Hoy te hemos traido a Igma Pacheco-Rivas, Arquitecto, creativo, emprendedor y creador del blog AboutHaus, donde ayuda a las personas a tomar buenas decisiones y encontrar un diseño adaptado a sus requerimientos y estilo de vida.

Además tiene un gran conocimiento y experiencia en el tema del Saneamiento ecológico.
Así que te ha preparado este post para aprender a depurar las aguas residuales de tu casa con Humedales Artificiales.

Una forma ideal de gestionar tus residuos. En el caso de que aún no hayas construido tu casa, siempre recomendamos separar aguas grises de negras, y mejor aún, evitar las aguas negras haciendo un baño seco-compostero. Pero ese será el tema de siguientes posts…

Ahora, te dejamos aprendiendo sobre los Humedales.

---

Post invitado de Igma Pacheco-Rivas de About Haus

¿Te has puesto a pensar cuál es la ruta y destino final de los desechos de tu casa una vez que “se van” por los desagües y el inodoro?

Antes de empezar a leer este post, te invito a hacer un ejercicio:

Haz un dibujo simple, un esquema, de la ruta y destino final de los desechos de tu casa.

Pocas veces nos detenemos a reflexionar sobre cuestiones que no vemos.

Cosas de las que no se habla en los medios de comunicación o aquellas que no revisten ningún problema para nuestra vida cotidiana.

Muy poca gente va a preguntarse acerca del sistema de saneamiento que tiene, si éste funciona bien.

Eso es normal y entendible, hasta cierto punto lógico podríamos decir.

Sistemas de saneamiento convencional

Los sistemas de saneamiento convencional más usados y difundidos son los llamados sistemas de flujo y descarga.

Probablemente el que tú y yo usamos todos los días.

Es importante decir que un sistema de saneamiento, cualquiera que sea, debe abarcar las siguientes etapas y que van desde:

1. El inodoro
2. El almacenamiento
3. Conducción (recolección o transporte)
4. Sistema de tratamiento
5. El re-uso o disposición final segura.

La palabra saneamiento significa SANEAR, es decir mantener sano el ambiente donde vivimos y a las personas.

Ahora bien, la percepción que tenemos de la cobertura y buen funcionamiento de los sistemas de saneamiento convencionales no es tal.

Los sistemas de saneamiento convencional presentan muchas limitantes y problemas, entre los cuales podemos destacar:

• Altos costos de inversión, energía e impacto en los ecosistemas.

• Mezclan distintos tipos de efluentes residuales.

• Un alto consumo y desperdicio de agua de buena calidad.

• Contaminación de las aguas superficiales por patógenos.

• Pérdida para el ciclo de los ecosistemas agrícolas de los nutrientes contenidos en las excretas.
•  Degradación de tierras agrícolas y eutrofización de los cuerpos de agua

• Son insostenibles y socialmente excluyentes (ya que son extremadamente costosos de implementar).

• Presentan limitantes geográficas y demográficas para su implementación.

Estos sistemas, por lo general, solucionan muy bien las primeras etapas de un sistema de saneamiento: inodoro, almacenamiento y conducción.

En su gran mayoría fallan en las etapas finales de tratamiento y disposición final segura.

En América Latina y el Caribe, un 90% de los desechos de redes desagüe son vertidos sin tratamiento a ríos, mares, lagunas o tierras agrícolas (fuente CEPIS/OPIS).

En los países en desarrollo, el 75% de las plantas de tratamiento de efluentes funciona mal (fuente GIZ).

Sistemas de saneamiento sostenibles

Ante las limitaciones técnicas y los impactos ambientales de los “sistemas de saneamiento convencional” se han desarrollado alternativas.

Enfoques más holísticos para entender lo que debiera ser un sistema de saneamiento sostenible.

Según este enfoque, son 5 las dimensiones del saneamiento sostenible:

1. Un sistema de saneamiento debe proteger y promover la salud humana.

2. Un sistema de saneamiento debe ser técnicamente viable.

3. Un sistema de saneamiento debe ser económicamente viable y socialmente aceptado.

4. Un sistema de saneamiento debe proteger el medio ambiente y no sobrepasar la capacidad de carga de los ecosistemas donde se inserta.

