el desarrollo de este tipo de biotecnologías, se contribuirá a el diseño e implementación de tratamientos sustentables y de fácil acceso para los sectores agrícolas y pecuarios de nuestro país.
- 12. Bibliografía: Delgado Hector: Perez William. (2010). Biofiltros Domiciliares: Filtros biológicos para la remoción de nutrientes de aguas grises. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología Vice Presidencia de la República de Nicaragua Recuperado en: http://ecotec.unam.mx/Ecotec//wp- content/uploads/Biofiltros-Domiciliares.pdf Gauss Martin. (2003). Uso de la combinación de Biofiltros para la remoción de nutrientes en el tratamiento de aguas residuales domésticas. Centro de Investigación y Estudios en Medio ambiente, CIEMA, de la Universidad Nacional de Ingeniería, UNI, Managua, Nicaragua. Recuperado en: http://www.ingenieroambiental.com/4014/gauss.pdf Rodriguez, T. (2014). Biofiltros, una opción para mejorar las características de las aguas residuales provenientes de tratamientos convencionales. Universidad del Valle, Instituto CINARA. Recuperado en: http://www.ingenieroambiental.com/4014/rodri.pd Sucher & Holzer. (1999). Biofiltro: Una Alternativa Viable para el Tratamiento de Aguas Residuales en países Tropicales. Nicaragua.