BIOJARDINERAS

Los orígenes de las biojardineras se remonta al continente europeo, donde en países como Suecia, Alemania entre otros utilizan la estrategia de separación en la fuente, dar tratamiento y utilización de los productos.

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Las biojardineras son unidades de procesamiento de aguas grises que permiten su tratamiento y reutilización. Aunque en primera instancia sirven para viviendas también pueden emplearse en proyectos de mayor amplitud, tales como hoteles o residenciales. Las aguas grises, salen de las pilas para lavar ropa, del baño, del lavamanos, del fregadero de la cocina y de otros usos domésticos. De estos usos el baño contribuye con un 55%, el lavadero de ropa con un 34% y el lavaplatos con un 11% del total de las aguas grises.

Las biojardineras se construyen con diferentes materiales como hormigón, ladrillos, sacos, plástico negro, fibra de vidrio o el mismo suelo si es arcilloso. Pero su requisito principal es la impermeabilización, es decir, no se le debe escapar el agua. Las aguas tratadas con este tipo de sistema no puede emplearse para el consumo humano. El ahorro en el uso del agua potable es de un 20 por ciento, principalmente en los meses de verano. 1. OBJETIVOS Evitar la contaminación y proliferación de vectores, por aguas grises que escurren libremente, en calles y avenidas; separando en la fuente, dando tratamiento y utilizando el efluente para riego y otras actividades. 2. CRITERIOS DE DISEÑO

Los sistemas para el tratamiento de las aguas residuales, deben iniciarse mejorando los hábitos de consumo de la población para que al llevar a cabo tratamientos, éstos se realicen de acuerdo a cada descarga, origen y contenidos específicos. Las aguas grises, contienen diversos contaminantes del tipo orgánico y del tipo nutrientes, pudiendo presentarse bacterias o elementos que con procedimientos sencillos puedan recuperarse y reutilizarse. Por ello, si las aguas grises no son tratadas en forma adecuada para mejorar su calidad se estará produciendo un impacto negativo al ambiente, malos olores y focos para la posible transmisión de enfermedades. Las aguas grises, de los lavamanos, duchas, lavandería y cocina, son las que se producen en mayor cantidad (cerca del 80% de todas las aguas domésticas saliendo de una casa) y al mezclarlas con las aguas provenientes de los inodoros, complican en forma significativa sus niveles de contaminación. Lo cual hará que al infiltrarlas o llevarlas a un cauce, potencialmente sean un vehículo de diseminación más rápido de las bacterias que producen enfermedades, al estar entonces directamente vinculadas con las heces. El sistema de filtros-jardinera, puede reutilizar hasta un 70% del agua que ingresa al filtro. Del 30% restante, las plantas utilizan una parte para su crecimiento y evaporan otra. El efluente de las aguas grises saliendo del pretratamiento (trampa de grasas), pasa a través de una biojardinera consistente en una excavación rellenada con piedras, donde se colocan plantas tropicales, tipo platanillos, heliconias, aneas, juncos, césped común de caña, etc. De esa manera, las aguas reciben un tratamiento físico por filtración horizontal y biológico, por la extracción de materia que hacen las plantas y la inoculación de oxígeno que simultáneamente se estará llevando a cabo por medio de las raíces. Los efluentes, de mucha mejor calidad, serán útiles para el riego de jardines.

Las plantas en la biojardinera, se deberán sembrar, una semana después que el sistema ha comenzado su funcionamiento. Considerando que durante este período, el nivel de aguas dentro de la biojardinera, ha alcanzado el nivel de salida y ya existe desarrollo bacteriano propicio para la alimentación de las mismas. El tamaño de una biojardinera o humedal construido depende del caudal y de la DBO que se necesita reducir. En general, 1 metro cúbico de humedal puede procesar acerca de 135 litros de las aguas grises (Jenkins 2005). Algunas condiciones para su construcción pueden comprender las siguientes:

1. El terreno debe ser plano, con pendientes no mayores al 5%. 2. Su ubicación debe estar en una parte mas baja del punto de concentración de las

aguas grises. 3. Debe haber suficiente espacio para la ubicación de los diferentes componentes,

(trampa de grasas, biojardinera, tanque de almacenamiento).