5. Un sistema de saneamiento debe ser técnica e institucionalmente apropiado.

Las experiencias de investigación e implementación de sistemas de saneamiento sostenibles se vienen desarrollando desde la década de los 70’s en diversos países.

Éstas han tenido mucho impacto y repercusión fundamentalmente en 2 contextos:

1. Países con graves problemas de acceso a saneamiento donde se han

implementado numerosos proyectos pilotos a gran escala en los últimos 25 años.

2. Países “desarrollados” donde existen instituciones apoyando la difusión, implementación e investigación en este tipo de tecnologías.

El enfoque de saneamiento sostenible se basa en un simple principio:

“Considerar las aguas residuales y las excretas no como un desecho, sino como un RECURSO”

Este cambio de mirada es crucial, ya que si cambiamos la forma de como vemos un “problema” cambiarán también las posibles soluciones.

Hay una frase de Albert Einstein que me gusta mucho y es muy aplicable a este tema:

“No podemos resolver problemas pensando de la misma manera que cuando los creamos”

Entonces, si queremos aumentar la cobertura global de acceso a saneamiento habrá que hacerlo con otras tecnologías.

Como dice Albert, tendremos que resolver el problema con otro tipo de pensamiento.

Humedales Artificiales

 Los humedales artificiales son “sistemas de tratamiento de aguas residuales” diseñados para replicar las funciones naturales de depuración de agua de los humedales naturales

Los humedales artificiales desempeñan un papel importante en la descentralización de sistemas de tratamiento de aguas residuales.

Debido a sus características como sistemas naturales de fácil aplicación, con un óptimo costo, un uso eficaz y bajas exigencias operativas.

Actualmente el uso de humedales construidos para el tratamiento de aguas residuales es cada vez más aceptado en diferentes partes del mundo.

Los humedales artificiales pueden ser utilizados para una gran variedad de aplicaciones:

• Tratamiento de aguas residuales municipales.

• Tratamiento de aguas residuales domésticas o aguas grises.

• Tratamiento terciario de desechos pre-tratados en plantas convencionales de aguas residuales.

• Tratamiento de aguas residuales industriales como lixiviados de rellenos sanitarios, compost, tratamientos de lodos, desechos de refinerías de petróleo, drenaje ácido de minas, desechos agrícolas, etc.

• Tratamiento y retención de aguas pluviales.

• Tratamiento natural para aguas de piscinas (sin cloro)

• Tratamiento natural de ríos y lagos contaminados.

Los humedales artificiales se clasifican por el régimen de flujo de agua:

Humedal de Flujo Superficial: es la opción más sencilla y de menor costo.

 Humedal de Flujo Sub-superficial horizontal: es la opción más difundida y óptima a nivel domiciliario.

Humedal de Flujo Sub-superficial vertical: es una opción más compleja y requiere de un sistema de bombeo.

 

Humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domesticas

Para el tratamiento de aguas residuales domésticas los humedales construidos son considerados “tratamientos secundarios”.

Esto implica que se requiere de un tratamiento primario de las aguas residuales, el cual se hace, generalmente, a través de una cámara séptica.

Son los “humedales de flujo sub-superficial horizontal” los más utilizados para este tipo de tratamientos.

• Un esquema general del sistema de humedales construidos requiere de tres partes: cámaras sépticas (pre-tratamiento) + humedal construido (tratamiento central)+ pos tratamiento

 

Cámaras sépticas (tratamiento primario)

 El buen funcionamiento de un humedal artificial, dependerá en gran medida del buen funcionamiento de un tratamiento primario,
es decir la cámara séptica.

Una cámara séptica debe de ser impermeable, es decir que evite que las aguas se filtren al terreno.

Es la encargada de recibir todos los efluentes domésticos, usualmente aguas grises y aguas negras.

 ¿Cómo funciona?

Al igual que en un humedal artificial en el interior de la cámara séptica ocurren fenómenos físicos y biológicos.

Los sólidos en suspensión (SS) decantan por gravedad y se acumulan en el fondo de la cámara.

Las partículas menos densas que el agua flotan en la superficie donde se aglutinan y forman una capa de espuma.

De produce una digestión anaeróbica (sin presencia de oxígeno) de los lodos, los cuales reducen su volumen (Se estima un volumen de acumulación de lodo aproximado de 50litros/persona/año).

También se genera una producción de gases peligrosos como CH4 y H2S.

Una cámara bien dimensionada y construida tiene una eficiencia de:

• Remoción de sólidos en suspensión (SS): 40-80%
• Reducción de DBO: 30-50%
• Remoción de huevos de helmintos: 40-90%
• Remoción de bacterias, protozoarios, virus: 40-80%

No obstante, incluso logrando los mayores índices de eficiencia, las aguas de una cámara séptica no están en condiciones sanitarias para ser vertidas a terreno natural.

 ¿Cómo calcular una cámara séptica?

 

 

Existen 2 tipos de cámaras sépticas: cámara simple y cámara doble.

• Las cámaras simples son más fáciles de construir y suponen un menor costo económico.

Su volumen útil mínimo es de 1.250 litros (1,25m3)

• Las cámaras dobles son más eficientes para separar los sólidos (especialmente flotantes) y responde mucho mejor a los picos de caudal.

Se recomiendan cámaras dobles
como tratamiento primarios de humedales artificiales.

Su volumen útil mínimo es de 1.650 litros (1,65m3)

Una de las fórmulas para el cálculo de una cámara séptica de doble cámara es:

Vu = 1.3N (CT+100Lf)

Vu= volumen útil

N= número de contribuyentes (personas)

C= contribución de residuos líquidos (litros/persona/día)

T= período de retención por días

Lf= contribución de lodos frescos (litros/persona/día)

Vamos a hacer el cálculo a partir de un ejemplo concreto:

Personas que viven en la casa = 7

Contribución de líquidos por personas = 160 lt/día

Contribución de lodos frescos por persona = 1 lt/día

Periodo de retención = 1 día

Vu = 1,3*7 (160*1 + 100*1)

Vu = 9.1 (260)

Vu = 2.366 lt 

Vu = 2.4 m3

Sabiendo el volumen que precisamos y tomando en consideración las recomendaciones para un buen funcionamiento, las medidas propuestas para la fosa séptica de doble cámara pueden ser:

Largo (L) = 2,3 m (interior)

Ancho (a) = 1,0 m (interior)

Prof. Útil (Pu) = 1,1 m (volumen útil)

Volumen útil = 2,53 m3

 

Operación y mantenimiento de una cámara séptica

La cámara se debe empezar a usar llenándola con agua.

Ayuda si se le incorporamos algunas bacterias (microorganismos eficientes) o tierra de compost.

Se deberá de monitorear una vez al año los niveles del lodo y la base de la nata.

La cámara se debe vaciar cuando el nivel inferior de la “T” de salida esté a menos de 20cm (lodos) o 5cm (nata) o después del periodo de tiempo que ha sido diseñada.

Para una limpieza, si fuese posible primero se extrae la nata; luego se revuelve el contenido; finalmente se extrae el contenido, dejando unos 10% al final como “semilla” de bacterias.

 

Humedal Artificial (tratamiento central)

Vamos a presentar la opción más difundida y óptima a nivel domiciliario: Humedal de Flujo Sub-superficial horizontal (SSH)

Los principales elementos a considerar para el diseño de un humedal de flujo SSH son:

1. La profundidad útil

La profundidad del humedal está directamente relacionada con la capacidad de “enraizamiento”, es decir la profundidad alcanzada por las raíces de las “plantas acuáticas emergentes”  que utilicemos en el sistema.

Usualmente su profundidad es entre 0.5 y 0.6 m, aunque hay veces que algún tipo de plantas pueden llegar a alcanzar un mayor profundidad.

Debemos de considerar un margen de seguridad de 0.15 m por encima de la profundidad útil.

Esto, con el fin de evitar que las aguas rebasen la superficie del canal, asegurando su carácter de flujo sub-superficial.

2. La impermeabilización

Fundamental para el funcionamiento del humedal y evitar la contaminación de las aguas subterráneas.

Se puede utilizar lámina de PVC o geomembranas, en lo posible de un espesor superior a 1mm

Para fijar el plástico se puede excavar una zanja de borde en forma de talud de 45 grados.