2.2. Parámetros Para medir la concentración de contaminantes orgánicos, en las aguas que resultan del uso domestico el parámetro mas utilizado es la Demanda biológica de oxígeno o (DBO), esta se define como la concentración de oxigeno disuelto consumido por los microorganismos, presentes en el agua o añadidos a ella para efectuar la medición, en la oxidación de toda la materia orgánica presente en la muestra de agua. Generalmente en las aguas de origen domestico este valor fluctúa entre los 200 a 300 mg/l. Otros parámetros considerados en la evaluación de las aguas grises, son:

• Temperatura (20°C). • Grasas y Aceites. • Nitrogeno y Fosforo. • Sólidos suspendidos. • Sólidos sedimentados.

2.3. Formulación

Para determinar el tamaño de la biojardinera, se debe primero determinar la temperatura mínima del ambiente del sitio propuesto, la cantidad de DBO producido actualmente, y

el nivel de DBO deseado para el agua del efluente. Así mismo se puede calcular el tamaño variando la profundidad de 40 a 85 centímetros para encontrar el apropiado.

1. Velocidad de reacción Se calcula utilizando la ecuación siguiente a continuación tomando k20 = 1.19 día –1 (Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas e industriales a través de la Tecnología de Biofiltro” 07/08/2001. UNI-CIEMA .)

2. Tiempo de retención hidráulico

Es el tiempo en días necesario para reducir el DBO entrante a la DBO meta en la salida.

Dónde: Co = concentración del DBO del agua que entra el sistema (mg/L = g/m3) C = concentración de DBO deseada del agua (mg/L = g/m3) que sale del sistema (meta). Kr = velocidad de reacción. Los valores de DBO razonable están entre 10 y 20 mg/L; un humedal construido puede disminuir los niveles de DBO, pero no los puede eliminar. El período de detención varía entre 2 y 4 días.

3. Tasa de carga orgánica Con esta ecuación se calculará la masa de DBO por área y día que el sistema recibirá (g DBO /m2.d). En general, esta tasa no debe exceder 11.2 g DBO /m2-día.

Donde: C = nivel de DBO (mg/L = g/m3) del agua influyente. dw = la profundidad de la biojardinera (m) (0.4 - 0.85 m). A mayor profundidad mayor

será la carga que el sistema puede procesar, pero si el sustrato es demasiado profundo, las condiciones en el fondo llegan a ser anaeróbicas y pueden suceder que la eliminación del DBO y nutrientes se vea reducida.

La porosidad efectiva del sustrato, η es definida como la proporción del volumen no sólido al volumen total de la materia, sin dimensión, y puede ser determinado de la siguiente tabla según el tamaño de grava escogido.

4. Área del terreno. Para determinar el área del terreno necesaria para la cama del humedal construido de flujo subterráneo (m2), se utiliza la ecuación a continuación:

Dónde: Qave = flujo diario medio por el humedal (m3/día), t = tiempo de retención calculado arriba (dias) dw = profundidad del medio (m). Valor de η determinado en la ecuación anterior. Y finalmente, para calcular las dimensiones de la biojardinera (m):

5. Ancho de la biojardinera

Dónde: w = ancho (m), As = área del humedal (m2), RA = proporción, longitud/ancho. Para humedales construidos de flujo subterráneos, los autores Crites and Tchobanoglous (1998) recomiendan que la proporción esté entre 2:1 y 4:1, pero Salte et al. (1998) no encontró una diferencia significativa de la reducción de nutrientes ni DBO en tres humedales construidos de 25m2 tratando efluente doméstico con proporciones de aspecto que recorren de 4:1, 10:1, y 30:1 sobre un período de dos años (Dallas 2005).

6. Longitud de la biojardinera La longitud, L, de la biojardinera construida (m) puede ser calculado por la expresión:

2.4. Calidad del Agua A continuación se exponen las características estándar de las aguas grises domiciliares, utilizando un sistema de tratamiento, con biojardinera:

Entrada pH potencial de hidrogeno 7.76 K Potasio 857.5 Turbiedad 424.0 NTU Color 15.0 unidades S. t Sólidos totales 734.7 mg/L S.S.t Sólidos suspendidos totales

338.42 mg/L

Alcalinidad A.M 210 .0 mg/L como CaCO3

Dt 137.26 mg/L como CaCO3

DMg+2 94.45 mg/L como CaCO3

Fe Hierro 0.0275 mg/L SO4 0.423 mg/L Grasas y Aceites 378.47 mg/L DQO 747.83 mg/L Ct Coliformes totales 2400.0 NMP/100 ml Cf Coliformes fecales 420.0 NMP/100 ml DBO5

2.5. Restricciones de Uso

• Las aguas grises provenientes del lavaplatos o cocina, no pueden utilizarse para el riego directo de sus jardines ya que contiene bacterias, químicos y grasas.

• Las aguas grises no deben de ser utilizadas para riego mientras los ocupantes de la vivienda estén padeciendo enfermedades gastrointestinales o en situaciones cuando se laven pañales.

• Las aguas grises no deben ser utilizadas en riego por aspersión o regadas al patio.

• Las aguas grises no se utilizarán para regar vegetales que no se puedan hervir para su consumo.

• El riego de patios y áreas donde los niños y mascotas tengan acceso, no es recomendable dado que se exponen a enfermedades gastrointestinales.

• Las aguas grises no deben tener contacto con el agua potable y no pueden ser consumidas por mascotas.

• Las aguas grises estancadas serán un foco de criadero de vectores. • Las aguas grises no se descargarán en el alcantarillado pluvial o piscina.

1.- Se considera que el contenido de macronutrientes tiene un aspecto positivo en el desarrollo de los cultivos agrícolas, ya que se logran buenos rendimientos en las cosechas sin la aplicación de fertilizantes químicos.

2.- El agua tratada por medio de los Biofiltros que funcionan en Centroamérica

tiene todavía una carga de coniformes fecales entre 104 y 105 NMP/100 ml. Por tal razón se recomienda una reutilización de las aguas residuales tratadas bajo las siguientes limitaciones: - Irrigación de cultivos cítricos como limón, naranja, mandarina y grapefruit,

porque esos frutos crecen retirados del suelo, tienen cáscaras gruesas que protegen eficientemente el fruto de daños mecánicos y además contienen ácidos y sustancias que inhiben el crecimiento de bacterias patógenas, puesto que estas viven en un pH cercano al neutral.

- Irrigación de hortalizas y granos básicos que son lavados, descascarados y cocidos antes de su consumo. El proceso de cocción es importante porque las bacterias patógenas y Salmonellas no son termoresistentes, no son formadoras de esporas, por tal razón son eliminadas completamente durante una exposición a temperaturas de 60 °C por un tiempo de 12 minutos (Müller, 1988). Los cultivos de este tipo son principalmente frijoles, maíz, arroz, papas, plátano y yuca, que son todos alimentos tradicionales cultivados y consumidos en Centroamérica.

- Riego agrícola de cultivos que son procesados por medio de un proceso de tostado, secado industrial o proceso de extracción. Principalmente, los cultivos de caña de azúcar, maní y soya.

- La irrigación de pastos para ganado y árboles maderables se puede recomendar sin restricciones, porque según las investigaciones realizadas no existe una acumulación o desarrollo de gérmenes patógenos en las hojas y partes maderables de las plantas, de tal forma solo es necesario supervisar el proceso de riego.

3.- Se recomienda para irrigación de los cultivos el riego por gravedad o riego por goteo, con la aplicación de un filtro de arena.

4.- Si se pretende la irrigación de hortalizas de consumo crudo, se debe mantener un estricto control sanitario durante el período de riego y la cosecha, lo que debe incluir análisis periódicos del agua de riego referente a su cantidad en coliformes totales, E. Coli, Salmonellas y Shiguelas, además de un control de la calidad microbiológica de los frutos cosechados.