Si se utilizan piedras con aristas se puede colocar una capa de arena de 5cm en el fondo sobre el plástico.

Si el terreno es rocoso, antes de colocar el plástico, se debe de colocar una cama de arcilla o material similar y compactarla.

3. Las plantas

Son claves y son las encargadas del proceso de depuración de las aguas.

Sus raíces soportan un biofilm bacteriano y aportan oxígeno, favoreciendo el proceso de degradación aeróbica.

Contribuyen a mantener o regenerar la conductividad hidráulica del medio filtrante.

En invierno el material vegetal muerto sirve de capa aislante y su descomposición aporta carbón a las bacterias.

Siempre será mejor utilizar plantas naturales locales de orillas de cañadas, cunetas, lagos o humedales naturales.

Las plantas locales son rústicas y se van a adaptar mejor.

Al trasplantarlas se debe de cortar el tallo y las hojas pero no las raíces y rizomas (max. 20cm).

Se recomienda plantar de 3 a 4 por m2 (o cada 60 cm).

Selección de las plantas:

• Totora (Typha spp).

En invierno se secan las hojas pero vuelven a crecer en primavera.

Raíces poco profundas (30 a 40 cm). Distancia de plantación 1m, se logra buena cobertura en 3 meses.

• Caña, carrizo, cola de zorro, (Phragmites spp).

Profundidad raíces 60 a 100 cm y más.

• Junco (Scirpus spp).

Profundidad raíces 40 a 80 cm

• Papiro (Cyperus papyrus).

Planta decorativa, las raíces sólo se forman de la planta madre.

4. El medio filtrante: las piedras

La selección del medio filtrante es fundamental para el buen funcionamiento del humedal.

Funciones:

 Permite un buen enraizamiento de la vegetación

• Ofrece un soporte para la formación y crecimiento del biofilm bacteriano

• Filtra y captura partículas contaminantes.
  • En las zonas de entrada/salida debe permitir una distribución/recolección uniforme del agua

 Características:

• Las piedras debes estar limpias (no debe tener finos) y calibradas (distribución granulométrica uniforme).
• Material duro y de preferencia sin aristas.
• Zona de entrada/salida: granulometría entre 8 y 10 cm de diámetro.
• Zona media: granulometría entre 3 y 5 cm de diámetro.

 5. Las 3 zonas de un humedal

 Es importante distinguir 3 zonas distintas de un humedal artificial:

• La zona de entrada, donde ingresa y se distribuye el efluente.

• La zona media, donde ocurre el proceso de depuración biológica.

• La zona de salida, donde se evacuan las aguas ya depuradas.

La zona de entrada.

Aquí es donde se ubica el tubo de pvc (mejor PP) que conecta la cámara séptica con el canal.

El gran tamaño de las piedras junto a los caños perforados, dispuestos a lo ancho del canal, aseguran una distribución homogénea, a lo ancho de todo el humedal.

Los caños en la zona de entrada se apoyan sobre las piedras inmediatamente por encima de la profundidad útil pero cubiertos por los 0,15 metros de piedra, como margen de seguridad

La zona media

Aquí ocurrirá el proceso central de depuración de las aguas residuales, mediante la acción conjunta del complejo formado por plantas, microorganismos y piedras.

 Es la zona donde debemos de ubicar las plantas acuáticas emergentes.

En la zona media el material de relleno es piedra de 3 a 5 centímetros de diámetro.

La zona de salida

Al igual que la zona de entrada tiene unos 0,5 metros de de largo y el material de relleno consiste en piedras de 8 a10 cm de diámetro.

En el fondo del canal se ubica el caño de salida, el cual recoge las aguas que ya han pasado a través del canal.

Este caño puede tener menor diámetro (50 – 63 mm) respecto al caño de entrada.

6. Dispositivos de entrada y salida

Para la entrada al humedal dispondremos el tubo se conecta mediante una “T” (de 110 mm de diámetro) a 2 tubos de pvc dispuestos en forma horizontal que cubren todo el ancho del canal.

Los tubos de pvc deben ser perpendiculares al flujo en el humedal.

Los tubos están tapados en sus extremos libres y perforados cada 0,1m con agujeros de 1,5 centímetro (½ pulgada).

Los dispositivos de salidas pueden ser de 2 tipos:

1. Salida horizontal

Si se instala una salida horizontal, es recomendable colocar en el humedal un caño vertical, que permita vaciar el humedal bombeando el agua.

Este caño debería estar conectado al caño de salida para que pueda servir para la limpieza del mismo.

2. Salida con altura regulable

Si la topografía lo permite, se instala un sistema con altura de salida regulable.

Esto ayudara a controlar el nivel de agua en el humedal y posibilitar su vaciado para el mantenimiento.

7. Cerco y borde perimetral

Construir un borde perimetral es opcional y debe estar condicionado por el tipo de terreno.

Su principal función es impedir el eventual ingreso de lodo o agua de escorrentía superficial. Si no existe un riesgo se puede prescindir de un bordillo.

Se puede construir un borde de bloques U de concreto, mampostería o tierra apisonada y plantada con césped.

8. Condiciones del sitio

Es recomendable ubicar los humedales en pleno sol o en su defecto sólo parcialmente sombreado.

Se debe evitar la proximidad de los árboles grandes poniendo atención al tipo de raíces que estos desarrollen.

No se recomienda construirlos en zonas de inundaciones, aludes de lodo, o con una pendiente pronunciada.

 ¿Cómo calcular un humedal artificial?

 El presente cálculo para humedales artificiales de flujo SSH, es recomendable solo para pequeñas vivienda de hasta un máximo de 10 personas.

Si se desea calcular un humedal para mayores usuarios u otro tipo de establecimientos se recomienda utilizar la ecuación de Redd (1993).

Es importante considerar que para que el humedal sea eficiente el efluente deberá de pasar, al menos 4 días en el interior del canal (zona media).

Este tiempo lo podremos considera como el “tiempo de residencia mínimo” en el canal.

Debemos de considerar una relación largo/ancho de 2:1 o 4:1esto con el fin de asegurar una distribución homogénea del efluente en todo el volumen del humedal.

Retomando el ejemplo anterior (usado para calcular la cámara séptica)

Personas que viven en la casa = 7

Contribución de líquidos por personas = 160 lt/día

Periodo de retención = 4 días

Si multiplicamos el número de personas por la contribución de líquidos de cada uno obtendremos la contribución diaria (Cd) que entra al humedal.

Cd = 7 *160

Cd = 1.120 lt/día

Si multiplicamos la Cd por 4 (tiempo de residencia en la zona media) obtendremos el volumen de la zona media (Vm)

Vm = Cd * 4

Vm = 1.200 lt/día * 4 días

Vm = 4.800 lt

Vm = 4.8 m3

La altura donde se desarrollaran las raíces de las plantas será la profundidad útil del humedal (Pu), que será de 0.6m

Entonces si dividimos el volumen de la zona media (Vm) por la profundidad útil del humedal (Pu), obtendremos el área superficial de la zona media (As)

As = Vm / Pu

As = 4.8 m3 / 0.6 m

As = 8 m2

Para que la circulación del agua sea la adecuada debe haber una relación de 2:1 entre largo y ancho del humedal construido.

Vamos a proponer entonces un largo de 4m y un ancho de 2m y para la zona media del humedal.

Pero no debemos olvidar que al largo del humedal debemos de sumarle 1m, que corresponde a la zona de entrada (0.5m) y la zona de salida (0.5m)

Así, las dimensiones finales del humedal artificial serán:

Ancho = 2 m

Largo = 5 m

Profundidad = 0.6 m

Si consultas publicaciones respecto a las dimensiones de un humedal artificial, podrás ver que también se puede hacer un cálculo a partir de la superficie requerida por usuario o persona equivalente.

 Persona equivalente (pe) refiere a la carga contaminante promedio generada, diariamente, por una persona (~ 60 g DBO5 y ~ 120 litros de aguas servidas)

Es un método aproximativo que da una estimación básica de la superficie del humedal.

Área requerida ~ 2 a 3 m2/p.e. para tratamiento aguas residuales domésticas (negras y grises)

Pero desde mi punto de vista, esta estimación puede resultar un poco excesiva y costosa.

Para nuestro ejemplo deberíamos de tener un área en la zona media de entre 14 y 21 m2 versus los 8m2 que calculamos.