3. GESTIÓN DE LAS BIOJARDINERAS La operación en el caso de las biojardineras, es mínimo, ya que estas no generan actividades que requieran, encender, conectar o manejar equipamientos eléctricos o mecánicos que requieran de personal para operarlas. El agua proveniente de la vivienda escurre a través de las tuberías y biofiltro previamente construidos, sin ningún mecanismo. El primer paso es la ubicación del “tratamiento primario” o trampa de grasas (asemeja a un tipo de tanque de agua), con la intención de aislar sólidos como restos de comida y

plásticos o partículas grasosas que puedan estar viajando en el agua. Los primeros se van al fondo y las segundas se mantienen flotando.

El agua que se lleva a la biojardinera se descarga por una tubería colocada en forma horizontal con ranuras que permita su distribución a todo lo ancho de la sección de entrada y que fluya de manera uniforme. Esa agua hace su recorrido horizontalmente y de forma laminar, pasando a través de las piedras de un extremo al otro. En el otro extremo, existe otro tubo de salida colocado en el fondo que permite conducir el agua también por medio de otro ducto hacia arriba, hasta la altura de salida, la cual, estará siempre 10 centímetros bajo la superficie.

En ese recorrido, tanto las piedras como las plantas actúan limpiando el agua: las piedras trabajan como filtros que van reteniendo las partículas disueltas que aún le quedan al agua después del tratamiento primario.

las plantas se alimentan de la materia orgánica y los nutrientes que hay en las aguas bajo tratamiento, evaporan y transpiran agua al realizar sus funciones, así como por sus raíces inyectan oxígeno al agua.

El agua ya filtrada pasa a la biojardinera, donde un conjunto de piedras y las propias plantas limpian aún más el líquido, pues retienen más partículas y se alimentan de la materia orgánica (a la vez de que le inyectan más oxígeno al agua).

Se recomienda sembrar plantas aptas para el agua que ayuden a que la instalación tenga una apariencia agradable. Para evitar la proliferación de las plantas, debido al alto contenido de nutrientes se aconseja el recorte de las mismas, o ralear su número. Además, se debe colocar una tubería en cada extremo; una de entrada y otra de salida. Esta última llevará el agua hacia un tanque de almacenamiento, hacia la alcantarilla, o directo a las plantas, según el sistema que se instale. El costo depende de la cantidad de personas que se hospeden en la vivienda y del consumo total de agua, puesto que debido a ello, el tamaño de la biojardinera será más grande o más pequeña. Para nuestro caso tomaremos el estándar de una vivienda con seis habitantes. El nivel del agua se mantiene por debajo de la superficie de la biojardinera al definir el nivel del tubo de salida, 10 centímetros más abajo, así se evita la cría de vectores y los malos olores. Recomendaciones:

1. Colóquese los guantes para evitar la contaminación.

2. Usando el colador, saque las grasas que se encuentran flotando en la unidad de tratamiento primario y colóquelo en una bolsa.

3. Usando el colador, saque los sólidos del fondo y colóquelos en la bolsa.

4. Déle un destino adecuado a los desechos recogidos.

5. Lave el colador y los guantes y guárdelos

6. Lávese las manos con agua y jabón

7. Escriba en la hoja de control la fecha y su nombre.

Mantenimiento constante:

- Las unidades para el tratamiento primario requieren de mantenimiento frecuente

que dependerá de la cantidad de personas que habiten en la casa.

- Los trabajos de mantenimiento deben considerar la inspección de estas cámaras, por lo menos una vez a la semana.

- Se deben eliminar las grasas flotando y los sólidos depositados en el fondo. - Esos materiales que se recojan se depositarán en recipientes para su posterior

tratamiento. Son desechos sólidos, que se podrán enterrar o colocar algunos de ellos en otros procesos, como los de compostaje.

- Es importante agregarles cal con el fin de evitar olores y además para que los sólidos se deshidraten.

- Es conveniente verificar con cierta frecuencia el estado de la línea de ventilación, la cual siempre debe tener su salida en partes altas, superior al nivel de la nariz de las personas.

Mantenimiento a largo plazo:

- La biojardinera requiere de mantenimiento en períodos más largos. - La duración de esos períodos depende en gran medida del buen trabajo de

mantenimiento que se le de a la unidad para el tratamiento primario. - Cuando hay problemas para que el agua fluya, se empezarán a ver "charcos" o

acumulaciones de agua. - Esto significa que se tienen zonas atascadas, llenas de sólidos. Será entonces

necesario proceder a remover las piedras, lavarlas y volver a colocarlas en su sitio.

4. CONCLUSIONES

1. La recuperación de las aguas grises es ecológicamente como económicamente beneficiosa. La planificación, ejecución como el mantenimiento no generan muchas complicaciones. Pero si presentan un ahorro inmenso en los gastos corrientes.

2. La aplicación del concepto ecosaneamiento, puede ser una realidad en nuestro país

3. Este Sistema de tratamiento, BIOJARDINERAS, permite mejorar las condiciones higiénico- sanitario, y por consiguiente la salud del hogar, puesto que se controlará los criaderos de zancudos, moscas, etc.

Anexos

Materiales de construcción Material de relleno El material de relleno del Biofiltro tiene que cumplir con las siguientes exigencias: - Alta resistencia contra el desgaste químico por las aguas residuales.

- Tener una superficie rugosa (porosidad ³ 50 %), que es la base para el establecimiento de una capa bacteriana apropiada. - Dureza suficientemente alta, para no quebrarse con el peso de persona o equipos livianos. El relleno de la biojardinera se hace en capas de diferente granulometría: en los dos primeros metros (zona de entrada) y los últimos 1.5 m (zona de recolección) se utiliza piedra gruesa de diámetro entre 2” y 4”, mientras que el resto del lecho filtrante se rellena con el mismo tipo de material, formando un lecho homogéneo con la misma granulometría. El material del lecho filtrante puede ser depositado dentro de la pila en camiones volquete o cargadora frontal y dejarlos en montones, teniendo mucho cuidado que no circule equipo pesado sobre el lecho filtrante, ya que esto provoca que el material se quiebre y se produzca un aumento de la granulometría fina. Por esta razón el material debe ser conformado a su nivel y estado final solamente con equipos manuales livianos. Tipos de plantas utilizadas. Las plantas a sembrar se pueden seleccionar en base a la eficiencia proporcionada en el tratamiento de las aguas residuales. Hasta el momento, se tiene información fundamentada sobre el uso de plantas como el platanillo (Heliconia), zacate taiwán (Pennisetum purpureum), carrizo (Phragmites australis), tule (Typha domingüensis), Cyperus articulatus y Phalaris arundinacea. Todas estas plantas resultan efectivas en el tratamiento de aguas residuales y pueden indistintamente elegirse si se desea obtener algún efecto u obtener algún provecho de ellas. Por ejemplo, el platanillo u otras plantas de la familia de las Heliconia se pueden seleccionar con propósitos ornamentales, pues produce flores de diferentes colores, el zacate taiwán puede utilizarse como alimento de ganado vacuno y el tule y Phalaris arundinacea para obtener material de trabajo para la elaboración de artesanías. Sin embargo, cuando se desea remover en mayor medida gérmenes patógenos, la planta más conveniente a utilizar es el carrizo (Phragmites australis), pues se ha comprobado que esta planta aumenta la eficiencia del Biofiltro en la remoción de bacterias coliformes fecales. Además, si hay presencia de metales pesados en las aguas residuales, Phragmites y Typha son las plantas que remueven éstos en mayor cantidad A continuación se describen y muestran las plantas comunes utilizados para humedales. • Las aneas (Typha spp.) son fuerte, fácil de propagar, y capaz de producir una biomasa anual grande. Típicamente quitan cantidades grandes del nitrato y del fosfato. • Juncos (Schoenoplectus spp., Scirpus spp.) crecen en grupos y crecen bien en agua que tiene una profundidad de 5 cm a 3 m. Estas plantas agresivas logran una eliminación alta de contaminantes. • Céspedes de caña (Phragmites australis) son plantas altas con raíces profundas, que permiten más oxígeno a alcanzar la zona de raíz que las dos plantas descritos previamente.

De izquierda a la derecha las Aneas, los Juncos, y Césped Común de Caña