La experiencia que desarrollé construyendo humedales artificiales a escala doméstica en distintos países de Latinoamérica, me mostró que entre 1 y 2 m2 por persona es suficiente.

Me parece más importante priorizar el presupuesto del que disponemos en construir una muy buena cámara séptica como tratamiento primario.

Debes saber que la mayor parte del presupuesto para construir un humedal artificial lo vas a invertir en comprar la piedra, el medio filtrante.

Siguiendo con nuestro ejemplo vamos a calcular el volumen de piedra que necesitaríamos para el humedal artificial.

Debemos de agregar a la profundidad del humedal (0.6m) un margen de seguridad de 0.15 m de piedras.

El volumen de piedras (3 a 5 cm diámetro) para la zona media será:

ancho x largo x profundidad = 2m x 4m x 0.75m

Piedras zona media = 6 m3

El volumen de piedras (8 a 10 cm diámetro) para la zona de entrada y salida será:

ancho x largo x profundidad = 2m x 1m x 0.75m

Piedras zona entrada/salida = 1.6 m3

   

Operación y mantenimiento de un humedal artificial

 Es recomendable no usar productos químicos en nuestra casa (detergentes, cloro, lavamanos, etc) que puedan afectar la actividad micro-biológica que sucede dentro del humedal.

Mantener limpios los registros y cámaras de inspección. Vaciar el lodo de la cámara séptica cuando sea necesario.

Cosechar, periódicamente, las plantas que crecen en las zonas de entrada y salida.

Hay que revisar periódicamente el dispositivo de entrada para evitar obstrucciones o mala distribución del agua. 

Si el espejo de agua se nota en la superficie, hay que disminuir la altura de salida de agua moviendo hacia abajo el tubo de salida.

Si se nota un flujo superficial del agua en la zona de entrada, puede significar que el material fino (pedregullo) de esta zona está saturado y que hay que reemplazarlo.

Un efluente que sale gris y turbio, la aparición de un olor a “huevos podridos”, un pedregullo que se nota empapado con lodo, son indicadores de un problema de operación y mantenimiento o de una sobrecarga del humedal que se debe solucionar.

Post tratamiento

 Un buen diseño del humedal debería asegurar la calidad requerida del desecho para su re-utilización (riego) o su vertido a una cuneta o curso de agua.

El riego permite utilizar los nutrientes contenidos en el agua.

Siempre hay que tomar precaución en caso de re-uso del agua.

No es recomendable utilizar el agua para riego de hortalizas de consumo crudo.

Sí se recomienda para riego de árboles frutales, césped o plantas decorativas.

 

Bibliografía recomendada

Si te ha interesado el tema de construir humedales artificiales y deseas profundizar tus conocimientos te invito a descargar y revisar la siguiente bibliografía (puedes hacerlo hasta el 18 de abril).

Revisión Técnica de Humedales Artificiales. GTZ. Programa de Saneamiento Ecológico. Febrero 2011

Tratamiento secundario y terciario de efluente domésticos mediante humedales sub-superficiales con plantas nativas. Facultad de Ciencias + Tres Espacios Arquitectas + Vivero laguna. Uruguay, 2007

Reuso de efluentes de un sistema de humedales artificiales, Trujillo, Perú. Sustainable Sanitation Alliance. Marzo, 2011.

Tratamiento y disposicion de desagües: Cámaras Sépticas. Cátedra de Acondicionamiento Sanitario. Ing. Pablo Giosa. Universidad de la República. Uruguay. Julio, 2002.

Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters. Environmetal Protection Agency (EPA), USA. September 1999.

Espero que esta introducción al diseño y dimensionamiento de humedales artificiales te haya ayudado a conocer nuevas tecnologías de saneamiento a escala domiciliaria.

Espero también te animes a mejorar tu actual sistema de saneamiento o tal vez a implementarlo en la casa que estás pensando construir.

Y si estás en eso de construir la casa de tus sueños y buscas un diseño que se adapte a tu estilo de vida, te invito a descargar gratis el ebook: Criterios y variables para diseñar tu casa que he escrito para ti!

Ahora te invito a compartir tu opinión sobre este post abajo en la cajita de comentarios.

Así ya nos vamos conociendo.

Saludos, Igma